Коммерческие сети 5G (IMT2020) появятся не ранее 2020-21 года, когда полностью завершится их стандартизация (Release 17 3GPP).

5G будет работать на более высоких частотах, чем сети 3G/4G для достижения более широкой полосы пропускания [1]. Сети 5G смогут обеспечивать низкую задержку – до 1 мс и менее, при скорости более 1 Гбит/с на терминал [2].

Однако, если сети 5G не будут поддерживать технологии “туманных вычислений” (Fog Computing), от такой низкой задержки вряд ли будет ощутимая польза. Радио-интерфейс базовой станции 5G легко обеспечит миллисекундную задержку, однако, пересылка данных в центральное облако через опорную сеть сведёт на нет все преимущества такого быстрого интерфейса [3].

Если данные будут обрабатываться только в централизованном облаке (Cloud), это сведёт на нет все преимущества 5G. Поэтому, лучше обрабатывать данные приложений на границе сети, в непосредственной близости к терминальным устройствам [4]. Это и есть архитектура Fog Computing, которая позволяет достичь практически немедленного отклика приложений.

Это выгодно как пользователю, который получает быструю реакцию приложений, так и оператору, у которого разгружается опорная сеть. Таким образом, поддержка Fog computing – необходимый атрибут 5G.

В сетях 3G/4G число базовых станций значительно больше, чем в 2G, при этом размер соты уменьшается. Однако, в сетях 5G даже большое число базовых станций, не позволит достичь достаточной полосы пропускания. Однако, антенны в диапазоне миллиметровых волн в 5G будут гораздо меньше антенн 3G/4G. Уменьшение размера антенн приводит к тому, что их можно размещать на обычных фонарных столбах, стенах домов и тому подобных местах, не строя при этом специальные башни.

Такая инфраструктура повышает эффективность использования спектра. На рисунке ниже показан пример маленьких сот 5G Small Cell (слева) по сравнению с обычной станцией 3G/4G.[5]

Рисунок 1. Сравнение маленькой соты 5G (слева) с базовой станцией 3G/4G (источник: http://www.digitalfuturealliance.com).

Использование маленьких сот в городской среде очень эффективно, но в сельской и пригородной местности эффективность этого решения не столь высока [6].

Сети 5G обладают иной иерархией, чем традиционные 3G/4G (см. рис. 2).

Рисунок 2. Архитектура 5G c уровнем Fog (источник: The Institution of Engineering and Technology London, 2017).

Макро- и микросоты 5G образуют Fog-узлы, в которых производится предварительная обработка данных приложений, вместе с временным храненим данных. В реальности, такие Fog-узлы обычно располагаются в микро-дата-центрах на границе сети (Edge). Пакеты, посылаемые устройствами в сеть устройствами 5G, анализируются в них (точнее, в виртуализированном базовом блоке BBU), перед тем как быть отправленными (или не отправленными – как решит анализ на уровне Edge) в опорную сеть и выше в Cloud.

Кроме того, в 5G возможны коммуникации между конечными устройствами D2D (device-to-device), в т.ч устройствами Интернета Вещей (IoT). Данные работающего приложения могут передаваться непосредственно с одного устройства на другое, при этом базовая станция обрабатывает только протокол управления этой передачей. Это не только разгружает базовые станции всех видов, но также и даёт возможность масштабирования, где множество устройств IoT способны коммуницировать друг с другом, без создания дополнительной нагрузки на сеть. Это, например, очень полезно в таких приложениях, как Smart Home [7].

Иногда технологию D2D также называют Dew Computing (“вычисления росы”), по аналогии с Cloud (облако) и Fog (туман). Пример D2D показан на рисунке 3.

Рисунок 3. Пример D2D в сети 5G (источник: MWNL, Seoul National University).

***

[1] https://5g-ppp.eu/newsflash-july-2017

[2] https://5g.co.uk/guides/how-fast-is-5g/

[3] Cloud and Fog Computing in 5G Mobile Networks. Emerging advances and applications. The Institution of Engineering and Technology, London, United Kingdom, 2017.

[4] http://www.telecomtv.com/articles/mec/why-edge-computing-mustbe-a-companion-to-nfv-and-5g-13043

[5] https://www.digitalfuturealliance.com/article/the-200-ft-5g-hurdle

[6] http://www.ibwave.com/media-and-events/blog/post/the-technological-future-of-small-cells

[7] http://www.mwnl.snu.ac.kr/