Межмашинный обмен данными в сотовых сетях

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 адаптивна к абсолютно различным требованиям. Для определения этих требований Международный союз электросвязи (МСЭ) классифицировал услуги мобильной сети 5G по трем категориям:
1. Улучшенная мобильная широкополосная связь (Enhanced Mobile Broadband, eMBB);
2. Ультра-надежная связь с малой задержкой (Ultra-Reliable Low-Latency Communication, uRLLC);
3. Связь для ультрамассового межмашинного обмена данными (Massive Machine-Type Communications, mMTC).

 

Сервисы мобильной сети стандарта 5G

Категории услуг мобильной связи

 

Улучшенная мобильная широкополосная связь (eMBB) 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 наимение востребована, так как 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.

Ультра-надежная связь с малой задержкой (uRLLC) 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 или даже менее) и т.д.

Требование к 5 мс и менее задержки в сетях стандарта 5G привело к теоретическому созданию нового класса приложений «Тактильный Интернет». При такой низкой задержке ответ сети будет настолько молниеносным, что умы пользователей могут быть обмануты, думая, что они «касаются» объектов на другом конце сети с использованием «гаптика» (от греч. слова hapto – касаюсь, хватаю, сенсорная система, включающая все виды кожной рецепции). Гаптическая или кинестетическая связь воссоздает чувство осязания, применяя к пользователю силы, вибрации или движения. Это находит себе 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 возможности использования функции «слайсинга» (возможность изолировать и защищать слои с разными виртуальными сетями один от другого.), без которого невозможна реализация uRLLС. Про сам «слайсинг» мы поговорим немного позже.

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

Сеть стандарта 5G предназначена для поддержки до 1 млн. подключений на квадратный километр. 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 был правильно задействован соответствующий беспроводной спектр и распределение сетевых ресурсов для избегания перегрузки трафика. Ограничение количества подключений и затрат на построение несетевой беспроводной инфраструктуры было одним из самых больших препятствий в преобразовании так называемой «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 также вскрывает и 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 (End to End) 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 будущей 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 взять на себя обслуживание сервисов, завязанных на малую задержку (uRLLC). Второй уровень – это локальный DC: задача данного уровня обеспечить обслуживание сервисов, требовательных к большой пропускной способности и, в меньшей степени, к задержке (eMBB). А верхний уровень – это уже региональный DC (услуги mMTC). Причем, все эти уровни DС соединены между собой через транспортные сети.

В соответствии с разнообразными требованиями к услугам, сеть стандарта 5G генерирует соответствующие сетевые топологии и ряд сетевых функциональных наборов (сетевых «слайсов») для каждого соответствующего 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).

Это, как если бы, вместо одной сети у сотового оператора оказалось сразу несколько сетей, созданных под конкретные задачи с совершенно различными требованиями.

Использование «слайсинга»

Глобальная перестройка сетей

 

Но для достижения таких возможностей операторам необходима глобальная перестройка структуры своих сетей – это может занять и наверняка займет не один год. Как же в этом случае будет решаться вопрос развития сервисов IoT (Internet of Things – Интернет вещей)? В принципе тут все обстоит не так уж и плохо.

Консорциум 3GPP (3rd Generation Partnership Project), разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии, представил специальный набор для двух дополнительных узкополосных технологий в Release 13 в 2016 году: eMTC (расширенная коммуникация с машинным типом) и NB-IoT (NarrowBand-Internet of Things – узкополосный IoT), или 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 существующего стандарта LTE и уже сегодня позволяют начинать подключать массовый IoT.

Прогресс стандартизации NB-IoT/eMTC

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 в 1 миллион подключений на квадратный километр.

В целом, продолжающаяся эволюция LTE IoT и расширение его развертываний будут являться неотъемлемой частью платформы 5G в течение следующего десятилетия, а может быть и дальше.

Ориентированная на будущее сотовая сеть IoT: NB-IoT+eMTC+4G

Поделиться в:
Share on Facebook
Facebook
Share on VK
VK
Tweet about this on Twitter
Twitter
Share on LinkedIn
Linkedin
Теги:
У этой публикации нет комментариев

Напишите комментарий