Жажда скорости

Трафик в беспроводных сетях, особенно в мобильных, растет огромными темпами. По статистике компании Ericsson, в мире каждую секунду активируется 20 новых подключений к мобильному интернету. По мере развития интернета вещей ситуация усугубится. Четвертая промышленная революция и IoT вынуждают искать новые способы коммуникаций. Решением станет следующее поколение связи — 5G.

Светлана Рагимова

В третьем квартале 2015 года мобильный трафик данных вырос на 65% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. Каждый месяц по сотовым сетям в 2015 году передавалось в среднем 5,3 эксабайта. Как известно, вкус приходит во время еды, и в будущем абоненты станут использовать трафикоемкие сервисы еще активнее. Если в 2014 году лишь 45% всех данных приходилось на видео, то в 2020 году этот тип контента будет генерировать 70% всего передаваемого по мобильным сетям трафика. После 2020 года сети беспроводной связи должны быть готовы принять объемы данных, в тысячу раз превосходящие существующие.

Сегодня к сетям беспроводной связи на планете подключено более 5 млрд устройств. В основном это телефоны, ноутбуки и планшеты. В будущем количество подключенных устройств вырастет на порядки. Множество датчиков, сенсоров, регуляторов самых разных типов будут встроены в предметы обихода вместе с чипами для связи, превращающими обычные вещи в гаджеты. Промышленные установки, медицинское оборудование, транспортные пассажирские и грузовые средства, городская инфраструктура — все окажется подключенным к проводным и беспроводным сетям. Все эти гаджеты будут генерировать трафик: какие-то редко и понемногу (например, счетчики электропотребления), какие-то постоянно и в больших объемах (например, умные автомобили). Подключенный мир будет построен на сетях передачи данных, основу которых будут составлять именно мобильные сети. Обеспечить их стабильную работу в таких условиях — нетривиальная задача. Особенно если учесть, что новые онлайновые сервисы и приложения потребуют сокращения времени сетевой задержки при подключении устройств друг другу до нескольких миллисекунд, а также повышения скорости передачи данных до нескольких гигабит в секунду. Иначе интеллектуальная транспортная инфраструктура, приложения виртуальной реальности и прочие сервисы просто не будут работать.

Эволюционное развитие

Существующие технологии связи не удовлетворяют потребностям интернета вещей и индустрии 4.0. Назрела необходимость в стандарте нового поколения 5G. Сегодня он находится на самых ранних стадиях разработки. Согласно плану, принятому Международным союзом электросвязи, его коммерческое внедрение должно начаться в 2020 году. Компания Ericsson ожидает, что уже год спустя после запуска коммерческих сетей в мире будет 150 млн абонентов 5G. Главные преимущества, которые даст 5G,— высокая скорость передачи данных, надежность сетей и способность подстраиваться под конкретные задачи и потребности приложений.

Андрей Бородин, вице-президент по продажам компании "Техносерв", объясняет: "Принципиальное отличие 5G для пользователей — это повышение скорости доступа почти в десять раз и уменьшение задержек. Максимальная анонсированная скорость в сетях 5G — 12 гигабит в секунду. Пока это трудно даже вообразить, но фильмы в сетях 5G будут скачиваться почти мгновенно".

На первых этапах новая технология будет внедряться на основе инфраструктуры 4G. И это хорошая новость для операторов: задача строительства сетей пятого поколения не будет слишком сложной и затратной. Эволюционный переход к 5G даст время, чтобы окупить затраты, ушедшие на развертывание сетей 4G, сумма которых в мире, по данным GSMA Intelligence, к 2020 году достигнет $1,7 трлн. Сети 2G/3G к этому времени придут к пику своего развития. А число абонентов 4G достигнет 2,5 млрд, показав проникновение примерно в 65% мирового населения.

К 2021 году, за один год коммерческой работы сетей 5G их абонентами станут 150 млн человек

Идея пятого поколения заключается в том, чтобы обеспечить функционирование различных типов сетей как одной системы, в которой переключение происходит бесшовно. В сетях 5G могут поддерживаться различные частотные диапазоны и технологические стандарты. По сути, пятое поколение — это не одна технология, а целый комплекс технологий, как существующих, так и совершенно новых. Инфраструктура LTE в пятом поколении будет дополнена инновационными разработками радиодоступа, новыми подходами и методами. На физическом уровне будут использоваться мультистандартные антенные комплексы с большим количеством антенных элементов, поддерживающие широкий спектр частот, наряду с программными решениями, улучшающими координацию работы базовых станций.

Георгий Муратов, ведущий эксперт по развитию решений в области мобильного ШПД Ericsson в регионе "Северная Европа и Центральная Азия", комментирует: "При разработке стандартов нового поколения учитывается разнообразие будущих сценариев применения: передача данных с пропускной способностью 20-30 Гбит/с, работа с критически важными приложениями в реальном времени (задержка менее 5 мс), массовое подключение устройств (до 1 млн устройств на одну базовую станцию). Каждый из сценариев использования предъявляет свои требования к сетевой технологии, и новая архитектура будет способна адаптироваться под различные виды трафика. Чтобы реализовать такую гибкость, будут использоваться механизмы виртуализации, координация излучения базовых станций между собой и новые протоколы управления передачей данных. Помимо этого внедрение сетей 5G позволит решить вопрос с частотным спектром, нехватку которого ощущают операторы связи. Будут задействованы новые частотные диапазоны, увеличена спектральная эффективность за счет многопотокового излучения и динамического управления диаграммой направленности, а также расширены механизмы агрегации несущих в разных диапазонах".

Константин Прокшин, представитель "Теле2", уточняет, что на пути к 5G существует промежуточное решение — LTE Advanced (LTE-A), которое получило все характеристики полноценной 4G-технологии в 2010 году (100 Мбит/c для высокомобильных пользователей и 1 Гбит/c для стационарных, возможность использовать до 100 МГц спектра). "5G будет не одной, а набором технологий радиодоступа, включая усовершенствованные существующие (в том числе Wi-Fi) и революционные новые",— комментирует Константин Прокшин. Среди отличительных характеристик стандарта 5G представитель "Теле2" выделяет следующие: использование наложенной сети из малых сот, которые пользователи смогут самостоятельно устанавливать внутри помещений для увеличения емкости; необходимость подключения десятков миллиардов вещей и требование собирать и передавать с них и на них информацию в реальном времени; объединение спектров между операторами; виртуализация радиосети — перенос управления радиосетью в центральные логические узлы, что позволит операторам использовать общую активную инфраструктуру; экономичное потребление электроэнергии, например для увеличения срока взаимодействия M2M-устройств.

Первые шаги

Пока остается открытым вопрос стандартизации 5G. Нет общепринятого мнения по поводу того, какой радиочастотный спектр будет отведен под сети пятого поколения. Ясно только, что понадобится значительно больший диапазон частот, чтобы справиться с ожидаемыми объемами трафика и обеспечить высокую скорость передачи данных. В Ericsson считают, что для удовлетворения международных требований будет необходимо сверхплотное развертывание сетей, базовые станции которых будут использовать очень широкую полосу частот (несколько сотен мегагерц с возможностью расширения до нескольких гигагерц) в верхних частотных диапазонах — 10-100 ГГц.

Андрей Бородин говорит, что в России и мире сети 5G пока находятся в состоянии проектов: "Еще не разработаны стандарты, которые лягут в их основу. Сложность состоит в том, что 5G будут использовать высокочастотные диапазоны, а значит, плотность базовых станций для достаточного покрытия увеличивается. Это сразу поднимает порядок инвестиций в сети, усложняет создание абонентских устройств и т. п. Ожидается, что это будет набор стандартов для различных устройств — для IoT один, для пользовательской связи другой".

Хотя 5G пока не является утвержденным стандартом, это уже не просто концепция. Наиболее активно исследуют возможности 5G в Южной Корее. Один из самых крупных операторов страны, SK Telecom, планирует к запуску первую экспериментальную коммерческую сеть пятого поколения уже в 2018 году, к зимним Олимпийским играм в Пхенчхане. Японский оператор DoCoMo планирует запустить 5G к летним Олимпийским играм в Токио к 2020 году.

Пятое поколение — это не одна технология, а целый комплекс технологий, как существующих, так и совершенно новых

Азия лидирует по разработке и внедрению технологии 5G. На втором месте находится Североамериканский регион, а на третьем — Европа. В Европе реализуются инициативы развития 5G на уровне ЕС и отдельных стран под общим названием 5G for Europe. В программе участвуют семь европейских стран и десять организаций, которые сотрудничают, чтобы в итоге разработать пилотные 5G-проекты в области транспорта и автомобилестроения, интернета вещей, энергетических систем и ЖКХ, обеспечения безопасности, общественной инфраструктуры и розничной торговли.

Одна из национальных программ в рамках инициативы 5G for Europe стартовала в Швеции — 5G for Sweden. Один из проектов программы сосредоточен на разработке промышленных мобильных коммуникаций в горнодобывающей отрасли, в рамках которого технологии 5G будут использоваться для связи и дистанционного управления. В проекте совместно участвует целый ряд компаний, включая Ericsson, ABB, Boliden, SICS Swedish ICT и Volvo Construction Equipment. Общая цель участников — поиск новых решений, позволяющих повысить производительность труда и обеспечить безопасность работ в шведской горнодобывающей отрасли, которая традиционно считается сложной и опасной.

Летом прошлого года в 5G-лаборатории Ericsson в Швеции добились передачи данных со скоростью 5 Гб/с в частотном диапазоне 15 ГГц. В мае были запущены тестовые 5G-сети в помещениях и на улицах в Швеции и США. Тестовые сети пятого поколения компании Ericsson, включающие как устройства 5G, так и базовые станции, уже работают на территории штаб-квартир компании в Плано, США и Стокгольме.

В России также практически все операторы задумываются о 5G. Но Андрей Бородин уверен, что российские операторы должны окупить те затраты, которые они уже сделали в 4G. "Есть данные, что в России только 20-25% купленных смартфонов поддерживают стандарт 4G, поэтому о внедрении сетей 5G в стране еще очень рано думать",— добавляет он.

Андрей Богданов, директор по информационным технологиям Yota, также согласен с тем, что формирование инфраструктуры сетей следующего поколения потребует от операторов новых инвестиций. "Уже сегодня распространен тяжелый контент, для которого в первую очередь могут быть полезны сети 5G (виртуальная реальности, Ultra HD, 3D-видео, онлаи?н-игры). Большую часть потребностей современного пользователя могут удовлетворить и ресурсы 4G. Коммерческое внедрение сетей пятого поколения состоится не ранее чем через два-три года",— говорит он.

Константин Прокшин уверен, что основной и наиболее массовой технологией быстрого интернета в течение пары-тройки лет будет оставаться 3G, так как эту технологию поддерживают все смартфоны. "Количество пользователей 4G, по отчетам аналитиков, пока не превышает 5%, несмотря на заявления отдельных операторов, что сетями 4G покрыто большинство регионов. В результате снижения стоимости устройств с поддержкой 4G эта технология, безусловно, будет набирать популярность, и примерно к 2018-2019 годам может стать основной",— говорит он.

И все же первые пилотные проекты 5G в России уже ведутся. Генеральный директор Cognitive Technologies Андрей Черногоров говорит, что Россия также находится в тренде: "Известно, что над запуском 5G-сетей у нас активно работают МТС и Ericsson. В 2016 году они планируют протестировать проект LTE-U и технологию Ericsson Lean Carrier с увеличенной скоростью передачи данных, а в 2018 году, к началу в России чемпионата мира по футболу,— запустить полноценную 5G-сеть".

Анна Айбашева, представитель "Вымпелкома", рассказывает: "В рамках реализации стратегии развития компании и внедрения перспективных технологий и стандартов связи для улучшения клиентского опыта наши эксперты принимают участие в исследованиях в области 5G и формируют требования к сетям связи этого стандарта — через взаимодействие с производителями оборудования и через NGMN-альянс, в котором мы участвуем на уровне штаб-квартиры в Амстердаме. При развертывании сети LTE мы уже учитываем возможность ее совместного использования с первыми релизами 5G. При этом мы понимаем, что 5G — это не просто модификация 4G или более быстрый мобильный интернет. В первую очередь связь пятого поколения должна обеспечить инфраструктуру для автоматизированных аппаратов, например в сфере IoT, а для этого нужна готовность самого рынка".

Георгий Муратов уверен, что в России новый тип радиодоступа будет развиваться на базе существующей инфраструктуры, более того, предполагается тесное взаимодействие технологий между собой. Одно устройство сможет одновременно работать в сетях LTE и 5G, распределяя трафик между разными уровнями, разными частотами и разными базовыми станциями динамически для достижения требуемой производительности.

По его словам, в прошлом успешное и стремительное развитие мобильных сетей стало возможным благодаря общепринятым стандартам GSM, UMTS, LTE и глобальной экосистеме, созданной операторами, провайдерами сетевых решений и производителями устройств. Первая версия стандарта 5G по плану будет согласована к концу 2018 года, тогда же можно ожидать первых коммерческих запусков в России. Более масштабное внедрение ожидается в 2020 году.

Ходят слухи

Светлана Рагимова, редактор BUSINESS GUIDE "5G"

Одна из теорий, объясняющих эволюцию homo sapiens от человекоподобных обезьян до разумных существ, решающую роль в этом процессе отводит навыку распространять слухи. Именно способность рассказывать за глаза другим собратьям о том, что сделал представитель сообщества, помогла развить абстрактное мышление. Коммуникации сделали нас умнее — это бесспорно. Передача сообщений на расстоянии с помощью барабанов, сигнальных огней, духовых музыкальных инструментов помогла первым людям построить более безопасное и устойчивое общество. Телекоммуникации сегодня снова меняют все. Умные фабрики, дома, автомобили, города передают данные по сетям связи в центры, где они анализируются и превращаются в ценные сведения и советы по улучшению жизни. Благодаря 5G произойдет также эволюция роботов из автономных, но ограниченных машин в системы, подключенные к безграничным источникам знаний в компьютерных облаках. Главное — не упустить момент и продолжить контролировать ситуацию, когда искусственный интеллект станет гораздо умнее человеческого.