Поколение «5»

Пока мир ожидает развертывания сетей, которые в полной мере бы раскрыли потенциал техноло­гий мобильной связи четвертого поколения, в Ин­тернете и в профессиональных журналах уже по­явились публикации про 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?