Все о связи нового поколения

Беспроводные коммуникации стали такой же потребностью, как вода или свет

В последнее время появляются все новые и новые сети связи. Так, Li-Fi сможет с помощью света передавать данные на скорости, более чем в 100 раз превышающие скорости среднестатистического Wi-Fi, в том числе и под водой. 5Gпредставляет собой только концепцию, но ее сейчас тестируют множество операторов по всему миру. Одна базовая станция для сети Интернета вещей способна будет передавать и принимать сигналы от множества устройств на расстоянии от двух до ста километров в зависимости от плотности городской застройки и местности.

Зеленое и яркое будущее

Впервые о сетях Li-Fi заговорили в 2011 году. Именно этот термин для новой технологии придумал Харальд Хаас, профессор Университета Эдинбурга (Великобритания). Под Li-Fi подразумевается технология передачи информации через видимый свет и электромагнитный спектр.

Во время своего выступления на TEDGlobal в июле 2011 году профессор Хаас сообщал, что беспроводные коммуникации стали такой же потребностью, как вода или свет.

«Именно поэтому я решил посмотреть на проблемы, которые есть. Во-первых, - это ограниченный ресурс радиоволн: они не справляются с потребностью передачи данных. Во-вторых, на охлаждение базовых станций уходит 5% от всей электроэнергии. В-третьих, данные с сотовых вышек можно перехватить и воспользоваться этой сетью», - рассказывал он аудитории TEDGlobal-2011.

По словам Харальда Хааса, у света есть несомненные преимущества. Так, часть электромагнитного спектра, наиболее безопасная для человека - это видимое излучение. Например, пульт дистанционного управления крайне медленно передает информацию. В сети Li-Fi «пульт» заменяют лампочки, которые передают информацию в нескольких потоков. При этом интенсивность передачи данных зависит от частоты мигания LED-светильников. Поэтому включение и выключение ламп происходит с интенсивностью, незаметной для человеческого глаза.

«В мире уже есть инфраструктура для Li-Fi - это 14 млрд ламп. Только необходимо обычные лампы заменить на LED и интегрировать приемники в устройства. Вашу информацию никто не перехватит, так как свет не проникает сквозь стены. Передачу данных можно наладить и под водой. Такие сети можно развернуть на нефтеперерабатывающих предприятиях, где развертывание базовых станций запрещено из-за опасности создания искры и взрыва. Представьте себе, что машины и светофоры будут общаться между собой, передавая информацию. Уличные фонари - это тоже все инфраструктура для Li-Fi. Поверьте, впереди нас ждет зеленое и яркое будущее», - сообщал Харальд Хаас.

Хаас создал компанию PureVLC (Visible Light Communication), которая продолжает изучать технологию Li-Fi. В июле 2014 года сообщалось, что мексиканским ученым удалось разогнать Li-Fi до 10 ГБит/сек.

На прошлой неделе стало известно о том, что эстонской Velmenni в Таллине в реальных условиях удалось достичь скорости Li-Fi в 1 Гбит/сек. Это в 100 раз выше, чем у среднестатистического Wi-Fi (10 МБит/сек).

Скорости Li-Fi, которых ученым удалось достичь в лабораторных условиях, намного выше: до 224 Гбит/сек. Wi-Fi как технология просто дополнит Li-Fi: радиосигнал пройдет, минуя препятствия и соединится со световым сигналом. Возможно и создание «бесшовного» покрытия с использованием этих двух технологий.

По заявлению генерального директора Velmenni Дипака Соланки, уже через 3-4 года Li-Fi может получить широкое распространение.

5G: от разработки до тестирования

Трафик в мобильных сетях до 2030 года, по прогнозам NSN, вырастет более чем в 10 тыс. раз по сравнению с 2010 годом. Для того, чтобы возможности операторов соответствовали запросам пользователей, и разрабатываются более скоростные, нежели чем 4G, сети связи – 5G.

Ожидается, что Международный институт электросвязи (ITU) стандартизирует 5G к 2020 году. Затем производители оборудования для сотовых сетей и смартфонов смогут внедрять 5G в жизнь. Однако о разработке технологий для сетей пятого поколения заговорили еще в 2010 году, когда завершилась стандартизация 4G.

Целевые характеристики 5G

Источник: NSN, 2014

В ноябре 2013 года в Минкомсвязи России предлагали выработать национальную концепцию и стратегию развития 5G. В материале CNews, вышедшем осенью 2014 года, отечественные операторы связи отмечали, что пятое поколение связи представляет собой концепцию, и тем более не существует оборудования для таких сетей.

Но прототипы нового поколения связи появятся совсем скоро. Так, Ericsson представила 5G Radio Prototypes. С помощью этого прототипа планируется «обкатка» технологий в коммерческих сетях 4G в 2016 году. Японская NTT DoCoMo планирует использовать прототип Ericsson для испытаний уже в ближайшее время. На прошлой неделе Keysight Technologies представила типовое решение для тестирования каналов 5G. Ноу-хау объединяет оборудование метрологического класса и программное обеспечение.

табл. География тестирования технологий для 5G, июль 2014-ноябрь 2015 гг.

ИСТОЧНИКИ: CNEWS, MFORUM.RU, 2014-2015 гг.

GSA прогнозирует, что к 2025 году в мире будет развернуто более 270 коммерческих сетей 5G. Росту таких сетей способствует взрывной рост востребованности беспроводной передачи данных, продиктованного потребностью в «тяжелом» контенте. Также драйвером роста спроса на 5G станет потребность IoT-приложений в ультракоротких задержках при передачи данных и надежности подключений.

Сети для Интернета вещей

Для Интернета вещей разработан стандарт взаимодействия по протоколу IPv6 (поверх маломощных беспроводных персональных сетей) стандарта IEEE 802.15.4. Он получил название 6LoWPAN ((IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks). Этот стандарт ориентирован на приложения, которые не нуждаются в большом объеме передачи данных и устройства, чья производительность ограничена. Например, устройства в «умном» доме не требуют высокой скорости передачи информации, а технике не нужны высокие показатели производительности, чтобы справится с повседневными задачами (выбрать режим, задать время для операций и т.д.).

В настоящее время сети Интернета вещей можно поделить на два вида - сети малой мощности (LPWAN, Low-Power Wide-Area Network) или с низким энергопотреблением (LPN, Low-Power Network). Обе позволяют взаимодействовать датчикам, работающим от аккумуляторов, а также устройствам с модулями для передачи данных.

Наиболее известные из более чем десяти сетей Интернета вещей - LoRaWAN и PicoWAN.

Так, LoRaWAN (Long Range wide-area networks, глобальная сеть большого радиуса действия) позволяет соединить устройства, чья работа от аккумулятора может достигать десяти лет, передавать данные на большие расстояния и т.д. Для развертывания сети используется частотный спектр, который не требует лицензирования. Это позволяет более оперативно выстраивать такую сеть.

Одна базовая станция, если для сигнала нет препятствий, может обеспечить покрытие на территории более 100 км. В иных условиях – от двух до 15 км в зависимости от рельефа местности и плотности застройки. Скорость обмена данными между устройствами составляет от 300 бит/сек до 100 кбит/сек. Этого вполне достаточно, чтобы обеспечить получение необходимых показателей, например, данных о потреблении коммунальных ресурсов, информации с метеостанций и т.д.

Разработкой и стандартизацией LoRaWAN занимается LoRa Alliance. В это объединение входят Cisco, IBM, Sagecom, SemTech и многие другие вендоры и провайдеры. В задачах альянса – объединение аппаратного и программного обеспечения на базе стандарта LoRaWAN для операторов IoT-связи.

Сфера применения LoRaWAN обширна. Так, сенсоры вендинговых автоматов могут подать сигнал для владельца о том, что заканчивается товар, необходима инкассация или профилактика аппарата. Датчики сообщат о местоположении домашних питомцев, поставщики смогут узнавать маршруты перевозки контейнеров, а в администрациях городов – снизить потребление электроэнергии, например, создав умную сеть, реагирующую на движение человека.

В России продвижением стандарта LoRaWAN занимается компания LACE, работающая в 13 городах России. Некоторые промышленные и коммунальные предприятия внедряют решения оператора для снятия показаний с приборов учета. Планируется, что к 2016 году сеть охватит всю территорию России и, возможно, выйдет на рынки стран Евразийского экономического союза (Белоруссии, Казахстана, Армении, Киргизии). Создатели сети отмечают, что она поможет сэкономить ан освещении до 70% от привычных затрат.

«Муниципалитеты заинтересованы в создании систем «Умный город», в энергосбережении и т.д. Наши решения позволяют создавать такие города. Я считаю, что в России наибольшее распространение IoT получит в ЖКХ, Smart City, в логистике и геотрекинге. В строительстве у IoT также большой потенциал», рассказывал Игорь Широков, генеральный директор LACE в интервью M2MRussiaNews.

Итоги реализации пилотных проектов в компании обещали подвести в ближайшее время. Это объясняется достаточно длинным циклом внедрения в сфере Интернета вещей.

Еще одна сеть – коммерческая реализация стандарта LP-WAN – PicoWAN, планирует стать «общеевропейской» уже в 2016 году. Для покрытия сетью используются миниатюрные маршрутизаторы pico-gateway. Они подключаются в розетку и получают доступ к интернету через Wi-Fi или оптоволоконный кабель, а затем транслируют сигнал на IoT-устройство.

Аналитики компании PicoWAN прогнозируют, что их устройство будет использоваться для создания сети интернета вещей, в здравоохранении, в домохозяйствах, в аграрной отрасли и индустрии.

Энергопотребление pico-gateway минимально, а вот зона охвата сопоставима с профессиональными антеннами мобильных операторов связи. Преимущества устройства – простота настройки, возможность покрытия внутри зданий, где зачастую не проходит сигнал сотовой связи.

Для Интернета вещей планируется использовать и стандартные сети GSM и LTE. Первые тесты покрытия EC-GSM будут проводиться в 2017 году во Франции. Разработчики - Ericsson и Orange, задались целью – упростить сети для того, чтобы ими могли пользоваться и IoT-девайсы.

Сейчас главная задача двух компаний – добиться повсеместного покрытия, значительно увеличить срок работы аккумуляторов, а также - снизить стоимость IoT-устройств.

Инициаторы проекта ставят перед собой цель – в семь раз увеличить зону покрытий для приложений, которым для нормального функционирования не требуется высоких интернет-скоростей и большого объема трафика. «Упростив» сами сети, можно упростить и устройства. Таким образом создаются предпосылки для масштабного внедрения IoT.