Текст Максат Камысов
Цифровизацию отдельных отраслей и экономики в целом называют одним из главных приоритетов развития. Часто под этим процессом понимают внедрение современных цифровых решений, обработку больших массивов данных, автоматизацию производства и прочие высокотехнологичные процессы. Однако все это было бы невозможно без одного из ключевых компонентов – связи.
В последние годы на волне цифровизации к сети подключается все большее и большее количество устройств, развиваются и внедряются технологии, которые в обмен на свой широкий функционал выдвигают все более высокие требования к скорости и стабильности сети. В этих условиях критическую важность обретает новое поколение связи – 5G (рис. 1).
Технология. Преимущества и сложности
Технологии 5G за относительно недолгое время своего существования успели обрасти мифами. Фактически они представляют собой очередной этап в развитии стандартов связи. Связь 5G зачастую описывают как воплощение принципа «быстрее, выше, сильнее», однако для того чтобы сформировать более полноценное представление о преимуществах нового стандарта, следует ретроспективно рассмотреть функции предыдущих поколений.
Так, первый этап, который впоследствии был назван 1G, заложил основы сотовой связи и представил мобильные телефоны в аналоговом формате, последовавший за ним стандарт 2G осуществил переход к цифровой связи вместо аналоговой, а также примечательным стало заметное повышение безопасности. 3G ознаменовался обеспечением массового доступа к мобильному интернету, а основной, наиболее широко принятый на сегодняшний день стандарт 4G закрепил преимущества предыдущего, увеличив скорость и объемы передаваемых данных, что привело к расцвету социальных сетей, стриминговых и прочих потребительских онлайн-сервисов, которые глубоко проникли в жизнь обывателя.
Что предлагает поколение 5G по сравнению с текущим поколением и что делает его «быстрее, выше, сильнее»? Насколько быстрее, почему выше и за счет чего сильнее?
Ответ на первый вопрос относительно короткий – с точки зрения пиковых скоростей 5G быстрее 4G в 20 раз. Однако скорость сама по себе мало чем примечательна, на сегодняшний день реальная скорость сетей 5G в большей степени зависит от пропускной способности устройств, которые пока в большинстве своем не готовы к таким скоростям. Так что в полной мере эксплуатировать высокоскоростное подключение мы сможем только тогда, когда появится соответствующее оборудование.
Теперь что касается вопроса, за счет чего достигаются такие скорости и что еще может 5G, но не может текущее поколение: для ответа необходимо обратиться к техническим аспектам. Ключевое отличие состоит в том, что 5G работает в другом диапазоне частот, значительно более широком, чем у 4G. Так, текущее поколение 4G работает на частотах ниже 6 ГГц, в то время как диапазон 5G значительно выше и шире – от 30 до 300 ГГц. Это дает возможность существенно нарастить скорость передачи и увеличить емкость сети, то есть передавать больше данных. На сегодняшний день и в будущей перспективе это имеет критическую значимость, поскольку количество устройств, подключенных к сети, стабильно растет год от года.
Сети 5G – это основа для многих новых технологий, которые преобразуют нашу работу и нашу безопасность сегодня и в будущем. От ИИ до больших данных, 5G обеспечивает массовый обмен данными в режиме реального времени, что лежит в основе машинного обучения и эффективных алгоритмов. В то же время это может увеличить риск эксплуатации и нашу уязвимость перед атаками, поскольку все больше и больше устройств подключается через 5G, от телефонов в вашем кармане до кабин пилотов реактивных истребителей
Мирча Дан Джоанэ, заместитель генерального секретаря НАТО
Еще одно преимущество высокочастотных диапазонов – это четкая направленность сигнала, в то время как вышки 4G излучают сигналы во всех направлениях, в том числе и тех, в которых подключение не требуется. Направленность сигнала способствует тому, что беспроводные устройства, подключенные к сети, могут передавать радиосигналы параллельно, не мешая друг другу. 5G использует сетевую архитектуру network slicing, что в перспективе позволяет логически изолировать сети для выполнения определенных задач (например, одна сеть для передачи видеосигнала, а другая – для управления умным домом), что серьезно снизит вероятность перегрузок сети и задержек передачи сигнала.
Наличие всех этих технологических характеристик приводит к основному преимуществу сетей 5G – возможности разработки и развертывания на основе 5G технологической инфраструктуры и экосистемы с использованием большого количества устройств, способных быстро и безопасно обмениваться информацией. Примеров может быть множество – от системы умного дома в отдельно взятой квартире до обеспечения городской системы видеонаблюдения.
В то же время ничто не совершенно, и для реализации потенциала такой технологии, как 5G, все еще требуется решить некоторые проблемы и задачи. Например, к минусам использования высоких частот можно отнести то, что крайне высокие частоты передают сигнал исключительно в пределах прямой видимости между передатчиком (антенной или вышкой) и приемным устройством. Кроме того, использование высокочастотного диапазона чувствительно к метеоусловиям и другим физическим препятствиям. Это значительно снижает скорость передачи данных. Тем не менее, эти проблемы могут быть решены за счет тщательного планирования и большего количества размещаемых антенн. Однако есть и другие проблемы, в том числе и нетехнического характера.
Несмотря на преимущества и растущий интерес к технологиям 5G, порог вхождения в эту сферу все еще высок, поскольку речь идет о высокотехнологичной отрасли, имеющей определенные «системные требования». Внедрение прикладных решений в первую очередь зависит от двух ключевых факторов – это наличие выделенных необходимых частот и достаточно мощное телекоммуникационное оборудование.
Для удовлетворения первого условия начиная с 2018 года страны активно готовили подходящие под требования диапазона сети. В большинстве случаев для создания инфраструктуры для 5G страны останавливаются на частотах в промежутке от 3,4 до 3,8 ГГц, поскольку именно они обеспечивают оптимальное распространение сигнала и покрытие сетью внутри зданий. Так, в Китае, США, Южной Корее, Великобритании, Канаде, Чехии, Австрии, Германии, Греции, Нидерландах и ряде других стран уже завершился процесс выделения нужных для нового стандарта диапазонов, однако в России с этим возникли проблемы, которые на время затормозили развитие технологии в стране – поскольку частоты между 3,4 и 3,8 ГГц уже заняты, они используются для нужд Минобороны и «Роскосмоса». Однако государство все же выделило российским операторам связи другие частоты, приоритетным определен диапазон от 4,8 до 4,99 ГГц. Россия не единственная использует этот диапазон, до нее преимущественно те же частоты выделили в Японии и Китае. Тем не менее, Минцифры не оставляет попыток прийти к соглашению с силовыми структурами касательно возможности использования «золотого диапазона» 3,4 – 3,8 ГГц. Пока что успеха достичь не удалось.
Нужно отметить, что уже выделенный диапазон, с одной стороны, приближает распространение 5G в России, с другой стороны, имеет один важный нюанс. Проблема состоит в том, что экосистема оборудования с диапазоном 4,8 – 4,99 ГГц на сегодня развита хуже. Это чревато тем, что не все модели пользовательских устройств окажутся готовы работать в потенциальных российских 5G-сетях. Помимо того, в будущем проблемой может стать и то, что в российском диапазоне возникнут проблемы с размещением операторов, что усложнит и значительно повысит цену обеспечения масштабного покрытия сетью. Все это обнажает более комплексную проблему – отсутствие универсальных стандартов сети. Шаги по решению этой задачи, конечно, предпринимаются, но процесс идет медленнее, чем хотелось бы, в том числе и вследствие влияния политического фактора.
Я бы назвал такой мир интегрированным. Сейчас все стремятся к расширению и повышению эффективности мобильной связи. Переход к автономным сетям 5G, в отличие от неавтономных, используемых сейчас, позволит нам воплощать в жизнь масштабные среды Интернета вещей на основе устройств, а также максимально повышать их надежность и сокращать задержки. Это означает, что наши сети объединят в себе возможности фиксированных, мобильных и Wi-Fi-сетей. Разные технологии объединяются в одной интегрированной интеллектуальной сети
Говард Уотсон, главный специалист по безопасности и сетям BT Group
И здесь обнажается еще одна ключевая трудность – недостаток соответствующего телекоммуникационного оборудования и сопутствующие этому нюансы политического характера. В технологическом плане безусловным мировым лидером в отрасли представляется Китай, чьи компании, в частности, ZTE и Huawei, занимают крепкие позиции на мировой арене и используются для создания сетей 5G.
Западные страны пока что отстают от Китая в технологическом отношении, однако испытывают потребность в технологиях, с одной стороны, а с другой – имеют опасения относительно засилия китайских решений. Озабоченность возникает в связи с тем, что внедрение технологий 5G впоследствии предполагает создание сетей из большого количества устройств, что создает дополнительные звенья в системе и приводит к возникновению новых рисков для кибербезопасности.
Сомнений относительно безопасности добавляет и тот факт, что для обеспечения корректной и эффективной работы сетей предполагается предоставление системным интеграторам широкого и глубокого доступа к работе сети – европейские и американские страны не испытывают доверия к китайским поставщикам, поскольку связывают их деятельность с правительством КНР и спецслужбами. Таким образом, рождаются опасения, что Китай может использовать свое телекоммуникационное оборудование для ведения кибершпионажа.
Тем не менее, несмотря на то, что некоторые страны отказываются от уже имеющихся на рынке решений в пользу разработки собственных, что несколько замедляет процесс полномасштабного внедрения 5G, эксперты считают, что страны, обладающие достаточным технологическим потенциалом, смогут преодолеть порог вхождения и получить все те преимущества, которые дает 5G. И этих стран со временем становится все больше. Так, эксперты предполагают, что с учетом складывающихся тенденций внедрение 5G в скором времени станет уже не технологическим преимуществом, но базовой потребностью для цифровизации.
5G сегодня и завтра
Итак, сегодня технологии 5G можно применять для создания инфраструктурной основы сетей связи, а также для разработки различных приложений, сервисов и платформенных решений для бизнеса. По причине новизны технологии многие проекты все еще работают в пилотном режиме, но год от года количество готовых продуктов растет.
Пилотные проекты, использующие сети 5G, реализуются в разных отраслях и решают широчайший спектр задач: от обеспечения корректной работы большого количества умных устройств в домашней сети до применения в медицине – сеть 5G обеспечивает более устойчивое и быстрое соединение. Это позволяет передавать крупные объемы данных без задержек в реальном времени, что критически важно для развития телемедицины. Внедрение 5G в этом направлении приведет к тому, что медики перестанут ограничиваться только дистанционными консультациями, но смогут даже удаленно проводить хирургические манипуляции, и это перестанет быть чем-то из ряда вон выходящим.
Прецеденты уже имеются. Так, например, в Китае в 2019 году с использованием 5G дистанционно провели операцию по имплантации нейростимулятора в головной мозг пациенту с болезнью Паркинсона, хирург при этом находился почти в трех тысячах километров от больницы.
Еще одной областью для использования технологий 5G могут стать, например, спасательные работы, такой опыт уже осваивается в Корее: оператор мобильной связи КТ представил платформу SKYSHIP с поддержкой 5G для дистанционного управления беспилотными летательными аппаратами и роботами, которые выполняют поисково-спасательные операции. В то же время «на земле» спасатели работают в очках дополненной реальности, которые имеют прямую линию связи с врачами в близлежащих больницах для оказания экстренной помощи пострадавшим в катастрофах.
Еще одним интересным кейсом может послужить проект финского мобильного оператора связи Elisa, представляющий собой мобильное приложение для применения в строительной отрасли. Приложение позволяет получить доступ к трехмерным визуализациям зданий на разных этапах строительства. Просчет сложных 3D-моделей происходит в облаке, а благодаря низкой задержке и высокой пропускной способности сети 5G результат можно просматривать на смартфонах.
Кроме того, направлениями, которые серьезно продвинут распространение 5G, могут стать: беспилотный транспорт, где более стабильное и скоростное подключение позволит с большей точностью, надежностью и безопасностью переводить в беспилотный режим грузоперевозки, такси и сельскохозяйственную технику; облачные технологии, где 5G сможет обеспечить практически моментальную загрузку и повысить скорость облачных вычислений; технологии виртуальной и дополненной реальности, которые могут быть использованы не только для развлечения, но и для систем интерактивного обучения, навигационных систем или для работы со сложными инженерными процессами.
Однако эксперты считают, что наиболее успешным с коммерческой точки зрения применением технологии 5G станет его использование в рамках развития Интернета вещей (Internet of Things, IoT). Это и технологии умного дома, и промышленный интернет вещей, и умные города. В первом случае необходимость в 5G продиктована тем, что количество «умных» устройств в домашних сетях неуклонно растет вслед за расширением их доступности – сегодня потребителю доступен очень широкий ассортимент «умных» бытовых приборов: от лампочек и розеток до кормушек для питомцев. Все эти устройства находятся в одной сети, чем серьезно ее нагружают, и не за горами то время, когда действующие сети перестанут эффективно справляться с новыми задачами.
На индустриальных объектах 5G в совокупности в IoT позволит обеспечить быструю и качественную связь между устройствами и станками, а также оперативно обеспечивать надзорную деятельность. А жители «умных» городов смогут воспользоваться бесперебойным оперативным доступом к различным сервисам: центрам государственных услуг, городскому транспорту. В то же время все эти технологии пока остаются технологиями будущего.
5G также имеет потенциал для применения и в оборонном секторе. В настоящее время в технологически развитых странах военные испытывают потенциальные возможности применения сетей 5G. Ожидается, что для их развертывания понадобится больше времени, чем для гражданских отраслей, в силу особых требований к безопасности и стабильности. Наиболее очевидным применением 5G будет военная связь, что даст серьезные преимущества в отношении ситуационной осведомленности, поскольку за счет больших объемов информации, передаваемых с высокой скоростью, будет создаваться более полная картина. Это создаст новые возможности для разведки, наблюдения и рекогносцировки, а также для принятия решений в командовании и управлении (C2). Уже сейчас реализуются проекты, задействующие частотные диапазоны 5G, – в США они используются для радаров, противоракетной обороны, радиоэлектронной борьбы и мониторинга воздушного пространства.
Также ожидается, что 5G ускорит разработку и развертывание различных автономных систем. Например, новые автономные военные транспортные средства, работающие на базе технологии 5G, потенциально смогут обойти ограничения на обработку данных за счет хранения больших баз данных, таких как карты, в локальных облаках, что позволит операторам управлять ими с больших расстояний. Некоторые военные эксперты отмечают, что в ближайшем будущем без применения сетей 5G будет практически невозможно получить все преимущества других технологий, например, больших данных и искусственного интеллекта, что способно привести к существенному отставанию и, как следствие, снизить обороноспособность тех стран, которые не вложились в развитие технологии.
Мировой рынок технологий 5G
Несмотря на жесткие технологические требования, 5G по распространению обгоняет все предшествующие стандарты предыдущих поколений. Эксперты считают, что сейчас все группы технологий 5G проходят через этап активного роста и коммерциализации, набирая зрелость. В связи с этим рынок 5G растет, и в ближайшие десять лет, по словам экспертов, эта тенденция сохранится.
Аналитики компании Ericsson сообщили, что 2021 год стал переломным в этом отношении, поскольку популярность сетей поколения 4G на тот момент достигла своего пика, а затем, по их прогнозам, она пойдет на спад за счет постепенного перехода на 5G (рис. 2).
Эксперты полагают, что уже к 2027 году порядка 75% мирового населения станет жить в зоне покрытия сетью 5G, и что на новое поколение связи будет приходиться около 50% от всех мобильных подключений и 62% всего мирового трафика смартфонов, количество которых также растет.
Изменится и географическое распределение. Если сегодня безусловным лидером по уровню развития технологий 5G выступает Азия, прежде всего за счет Китая и Южной Кореи, то в будущем, при сохранении текущей тенденции к росту, уже к 2030 году в наиболее развитых странах количество мобильных подключений через 5G достигнет показателей от 87 до 95%, в зависимости от региона. Среди лидеров будут находиться арабские страны, страны АТР, Северной Америки, Европы. В странах СНГ масштабы распространения сетей 5G окажутся скромнее и в первую очередь сформируются за счет России. По подсчетам экспертов, к 2030 году в странах содружества порядка 41% подключений будет проходить по сетям 5G (рис. 3).
По мнению аналитиков рынка, основными драйверами роста для отрасли станут широкое развитие, растущая доступность и расширение спектра применения интернета вещей. Создаются огромные сети с постоянно растущим количеством устройств, что повышает потребности как в более мощном и устойчивом соединении, так и в абонентских устройствах 5G. Также важным фактором становится удешевление таких устройств.
На сегодня уже более чем в 70 странах запущены сервисы 5G, более 500 операторов связи из 137 стран ведут и внедряют пилотные разработки и постепенно переходят от тестовых пусков к полноценным. Во многих странах открыты или открываются научно-исследовательские центры и индустриальные полигоны для развития сервисов и услуг на базе сетей связи 5G (рис. 4).
Внедрение технологий 5G и сервисов на их основе постепенно преобразовалось из технологической инициативы в серьезный фактор, оказывающий заметное влияние на развитие и повышение конкурентоспособности национальных экономик. В связи с этим государства пристально следят за развитием технологий, оказывают поддержку и разрабатывают совместные проекты с крупными телеком-компаниями.
В зарубежной практике государственная поддержка новых технологий, в том числе и 5G, обычно предшествует коммерциализации отрасли, однако по прошествии времени частные компании начинают преобладать на новом рынке. Вхождение новых игроков на рынок сопровождается новыми идеями, распространением и внедрением технологий в различные отрасли, что впоследствии тоже может быть замечено, поддержано и простимулировано государством.
Так, например, в Китае развитие сетей 5G включено в пятилетний план развития на 2021–2025 годы, а также в ряд национальных программ по развитию передовых технологий, среди которых промышленный интернет вещей, ИИ, «умный транспорт» и прочие. Китай имеет четкие планы по развитию отрасли, ожидается, что к концу 2023 года уровень проникновения мобильной связи 5G в Поднебесной должен составить 40%, доля мобильного трафика в сетях 5G – 50%, доля крупных промышленных предприятий, использующих 5G, – 35%, годовой темп роста числа пользователей устройств интернета вещей 5G – 200%.
Результатами комплексной поддержки стали создание профильной Ассоциации по внедрению сервиса и наличие порядка 10 тыс. примеров применения технологии 5G в 22 отраслях экономики, таких как электроэнергетика, горнодобывающая промышленность, транспорт, здравоохранение и образование. Китай сохраняет лидерский статус и продолжает развитие отрасли, и эксперты ожидают, что общий объем инвестиций в нее до 2025 года составит порядка 215 млрд долларов, а за период с 2020 по 2030 год – более 400 млрд. Однако некоторые эксперты предполагают, что по мере развития технологий в других регионах Китай впоследствии уступит первенство, вероятнее всего, США. На сегодня крупнейшие китайские компании на рынке – Huawei, ZTE, Xiaomi, OPPO и CATT Datang Mobile.
Еще одним ярким примером взаимодействия государства и частных компаний можно назвать Южную Корею, где правительство начало инвестировать в исследования 5G еще в 2014 году, а в 2015-м приняло стратегию по развитию технологии, что придало 5G статус главной задачи инновационного сектора. Такой подход дал серьезное преимущество на первом этапе: в 2018 году Южная Корея запустила первую в мире коммерческую сеть 5G. Сотрудничество государства с крупными технологическими компаниями, например, Samsung и LG Electronics, позволило как разработать технологическую базу, так и развивать сервисы. Результатом стало то, что к концу 2020 года, спустя два года после запуска, сеть 5G покрывала порядка 80% столицы и 30% шести других крупных городов, а суммарное число абонентов 5G достигло 13 млн человек, что составляет порядка 33% от населения страны.
В странах ЕС поддержка развития и внедрения сетей и технологий 5G осуществляется в рамках партнерского проекта 5G PPP (5G Infrastructure Public Private Partnership). Инициатива предполагает финансирование и тесное сотрудничество Еврокомиссии с крупнейшими европейскими телеком-компаниями. Объемы поддержки в рамках этой инициативы скромнее китайских и составляют порядка 4,2 млрд евро. В Союзе также предусмотрены профильные объединения для внедрения технологий 5G в производство – например, Ассоциация по внедрению 5G в производство с целью автоматизации, а также профильная ассоциация в автомобильной отрасли. Поддержка ЕС реализуется и через программы Digital Europe Programme, Connecting Europe Facility, Recovery and Resilience Facility. Крупнейшие игроки европейского рынка – компании Nokia и Ericsson.
В США поддержку и внедрение сетей 5G на государственном уровне начали в 2016 году, когда Белый дом выступил с инициативой о выделении 400 млн долларов на продвижение платформ для тестирования беспроводных сетей. В том же году в США приняли программу «Spectrum Frontiers», которая предполагала выделение большего спектра частот частным компаниям. Позже администрация Дональда Трампа представила дорожную карту, направленную на поддержку частных компаний в развитии 5G. Эксперты предполагают, что за период с 2018 года США инвестировали в развитие отрасли порядка 275 млрд долларов. Крупнейшие американские компании на рынке – T-Mobile, Qualcomm, Apple, AT&T и Verizon.
Технологии 5G в России
Страны, начавшие внедрять 5G ранее, уже успели обеспечить себе существенное преимущество как по доле продуктов на рынках, так и по уровню зрелости и степени проникновения технологий. В этом отношении Россия с учетом технологической задержки, а также воздействия санкций и ограничений оказывается в затруднительном положении, поскольку пилотные проекты, пусть и многочисленные, нельзя сравнить с запуском полноценных сетей.
На сегодняшний день правительство России предполагает запустить сеть 5G в тестовом порядке в 2025 году, и разрыв между технологическими лидерами и Россией к этому времени может достичь критических значений – как в отношении технологий, так и в отношении сервисов. Утешением может стать «преимущество отстающего», однако на текущем этапе экспертам сложно делать выводы относительно развития и распространения технологии в стране.
Тем не менее, разработка и внедрение технологий 5G в России определяется как одно из приоритетных направлений технического развития, а пилотные проекты показывают результаты. В некоторых пилотных зонах рядовые абоненты уже могут подключиться к сетям 5G, технологии используются в медицине – например, на базе больницы имени Боткина в Москве, где 5G применяются для ведения прикладных исследований. Также тестируются возможности сетей 5G для удаленного управления беспилотными устройствами и технологиями умного города.
Однако все это на текущем этапе – частные случаи, и до полномасштабного развертывания 5G еще далеко. Технологии развиваются при тесном сотрудничестве государства и «большой четверки» российских операторов связи: МТС, Вымпелком, Мегафон, Т2 мобайл. Роль этих компаний в развитии технологии и сервисов в стране достаточно велика, эксперты считают, что за период с 2020 по 2027 год российские операторы вложат в развитие сетей 5G от 550 до 610 млрд рублей. Однако и государство не останется в стороне и внесет свой вклад в финансирование отрасли.
С появлением новых умных устройств и их применением в нашей жизни операторы попросту не смогут обеспечить удовлетворение потребностей своих клиентов с помощью текущих технологий радиодоступа. Вопрос перехода из одной технологии доступа в более совершенную и эффективную скорее риторический, рано или поздно это становится необходимостью
Александр Сиволобов, заместитель руководителя центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по технологиям беспроводной связи и интернета вещей
Правительство России приняло дорожную карту по развитию высокотехнологичного направления «Мобильные сети связи пятого поколения», которая нацелена на осуществление полного проекта по разработке телекоммуникационной продукции для сетей связи 5G, разработку отечественной телеком-продукции и сервисов для сетей 5G и их продвижение на рынке, а также на развитие инфраструктуры сетей связи пятого поколения, включая стимулирование деятельности операторов связи и создание нормативной правовой среды для развития сетей 5G. Дорожная карта также предполагает оказание мер поддержки для стимулирования развития рынка.
Все эти меры важны и необходимы отрасли, однако в современных условиях в них вносятся существенные коррективы. Усложнившаяся ситуация в международных отношениях и экономике создает для России серьезные проблемы в высокотехнологичных отраслях, и сегодня наиболее остро стоит задача по разработке и производству необходимого для развития технологий 5G оборудования. Тем не менее, Минцифры РФ рассчитывает провести в 2025 году в городах-миллионниках пилотное тестирование сетей связи стандарта 5G на российских базовых станциях, к 2028 году – полностью перейти на отечественные базовые станции 5G, и к 2030 году достичь поставок отечественных станций в количестве 75 тыс. единиц в год. Останется ли это в планах или будет реализовано на практике – покажет время.
©«Новый оборонный заказ. Стратегии»
№ 4 (81), 2023 г., Санкт-Петербург
