5G не только глобальная, но и локальная сеть следующего поколения

5G – это новая сетевая архитектура с новой концепцией резервирования ресурсов и создания телекоммуникационных услуг. Это не только сверхширокополосный доступ, но и современный узкополосный доступ и многие другие системные, технические и технологические решения. В этой концепции впервые в истории телекоммуникаций мобильные и фиксированные сети рассматриваются как дополняющие друг друга, а не отдельные, как раньше.

Технология беспроводных сетей 5G позволяет не только строить общедоступную телекоммуникационную инфраструктуру общего пользования, но и создавать частные сети 5G, расположенные на небольшой территории. Согласно отчету Ericsson Mobility Report, опубликованному в июне 2019 года, к началу 2021 года количество пользователей 5G во всем мире достигнет 190 миллионов.

Первые запуски 5G сетей

5G – технология, и у нее нет владельцев. В 2017 году Telia, Ericsson и Intel запустили первую в Европе сеть 5G в реальном времени. Испытания касались Таллинна и Стокгольма. В том же году в Лондоне начались испытания 5G. В 2019 году на рынке появились первые коммерческие смартфоны, поддерживающие стандарт 5G. Сегодня 5G – стандарт, который может использовать любой оператор связи.

Для чего нужна сеть 5G

Сеть 5G обычно ассоциируется с предложением операторов сетей мобильной связи по созданию инфраструктуры и внедрению общедоступных услуг. Но стоит отметить, что технология 5G может и также используется для создания частных сетей. Уже есть первые примеры таких приложений, и поставщики сетевой инфраструктуры внедряют решения для облегчения таких внедрений, известные как 5G SA (Stand Alone).

Но в настоящее время 5G работает в основном в лицензированных радиодиапазонах, поэтому также необходимы соответствующие юридические решения, позволяющие использовать их на местном уровне без нарушения интересов операторов связи. Потому что самый важный барьер, который может помешать внедрению частных сетей, – это доступ к лицензированным частотам. Как правило, они принадлежат операторам мобильной связи, планирующим инвестировать в инфраструктуру общедоступных сетей 5G. Но в некоторых странах, таких как Германия, Великобритания или США, правила уже начали разрешать местный доступ к лицензированным частотам, даже тем, которые ранее были приобретены телекоммуникационными компаниями, если планы по запуску общедоступных 5G являются отдаленными или невыгодными для оператора.

В то же время организация 3GPP в декабре 2018 года начала работу над расширением стандарта 5G до возможности использования нелицензионных полос частот. Он должен быть представлен в этом году как часть спецификации 5G Release 16. Это инициатива, которая может способствовать популяризации частных сетей 5G.

Внедрение 5G стало необходимостью, а отдельная полоса передачи данных — наиболее благоприятное решение. 4G исчерпывает свои возможности. Хотя это была очень хорошая, даже революционная технология, прогрессивная «смартфонизация», то есть использование телефонов, таких как компьютеры (просмотр веб-страниц, отправка электронных писем с большими вложениями, электронные покупки и, прежде всего, просмотр видео и воспроизведение в интернете) привела к что спрос на передачу данных огромен. К этому добавляется «потребление» данных через портативные компьютеры и настольные компьютеры, где пользователи подключаются к интернету через мобильные технологии. Это хорошее решение в ситуации, когда нет наземной инфраструктуры, т.е., говоря в просторечии, в дом не идёт кабель с интернетом.

5G не всегда означает одно и то же

Следует отметить, что сеть 5G всё ещё находится в стадии разработки, причём двумя разными способами. Некоторые операторы используют существующую инфраструктуру и вводят 5G в общий диапазон, где 4G уже работает. Это может отрицательно повлиять на скорость передачи данных, поскольку при высокой плотности активных пользователей 4G – например, в центрах городов с офисными зданиями, торговыми центрами, туристами — будут «использоваться» общие ресурсы, которые для пользователей 4G в конечном счёте будут сильно перегружены.

5G или беспроводная локальная сеть нового поколения

Частные сети 5G, в принципе, представляют собой локальные сети, которые позволяют использовать более продвинутые приложения, чем современные известные технологии. Мобильность, надежность, простота использования нескольких распределенных устройств и низкая задержка, обеспечивающая связь в режиме реального времени, – вот основные особенности технологии 5G, привлекающие внимание компаний.

Частная сеть 5G позволяет создать сеть в определенной области с унифицированным подключением, оптимизированными услугами и безопасными средствами связи. Как и в случае с другими локальными сетями, частная сеть 5G будет выделена и независимо управляться владельцем.

Ключевые преимущества 5G

Плюсы 5G — номенклатура — больше отдельных полос. Это стабильность соединения, меньшие задержки при передаче данных и большая пропускная способность сети, то есть гораздо больше устройств в данной области могут работать без потери качества соединения. Для начала это будет весело, например, загрузить игру за секунды или весь фильм менее чем за полминуты.

• Беспроводная сеть снижает потребность в кабелях, таких как Ethernet, что является дорогостоящим и непрактичным при подключении большого количества устройств или в динамической среде, в которой перемещаются люди и устройства.
• Ключевой особенностью 5G является возможность создания нескольких виртуальных сетей, которые можно настраивать и оптимизировать для конкретной услуги и трафика, который будет использовать определенный сегмент сети. Это означает, что сеть может быть оптимизирована для нужд пользователей и приложений.
• Владелец сети имеет полный контроль над инфраструктурой, безопасностью, использованием ресурсов и работой сети, поэтому критически важные устройства имеют приоритет.
• 5G обеспечивает значительно меньшую задержку, чем современные беспроводные технологии, и обеспечивает связь между устройствами в реальном времени, что имеет решающее значение для таких приложений, как системы безопасности или управление движением и роботами.
• Высокая пропускная способность 5G позволяет передавать большие объемы данных по сети и обмениваться ими с огромным количеством различных устройств.
• Частная сеть 5G обеспечивает более высокий уровень безопасности, чем используемые в настоящее время технологии. Оператор сети может устанавливать свои собственные правила безопасности и хранить данные локально. Это особенно актуально для предприятий с конфиденциальными данными и критически важными приложениями.

Где можно использовать частный 5G

Наибольший интерес к 5G возникает среди крупных промышленных компаний, в которых работают или внедряются системы IIoT (Industrial Internet of Things). Кроме того, частные сети 5G могут быть установлены в удаленных и слаборазвитых сетях, где нет инфраструктуры 5G. Их потенциальными пользователями также могут быть университеты, больницы, военные базы или транспортные узлы (аэропорты, порты, вокзалы).

Стандарты также находятся в стадии разработки, чтобы обеспечить надежное соединение для критически важных приложений MCPTT (Mission-Critical Push To Talk). Эти типы систем предназначены, например, для служб безопасности или операторов железнодорожных сетей. Организация 3GPP уже разработала соответствующий стандарт для сетей LTE и в настоящее время готовит версию для 5G, которая должна быть расширена спецификациями для надежной передачи видео и данных в реальном времени (критически важное видео и критически важные данные).

Первые испытания частных сетей 5G начались в 2018 году в Германии, где правительство начало поддерживать такие инициативы в рамках национальной программы развития Индустрии 4.0.

Nokia недавно объявила о внедрении частных беспроводных решений 5G, в том числе в Deutsche Bahn, Lufthansa Technik и Toyota Production Engineering. Частная беспроводная сеть 5G также развертывается в Sandvik Mining and Rock Technology в Тампере, Финляндия.

Летом 2019 года Mercedes-Benz и Ericsson объявили о запуске первой частной сети 5G в автомобильной промышленности, которая работает на новом заводе компании Factory 56.

Управление частотной лицензией

Предшественником в этой области была Германия, которая уже в 2018 году начала вводить правила, разрешающие использование лицензионных диапазонов, но только в целях тестирования.

За это отвечает BNA (Bundesnetzagentur), которая наконец выделила полосу 100 МГц (частота 3,7–3,8 ГГц) для местных промышленных приложений и принимает заявки на лицензию в течение 10 лет с ноября 2019 года.

С другой стороны, Ofcom, британская правительственная организация, занимающаяся регулированием в сфере телекоммуникационных услуг, представила в июле 2019 года систему лицензирования для доступа к частотам 3,8–4,2 ГГц, 1,8 ГГц и 2,3 ГГц, которые в настоящее время приобретаются операторами мобильной связи. В последнем случае Ofcom может сделать радиодиапазон доступным в зоне, где он не используется, и нет планов использовать его в течение следующих 3 лет.

Локальные лицензии будут доступны при условии, что система не будет мешать работе операторов мобильной связи, которые ранее приобрели общие лицензии на использование частот. Однако стоит отметить, что это не относится к полосе частот 3,8–4,2 ГГц. По мнению специалистов Ofcom, он лучше всего подходит для использования в частных промышленных сетях 5G и не будет доступен для предоставления государственных услуг.

Плата за трехлетнюю лицензию составляет всего 950 фунтов стерлингов и предназначена только для покрытия расходов на управление лицензиями Ofcom. В настоящее время офис рассматривает возможность как продления срока действия лицензии, так и введения краткосрочных лицензий, например, для организаторов массовых мероприятий.

К марту этого года Ofcom получил 9 заявок на местное лицензирование, одно из которых было одобрено, 4 отклонено и 4 находятся на рассмотрении.

Однако в США FCC (Федеральная комиссия по связи) в январе 2020 года начала процесс открытия полосы 3,5 ГГц для коммерческих приложений. Полоса частот, известная как CBRS (Citizens Broadband Radio Service), ранее использовалась для военных целей и находилась в распоряжении Министерства обороны США.

Лицензии на доступ к частотам продаются для каждого округа США независимо на текущем аукционе. FCC будет проводить аукцион до тех пор, пока не будут проданы лицензии для каждого сайта (более 3000 округов). Правила коммерческие – покупатель имеет право использовать лицензию сам, предоставлять ее другим компаниям или продавать по рыночным ценам.

Новое качество игр и стриминг контента

Для любителей онлайн-игр важно минимизировать задержки. «Отставания» могут определить исход виртуального столкновения. Пинг 100 означает, что устройству требуется 1/10 секунды для связи с сервером. Это ощутимая ценность, и гораздо более высокая ценность делает невозможным конкуренцию. Таким образом, игроки, вероятно, станут первой группой клиентов, которые ощутят преимущества 5G.

Новая технология также позволит смотреть фильмы онлайн в качестве 4K и даже 8K. Это понравится многим пользователям, например, YouTube, IPLA, Netflix или HBO GO. Кабель станет избыточным, чтобы наслаждаться потрясающим качеством изображения и звука.

Человек живёт не только развлечениями

Беспрецедентная скорость мобильной передачи данных также будет активно использоваться бизнес-пользователями. В последние месяцы телеконференции стали намного более распространёнными. Хотя в настоящее время это связано с реалиями пандемии, многие компании не откажутся от этого типа контактов даже после того, как угроза миновала. Тем более что сотрудники, менеджеры и генеральный директор — если они находятся в пределах диапазона 5G – смогут общаться, представлять диаграммы, анимацию или фильмы в высоком качестве без задержек и перерывов.

Это также новая возможность для удалённой работы. Даже в Москве и крупнейших городах с хорошей телекоммуникационной инфраструктурой оптическое волокно ещё не достигло всех. Есть жилые кварталы и улицы, где жители, подключённые к широкополосному интернету, могут рассчитывать на максимальную скорость передачи 40 или 80 МБ / с. Мало, но это теоретическая скорость. На практике она намного ниже, и когда вся семья использует ещё один роутер, в том числе дети смотрят фильмы или играют в сети, у работающего человека могут возникнуть проблемы с проведением гладкой телеконференции. 5G решает такие проблемы своей скоростью.

Какое всех ждёт будущее?

Телеконференции или развлечения — это просто ласточки, которые, вероятно, возвещают о ярких изменениях. Вероятно, 5G сломает барьеры в развитии автономного транспорта, который будет основан не только на GPS, камерах и радарах, установленных на автомобилях, но и на связи между транспортными средствами. Только 5G сможет обрабатывать большое количество устройств на небольшом пространстве и обеспечивать быструю передачу больших пакетов данных.

Эту технологию также можно использовать для более простых задач, таких как сбор платы за проезд по автомагистралям (или с грузовиков для движения по национальным дорогам) или что менее удобно, для проверки того, кто заплатил за проезд.
Уже рождаются концепции использования сетей нового поколения в умном городе. Управление светофорами, общественным транспортом, освещением или оптимизация передачи и потребления электроэнергии, тепла и воды.

Уже дома многие используют IoT – интернет вещей, который делает жизнь более комфортной. Через несколько лет мы, вероятно, со слезами на глазах вспомним, насколько это было примитивно и ограниченно, что мы с трудом могли регулировать отопление дома из офиса. 5G может сделать наш дом более необслуживаемым, каждое устройство «позаботится о себе» в нужное время и в нужном объёме.

Точно будет удобнее

В России медицина — это деликатная тема, вызывающая множество эмоций, и, вероятно, 5G не изменит эту картину быстро и радикально, но кто знает, может быть, в этом отношении произойдёт прорыв, например, с точки зрения доступа, к специализированным бригадам хирургов. Если пациент попадает в больницу, оснащённую роботом для удалённых операций, о нём смогут позаботиться специалисты из других городов и даже стран. Команды известных неврологов из Новосибирска и кардиологов из Москвы смогут оперировать пациентов, находящихся в других центрах, из своих кабинетов.

А также вопрос диагностики будет другим. В странах, где в медицину конвертируются более значительные средства, апробируются решения для непрерывной диагностики, особенно пожилых и хронических больных. Такие пациенты не ходят в клинику раз в неделю или месяц, но имеющееся в их распоряжении оборудование один или несколько раз в день передаёт в клинику ключевые измерения — давление, частоту сердечных сокращений, уровень сахара и т. д. Если врача что-то беспокоит, он звонит пациенту и приглашает его в гости. Или … немедленно вызывает к нему скорую помощь. Благодаря 5G у таких технологий будет гораздо больше возможностей.

Какой будет наша жизнь через несколько лет, можно полагаться только на своё воображение, но человечество всё равно не будет пытаться всё предсказывать. Вероятно, возможности 5G вдохновят на создание инновационных решений, которых сегодня нет даже на этапе разработки концепции. В конце концов, создатели научной фантастики 50 лет назад представляли, что в начале 21 века люди будут передвигаться на летающих машинах, а межпланетные путешествия будут такими же лёгкими и приятными, как путешествие на поезде из города в город. Они не учли, что революция произойдёт прежде всего в способности обрабатывать и передавать большие наборы данных. Точно так же сегодня невозможно предсказывать все направления развития цивилизации, кроме того, что это развитие будет происходить всё быстрее и быстрее.

Интересные факты и мифы о технологии 5G

• Негативное влияние 5G на здоровье человека. Воздействие электромагнитных волн на здоровье интенсивно изучается на протяжении десятилетий. Проводятся исследования на животных, но также собираются и анализируются данные о человеческих популяциях. Несмотря на большое количество высококачественных исследований риска развития рака, особенно головного мозга, области головы и шеи из-за повышенного воздействия электромагнитных полей, никаких доказательств увеличения этого риска найти не удалось. Электромагнитная гиперчувствительность может быть психологическим явлением. Это подтверждается исследованиями, показывающими, что тяжесть симптомов связана с субъективно воспринимаемой интенсивностью электромагнитного поля, а не с истинной интенсивностью.
• Отношение 5G к коронавирусу. Сеть 5G предоставит стремительный доступ к информации о пандемии, что при условии надежности способствует эффективной борьбе с вирусом.
• Работа с высокими частотами. Чем дальше человек находится от базовой станции, тем меньше радиации человек подвергаемся воздействию, что напрямую связано с явлением подавления электромагнитных волн. Передающие антенны установлены высоко, а форма луча радиоволн такова, что радиоволны распространяются в горизонтальной плоскости, в то время как в направлении антенны вниз сигнал сильно ослабляется. Это означает, что люди, находящиеся близко к антенне, не подвергаются воздействию высоких значений электромагнитного поля. Стоит отметить, что конечные устройства (например, мобильные телефоны) часто могут подвергаться большему воздействию электромагнитных полей, чем антенны: хотя они имеют во много раз меньшую мощность радиоизлучения, находятся в прямом контакте с пользователем. В результате воздействие ЭМП от оконечного оборудования больше, чем от базовой станции.
• Сферы жизни, пригодные для использования сети 5G. Технология 5G будет неоспоримо широко используется во многих областях экономики: четвертое поколение промышленности, современного сельского хозяйства и сектора услуг. Более быстрые и надежные технологии мобильной связи позволят произвести революцию в здравоохранении (электронное здравоохранение) и поддержать людей с ограниченными возможностями или управлять муниципальной инфраструктурой. Развлечения и образование также выиграют от новых возможностей взаимодействия и быстрого доступа к большим ресурсам данных. Сегодня пандемия продемонстрировала силу и важность удаленных встреч. Нет сомнений в том, что распространение технологии 5G повлияет на создание новых форм удаленных контактов или удаленной конкуренции.
• Появление новых угроз и атак после появления 5G. Среди всевозможной информации об угрозах, связанных с развитием сети 5G, истинная угроза – конфиденциальность. Создание и проектирование умных домов стоит большего количества собираемой информации о пользователе. Неспособность использовать технологии умело, в том числе с использованием услуг компаний, не имеющих хорошей истории в этом отношении, может быть опасным. Важно помнить, что с точки зрения кибербезопасности мы живем во время войны. Только в третьем квартале 2020 года количество кибератак, согласно отчету NASK, увеличилось на 43%.
• Будущее появление 6G. Разумеется, работа в этом направлении уже ведется. Технологии всегда работают, и бег по сути не остановить. Конечно, работа над технологией 6G ведется, и столицей этих работ сегодня является Китай. Хотя все больше говорят о более высоком сетевом стандарте также в Эстонии и Финляндии. Сегодня мало можно сказать о реальном влиянии Интернета 6G на человеческую жизнь. Говорят, что это повлияет на развитие технологии голограмм, и это будет технология, стимулирующая развитие так называемого дополненная реальность. С Интернетом 6G массовая связь между машинами для соединений с высокой плотностью будет больше.