5G для интеллектуального мира

Довольно распространено мнение, что настоящая революция Интернета вещей будет вызвана только популяризацией сети мобильного Интернета пятого поколения. Эта сеть все равно будет создана, но бизнес сейчас не смотрит на нее с внедрением IoT-инфраструктуры.

Эксперты ожидают, что 5G станет не эволюцией, а полной трансформацией мобильных технологий. Это должно преобразовать всю отрасль, связанную с этим видом связи. В феврале 2017 года во время презентации на Mobile World Congress в Барселоне представитель Deutsche Telekom даже заявил, что вследствие смартфоны перестанут существовать. Когда это станет популярным, мы всегда будем онлайн, практически со всем, что нас окружает. И в зависимости от того, в каком сегменте рынка будет использоваться эта технология (телемедицина, голосовые вызовы, игровые платформы, просмотр веб-страниц), сеть будет вести себя по-разному.

Скорость сети 5G по сравнению с предыдущими решениями

Во время того же MWC были показаны первые коммерческие приложения сети 5G — хотя такая формулировка вызывает некоторые сомнения, ведь до сих пор неизвестно, какой она будет на самом деле. Предположения совершенно не согласуются. Некоторые источники утверждают, что ожидается, что 5G обеспечит скорость передачи в десятки тысяч мегабит в секунду тысячам пользователей одновременно. Предварительная спецификация для 5G, озвученная несколько месяцев назад Международным союзом электросвязи (МСЭ), предполагает, что задержки не будут превышать 4 мс. Данные должны скачиваться со скоростью 20 Гбит/с, а отправка со скоростью 10 Гбит/с. Мы знаем, что МСЭ хочет объявить окончательный вариант новой сети этой осенью. Все сходятся в одном — сеть 5G должна обеспечивать одновременное беспроводное соединение сотен тысяч датчиков, что имеет ключевое значение для Интернета вещей и повсеместных сервисов.

Ведущие компании, такие как AT&T, NTT DOCOMO, SK Telecom, Vodafone, LG Electronic, Sprint, Huawei, ZTE, Qualcomm, Intel и многие другие, четко заявляют о своей поддержке ускорения внедрения графика стандартизации 5G. Все заинтересованные стороны хотят начать коммерческую реализацию этой концепции уже в 2019 году. С другой стороны, Европейский союз объявил план 5G PPP (), чтобы определить направления развития сетей следующего поколения. К 2020 году страны ЕС должны освободить зарезервированную для этого стандарта частоту 700 МГц.

Сеть 5G – подарок новых технологий

Одиночным вещам не нужен 5G

По данным Ericsson, в конце прошлого года в (, IoT) эксплуатировалось 5,6 млрд устройств. Из них только около 400 миллионов работали с мобильными сетями, а остальные — с сетями ближнего действия, такими как Wi-Fi, Bluetooth или ZigBee.

Реальное развитие Интернета вещей очень часто связано с сетями 5G. Первые применения новых технологий, первоначально в бизнес-секторе, могут появиться через два-три года. Однако мы можем ожидать доступа к сетям следующего поколения для индивидуальных клиентов не ранее 2025 года. Преимуществом технологии 5G является, среди прочего, способность обрабатывать миллион устройств, собранных на площади в квадратный километр. Казалось бы, огромное число, но если принять во внимание то, что видение IoT говорит о умные городав котором помимо городской инфраструктуры подключены транспортные средства (в том числе автономные автомобили) и бытовые (умные дома) и офисные устройства, а также, например, магазины и товары, хранящиеся в них, этот миллион на квадратный километр перестает казаться таким уж большим . Особенно в центре города или районах с высокой концентрацией офисов.

Помните, однако, что многие устройства, подключенные к сети, и размещенные в них датчики не требуют очень высоких скоростей, потому что они передают небольшие порции данных. Сверхбыстрый интернет не нужен банкомату или платежному терминалу. Не обязательно иметь в системе защиты датчик задымления и температуры, информирующий, например, производителя мороженого об условиях в холодильниках, стоящих в магазинах. Высокие скорости и малые задержки не нужны для мониторинга и управления уличным освещением, для передачи данных со счетчиков электроэнергии и воды, для удаленного управления с помощью смартфона домашних устройств, подключенных к IoT, или в логистике.

Сегодня, хотя у нас есть технология LTE, которая позволяет отправлять по мобильным сетям несколько десятков, а то и сотен мегабит данных в секунду, значительная часть устройств, работающих в Интернете вещей, по-прежнему используют сети 2G, т.е. имеется в продаже с 1991 года. стандарт GSM.

Для преодоления ценового барьера, который отпугивает многие компании от использования IoT в своей текущей деятельности и, таким образом, тормозит его развитие, были разработаны технологии для построения сетей, предназначенных для поддержки устройств, передающих небольшие пакеты данных. Эти сети используют как частоты, используемые операторами мобильной связи, так и нелицензируемый диапазон. Такие технологии, как LTE-M и NB-IoT (также называемая NB-LTE), работают в диапазоне, используемом сетями LTE, а технология EC-GSM-IoT (также называемая EC-EGPRS) использует диапазон, используемый сетями 2G. В нелицензионном диапазоне вы можете выбирать из таких решений, как LoRa, Sigfox и RPMA.

Все вышеперечисленные варианты предлагают большой ассортимент и разработаны таким образом, чтобы конечные устройства были максимально дешевыми и потребляли как можно меньше энергии, и, таким образом, работали без замены батареи даже в течение нескольких лет. Отсюда и их собирательное название – (низкое энергопотребление, большой радиус действия). Сети LPWA, работающие в диапазонах, доступных мобильным операторам, нуждаются только в обновлении программного обеспечения. Разработка коммерческих сетей LPWA рассматривается исследовательскими компаниями Gartner и Ovum как одно из важнейших событий развития IoT.

Операторы используют различные технологии. Голландская KPN, запустившая в прошлом году свою общенациональную сеть, выбрала LoRa и заинтересована в LTE-M. Группа Vodafone выбрала NB-IoT — в этом году она начала строить сеть в Испании, и у нее есть планы по созданию такой сети в Германии, Ирландии и Испании. Deutsche Telekom выбрала NB-IoT и объявляет, что его сеть будет запущена в восьми странах, включая Польшу. Испанская Telefonica выбрала Sigfox и NB-IoT. Orange во Франции начала строить сеть LoRa, а затем объявила, что начнет запускать сети LTE-M из Испании и Бельгии — в странах, в которых она работает, а значит, вероятно, и в Польше.

Строительство сети LPWA может означать, что развитие особой экосистемы IoT начнется быстрее, чем сетей 5G. Расширение одной не исключает другой, потому что обе технологии необходимы для интеллектуальной сети будущего.

Беспроводных соединений 5G, вероятно, в любом случае потребуется много энергия. В дополнение к вышеупомянутым диапазонам в прошлом году должен быть запущен способ экономии энергии на уровне отдельных устройств. Веб-платформа Bluetooth. Она будет использоваться сетью умных лампочек, замков, датчиков и т. д. Технология позволяет подключаться к IoT-устройствам напрямую из веб-браузера или с веб-сайта без использования специальных приложений.

Визуализация техники Web Bluetooth

5G раньше

Стоит знать, что некоторые компании годами занимаются технологией 5G. Например, Samsung работает над своими решениями, связанными с сетью 5G, с 2011 года. За это время удалось добиться передачи 1,2 Гбит/с в транспортном средстве, движущемся со скоростью 110 км/ч. и 7,5 Гбит/с для стоячего приемника.

Более того, экспериментальные сети 5G уже существуют и были созданы в сотрудничестве с различными компаниями. Однако на данный момент еще слишком рано говорить о скорой и действительно глобальной стандартизации новой сети. Ericsson тестирует его в Швеции и Японии, но до появления небольших потребительских устройств, которые будут работать с новым стандартом, еще далеко. В 2018 году в сотрудничестве со шведским оператором TeliaSonera компания запустит первые коммерческие сети 5G в Стокгольме и Таллинне. Изначально это будет городские сети, а «полноразмерного» 5G нам придется ждать до 2020 года. У Ericsson есть даже первый телефон 5G. Возможно, слово «телефон» в конце концов является неправильным. Прибор весит 150 кг и с ним приходится ехать в большом автобусе, вооруженном измерительным оборудованием.

В октябре прошлого года новость о дебюте сети 5G пришла из далекой Австралии. Однако к отчетам такого типа следует подходить с дистанцией — откуда вы знаете, без стандарта и спецификации 5G, что запущена услуга пятого поколения? Это должно измениться после согласования стандарта. Если все пойдет по плану, предварительно стандартизированные сети 5G впервые появятся на зимних Олимпийских играх в Южной Корее в 2018 году.

Миллиметровые волны и крошечные клетки

Работа сети 5G зависит от нескольких важных технологий.

Базовая станция производства Samsung

Первый соединения в миллиметровом диапазоне волн. Все больше и больше устройств подключаются друг к другу или к Интернету, используя одни и те же радиочастоты. Это вызывает потерю скорости и проблемы со стабильностью соединения. Решением может стать переход на миллиметровые волны, т.е. в диапазоне частот 30-300 ГГц. В настоящее время они используются, в частности, в спутниковой связи и в радиоастрономии, но их основным ограничением была малая дальность действия. Новый тип антенн позволяет решить эту проблему, и разработка этой технологии продолжается до сих пор.

Вторым столпом пятого поколения следует назвать технологию. Ученые хвастаются тем, что уже способны передавать данные с помощью миллиметровых волн на расстояние более 200 м. И буквально через каждые 200-250 м в крупных городах могут быть, т. е. небольшие базовые станции с очень низким энергопотреблением. Однако в менее населенных районах «мелкие ячейки» работают плохо.

Это должно помочь в вышеуказанной проблеме технология MIMO новое поколение. MIMO — это решение, также используемое в стандарте 4G, способное увеличить пропускную способность беспроводной сети. Секрет в многоантенной передаче на передающей и приемной сторонах. Станции следующего поколения могут обрабатывать в восемь раз больше портов, чем сегодня, для одновременной отправки и получения данных. Таким образом, пропускная способность сети увеличивается на 22%.

Еще один важный метод для 5G заключается в том, что «формирование луча“. Это метод обработки сигналов таким образом, что данные доставляются пользователю по оптимальному маршруту. помогает миллиметровым волнам достигать устройства в виде концентрированного луча, а не посредством всенаправленной передачи. Таким образом, мощность сигнала увеличивается, а помехи уменьшаются.

Пятым элементом пятого поколения должен стать так называемый полный дуплекс. Дуплекс — это двусторонняя передача, т. е. такая, при которой передача и прием информации возможны в обоих направлениях. Полный дуплекс означает, что данные передаются без прерывания передачи. Это решение постоянно совершенствуется для достижения наилучших параметров.

 

Шестое поколение?

Однако лаборатории уже работают над чем-то еще более быстрым, чем 5G — хотя повторимся, что мы точно не знаем, что такое пятое поколение. Японские ученые создают будущую беспроводную передачу данных как бы следующей, шестой версии. Он заключается в использовании частот от 300 ГГц и выше, а достигаемые скорости составят 105 Гбит/с на каждом канале. Исследования и разработки новых технологий ведутся уже несколько лет. В ноябре прошлого года благодаря использованию терагерцового диапазона 500 ГГц была достигнута скорость 34 Гбит/с, а затем 160 Гбит/с с использованием передатчика в диапазоне 300-500 ГГц (восемь каналов, модулированных с интервалом 25 ГГц). ) — то есть результаты, во много раз превышающие предполагаемые возможности сети 5G. Последний успех — это работа группы ученых из Университета Хиросимы и сотрудников Panasonic одновременно. Информация о технологии была размещена на сайте университета, предположения и механизм работы терагерцовой сети были представлены в феврале 2017 года на конференции ISSCC в Сан-Франциско.

Как известно, увеличение частоты работы не только дает возможность более быстрой передачи данных, но и значительно сокращает возможный диапазон сигнала, а также повышает его восприимчивость ко всевозможным помехам. Это означает, что необходимо построить достаточно сложную и плотно распределенную инфраструктуру.

Стоит также отметить, что революции — такие как выход запланированной к 2020 году сети 5G, а затем и гипотетической, еще более быстрой, терагерцовой сети — означают необходимость замены миллионов устройств версиями, адаптированными к новым стандартам. Это, вероятно, значительно … снизит скорость изменений и приведет к тому, что намеченная революция на самом деле станет эволюцией.

Продолжение следует Номер темы в свежем номере ежемесячника.