оборудование систем связи. реферат оборудование систем связи. Концепция создания и развития сетей 5Gimt2020 в Российской Федерации
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
1.3 Общее описание технологических решений для сетевой инфраструктуры 5G/IMT-2020 Мобильные сети 5G/IMT-2020 должны строиться с применением новых технологических принципов: - мультидиапазонность радиосети; - технологическая гетерогенность построения сетей 5G/IMT-2020 (HetRAT) - состоит в возможностях одновременного использования сетей радиодоступа на различных радиотехнологиях 5G/4G/WLAN; - инфраструктурная гетерогенность построения сетей (HetNet) состоит в возможностях одновременного использования и управления в одной соте базовых станций различного уровня – макро/ микро/ пико и фемто. Сеть ПРТС, создаваемая на технологиях 5G/IMT-2020, должна соответствовать следующим архитектурным требованиям высокого уровня: - обеспечение реализации разнообразных услуг и приложений с разными требованиями к сети связи, в том числе и пограничных вычислений (MEC); - быстрое внедрение новых услуг и приложений; - обеспечение автоматического конфигурирования услуг, виртуальных и физических ресурсов и их мониторинга; - обеспечение поддержки большого количества MVNO и выделенных сетей, в том числе для обеспечения предоставления услуг IoT; - обеспечение гарантированного качества обслуживания; 22 - обеспечение эффективного использования сетевых ресурсов, включая использование радиочастотного спектра и пропускной способности сети. Таким образом, сеть 5G/IMT-2020 подразумевает полностью автоматическое конфигурирование новых услуг и приложений, быстрое выделение необходимых сетевых ресурсов, эффективное использование полосы частот и пропускной способности сети, обеспечение качества обслуживания. Технологически обеспечение перечисленных выше требований в сетях на базе технологий 5G/IMT-2020 должно достигаться путем: - реализации принципа программируемости сети, что означает повсеместный, где это возможно, переход от использования оборудования к использованию программного обеспечения, включая реализацию функций обработки информации управления и сигнализации, конфигурирование услуг, виртуальных и физических ресурсов сети; - четкого логического отделения функций уровня управления от уровня данных пользователя, включая опорную сеть 5G/IMT-2020. Реализация этой возможности позволит независимо друг от друга развивать и масштабировать программные и физические ресурсы, относящиеся к этим уровням; - реализации принципа логических сетевых слоев, который позволяет автоматизировать процесс конфигурирования сетевых ресурсов и адаптировать архитектуру сети к требованиям услуг и сетевых сервисов; - использования облачных вычислений (cloud computing), обеспечивающих возможность эмуляции сетевых элементов посредством услуги «Инфраструктура как услуга (Infrastructure as a Service (IaaS))»; - внедрения технологий NFV (Network Functions Virtualization –виртуализация физических сетевых элементов телекоммуникационной сети, когда сетевые функции исполняются программными модулями, работающими на стандартных серверах и виртуальных машинах (VM) в них) и SDN (Software Defined Network - программно-определяемая сеть – метод администрирования компьютерных сетей, позволяющий управлять услугами сети, когда функционал управления отделен от нижележащего уровня пересылки пакетов) в сетях радиодоступа (C-RAN), пакетных транспортных сетях, а также для виртуализации функций узлов коммутации сети телефонной связи (vIMS - virtual IMS); - реализации функций хранения и предоставления контента для услуг, чувствительных к задержкам передачи, на границе сети, как можно ближе к потребителю контента (Mobile Edge Computing). 23 Таблица 1.2 – Описание семейства радиоинтерфейсов сетей 5G/IMT-2020 Параметр Эволюция стандарта LTE-Advanced NR Фаза 1 и Фаза 2 NB-IoT LTE-eMTC LTE-Advanced и улучшения LTE-eLAA/ MultiFire LTE-V2X/ C-V2X NR ниже 6 ГГц NR выше 6 ГГц Ширина канала 180/200 кГц 1.06 МГц (размещается внутри канала LTE 5 МГц или шире) 1.4 МГц, 3 МГц, 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц и 20 МГц. Возможна агрегация нескольких несущих 20 МГц и агрегация нескольких несущих 10 МГц или 20 МГц 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц, 20 МГц, 25 МГц, 30 МГц, 40 МГц, 50 МГц, 60 МГц, 80 МГц и 100 МГц. Возможна агрегация нескольких несущих 50 МГц, 100 МГц, 200 МГц и 400 МГц. Возможна агрегация нескольких несущих Диапазоны Отдельные полосы 450-3800 МГц, но преимущественно низкие полосы радиочастот Отдельные полосы 450-3800 МГц Отдельные полосы 450-3800 МГц 5150-5350 МГц, 5470-5850 МГц 5855-5925 МГц, а также диапазоны 450-3800 МГц в части получения вспомогательной информации Отдельные полосы 450-3800 МГц, а также 3800-4200 МГц и 4400-5000 МГц 26,5-29,5 ГГц, 24,25-27,5 ГГц 37-40 ГГц Задержка (на уровне радиоин- терфейса) Секунды Десятки мс 5-10 мс, прорабатывается дальнейшее снижение 5-10 мс Не более 4 мс 4 мс (Фаза 1) 1 мс (Фаза 2) 4 мс (Фаза 1) 1 мс (Фаза 2) Пиковые скорости Порядка 130 кбит/c До 1 Мбит/c До 2 Гбит/c Сотни Мбит/c До 44 Мбит/c 2 Гбит/с или более До 20 Гбит/c Ожидаемые применения Маломощные и простые устройства IoT (датчики, счетчики) Маломощные устройства (носимая электроника, более сложные датчики и счетчики) Мобильный широкополосный доступ, профессиональ- ная связь, сложные IoT системы Мобильный широкополосный доступ, частные сети LTE (в том числе для промышленного IoT) Вспомогательные системы вождения, автомобильная безопасность, элемент автономного автотранспорта Фаза 1: Мобильный широкополосный доступ, сложные IoT системы Фаза 2: Дальнейшие улучшения, включая критически важные системы IoT Фаза 1: Мобильный широкополосный доступ, трафикоемкие IoT системы Фаза 2: Дальнейшие улучшения, включая критически важные системы IoT 24 2 Определение основных услуг и сервисов, представляемых в сетях 5G/IMT-2020, и их востребованность в Российской Федерации 2.1 Анализ международных тенденций развития услуг и сервисов в сетях подвижной связи при переходе к технологиям 5G/IMT-2020 5G/IMT-2020 – это и новый стандарт связи, и технологическая эволюция мобильных сетей, и новая парадигма услуг телекоммуникаций и информационных технологий. Сеть 5G/IMT-2020 будет представлять собой плотно распределенную матрицу следующих функций: вычисления, хранения и сети. Развитие мобильных сетей связи при переходе к технологиям 5G/IMT-2020 характеризуются следующими особенностями: 1. Внедрение принципиально новых услуг, таких как: - услуги на основе голограмм и мультимедиа с полным эффектом присутствия, включая трансляции спортивных матчей и интерактивные фильмы с охватом в 360 о ; - полномасштабные услуги виртуальной и дополненной реальности (Virtual Reality/Augmented Reality - VR/AR), включая услуги AR при навигации и вождении автомобиля, диагностику и хирургическое вмешательство на расстоянии с помощью хирургического робота; - услуги со сверхнизкой задержкой по времени, включая дистанционное управление спасательным роботом и автономное вождение автомобиля; - услуги Интернета вещей (Internet of Things - IoT) на основе массового подключения устройств; - интеллектуальные услуги на основе больших объемов данных; - тактильный Интернет. 2. Многократный рост мобильного трафика, вызванный: - ростом объема потребления видеоуслуг и увеличением разрешения видеоизображения; - увеличением количества подключенных к сети устройств (смартфоны, планшеты, разнообразные устройства класса М2М и D2D, беспилотные транспортные средства и т.д.); - ростом темпа использования приложений; - широким использованием облачных технологий; - использованием современных online игр и их обновлением. 3. Превалирующая роль смартфонов, как источника мобильного трафика данных. - во всех регионах Земного шара за период с 2017 г. по 2023 г. прогнозируется резкий рост трафика данных - в 6-10 раз в зависимости от региона; - около 95% трафика данных будет генерироваться смартфонами. 25 4. Мобильное видео – доминирующий вид мобильного трафика данных. 5. На первом этапе развития сетей связи стандарта 5G/IMT-2020 наиболее востребованными будут функциональные возможности и услуги, относящиеся к мультимедийным развлечениям с повышенными требованиями к качеству контента: обеспечение гигабитных скоростей, «живые» спортивные трансляции, кино с элементами виртуальной реальности, использование элементов дополненной реальности для управления автомобилями в реальном времени. Также абоненты заинтересованы в таких новых услугах, как синхронный перевод с иностранного языка, «умный дом», управление дронами (беспилотными летательными аппаратами). Менее важны для потенциальных абонентов сети 5G/ IMT-2020 следующие возможности: большее время работы смартфона от одной зарядки аккумулятора, усиленная безопасность персональных данных, наивысшее качество видеостриминга, возможность подключения к сети почти любого устройства в доме. 6. Превращение предприятий различных сфер и отраслей экономики в контент-провайдеров мобильных сетей. Ведущие мировые операторы имеют намерение развивать 5G-услуги как для абонентов, так и для корпоративного и промышленного использования. 7. Изменение способов монетизации услуг сетей связи 5G/IMT-2020. - развитие интернета вещей (IoT/IIoT/M2M/D2D); - совместные проекты с компаниями из других отраслей; - специализированные отраслевые проекты и сценарии с распределением доходов. 8. Непосредственная заинтересованность администраций связи в скором и эффективном внедрении разнообразных технологий на базе сетей связи 5G/IMT- 2020 в экономики своих стран: - усилия по глобальной или региональной гармонизации спектра, выделяемого для сетей 5G/ IMT-2020; - изменение тарифов за использование 1 МГц спектра в связи с необходимостью выделения гораздо более широких полос непрерывного спектра для эффективной работы сетей 5G/ IMT-2020; - создание государственно-частных партнерств для практического продвижения сетей 5G/ IMT-2020 в реальную экономику; - активное проведение мер по конверсии и перераспределению спектра в пользу сетей связи 5G/ IMT-2020. 26 2.2. Оценка востребованности услуг сетей 5G/IMT-2020 в различных сферах и отраслях экономики, в том числе, в сфере транспорта и логистики, промышленности, жилищно-коммунального хозяйства и здравоохранения Указом Президента Российской Федерации от 07.05.2018 г. № 204 определены национальные цели и стратегические задачи развития Российской Федерации на период до 2024 года. Основная цель – осуществление прорывного научно-технологического и социально-экономического развития Российской Федерации, увеличение численности населения страны, повышение уровня жизни граждан, создание комфортных условий для их проживания, а также условий и возможностей для самореализации и раскрытия таланта каждого человека. В части инфраструктуры сетей связи для национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации» определены следующие задачи: - создание глобальной конкурентоспособной инфраструктуры передачи, обработки и хранения данных преимущественно на основе отечественных разработок; - преобразование приоритетных отраслей экономики и социальной сферы, включая здравоохранение, образование, промышленность, сельское хозяйство, строительство, городское хозяйство, транспортную и энергетическую инфраструктуру, финансовые услуги, посредством внедрения цифровых технологий и платформенных решений. Решение указанных задач предполагает внедрение и развитие новых радиотехнологий. Внедрение сетей 5G/IMT-2020, как ожидается, позволит упростить внедрение инфокоммуникационных технологий в традиционные отрасли промышленности и народного хозяйства. При этом использование современных сетей сотовой подвижной связи для различных отраслей экономики России в первую очередь должно быть ассоциировано с внедрением «Интернета вещей». Сферы деятельности, для которых будет востребован тот или иной сегмент услуг в сетях 5G/IMT-2020 показан в табл. 2.1. В настоящее время развитие инфраструктуры сетей связи все меньше определяется необходимостью предоставления абонентам традиционных голосовых услуг и услуг передачи данных. Эта тенденция с развитием сетей 5G также позволит создать дополнительную конкуренцию в области оказания различных услуг связи, предоставление которых в существующих сетях невозможно. Медицинские учреждения, в том числе государственного и муниципального здравоохранения получат возможность оказывать услуги дистанционной медицины. Музеи смогут обеспечивать проведение виртуальных экскурсий, а учреждения 27 образования - услуги дистанционного образования с использованием дополненной реальности. МЧС России перейдет от концепции реагирования на концепцию предотвращения разного рода чрезвычайных ситуаций (пожаров, паводков и др.), предусматривающую оценку состояния с помощью многочисленных датчиков окружающей среды, анализ происходящих в ней процессов и своевременное выявление тенденций ее изменения. Правоохранительные органы все шире будут использовать технологию биометрической идентификации в сочетании с подключаемыми по сети камерами высокого разрешения для поимки преступников и злоумышленников. Почта России успешно тестирует услуги беспилотной доставки посылок. Транспортные организации в недалеком будущем смогут оказывать услуги по беспилотной перевозке пассажиров железнодорожным и автомобильным транспортом (например на 2020 год запланировано начало внедрения системы управления поездами «Ласточка» на МЦК без машиниста в кабине), а также предоставлять различные информационные и развлекательные услуги на «умных остановках», автозаправках и пр. Помимо этого развитие сетей связи 5G/IMT-2020 окажет существенное влияние на реализацию следующих проектов и инициатив: 1. Ведомственного проекта Министерства строительства и жилищно- коммунального хозяйства Российской Федерации «Умный город». Данный проект объединяет города с различной численностью населения (от 50 тысяч до 1,5 миллионов человек), в которых будет реализовываться концепция «умного» города. 2. Стратегии развития Москвы до 2030 года, которая реализуется Департаментом информационных технологий г. Москвы. 3. Проекта «Беспилотный транспорт», реализуемого ПАО КАМАЗ, ФГУП НАМИ, Правительство г. Москва, Фонд Сколково, ПАО Мегафон. Целью данного проекта является внедрение беспилотных транспортных средств как на выделенных дорогах, так и на дорогах общего пользования. 3. Национальной технологической инициативы (НТИ) «Автонет», целью которой является формирование рынка для развития услуг, систем и современных транспортных средств на основе интеллектуальных платформ, сетей и инфраструктуры в логистике людей и вещей. 4. НТИ «Аэронет», целью которой является формирование рынка информационных, логистических и иных услуг, предоставляемых флотом беспилотных аппаратов. 5. НТИ «Энерджинет», целью которой является формирование рынка по созданию и управлению распределенными «умными» сетями и объектами электроснабжения (smart grid, smart city). 6. НТИ «Сейфнет», целью которой является формирование рынка по разработке и внедрению безопасных и защищенных решений в области передачи данных 28 7. НТИ «Хэлснет», целью которой является формирование рынка персонализированных медицинских услуг 8. НТИ «Технет», целью которой является формирование рынка по обеспечению технологической поддержки развития высокотехнологичных отраслей 9. НТИ «Маринет», формирование рынка по разработке интеллектуальных систем управления морским транспортом Динамика роста распределения прогнозируемого объема рынка внедрения услуг 5G/ IMT-2020 по отраслям мировой промышленности до 2026 г. показала, что наибольший рост объема рынка будет наблюдаться в розничной торговле (135%), сфере автомобильного транспорта и промышленности (по 134%), общественном транспорте (128%). Прогнозная оценка общего объема мирового рынка услуг 5G/ IMT-2020 составит в 2026 г. около 3500 млрд. долл. США. 29 Таблица 2.1 - Востребованность услуг сетей 5G/IMT-2020 в различных сферах и отраслях экономики Российской Федерации Отрасль экономики Наиболее востребованные сценарии применения 5G Ожидаемый эффект Обрабатывающие производства 1. Обеспечение взаимодействия между машинами в реальном времени для роботизации отдельных узлов производственных линий. 1. Повышение гибкости и эффективности отечественного производства. 2. Сокращение складских расходов. 3. Сокращение затрат времени на логистику. 4. Повышение качества продукции 5. Повышение эффективности, безопасности персонала. 6. В перспективе переход на полностью автоматизированное цифровое производство, управляемое интеллектуальными системами в режиме реального времени в постоянном взаимодействии с внешней средой, выходящее за границы одного предприятия, с перспективой объединения в глобальную промышленную сеть вещей и услуг (IIoT) (Индустрия 4.0). 2. Использование беспроводного транспорта для доставки товара и комплектующих по территории предприятия 3. Обеспечение беспроводной связи между большим количеством датчиков и манипуляторов с пультом управления для автоматизации производственных процессов: 4. Логистика: отслеживание потока продукции от сырья до момента передачи в доставку готовой продукции. 5. Дистанционное управление роботами по каналам связи 5G/ IMT-2020, в том числе в новых отраслях. 6. Использование дополненной реальности для моделирования реальных ситуаций в процессе обучения персонала. 7. Дистанционная оценка качества или диагностика ЖКХ (Обеспечение электрической энергией, водоснабжение; водоотведение, организация сбора и утилизации отходов, деятельность по ликвидации загрязнений) 1. Создание интегрированной сети датчиков для управления сетями распределения ресурсов (электроэнергии, воды, газа) 1.Снижение потребления энергии, воды и других ресурсов. 2. Сокращение времени выявления и устранения последствий чрезвычайных ситуаций в ЖКХ: утечек, протечек, задымления, неконтролируемого изменения температуры, влажности. 3. Сокращение потерь при генерации и распределении электроэнергии. 30 Транспортировка и хранение 1. Обеспечение взаимодействия транспортных средств со средой движения V2X (Vehicle-to-everything - система обмена данными между автомобилем и другими объектами дорожной инфраструктуры, например, с другими автомобилями, дорожными знаками, разметкой, светофорами). 1. Повышение безопасности дорожного движения. 2. Снижение числа происшествий, раненых и погибших в ДТП. 2. Сбор данных в реальном времени от транспорта, инфраструктуры и других устройств 1.Оптимизация управления городским трафиком автомобильного движения 3. Беспилотный транспорт 1. Повышение эффективности и безопасности эксплуатации метро и поездов. 2. Внедрение беспилотных автобусов и такси. 4. Использование дронов для доставки товаров, почты, предметов первой необходимости и лекарств при чрезвычайных ситуациях 1. Сокращение времени доставки товаров, почты, предметов первой необходимости и лекарств при чрезвычайных ситуациях 5. Приборные панели с использованием элементов дополненной реальности 1. Повышение уровня удовлетворенности водителя и пассажиров 6. Развлекательные системы в автомобиле Государственное управление и обеспечение военной безопасности; социальное обеспечение 1. Передача видео высокой четкости от сотрудников чрезвычайных служб с мест происшествий. 1. Получение актуальной и точной информации. 2. Управление спасательными роботами. 1. Получение актуальной и точной информации. 2. Сокращение времени реагирования на происшествия и ЧС, а также устранения их последствий. 3. Повышение эффективности управляемости персоналом при возникновении происшествий и ЧС. 31 3. Видеомониторинг с большого числа камер. Видеоаналитика (системы видеомониторинга и автоматического распознавания лиц, автомобилей, брошенных предметов и происшествий с автоматическими оповещениями о возможных происшествиях). 1. Сокращение времени реагирования на происшествия и ЧС, а также устранения их последствий. 4. Использование компьютеризированных очков и шлемов с возможностью проецирования дополненной и виртуальной реальности для обучения персонала 1. Повышение эффективности действий персонала в условиях ЧС. Сельское, лесное хозяйство 1. Беспилотные сельскохозяйственные машины (тракторы, комбайны, летательные аппараты). 1. Повышение эффективности сельскохозяйственной логистики 2. Сокращение времени получения информации при различных стихийных бедствиях и техногенных авариях. 2. Сбор данных в режиме реального времени с различных датчиков, размещенных в сельскохозяйственных угодьях и местах нахождения скота. 1. Повышение эффективности контроля паводков, выявления очагов возгораний 2. Сокращение ущерба, наносимого окружающей среде паводками, пожарами. 3. Повышение контроля состояния урожая на всех этапах воспроизводства сельхозпродукции 3. Дистанционный контроль физического состояния животных 1. Повышение эффективности контроля здоровья племенных животных и как следствие сокращение их падежа. Деятельность в области здравоохранения и социальных услуг 1. Сбор, обработка и хранение данных о пациенте и обобщенных медицинских данных. 1. Сокращение времени сбора анамнеза и постановки диагноза. 2. Удаленный оперативный мониторинг состояния пациентов и консультирование пациентов на основе переданных в специализированные медицинские учреждения параметров. 1. Возможность получения дистанционной консультации у любого специалиста. 2. Повышение качества диагностики. 3. Повышение уровня доступности медицинских услуг. 32 3. Проведение операций за счет управления манипуляциями робота под руководством высококвалифицированного врача, находящегося в другом месте 1. Повышение уровня доступности медицинских услуг. Образование 1. Обеспечение возможности виртуального посещения музеев. 2. Изучение различных процессов и объектов в учебных классах на основе моделей, созданных с использованием дополненной реальности. 3. Дистанционное образование. 1. Повышение качества и доступности образования. Торговля 1. Использование дополненной реальности в рекламных целях. 2. Применение беспилотного транспорта для доставки товаров со клада, на склад, покупателю. 1. Повышение уровня удовлетворенности потребителей. 33 Тестирование сценариев применения сетей связи 5G/IMT-2020 осуществляется в рамках пилотных зон, реализуемых в соответствии с мероприятием 04.01.011.003.003 «Реализация проектов пилотных зон сетей 5G/IMT- 2020», предусмотренным паспортом федеральной программы «Информационная инфраструктура» национальной программы «Цифровая экономика РФ», утвержденным протоколом президиума Правительственной комиссии по цифровому развитию, использованию информационных технологий для улучшения качества жизни и условий ведения предпринимательской деятельности от 27.12.2018 №6 и с учетом лучших практик в области сквозных технологий. Формирование рынка услуг связи 5G/IMT-2020 будет осуществляться за счет возможности появления новых участников, в том числе виртуальных операторов, на рынке предоставления услуг связи: - компаний-посредников между традиционным оператором подвижной связи и конечным пользователем; - создания совместных предприятий с участием традиционных операторов связи и представителей вертикальных рынков или производителей оборудования; - компаний-посредников между операторами и владельцем площадок, где оператор хочет разместить базовую станцию, в районах с высокой плотностью застройки. Оценка распределения доходов рынка от цифровизации по отраслям промышленности в Российской Федерации к 2026 г.: 1. На рис. 2.1 показано распределение доходов рынка от цифровизации по отраслям промышленности в России к 2026 г. Согласно прогнозу, наибольшая часть доходов формируется в областях энергетики, общественной безопасности и промышленности, а в целом доход составит более 60 млрд. долларов США. 16% 22% 9% 18% 8% 7% 7% 13% Производство ЖКХ Здравоохранение Общественная безопасность Общественный транспорт Развлечения Автомобили Финансовые услуги 34 Рисунок 2.1 - Распределение доходов рынка от цифровизации по отраслям промышленности в Российской Федерации 2. На рис.2.2 показано распределение доходов участников рынка, включая операторов сетей 5G/IMT-2020, от внедрения услуг 5G в различных отраслях промышленности России к 2026 г., а в целом доход составит более 37 млрд. долларов США. Рисунок 2.2 - Распределение доходов участников рынка 5G/IMT-2020 от внедрения услуг в различных отраслях промышленности Российской Федерации в 2026 г. Согласно прогнозу, наибольшие части доходов будут получены от предоставления услуг в промышленности и ЖКХ, а в целом доход участников рынка 5G/IMT-2020 составит не менее 37 млрд. долларов США. 3. Прогнозируемые доходы непосредственно операторов сетей 5G/IMT-2020 в России к 2026 г. составят не менее 11,1 млрд. долларов США. При этом наибольшие доходы операторов ожидаются от предоставления услуг в таких сферах экономики Российской Федерации, как промышленное производство – до 20% и энергетика и коммунальные услуги – до 17,5% от общего дохода. |