techrepublic

Сети 5G: исчерпывающая шпаргалка

12 марта 2023 г.

Ищете руководство по сетям 5G? Получите представление о сетях 5G с помощью нашей подробной памятки.

С появлением широкого внедрения Интернета вещей в корпоративных приложениях, включая производство, сельское хозяйство, здравоохранение и т. д., наряду с растущей зависимостью от смартфонов и постоянно подключенных компьютеров, ограничения технологии 4G LTE побудили операторов мобильных сетей приступить к ускоренному развертыванию Связь 5G, чтобы идти в ногу с текущими и будущими потребностями сети.

Эта шпаргалка представляет собой введение в мобильные сети 5G, а также их преимущества и проблемы. Статья будет периодически обновляться по мере стандартизации новых технологий 5G и развертывания сетей 5G операторами мобильной связи по всему миру.

Перейти к:

Что такое 5G? Насколько быстр 5G и в чем разница между 5G и 4G? Какой оператор мобильной связи 5G лучше? Какие проблемы с производительностью связаны с 5G? Каковы плюсы сетей 5G? Каковы недостатки сетей 5G? Кому выгоден 5G? Насколько безопасны сети 5G?

Что такое 5G?

5G относится к пятому поколению сетей мобильной связи. Это стандарт передачи данных, тогда как звонки и SMS-сообщения по-прежнему проходят через сети 3G или 4G.

С момента появления первой стандартизированной сети мобильной связи в 1982 году последующие стандарты принимались и внедрялись примерно каждые девять лет. GSM, беспроводная сеть 2-го поколения, была впервые развернута в 1992 году, а ряд конкурирующих стандартов 3G начали развертываться в 2001 году. Стандарт беспроводной технологии 4G LTE был развернут поставщиками услуг в 2010 году.

Теперь технологические компании и операторы мобильных сетей активно развертывают сотовые сети 5G по всему миру для новых мобильных устройств. Эти развертывания 5G сопровождают переходные технологии LTE, такие как LTE Advanced и LTE Advanced Pro, которые используются сетевыми операторами для обеспечения более высоких скоростей на мобильных устройствах.

ПОСМОТРЕТЬ: Лучшие сочетания клавиш, которые вам нужно знать (бесплатный PDF) (TechRepublic)

В основном, 5G относится к «5G NR (Новое радио)», который является стандартом, принятым 3GPP, международным кооперативом, ответственным за разработку стандартов 3G UMTS и 4G LTE. Существуют и другие технологии 5G. Сеть Verizon 5G TF работает на частотах 28 и 39 ГГц и используется только для услуг фиксированной беспроводной широкополосной связи, а не для смартфонов. Развертывание Verizon 5G TF было остановлено в декабре 2018 года и в будущем будет переведено на 5G NR. Кроме того, 5G SIG использовался корейским поставщиком телекоммуникационных услуг KT для демонстрационного развертывания во время зимних Олимпийских игр 2018 года в Пхенчхане.

5G NR позволяет сетям работать на самых разных частотах, включая частоты, освобожденные в результате вывода из эксплуатации предыдущих сетей беспроводной связи. Полосы частот 2G DCS, полосы частот 3G E-GSM и PCS, а также цифровой дивиденд спектра, освобожденный при переходе на цифровое телевещание, — это некоторые из полос, доступных для использования в 5G NR.

Стандарты 5G делят частоты на две группы: FR1 (450 МГц — 6 ГГц) и FR2 (24 ГГц — 52 ГГц). Большинство ранних развертываний будет в пространстве FR1. Продолжаются исследования по использованию частот FR2, которые также известны как чрезвычайно высокие частоты или частоты миллиметровых волн. Обсуждения пригодности частот миллиметровых волн публиковались в журналах IEEE еще в 2013 году.

Частоты миллиметровых волн обеспечивают более высокую скорость передачи данных, хотя и имеют свои недостатки. Из-за небольшого расстояния связи сети миллиметрового диапазона имеют гораздо меньший радиус действия; для густонаселенных районов это требует развертывания большего количества базовых станций. Хотя это было бы выгодно в определенных случаях использования, это было бы плохо для использования в сельской местности. Кроме того, связь миллиметрового диапазона может быть чувствительна к атмосферным помехам. Такие эффекты, как затухание под дождем, затрудняют использование на открытом воздухе, и даже близлежащая листва может нарушить сигнал.

Для операторов мобильных сетей 3GPP определил три аспекта, по которым 5G должен обеспечивать существенные преимущества по сравнению с существующими беспроводными мобильными сетями. Эти три разнородных типа услуг будут сосуществовать в одной инфраструктуре с использованием сегментации сети, что позволит сетевым операторам создавать несколько виртуальных сетей с разными профилями производительности для разных потребностей в услугах.

eMBB (расширенная мобильная широкополосная связь)

Первоначальное развертывание 5G NR было сосредоточено на eMBB, который обеспечивает большую пропускную способность, что позволяет повысить скорость загрузки и выгрузки, а также умеренно снизить задержку по сравнению с 4G LTE. eMBB будет способствовать внедрению мультимедийных приложений, таких как мобильные AR и VR, потоковое видео 4K и 360° и периферийные вычисления.

URLLC (сверхнадежная связь с малой задержкой)

URLLC предназначен для чрезвычайно чувствительных к задержкам или критически важных случаев использования, таких как автоматизация производства, удаленная хирургия с помощью роботов и беспилотные автомобили. Согласно техническому документу Мехди Бенниса, Меруана Деббаха и Х. Винсента Пура из IEEE, URLLC должен стремиться к задержке в 1 мс и частоте ошибок по блокам от 10-9 до 10-5, хотя достижение этого «представляет собой одну из основных проблем, стоящих перед 5G. сетях», поскольку это «представляет множество проблем с точки зрения проектирования системы».

Технологии, которые позволяют использовать URLLC, все еще стандартизируются и были описаны в 3GPP Release 16.

mMTC (связь массивного машинного типа)

mMTC — это тип узкополосного доступа для случаев использования, связанных с обнаружением, измерением и мониторингом. Некоторые стандарты mMTC, использующие сети LTE, были разработаны как часть 3GPP Release 13, включая eMTC и NB-IoT. Эти стандарты будут использоваться в сочетании с сетями 5G и расширены для поддержки требований сценариев использования URLLC в сетях и частотах 5G в будущем.

Пути коммерциализации технологий 5G все еще обсуждаются и планируются операторами мобильных сетей и поставщиками коммуникационного оборудования. Поскольку разные группы имеют разные приоритеты, интересы и предубеждения, включая покупку лицензий на использование спектра с целью развертывания сетей 5G, преимущества 5G будут различаться в зависимости от географического положения, а также между потребительским и корпоративным сегментами рынка.

Проактивное кэширование контента

В частности, для сетей миллиметрового диапазона 5G, которые требуют развертывания большего количества базовых станций по сравнению с LTE и предыдущими стандартами связи, эти базовые станции, в свою очередь, требуют подключения к проводным транспортным сетям для передачи данных по сети. Предоставляя кэш-память на базовой станции, можно свести к минимуму задержки доступа и уменьшить транспортную нагрузку. Это дает дополнительное преимущество, заключающееся в уменьшении сквозной задержки. По мере того как сервисы потокового видео 4K и смартфоны с экранами 4K становятся все более распространенными, эта возможность кэширования будет иметь важное значение для повышения качества обслуживания.

Многоскачковые сети и связь между устройствами

В сетях LTE ретрансляторы сотовой связи и фемтосоты заполняют пробелы в областях, где мощность сигнала от традиционных базовых станций недостаточна для удовлетворения потребностей клиентов. Это могут быть полусельские районы, где плотность населения усложняет обслуживание клиентов с одной базовой станции, а также городские районы, где архитектурный дизайн препятствует мощности сигнала. Использование сетей с несколькими переходами в 5G расширяет концепцию совместной ретрансляции за счет использования связи между устройствами для повышения мощности и доступности сигнала.

Бесшовный вертикальный хэндовер

Хотя предложения по 5G позиционируют его как «единый глобальный стандарт» для мобильной связи, предоставление устройствам возможности беспрепятственно переключаться на соединение Wi-Fi или возвращаться к сетям LTE без задержек, пропущенных вызовов или других прерываний является приоритетом для 5G.

Дополнительные стандарты 5G в 3GPP Release 17 предоставляют дополнительные преимущества для предприятий и потребителей, использующих 5G, но из-за пандемии коронавируса завершение этого выпуска было отложено до начала этого года.

Насколько быстр 5G и в чем разница между 5G и 4G?

5G может быть значительно быстрее, чем 4G, обеспечивая пиковую скорость передачи данных до 20 гигабит в секунду и среднюю скорость передачи данных более 100 мегабит в секунду. 5G обладает большей пропускной способностью, чем 4G, и 5G предназначен для поддержки 100-кратного увеличения пропускной способности трафика и эффективности сети.

Важно помнить, что 5G не является инкрементным или обратно совместимым обновлением существующих стандартов мобильной связи. Он не пересекается со стандартами 4G, такими как LTE или WiMAX, и не может быть доставлен на существующие телефоны, планшеты или беспроводные модемы с помощью обновлений башни или обновлений программного обеспечения, несмотря на попытки AT&T представить LTE Advanced как «5G E». Хотя модернизация существующей инфраструктуры LTE имеет смысл и приветствуется, в конечном счете, это переходные технологии 4G, которые не обеспечивают весь спектр преимуществ 5G NR.

Чтобы узнать, когда выпускаются смартфоны 5G, а также о преимуществах и недостатках смартфонов 5G, ознакомьтесь со шпаргалкой TechRepublic о смартфонах 5G.

Какой оператор мобильной связи 5G лучше?

В августе 2022 года Rootmetrics.com опубликовал отчет, в котором T-Mobile признан лучшей сетью 5G в США с точки зрения скорости и доступности. Это также указывает на то, что Verizon и AT&T также улучшили свои предложения.

Какие проблемы с производительностью связаны с 5G?

С появлением 5G ситуация улучшилась с точки зрения мощности устройства. По оценкам Visermark.com, использование сетей 5G потребляет примерно на 10% больше времени автономной работы, чем 4G. 9to5Mac.com предоставил эту диаграмму, на которой показано энергопотребление различных моделей iPhone с использованием 5G по сравнению с 4G, что коррелирует с оценкой Визермарка.

Поскольку Apple представляет закрытую систему по сравнению с открытой средой, на которой основан Android, потребление батареи 5G будет варьироваться в зависимости от телефонов Android в зависимости от производителя, модели, качества соединения и запущенных приложений.

Если вы заинтересованы в тестировании расхода заряда батареи 5G по сравнению с 4G, зарядите телефон до 100%, а затем переключитесь между ними, как правило, в разделе «Настройки» / «Сеть и Интернет» (или «Подключения»), а затем выберите опцию, связанную с мобильными сетями. Используйте телефон в любой сети в течение двух часов и сравните разряд батареи.

Каковы плюсы сетей 5G?

Как указывалось ранее, скорость и большая пропускная способность являются основными преимуществами наряду с меньшей задержкой и большей пропускной способностью там, где достаточно инфраструктуры оператора связи. Кроме того, 5G предлагает возможность подключения к широкому спектру устройств, таких как дроны и датчики, и может служить для управления интерактивными услугами, такими как искусственный интеллект, машинное обучение и дополненная или виртуальная реальность.

Каковы недостатки сетей 5G?

Помимо повышенного расхода заряда батареи, сама популярность 5G вызывает некоторые проблемы с задержкой. Исследовательская компания JD Power недавно обнаружила, что ухудшение качества сети вызвано огромным количеством устройств, работающих в сетях 5G. Наиболее распространенными обнаруженными проблемами были медленная работа и задержки при загрузке контента.

Конечно, это не столько ограничение самого 5G, сколько инфраструктура, стоящая за ними, и решение здесь состоит в том, чтобы переключиться на Wi-Fi или 4G для менее важных задач и для операторов связи, чтобы улучшить свои возможности для поддержки растущего числа 5G. пользователи.

Странный поворот в саге о 5G влечет за собой заявления о том, что электромагнитные волны, на которые он опирается, могут повредить человеческое тело, что приведет к раку или другим проблемам со здоровьем. Ранее в этом году Forbes обратился к этим опасениям, представив обе стороны аргумента, указав, что «Всемирная организация здравоохранения и FDA объявляют 5G безопасным».

Кроме того, несмотря на то, что 5G добилась больших успехов, по всему миру все еще есть области, где необходимо расширять или улучшать существующие пропускные способности. 5G не вещает так далеко, как 4G, и ему могут мешать искусственные или естественные сооружения.

Кому выгоден 5G?

Удаленные работники и удаленные рабочие места

Одним из основных направлений 5G является возможность использования беспроводных сетей для замены традиционных проводных соединений за счет увеличения полосы пропускания данных, доступной для устройств, и минимизации задержки. Для удаленных сотрудников это значительно увеличивает гибкость рабочих мест, позволяя экономически эффективно общаться с вашим офисом, не привязываясь к столу в домашнем офисе с проводным подключением.

В ситуациях, связанных с частой сменой удаленных рабочих мест, таких как съемки фильмов или строительные площадки, более низкие технические требования для развертывания 5G позволяют существующим устройствам подключаться к маршрутизатору 5G через Wi-Fi. Для сцен с последними новостями в прямом эфире технологии 5G могут использоваться для замены традиционного спутникового грузовика, используемого для передачи аудио и видео обратно в редакцию. Спектр, ранее выделенный для высокоскоростных микроволновых спутниковых каналов, был перепрофилирован для связи 5G NR.

Устройства и сети Интернета вещей

Одним из приоритетов проектирования сетей 5G является снижение барьеров для сетевого подключения устройств IoT. Хотя некоторые устройства IoT имеют возможности LTE, практические ограничения размеров батарей, которые могут быть включены в носимые устройства, и сравнительно высокие требования к мощности LTE ограничивают полезность подключения к мобильной сети в этих ситуациях. Предложения для сетей 5G, направленные на снижение требований к мощности и использование частот с меньшей мощностью, таких как 600 МГц, сделают подключение устройств IoT более возможным.

Версия 16 3GPP включает в себя стандарты 5G для Индустрии 4.0, которые описывают, как 5G, стандартизированный 4GPP, может использоваться в промышленных условиях IoT в сотрудничестве со стандартами чувствительных ко времени сетей IEEE для создания более качественных сетей IIoT.

Умные города, офисные здания, арены и стадионы

Те же свойства, которые делают технологии 5G подходящими для устройств IoT, также можно использовать для повышения качества обслуживания в ситуациях, когда большое количество подключенных устройств широко используют мобильную сеть в густонаселенных районах. Эти преимущества можно легко реализовать в ситуациях с переменным трафиком — например, арены и стадионы обычно заполняются людьми только во время спортивных мероприятий, музыкальных концертов и других мероприятий. В крупных офисных зданиях, таких как 54-этажная башня Мори в токийском районе Роппонги-Хиллз, в течение недели работают тысячи сотрудников. Кроме того, густонаселенные центры городов могут извлечь выгоду из способности сетей 5G предоставлять услуги большему количеству устройств в физически меньших пространствах.

клиенты интернет-провайдера

Высокочастотный 5G, описанный выше как mmWave, имеет свои недостатки, но его скорость невероятна даже по сравнению со средним и низкочастотным 5G. Поскольку он имеет радиус действия всего 1500 футов, его нецелесообразно использовать с мобильными устройствами, но он может стать беспроводным решением для домашнего и офисного интернета, которое устраняет необходимость прокладки телекоммуникационных кабелей в домах.

Насколько безопасны сети 5G?

Алгоритмы безопасности транспорта 5G более надежны, чем их предшественники 4G. Шифрование используется для защиты данных по всем направлениям. При этом популярность 5G неизменно означает, что чем больше подключено устройств, тем выше вероятность кибератак. Разнообразие таких устройств, как IoT, дроны, датчики и другие, означает, что существует более широкая поверхность атаки, с помощью которой можно использовать любые найденные уязвимости.

ПОСМОТРЕТЬ: Политика безопасности мобильных устройств (TechRepublic Premium)

Это касается и сопутствующего программного обеспечения, и виртуального оборудования. Поскольку эти компоненты интегрированы с 5G, они также могут подвергаться риску. Устройства, работающие в 5G, также могут быть причиной проблем с безопасностью, поскольку аппаратные компоненты могут быть скомпрометированы злоумышленниками с помощью вредоносных программ.

В официальном документе от Ericsson.com перечислены «пять основных свойств, которые способствуют надежности системы 5G: отказоустойчивость, безопасность связи, управление идентификацией, конфиденциальность и обеспечение безопасности». Эрикссон считает, что эти свойства системы 5G способствуют созданию надежной коммуникационной платформы, которая является идеальной основой для создания крупномасштабных систем, чувствительных к безопасности, в том числе используемых в промышленных условиях.

Предприятия также должны проанализировать концепцию «нарезки сети» для создания виртуальных сетей для размещения определенных приложений или услуг в своих сетях 5G.

Как и любое программное обеспечение, приложения для управления 5G могут быть уязвимы для атак, и важно помнить, что скомпрометированная или взломанная инфраструктура оператора связи или предприятия может привести к разрушительным последствиям. Частные сети 5G — многообещающий вариант для компаний, стремящихся снизить риски.

Компании должны внедрить централизованное подразделение по обеспечению безопасности, а также обучение потребителей, чтобы защитить своих сотрудников, использующих выпущенные компанией или BYOD устройства 5G с помощью средств управления мобильными устройствами. Исправление устройств и связанных с ними приложений является обязательным условием для обеспечения постоянной безопасности операций 5G.

Рынок безопасности для глобального 5G резко расширяется, что подчеркивает озабоченность по поводу безопасности этих сетей, а также связанные с этим разработки. В августе 2022 года GlobeNewswire опубликовал отчет, в котором излагаются возможности, связанные со спросом на частные сети 5G в корпоративном, государственном и промышленном секторах, в котором говорится: «Издатель прогнозирует, что объем мирового рынка безопасности 5G вырастет с 1,3 млрд долларов США в 2022 году до 7,2 млрд долларов США на 2027 г. при совокупном годовом темпе роста 41,6% в течение прогнозируемого периода». Это означает, что компании, занимающиеся безопасностью, должны обеспечить соответствие 5G ожиданиям бизнеса и потребителей.

Примечание. Эта статья была обновлена Скоттом Маттесоном.

Оригинал