Двигатель революции

Сети 5G вошли в нашу жизнь 5 лет назад. Но пока ответа нет на самый главный вопрос: «Какую предельную скорость передачи данных они в состоянии обеспечить?» В среднем в Азии и Китае в 2021 году она составляла 1 ГБ/с или чуть выше. Это, разумеется, гораздо быстрее по сравнению с предшественником — сетями 4G, где возможна передача информации со скоростью до 100 МБ/с. По оценкам Ericsson, это значит, что в сети 5G загрузка фильма весом 1 ГБ сократится в среднем с 7 минут до 6 секунд.

Но проблема в том, что даже заявленную скорость пока удается обеспечить далеко не всегда. Потенциал 5G зависит от множества факторов. Это аппаратное обеспечение, число пользователей, использующих сеть, наличие помех. Как следствие, средняя скорость передачи данных для пользователя может составлять те же скромные 100 МБ/с, которые он и так получил бы, использовав частоты 4G.

Самый громкий скандал пока произошел в марте 2021 года, когда около тысячи пользователей 5G-интернета в Южной Корее подготовили иск против операторов связи страны. Они зафиксировали, что при использовании нового оборудования скорость передачи данных существенно ниже обещанной, а в ряде случаев хуже, чем при использовании сетей 4G LTE.

Одна из причин слабой скорости 5G — недостаток новых частот, созданных специально под новый стандарт. Чтобы удовлетворить спрос, операторы сегодня часто развертывают 5G на мощностях, предназначенных для более ранних поколений сотовой связи в мире. Это 4G LTE, 2G и 3G. С одной стороны, такая практика позволяет использовать 5G прямо сейчас, но с другой — пропускной потенциал старых мощностей бывает ограничен. Чтобы достигнуть обещанных максимальных скоростей, приходится применять дополнительные перспективные технологии, позволяющие оптимизировать скорость и покрытие 5G при использовании сети LTE.

Переоснащение радиочастотного сектора затягивается на неопределенный срок — частоты предыдущих поколений как минимум в ближайшее десятилетие будут активно востребованы.

При этом даже в существующем «компромиссном» режиме развертывания темпы распространения 5G на сегодня достаточно скромные. По итогам 2021 года в Южной Корее лишь 30% мобильных подключений будут использовать 5G, и это лучший результат. В США и Китае уровень проникновения 5G приблизительно сопоставим и составляет около 25%.

Впрочем, альтернативы 5G нет, а быстрая связь нужна уже прямо сейчас. Все более широкое распространение в мире получают автономные датчики, круглосуточно передающие информацию на главный компьютер. По прогнозу Guidehouse Insights, заводы и промышленные объекты в течение нескольких лет могут накопить в облаке столь существенный объем Big Data, что будет невозможно эффективно анализировать информацию в режиме реального времени.

5G позволяет не только расширить объемы передачи больших данных в облако, но и повысить эффективность периферийных вычислений, которые производят как можно ближе к источникам данных или на «краю» сети (Edge computing). 5G имеет заведомо большую, чем 4G, пропускную способность. В ней используется больше точек подключения. Это поможет обеспечить более надежную и быструю связь, поскольку нагрузка на сеть уменьшается.

Более широкое использование Edge computing позволит искусственному интеллекту отфильтровать только необходимую информацию для отправки в облако и не допустить потенциальную перегрузку системы. Это достоинство 5G также поможет дистанционно управлять неограниченным количеством объектов, в том числе простимулировать распространение в мире беспилотного транспорта.

Система vehicle-to-everything (C-V2X) подразумевает, что умные автомобили, чтобы принимать правильное решение на дороге, взаимодействуют с окружающей средой (другими автомобилями, светофорами) для безопасной и эффективной координации движения. В случае потенциального сбоя связи или сильной задержки передачи данных все автономные авто окажутся без машинного зрения и фактически останутся слепы. Но благодаря 5G риск таких нештат­ных ситуаций минимизируется.

5G также даст дополнительный толчок для распространения технологий виртуальной и дополненной реальности (VR и AR). По оценкам компании Skywell software, даже если открывать в мобильном устройстве простое приложение AR каждый день в течение 10 минут, оно будет потреблять 50 ГБ каждый месяц. Но уже сейчас потребности крупного бизнеса в VR/AR-визуализации при демонстрации презентаций и во время видеоконференций заметно выше. При этом темпы внедрения технологий увеличиваются с каждым годом.

Недавно Samsung и AT&T совместно с командой NFL, Dallas Cowboys провели эксперимент. Через канал 5G участники прямо на трибунах получили возможность накладывать на стадион богатый контент и статистику игроков, просматривать повторы ключевых моментов матча.

Распространение 5G сделает подобные демонстрации обыденными. Поддерживающие этот стандарт связи гарнитуры смогут без ограничений скачивать информацию из облачных хранилищ и ретранслировать ее на экран в высоком качестве.

Операторы 5G не без оснований могут рассчитывать на поддержку не только крупных корпораций, но и властей. Дело в том, что новый стандарт связи стал также проводником зеленого курса на декарбонизацию мировой экономики.

Оказалось, что вышки 4G в принципе потребляют больше энергии, чем новые станции 5G. По оценкам Huawei, базовые станции 4G съедают 80% общей энергии сети. При этом почти половина от этого числа расходуется на охлаждение передающего оборудования. В вышках 5G меньше тепловыделяющих электронных компонентов, что упрощает борьбу с перегревом мощностей.

В Европе и Японии компании презентовали базовые станции, которые используют технологии жидкостного охлаждения и солнечной энергии для оптимизации процесса. По сравнению с вышками 4G новые станции выбрасывают в атмосферу до 80% меньше CO2 и сокращают эксплуатационные расходы почти на треть.

По расчетам Huawei, до 2022 года компания построит 2 млн базовых станций 5G в Китае. Каждая станция 5G сэкономит 4130 киловатт-часов (кВт•ч) электроэнергии и 1125 кг выбросов углерода. Совокупный эффект позволит избежать выделения 2,3 млрд кг СО2 в год. Чтобы поглотить такой объем, потребовалось бы 130 млн деревьев.

Развертывание 5G окажет не только прямое, но и косвенное воздействие на декарбонизацию атмосферы. Согласно исследованию Ericsson, ускоренное развертывание подключения 5G в Европе и Великобритании окажет катализирующее влияние на сокращение выбросов CO₂. Порядка 40% решений ЕС по декарбонизации до 2030 года невозможно будет эффективно реализовать без новой быстрой связи.

По оценкам Brookings, 42% мирового потребления энергии зданиями приходится на освещение, отопление, охлаждение и другие операции. Внедрение интеллектуальных датчиков (света, воды и прочего), использующих сеть 5G, позволит снизить потребление энергии до 70%.

Технологии интеллектуального освещения определяют уровень естественного света и корректируют яркость искусственного в разных комнатах. Например, в Нью-Йорке управляющая компания Эмпайр-стейт-билдинг установила субсчетчики, которые измеряют потребление энергии каждым арендатором. Только их внедрение позволило снизить затраты на электроэнергию на 38% и устранить выбросы углекислого газа в здании на 105 тыс. т в год.

Ощутимые результаты от использования 5G для реализации зеленого курса в масштабах отдельно взятых стран тоже уже оценены. Так, в WPI Economics подсчитали, что внедрение 5G и IoT может сократить выбросы углерода в Великобритании на 78% к 2035 году. Интеллектуальные датчики предполагается использовать не только в городах, но и в сельском хозяйстве — при мониторинге почвы, удобрений, кормов и воды. Это позволит предотвратить 4,8 млн т выбросов CO₂ в год.

Кроме того, использование умных датчиков для регулирования дорожного движения приведет к снижению потребляемого топлива и позволит Великобритании ежегодно «сэкономить» 9,3 млн т выбросов CO₂.

Не стоит забывать, что реализация зеленого курса потребует реализации заведомо непопулярных в обществе мер. Международное энергетическое агентство (МЭА) к последней климатической конференции в Глазго подготовило очередной доклад о борьбе с глобальным потеплением. Среди них — снижение температуры отопления домов зимой до 19–20 ^оС, ограничение температуры кондиционирования помещений летом до 24–25 ^оС, горячей воды — до 60 ^оС и прочее.

Очевидно, что большинство жителей эти предписания полностью выполнять не будут. А вот искусственный интеллект, управляющий умным городом с помощью 5G, реализует даже самые болезненные решения беспрекословно.

В последнее время в медицине получили широкое распространение датчики, которые можно вживлять в пациентов и получать информацию о состоянии тех или иных жизненно важных органов в режиме онлайн. Например, в Хельсинки группа ученых и инженеров под эгидой GE разрабатывает первое поколение беспроводных датчиков, которые могут отслеживать сердцебиение, артериальное давление и другие параметры.

Технически это дает возможность создать виртуальную копию человека. Цифровой двойник, который болеет и стареет одновременно с оригинальным пациентом, ежедневно может генерировать информацию, которая поможет диагностировать угрозу здоровью как можно раньше. Чем больше будет поступать данных, тем корректнее окажется прогноз, сделанный с помощью такой модели.

«В сфере здравоохранения digital twins могут симулировать отдельные органы или системы органов человека, определенные болезни, патологии. Цифровые двойники позволяют проводить тестирование различных лекарств и экспериментировать с различными видами терапии, не ставя при этом под угрозу жизнь реального животного или человека. На виртуальных копиях с индивидуальными показателями здоровья пациента можно рассчитывать вероятность заболеваний, сценарии течения болезней и эффективность различных видов терапии. Они обеспечивают оперативный контроль состояния здоровья пациента, профилактику и персонализированную терапию различных патологий», — уверен заведующий отделом современных биоматериалов ИРМ Научно-технологического парка биомедицины Сеченовского университета Юрий Ефремов.

Ученым уже вполне по силам со­здавать виртуальные копии отдельных органов. В Университете Шеффилда в прошлом году начали работу над созданием цифровых двойников сердечно-сосудистой системы человека. Проект Echoes («Улучшение кардиологической помощи с помощью обширного зондирования») позволит создать модель сердца пациента, которая будет обновляться на протяжении всей жизни оригинала.

Во французской компании Dassault Systèmes также создают виртуальную копию человеческого сердца. Ее будут использовать для разработки и тестирования новых медицинских устройств и курсов лечения.