Революция 5G: как сети связи пятого поколения изменят мир

Михаэль Лемке — тертый калач в своей отрасли. Уже более 24 лет доктор физико-математических наук работает в области передачи данных. Менее чем за четверть века он видел, как приходят и уходят различные стандарты мобильной связи. Что касается пятого поколения сетей мобильной связи, то он считает, что 5G обещает настоящую революцию.

Прекрасный новый мир 5G

«Интернет, каким мы его знаем сегодня, а точнее — беспроводная сеть, исчезнет» — утверждает г-н Лемке, в настоящее время занимающий должность старшего технического эксперта компании Huawei, производителя сетевого оборудования.

Подобные крупные изменения обещает не только Лемке. Заявления почти всей телекоммуникационной индустрии, относящиеся к 5G, звучат как утопия: скорость передачи данных в 10-100 раз выше, чем сегодня, время задержки — порядка миллисекунды, которое человек уже не заметит, объем мобильных данных, в тысячи раз превосходящий современный стандарт. И все это — для числа устройств на каждой радиосоте, в сотню раз большему, чем в настоящее время.

С технической точки зрения такие проблемы, как обрывы связи, перегруженные радиосоты и ограничения передачи данных для отдельных тарифов мобильной связи, были бы решены в один момент. «Представьте себе, что вы всегда находитесь в зоне приема, даже на краю радиосоты, так как сеть повсюду следует за вами», — описывает Лемке новый мир мобильной связи.

И лучшее в этой технической утопии: с учетом запланированного развертывания сетей 5G она должна стать реальностью уже в 2020 году, то есть, меньше, чем через 4 года. Наряду с высочайшими скоростями передачи данных и полной доступностью, Лемке также видит огромный прогресс в отношении возможностей подключения к сети. «Все, что может быть подключено, будет подключено», — заявляет эксперт в области мобильной связи.

«Интернет вещей», беспилотные автомобили и концепция «Промышленность 4.0» с ее интеллектуальным производственным оборудованием: 5G призван обеспечить базу для всех этих решений. И в этом желании уже не остановить таких крупнейших провайдеров и производителей сетевого оборудования — компании Huawei и Ericsson: наряду с улицами и заводами, в будущем «умными» должны стать больницы, футбольные стадионы, линии электропередач, порты и целые города.

Однако до сих пор концепция 5G реализована, прежде всего, в маркетинговых терминах, таких, как Connected Society («Объединенное общество») — так в компании Ericsson называют общество, полностью объединенное в единую информационную сеть, или Gigabit-Gesellschaft («Гигабитное общество»), которое Гюнтер Эттингер, комиссар ЕС по вопросам цифровой экономики и информационного общества, в ходе ежегодной выставки IFA даже назвал «гигабайтным обществом».

От гигабита к гигабайту

Однако техническая база для «гигабитного» и «гигабайтного» общества еще не создана. Наоборот, переговоры по вопросам стандартизации будущего высокоскоростного беспроводного обмена данными только начались.
Для достижения целей, указанных в графике работ, производители сетевого оборудования и Интернет-провайдеры в настоящее время напряженно трудятся над разработкой ключевых технологий 5G.

В отдой лишь Германии в лаборатории 5G Lab Germany Дрезденского технического университета вопросами построения сети будущего занимается межотраслевая команда из 22 профессоров и почти 600 сотрудников, поддерживаемая такими промышленными гигантами, как Vodafone, Nokia, Ericsson и Bosch.

Интернет «по касанию»

Одним из направлений исследований в 5G Lab является так называемый «тактильный Интернет». В первую очередь ставка делается на крайне малое время поиска в сетях 5G. Так, благодаря применению очков виртуальной реальности и электромеханических перчаток, должно стать возможным интерактивное взаимодействие пользователя в режиме реального времени с физическими объектами или людьми, находящимися на расстоянии сотен километров.

Одним из практических вариантов применения может стать телемедицина: при сложных операциях, которые могут быть выполнены лишь немногими специалистами, ни хирургу, ни пациенту не нужно будет никуда ехать. Врач сможет проводить операции «по сети», используя очки и перчатки виртуальной реальности.

Компания Huawei также проводит исследования в области телемедицины и иных возможностей применения 5G. Однако китайский производитель сетевого оборудования не принимает участия в работе лаборатории 5G в Дрездене, а организовал в Мюнхене собственный тестовый комплекс.

Совместно с правительством Баварии, властями Мюнхена, Мюнхенским техническим университетом и локальным провайдером M-net компания Huawei до 2018 года планирует инвестировать порядка 600 млн евро в разработку т. н. 5G Vertical Industry Accelerator (5G VIA, «ускорителя вертикальной отрасли»). В планах также — сотрудничество с медицинской клиникой, расположенной на правом берегу реки Изар (г. Мюнхен).

Однако точные направления исследований в столице Баварии неизвестны. На наш запрос представитель компании Huawei заявил, что подробности о деятельности тестового комплекса «в настоящее время не предназначены для общественности». Однако в пресс-релизе от февраля 2015 года существует ссылка, которая наводит на мысль о том, каким образом в итоге должны быть оправданы инвестиции. В документе сказано, что тестовый комплекс обеспечивает возможность «испытания разработанных алгоритмов […] в реальных условиях и с учетом конкретных сценариев для вертикальных рынков цифрового общества, начиная с 2020 года».

Что на самом деле планируют провайдеры?

Понятие «вертикальные рынки» объясняет, каким образом производители сетевого оборудования и Интернет-провайдеры хотят начать возвращать инвестиции, начиная с 2020 года: с помощью новых сфер бизнеса, которые тесно связаны с сетевой структурой 5G — т.н. «специальных сервисов». При этом важнейшее значение имеют алгоритмы, которые в настоящее время тестируются специалистами Huawei в Мюнхене. Технология, известная среди экспертов под названием «нарезка сети» (Network Slicing), призвана разделять сеть 5G на отдельные виртуальные подсети, которые также могут быть реализованы на рынке по отдельности.

Если мобильная сеть является неограниченной и доступ возможен в любом месте, расчет показывает возможность наличия таких бизнес-моделей, при которых клиенту больше не потребуется оплачивать доступ в Интернет. Однако специальные сервисы, такие, как приложения для «умного дома», конференции в виртуальной реальности или использование беспилотного автомобиля, будут предложены за отдельную плату. Сетевые операторы могут также требовать денег от контент-провайдеров и Интернет-стартапов, продукция которых предъявляет особенные требования к сетевой инфраструктуре, например, широкий диапазон пропускания или малое время поиска.

Собирать деньги как с провайдеров, таких как Netflix, так и с конечных пользователей, было бы вдвойне прибыльным бизнесом для сетевых операторов. Тем не менее, существует проблема для отрасли. С сегодняшней точки зрения такие бизнес-модели нарушили бы существующие положения ЕС о сетевом нейтралитете. Это объясняет, почему телекоммуникационная промышленность опубликовала специальный лоббирующий документ под названием «Манифест 5G» до объявления регулятором BEREC (Body of European Regulators for Electronic Communications, Ассоциация европейских регуляторов в сфере электронных коммуникаций) точной трактовки положений о сетевом нейтралитете.

В этом документе осуществляется более или менее явное давление на регулятора, с целью принятия не слишком жестких правил сетевого нейтралитета. В 5G-манифесте сообщается, что «телекоммуникационная промышленность предупреждает о том, что нынешние принципы сетевого нейтралитета, в том виде, в котором они были предложены организацией BEREC, приводят к значительным неопределенностям при расчете рентабельности сети 5G.

Поэтому инвестиции (в 5G) могут быть существенно задержаны в том случае, если регулирующие органы не займут дружественную позицию в отношении инноваций».

ммиЕсли планы телекоммуникационной отрасли сбудутся, то для сторонников сетевого нейтралитета 5G-сети станут чем угодно, но не безоблачным будущим — они опасаются, что Интернет станет чем-то вроде платного ТВ.

«Тормоз» для специальных сервисов

Вопросы в телекоммуникационной отрасли решаются с трудом. В конце августа регулятор BEREC объявил, что национальные контролирующие органы в будущем обязаны очень тщательно проверять, прежде всего, специальные сервисы на предмет нарушений сетевого нейтралитета. В частности, сервисы, предлагаемые также в «обычном» Интернете, не могут декларироваться «задним числом» в качестве специальных сервисов.

В качестве примера разрешенного специального сервиса в области телефонии регулятор BEREC называет службу Voice over LTE («передача голоса по сети LTE»). Skype, напротив, запрещен в качестве специального сервиса. Аналогичная ситуация складывается и в сфере передачи потокового видео: сигнал линейного IPTV, который передается по сетям кабельного телевидения в виде широковещательных трансляций, может быть объявлен провайдерами как специальный сервис, а служба «видео по запросу», например, Netflix или YouTube, — нет. Это означает, что сетевые операторы также и в будущем не смогут комплексно «клянчить чаевые», если сервис предъявляет высокие требования.

Немного неожиданным является то, что провайдеры реагируют на это решение довольно сдержанно. Представитель одной из европейских телекоммуникационных компаний в ответ на наш запрос заявил, что строгая интерпретация сетевого нейтралитета «угрожает инновационным бизнес-моделям, в частности, в промышленных областях применения». Теперь провайдерам хотелось бы дождаться уточнения, каким образом будут проводиться проверки национальных регулирующих ведомств в каждом конкретном случае.

Сети UMTS и WLAN — под давлением

Даже если многочисленные нарушения сетевого нейтралитета вследствие применения концепции 5G на данный момент кажутся преодолимыми, проблемы могут возникнуть с другой стороны. Так как первый шаг на пути к 5G состоит в расширении стандарта LTE, то при этом его жертвами могут стать популярные технологии мобильной связи.

В центре внимания разработчиков 5G находятся диапазоны частот 2 и 5 ГГц, на которых в настоящее время работают сети UMTS и WLAN. Эти две полосы частот необходимы, чтобы обеспечить значительную зону действия повсеместной сети будущего. Одновременно LTE-диапазон, благодаря применению дополнительных частот, должен поэтапно подводиться к уровню 5G (без модернизации всей инфраструктуры).

Тем самым технология UMTS находится на грани забвения? По меньшей мере, компания Vodafone уже задумывается об ее отключении. Как следует из конфиденциальных документов, на которые ссылается портал teltarif.de, провайдер рассматривает вопрос об эксплуатации технологии LTE вместо UMTS в диапазоне 2 ГГц. По мнению Vodafone, благодаря этому была бы возможна дополнительная скорость загрузки 300 Мбит/с. Вывод данного моделирования: современные смартфоны, не поддерживающие технологию LTE, станут до известной степени бесполезными.
Не настолько драматично выглядит будущее для WLAN.

Так как диапазон 5 ГГц является общедоступным, он доступен для любого пользователя без лицензии, по этой причине полное отключение WLAN принципиально исключено. Однако в этом диапазоне частот, сейчас еще относительно свободном от помех, в будущем может стать довольно «тесно». Операторы мобильной связи, например, компания Telekom, в настоящее время работают над внедрением технологии LAA-LTE (Licensed-Assisted Access LTE), которая, как и современные беспроводные маршрутизаторы, также работает в диапазоне 5 ГГц.

По сообщениям СМИ, Йоханнес Нилл, один из руководителей компании AVM — германского производителя линейки продукции FritzBox — на выставке CeBIT 2016 выразил сомнения в том, что после внедрения технологии LAA-LTE, будет гарантирована бесперебойная работа беспроводных маршрутизаторов, действующих в диапазоне 5 ГГц. По запросу CHIP компания AVM заявила, что данное беспокойство основано на том, что до настоящего времени не проводилось практических испытаний, доказывающих отсутствие нарушающих воздействий LAA-LTE на функционирование беспроводных сетей.

Гораздо более опасной для бизнес-модели компании AVM могла бы стать новая технология 5G, исследуемая в настоящее время. Так как 5G-передатчики работают на очень высоких, но до сих пор не используемых частотах, они могут иметь хотя и очень широкую полосу пропускания, однако весьма малый радиус действия. Представитель компании AVM указывает специалистам CHIP на то, что «при использовании 5G почти каждый фонарь уличного освещения должен быть оборудован передатчиком, и эти радиомачты затем будут объединены с помощью оптоволокна в сетевую магистраль.

Оптоволокно проходит под тротуаром и тем самым также доступно для отдельных домов». Однако если в будущем беспроводные устройства смогут подключаться к фонарю перед домом, то кому понадобятся беспроводные маршрутизаторы от производителей, таких как AVM?

Интернет исчезает

С нарушениями сетевого нейтралитета или без них, с угрозой для UMTS и WLAN или без таковой, ясно одно: эпоха 5G наступает, хотим мы этого или нет. И, говоря словами г-на Лемке, эксперта компании Huawei, Интернет в том виде, в каком мы его знаем, полностью исчезнет.

Изображения: Sentavio, andrew_rybalko, antikwar1, Aurielaki/Fotolia.com; Ericsson; TU Dresden/5G Lab; Huawei; Ericsson