Сети 5G Что будет представлять собой мобильная связь поколения «5» и насколько остра в ней необходимость? Какие новые возможности сети 5G откроют перед абонентами и когда это произойдет?

Сразу оговоримся, что под 5G сегодня понимают не до конца очерченную группу технологий, соответствующую следующему этапу в развитии мобильной связи, а не какие-то официальные спецификации или документы, опубликованные стандартообразующими организациями. Таких документов пока попросту не существует. Хотя под эгидой консорциумов 3GPP или WiMAX Forum, а также Международного союза электросвязи продолжаются разработки стандартов, выходящих за рамки сегодняшних спецификаций для сети 4G, они не рассматриваются как знаменующие переход к новому поколению сетей мобильной связи. В первую очередь речь идет о спецификациях, которые еще дальше развивают ратифицированные в прошлом году стандарты LTE-Advanced и WiMAX 2.0 в соответствии с концепцией IMT-Advanced. Устройства, соответствующие спецификациям LTE-Advanced, уже появились на рынке: поддерживающую их базовую станцию Flexi Multiradio Base Station первой в мире продемонстрировала фирма Nokia Siemens Networks на Mobile World Congress в феврале 2011 года. Развертывание же первых коммерческих сетей этого типа ожидается в 2013 году.

С сетями 5G ситуация пока выглядит куда неопределеннее. Наряду с первыми публикациями, в которых охарактеризованы основные черты будущей технологии и варианты архитектуры сетей следующего поколения, в Интернете появились скептические мнения, указывающие в первую очередь на проблему с частотным ресурсом. Как известно, до последнего времени каждое новое поколение сетей мобильной связи несло с собой существенное расширение рабочей полосы частот. В сетях первого поколения (NMT) она составляла не более 30 кГц, в сетях второго (GSM) – уже около 200 кГц, в сетях 3G (IMT-2000 и UMTS) могла доходить до 5 МГц, в сетях 4G, начиная с Mobile WiMAX и pre-LTE, – до 40 МГц.

Однако дальнейшее движение в этом направлении, то есть расширение полосы частот еще на порядок, не представляется возможным. Сказанное означает, что если раньше переход к сотовым сетям нового поколения всякий раз сопровождался значительным ростом физической скорости передачи данных, то в случае с 5G рассчитывать на это не приходится. Пиковая скорость передачи данных сверх 1 Гбит/с (даже в нисходящем направлении) для сетей 5G пока никем не предложена. Вместе с тем сети, в которых этот показатель способен достигать символического барьера в 1 Гбит/с, Международный союз электросвязи относит к сетям 4G.

Зачем?

Чем же в таком случае вызваны начавшиеся разговоры о сетях пятого поколения и что заставит и компании, и абонентов сделать следующий шаг от сетей 4G, которые сегодня-то еще выглядят экзотикой? Помимо естественного стремления операторов и производителей обеспечить неуклонный рост продаж, переход к 5G должен иметь под собой еще какие-то основания.

Среди технологических преимуществ сетей 5G называют пониженное энергопотребление терминальных устройств, улучшенное покрытие и повышенные скорости передачи на большем (по сравнению с сетями 4G) удалении от базовых станций, заметное уменьшение затрат операторов на развертывание инфраструктуры (которое теоретически может обеспечить снижение, а то и вовсе обнуление тарифов на передачу данных), а также повышенную эффективность использования частотного ресурса, увеличивающую число абонентов, обслуживаемых одной базовой станцией.

Все эти технологические достижения, если им суждено реализоваться, безусловно, важны, однако в сетях 5G хочется увидеть что-то такое, что откроет перед массовым абонентом принципиально новое качество мобильной связи. Недаром апологеты данной технологии не устают подчеркивать, что такие процессы, как повсеместное распространение смартфонов и планшетов, развитие облачных сервисов и социальных сетей, кардинально изменили привычки и поведение пользователей. Сегодня мобильные абоненты ожидают от беспроводных сетей тех же, если не больших, возможностей, что и от проводного Интернета. На протяжении долгих лет аналитики, производители и сотовые операторы ломали головы над killer application, которое бы привело к скачкообразному росту трафика данных в сетях сотовой связи и в идеале сделало бы передачу данных основным источником их дохода. Судя по всему, роль такого «приложения» сыграют и уже начинают играть перечисленные выше процессы, и сети 5G должны будут, как говорится, соответствовать.

Как?

Чтобы обрести успех, технология 5G обязана произвести настоящую революцию на рынке мобильной связи. Грядущие изменения могут состоять, например, в исчезновении самого понятия роуминга и связанных с ним существенных расходов абонентов. В любой точке мира, находящейся в зоне покрытия сети пятого поколения, поддерживающее 5G мобильное устройство будет работать так, словно оно находится в домашней сети. Следовательно, звонок с него на телефонный номер, расположенный в противоположной точке земного шара, будет выглядеть как местный вызов.

Рост вычислительных ресурсов мобильных терминалов и прогресс в области операционных систем в скором времени приведут к тому, что мобильный офис из прогрессивной концепции станет повседневностью. Полный спектр функций, необходимых для продуктивной офисной работы и для удовлетворения личных информационных и коммуникационных потребностей, будет доступен в одном мобильном устройстве. Это предполагает одновременную работу с множеством сервисов и практически неограниченную полосу пропускания. Не исключено, что на практике производительность будет обеспечена на уровне выше 1 Гбит/с. Наметившаяся несколько лет назад тенденция к снижению стоимости смартфонов, постепенно распространившаяся и на планшеты (отчасти благодаря выходу Google Nexus 7), может завершиться тем, что терминалы для сетей 5G операторы будут предлагать своим абонентам бесплатно.

Именно терминалы обещают стать главным «действующим лицом» в сотовых сетях будущего. Предполагается, что они будут поддерживать набирающую популярность технологию программно-конфигурируемых сетей и, кроме того, начнут сами выбирать в Интернете схемы модуляции и контроля ошибок, а затем загружать соответствующее ПО. Они смогут обеспечивать одновременное использование различных беспроводных технологий, объединяя передаваемый с их помощью трафик. Можно предположить, что терминалы вообще послужат мостиком для объединения проводных и беспроводных соединений, выполняя роль своеобразных точек доступа для подключения к Интернету локальных сетей. В частности, их можно будет использовать для подключения к сетям пятого поколения ноутбуков и настольных компьютеров, если в этом возникнет необходимость.

Исчезнет и проблема вертикального хэндовера при переходе в зону обслуживания другой базовой станции. Доступность разных беспроводных технологий и множества операторов означает, что мобильность абонента смогут одновременно обеспечивать несколько разных сетей, и именно за терминалом будет оставаться окончательный выбор в пользу того или иного варианта мобильного доступа для каждого конкретного сервиса. Поддержка нескольких технологий означает, что для разных сервисов будут выбираться разные сети, причем происходить это будет одновременно. Понятно, что реализация данной схемы потребует запуска в мобильных терминалах специальных аналитических приложений, относящихся к категории программ промежуточного слоя; по всей вероятности, часть таких приложений будет разрабатываться как ПО с открытым кодом.

Правда, задача обеспечения одновременной поддержки нескольких сетей может натолкнуться на проблему адресации. Повсеместное применение протокола IP не оставляет сомнений в том, что он будет использоваться и в сетях мобильной связи пятого поколения. Что касается его конкретной версии, то, скорее всего, ею станет мобильная версия IPv6. Предполагается, что каждый терминал получит фиксированный IPv6-адрес, «зашитый» производителем. При работе в сетях 5G мобильный терминал будет выступать в роли внешнего агента (FA), осуществляющего преобразование своего фиксированного IPv6-адреса в адрес CoA (Care of Address) беспроводной сети, которую он использует. Проблема возникает при одновременном подключении к нескольким беспроводным или мобильным сетям: несколько радиоинтерфейсов потребуют использования нескольких различных IP-адресов, каждый из которых будет представлять собой свой адрес CoA для внешнего агента, каковым телефон будет выглядеть в соответствующей сети. Во избежание возможных конфликтов адресации мобильный терминал должен будет поддерживать виртуальную многосетевую среду. Решение описанной проблемы пока видится в разбиении сетевого уровня на два подуровня (для радиоинтерфейсов и собственно для мобильного устройства) со специальными алгоритмами преобразования адресов между ними.

Впрочем, сегодня, в отсутствиие даже предварительных спецификаций сетей 5G, погружение в технические детали выглядит преждевременным. Поэтому перечислим еще ряд характеристик, которые будут отличать сети пятого поколения от предшественников:

  • разделяемый доступ к гигантской полосе пропускания;
  • улучшенные интерфейсы систем биллинга, заметно упрощающие работу;
  • удаленная диагностика проблем в сети, позволяющая оперативно устранять нештатные ситуации;
  • специальные средства для наблюдения за работой абонентов, которые позволят быстро реагировать на возникающие у них трудности и приходить на помощь;
  • высококачественные сервисы, базирующиеся на специальных политиках;
  • поддержка до 65 тыс. одновременных соединений на одну базовую станцию;
  • поддержка виртуальных частных сетей.

Когда?

При таких многообещающих перспективах остается только недоумевать, до каких пор абоненты будут вынуждены довольствоваться работой в сетях четвертого поколения? Для наших соотечественников, которые возможностей сетей 4G пока не оценили, вопрос явно не праздный. Бытует точка зрения, согласно которой новое поколение сетей мобильной связи появляется примерно раз в десять лет. Первые такие сети возникли в 1981 году, сети 2G – в 1992 году, сети 3G – в 2001 году, а первая сеть четвертого поколения (LTE) была запущена в Швеции оператором TeliaSonera в самом конце 2009 года. Если следовать этой логике, то сетей 5G мы не увидим до 2020 года. Кстати, в 2008 году, практически одновременно с развертыванием первых сетей pre-4G, в Южной Корее была запущена программа исследований и разработок в области 5G, хотя автору не удалось найти каких-либо отчетов о результатах, достигнутых за прошедшие годы. Возможно, по этой причине совсем недавно, в октябре 2012 года, при британском Университете Суррея был создан центр исследований сетей 5G, поддержанный одним из инвестиционных фондов правительства Великобритании, производителями инфраструктурного оборудования Fujitsu, Huawei, Rohde & Schwarz, Samsung и оператором Telefonica Europe. Эти инициативы свидетельствуют о том, что движение в сторону 5G практически еще даже не началось.

С другой стороны, нарастающий темп развития телекоммуникаций и радикальные изменения потребностей и ожиданий абонентов сетей сотовой связи могут означать, что очередной смены поколений нам не придется ждать еще целых восемь лет.

Интересно, а модель iPhone с каким порядковым номером окажется в ту пору на пике моды?

 

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями