Давайте вспомним, как наша повседневная жизнь менялась в последние десятилетия. Существенные изменения стали следствием появления мобильных телефонов – появилась возможность звонить друг другу без привязки к местоположению и из любой точки земного шара. В дальнейшем с развитием технологий наша жизнь продолжала меняться. Развитие смартфонов позволило заменить CD-плееры, калькуляторы, фонарики и камеры, объединив все их функции в одном едином устройстве.
В наши дни возможность совершать звонки – лишь одна из многих функций смартфона и на самом деле не самая важная. Умные телефоны существенно меняют механизмы взаимодействия с окружающим миром. Например, больше не нужно искать принтер, чтобы распечатать билет в театр или на самолет. Ширина охвата, скорость цифровизации мира вокруг нас в столь короткие сроки и ее нарастающее влияние на все сферы жизнедеятельности напрямую связаны с эволюцией телекоммуникационных технологий. В начале 1990-х беспроводная телефонная технология второго поколения 2G (GSM) открыла нам доступ к голосовым сервисам и текстовым сообщениям. Первое десятилетие этого столетия ознаменовалось развитием систем связи третьего поколения 3G (UMTS/CDMA) и появлением мобильного широкополосного доступа, открывшего повсеместную возможность для подключения к сети интернет. В наши дни доступность сетей четвертого поколения 4G (LTE) воспринимается как нечто само собой разумеющееся, как инструмент для свободного использования высокоскоростной передачи данных и потокового видео. Следствием столь быстрого развития сетевых технологий становится рост потребностей пользователей, постоянно возрастающие требования к скорости передачи данных и практически стопроцентной повсеместной доступности цифровых сервисов и услуг. В равной степени цифровая эволюция способствует значительному росту интереса коммерческих и правительственных структур к совершенствованию организационных процессов и механизмов взаимодействия. Стремление к повышению производительности и комфорта продиктовано продолжающейся цифровизацией. В свою очередь, цифровизация подразумевает появление все большего количества соединений и глобального подключения объектов в одну всеобъемлющую сеть – Интернет вещей. Несмотря на то, что отдельные сценарии могут быть реализованы посредством существующих сетей (таких как 4G, например), ни одна из существующих технологий не будет способна обрабатывать постоянно и быстро растущий объем данных в ближайшем будущем. Таким образом, подобное положение вещей диктует необходимость дальнейшего развития сетевых технологий. В настоящее время телекоммуникационное сообщество (по большей части сетевые операторы и поставщики оборудования), поддерживаемое такой правительственной структурой, как Европейская комиссия ЕС, уже активно работает над сетью пятого поколения 5G – следующим этапом цифровой эволюции.
Компания Detecon – одна из ведущих мировых компаний в области управленческого консалтинга в сфере информационно-телекоммуникационных технологий. В осуществляемых проектах объединены методы классического управленческого консалтинга с технической экспертизой. Такой подход позволяет быть идеальным партнером для любой компании как при анализе актуальных технических процессов и структур, так и при определении стратегии развития сетей и концепций будущего.
Компания обладает огромным опытом проведения проектов в сфере сетевых технологий, цифровизации и цифровой трансформации. Более 40 лет организация помогает компаниям, телекоммуникационным операторам и партнерам из смежных областей по всему миру, способствуя их стабильному развитию, повышению конкурентоспособности и производительности в процессе создания ценностей с помощью инновационных технологий. Кроме того, Detecon предлагает клиентам решения во всех областях классического корпоративного консалтинга, например, по стратегическому планированию, созданию и развитию организационной структуры, бизнес-процессам и управлению персоналом.
ЧТО СТОИТ ЖДАТЬ ОТ 5G?
Рабочие группы, ответственные за разработку стандарта 5G, операторы связи и производители сетевого оборудования ожидают, что стандарт 5G будет обладать следующим набором характеристик:
- Скорость: многократное увеличение скорости передачи данных (до 10 Гбит/c);
- Снижение сетевой задержки: обмен данными в режиме реального времени со значительным уменьшением сетевых задержек (< 1мс);
- Интернет вещей: подразумевает многократное увеличение подключенных устройств по сравнению с 4G (в 10 – 100 раз);
- Пропускная способность: увеличение объемов мобильных данных в 1000 раз;
- Автономность пользовательских устройств: десятикратное увеличение продолжительности жизни батарей и аккумуляторов при одновременном уменьшении требуемой мощности.
Столь высокие требования, несомненно, являются отражением потенциала развития технологии 5G и показывают ее однозначные преимущества по сравнению с существующими стандартами 3G/4G. Но на самом деле сети связи пятого поколения способны предложить гораздо больше. Дизайн сети не будет ограничиваться непосредственным обеспечением возможностей для подключения; развитие стандарта 5G должно быть продиктовано потребностями бизнеса и соответствовать техническим требованиям с целью предоставления сети как услуги (Networkas a Service) каждому отдельному потребителю, будь то частное лицо, компания или целая отрасль. Это позволит своевременно реагировать на постоянно растущую вариативность мобильных широкополосных сетевых устройств и сервисов.
Необходимые характеристики сетей связи строятся на потребностях различных категорий потребителей и включают в себя различные комбинации требований к высокоскоростному широкополосному доступу, низкие задержки сети и прочие подобные факторы. Сконструированная по принципу «одна сеть для всего» технология 4G изо всех сил пытается справиться с задачей соответствия данным требованиям.
Сеть следующего поколения 5G создается с целью изменения существующего мировоззрения и смещения акцента в сторону «одна сеть для всех сервисов». Для успешного применения данной философии сеть 5G конструируется с упором на следующие функции:
- Гибкость в распределении ресурсов, функций, механизмов и сетевой топологии.
- Обратная совместимость с системами и стандартами предыдущих поколений (4G, Wi-Fi и т. д.)
- Высокая масштабируемость с целью поддержки огромного числа подключений и взаимосвязи различных устройств.
- Использование интегрированных систем для безопасного соединения между приложениями по защищенным сетям с целью обеспечения требуемого уровня защиты персональных данных, конфиденциальности, аутентификации и т. п.
- Поддержка взаимодействия и возможность подключения как к сетям различных операторов, так и к инфраструктуре и приложениям сторонних разработчиков и поставщиков оборудования.
По общему мнению, коммерческий запуск сети пятого поколения ожидается в начале ближайшего десятилетия с повсеместным развертыванием в последующие десять лет. Тем не менее некоторые сетевые операторы планируют внедрение предварительного релиза сети 5G уже в ближайшее время. Технология 5G уже использовалась при проведении Чемпионата мира по футболу в России в 2018 году и зимних Олимпийских игр в Южной Корее.
В следующих разделах данной статьи мы расскажем о возможных сценариях использования сетей пятого поколения без углубленного рассмотрения технических вариантов внедрения 5G. Рассматриваемые сценарии и технические аспекты будут служить средством демонстрации возможностей данной технологии, а также задач, с которыми будут сталкиваться телекоммуникационные операторы в ближайшие годы.
ВОЗМОЖНОСТИ, ОТКРЫВАЕМЫЕ 5G
В современном мире мобильный интернет стал определяющим инструментом ведения бизнеса – как с точки зрения традиционных взаимоотношений исполнителя и заказчика, так и для внутриотраслевого и межотраслевого взаимодействия. Основополагающим процессом является увеличение числа подключаемых устройств с целью наиболее эффективного выполнения ими предусмотренных задач и функций. На сегодняшний день Интернет вещей является одним из ключевых факторов, стимулирующих разработку и распространение следующего поколения коммуникационных технологий. При этом большое количество возможных вариантов использования сетей будущего можно определить и спрогнозировать уже сейчас. С течением времени количество вариантов использования данной технологии будет неизменно расти. Кроме того, сопутствующие сценарии будут способствовать появлению новых, более разнообразных и специфических требований к развивающейся экосистеме с учетом необходимости обеспечения покрытия и подключения всех требуемых датчиков и устройств. Реализация 5G с учетом данных обстоятельств призвана справиться с задачами, которые ставит перед телекоммуникационной отраслью продолжающаяся цифровая трансформация. Основополагающая концепция Интернета вещей имеет огромный потенциал для технологического развития и состоит в обеспечении автономной и повсеместной подключаемости и связи между устройствами, не требующей постоянного управления и прямого контроля человеком. При этом данный этап эволюции сетевых технологий подразумевает грандиозное увеличение подключаемых устройств, высокие требования к надежности и доступности, а также обширный диапазон требований к пропускной способности – от низких до чрезвычайно высоких скоростей передачи данных в зависимости от предполагаемого сценария использования. При этом некоторые из возможных сценариев номинально могут обрабатываться традиционными сетями при условии учета скорости передачи данных, мобильности и прочих сопутствующих факторов.
В данном контексте термин «номинально» подразумевает охват конкретного сценария, выполнение которого необязательно будет обеспечиваться в случае объединения нескольких отдельных сценариев в единый, более сложный. С другой стороны, большое количество сценариев характеризуется чрезвычайно высокими требованиями, на сегодняшний день превышающими возможности современных сетей. Это диктует необходимость развития сетевых технологий, без которых использование упомянутых сценариев становится проблематичным и/или невозможным.
АВТОНОМНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
Приложения для автономных автомобилей обеспечивают коммуникацию транспортных средств с внешним миром посредством их подключения к сети, которая использует систему управления трафиком.
Одним из основных преимуществ подобных систем является снижение потенциальных рисков человеческой ошибки во время передвижения на высоких скоростях. При этом ключевыми факторами безопасности автономного передвижения являются отсутствие проблем с передачей данных и время отклика, близкое к нулю. В сети 4G даже при оптимальных условиях автомобилю требуется порядка 20 миллисекунд для взаимодействия с другим участником движения. С целью обеспечения адекватного уровня дорожной безопасности подобные значения должны быть уменьшены до нескольких миллисекунд.
Кроме того, помимо решения проблемы времени отклика (сетевых задержек), подобные приложения должны обладать наивысшей степенью надежности с целью надлежащего выполнения задач по автоматизации транспортных средств. В свою очередь, подобные требования могут быть удовлетворены исключительно за счет обеспечения полноценного сетевого покрытия с охватом всей имеющейся дорожной инфраструктуры. Следствием этого являются минимизация влияния сбоев в сетевых компонентах, а также предоставление требуемого уровня мощности сигнала и пропускной способности вне зависимости от числа участников движения и объема данных, потребляемых другими приложениями. Важно понимать, что существующие сети даже близко не удовлетворяют данным требованиям. Развитие автоматизации транспортного движения происходит поэтапно: от появления умных помощников и внедрения систем автоматической поддержки до частичной и полной автоматизации перемещения транспортных средств.
Основными преимуществами развития подобных систем для конечного потребителя являются безопасность, экологичность, удобство пользования и в конечном счете более эффективное использование времени. Дальнейшее развитие сетевых технологий обладает огромным потенциалом, связанным с увеличением различных сценариев интеллектуального передвижения и созданием «Умного города», где автономное передвижение транспортных средств является лишь одним из составных компонентов. Появление подобных экосистем неизменно приведет к большей безопасности, более эффективному использованию дорожной инфраструктуры и улучшению экологической обстановки. Огромную роль на данном этапе развития будет играть появление сети 5G.
ДОПОЛНЕННАЯ И ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ
Тактильное взаимодействие, основанное на обработке входных сигналов, получаемых от нескольких датчиков с использованием распознавания жестов, помогает в создании удобного и быстрого пользовательского интерфейса. Технологи и обозреватели видеоигр предсказывают большое будущее мультимедийным приложениям с использованием дополненной и виртуальной реальности при условии значительного снижения максимальных сетевых задержек до значений в 5–10 миллисекунд и ниже. Устройства дополненной реальности сопровождают пользователя такой информацией, как направление движения, цены на товары и продукты или имена текущих собеседников в дополнение к взаимодействию с объектами в реальном мире, проецируя данные на приборы или поверхности (например, очки дополненной реальности или лобовое стекло автомобиля). Устройства виртуальной реальности работают иначе: они создают искусственную, несуществующую в реальном мире картину и наполняют ее виртуальными объектами.
Несмотря на разные механизмы работы, обе эти системы не могут функционировать полноценно без возможности практически мгновенного доступа к обновляющимся данным. Таким образом, для успешного использования устройств дополненной и виртуальной реальности должны выполняться два основных требования: низкие сетевые задержки и высокая пропускная способность, особенно с учетом постоянного роста количества используемых устройств в миллионах частных домов, магазинов и офисов. Подобные требования кажутся трудновыполнимыми для существующих сетей. Поскольку виртуализация и информационные возможности дополненной и виртуальной реальности одинаково привлекательны как для маркетологов, так и для конечных потребителей, то в ближайшем будущем ожидается небывалый интерес и постоянно растущий спрос на соответствующие устройства.
ДИСТАНЦИОННАЯ МЕДИЦИНА
Использование развивающихся технологий особенно важно для любых возможных сценариев в сфере здравоохранения и имеет огромный потенциал с точки зрения значительного развития приложений и устройств, использующих носимые (нательные) технологии. Одним из наиболее актуальных примеров является использование роботизированных хирургических систем. Подобные интерактивные устройства обычно состоят из одной или нескольких механических «рук», контролируемых хирургом, центра управления (консоли) и системы сенсоров, предоставляющих обратную связь пользователю. Операция может осуществляться роботом и не требует непосредственного присутствия хирурга: он может контролировать процесс, находясь в другом месте, то есть дистанционно. Таким образом, опыт специалистов-хирургов может быть доступен пациентам в любой точке мира без необходимости их транспортировки за пределы местной больницы. Подобные технологии требуют наличия широкополосного доступа к интернету со скоростями передачи данных не менее 1 Гбит/с при ультранизких сетевых задержках и обоснованных требованиях к доступности и надежности сетей.
ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ В ОФИСЕ
Развитие телекоммуникационных систем позволит предоставить мобильный широкополосный доступ надлежащего качества при отсутствии сетевых перегрузок. Примером подобного сценария может служить офис виртуальной реальности, созданный с использованием прототипа 5G в рамках проекта METIS программы EU FP7 (одной из рамочных программ Европейского союза по развитию научных исследований и технологий). В данном виртуальном офисе коллеги, физически находясь в разных местах, работают дистанционно и взаимодействуют друг с другом путем обмена 3D-изображениями, требующими гигабайты цифровых данных.
Видеочаты являются неотъемлемой частью используемых в подобном сценарии приложений. Обеспечить бесперебойную работу данной интерактивной экосистемы с достаточным уровнем удовлетворенности конечных пользователей возможно только при наличии широкополосного доступа со скоростями передачи данных порядка 1-5 Гбит/с даже в наиболее загруженные рабочие часы. Кроме того, необходим определенный запас прочности – возможность подключения к создаваемой сети с аналогичными значениями должна быть обеспечена для требуемого числа сотрудников в любом месте их нахождения.
НЕИСЧИСЛИМЫЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ
Большинство описываемых сценариев как в потребительском, так и в отраслевом сегментах в основном ориентируются на выполнение вышеописанных требований к пропускной способности и сетевым задержкам, выполнение которых должно быть обеспечено разрабатываемыми технологиями мобильной связи. Помимо данных сценариев также существуют и другие, новые варианты использования, основанные на инновационных типах взаимодействия между машинами и между человеком и машиной («гиперподключенность» и Интернет вещей).
Однако подобные прогрессивные приложения охватывают огромный диапазон различных требований по сравнению с существующими сегодня. Появление таких технических решений влияет на развитие таких компонентов, как интеграция мобильных и фиксированных сетей, развитие информационных платформ и экосистем с целью обеспечения стабильности и надежности сетей с запасом прочности, гарантирующим их функционирование при постоянно растущем числе одновременно использующихся устройств.
Отличной иллюстрацией требований к развитию сетей служит концепция «Умного города». Ее реализация полностью зависит от коммуникации и взаимодействия между бесконечным множеством устройств и платформ с огромным количеством различных правил. Уличное освещение, интерактивные информационные дисплеи, системы контроля уличного движения, видеонаблюдение, контроль доступа и умные парковочные системы – лишь некоторые из многих рассматриваемых аспектов даже без учета людей – непосредственных участников «Умного города», путешествующих с использованием различных транспортных сетей. На сегодняшний день используемые системы, подобные электронной системе автоматического сбора дорожных пошлин в Сингапуре ERP (Electronic Road Pricing), зачастую сосредоточены лишь на некоторых ключевых транспортных узлах.
Даже с учетом добавления умных систем парковки сингапурская система контроля все еще довольно далека от многофункциональных моделей будущего, требующих интерактивного многоцелевого управления инфраструктурой. Повседневные операции в современном морском порту обладают аналогичным уровнем сложности. Каждые 24 часа десятки тысяч контейнеров, десятки кораблей, сотни поездов, тысячи грузовиков и десятки тысяч работников координируют свои действия. Эволюция сетей связи и подключение всех участников подобных многосложных систем призваны поспособствовать увеличению пропускной способности инфраструктуры, сокращению времени простоя, повышению эффективности и уменьшению загрязнения окружающей среды.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сети 5G окажут значительное влияние на потребителей и всевозможные отрасли промышленности в ближайшие годы. Они будут поддерживать мобильный широкополосный доступ со сверхнизкими сетевыми задержками с подключением более 50 миллиардов различных устройств посредством Интернета вещей. Некоторые из предусмотренных функций явно выходят за рамки возможностей современных мобильных сетей. Развитие подобных сетей не ограничивается определенным набором требований и разнообразием вариантов применения: архитектура сети 5G напрямую определяет вероятность появления на свет многих сценариев в будущем.
Очевидной целью сетевых операторов является увеличение доступной пропускной способности для пользователей. Тем не менее данную проблему можно назвать относительно незначительной по сравнению с появлением «Умных городов», требующих согласования с большим числом различных инстанций, преследующих различные интересы и нуждающихся в политической поддержке с целью обеспечения определенных эффектов (например, снижение загрязнения окружающей среды). Несмотря на то, что коммерческий запуск сетей 5G не планируется раньше 2020 года, все заинтересованные стороны активно вовлечены в их разработку уже сегодня, осознавая важность определения технологической и коммерческой стратегии по развитию данной технологии в последующие 5-10 лет, включая работу по следующим направлениям:
- Проведение исследования рынка, определение вариантов использования и коммерческих требований.
- Создание бизнес-модели, включая определение стратегического партнерства в локальном и глобальном масштабах.
- Углубленное изучение сетевых таких механизмов и нововведений в архитектуре 5G, как виртуализация и Network Slicing.
- Подготовка к интеграции и/или миграции, не ограничивающаяся только техническими характеристиками и принимающая во внимание организационные и процессуальные аспекты.
- Коммерческий анализ механизмов построения архитектуры сети.
- Моделирование различных сценариев построения и использования соответствующих коммерческих моделей.
