CC BY
296
п ч нн
ЕШ ИЗ ЗАРУБЕЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ пп ' н
Стремительное развитие технологий беспроводной связи в сочетании с разработкой стандартов на конвергентные сети являются предвестниками появления систем мобильной связи 5-го поколения. Ожидается, что системы 5G будут иметь значительно более высокую емкость сети и пропускную способность каналов, что удовлетворит возросшие запросы пользователей и обеспечит поддержку новых услуг. Однако разработка систем 5G неизбежно столкнется с новыми техническими проблемами, в частности, с необходимостью гарантировать межкомпьютерную связь (machine-to-machine), высокую эффективность потребляемой энергии, повсеместную доступность беспроводной связи и автономное оперативное обслуживание. Авторы статьи в журнале ITU News рассматривают новые технологии, которые реализуют сетевую инфраструктуру 5G, анализируют перспективы стандартизации беспроводных систем нового поколения, а также рассказывают о новых разработках в области перспективной мобильной связи.
Из прошлого в будущее
Технологии мобильной связи, используемые в настоящее время, ушли далеко вперед от традиционной телефонии и основных сервисов передачи данных, которые предоставлялись системами 2G. Основными особенностями будущих сетей мобильной связи должны стать:
^ значительно возросшая емкость сети и пропускная способность канала связи; низкие капитальные и эксплуатационные затраты; неограниченный доступ в другие сети за счет взаимной совместимости стандартов межсетевого взаимодействия;
распределенное совместное использование радиочастотного спектра и сетевой инфраструктуры. Непрерывное развитие беспроводной связи наблюдается с начала 1980-х годов, когда появились первые аналоговые системы телефонной мобильной связи. На широко распространенных сетях мобильной связи стандарта 2G уже были внедрены услуга коротких сообщений (SMS) и усовершенствованная услуга передачи данных. Третье поколение систем мобильной связи (3G) смогло обеспечить более высокоскоростную передачу данных, чем системы предшествующих стандартов. Это позволило предложить пользователю такие услуги, как прием потокового видео и запись звуковых файлов (подкастинг). Кроме того, услуги передачи данных в сетях мобильной связи 3G стали более доступными для пользователей. Наконец, системы типа LTE-A (Long Term Evolution-Advanced), основанные на множественном доступе с ортогональным частотным разделением, а также сети стандарта IEEE 802.16m, более известные как WiMAX 2.0, могут рассматриваться как системы мобильной связи четвертого поколения (4G). Они соответствуют требованиям МСЭ-Р для «усовершенствованных систем мобильной связи» (IMT-Advanced).
Важнейшим параметром систем 4G является высокая скорость передачи данных. Ее максимальное значение
ВеККАЧЕСТВА № 2 • 2015
22
..•• GH
ИЗ ЗАРУБЕЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЕШ
СП
при высокой мобильности пользователя может достигать 100 Мбит/с, а в условиях низкой мобильности - 1 Гбит/с. Кроме того, системы 4G поддерживают широкий перечень специализированных приложений, находящих спрос на быстро растущем рынке. За короткое время беспроводная связь стала составной частью повседневной жизни общества, которое вправе ожидать дальнейшего технологического совершенствования.
Единый международный стандарт на сети мобильной связи 5-го поколения должен обеспечивать «бесшовную» совместимость с существующими сетями стандартов HSPA (High Speed Packet Access), LTE и Wi-Fi (Wireless Fidelity), а также с будущими беспроводными системами с широким набором новых мультимедийных сервисов. О существовании на рынке потребности в новых приложениях и сервисах говорят передача видео высокой четкости и сенсорный характер управления Интернетом. Другими примерами возможного применения мобильной связи стандарта 5G являются «умные города», транспорт без водителя и перспективные системы охраны здоровья, проводящие обследование пациента непосредственно у него на дому.
Требования к системам 5G
Официальные требования к системам 5G еще не выработаны, однако операторы связи, поставщики обору-
дования и академические институциональные организации уже работают над возможными вариантами таких требований. Ожидается, что системы 5G в едином формате будут обеспечивать пропускную способность с минимальной скоростью передачи 1 Гбит/с, максимальной скоростью - около 10 Гбит/с, а время задержки передачи не превысит двух миллисекунд при высокой надежности обслуживания. В Европе консорциум «Поставщики мобильной и беспроводной связи за Информационное общество 2020» (METIS) сосредотачивает свои усилия на разработке основных положений для систем 5G.
Консорциум предполагает, что системы 5G будут обеспечивать практически повсеместно безграничные возможности мобильных коммуникаций с использованием терминалов, функциональные характеристики и потребительские свойства которых расширены за счет применения искусственного интеллекта. Специалисты консорциума считают, что терминалы систем 5G и новые приложения для них должны упростить деятельность пользователя и повысить ее эффективность в таких сферах, как «электронное здоровье» и «межмашинная» связь.
От перспективной сети система 5G требует полного и «бесшовного» взаимодействия между существующими и будущими технологическими стандартами. Растущий спрос на трафик мобильной связи неизбежно приведет
№ 2 • 2015 ВеККАЧЕСТВА
23
ПРАКТИКА
2D3
ИЗ ЗАРУБЕЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ
к поиску новых путей повышения емкости и пропускной способности сетей, например, за счет плотного размещения малоразмерных сот, интеллектуального управления трафиком и использования схем перераспределения нагрузки на сеть.
Постоянно растущая потребность беспроводных сетей в энергии вынуждает использовать новые механизмы контроля ее потребления и сокращения. Наконец, в связи с растущей сложностью сети и ее неоднородностью существует необходимость в автономном сетевом обслуживании.
«Межмашинная» связь
Оконечные устройства мобильной связи становятся все более мощными, многофункциональными, а их количество на сетях непрерывно растет. В перспективе любое оконечное устройство, включая смартфон, таблеточный компьютер и игровую консоль, сможет управлять некоторыми функциями автомобиля, кластером интеллектуальных терминалов (smart grid terminals), приборами медицинского обследования, домашними бытовыми приборами и др. По оценкам специалистов, за период с 2012 по 2017 гг. «межмашинный» трафик должен возрасти в 24 раза.
Услуга «электронное здоровье» (e-health) - пример использования возможностей перспективных оконечных устройств мобильной связи. Она заключается в дистанционном обслуживании пациента с использованием сети датчиков, как внешних, нательных, так и имплантированных, которые записывают показатели здоровья пациента и посылают их в медицинское учреждение с помощью оконечного устройства мобильной связи. Такая услуга вскоре должна стать реальностью.
Однако чтобы обеспечить услугу «e-health» системе мобильной связи 5G потребуются широкополосные радиоканалы, жесткие требования по качеству услуг (такие, как сжатие видео без потери данных и крайне низкая задержка сигнала) и совершенные механизмы защиты передаваемой информации. Предстоит также соответствующая работа по эффективному использованию радиочастотных ресурсов, поскольку в сети мобильной связи не исключены различные типы нагрузки - от коротких отчетов, посылаемых периодически измерительным прибором, до высококачественной передачи видео в медицинских целях.
Недостаток емкости и пропускной способности
В условиях появления широкополосных услуг и высокого спроса на мобильную передачу данных будущим беспроводным системам связи потребуется более высокая пропускная способность радиоканалов, чем та, ко-
ВеКкАЧЕСТВА № 2 • 2015
торую обеспечивают современные системы. Существуют три основных способа повышения емкости и пропускной способности беспроводной сети: более плотное развертывание узлов связи, использование дополнительного радиочастотного спектра и повышение эффективности использования выделенного спектра.
Радиочастотный спектр, используемый сегодня системами мобильной связи, уже испытывает перегрузки. В этой связи высказана идея использования видимого диапазона частот, в котором светодиоды могли бы стать не только источником света, но и общедоступным средством доступа в локальную беспроводную сеть. Локальный характер действия этой технологии позволяет использовать ее для увеличения покрытия беспроводной связью внутри помещений, а также обеспечения более высокого уровня безопасности и скрытности передаваемой информации, чем при использовании радиосвязи. Однако данная технология пока не достигла уровня практического использования.
Сверхвысокочастотные диапазоны (28 и 60 ГГц) имеют огромный потенциал применения в беспроводных сетях связи, поскольку могут обеспечивать весьма широкую полосу пропускания и поддерживать крайне высокую скорость передачи информации. Применение нелицен-зируемого спектра радиочастот (около 2,4 и 5 ГГц) для беспроводной связи, а также вторичное использование диапазонов 900 и 1800 МГц может также повысить доступность радиочастотного ресурса для высокоскоростной передачи данных.
Профессиональная общественность ожидает, что новые диапазоны станут доступными для сетей мобильной связи после Всемирной конференции радиосвязи в 2015 г. Однако новые радиочастотные полосы (каждая отдельно) не могут полностью удовлетворить потребности мирового беспроводного трафика в будущем, поэтому необходимо повышать спектральную эффективность их использования. Системы множественного доступа, применяющие неортогональные и многоантенные методы работы в сети, а также решения по совместному раздельному пользованию радиочастотным спектром, позволяют достичь высокой эффективности использования радиочастотных ресурсов.
Наконец, для решения проблемы роста трафика в сетях мобильной связи может быть использовано и более высокое сотовое уплотнение сети. С точки зрения затрат внедрение таких малых сот, как микросоты, пи-косоты и фемтосоты, является эффективным решением для дальнейшего увеличения емкости сети. Подобное решение показало свой огромный потенциал во всем мире: количество узлов, развернувших малые соты, уже превышает количество макросот.
GH
ИЗ ЗАРУБЕЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЕШ
СП
Виртуализация опорной сети
Развитие мобильной связи в направлении сетей 5-го поколения требует внесения изменений не только в сетевой радиодоступ, но и в опорную сеть. Новые тенденции в области дизайна опорной сети говорят о необходимости обеспечивать соединение большому количеству пользователей и оконечных устройств.
Проявляются также тенденции ухода от традиционной связки между аппаратным и программным обеспечением к наращиваниию функциональных возможностей сети преимущественно программным путем. Согласно стандарту Фонда открытых сетевых структур (Open Networking Foundation - ONF), организация сетевой структуры программным способом предполагает отделение функций контроля и управления от функции передачи данных. Благодаря централизации сетевого управления и контроля, а также программным методам их реализации, функции маршрутизации и переадресации данных могут быть почти полностью автоматизированы.
Деятельность в сфере стандартизации, нацеленная на внедрение виртуальных методов организации сетевых функций и выбора их характеристик, ведется многочисленными отраслевыми партнерами, включая сетевых операторов и поставщиков оборудования в рамках их работы в Европейском институте стандартизации в сфере телекоммуникаций (ETSI). Благодаря этой работе внедрение на сетях связи новых решений, базирующихся на программных методах организации, должно осуществляться значительно быстрее, чем установка дополнительных специализированных устройств с особой функциональностью. Оба решения способны повысить адаптивность сети и упростить ее поэтапное наращивание.
Заключение
Различные технологии будут каждая по-своему способствовать достижению общей цели, заключающейся в повсеместном обеспечении услугами мобильной связи 5-го поколения. Понятно, что существует огромный потенциал дальнейшего поступательного развития мобильной связи, заключающийся в освоении сверхвысокочастотных диапазонов, применении мультиантенных способов передачи, развертывании сети с малыми сотами. Освоение этих возможностей позволит использовать системы связи «машинного» типа и снизить потребление энергии в сетях мобильной связи. Большой потенциал расширения возможностей беспроводного доступа имеет и технология Wi-Fi, а решения, базирующиеся на программных методах структурного и функционального управления, будут играть все более значительную роль в опорных сетях.
Большая часть концепций, описанных в настоящей статье, находится уже в стадии разработки. В ближайшие десять лет предстоит провести масштабные исследования и мероприятия по стандартизации требований к сетям 5G и решить все проблемы, связанные с их разработкой и внедрением. В результате таких действий можно ожидать, что конвергентная сеть обеспечит широкий перечень разнообразных сервисов с энергетически эффективными способами доступа к ним. Взаимная совместимость технологических стандартов будет обеспечивать действительно повсеместный доступ к сетям связи, что завершит формирование полностью интегрированного беспроводного будущего коммуникаций. ■ По материалам журнала ITU News
НОВОСТИ NEWS НОВОСТИ -> NEWS -> НОВОСТИ -> NEWS
Инновационное решение по геоанализу
Российская компания Esri CIS, официальный дистрибьютор в странах СНГ компании Esri, совместно с компанией BI Consult, официальный российский партнер компании Qlik, разработчика программного обеспечения для систем Business Intelligence, впервые представили российскому рынку новое программное решение для проведения профессионального геона-лиза. Для его создания компании интегрировали возможности BI-платформы Qlik Sense (BI Consult) и комплекса ГИС-технологий ArcGIS (Esri).
Платформа Qlik Sense предоставляет широкие возможности по визуализации, интеграции и ассоциативному анализу представленных данных, а система ArcGIS - специализированные инструменты и технологии, необходимые для детального картографического анализа с целью принятия решений с использованием
пространственной информации для управления территорией, регионом или организацией.
Совмещение инновационных средств бизнес-анализа, которыми располагает Qlik Sense, и средств географического анализа, представленных в ArcGIS, призвано технически расширить направление, называемое геоаналитикой, или географическим бизнес-анализом. Таким образом, пользователи смогут получить возможности анализа бизнес-данных с учетом географии, найти новые закономерности и в конечном итоге решить задачи эффективного управления бизнес-процессами. При этом новое решение станет эффективным инструментом для повседневной работы как топ-менеджмента организаций, так и аналитиков по продажам, маркетингу и финансам, а также пользователей картографических решений. ■
http://www.esri-cis.ru http://biconsult.ru
№2 • 2015
¡ек КАЧЕСТВА
