Ургенческий филиал ташкентского университета информационных технологий имени

УРГЕНЧЕСКИЙ ФИЛИАЛ
ТАШКЕНТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИМЕНИ
МУХАММАДА АЛЬ-ХОРАЗМИЙ



Самостоятельная работа
Подготовил: студент группы 962-20
Курбанбаев Курбанбай
Тема:Технология 5G

Принял:Мадрахимов.З

Пятое поколение мобильной связи
Сети связи «пятого поколения», т.н. 5G, вкупе с анализом больших данных (Big Data) и интернетом вещей (IoT) призваны стать одной из основ цифровой экономики, главной движущей силой которой должен стать искусственный интеллект (ИИ). За 40 с небольшим лет сменилось четыре поколения сетей мобильной связи. Если сотовые сети первого поколения 1G давно исчезли, то сети 2G, 3G и 4G до сих пор продолжают эксплуатироваться. Более того, некоторое количество унаследованной инфраструктуры сетей 3G и 4G органично войдёт в состав мобильных сетей пятого поколения 5G.
Стандартизация 5G
Стандартизация технологий и решений 5G должна завершиться к 2021 году, поэтому термином 5G пока обозначаются лишь фрагментарные решения, которые в будущем войдут в состав полномасштабного решения IMT2020. Такие решения уже разворачиваются в разных странах, однако они пока носят локальный и тестовый характер, и не предоставляют весь планируемый функционал сетей стандарта IMT2020.
Основные стандартизирующие организации 5G
По состоянию на 2019 год:
3GPP (3rd Generation Partnership Project) - альянс из семи организаций, разрабатывающих различные стандарты телекоммуникаций, в которые, в свою очередь входят другие партнёры. Задача 3GPP – формулировка технических требований, оценка предложений, и окончательное принятие стандартов. В середине 2017 года был принята версия общего стандарта Release 15, в настоящее время разрабатывается Release 16, которая будет принята в 2019 г. Кроме разработки общей архитектуры, 3GPP также разрабатывает стандарты радио-технологий 5G New Radio (NR) для новых частотных диапазонов, выделяемых под 5G.
ETSI (European Telecommunication Standard Institute), Европейский институт телекоммуникационных стандартов, который является членом 3GPP, и наиболее активно работает в области разработки стандартов 5G.

IETF (Internet Engineering Task Force) разрабатывает решения модернизации IP-протокола для поддержки виртуализации сетевых функций NFV (Network Fucntion Vitrualization). Например, IETF разработала технологию сцепки функций сервисов SFC (Service Function Chaining), которая комбинирует виртуализированные компоненты архитектуры 5G, например, базовые станции, шлюзы услуг и пакетов данных в едином маршруте. Это позволяет динамическое создание и сцепку виртуальных сетевых функций VNF (Virtual Network Functions). IETF работает в тесном взаимодействии с 3GPP.

ITU (International Telecommunication Union) – агентство ООН, расположенное в Женеве, которое занимается стандартизацией широкого спектра телекоммуникационных технологий. В частности, оно координирует работу по совместному использованию спектра радиочастот, в т.ч. для сетей 5G.
Кроме этих трёх основных координирующих организаций, есть ряд других, в которых ведётся планомерная практическая работа по разработке стандартов IMT2020 (5G).
5GPPP (5G Infrastructure Public Private Partnership), считается одним из ведущих партнёрств по стандартизации 5G. Организация ставит амбициозные цели по разработке требований к сети 5G, например, увлечение ёмкости сети в 1000 раз, снижение энергопотребления пользовательских устройств на 90%, существенное сокращение времени создания новых сервисов и услуг, полное и безопасное сетевое покрытие и с пренебрежимо малой задержкой передачи данных, и пр.
NGMN (Next Generation Mobile Networks) Alliance. Альянс мобильных сетей следующего поколения занимается стандартизацией полного спектра решений 5G. В альянс входит руководство ведущих американских операторов: AT&T, U.S. Cellular и Verizon.
Кроме указанных, существуют отраслевые и региональные организации, такие как 5G Americas, Small Cell Forum, которые также вносят большой вклад в разработку и стандартизацию решений 5G.
Цель создания и назначение сетей 5G
Сети мобильной связи предыдущих поколений имели следующие назначения и функционал:

1G: Услуги передачи речи по аналоговой сети

2G: Услуги передачи речи по цифровой сети, низкоскоростные услуги передачи данных (GPRS, EDGE)
3G: Высокоскоростные услуги передачи данных (HSPA), с возможностью передачи голоса по сети IP, мобильный доступ к интернет MBB (Mobile Broadband).
4G: Мобильный широкополосный доступ MBB на базе LTE, LTE-A, передача голоса (VoLTE)
Сети 5G значительно расширяют ограниченный функционал мобильных сетей предыдущих поколений. Основными функциональными особенностями сетей 5G являются следующие:
Усовершенствованный мобильный широкополосный доступ eMBB (enhanced MBB)
Сверхнадёжные коммуникации с низкой задержкой ULLRC (Ultra Low Latency Reliable Communication)
Массивные межмашинные коммуникации Massive IoT/IIoT, мMTC (massive Machine Type Communication)
На основе этих трёх генерализованных видов функционала строится всё многообразие услуг и возможностей сетей IMT2020 (5G), наиболее характерные из которых показные на рисунке ниже:

Гигабайты в секунду. Сети 5G способны значительно повысить скорость передачи данных через различные технологии радиодоступа (RAT), и при помощи задействования новых спектров радиочастот 5G NR (New Radio). Пользователь получает практически неограниченную полосу пропускания, как для домашнего использования различных сервисов, так и для целей предприятий (Immersive Telepresence, Industrial IoT и пр.)
Умный дом. Целый спектр различных сервисов интернета вещей (IoT) будет доступен для решения «Умный дом» (Smart Home) и «Умное здание» (Smart Building): видеонаблюдение, управление и автоматизация бытовой техники, управление системами безопасности, хранилища контента, климатика и пр.
Умный город. Решение «Умный город» — это горизонтальное и вертикальное масштабирование функционала и спектра сервисов «Умного дома». Основные сервисы «Умного города»: Безопасный город, электронное правительство e-Government, электронное здравоохранение e-Health, электронное образование e-Education, электронный банкинг e-Bank, электронный сбор показаний ЖКХ Smart Meters, «умные электросети» Smart Grid, и пр.
Новые видеоуслуги 4К/8К: Объёмное видео, экран сверхвысокой чёткости (UHD), возможность эффекта присутствия.
Работа в облаке. Сервис даёт возможность не только хранить данные в облачном хранилище и извлекать их оттуда, но и использовать прикладные программы, которые работают непосредственно из облака. Причем, с возможностью их использования на любом устройстве и из любого местоположения. Кроме того, имеется возможность использования интерфейсов прикладного программирования API, через которые облачные сервис-провайдеры могут предоставлять свои услуги абонентам оператора сети 5G.
Дополненная и виртуальная реальность (AR/VR). Сервис виртуальной реальности VR (Virtual Reality) погружает человека в иной мир, воздействуя на его органы чувств, прежде всего зрение (VR-очки). Сервис дополненной реальности AR (Augmented Reality) комбинирует для пользователя реальную среду с виртуальными предметами. Эти сервисы пригодны не только для развлечения, игр, виртуального общения в режиме «телеприсутствия», но также могут существенно улучшить процесс обучения, когда студенты при помощи VR-очков могут, например, наглядно видеть внутреннее строение человека на лекции по анатомии, мастер в цехе может изучить порядок сборки сложного агрегата и пр.
Промышленная автоматизация. Сеть 5G, вкупе с технологией интернета вещей IoT, при помощи промышленных датчиков IIoT (Industrial Internet of things), а также при помощи искусственного интеллекта ИИ (AI, Artificial Intelligence) способны существенно повысить степень автоматизации производства. При этом становится возможным в режиме реального времени анализировать большие объёмы разнородных данных (Big Data) и на основе полученных выводов (insights) и с использованием машинного и глубокого обучения (Machine learning, Deep learning).
Бизнес-критичные приложения (Mission Critical Applications). К этим приложениям могут относиться, например, электронная медицина (e-Health), связь при чрезвычайных ситуациях (Mission Critical Communication), тактильный интернет (Tactile Internet) и другие.
Беспилотный транспорт (Driverless Vehicles). Беспилотный транспорт может выступать как часть услуги «Умный город», однако, может предоставляться на собственной платформе. В него входят не только беспилотные автомобили (driverless cars), но также и беспилотные тракторы для «умного сельского хозяйства» (Smart Agriculture), беспилотные поезда для метро и пригородных железных дорог, дроны и другие виды общественного и специального транспорта. Кроме того, на платформе 5G возможна реализация систем помощи водителю ADAS (Advanced Driver-Assistance Systems).
Следует подчеркнуть, что на рисунке выше показаны лишь некоторые услуги и решения платформы 5G. В отличие от сетей предыдущих поколений, спектр услуг которых был жёстко ограничен и несколько расширен в 4G, услуги платформы 5G носят синергетический и масштабируемый характер, и не ограничены однажды заданным функционалом. Фактически, 5G играет роль платформы для режима разработки новых услуг и приложений DevOps, когда новые функции создаются разработчиками (Development) в тесной координации с командами, которые отвечают за их внедрение и эксплуатацию (Operation).
В целом, можно сказать, что сеть 5G вбирает в себя не только мобильные, но также и фиксированные услуги связи, а также высокоскоростной доступ в интернет с малой задержкой (см. рис. ниже), и, кроме того, специализированные и корпоративные сети для вертикальных отраслей экономики.
За счет сетей пятого поколения также можно будет улучшить качество использования уже существующих сервисов, где задействованы большие объемы трафика.
Теодор Сайзер (Theodore Sizer), вице-президент по разработке беспроводных технологий в Bell Labs отмечал, что в сетях 5G будет работать множество самых разнообразных устройств. Смартфоны и планшеты никуда не денутся, но, помимо них, в сети появится целый «зоопарк» различных устройств, включая камеры видеонаблюдения, погодные датчики, датчики «умных» электрических сетей, «умные» дома и автомобили.
В Ericsson заявляли, что 5G положит начало долгосрочному развитию «Сетевого общества» (Networked Society):
«Мы находимся на пороге невероятной революции, которая навсегда изменит наш мир. В этом новом мире каждый человек, каждое устройство, вне зависимости от того, где они находятся, будут обмениваться информацией в режиме реального времени. В течение следующих 10 лет наше общество претерпит больше изменений, чем за последние 100 лет. И это только начало.»
«Число устройств, взаимодействующих с интернетом и между собой, постоянно увеличивается. Необходимы более совершенные сети, способные обеспечить это взаимодействие максимально эффективным образом. Сети нового поколения открывают новые возможности во многих областях - от повышения эффективности производственных процессов, повышения безопасности на дорогах и в городе в целом до улучшением коммунальных сервисов и более чистой окружающей среды, - отмечал Джон Хили, представитель подразделения Communication & Storage Infrastructure Group в Intel. »

Южнокорейский оператор SK Telecom - одна из первых компаний, продемонстрировавшая в действии технологии 5G, на начальном этапе развертывания сетей нового поколения ориентируется на обычных пользователей как на основных потребителей услуг, рассказали TAdviser в феврале 2016 года представители компании. Благодаря 5G пользователи смогут смотреть 3D-телевидение без очков, скачивать за секунды или смотреть онлайн UltraHD видео на высокой скорости.

Также можно будет использовать на новом уровне приложения виртуальной и дополненной реальности, отмечают в SK Telecom. Например, включать элементы дополненной реальности в образовательный процесс, создавая виртуальные музеи и модели вселенной в классах.

В проектах «умных городов» 5G позволит в режиме реального времени передавать информацию с гораздо большего числа сенсоров на различных объектах. Старший директор Qualcomm по продуктовому менеджменту мобильных технологий Санджив Атали (Sanjeev Athalye) отмечает, что можно будет развернуть тысячу сенсоров вместо сотни, для обслуживания которых будет достаточно меньшего количества базовых станций, чем при существующих ныне сетях. Это могут быть, например, сенсоры мониторинга состояния объектов ЖКХ, сенсоры «умного освещения» или сенсоры звука, установленные в целях безопасности и соблюдения порядка в городе. В последнем случае сенсоры могут фиксировать подозрительные или слишком громкие звуки, и данная информация будет автоматически передаваться в службы охраны правопорядка.

Новые сервисы с использованием 5G могут быть реализованы и в медицине. Например, для организации удаленного мониторинга состояния пациентов. Врач сможет оперативно получать информацию со специальных сенсоров и следить за состоянием пациентов круглые сутки.

Благодаря очень низким задержкам передачи данных 5G также откроет больше возможностей для удаленного проведения операций с использованием робота. Такой сервис особенно актуален для небольших населенных пунктов, где нет хирургов на местах: управляя манипуляциями робота, операцию может провести специалист, находящийся в совершенно другом месте. За счет 5G такой сервис можно будет развернуть в беспроводных сетях.

Низкая задержка данных, которую способны обеспечить сети нового поколения, важна и для развертывания «умных» сетей электропередач. Использование датчиков позволит мгновенно обнаруживать повреждения на линии электропередач и блокировать распространение последствий повреждения дальше по линии. Таким образом, повреждение затронет меньшее число потребителей электроэнергии.

В крупных производственных компаниях, в ритейле, логистике 5G даст возможность использовать больше промышленных роботов, выполняющих различные функции вместо людей, а также дронов. Последние уже сейчас используются на некоторых производствах, но чаще всего управляются с использованием сетей Wi-Fi. 5G позволит охватить большую дистанцию, чем сети Wi-Fi, а благодаря низким задержкам – повысить стабильность работы таких систем. Проект развертывания системы доставки товаров с помощью дронов есть, например, у Amazon.

Инновационное применение 5G в областях
Объекты системы «умного» здравоохранения на основе 5G для борьбы с последствиями чрезвычайных ситуаций в сфере общественного здравоохранения;
Частные виртуальные сети предприятий на основе 5G, ориентированные на интернет и совместное производство;
Широкомасштабное применение новых технологий 5G в интеллектуальных сетях энергоснабжения (Smart Grid);
Широкомасштабное тестирование и внедрение синергетических транспортных систем (вида «машина-дорога») на базе 5G;
Приложения, демонстрирующие возможности применения технологии 5G в сфере «умного образования»;
Создание системы «умный порт» на основе 5G;
Создание на основе 5G инфраструктуры для телепроизводства и вещания в формате 4K / 8K UHD.

Ключевые услуги инфраструктуры 5G

5G в эволюции автомобилей
Основная статья Vehicle-to-Everytning (V2X)

Интернет транспортных средств (IoV) — один из сформировавшихся сценариев применения 5G в вертикальной индустрии. Согласно статистике, в 2020 г. мировой рынок C-V2X (коммуникации автомобиля с другими объектами по сотовой связи) превысит $86,7 млрд. Другой сценарий применения с признанным потенциалом — интеллектуальный интернет вещей в комбинации с сетями 5G (5G+AIoT). В эпоху 5G объем данных резко увеличивается, а нагрузка на облачные вычисления резко возрастает. Корпоративным клиентам необходимо переносить вычислительные мощности на периферию сети. Поэтому им нужны интеллектуальные терминалы, которые могут гибко адаптироваться к различным сценариям. Такими решениями могут быть комбинации вида «интеллектуальное оборудование для 5G + отраслевое решение на основе интеллектуального интернета вещей». Последний в таком случае может использоваться для определения сценариев, периферийных вычислений и конвергенции данных из разных каналов (датчиков) с целью реализации цифровой, сетевой и интеллектуальной инфраструктуры в таких сферах, как телекоммуникации, государственное управление, электроэнергетика и промышленность[1].