• Новости
• Блоги
• Аналитика
• Новости компаний
• В СНГ и в мире
• Анонсы

Частные сети 5G: пора не пора – иду со двора

Кривые спроса отечественных предприятий на сети 5G и предложения российскими производителями соответствующего оборудования в перспективе, несомненно, пересекутся. Но от этой точки нас отделяет солидный промежуток времени.

Технологические новшества – интернет вещей (IoT) и автоматизированные производства, «умные» дома и беспилотные автомобили – требуют все большей пропускной способности канала связи, все большей оперативности доступа к данным и вычислительным ресурсам.

В результате в мире лавинообразно растет популярность edge-ЦОДов, воплощающих идею периферийных вычислений и эффективно решающих задачу обработки данных в непосредственной близости от их источника. Узким местом остается канал обмена данными между собственно их источником и ЦОДом: обычно это либо беспроводная локальная сеть Wi-Fi, либо сотовая сеть 4G. Однако их скорости, время доступа и даже поддерживаемое число абонентов несравнимы с возможностями современных оптоволоконных каналов. Проблему снимает внедрение сетей 5G, причем вовсе не обязательно на национальном или региональном уровне: частные 5G-сети, действующие, к примеру, на уровне предприятия, кампуса или микрорайона, – мировой тренд.

Почему 5G

Ключевых достоинств у технологии 5G три: скорость доступа до 20 Гбит/c, время задержки сигнала до 1 мс и возможность одновременного обслуживания до 1 млн устройств на 1 кв. км. Напомним, технология 4G/LTE в самой свежей модификации способна обеспечить скорости до 3–6 Гбит/c, задержку до 2 мс и порядка 4 тыс. обслуживаемых устройств на 1 кв. км.

Столь выдающиеся показатели достигаются, во-первых, за счет задействования гораздо более высоких частот, свыше 20 ГГц, во-вторых, благодаря применению доработанного варианта известной технологии пространственного мультиплексирования Massive MIMO, в которой направленный сигнал формируется массивом активных антенн, технологий неортогональной частотной (N-OFDM) и мощностной (NOMA) модуляции, а также точечному использованию микросот. При этом в масштабах общедоступной коммерческой сети возможен плавный переход с 4G на 5G с использованием имеющейся инфраструктуры.

Разумеется, есть и нюансы. Прежде всего, помимо сверхвысокочастотного могут использоваться среднечастотный (1–1,6 ГГц) и низкочастотный (ниже 1 ГГц) диапазоны: именно на них можно строить «переходные» сети на основе инфраструктуры 4G и, скорее всего, они будут более востребованы. Но рекордной скорости свыше 10 Гбит/с здесь уже не получить, зато будут повышенная дальность и хорошее проникновение через стены строений.

Другие нюансы скрываются за аббревиатурами 5G NR/NSA (New Radio или Non-Standalone, неавтономная архитектура) и 5G SA (Standalone, автономная архитектура): в первом случае управляющие сигналы передаются по сети 4G, а данные – через 5G. Такая сеть «псевдо5G», безусловно, гораздо быстрее 4G, но не обладает всеми достоинствами «настоящей», а именно логическим разделением сервисов сети или временем задержки менее 10 мс.

Если сравнивать 5G с Wi-Fi, то следует взять самый распространенный сегодня стандарт IEEE 802.11ac, также известный как Wi-Fi 5. В отличие от предыдущего IEEE 802.11n, принятого более 12 лет назад и поддерживающего два диапазона 2,4 и 5 ГГц, Wi-Fi 5 образца 2013 г. работает только в диапазоне 5 ГГц, хотя обратно совместим с предшественником. Его пропускная способность – от 433 Мбит/c до 6,93 Гбит/с, в зависимости от числа пространственных потоков и особенностей MIMO, что значительно ниже, чем у 5G даже в среднечастотном диапазоне 1–1,6 ГГц. Реальная задержка сигнала – 30 мс, и это очень много даже по сравнению с 4G.

В 2021 г. был утвержден стандарт IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6 в диапазонах 2,4 и 5 ГГц или Wi-Fi 6E в диапазонах 2,4, 5 и 6 ГГц), но его реальных имплементаций еще слишком мало, чтобы проводить какие-либо сравнения. Справедливости ради заметим, что стандартом установлены теоретически возможные скорости от 600 Мбит/c до 9,61 Гбит/c, вполне сравнимые с 5G, но при задержке порядка 10 мс. Эксперты считают, что Wi-Fi 6/6E вполне сможет дополнить 5G, предоставляя высокоскоростной доступ к локальным сетям и выход в интернет, поддерживая бизнес-приложения и устройства IoT.

Сегодня сети 5G становятся лучшей альтернативой сетям Wi-Fi и 4G/LTE для максимально быстрого доступа к ресурсам периферийных ЦОДов. Областей их применения уже немало, как и реальных проектов. Частные сети 5G используются для мониторинга, управления и автоматизации на производстве, в добывающих отраслях, в торговле, на транспорте. Есть множество примеров внедрения сетей 5G в инфраструктуру медицинских, образовательных и культурных учреждений, органов государственной власти и управления разных стран.

Кому это нужно

Высокие эксплуатационные характеристики, обеспечиваемые технологиями 5G, востребованы сегодня главным образом в корпоративном сегменте, для построения частных сетей.

В США крупные игроки облачного рынка – AWS, Microsoft Azure и Google Cloud – уже пытаются превратить развертывание частной сети 5G в рутинную процедуру, практически в «коробочный» продукт. При этом гиперскейлеры, разумеется, привязывают такие решения к собственным периферийным дата-центрам, обеспечивающим оперативное облачное управление устройствами IoT, средствами автоматизации, ИИ и машинного обучения с помощью фирменных инструментов.

Один из примеров предложения сети 5G в качестве услуги – сервис AWS Private 5G, позволяющий предприятию, как утверждают в Amazon, за несколько дней настроить и масштабировать частную сеть 5G на своих объектах. Для этого достаточно через консоль на сайте AWS выбрать место развертывания сети и пропускную способность, а Amazon поставит все оборудование и программное обеспечение, от серверов до SIM-карт. Компания же обеспечивает дальнейшее обслуживание и масштабирование таких сетей.

В марте 2022 г. компании AT&T и Microsoft объявили о совместном проекте интеграции 5G-сети AT&T и облачной платформы Azure для граничных вычислений с множественным доступом (Multi-Access Edge Compute, MEC). Анонсируя услугу AT&T Private 5G Edge, партнеры делают упор на максимальной простоте развертывания таких сетей – не сложнее, чем «покупка нового телефона», на поддержке роуминга за пределы сетей с помощью подключения к общедоступной сети AT&T, а также на возможности предоставления бизнес-клиентам мощных вычислительных ресурсов, расположенных на периферии. В AT&T рассчитывают на большой спрос на новую услугу в сельской местности. Например, предприятия по бурению нефтяных скважин в отдаленных регионах могли бы использовать частную сеть 5G для услуг edge-ЦОДа с низкой задержкой, к которым они в противном случае не имели бы доступа.

Добывающие предприятия чаще других пользуются частными сетями 5G, поскольку нередко эксплуатируют объекты, которые находятся в труднодоступных местах, где отсутствуют не только крупные дата-центры, но и обычная сотовая связь. В регионе Евразия основной спрос на такие решения формирует горнорудная индустрия – открытые и закрытые шахты. На втором месте – «умное» сборочное производство, на третьем – «умное» сталелитейное производство.

Китайская компания Shanxi Yangquan роботизировала угольную шахту через дистанционное управление роботами, вентиляцией, доступом, передвижением техники и персонала. Проект осуществлен совместными усилиями фирм Ericsson, Ambra Solutions, Boliden и Epiroc. Автоматизировали производства с помощью сетей 5G компании Bosch, Ericsson, Huawei, Mercedes-Benz, Nokia, Siemens и др. Для управления процессами, мониторинга и анализа данных на них применяются технологии граничных вычислений. China Unicom, Ericsson, Shanghai Zhenhua Heavy Industries и Port of Qingdao внедрили решение для «умного» порта, которое, по утверждению компаний, на 70% повышает производительность труда. Аналогичные решения предлагает Ericsson совместно с Telecom Italia для автоматизации портовых работ в итальянском городе Ливорно.

Есть ли 5G в России

В России одна из первых попыток автоматизации угледобывающей шахты была сделана в 2019 г., когда оператор «Мегафон» для компании «СДС-Уголь» внедрил инфраструктуру передачи данных для более 2 тыс. модулей IoT, установленных на горнотранспортном оборудовании. Автоматическая система диспетчеризации транспорта отслеживала его местонахождение и скорость, температуру, уровень топлива в баке и нагрузку на шасси, а также вела видеорегистрацию событий. Партнеры утверждают, что на шахте «Листвяжная» впервые на промышленном объекте в России было продемонстрировано беспилотное управление грузовым автомобилем с помощью сети 5G: КАМАЗ проехал по промышленной трассе протяженностью 1 км из точки погрузки в точку разгрузки в автоматическом режиме. Тестовая сеть 5G развернута с использованием коммерчески доступного инфраструктурного оборудования Huawei.

В мае 2020 г. в угольном разрезе СУЭК «Черногорский» в Хакасии была задействована еще более внушительная техника: 130-тонные карьерные самосвалы «Белаз». Здесь пилотную сеть 5G длиной 1,5 км развернул оператор «Билайн Бизнес» также на оборудовании Huawei под управлением ПО компании ВИСТ (ГК «Цифра»). Все видеопотоки с камер высокого разрешения, установленные по периметру самосвалов, поступали в центр обработки информации для управления техникой в режиме реального времени. Использование сети 5G обеспечило высокие скорости передачи информации и максимально уменьшило задержки, что существенно увеличило точность движения и повысило безопасность управления гигантскими машинами по сравнению с ранее применявшимися беспроводными сетями (Wi-Fi/MESH).

В мае 2021 г. компания «Норникель» совместно с МТС и «Мегафоном» успешно протестировала частную сеть LTE/5G, построенную c участием Nokia, Ericsson и Huawei, на глубине 875 м рудника «Скалистый» в частотном диапазоне 28 МГц для сети 5G.

О первом коммерческом внедрении в России частной сети промежуточного формата 5G-ready объявили в сентябре 2021 г. Ericsson и МТС. Сеть была развернута на золоторудном месторождении «Нежданинское» и в нее были интегрированы внутренняя сеть IP-телефонии, мобильные устройства сотрудников, а также системы удаленного и автоматизированного управления экскаваторами, буровыми станками, измерительными устройствами, системами пожаротушения и видеомониторинга. В сети применено оборудование Ericsson 4G и 5G NSA c возможностью перехода на 5G SA.

МТС и Ericssоn намеревались к апрелю 2022 г. построить на железнорудном комбинате «Карельский окатыш» холдинга «Северсталь» частную сеть LTE/5G-ready. Судя по всему, функционально и технически она должна быть близка к сети на «Нежданинском». Сеть предназначалась для систем диспетчерской голосовой и видеосвязи, позиционирования и видеомониторинга работы транспорта и горнорудного оборудования, аварийного оповещения, оперативного управления производственным комплексом. О судьбе проекта в изменившихся условиях пока ничего не сообщалось.

Однако в апреле нынешнего года тот же «Карельский окатыш» сообщил о запуске онлайн-мониторинга работы автосамосвалов и погрузчиков на базе информационной системы комбината «Клиент ПРО». Помимо технических параметров каждой машины, в отчете отражаются ошибки в управлении транспортом. Водители получают оповещения о неправильной эксплуатации, что тоже увеличивает надежность и продолжительность работы машин. В рамках проекта комбинат подключился к центру мониторинга состояния оборудования ресурсных активов, созданному на Череповецком металлургическом комбинате. Данные с датчиков техники в круглосуточном режиме поступают череповецким операторам (расстояние между Костомукшей, где расположен «Карельский окатыш», и Череповцом около 900 км). На предприятии рассчитывают, что расширить цифровой контроль на всю карьерную технику поможет еще один проект комбината – запуск высокоскоростной сети LTE.

По данным исследования «Беспроводные сети Wi-Fi и private LTE/5G в промышленности» J’son & Partners Consulting, к концу 2021 г. в России было анонсировано более 30 проектов развертывания частных сетей LTE/5G, значительная часть которых находится на стадии тестирования и лишь некоторые – в опытной эксплуатации. По числу частных сетей лидирует МТС, запустившая больше 10 сетей для крупных промышленных холдингов. Аналитики прогнозируют, что объем отечественного рынка частных сетей LTE/5G будет расти на 36,3% в год и к 2025 г. составит 3,2 млрд руб. При этом заказчиков больше интересует именно технология 5G как более скоростная по сравнению с LTE.

Частотный вопрос

С самого начала было понятно, что с внедрением сетей 5G в России возникнут сложности. Государственные силовые ведомства не планируют освобождать для коммерческой эксплуатации диапазон 3,4–3,8 ГГц, названный «золотым», поскольку он обеспечивает оптимальные для этого стандарта технические характеристики. Два низкочастотных диапазона (694–790 МГц и 4,4–4,9 ГГц) позволяют получить хорошие характеристики по дальности и проникновению в здания, но ограниченные по скоростям.

Наилучшим из доступных считается высокочастотный миллиметровый диапазон 24,25–24,65 ГГц. Он самый скоростной, дает наименьшую из возможных задержку, и для него выпущена масса оборудования. Однако его использование накладывает существенные ограничения по дальности связи, и для покрытия квадратного километра требуется гораздо больше базовых станций, чем для любого другого.

Первой лицензию на запуск собственной сети 5G в 83 регионах страны получила компания МТС. В мае 2021 г. она запустила в Москве и Санкт-Петербурге пилотные общедоступные сети в диапазоне 4,9 ГГц на скоростях до 1,5 Гбит/c. Кроме того, в компании объявили, что первыми клиентами сетей 5G в диапазоне 24,25–24,65 ГГц станут корпоративные клиенты, в том числе в промышленности, нефтегазовом комплексе, медицине и торговле.

В том же мае 2021 г. ФАС одобрила соглашение о намерениях между «Ростелекомом», «Вымпелкомом» и «Мегафоном» по совместному строительству сетей 5G в расчищаемых диапазонах 700 МГц, 3,4–3,8 ГГц, 4,4–4,99 ГГц и 24,25–29,5 ГГц во всех регионах страны, а также в других пригодных для работы диапазонах. Соглашение предусматривало разработку и согласование с антимонопольной службой условий использования радиочастот и аппаратуры для виртуального оператора связи.

Как сложится судьба 5G под санкциями?

К сожалению, драматически изменившаяся ситуация заставляет серьезно скорректировать планы внедрения новых сетевых технологий. Зарубежные партнеры, совместно с которыми тестировались и вводились в эксплуатацию частные сети LTE/5G, уходят с российского рынка, что заставляет искать отечественную альтернативу иностранному оборудованию. Решение о преимущественном использовании оборудования российского происхождения при развертывании сетей 5G было закреплено в Концепции создания и развития сетей 5G/IMT-2020 в РФ, утвержденной Минкомсвязи России еще в декабре 2019 г., и, согласно дорожной карте, его поставки должны начаться в 2024 г. Гранты получили Сколковский институт науки и технологий, компания «ГлобалИнформСервис» (входит в «Ростех») и научно-производственная фирма «Микран». Госкорпорация «Ростех» дополнительно получила финансирование на создание национального вендора «Спектр» на базе ГИС, который должен организовать производство оборудования для сетей 5G.

Между тем на конференции OpenRAN Russia 2021, прошедшей в декабре 2021 г., разработчики поделились своими достижениями, которые оказались весьма скромными. Более того, аппаратную основу продемонстрированных образцов техники составляли все те же зарубежные решения: серверы архитектуры Intel x86, ARM-процессоры Marvell, интегральные схемы SoC/ASIC от американской Xilinx-AMD и нидерландской NXP. В настоящее время можно говорить лишь о перспективе использования процессоров «Эльбрус» и «Байкал» в качестве замены платформ x86 и ARM, хотя их производство на тайваньских предприятиях остановлено. Что же касается непосредственно ключевых функциональных блоков для базовых станций – от ASIC и DSP до радиомодулей, то пока нет никакой открытой информации не только о существовании таких решений, но даже о том, что подобные разработки ведутся. Ситуация крайне сложная и, без сомнения, потребует принятия мер со стороны государства, значительных усилий разработчиков и существенных капиталовложений.