Межмашинный обмен данными в сотовых сетях

Дмитрий Конарев, ведущий эксперт по беспроводным технологиям компании Huawei в России

Расширение сферы обслуживания мобильными сетями в скором времени обогатит телекоммуникационную экосистему. В создании этой экосистемы в настоящий момент участвует целый ряд традиционных отраслей, прежде всего таких как автомобилестроение, здравоохранение, энергетика и муниципальные системы. Сети стандарта 5G – это начало продвижения от цифровизации личных развлечений к объединению всего общества.

 

С наступлением захватывающей по своим возможностям эпохи 5G новые коммуникационные требования начнут создавать проблемы для существующих сетей – с точки зрения технологий и бизнес-моделей. Мобильная сеть нового поколения должна быть адаптивной к совершенно разным требованиям. Для того чтобы определить их, Международный союз электросвязи (МСЭ) классифицировал услуги мобильной сети 5G по трем категориям:

  • улучшенная мобильная широкополосная связь (Enhanced Mobile Broadband – eMBB);
  • ультранадежная связь с малой задержкой (Ultra-Reliable Low-Latency Communication – uRLLC);
  • связь для ультрамассового межмашинного обмена данными (Massive Machine-Type Communications – mMTC).

 

Категории услуг мобильной связи

Улучшенная мобильная широкополосная связь стремится удовлетворить спрос людей на все более востребованный цифровой образ жизни и фокусируется на услугах, которые имеют высокие требования к пропускной способности, такие как видео высокой четкости (HD), виртуальная реальность (VR) и расширенная реальность (AR).

Однако же, исходя из прогноза использования услуг в сетях пятого поколения, данная категория будет наименее востребована, поскольку ее задача – удовлетворить потребности людей, но они-то как раз и не являются основными потребителями в сотовых сетях нового поколения, где править бал будут вещи.

Ультранадежная связь с малой задержкой нацелена на удовлетворение ожиданий в отношении требований новой цифровой индустрии и фокусируется на чувствительных к задержкам сервисах, таких как помощь в управлении и автоматическое управление автомобилем, дистанционное управление (при максимальной задержке 5 мс и менее) и т. д.

Требование максимальной задержки в 5 мс и менее в сетях стандарта 5G привело к теоретическому созданию нового класса приложений «Тактильный Интернет». При такой низкой задержке ответ сети будет настолько молниеносным, что пользователи могут ощущать, что они будто бы «касаются» объектов на другом конце сети с использованием «гаптика» (от греч. hapto – касаюсь, хватаю – сенсорная система, включающая все виды кожной рецепции). Гаптическая, или кинестетическая, связь создает чувство осязания, применяя к пользователю силы вибрации или движения. Это находит широкое применение на ряде вертикальных рынков, таких как удаленная хирургия, автономная навигация и производство.

Тем не менее большинство аналитиков отметили, что реализация uRLLC будет самым сложным для сетей 5G, так как понадобится перестройка архитектуры существующих сетей для выполнения функции «слайсинг» (возможность изолировать и защищать слои с разными виртуальными сетями один от другого), без которого невозможна реализация URLL. Про сам «слайсинг» мы поговорим немного позже.

Связь для ультрамассового межмашинного обмена данными стремится удовлетворить потребность в дальнейшем развитии цифрового общества и фокусируется на услугах, которые включают высокие требования к плотности и количеству соединений (например, «умный» город и «умное» сельское хозяйство).

Сеть стандарта 5G предназначена для поддержки до 1 млн подключений на 1 км2. Кроме того, новые технологии отслеживания и технологии, связанные с здравоохранением, также будут улучшены благодаря возможностям mMTC 5G.

При увеличении количества IoT-подключений на каждом сайте крайне важно, чтобы были правильно задействованы соответствующий беспроводной спектр и распределение сетевых ресурсов во избежание перегрузки трафика. Ограничение количества подключений и затрат на построение несетевой беспроводной инфраструктуры было одним из самых больших препятствий в преобразовании Индустрии 4.0. Введение mMTC в 5G должно помочь снять этот барьер.

 

Возможности использования «слайсинга»

Цифровизация не только создает огромные возможности для индустрии мобильной связи, но и вскрывает серьезные проблемы в отношении технологий сотовых сетей. Одна из них заключается в невозможности поддержать «слайсинг» на текущей архитектуре сети для реализации наиболее важных сервисов 5G.

E2E (Ethernet to Ethernet) сетевой «слайсинг» – это основа для полноценной поддержки диверсифицированных услуг 5G, он является ключом к эволюции сетевой архитектуры стандарта 5G. На базе существующих технологий NFV (Network Functions Virtualization – виртуализация сетевых функций) и SDN (Software-Defined Networking – программно-определяемые сети) физическая инфраструктура сетевой архитектуры будет использовать трехуровневые DС (дата-центры). Облачные DC, разбитые на три уровня, будут состоять из вычислительных ресурсов и ресурсов хранения.

Первый уровень представляет собой центральный офис DC, который находится ближе всего к базовым станциям. Его задача – обслуживание сервисов, завязанных на малую задержку (uRLLC). Второй уровень – локальный DC: задача данного уровня – обеспечить обслуживание сервисов, требовательных к пропускной способности и в меньшей степени к задержке eMBB. Верхний уровень – это уже региональный DC (услуги mMTC). Причем все перечисленные уровни DС соединены между собой через транспортные сети (см.рис.).

Исходя из разнообразных требований к услугам сеть стандарта 5G генерирует соответствующие сетевые топологии и ряд сетевых функциональных наборов (сетевых «слайсов») для каждого типа услуги с использованием NFV в единой физической инфраструктуре. Каждый сетевой «слайс» получен из единой физической сетевой инфраструктуры, что значительно снижает затраты операторов на последующее построение сетей. Сетевые «слайсы» имеют логическое расположение и разделены как отдельные структуры, что позволяет выполнять настраиваемые функции обслуживания и независимые O&M (Operations and Maintenance – эксплуатационное обслуживание), как если бы вместо одной сети у сотового оператора оказалось сразу несколько сетей, созданных под конкретные задачи с совершенно разными требованиями.

Рис. Использование «слайсинга»

 

Глобальная перестройка сетей

Но для достижения таких возможностей операторам необходима глобальная перестройка структуры своих сетей, что может занять и наверняка займет не один год. Как же в этом случае будет решаться вопрос развития сервисов IoT? В принципе, все обстоит не так уж плохо.

Консорциум 3GPP (3rd Generation Partnership Project), разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии, представил в 2016 г. специальный набор для двух дополнительных узкополосных технологий в Release 13: eMTC (расширенная коммуникация с машинным типом) и NB-IoT (NarrowBand-Internet of Things – узкополосный IoT), в совокупности называемый LTE IoT. Обе технологии – eMTC и NB-IoT – оптимизированы для более низкой сложности/мощности, а также более глубокого охвата и более высокой плотности подключения устройств, при этом они бесшовно сосуществуют с другими услугами сетей LTE.

Вместе они расширяют портфель широкополосных технологий стандарта LTE и уже сегодня позволяют подключать массовый IoT.

LTE IoT будет продолжать развиваться на протяжении многих лет, используя масштаб, долговечность и глобальный охват сетей LTE. Главная задача LTE IoT состоит в том, чтобы закрыть на первом этапе развития сетей 5G потребность в услугах mMTC, что позволит сетям пятого поколения сосредоточиться на услугах eMBB и uRLLC.

В конце концов будет создано массивное решение IoT на базе NR 5G с использованием новейших технологий этого стандарта, которые позволят удовлетворить требование – 1 млн подключений на 1 км2. Продолжающаяся эволюция LTE IoT и расширение его развертываний будут являться неотъемлемой частью платформы 5G в течение следующего десятилетия, а может быть, и далее.

 

Поделиться:
Спецпроект

Форум «ИТОПК-2020» оценил потенциал господдержки

Подробнее
Спецпроект

Напряженный трафик или Современные требования к инфраструктуре ЦОД

Подробнее

Подпишитесь
на нашу рассылку