Тактильный интернет в эпоху 5 G

Евгений Хоров, старший научный сотрудник лаборатории методов анализа и синтеза сетевых протоколов ИППИ РАН, и ее старший научный сотрудник Антон Кирьянов — о том, как будет разгоняться «интернет вещей» и как устройства научатся передавать ощущения.

— В чем принципиальная новизна 5G?

— 5G — это стандарт пятого поколения мобильных сетей. Он не является решением, которое придет на замену 4G в том виде, как 4G заменил 3G, а 3G вытеснило 2G. 5G, скорее всего, будет представлять собой гетерогенную сеть. В ней будут использоваться различные технологии для обслуживания трафика и пользователей разных типов. В 5G используется такая концепция, как network slicing. Это, грубо говоря, нарезка сетевых ресурсов под разные типы трафика, причем для каждого слайса (буквально — куска сети) может использоваться своя технология передачи данных. Благодаря гибкости подхода можно удовлетворить самые разные и даже противоречивые требования пользователей разных типов. Для передачи веб-данных вполне подходит LTE — его нужно еще немного доработать, повысить скорость. Для передачи данных с маленькой задержкой будет использоваться специальный слайс, который называется ultra-reliable low latency communication. Он позволяет передавать данные с крайне низкой задержкой. Если в LTE минимальная длительность передачи была одна миллисекунда, то здесь минимальная длительность передачи будет длиться доли миллисекунды, а надежность будет очень высокой, до 99,999%.

Отдельный слайс в рамках 5G отведен IoT. Он позволяет передавать данные большим числом устройств с низким энергопотреблением.

Кроме того, будет слайс для высокоскоростной передачи данных в миллиметровом диапазоне, то есть в диапазоне частот от 30 до 300 ГГц. Например, в привычном диапазоне 2–5 ГГц ширина используемого частотного канала, в котором передаются данные, относительно небольшая и составляет единицы, реже — десятки МГц. В диапазоне 40–70 ГГц доступного для использования спектра существенно больше, что позволит увеличить ширину частотного канала до сотен и тысяч МГц и более. Таким образом, миллиметровый диапазон — это практически «эквивалент бесконечности» для операторов (в смысле объема доступных канальных ресурсов). Проблема заключается в том, что приходится передавать данные только устройствам, которые находятся в прямой зоне видимости, иначе качество сигнала резко падает.

В некотором смысле 5G станет «слоеным пирогом», совмещающим различные технологии, использование каждой из которых будет определяться в зависимости от требований конкретного пользователя. Информационный шум вокруг 5G большой, но его роль действительно сложно переоценить. Дальнейшее развитие 5G, безусловно, значительно улучшит возможности связи: и по скорости, и по цене, и по проникновению. Появятся возможности сервисов нового типа.

— Что такое концепция «тактильного интернета»?

— Например, в контексте развития технологий 5G часто говорят о концепции «тактильного интернета», хотя эта тема еще не вызывает такого ажиотажа, как интернет вещей. Тактильный интернет предполагает, что мы собираем данные и передаем их с минимально допустимой задержкой, измеряемой миллисекундами, открывает множество перспектив, с одной стороны, и формирует сложные вызовы — с другой.

Например, технологии «тактильного интернета» будут способствовать развитию телемедицины и сделают возможным удаленные операции и диагностику, требующую непосредственного участия врача. При детальном же анализе мы натыкаемся на фундаментальные ограничения. Когда врач управляет скальпелем в Москве, а скальпель режет пациента во Владивостоке, возникает вопрос: как мгновенно доставлять информацию о движениях руки врача на расстояние более 9000 километров? Скорость распространения электромагнитных волн конечна — скорость света никто не отменял. Для решения этой задачи телекоммуникационные технологии и системы анализа данных должны работать в связке. Движения врача непрерывны: надрез скальпелем — это не дискретный процесс. Врач не может скальпель мгновенно остановить или же переместить в совершенно другое место. Возможности предсказательного моделирования уже позволяют предугадывать действия руки хирурга в каждый момент времени (например, есть математическая модель движения руки и инструмента в пространстве). Еще предстоит разработать технологии, которые должны позволить повысить точность и надежность подобного моделирования.

— В каких индустриях может быть востребован «тактильный интернет»?

— Если мы научимся передавать на большие расстояния с очень низкой задержкой не только визуальную картинку и голосовые данные, но еще и ощущения, то получим огромные возможности для новых решений. Речь идет не только о телемедицине — такие технологии открывают огромные возможности для игровой индустрии, дистанционного обучения игры на фортепиано, удаленной репетиции симфонического оркестра и, скажем, для adult industry. Однако горизонт внедрения подобных решений, по всей видимости, простирается за пределы 2020 года.