5G для інтелектуального світу
Досить поширена думка, що справжня революція Інтернету речей буде викликана лише популяризацією мережі мобільного Інтернету п'ятого покоління. Ця мережа все одно буде створена, але бізнес зараз не дивиться на неї з використанням IoT-інфраструктури.
Експерти очікують, що 5G стане не еволюцією, а повною трансформацією мобільних технологій. Це має перетворити всю галузь, пов'язану з цим видом зв'язку. У лютому 2017 року під час презентації на Mobile World Congress у Барселоні представник Deutsche Telekom навіть заявив, що внаслідок смартфони перестануть існувати. Коли це стане популярним, ми завжди будемо онлайн практично з усім, що нас оточує. І в залежності від того, в якому сегменті ринку використовуватиметься ця технологія (телемедицина, голосові виклики, ігрові платформи, перегляд веб-сторінок), мережа поводитиметься по-різному.
Швидкість мережі 5G у порівнянні з попередніми рішеннями
Під час того ж MWC були показані перші комерційні програми мережі 5G — хоча таке формулювання викликає деякі сумніви, адже досі невідомо, яким воно буде насправді. Припущення не узгоджуються. Деякі джерела стверджують, що очікується, що 5G забезпечить швидкість передачі в десятки тисяч мегабіт за секунду тисячам користувачів одночасно. Попередня специфікація для 5G, озвучена кілька місяців тому Міжнародним союзом електрозв'язку (МСЕ), передбачає, що затримки не перевищуватимуть 4 мс. Дані повинні завантажуватися зі швидкістю 20 Гбіт/с, а надсилання зі швидкістю 10 Гбіт/с. Ми знаємо, що МСЕ хоче оголосити остаточний варіант нової мережі цієї осені. Усі сходяться в одному - мережа 5G повинна забезпечувати одночасне бездротове з'єднання сотень тисяч датчиків, що має ключове значення для Інтернету речей та повсюдних сервісів.
Провідні компанії, такі як AT&T, NTT DOCOMO, SK Telecom, Vodafone, LG Electronic, Sprint, Huawei, ZTE, Qualcomm, Intel та багато інших, чітко заявляють про свою підтримку прискорення впровадження графіка стандартизації 5G. Усі зацікавлені сторони хочуть розпочати комерційну реалізацію цієї концепції вже у 2019 році. З іншого боку, Європейський Союз оголосив план 5G PPP (), щоб визначити напрями розвитку мереж наступного покоління. До 2020 року країни ЄС мають звільнити зарезервовану для цього стандарту частоту 700 МГц.
Мережа 5G – подарунок нових технологій
Поодиноким речам не потрібен 5G
За даними Ericsson, наприкінці минулого року в (, IoT) експлуатувалося 5,6 млрд пристроїв. З них лише близько 400 мільйонів працювали з мобільними мережами, а решта – з мережами ближньої дії, такими як Wi-Fi, Bluetooth або ZigBee.
Реальний розвиток Інтернету дуже часто пов'язаний з мережами 5G. Перші застосування нових технологій, спочатку у бізнес-секторі, можуть з'явитися за два-три роки. Однак, ми можемо очікувати доступу до мереж наступного покоління для індивідуальних клієнтів не раніше 2025 року. Перевагою технології 5G є, серед іншого, здатність обробляти мільйон пристроїв, зібраних на площі квадратний кілометр. Здавалося б, величезна кількість, але якщо взяти до уваги те, що бачення IoT говорить про розумні містав якому крім міської інфраструктури підключені транспортні засоби (у тому числі автономні автомобілі) і побутові (розумні будинки) та офісні пристрої, а також, наприклад, магазини та товари, що зберігаються в них, цей мільйон на квадратний кілометр перестає здаватися таким великим. Особливо в центрі міста чи районах із високою концентрацією офісів.
Однак пам'ятайте, що багато пристроїв, підключених до мережі, і розміщені в них датчики не вимагають дуже високих швидкостей, тому що вони передають невеликі порції даних. Надшвидкий інтернет не потрібен банкомату або платіжному терміналу. Не обов'язково мати в системі захисту датчик задимлення та температури, що інформує, наприклад, виробника морозива про умови у холодильниках, що стоять у магазинах. Високі швидкості та малі затримки не потрібні для моніторингу та керування вуличним освітленням, для передачі даних з лічильників електроенергії та води, для віддаленого керування за допомогою смартфона домашніх пристроїв, підключених до IoT, або у логістиці.
Сьогодні, хоча у нас є технологія LTE, яка дозволяє відправляти по мобільних мережах кілька десятків, а то й сотень мегабіт даних за секунду, значна частина пристроїв, що працюють в Інтернеті речей, як і раніше, використовують мережі 2G, тобто. є у продажу з 1991 року. Стандарт GSM.
Для подолання цінового бар'єру, який відлякує багато компаній від використання IoT у своїй поточній діяльності і, таким чином, гальмує його розвиток, були розроблені технології для побудови мереж, що призначені для підтримки пристроїв, що передають невеликі пакети даних. Ці мережі використовують як частоти, що використовуються операторами мобільного зв'язку, так і діапазон, що не ліцензується. Такі технології, як LTE-M та NB-IoT (також звана NB-LTE), працюють у діапазоні, використовуваному мережами LTE, а технологія EC-GSM-IoT (також звана EC-EGPRS) використовує діапазон, що використовується мережами 2G. У неліцензійному діапазоні ви можете вибирати такі рішення, як LoRa, Sigfox і RPMA.
Всі перелічені варіанти пропонують великий асортимент і розроблені таким чином, щоб кінцеві пристрої були максимально дешевими і споживали якомога менше енергії, і, таким чином, працювали без заміни батареї навіть протягом декількох років. Звідси і їхня збірна назва – (низьке енергоспоживання, великий радіус дії). Мережі LPWA, що працюють у діапазонах, доступних мобільним операторам, потребують лише оновлення програмного забезпечення. Розробка комерційних мереж LPWA розглядається дослідницькими компаніями Gartner та Ovum як одна з найважливіших подій розвитку IoT.
Оператори використовують різноманітні технології. Голландська KPN, яка запустила торік свою загальнонаціональну мережу, обрала LoRa та зацікавлена у LTE-M. Група Vodafone обрала NB-IoT — цього року вона почала будувати мережу в Іспанії, і має плани щодо створення такої мережі в Німеччині, Ірландії та Іспанії. Deutsche Telekom обрала NB-IoT і оголошує, що його мережу буде запущено у восьми країнах, включаючи Польщу. Іспанська Telefonica обрала Sigfox та NB-IoT. Orange у Франції почала будувати мережу LoRa, а потім оголосила, що почне запускати мережі LTE-M з Іспанії та Бельгії — у країнах, де вона працює, а значить, ймовірно, і в Польщі.
Будівництво мережі LPWA може означати, що розвиток особливої екосистеми IoT почнеться швидше, ніж мереж 5G. Розширення однієї не виключає інший, тому що обидві технології потрібні для інтелектуальної мережі майбутнього.
Бездротових з'єднань 5G, ймовірно, у будь-якому випадку потрібно багато енергія. На додаток до вищезгаданих діапазонів минулого року має бути запущений спосіб економії енергії на рівні окремих пристроїв. Веб-платформа Bluetooth. Вона буде використовуватися мережею розумних лампочок, замків, датчиків тощо. Технологія дозволяє підключатися до IoT-пристроїв безпосередньо з веб-браузера або з веб-сайту без використання спеціальних програм.
Візуалізація техніки Web Bluetooth
5G раніше
Варто знати, деякі компанії роками займаються технологією 5G. Наприклад, Samsung працює над своїми рішеннями, пов'язаними із мережею 5G, з 2011 року. За цей час вдалося досягти передачі 1,2 Гбіт/с у транспортному засобі, що рухається зі швидкістю 110 км/год. та 7,5 Гбіт/с для стоячого приймача.
Більше того, експериментальні мережі 5G вже існують і створені у співпраці з різними компаніями. Однак на даний момент ще зарано говорити про швидку і дійсно глобальну стандартизацію нової мережі. Ericsson тестує його у Швеції та Японії, але до появи невеликих споживчих пристроїв, які працюватимуть із новим стандартом, ще далеко. У 2018 році у співпраці зі шведським оператором TeliaSonera компанія запустить перші комерційні мережі 5G у Стокгольмі та Таллінні. Спочатку це буде міські мережі, А «повнорозмірного» 5G нам доведеться чекати до 2020 року. У Ericsson є навіть перший телефон 5G. Можливо, слово «телефон», зрештою, є неправильним. Прилад важить 150 кг та з ним доводиться їхати у великому автобусі, озброєному вимірювальним обладнанням.
У жовтні минулого року новина про дебют мережі 5G надійшла з далекої Австралії. Проте до звітів такого типу слід підходити з дистанцією — звідки ви знаєте, без стандарту та специфікації 5G, що запущено послугу п'ятого покоління? Це має змінитись після узгодження стандарту. Якщо все піде за планом, попередньо стандартизовані мережі 5G вперше з'являться на зимових Олімпійських іграх у Південній Кореї у 2018 році.
Міліметрові хвилі та крихітні клітини
Робота мережі 5G залежить від кількох важливих технологій.
Базова станція виробництва Samsung
Перший з'єднання в міліметровому діапазоні хвиль. Все більше і більше пристроїв підключаються один до одного або до Інтернету, використовуючи ті самі радіочастоти. Це викликає втрату швидкості та проблеми зі стабільністю з'єднання. Рішенням може бути перехід на міліметрові хвилі, тобто. у діапазоні частот 30-300 ГГц. Нині вони використовуються, зокрема, у супутниковому зв'язку й у радіоастрономії, та їх основним обмеженням була мала дальність дії. Новий тип антен дозволяє вирішити цю проблему, і розробка цієї технології продовжується досі.
Другим стовпом п'ятого покоління слід назвати технологію. Вчені вихваляються тим, що вже здатні передавати дані за допомогою міліметрових хвиль на відстань понад 200 м. І буквально через кожні 200-250 м у великих містах можуть бути, тобто невеликі базові станції з дуже низьким енергоспоживанням. Однак у менш населених районах «дрібні осередки» працюють погано.
Це має допомогти у вищезазначеній проблемі Технологія MIMO нове покоління. MIMO - це рішення, що також використовується в стандарті 4G, здатне збільшити пропускну здатність бездротової мережі. Секрет у багатоантеній передачі на передавальній та приймальній сторонах. Станції наступного покоління можуть обробляти у вісім разів більше портів, ніж сьогодні, для одночасного надсилання та отримання даних. Таким чином, пропускна спроможність мережі збільшується на 22%.
Ще один важливий метод для 5G полягає в тому, щоформування променя“. Це метод обробки сигналів таким чином, що дані доставляються користувачеві оптимального маршруту. допомагає міліметровим хвиль досягати пристрою у вигляді концентрованого променя, а не за допомогою всеспрямованої передачі. Таким чином, потужність сигналу збільшується, а перешкоди зменшуються.
П'ятим елементом п'ятого покоління має стати так званий повний дуплекс. Дуплекс - це двостороння передача, тобто така, при якій передача та прийом інформації можливі в обох напрямках. Повний дуплекс означає, що дані передаються без переривання передачі. Це рішення постійно вдосконалюється задля досягнення найкращих параметрів.
Шосте покоління?
Проте лабораторії вже працюють над чимось швидшим, ніж 5G — хоча повторимося, що ми точно не знаємо, що таке п'яте покоління. Японські вчені створюють майбутню бездротову передачу даних наступної, шостої версії. Він полягає у використанні частот від 300 ГГц і вище, а швидкості, що досягаються, складуть 105 Гбіт/с на кожному каналі. Дослідження та розробки нових технологій ведуться вже кілька років. У листопаді минулого року завдяки використанню терагерцового діапазону 500 ГГц була досягнута швидкість 34 Гбіт/с, а потім 160 Гбіт/с із використанням передавача в діапазоні 300-500 ГГц (вісім каналів, модульованих з інтервалом 25 ГГц). ) - тобто результати, що у багато разів перевищують передбачувані можливості мережі 5G. Останній успіх – це робота групи вчених з Університету Хіросіми та співробітників Panasonic одночасно. Інформація про технологію була розміщена на сайті університету, припущення та механізм роботи терагерцової мережі були представлені у лютому 2017 року на конференції ISSCC у Сан-Франциско.
Як відомо, збільшення частоти роботи не тільки дає можливість швидшої передачі даних, але й значно скорочує можливий діапазон сигналу, а також підвищує його сприйнятливість до різноманітних перешкод. Це означає, що необхідно побудувати досить складну та щільно розподілену інфраструктуру.
Варто також зазначити, що революції, такі як вихід запланованої до 2020 року мережі 5G, а потім і гіпотетичної, ще більш швидкої, терагерцової мережі, означають необхідність заміни мільйонів пристроїв версіями, адаптованими до нових стандартів. Це, мабуть, значно… знизить швидкість змін та призведе до того, що намічена революція насправді стане еволюцією.
Далі буде Номер теми у свіжому номері щомісячника.
