Разбираемся, что дает мегаполисам сотовая связь пятого поколения
По оценке Всемирного банка, 56 процентов населения Земли — горожане. Их жизнь в значительной степени зависит от городской инфраструктуры: светофоры регулируют движение автомобилей, насосные станции обеспечивают подачу воды, энергосистемы распределяют электроэнергию, а общественный транспорт следует расписанию. Каждый такой элемент генерирует огромный массив информации, которую необходимо постоянно собирать, передавать и обрабатывать. И чем сложнее и масштабнее город, тем больше данных требуется для его работы.
Еще пару десятилетий назад значительная часть городской инфраструктуры работала автономно. Инженерные системы контролировали диспетчеры, интенсивность транспортных потоков оценивали с помощью периодических исследований на местности, о неисправностях коммунального оборудования специалисты узнавали уже после аварии. Цифровые технологии постепенно изменили эту модель. Так, в сентябре 2026 года Т2 запустил коммерческую сеть 5G в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Челябинске, Перми, Красноярске и Волгограде. Вместе с оператором связи разбираемся, как города зависят от качественной связи и почему стандарт 5G необходим современному мегаполису.
Непрерывное генерирование больших объемов данных о работе и использовании городской инфраструктуры привело к возникновению понятия urban informatics — городской информатики. Его суть заключается в изучении городских процессов и управлении ими с помощью данных, поступающих от датчиков, цифровых платформ, информационных систем и самих жителей. Агрегация информации позволяет анализировать функционирование мегаполиса, проводить «донастройку» отдельных его элементов: корректировать маршруты общественного транспорта, предотвращать коммунальные аварии.
Собственно, здесь и возникает одна из главных технологических задач — данные необходимо доставить от источника до системы обработки, причем в некоторых случаях с минимальной задержкой. Информация о расходе воды может поступать раз в несколько минут, видеокамера наблюдения передает десятки кадров ежесекундно, а автоматизированная транспортная система требует оперативного обмена командами.
При этом сами городские системы становятся все сложнее, прирастая большим количеством датчиков и исполнительных механизмов. По мере увеличения количества подключенных устройств растут и требования к сетям связи, провоцируя их развитие. Так, сотовая связь за относительно короткий промежуток времени преодолела путь от одного из первых стандартов, AMPS, разработанного в 1970-х в Bell Labs, до современного 5G.
Эволюцию потребностей горожан можно отслеживать по истории развития мобильной связи. Сети первого поколения были аналоговыми, обеспечивали только голосовой обмен между абонентами. Качество связи было низким, а зоны покрытия — ограниченными. В итоге в 1990-х появился новый цифровой стандарт — 2G, сделавший возможными не только звонки, но и обмен текстовыми сообщениями (SMS). С появлением 3G стало возможным пользоваться мобильным интернетом, который довольно быстро стал привычной услугой. Стандарт 4G/LTE увеличил возможности цифровой связи — стало возможным в дороге смотреть видео, пользоваться навигацией, работать с облачными сервисами и совершать видеозвонки.
Но главное — благодаря 4G/LTE стало возможным активное развитие «интернета вещей» (IoT) в масштабах города. В современные технологичные здания закладываются датчики, контролирующие параметры монолитных конструкций, «умные» светофоры передают данные об интенсивности движения, бригады скорой помощи отправляют данные обследования пациентов в больницы и быстро получают ответы специалистов.
На первый взгляд, 5G продолжает эту последовательность: увеличивает скорость, сокращает время загрузки файлов, повышает качество интернет-соединения. Однако при разработке этого стандарта учитывался более широкий круг задач: от обслуживания персональных смартфонов до взаимодействия автоматизированного оборудования между собой и значительного расширения сети устройств «интернета вещей».
Для 5G принято выделять три главные отличительные характеристики: высокую пропускную способность, низкие задержки (время между отправкой информации и ее получением) и существенно увеличенные возможности по обслуживанию большего количества устройств в зоне действия каждой базовой станции.
Согласно отчету Международного союза электросвязи (ITU), для систем пятого поколения предусмотрены пиковая скорость не менее 20 гигабит в секунду, поддержка не менее одного миллиона подключенных устройств на квадратный километр покрытия сетью и радиозадержка до одной миллисекунды. Впрочем, тут нужно понимать, что это целевые параметры, как говорится, в вакууме. Фактические характеристики сетей на реальной местности могут отличаться: они зависят от частот, конфигурации оборудования, нагрузки и условий распространения сигнала. При этом скорость передачи данных в сети 5G превышает показатели 4G/LTE в четыре-пять раз.
Но если 4G/LTE прежде всего развивался вокруг массового мобильного широкополосного доступа, то 5G изначально проектировался с учетом трех разных классов задач: высокоскоростной передачи информации, массовых подключений и приложений, требующих особо надежной связи с низкой задержкой.
В стандарте появились и дополнительные инструменты. Например, технология network slicing позволяет логически разделить ресурсы одной физической сети между различными приложениями или устройствами, определив для них собственные требования к качеству обслуживания. Edge computing, или периферийные вычисления, предполагает обработку информации ближе к месту ее генерирования, то есть на локальных серверах или непосредственно рядом с оборудованием. Это снижает потребность в постоянной пересылке больших объемов данных в удаленные центры обработки.
Сегодня идет активное развертывание сетей стандарта 5G и их тестирование. Так, в австралийском городе Бримбанк исследователи нашли интересный способ контролировать незаконный сброс мусора. Вместо создания отдельного парка автомобилей для обследования улиц они решили использовать мусоровозы. На 11 машин установили стереокамеры высокого разрешения, навигационные датчики, компьютеры для обработки данных и системы связи 5G.
Автомобили выполняли свои обычные задачи, одновременно исследуя улицы. На каждом камера снимала 32 кадра в секунду, а за рабочий день машина передавала в среднем около пяти гигабайт информации. Искусственный интеллект ежедневно обрабатывал почти пять тысяч изображений с каждого мусоровоза и отмечал проблемы на карте с фотографиями и координатами. Всего за день система анализировала 35–55 тысяч изображений, а за две недели задействованные мусоровозы охватили 95 процентов территории Бримбанка.
По данным исследователей, система находила в среднем 40–50 проблемных объектов на обслуживаемой территории — неверно установленные дорожные знаки, повреждения дорожного полотна и места незаконного сброса мусора. Интересно, что лишь 15 процентов выявленных эпизодов незаконного сброса мусора фигурировали в обращениях жителей. Среди же 15 случаев, которые совпали с жалобами, в 14 система обнаружила проблему раньше — в среднем на три-четыре дня. Точность автоматического распознавания нарушений превышала 88 процентов.
Исследователи пришли к выводу, что такое решение позволит сократить нагрузку на дорожные службы, избавив их от необходимости проводить регулярные инспекционные выезды. Ведь мусоровозы и так каждый день объезжают большую часть городской уличной сети.
Еще одна разработка облегчила работу в морском порту Гамбурга, который объединяет автомобильные, железнодорожные и водные маршруты. В 2018–2019 годах в рамках европейского проекта 5G-MoNArch здесь создали испытательную площадку в восемь тысяч гектаров. Антенны 5G разместили на телебашне на высоте примерно 182 метров, а для экспериментов предусмотрели отдельные сетевые сегменты.
Один из них использовали для подключения светофора у въезда в порт к центральной диспетчерской. До этого для управления дорожными сигналами применяли кабельные соединения. По расчетам организаторов эксперимента, подключение одного светофора по оптоволокну в отдельных случаях стоило до ста тысяч евро вместе с прокладкой линии и занимало несколько дней. В ходе испытаний временный светофор удалось включить в централизованную систему примерно за 30 минут с учетом установки модема и настройки сегмента сети.
В итоговом отчете 5G-MoNArch исследователи отметили, что во время эксперимента намеренно перегружали сотовую сеть, в том числе передачей больших объемов видеоданных. Однако светофор, работавший в выделенном сегменте сети, функционировал без перебоев, благодаря network slicing. Также тестировали датчики качества воздуха на трех баржах и дополненную реальность для инженеров.
В порту Сингапура связь 5G испытывали уже для автоматизации контейнерных терминалов. Оператор PSA проверял управление беспилотными платформами и кранами на частотах 3,5; 26 и 28 гигагерц. Минимальная задержка для автоматизированных платформ составила десять миллисекунд, вдвое меньше, чем в ранее применявшейся сети 4G.
Для дистанционно управляемых кранов требовалась средняя скорость передачи видео от оборудования не ниже 105 мегабит в секунду, но во время испытаний она оказалась даже выше — 140 мегабит в секунду. При этом количество кранов, которое мог контролировать один дистанционный оператор, в эксперименте увеличилось с трех до шести. PSA также сообщал о планах нарастить парк автоматизированных транспортных платформ с 32 до 2 000 при развитии нового порта Туас.
В медицине высокая скорость обмена данными, пожалуй, особенно важна. Например, бригада скорой помощи может проводить УЗИ и передавать изображение врачу в больнице для постановки предварительного диагноза. Такую схему проверили специалисты Мюнхенского технического университета. В эксперименте машина скорой помощи передавала по 5G два потока: ультразвуковое изображение со средней скоростью около 4 мегабит в секунду и видео с камеры — около 12 мегабит в секунду. Средняя задержка передачи туда и обратно составила 10 миллисекунд.
Затем ученые намеренно перегрузили канал дополнительным трафиком. Задержка выросла до 400 миллисекунд, видеопоток замедлился, а качество ультразвукового изображения ухудшилось. Без разделения сетевых ресурсов скорость видеопередачи снизилась с 12 до 8 мегабит в секунду. После выделения приложениям отдельных логических сегментов сети приемлемые параметры связи восстановились.
Врачи также оценили результат: в проверке участвовали 20 специалистов, а пригодность изображения для клинических задач и приемлемость задержки оценивались в среднем на 2,2 балла по шестибалльной шкале, где единица означала лучший результат.
В энергетике объем передаваемых данных значительно ниже, чем в медицине, однако требования к их доставке строже. Цифровые устройства релейной защиты должны быстро обмениваться командами, чтобы отключать поврежденные участки и не допускать распространения аварии.
В 2024 году сеть 5G испытал норвежский исследовательский центр SINTEF. Время прохождения сигнала туда и обратно составляло 15–30 миллисекунд: этого достаточно для учета электроэнергии и управления потреблением, но отдельным схемам аварийной защиты нужна более быстрая реакция. Поэтому параметры конкретной сети приходится проверять с учетом назначения оборудования.
Сеть Т2 охватила семь городов; по оценке компании, в них проживает более 45 миллионов человек. Запуск стал возможен благодаря принципу технологической нейтральности, предложенному Минцифры. Он разрешает применять существующие частотные диапазоны 4G/LTE для связи нового поколения. В перспективе Т2 планирует использовать частоты 4,63–4,99 гигагерца и развивать цифровые сервисы для промышленности.
По данным компании, в конце сентября покрытие 5G составляло от 30 до 70 процентов территории в зависимости от города. По данным Роскомнадзора, из 5 986 установленных операторами базовых станций 5G на Т2 приходилось 4 093 — около 68 процентов. Сеть 5G появилась и в метрополитене — виде общественного транспорта, до которого технологии сотовой связи традиционно добираются медленнее всего. В Москве стандарт поддерживается на 172 станциях (62 процента станций подземки), в Санкт-Петербурге — на 24 (34 процента). Во время экспериментальных замеров пиковые скорости для Москвы и Санкт-Петербурга составляли соответственно 635 и 251 мегабит в секунду.
Сегодня самое заметное для абонентов преимущество 5G — кратное ускорение передачи данных. Но дальнейшее развитие сети создает основу для других применений: подключения мобильных городских датчиков, взаимодействия автоматизированного оборудования и организации специализированных корпоративных сервисов. Для этого необходимы также вычислительные мощности, совместимые системы и защита данных.
Датчики сами по себе не устраняют неисправности. Данные должны попасть в систему и пройти анализ, на основе которого принимается решение, а затем совершается действие. Как это прежде происходило с новыми технологиями, в масштабах города 5G станет дополнением к оптоволоконным и радиорелейным сетям, Wi-Fi. Однако вместе они позволят городу справляться с огромными объемами постоянно генерируемых данных, обнаруживать изменения и точнее управлять инфраструктурой.
При этом конечная оценка будет зависеть не от числа подключенных устройств или переданных терабайтов информации, а от изменений для жителей: сколько времени требуется на устранение аварии, насколько предсказуемо работает транспорт и как быстро помощь приходит тем, кому она нужна. Горожанину не обязательно знать, сколько мегабит в секунду потребовалось для этого. Важно, что город справился со своей задачей.
Реклама: ООО «Т2 Мобайл», ИНН 7743895280, 2W5zFGcJNpr