Наше ближайшее будущее будут формировать технологии: Интернет вещей, облачные сервисы, робототехника, искусственный интеллект, большие данные, разработки в области виртуальной и дополненной реальности (VR/AR), квантовые и суперкомпьютерные технологии, блокчейн, цифровое проектирование/3D-моделирование и, конечно, новые технологии связи.

За последние годы в отрасли беспроводной связи произошли весомые изменения. Первое поколение мобильных сетей обеспечило голосовую связь и сервис коротких сообщений, второе — позволило увеличить скорость, пропускную способность и покрытие сети, третье — добиться более высокой скорости передачи данных, поддержки мультимедиа, расширить спектр приложений, а четвертое — предоставить доступ к разнообразным услугам связи, поддержку разнообразных приложений. Сети пятого поколения (5G) должны сыграть не менее важную роль, предлагая еще больше сервисов, типов данных, вариантов использования и преимуществ.

Эволюция мобильных сетей с 2G до 3G и 4G привела к возможности массового масштабирования сетей, способных предоставлять услуги надежным, безопасным и экономически эффективным способом. Кроме того, этот переход заставил операторов исследовать и внедрять новые бизнес-модели.

Пятое поколение

Сети 5G обещают стать на порядок производительнее и устойчивее мобильных сетей прежних поколений, что необходимо в условиях увеличения количества мобильных устройства и растущего спроса на качественную связь. Пользователи ждут от сетей пятого поколения высокой скорости передачи данных при минимальной задержке сигнала.

Эволюция мобильных сетей. Мобильные сети пятого поколения — это новая инфраструктура транспортных сетей и сетей доступа, повсеместная доступность, высокая емкость сети и скорость передачи данных

Новые телекоммуникационные технологии нужны для развития телемедицины, автономного транспорта, систем удаленного управления производством, массового перехода на облачную архитектуру информационных систем. Растут требования не только к скорости, но и к качеству передачи данных.

Приложения виртуальной и дополненной реальности

VR/AR, беспроводной гигабитный домашний Интернет, облачные игровые сервисы — вот лишь некоторые актуальные области применения технологий 5G. Например, виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR) — это технологии, которые заменяют существующую реальность цифровой моделью или дополняют окружение человека цифровой информацией. Приложения VR/AR требуют очень низких задержек в сети и отклика в реальном времени, что очень сложно обеспечить в нынешних мобильные сетях.

Сети 5G подобные приложения поддерживают. Например, в 2018 году во время Чемпионата мира по футболу на конференции Startup Village в Сколково с помощью 5G-сети соединили две игровые станции, на которых устроили турнир по автогонкам в классе «Формула-1», а также сражения в космическом шутере с VR/AR. В результате был достигнут отклик 4 мc — в пять раз меньше, чем в сетях LTE.

Ключевые услуги инфраструктуры 5G

Чтобы эффективно обслуживать потребности в новых услугах и справиться с требованиями к низкой задержке, операторам придется перепроектировать свои мобильные сети 4G и планировать переход на сети нового поколения.

Рост числа пользователей смартфонов (млрд.) в мире по данным eMarketer

Сейчас наблюдается растущий спрос на мобильные данные, и внедрение технологий 5G обещает новый образ жизни с постоянным доступом к информации. Развитие сетей 5G и расширение возможностей мобильного широкополосного доступа превращает коммуникации между машинами (M2M), облачные сервисы и мобильные устройства в ключевые факторы бизнес-инноваций. По данным опроса Gartner, 75% организаций готовы нести дополнительные расходы за услуги 5G. Большинство респондентов (59%) рассматривают 5G как эволюцию сетей мобильной связи, а 37% отводят этой технологии роль движущей силы цифровой трансформации.

Технологические аспекты 5G

Расширение используемого спектра в область 20-30-40 ГГц и выше

Значительное расширение полезных частот и увеличение скорости передачи данных.

Многократное увеличение количества оконечных устройств

Рост количества потребителей услуг и платформ (межмашинные коммуникации, Интернет вещей, облачные сервисы и пр.).

Пиковая скорость передачи данных

20 Гбит/с в направлении к абоненту и 10 Гбит/с в обратном направлении.

Минимальная задержка в подсистеме радиодоступа

0,5 мс для сервисов ультранадежной связи и 4 мс для сервисов высокоскоростной связи.

Максимальная плотность подключенных к сети устройств

Может достигать в городских условиях 1 000 000 на кв. км.

Функции мобильности должны поддерживаться при максимальной скорости движения объектов

500 км/ч, в то время как в сетях 4G — не более 100 км/ч (фактически — меньше).

Потребляемый абонентом трафик

Рост в 1000 раз — до 500 Гб на пользователя в месяц.

Увеличение количества подключаемых абонентских устройств в соте

В 10-100 раз.

Срок жизни батарей

Десятикратное увеличение времени автономной работы абонентских устройств с небольшим энергопотреблением, таких как датчики М2М.

Энергоэффективность и снижение OPEX

Снижение капитальных/эксплуатационных расходов. Энергопотребление сетей составит от 5 до 10% от текущего потребления сетей 4G.

Виртуализация сетевых функций (NFV) и программно-конфигурируемые сети (SDN)

Сочетание технологий 5G и NFV/SDN позволит создать сети, которые самостоятельно оптимизируют свою работу и подстраиваются под доставляемые сервисы, дают возможность увеличивать объем передаваемого трафика без роста издержек.

Потенциальные объемы вертикальных рынков 5G по оценке «Ростелекома»

Новые сервисы

Технологии 5G найдут применение в таких отраслях, как автомобильная промышленность, строительство, энергетика, здравоохранение, производство, средства массовой информации, розничная торговля и транспорт. 5G также откроет возможности внедрения корпоративных стратегий в области Интернета вещей тем компаниям, для которых хорошая скорость и надежность работы сети являются важнейшими показателями.

Компания Ookla, известная благодаря инструменту Speedtest для оценки скорости мобильных и домашних интернет-подключений, запустила новую 5G-карту. На ней можно увидеть, где в мире уже есть возможность подключения к сети 5G. Карта обновляется еженедельно

Перспективная область — телемедицина. Пациенты смогут получить оперативную медицинскую помощь, не посещая поликлинику, а врачи — удаленно консультироваться с коллегами специалистами.

Города будущего и преодоление цифрового неравенства

Появление сетей 5G способно изменить наши представления о цифровом будущем городов. Возможности мобильного подключения с гигабитными скоростями, малой задержкой и высокой плотностью устройств открывают новые захватывающие перспективы, которые затронут каждый аспект общественной жизни — от интеллектуальной транспортной системы до общественной безопасности и утилизации отходов. Кроме того, пандемия COVID-19 выявила цифровое неравенство, и улучшение возможностей подключения и широкополосного доступа поможет устранить этот разрыв, обеспечить доступность цифровых сервисов для всех жителей. Если не заняться решением проблемы прямо сейчас, он будет расти дальше.

Развертывание усовершенствованной широкополосной связи дает обществу возможность ликвидировать цифровое неравенство, сократив разрыв между теми, кто имеет доступ к высокоскоростной связи, и теми, кто его лишен. Широкополосная мобильная связь открывает доступ к технологиям, образованию, медицинскому обслуживанию. Поскольку школы и населенные пункты предъявляют более высокие требования к связи для дистанционного обучения, города заключают соглашения с крупными телекоммуникационными компаниями или развертывают свои собственные частные беспроводные сети, чтобы преодолеть «цифровой разрыв».

Возможности использования технологий 5G в коммунальном хозяйстве, энергетике, здравоохранении, индустрии развлечений и на транспорте

Крупные городские агломерации одними из первых смогут воспользоваться экономическими преимуществами 5G. Улучшенные возможности связи формируют основу для коммуникаций и приложений «умного города», делая возможной сетевую передачу информации в реальном времени, благодаря чему города и становятся «умными». Новые технологии позволят городам снизить загруженность автомобильных дорог и уменьшить объем выбросов от транспортных средств, управлять утилизацией отходов, экономить энергию и добиться оптимальной эффективности инженерных инфраструктур.

Беспилотные автомобили и интеллектуальные транспортные системы

Возможности сетей 5G даже помогут установить связь между «умными» (а в перспективе беспилотными) автомобилями, которые будут подключаться к более крупной сети «умного» города. Малая задержка в сетях 5G будет способствовать получению быстрой обратной связи, которая необходима автотранспорту при появлении опасности на дороге.

Технологии 5G открывают возможности создания интеллектуальной транспортной системы, играют ключевую роль в развитии беспилотного транспорта. Появится возможность взаимодействовать с дорогами, светофорами, уличными указателями и парковками. Это сделает движение в городе безопасным и быстрым.

Сегодня поставщики услуг представляют программное обеспечение, использующее технологии искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (МО). Инновационное ПО способно анализировать закономерности данных и выявлять аномалии, пиковые значения транспортного движения или перегруженные участки и давать указания городским системам управления дорожным движением, чтобы те приняли необходимые меры по регулированию трафика.

Европейский план внедрения 5G предполагает «обеспечить все городские районы и основные автодороги и железнодорожные линии сплошным охватом 5G к 2025 году». Поставлены амбициозные цели:

  • увеличить пропускную способность беспроводных сетей в 1000 раз по сравнению с 2010 годом и в 100 раз по сравнению с 4G;
  • обеспечить коммуникации для 7 млрд. человек и триллионов «умных» устройств;
  • сократить потребление энергии в сетях на величину до 90%;
  • достичь почти нулевой задержки (менее 1 мс) в безопасной и надежной сети;
  • получить низкую стоимость услуг 5G.

5G в России

В Москве, Санкт-Петербурге и Казани уже были развёрнуты тестовые зоны с 5G. В августе 2019 года запущены пилотные участки сети 5G на ВДНХ и в Кронштадте. Эти зоны помогут протестировать и внедрить инновационные решения для «умного города», беспилотного транспорта, Интернета вещей, телемедицинских услуг, продуктов виртуальной и дополненной реальности.

Запущен 5G-инкубатор для развития технологий и привлечения стартапов. Планируются исследования технологий и решений 5G в облачном рендеринге, удалённом доступе к играм, стриминге в форматах Ultra HD, VR/AR и 360.

Согласно оценкам, на конец 2019 года в мире около 13 млн. абонентов пользовались услугами сотовых сетей пятого поколения. В России технология 5G на начало 2020 года не вышла за пределы тестовых зон, где она с большой долей вероятности останется в ближайшую пару лет. В отсутствии частотного ресурса, необходимого для массового запуска сетей 5G, в России можно говорить лишь о тестировании технологий связи пятого поколения на небольших фрагментах опытных сетей. Формально РФ уже включилась в строительство 5G, однако до покрытия коммерческими сетями городов-миллионников пройдет несколько лет.

С мая 2018 года тестовые сети разворачивает «Ростелеком». Первая из них была запущена в Иннополисе в Татарстане, затем ограниченные участки покрытия появились в Москве и Санкт-Петербурге. В столице реализуется масштабная программа тестирования 5G операторами «большой четверки».

МТС развивает 5G и запускает пилотные проекты для внедрения решений IoT, доведения коммерческой сети LTE до уровня 5G-ready, развертывания тестовых зон и пилотных сетей на инфраструктурных объектах. В феврале текущего года МТС подключила тестовые базовые станции 5G в Москве к транспортной сети XGS-PON на основе ВОЛС, ранее построенной МГТС. Речь идет о пилотной зоне, которая в 2020 году охватит большую часть территории ВДНХ. По данным оператора, подключение базовых станций 5G к сетям XGS-PON делает возможным передачу данных на скорости до 10 Гбит/с и выше.

Tele2 планирует установить 50 тыс. базовых станций 5G в 27 регионах России, в том числе в Москве и Санкт-Петербурге. В 2019 году она обеспечила сплошное покрытие пилотной зоны 5G в районе Тверской.

Тернистый путь

Запущенные операторами опытные сети в диапазоне 26,5–29,5 ГГц позволяют обеспечить высокую емкость и пропускную способность и низкие задержки, однако характеризуются значительными затуханиями сигнала и низкой проникающей способностью в помещениях. Операторы хотели бы разворачивать сети в диапазоне 3,4–3,8 ГГц, который принято считать наиболее перспективным для коммерческих сетей, но он занят системами связи силовых ведомств.

Наиболее реалистичным считается выделение операторам для строительства сетей 5G диапазона 4,4–4,99 ГГц. Однако цены на соответствующее оборудование и абонентские устройства окажутся высокими, что только затормозит развитие 5G в РФ. Пока же Россия увеличивает свое отставание в развертывании коммерческих сетей 5G от других стран.

Нерешенность вопросов выделения полос частот для использования в сетях 5G становится проблемой для разработчиков оборудования, затрудняет и удорожает разработку стандартов 5G, поскольку кроме многообразия технологий радиоинтерфейса 5G нужно учитывать еще и многовариантность используемых частот 5G.

При развертывании широкополосной связи трудности могут ожидать и операторов других стран. Технология 5G — это не просто эволюционировавшая 4G. Она требует значительного преобразования, для которого необходимы новые распределенные архитектуры, использующие программно-ориентированную инфраструктуру. Сдерживающим фактором в развертывании сетей 5G является высокая стоимость инфраструктуры сетей на первоначальном этапе развития (она выше, чем у сетей прежних поколений).

Инвестируя в этот новый программно-ориентированный мир, необходимо помнить, что он строится из обычных строительных блоков — вычислительных ресурсов, систем хранения данных и сетевого оборудования. Так, например, 5G требует многочисленных экосистем, определяемых сценариями использования и восприятием конечного пользователя, высокораспределенной инфраструктуры и гибкости задач в среде, оптимизированной для работы в облаке. Создание этой базы на основе открытых совместимых стандартов заставляет ориентироваться на инновации и гибкий подход.

Чтобы сделать возможными новые сценарии использования как часть более широких инициатив «умного города», сети должны быть оборудованы так, чтобы они могли справиться с огромным разнообразием вариантов использования, связанных с повседневной жизнью в крупном городе. Так как использование жителями широкополосной связи меняется в соответствии с режимом движения транспорта, суточными циклами и событиями крупного города, лидеры в сфере информационных технологий должны обратить особое внимание на то, каким образом эти факторы влияют на сети.

Население растет, и ему нужны хорошо организованные, эффективные и справедливые государственные сервисы и услуги. Двигаясь вперед, нужно помнить, что эта трансформация является постепенной эволюцией архитектуры и дает обществу возможность устранить цифровой разрыв по мере модернизации.

Автор статьи — руководитель направления по продаже OEM/IoT-решений Dell Technologies в России и странах СНГ.