Инновационные технологии

Сверхскорость: когда и как сети 5G окутают мир

За последние 20 лет технологии изменили мир сильнее, чем за предыдущие 200, со времен промышленной революции. Больше всего эти изменения коснулись информации: технологий ее обработки, хранения и передачи. Рост объемов информации и скоростей ее передачи не думает останавливаться, и порой возникает вопрос: есть ли реальная потребность в нем или это «вещь в себе»?

Информационный бум — это еще и база для развития других технологий в самых разных областях. Сотовые стандарты пятого поколения (5G) — одна из последних разработок в области сетей беспроводной передачи данных. Сети 5G предлагают огромные даже по сегодняшним меркам скорости беспроводного обмена данными с абонентским устройством — гигабиты, десятки гигабит в секунду. Будет ли востребована такая скорость, и если да — для чего?

Массовый пользователь мобильного интернета появился в середине 90-х — в эпоху 2,5G

Сотовые сети: от голоса к данным

В 70-80-х годах прошлого века разработчики стандартов сотовой связи первого и второго поколения, скорее всего, думали о передаче данных в других масштабах. Передавать было особо нечего: интернет был в зачатке, а хранилище любого устройства едва ли измерялось мегабайтами.

Массовый абонент узнал о мобильном интернете в середине 90-х после запуска технологии 2,5G или GPRS. Да, это была всего сотня килобит в секунду при оптимальной сетевой обстановке, но услуга стала массовой благодаря широкой поддержке операторами связи и производителями телефонов.

Следующий прорыв случился в начале 2000-х — с приходом технологий 3G. Если раньше телефон использовали в основном как проводной модем для стационарного ПК или ноутбука, то с течением времени его основные функции оказались привязанными к возможности выйти в сеть. Абоненты, в свою очередь, стали предпочитать смартфон компьютеру. Скорость также подросла до нескольких Мбит/с, хотя поначалу 3G-покрытие оставляло желать лучшего.

Сети 4G принесли облегчение страдавшим от нестабильной скорости 3G — конечно, там, где они есть. Многие окончательно забросили домашние компьютеры и полностью перешли на мобильный интернет. Фиксированный проводной широкополосный доступ в зоне уверенного приема 4G, в принципе, уже не требуется: скорость в обоих случаях сравнима (несколько десятков Мбит/с), а универсальность и удобство — сами понимаете. По-видимому, проводной интернет ждет судьба проводной телефонии — медленное угасание. Ну а взамен…

Жители больших городов уже привыкли к высокой скорости интернета и променяли ПК на смартфон

Интернет больших городов

В начале двухтысячных российский провайдер «Ситилайн» предоставлял домашний доступ в интернет под таким девизом. А предлагал он Dial-Up — соединение через аналоговый модем и телефонную линию со скоростью (сейчас смешно представить) до 56 кбит/с.

Сегодня абонентов не устроит скорость даже в тысячу раз больше. Чтобы удовлетворить их нужды, разработчики сетей 5G предусмотрели использование высокочастотного диапазона свыше 5 ГГц и вплоть до… в принципе, ограничения здесь только технологические — в большинстве своем эти частоты свободны.

Крупнейшие производители пробуют свои силы на частотах 15, 27 и даже 70 ГГц, что позволяет достичь реальной конечной скорости 10-15 Гбит/с. Такие цифры кажутся фантастическими, но и трудности на пути их достижения также колоссальны.

Прежде всего, для покрытия такого рода сетью требуется высокая концентрация базовых станций. Кроме того, еще более значимыми, чем в прошлых поколениях, становятся нюансы настройки диаграммы направленности, а также спектральных характеристик базовых станций. Высокочастотный радиосигнал ведет себя, как световой луч: отражается, преломляется, поэтому многолучевые схемы (Multiple Input Multiple Output, MIMO) неизбежны для эффективного использования частотного ресурса и пропускной способности сети.

Если же не рассматривать экстремальные эксперименты в десятки гигагерц, то оптимальной с точки зрения внедрения в жизнь видится частота примерно 6 ГГц — вслед за Wi-Fi. Она может стать базовой для развертывания сетей 5G. С одной стороны, этот диапазон родственен используемым в LTE/WiMax и знаком операторам. С другой — он обеспечивает как минимум честный 1 Гбит/с в реальных условиях, что будет большим преимуществом для абонентов. Но преимущество не только в скорости.

Базовыми частотами для «интернета вещей» могут стать те, которые раньше занимали сотовые сети 1-го и 2-го поколений

Как подключить «интернет всего»

В 2016 году в Санкт-Петербурге компания Intel проводила хакатон на тему «Интернет вещей» для программистов. Более десятка команд за два дня должны были довести собственную задумку до стадии рабочего прототипа.

Просторный зал бизнес-центра был заполнен людьми и интеллектуальными устройствами: сенсорами, контроллерами, мини-компьютерами, которыми Intel в избытке снабдила участников. Команды начали работу, и через 20 минут офисный Wi-Fi прекратил существование. Произошло следующее: десятки и сотни маленьких устройств одновременно подключились к интернету. И нужно-то было каждому немного: кому-то прошивку обновить, кому-то с облаком синхронизироваться, но совокупный эффект лавины обрушил не готовую к «цифровому будущему» беспроводную сеть.

Мы имеем новую реальность, которая совсем скоро станет обыденностью. «Интернет всего» — это гетерогенная сеть, в которой каждый элемент имеет свои приоритеты. Одному абоненту нужен узкий, но стабильный канал, другому — низкие и стабильные задержки, у третьего взрывообразный трафик, и его пик обязательно должен пролезть в канал — и с этим всем должна справляться сеть 5G. За счет приоритезации трафика, программно-определяемых сетевых решений, виртуализации сетевых функций — все, как в настоящих проводных сетях, только по воздуху.

Но у беспроводной сети есть и еще один дополнительный ресурс — частота. В качестве базовых для «интернета вещей» заманчиво рассматривать частоты ниже гигагерца: те, которые ранее занимали сотовые сети первого и второго поколений. Они не обладают большой информационной емкостью, зато недороги в развертывании и позволяют создать устойчивое покрытие больших площадей.

Перевод малотребовательных к трафику устройств «интернета вещей» в низкочастотный диапазон сетей 5G позволит разгрузить высокочастотный диапазон для «интернета людей» и прочих нуждающихся в высокой скорости абонентов — таких, как беспилотные авто.

Автономный транспорт — одна из самых заинтересованных в 5G отраслей

Мобильные и беспилотные

Беспилотные транспортные средства (БТС) — не просто модная тема, а, скорее, веление времени. Современные технологии достигли такого уровня, что БТС могут стать реальностью — и непременно станут, в том числе усилиями компании Intel. Решения компании использовались как в знаменитых «Гугломобилях», так и в разработках других производителей, а всего БТС на платформе Intel проехали уже почти пять миллионов километров.

Сегодня перед отраслью стоит задача, которая, скорее всего, ждет именно появления сетей 5G. Теория автономного транспорта говорит о том, что, хотя все водительские решения БТС должно принимать самостоятельно, их совершенствование невозможно без ведения ситуационной базы данных — и желательно единой для всех. Иначе говоря, искусственному интеллекту постоянно требуются исходные данные для обучения.

Если отбросить организационные моменты, это означает, что БТС будет непрерывно принимать и передавать данные — как болиды «Формулы 1» все время шлют в свои боксы телеметрию. Детали останутся за разработчиками, однако уже сейчас очевидно, что: а) БТС не сможет долгое время находиться в оффлайне; б) трафик БТС будет скачкообразным, с резкими пиками; в) данных будет очень много.

Сети 5G способны справиться со всеми этими вызовами. Сегодняшние сотовые сети в какой-то мере тоже, однако «интернет автомобилей» остается одной из самых заинтересованных в 5G отраслью.

Если при переходе к 5G операторы предложат выгодные тарифы, человечество может окончательно погрузиться в сеть

Безлимитный 5G и жизнь в сети

Если сегодня беспилотное авто появится на улице, то оно, несомненно, привлечет внимание. А вот на человека, «залипшего» в свой смартфон, уже никто не обращает внимания. Между тем это такая же революция — появление «онлайн-человека», постоянно живущего в сети. Произошла она не более десятка лет назад, но победила безоговорочно. Чего же такие люди ждут от сетей 5G?

Во-первых, быстрого интернета и желательно безлимитного. Проблема монетизации 5G — одна из самых острых. Ожидаются огромные вложения в инфраструктуру — но как их возвращать? Вероятно, операторы пойдут по уже проторенной дорожке совместного использования транспортной сети, как это сейчас имеет место с 4G. А вот с безлимитными тарифами вопрос более идеологически тонкий.

Повсеместная доступность интернета породила миграцию пользовательских данных из локальных хранилищ в облачные сервисы. Помимо положительных сторон у этого процесса есть и одна неоднозначная: абонент попадает в жесткую зависимость от трафика. Чем больше скорость доступа, тем больше сервисов используется и тем сильнее зависимость от интернета. Если при переходе к 5G операторы предложат выгодные для «онлайн-людей» условия, человечество может окончательно погрузиться в сеть.

Второй момент, который волнует современных абонентов — энергоэффективность. На сетевые соединения тратится значительная часть заряда аккумулятора, а ничто так не препятствует мобильности, как шнур в розетке. Чтобы сети 5G получили распространение в следующем десятилетии, их модемы должны быть экономичнее существующих. Компания Intel, как и другие производители чипов, ведет работу в этом направлении. В конце прошлого года был представлен первый коммерческий образец — модем Intel XMM 8060.

Новый 2018 год — этап перехода от экспериментов к реальным технологиям 5G

Завтра — послезавтра

Напоследок, вернувшись из затяжного путешествия во времени, давайте посмотрим, что случится в области 5G в ближайшие месяцы. Сейчас мы как раз находимся на этапе перехода от планов и экспериментов к реальным технологиям.

Опытная зона 5G, которая строится совместными усилиями компании Intel и оператора KT Corporation в столице Зимних Олимпийских игр Пхенчхане пройдет сильнейший стресс-тест. Спорт и информационные технологии тесно связаны друг с другом: миллионы болельщиков нуждаются в быстром и надежном интернете, чтобы поделиться своими эмоциями со всей планетой. В России также будет свой 5G: операторы МТС и МегаФон планируют развернуть тестовые зоны 5G на объектах Чемпионата мира по футболу.

В плановом порядке проектируются тестовые зоны и другими операторами связи, отечественными и зарубежными. К концу года «Билайн» намерен попробовать свои силы в девяти регионах России. По существующим планам к 2020 году 5G-покрытие будет присутствовать в городах-миллионниках, а к 2025 — и в других крупных городах. Тестовая 5G-сеть оператора Verizon заработала в 11 городах США, к концу года к нему планирует присоединиться оператор AT&T. На подходе также южнокорейские и японские операторы.

На конец 2018 года запланирован выход первых серийных смартфонов с поддержкой 5G: сеть без телефонов смотрится немного неполноценной. Миграция в 5G будет плавной за счет промежуточных технологий 4.5G, повышающих скорости постепенно по мере совершенствования сетевой инфраструктуры. Так что мы и оглянуться не успеем, как окажемся в сетях 5G.

Автор: Виктор Гурылев

Поделиться этой статьей

Read Full Story