О технологии беспроводной связи малого радиуса действия — NearLink
На сегодняшний день беспроводная (мобильная) связь стала неотъемлемой частью повседневной жизни человека и ключевой составляющей технологического процесса, необходимого для поддержания цифровой трансформации и развития экономики. Сегодня мы поговорим о технологии беспроводной связи малого радиуса действия.
Выбрать раздел:
Технологии беспроводной связи
По мере развития новых технологий и концепций, таких как промышленная автоматизация, включающая в себя киберфизические системы, Интернет вещей (IoT) и автономный (беспилотный) транспорт, в мире увеличивается число подключенных устройств, число которых в 2025 году может достигнуть 75 млрд, вследствие чего растет потребность в более быстрых и надежных беспроводных соединениях, в том числе NearLink.
В настоящее время самыми популярными технологиями беспроводной связи ближнего действия являются Bluetooth и Wi-Fi, которые играют значительную роль в оптимизации взаимодействия между цифровыми устройствами, предоставляя удобные методы обмена информацией в реальном режиме времени, в различных IoT-системах. Эти технологии обеспечивают быструю передачу данных, низкое энергопотребление и стабильное подключение, расширяя возможности смартфонов, ноутбуков, компьютеров, интеллектуальных домашних устройств, а также производственного оборудования, дополненного программным обеспечением (ПО) и встроенными датчиками. Они улучшают мобильность, повышают уровень коммуникации и способствуют эффективной работе и развитию различных отраслей от медицины и промышленности до «умных» городов и транспортных систем.
С увеличением плотности подключенных к сети мобильных устройств и сценариев их использования, требования к технологиям беспроводной связи ближнего действия становятся все выше. Несмотря на то, что стандарты Bluetooth и Wi-Fi постоянно совершенствуются и развиваются (на сегодняшний день используются версии Bluetooth 5.4 и Wi-Fi 6), они всё же имеют ряд недостатков, основными из которых являются: несовместимость друг с другом, ограниченная скорость передачи данных и высокие задержки. Кроме того, безопасность стандартов требует дополнительных мер защиты передачи и хранения данных.
Производители постоянно работают над улучшением характеристик уже существующих стандартов. Также большое внимание уделяется разработкам новых аналогов технологий беспроводной связи ближнего действия. Так, в сентябре 2023 года китайская телекоммуникационная компания Huawei представила свою версию стандарта NearLink.
Преимущества NearLink Huawei
NearLink Huawei – это новая технология беспроводной связи, специально разработанная для передачи данных на короткие расстояния, которую планируют использовать как альтернативу Bluetooth и частичной замены Wi-Fi. Стандарт представляет собой расширенную гибридную версию «Wi-Fi + Bluetooth», объединив их достоинства в рамках единого набора стандартов, предлагая более высокую скорость передачи данных, низкую задержку и стабильное подключение.
NearLink Huawei обладает следующими преимуществами:
– Потребление энергии снижено на 60% по сравнению с существующими стандартами беспроводной связи (1/3 от Bluetooth и 1/10 от Wi-Fi), что позволяет продлить время работы устройств. Это особенно важно для портативных устройств, таких как смартфоны или планшеты.
– Стандарт функционирует в частотном диапазоне от 2,4 ГГц до 5 ГГц, используя каналы с широкой полосой пропускания до 160 МГц, что позволяет избежать перегрузок и помех от других беспроводных устройств и обеспечить скорость передачи данных до 3000 Мбит/с.
– Время отклика уменьшено до 0,033 миллисекунды, что в 30 раз меньше, чем у стандартных соединений Bluetooth. Такая оперативность, открывает новые перспективы для приложений, требующих мгновенной обратной связи. А подавление радиопомех на уровне 7 дБ обеспечивает более стабильное соединение между различными устройствами.
– Многопользовательская поддержка позволяет осуществить до 10 раз больше одновременных групповых подключений, чем у Bluetooth, что делает технологию оптимально подходящей для плотных сред с несколькими устройствами и построения более сложной интеллектуальной экосистемы «Интернета всего».
Для достижения этих результатов компанией Huawei были разработаны и внедрены инновационные антенные и сетевые технологии. Стандарт включает возможность высокоточного позиционирования для услуг, основанных на определении местоположения. Работа над NearLink была инициирована в качестве ответа на санкционную политику США в отношении Китая и для снижения зависимости китайских производителей телекоммуникационного оборудования от международных стандартов.
Разработка велась созданным в 2019 году одноименным консорциумом NearLink Alliance, который возглавляет компания Huawei. На сегодняшний день Альянс насчитывает более 430 ведущих только китайских технологических компаний и международных предприятий, включая производителей автомобилей, микросхем и модулей, разработчиков приложений, компаний ИКТ-сектора и исследовательские институты, при этом производители чипов/модулей составляют более 24% от всего контингента альянса. Крупнейшими партнерами являются: Hisense, Honor, Lenovo, China Mobile, CAICT, TCL, Vivo, ZTE, Unisoc, Xiaomi, Oppo, Haier, Gree, BYD, Geely и т.д. Из зарубежных партнеров, помощь в запуске проекта осуществляли тайваньский производитель полупроводников Mediatek и французская группа компаний Saint-Gobain.
В ходе работ реализовано два основных режима передачи данных:
1. Режим SLB (Standard Link Base) для базового доступа является альтернативой Wi-Fi, который обеспечивает высокую пропускную способность, большую емкость и высокую точность. SLB поддерживает работу с одной или несколькими несущими на нелицензируемой частоте 5 ГГц. Самая узкая полоса пропускания с одной несущей составляет 20 МГц с поддержкой 40/60/80/100/160/320 МГц и схем модуляции, включая QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM и 1024QAM. SLB включает в себя различные технологии, такие как сверхкороткие кадры, многоточечную синхронизацию, двунаправленную аутентификацию, быструю координацию помех, двунаправленное шифрование с аутентификацией и оптимизацию межуровневого планирования. Он объединяет значительное количество технологий 5G, включая полярные коды и коррекцию ошибок на базе асинхронного HARQ (гибридного автоматического запроса повторения), аналогичного 5G, дизайн планирования в частотной области, структуру кадра и т. д. для повышения производительности связи. SLB оптимален для использования приложениями в автомобильной и промышленной сферах.
2. Режим SLE (Standard Link Energy) – альтернатива Bluetooth, ориентирован на низкое энергопотребление, низкую задержку и высокую надежность. SLE использует передачу с одной несущей на нелицензируемой частоте 2,4 ГГц, поддерживая полосы пропускания один МГц, два МГц и четыре МГц, а также схемы модуляции, включая GFSK, BPSK, QPSK и 8PSK. SLE поддерживает надежную многоадресную рассылку «один ко многим», интерактивность с малой задержкой четыре кГц, безопасное соединение, защиту конфиденциальности и другие функции. Он учитывает факторы энергосбережения при максимизации эффективности передачи. С точки зрения сетевых технологий NearLink аналогичен традиционным технологиям, работающим в конфигурациях «точка-точка» (Peer-To-Peer, P2P) или «точка-многоточка» (Point-To-Multipoint, P2MP). Узлы NearLink делятся на узлы управления (Grant) и терминальные узлы (Terminal). Узлы Grant предоставляют услуги уровня доступа, такие как управление соединениями, распределение ресурсов и информационную безопасность, для узлов Terminal в пределах их зоны действия. Один Grant вместе с подключенными узлами Terminal образует коммуникационный домен. SLE предназначен для обслуживая бытовой электроники, такой как беспроводные мыши, клавиатуры и носимые устройства.
Ещё одна ключевая особенность стандарта заложена уже на физическом уровне. В нём используется технология множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов и циклическим префиксом (Cyclic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing, Cyclic Prefix OFDM), которая позволяет обслуживать несколько абонентов одновременно.
Но главным преимуществом NearLink Huawei является совместимость с Bluetooth. Это означает, что устройства с NearLink могут взаимодействовать с любыми устройствами, использующими Bluetooth без каких-либо дополнительных требований к программному или аппаратному обеспечению.
Являясь проприетарной технологией, NearLink в первую очередь интегрируется в устройства компании-разработчика и ориентирована на обширный внутренний рынок Китая. Так, на сегодняшний день стандарт поддерживается смартфоном Huawei Mate 60, планшетом MatePad Pro 13.2 со стилусом M-Pencil третьего поколения для него, наушниками FreeBuds Pro 3 в версии для китайского рынка (для других стран пока устанавливается Bluetooth), а также серией смартфонов Pura 70. Однако, стоит отметить, что основой NearLink является ПО. Таким образом, ожидается, что в будущем новую технологию беспроводного подключения смогут получить и старые версии продуктов компании посредством обновления операционной системы.
Области применения технологии Nearlink
Кроме того, Huawei стремиться расширить линейку выпускаемой продукции, в которой будет интегрирован NearLink, от беспроводных наушников и «умных» очков до различных аксессуаров, что способствует появлению объемной экосистемы устройств, как самой компании, так и компаний-партнеров.
Области возможного применения решения:
– Беспилотные транспортные средства: связь V2X (Vehicle-to-X –Vehicle-to-Everything – транспорт, подключенный ко всему) для беспилотных (автономных) автомобилей – с использованием надежных соединений NearLink с малой задержкой;
– Промышленная автоматизация: с NearLink будет обеспечиваться взаимодействие IoT-устройств по беспроводной сети в реальном режиме времени, управление и контроль промышленных станков, машин и роботов;
– Пользовательский IoT: сеть NearLink может использоваться для быстрого и плавного соединения бытовой техники на бытовом уровне, освещения, систем безопасности, систем отопления и оснащения электроэнергией в «умном» доме;
– Различные носимые устройства: фитнес-трекеры, «умные» часы и т.д. смогут синхронизировать данные в режиме реального времени;
– Гарнитуры AR/VR: NearLink может использоваться для обеспечения беспроводного подключения в устройствах виртуальной (Virtual reality, VR) и дополненной (Augmented reality, AR) реальности.
На сегодняшний день, одним из перспективных направлений применения технологии Nearlink является сектор автомобилестроения: от автомобильных аудиосистем, активного шумоподавления, интерактивных экранов, панорамного обзора на 360 градусов, беспроводных дверей, окружающего освещения до интеллектуальных цифровых ключей. Так, в марте 2024 года Nearlink Alliance выпустил версию Nearlink 2.0, устанавливая стандарты для собственных автомобильных приложений, обеспечивая комплексную сквозную связь. Особое внимание автопроизводителей привлек стандарт цифровых автомобильных ключей.
По сравнению с цифровыми автомобильными ключами Bluetooth и UWB, ключи Nearlink обладают значительными преимуществами.
Во-первых, точность позиционирования остается стабильной в пределах 0,6 метра, а ошибки распознавания, как в салоне так и снаружи автомобиля контролируются в пределах 0,2 метра, что значительно улучшает удобство использования интеллектуальных систем входа.
Во-вторых, технология Nearlink создает строгий защитный механизм на базовом канале, определяет реальное расстояние с помощью 3D-визуализации (Time of Flight, TOF) и использует разность фаз для обеспечения безопасности транспортных средств от атак ложными сигналами.
В-третьих, автомобильные ключи Nearlink обеспечивают более стабильную работу соединения благодаря полосе пропускания 80 МГц и полярному кодированию, даже в условиях подземных парковок.
Также, большой радиус действия и точность, по сравнению с аналогичными ключами других компаний, позволяют обнаруживать транспортные средства раньше, обеспечивая достаточное время и более точную оценку взаимодействия между автомобилем и ключом, тем самым обеспечивая согласованность работы интеллектуальной системы входа.
Автомобильные ключи Nearlink с высокоточным позиционированием, высокой безопасностью, стабильными характеристиками подключения и большей дальностью соединения предоставляют новые возможности для китайских компаний, занимающихся разработкой автомобилей на новых источниках энергии, для внедрения инноваций на основе отечественных стандартов.
В настоящее время такие автопроизводители, как FAW, GAC, BYD, Saicmotor и JAC, намерены интегрировать приложения для автомобильных ключей Nearlink в своей продукции.
Помимо этого, стоит отметить, что NearLink Huawei со своими специальными возможностями и техническими характеристиками отвечает всем строгим требованиям, которые предъявляют потребительские и корпоративные решения с технологией искусственного интеллекта (ИИ), тем самым открывая новые перспективы по созданию структур, позволяющих сформировать основу интеллектуальным устройствам для взаимодействия и координации друг с другом посредством ИИ в различных сценариях использования.
В вопросе обеспечения безопасности и конфиденциальности протокола NearLink, компания Huawei применила несколько механизмов, таких как 128-битный алгоритм шифрования AES (Advanced Encryption Standard) для кодирования и декорования данных, предотвращая несанкционированный доступ или вмешательство, а также двунаправленную аутентификацию и методы согласования ключей для обеспечения подтверждения подлинности устройства и генерации ключей.
Несмотря на ряд преимуществ у NearLink имеются и недостатки, которые замедляют процесс массового внедрения стандарта.
Одной из проблем остается производственный потенциал Китая в области изготовления полупроводников, который требует передовых технологических процессов. Последние флагманские продукты Huawei изготовлены на базе маломощного SLE-чипа Kirin A2 от дочерней компании Hisilicon, изготовленный по 14-нм технологическому процессу. В тоже время, в продукты на основе технологии Wi-Fi седьмой версии, выпуск которого ожидается в декабре 2024 года, уже внедряются чипы 6-нм.
На сегодняшний день Hisilicon проводит активные мероприятия по созданию высокоскоростных SLB-чипов с 7-нм технологией, которые будут применимы в промышленной автоматизации и автомобилестроении.
Кроме этого, в том же Wi-Fi седьмой версии скорость передачи данных будет доходить до 46 Гбит/с, что значительно выше скорости NearLink.
Таким образом, стандарт NearLink, с точки зрения технических характеристик, таких как скорость передачи данных, сверхмалая задержка, небольшое энергопотребление и безопасность, теоретически превосходит Wi-Fi и особенно Bluetooth, и является перспективной технологией. Но пока сложно определить его практичность и функциональность без масштабного коммерческого использования и длительного тестирования пользователями. А так как из-за санкций NearLink Huawei пока не получил широкой популярности среди известных мировых производителей и по-прежнему ограничен в использовании только новейшими флагманскими устройствами Huawei, стать в ближайшее время основным решением беспроводной связи малого действия, либо полностью заменить существующие стандарты, он не сможет.