Беспроводные сети следующего поколения (5GA и 6G) преодолеют в перспективе пространственные ограничения нынешних наземных мобильных сетей связи PLMN (Public Lan Mobile Network) и полностью перейдут на неназемные сети NTN (Non-Terrestrial Networks).

NTN будут содержать дополнительные сегменты космических и воздушных сетей связи, включая спутниковые группировки GEO, MEO и LEO, системы высотных платформ HAPS (High Altitude Platform Systems), системы маловысотных платформ (LAPS) и сети «воздух-земля» A2G (Air-To-Ground)).

Элементы и компоненты NTN в своём развитии становятся неотъемлемой частью будущей сети 6G. Значение NTN растет благодаря ее возможности подключения «что угодно, в любое время и в любом месте», преодолевая тем самым существенные ограничения наземных мобильных сетей, для которых нужно строить сети доступа с башнями базовых станций. Понятно, что когда «в тайге связи нет», то разворачивать там сеть базовых станций для белок и медведей, не очень рационально. Однако, проблема расширения покрытия сетей мобильной связи существует, и в рамках существующей концепции наземных сетей её решить невозможно.

Что же такое NTN и почему они рассматриваются многими экспертами как критический элемент будущей инфокоммуникационной инфраструктуры?

Что такое NTN?

Неназемные сети NTN (Non-Terrestrial Networks) представляют собой сети, которые не полагаются лишь на наземную инфраструктуру сетей связи, такую, как наземные базовые станции или оптические кабели. В дополнение к этой инфраструктуре NTN используют многие технологии и платформы воздушной, космической и подводной связи.

Назовём основные элементы NTN:

• Спутниковые сети: одна из наиболее используемых форм NTN – спутниковая связь. Спутники, запущенные на геостационарные орбиты GEO (geostationary orbit), среднеорбитальные MEO (Middle Earth orbit) или низкоорбитальные спутники LEO (lower Earth orbit) могут обеспечивать даже широкополосный доступ к Интернет, услуги связи и передачи данных для удалённых мест и областей с недостаточным покрытием наземными сетями.
• Высотные платформы HAPS (High-Altitude Platforms или High-Altitude Platform System): это платформы, которые в буквальном смысле «плавают» в земной атмосфере довольно высоко, с помощью таких средств, как баллоны с газом или дроны с питанием от солнечной энергии, а также могут использовать т.н. «атмосферный ветер». Они могут исполнять роль релейных станций для сетей мобильной связи и доступа в Интернет.
• Воздушные платформы: Некоторые решения NTN используют дроны или другие беспилотные летательные аппараты, несущие оборудование связи для создания временных сетей связи, особенно в местах стихийных бедствий, или во время других ситуаций, когда традиционные сети связи недостаточно эффективны.
• Подводные сети связи: не всегда включаются в термин NTN, однако, подводные сети также являются элементом неназемных средств связи. Такие сети, например, используются для океанографических исследований, наблюдения за подводным миром, или для таких применений, как морские нефтедобывающие платформы.  
• Гибридные подходы: Некоторые решения NTN могут сочетать различные технологии, такие как комбинации спутниковой связи и высотных платформ для расширения покрытия сети и повышения надежности связи.

Преимущества NTN

Для многих применений сети NTN обладают неоспоримыми преимуществами:

• Расширение области покрытия: для удалённых и мест и областей с недостаточным покрытием наземными сетями (а таких мест ещё очень и и очень много) NTN помогут решить проблему с покрытием сети там, где это невозможно, или слишком дорого, сделать с использованием традиционных наземных сетей.
• Повышение устойчивости сети к стихийным бедствиям и катастрофам: NTN может служить в качестве резерва на случай чрезвычайных ситуаций, когда наемные сети могут повреждаться или быть перегружены трафиком услуг связи, в этом случае они могут обеспечить связи для критической информационной инфраструктуры, когда услуги остаются доступными там, где они больше всего нужны.
• Глобальная коннективность: Решения для спутникового сегмента NTN могут обеспечить глобальное покрытие для удалённых и труднодоступных зон, включая водное покрытие, прежде всего в целях логистики, а также для нужд авиации и мореходства.
• Реализация интернета вещей IoT: NTN могут поддерживать решения IoT (Internet of Things), обеспечивая мониторинг состояния инфраструктуры таких объектов, как трубопроводы и линии электропередач. Эти решения хорошо подходят для устройств IoT с низким потреблением энергии и малым объёмом передаваемых данных.
• Вещание и многоадресная рассылка: Спутниковые NTN могут обеспечивать глобальную рассылку данных и контента на широкие географические области и для большого числа людей. Они особенно хорошо подходят для таких применений как мобильные игры и рассылка предупреждений о чрезвычайных ситуациях.
• Глобальный роуминг: NTN обеспечивать непрерывность связи для приложений, которые требуют непрерывности связи при перемещении объектов на различных видах транспорта, например, для отслеживания контейнеров при перегрузке их с морского транспорта на автомобильный.  
• Разгрузка сети при большом трафике: в густонаселенных городских зонах NTN может помочь разгрузить сеть при больших объёмах передаваемого трафика, снижая перегрузки и улучшая качество работы сети.
• Ориентация на будущее: по мере роста требований к объёму трафика данных, NTN способна предоставить масштабируемое решение для расширения ёмкости и покрытия сети без того, чтобы полгаться только на наземную инфраструктуру.
• Экономически эффективные решения: во многих случаях техническая поддержка объектов наземных сетей связи может быть недостаточно эффективной. NTN может предложить более экономически доступные альтернативы, особенно для малонаселённых областей.
• Разнообразие: решения NTN могут представлять собой разнообразные формы и сочетаний технологий, включая спутниковую связь, высотные платформы, дроны и подводные коммуникации, что позволяет NTN хорошо адаптироваться к разнообразным сценариям использования.

Недостатки NTN

При всех перечисленных достоинствах, сети NTN имеют ряд недостатков и нерешённых проблем, включая:

• Антенные технологии: антенные технологии являются для NTN жизненно важными, поскольку именно от них зависит качество связи, а также стоимость таких решений.
• Высокие начальные инвестиции: создание и запуск спутников или развертывание высотных платформ могут потребовать больших начальных затрат.
• Задержки: спутниковые системы NTN могут иметь высокие задержки на передачу сигнала по сравнению с чисто наземными сетями, что может отрицательно сказываться на работе таких приложений, как онлайн-игры или видеоконференцсвязь.
• Ограничения частотного спектра: спутниковые и другие сети NTN работают с выделенных для них частотных диапазонах, которые, однако, не безграничны. Поэтому по мере ввода новых услуг могут возникать ограничения по спектру частот.
• «Космический мусор» и насыщение орбит: для низкоорбитальных спутников LEO может возникать проблема загрязнения орбит т.н. «космическим мусором» — обломками старых спутников, разгонных ступеней ракет и пр. Использование LEO многими участниками NTN может лишь усугубить эту проблему.
• Факторы погоды и условий окружающей среды: качество спутниковой связи может в значительной степени зависеть от погоды, например, при сильном дожде или влияний атмосферы качество связи может снижаться.
• Регуляторные проблемы: работа NTN часто требует координации усилий различных регуляторных органов и их международной координации.
• Взаимное влияние сигналов: сигналы от различных NTN могут иногда воздействовать друг на друга, и на другие наземные сети, что иногда приводит к помехам в связи.
• Проблемы конфиденциальности и безопасности: данные, передаваемые через спутники, могут быть подвержены перехвату и вмешательству в связь. Это довольно серьёзная проблема.
• Ограничение полосы пропускания на пользователя: спутниковые сети до настоящего времени не имеют возможности предоставлять пользователю такую же широкую полосу пропускания, как традиционные наземные сети.  
• Проблемы развёртывания и обслуживания: NTN могут быть связаны с проблемами логистики, особенно в удалённых и малонаселённых областях.
• Сложности с хендовером: непрерывный хэндовер между наземными и неназемными сетями может быть технически сложным, что может приводить к перерывам в связи, особенно если канал устанавливается через много различных сетей.  
• Энергопотребление: некоторые элементы NTN, такие как дроны и атмосферные баллоны, могут иметь повышенное энергопотребление, что может ограничивать срок их работы и увеличивать стоимость обслуживания.