К.Г.: Представьтесь пожалуйста, и расскажите кем вы работаете и над чем?
Д.Л.: Я – доцент Сколтеха. Моя основная задача – работа с промышленностью, а конкретнее, исследования и проведение разработок в интересах промышленных компаний-партнеров. Помимо этого, я руководитель Центра компетенций НТИ по направлению «Беспроводная связь и интернет вещей», тоже на базе Сколтеха. Поэтому я довольно плотно взаимодействую с НТИ и Кружковым движением.
К.Г.: Почему и как вы заинтересовались вопросами беспроводной связи?
Д.Л.: На самом деле этой тематикой я занимаюсь всю сознательную жизнь. В 1998 г. поступил на факультет радиотехники и кибернетики в МФТИ. Моя базовая кафедра – Институт Проблем Передачи Информации РАН (ИППИ) – как раз занимается беспроводной связью и беспроводными компьютерными сетями. Свои дипломы бакалавра и магистра я делал по тематикам ИППИ. Потом была аспирантура в этом же институте и защита кандидатской. Так что по сути дела я профессионально занимаюсь беспроводной связью с 2002 г. Тогда я выбрал эту тему, потому что она мне показалась безумно перспективной. В то время беспроводные сети только-только начали развиваться.
Сначала появились мобильные телефоны первого и второго поколения. Второе поколение (2G) – это всем известный стандарт GSM, который до сих пор работает. А аппаратов первого, нецифрового поколения, по сути, уже нигде нет. Но было очень круто, что появился сотовый телефон – прибор, который отвязал человека от розетки. Можно было перемещаться и оставаться на связи.
Кроме того, в 1998 г. вышла первая спецификация протокола Wi-Fi. Это поражало еще больше, ведь речь шла о беспроводной связи в интернете. Можно взять ноутбук, перемещаться в пределах сигнала Wi-Fi и оставаться в сети. Но это еще не было настоящим мобильным интернетом. Он появился только с технологией 3G. Но меня восхищал сам факт того, что можно получить беспроводное покрытие буквально «из воздуха». Это была настоящая революция. Люди, старше меня лет на десять, еще помнят огромные мейнфреймы. А мое поколение увидело, как компьютер стал персональным, а потом и беспроводным. Сейчас воспринимается как норма то, что есть Wi-Fi и LTE. Более того, в современном мире трафик с мобильных устройств в сети превышает трафик со стационарных. Мы шагнули в мир беспроводного подключения. А тогда это все было очень круто и казалось настоящей магией. Я понял, что в эту магию можно своими собственными руками влезть и что-то там докручивать и доделывать. Это редкая возможность, которую дали мне Физтех и ИППИ. Это был этап интенсивного развития беспроводных технологий. В 1998 г. появился Wi-Fi, а, условно говоря, через два года мы его уже полностью разбирали, делали по нему модели, добавляли какие-то механизмы. То есть мы были частью движения по развитию Wi-Fi. Потом сотовые сети тоже подтянулись и начали передавать трафик.
Начиная с третьего поколения, мобильный телефон стал частью интернета. Тогда и появилось новое устройство – смартфон. Все это было больше двадцати лет назад, поэтому сейчас кажется очень далеким. Первый iPhone презентовали как устройство, для которого основным будет не «голос», а интернет-трафик. Сразу после этого появились мессенджеры. Сейчас очень приятно чувствовать, что был частью этого процесса. Это первое. А второе – радует, что сейчас это мастхэв. Большая часть трафика в сети уже сегодня передается с мобильных устройств, и эта доля будет только расти. Все больше устройств подключается к сети: автомобили, поезда, элементы городской и дорожной инфраструктуры. Развиваются системы интернета вещей.
Я вижу три фактора, способствовавших появлению и развитию интернета вещей: доступная электроника, которая потребляет мало энергии, хорошие батарейки, которые могут годами питать устройства, и беспроводная связь. Теперь можно делать и подключать к сети миллионы устройств. Это развязало руки, пошла мощная волна развития интернета вещей и подключенных устройств. Кстати, Россия лидирует в мире по количеству «подключенных» автомобилей. У нас работают две государственные программы: Платон и ГЛОНАСС. Благодаря беспроводным технологиям, движущиеся устройства могут оставаться на связи.
На мой взгляд, беспроводная связь становится единой инфраструктурой для цифровой экономики и коммуникации. Вся цифровая экономика – это история про информацию, про ее сбор, обработку, принятие решений на основе полученных данных и «натравливание» искусственного интеллекта на них. Информация должна откуда-то браться и куда-то передаваться. Беспроводная связь дает возможность брать нужные данные в любой точке и передавать их куда угодно.
Еще один важный момент. В эпоху 2G было несколько разных стандартов. В Японии и США – CDMA, в Европе и у нас – GSM. С 3G ситуация повторилась. А вот в четвертом поколении в итоге используется только один стандарт – LTE. С 5G то же самое. 5G – это система, которая включает в себя все типы трафика, она подключает и людей, и все услуги, и все устройства. 5G – это единый стандарт на весь мир. Это очень важный момент. Мобильность стала настолько всеобщей, что можно не подключаться к проводу вообще никогда. В ближайшие несколько лет, когда 5G станет массовой технологией, можно будет подключать и иметь в интернете все что угодно. Это будет очередным скачком вперед. Поэтому, когда мы говорим про сквозные технологии, на мой взгляд, 5G – одна из самых-самых базовых. Ее нельзя отнести к какому-то одному рынку. Она присутствует повсюду. Это как высокоскоростные магистрали, которые нужны везде и всем. 5G – это основная инфраструктура информационного мира.
К.Г.: Хотелось бы уточнить по поводу 5G. Есть информация противоположная тому, что вы сказали. Вроде как существует несколько групп-разработчиков 5G и несколько протоколов.
Д.Л.: Нет. 5G занимается только консорциум 3GPP, который стандартизировал и 3G, и 4G. Стандарт один. А вот рабочие частоты 5G могут быть разными, в зависимости от региона. Впрочем, современные устройства поддерживают обычно все доступные диапазоны частот и работают одинаково по всему миру. В этом-то и суть стандартизации.
Чаще всего в новостях говорится следующее. В Европе 5G работает в диапазоне частот, который в России закрыт (3,4 – 3,6 ГГц). Поэтому нам придется работать в другой полосе, которую используют Китай и Япония. На самом деле, рано или поздно в России откроются и другие частоты, и мы начнем работать, как и весь мир, во всех доступных диапазонах.
К.Г.: Поговорим о том, почему вы отводите главную роль в будущем именно беспроводной связи…
Д.Л.: Потому что это междисциплинарная область. Беспроводная связь весьма сложно устроена и содержит в себе очень много интеллектуального труда самых разных специалистов. Если перечислять области знаний, которым нашлось там место, то это и теория информации и кодирования, и цифровая обработка сигналов, и программирование, и архитектура связных систем, и искусственный интеллект… Поэтому, когда ты хочешь сделать полную систему, оказывается, что нужно множество самых разных специалистов. Это очень сложные вычислительные системы, которые содержат в себе дата-центры, высокоскоростную оптическую связь, базовые станции мобильной сети, смартфоны, ядро сети управления…
Современная радиосвязь – лишь процентов на 30 аппаратная часть, а остальные 70% – это софт. Сигнал принимается из эфира, оцифровывается и превращается в данные, которые потом с помощью программного обеспечения обрабатываются. То есть современный специалист по беспроводной связи – это не человек с паяльником, а человек, который пишет алгоритмы. Такая архитектура современной связи позволяет нам как стране выйти на один уровень с другими государствами, которые сейчас в этой теме сильны. Делать микросхемы сложно, поэтому этим занимаются всего несколько стран, а писать код может команда всего из нескольких человек. Например, французская компания Amarisoft «написала» базовую станцию LTE силами пяти сотрудников. Их БС может работать на обычном персональном компьютере. Конечно, нужна еще специальная интерфейсная плата, но всю интеллектуальную работу станции делает ПО на персональном компьютере, который может купить любой. Это открывает огромные перспективы. Условно говоря, можно строить сеть, написав свой софт и используя покупные «железки», которые доступны на рынке. Чтобы «написать» базовую станцию, сложнейшую, на самом деле, штуку, достаточно десятка высококлассных программистов. Понятно, что это отлично подготовленные профессионалы, и таких людей очень мало. Но сам факт того, что высокие технологии, перейдя в софтверную область, стали доступными, впечатляет! Не надо вкладывать миллиарды долларов, чтобы построить базовую станцию, достаточно оплатить работу программистов, что не так дорого. А результат будет совершенно потрясающий.
Этот технологический переход позволяет бурно развиваться всяким опенсорсным (от англ. Open Source – открытый исходный код) проектам и появляться новым командам. До недавнего времени рынок был довольно сурово зажат между пятью большими компаниями. Три из них владеют почти 80% рынка телеком-оборудования. Это Huawei, Nokia, Ericsson. Есть еще Samsung и ZTE, у них позиции слабее. Nokia – это Финляндия, Ericsson – Швеция, Huawei и ZTE – Китай, Samsung – Южная Корея. Вот, собственно, эти четыре страны практически полностью владеют технологиями современной беспроводной связи. Все остальные вынуждены покупать системы у них. Эту тенденцию надо сломать. А сломать ее мы можем своими собственными руками, подготовив специалистов. Сейчас для этого появилась уникальная возможность, ведь и Россия, и весь мир начали понимать, что нельзя надеяться на эти четыре страны, а надо делать что-то самим. Кроме того, произошел технологический переход от «железа» к программному обеспечению. В результате разработка устройств 5G стала доступна другим странам, небольшим компаниям и командам.
Поверьте, я не питаю излишнего оптимизма. Все, на самом деле, обстоит ровно так, как я говорю. Нам нужно «бежать» очень быстро, поскольку представившийся шанс можно упустить. Но этот шанс впервые за много-много лет у нас хотя бы появился! Поэтому я всех зову присоединиться к работе по этой теме. Скоро в России будет свое решение по 5G, а потом, я надеюсь, и по 6G. Этот беспроводной стандарт начнет внедряться лет через десять, и по нему уже сейчас начинаются исследования. Мы в Сколтехе, по крайней мере, начали программу таких работ. Она стартует, конечно, медленнее, чем хотелось бы, но все же это шаг вперед. У нас есть возможность участвовать во всем процессе разработки стандарта «с нуля» и закрепить базовые технологии за собой.
К сожалению, у нас в стране крайне мало квалифицированных специалистов. Надежда только на подготовку свежих кадров, чем мы и занимаемся в Сколтехе. Но наш вуз для нынешних школьников перспектива довольно отдаленная – у нас ведь есть только магистратура и аспирантура. А подготовку нужно начинать еще в старших классах школы. Это будет пусть и не очень быстрый путь, но зато весьма надежный. Только так мы получим новое поколение специалистов и исследователей.
Даже несколько завидую этим ребятам. Когда я начинал, ситуация была совершенно иная и с точки зрения технологического развития, и с точки зрения готовности страны. Начало 2000-х не сравнить с 2020-ми.
К.Г.: Что делать старшеклассникам, которые хотят заниматься беспроводной связью? На что нужно обращать внимание студентам? Над какими проектами им стоит работать?
Д.Л.: Проектов можно делать целую кучу. Во-первых, в области беспроводной связи есть много опенсорс-проектов. Во-вторых, можно придумывать свои решения, используя открытый софт. Отмечу, что работать можно с довольно дешевыми девайсами. Как я говорил, базовую станцию LTE нетрудно запустить на обычном персональном компьютере. Да, потребуется специализированная плата, но это далеко не космические деньги. Думаю, что ее может себе позволить средняя по достатку семья, и совершенно точно она по карману школьному кружку. С этим уже можно начинать «играться» и делать какие-то свои вещи.
Начинать нужно с двух вещей. Первое – постараться разобраться с физикой процесса: как работает радиосвязь, что такое электромагнитная волна, как она создается, модулируется, излучается антенной. Эти вещи доступны в Сети. И второе – усиленно заниматься математикой, которую специалист по беспроводной связи должен отлично знать. Когда мы набираем студентов к себе в магистратуру по беспроводной связи, основные вопросы – математические. Да, есть специфика радиосвязи, да, ты должен «кончиками пальцев» чувствовать, как это работает, но нужен и сильный математический бэкграунд. Если он есть, то все получится. Вся современная связь – это алгоритмы и обработка неких математических массивов. Если ты, к примеру, хочешь сделать собственную базовую станцию, тебе нужно понимать, как работают алгоритмы, и как реализовать их в программном коде. В любом техническом вузе вся необходимая математика есть: линейная алгебра и матричные операции, математический анализ и теория вероятностей. Эти базовые дисциплины существуют много-много лет. Конечно, сегодня некоторые алгоритмы энергетически выгоднее реализовывать с помощью машинного обучения и нейронных сетей, а не с помощью классической математики. Но чудес не бывает, и вся беспроводная связь базируется именно на ней. В любой технической специальности математика ‒ базовый элемент, но здесь она ‒ краеугольный камень.
К.Г.: Расскажите, пожалуйста, еще про 6G. Мы же «Альманах практик будущего», поэтому хочется узнать, каким будет будущее после 5G. И как к нему можно подготовиться?
Д.Л.: Новые поколения беспроводной связи появляются примерно раз в десять лет. Причем их характеристики планируются заранее. В 5G должна поддерживаться скорость передачи данных в 1 Гбит/с в пике на устройстве. Судя по тому, как развиваются технологии, для 6G этот показатель может вырасти в сто раз. Понятно, что физику не обманешь, и для достижения таких показателей нужен природный ресурс – электромагнитный спектр. И чем выше скорость передачи данных, тем больше этого ресурса необходимо выделить. Для 6G нужны довольно широкие полосы – порядка 1 ГГц. Очевидно, что в доступных нам диапазонах частот таких участков уже практически нет. Поэтому приходится переходить на терагерцовые волны (от 300 ГГц до 3 ТГц). Это новый диапазон, как для создания в нем любых систем, так и для передачи информации. Все предыдущие поколения связи работали примерно в одних и тех же частотных диапазонах, хорошо изученных и понятных. Под них же делалась вся элементная база. В 6G физика новая, с ней надо разбираться. Нужны новая элементная база и даже методы обработки сигналов. Такие скорости уже невозможно получать с помощью чисто электрических решений, нужно использовать оптические. Здесь уже речь идет о радиофотонике. Фотоника – наука о том, что мы можем передавать данные с помощью оптических кабелей в оптическом диапазоне. Теперь надо как-то «поженить» радио со светом. Раньше радио сопрягалось только с электричеством. Это новая прорывная область, которой только предстоит заняться. Здесь речь идет о целом комплексе исследований: это и физика, и новые материалы, и новые технологии по созданию элементной базы. Сейчас основные исследования идут как раз в этой области.
Надо понимать, что беспроводная связь 6G – это соединение между базовой станцией и устройством, так называемая «последняя миля». Все остальное – это мощная оптоволоконная транспортная сеть, соединенная в одну большую информационную магистраль. Значит компоненты фотоники и оптическая связь в целом будет основой технологии 6G.
К.Г.: Приятно слышать в ваших словах подтверждение тому, к чему мы пришли на научных семинарах Кружкового движения, рассматривая вопрос о том, чем могут заниматься будущие телеком-кружки.
Д.Л.: Это задача государственного масштаба. Важно отдавать себе в этом отчет. От ее решения будет зависеть вся информационная инфраструктура страны. Ответственность большая. Мы не можем позволить себе провалить этот проект. Надо все делать на мировом уровне, по-другому никак.
Отмечу еще один очень важный момент для Кружкового движения. К сожалению, у нас нет хороших школ по созданию беспроводной связи мирового уровня. В мире их вообще немного. Проблема в том, что многие наши вузы переориентировались на подготовку специалистов исключительно для эксплуатации систем беспроводной связи. Это началось еще в 90-е гг. Тогда компании-вендоры, которые делали аппаратуру для наших сетей, такие как Motorola, Siemens, Cisco, довольно серьезно поддерживали нашу отрасль, с точки зрения подготовки специалистов по эксплуатации своего оборудования. Они дарили вузам аппаратуру, предоставляли методические пособия и проводили обучающие курсы. К сожалению, наше образование так и не сумело организовать подготовку разработчиков стандартов и оборудования беспроводной связи. Сколтех сейчас берет на себя именно эту задачу, неблагодарную и тяжелую – создать школу не по эксплуатации готовой техники, а по ее созданию «с нуля». Если мы с этим не справимся, то не сможем получить критическую массу специалистов по беспроводным системам связи, а тогда и лидировать на мировой арене в этой области у нас не получится. Надо также понимать, что не исследователями одними жива наша отрасль. Это и разработчики, и производственные компании, и даже менеджеры, которые управляют процессами.
Иными словами, надо создать целый пласт специалистов. Я очень надеюсь, что заметная, а может быть и большая часть таких кадров выйдет именно из Кружкового движения.
К.Г.: Мы будем стараться оправдать ваши надежды.
Д.Л.: Приятно это слышать, ведь вещи, о которых я говорю, стратегически важны для страны. Но, мало того, это еще и просто очень интересная отрасль, в которой много действительно высокотехнологичных областей, где есть место подвигу, где можно показать себя.
Хочу сказать еще одну вещь. Она, быть может, не очень патриотичная, но, на мой взгляд, важная. Человек, который умеет работать на мировом уровне, имеет соответствующие знания и компетенции, вообще никогда и нигде не пропадет. Даже если разрабатываемая им тема не получит развития в России, таких спецов с распростертыми объятиями примут в любой стране мира.
Надо понимать, что сейчас в области беспроводной связи мы находимся в позиции догоняющего, и нам нужно прикладывать усилия, чтобы вырваться вперед. Возможно, это не так уж плохо, это дает стимул работать и развиваться. Сейчас ядро специалистов в Сколтехе составляют ребята, которых мы в шутку называем диаспорой. Это те, кто уехали на старших курсах учиться за рубеж, сделали там карьеру, а теперь возвращаются обратно. У них местный менталитет и есть понимание того, зачем нужно развивать технологии беспроводной связи именно в России. Они имеют знания мирового уровня, полученные за границей, и мощные социальные связи, которые дают возможность привлекать лучших специалистов из разных стран мира. Для тех, кто будет поступать к нам, это отличная возможность поработать с мировыми светилами. Например, у нас регулярно бывает Юрий Полянский, работающий в MIT. Это один из лучших ученых мира в области теории информации и кодирования. Благодаря ему наша группа по теории информации и кодирования – лучшая в России. Мне очень приятно, что мы находимся в мировом тренде.