Сегодня термин «Интернет вещей» можно услышать буквально из каждого угла. Совсем недавно так было с облачными вычислениями и Big Data, но теперь эти технологии повзрослели и стали привычными вещами, а эра «Интернета вещей» ещё за горами, пусть и невысоким, и разработчики пока прощупывают пути в светлое беспроводное будущее. Это тем более непросто, так как для разных сценариев работы устройств требуются разные подходы, технологи и каналы связи. Последние могут быть широкополосными и узкоплосными, с высокой пропускной способностью и низкоскоростными. Наглядным подтверждением тому служат разработки компании Nokia, охватывающие собой самые различные направления.
Так, на традиционном мероприятии «Дни инноваций Nokia», прошедшем в октябре этого года, компания продемонстрировала несколько перспективных технологий, позволяющих расширить и дополнить возможности существующих LTE-сетей.
Одну из них, MuLTEfire, Nokia продвигает совместно с Qualcomm в рамках созданной в 2015 году ассоциации MuLTEfire Alliance.
Данная технология предполагает использование трёх несущих шириной по 20 МГц в нелицензируемом диапазоне 5 ГГц, что позволяет без получения дополнительных разрешений у регулирующих органов обеспечить скоростные характеристики канала передачи данных, сравнимых с Wi-Fi. Но в отличие от последней, MuLTEfire обладает более высокой энергоэффективностью, что позволяет либо обслужить большее число абонентов, либо обеспечить большую зону покрытия. Плюс к этому предлагаемая технология обладает по сравнению с Wi-Fi более высокой степенью защищённости от несанкционированного доступа.
По словам представителей Nokia, на сегодняшний день самой главной проблемой, стоящей на пути внедрения MuLTEfire, является вопрос совместимости с Wi-Fi устройствами, работающими в общей с ней полосе частот. Без принятия соответствующих мер, устройства, использующие новую технологию, будут заглушать сигналы от существующих беспроводных модемов, роутеров, ноутбуков и т. п., использующих для своей работы 5-ГГц диапазон. Выходом из данной ситуации видится в использовании специального алгоритма, позволяющего в условиях эфирной конкуренции занимать MuLTEfire устройствам канал только в случае отсутствия в нем сигнала Wi-Fi.
Более чётко спецификации технологии MuLTEfire должны быть определены в 14-м релизе 3GPP.
Ещё одна перспективная технология, LAA (License Assisted Access), предлагаемая Nokia для использования в нелицензируемом спектре частот, предполагает задействование в режиме агрегации канала шириной 20 МГц в диапазоне 2,6 ГГц и 10 МГц в диапазоне 5 ГГц. Одно из отличий данной технологии от MuLTEfire состоит в том, что в случае её использования в качестве ведущего выступает канал в LTE 2,6 ГГц, через который предаются все управляющие команды, в том числе и на переключение с диапазона на диапазон (хэндовер). Таким образом, устройства, в которых используется технология LAA, всегда должны находиться в зоне обслуживания «официальной» сети LTE.
На экспериментальных стендах Nokia с использованием коммерческой базовой станции flexi zone pico и абонентского терминала на прототипе процессора Qualcomm, поддерживающего LAA, в канале по направлению к абоненту были достигнуты скорости в 200 Мбит/с. Впрочем, о некоторых подобных решениях, а также об экспериментах с агрегацией частот действующих сетей, позволяющих получать пиковые скорости до 450 Мбит/с, мы уже писали.
Но это, если можно так сказать, скорости уже сегодняшнего дня, а перспективные сети пятого поколения должны обеспечивать показатели на порядок выше. Так, в 13-м релизе консорциума 3GPP заявлено, что инфраструктура 5G должны обеспечивать пиковые скорости 3 Гбит/с при задержках не более 2 мс.
Операторы и производители сотовой инфраструктуры уже взаимодействуют в данном направлении. Так, компания Nokia в мае этого года подписала двухлетнее соглашение с МТС о сотрудничестве, предусматривающее совместные действия в области развития сетей 5G и разработки решений для «Интернета вещей».
На первом этапе, в сентябре этого года, компании на прототипе сети, включающем в себя коммерчески доступное LTE-оборудование Nokia AirFame и AirScale, достигли скоростных показателей 4,5 Гбит/с в направлении downlink.
Эксперимент проводился в диапазоне 4,65–4,85 ГГц с использованием двух агрегированных радиоканалов шириной 100 МГц каждый и антенн MIMO 8×8, обеспечивающий скорость передачи по сравнению с применяемой в стандарте LTE-технологией MIMO 2 × 2 данных большую в четыре раза.
В теории данное оборудование при использовании канала шириной 400 МГц способно «прокачивать» данные на пиковой скорости 9 Гбит/с при задержках 3–4 мс.
2 ноября этого года Nokia и МТС провели мероприятие, на котором объявили о проведённых в ходе подписанного ранее меморандума о сотрудничестве тестов комплексного решения «Интернета вещей» (IoT). На одном из стендов была развёрнута экспериментальная зона на базе действующей сети оператора в диапазоне LTE 1800 МГц, демонстрировавшая возможности технологии Narrow Band IoT (NB-IoT), предназначенной для организации связи с устройствами, работающими в узкой полосе частот.
Как заявил Дмитрий Тимерханов из подразделения архитектуры комплексных решений Nokia, дополнительно к уже имеющемуся ядру сотовой сети оператора было добавлено дополнительное виртуализованное решение, обеспечивающее специфические функции, включая долгое время жизни батареи датчиков, оптимизацию трафика и т. п.
Кроме того, на уже имеющееся оборудование был установлен новый софт, позволяющий без ущерба для уже имеющихся абонентов (голос, модемы, роутеры и т. п.), выделять из спектра несущей LTE 1800 МГц полосу в 200 кГц, предназначенную для работы низкоскоростных и, соответственно, узкополосных устройств.
В данной полосе достижима скорость 200 кбит/с вниз, и 20 кбит/с — вверх. Этого вполне достаточно для работы большого числа всевозможных датчиков, включая счетчики воды, газа и т. п., обеспечивающие не только малый объём трафика, но и редко выходящие на связь.
Помимо стандартной базовой станции, интегрированной в сеть МТС, в экспозиции было задействовано комплексное решение на чипе Intel XMM 7115, включающее в себя датчик температуры, влажности и атмосферного давления.
Для обеспечения наглядности происходящего, использовался спектрометр, на экране которого можно было отследить появление узкополосного сигнала в общем спектре несущей LTE 1800 МГц.
Кстати, в портфолио Intel есть ещё несколько разработок, ориентированных на сектор NB-IoT. Так, XMM 6255M представляет собой один из самых миниатюрных и экономичных на сегодняшний день 3G модем. Ещё один чип, XMM 7315, объединяет в себе LTE-модуль и процессор для работы приложений. Он поддерживает стандарты LTE M и NB-IoT.
А модем Intel XMM 7120M LTE рассчитан на сектор М2М при широком спектре сценариев IoT, включая мониторинг безопасности, измерения и автоматизацию.
Во время мероприятия были показаны примеры использования IoT-инфраструктуры для М2М систем видео- и акустического мониторинга, промышленных систем сбора информации, а также сенсоров «умного города», интегрированных на единой облачной платформе.
Так, на одном из стендов демонстрировалась система акустического мониторинга, снабженная камерой и звуковыми датчиками, способными обмениваться данными по LTE-сети. Информация с датчиков обрабатывается в облаке специальными пользовательским приложениями и при необходимости может быть визуализирована.
В случае срабатывания датчика на карте отмечается место события, с помощью камеры снимается ролик, а на адрес электронной почты отправляется соответствующее предупреждение.
По словам директора МТС в Московском регионе Игоря Егорова, у оператора уже имеется совместный проект с Департаментом информационных технологии Москвы по замеру шумовых характеристик на ряде строительных объектов.
Но для Интернета вещей, что называется, все виды транспорта хороши и не обязательно для связи с датчиками и другими устройствами задействовать каналы мобильной связи — для этого вполне сгодятся и старые добрые Bluetooth с Wi-Fi. Именно такой подход применён ещё в одном решении Nokia, рассчитанном на использование в «Умном доме».
Оно включает в себя набор беспроводных датчиков, предназначенных для оборудования умного дома: камера, датчик открывания двери, датчик затопления и задымления, сирена.
Также могут быть использованы умные розетки, лампы и т. п. В принципе, как заявляют специалисты компании, системе не важно, какое устройство применяется, главное, чтобы оно входило в список поддерживаемых данной платформой и было совместимо с беспроводными протоколами ZigBee и Z-Wave для IoT. Первый из них используется при работе по двухдиапазонному Wi-Fi в режиме MIMO 3 × 3 или 4 × 4. А второй задействует для обмена данными частоту 868 МГц. 99 % самых популярных датчиков разных производителей поддерживают данные протоколы.
Также данное решение включает в себя универсальный абонентский шлюз, оснащённый, помимо беспроводных, другими интерфейсами: PON/Ethernet, USB 2.0, 3.0, телефонными портами, а также специальным контроллером, через который и осуществляется взаимодействие с датчиками.
Все данные хранятся на специальном сервере, к которому можно подключиться с помощью мобильного приложения или веб-интерфейса. В приложении отображаются все подключённые устройства, и пользователь может из программы управлять ими или просто просматривать информацию.
Nokia предлагает данное решение операторам ШПД для повышения доходности за счет предоставления абонентам дополнительных услуг.
О том, насколько большое значение придают в Nokia «Интернету вещей», говорит и тот факт, что весной ею было объявлено о решении приобрести известного производителя различных беспроводных устройств для здорового образа жизни, компании Withings.
В числе её разработок — весы, специальный датчик под матрас, контролирующий фазы сна, пульс, частоту дыхания, температуру и окружающий шум, а также часы, оснащённые встроенным шагомером и измерителем кардиоактивности.
Данные с датчиков хранятся, как и в предыдущих решениях, в облачных сервисах и в случае необходимости могут «подтянуться» специальным приложением на смартфон пользователя.
По расчётам вице-президента в Nokia в регионе Восточная Европа Деметрио Руссо, к 2025 г. количество подключённых устройств может достичь 40 млрд, а число генерируемых ими подключений превысит в 3–4 раза число транзакций, осуществляемых персональными устройствами.
В связи с этим перед операторами ещё острее, чем сегодня, встаёт вопрос: будут ли они «трубой» для пропуска трафика, или станут поставщиками услуг для «Интернета вещей»?
Источник:
