Центр компетенций НТИ по направлению «Технологии беспроводной связи и интернета вещей»

Центр компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Технологии беспроводной связи и интернета вещей» (ЦК НТИ БСИВ) на базе Сколтеха (Сколковского института науки и технологий).

Центр компетенций Национальной технологической инициативы на базе Сколтеха (ЦК НТИ) - одна из лидирующих российских организаций, занимающихся исследованиями и разработками технологий беспроводной связи, а также основанных на них цифровых и промышленных сервисов. Центр не только формирует передовое видение операторских и корпоративных беспроводных сетей, но и активно создает инфраструктурные проекты, которые обеспечивают опережающее развитие телекоммуникационной отрасли РФ.

ЦК НТИ активно взаимодействует с отечественными операторами мобильной связи и разработчиками сетевого оборудования, развивает профильный консорциум. Центр открыт для новых партнеров и проектов.

ЦК НТИ создан на базе Сколтеха в 2018 году. Взяв энергичный старт, он сделал ставку на одновременное развитие интеллектуальной, инфраструктурной и партнерской составляющих.

Интеллектуальная составляющая предусматривает наращивание компетенций в создании решений для таких перспективных рынков НТИ, как Технет, Аэронет, Автонет, Сейфнет, Энерджинет, Хэлснет и др.

Инфраструктурная часть состоит из развитого комплекса систем для пилотирования, тестирования, исследований и разработки, измерения и демонстрации мобильных технологий пятого поколения (а в перспективе – и шестого).

Партнерская сеть представляет собой Консорциум, куда входят 12 вузов, 6 научных организаций, а также 38 представителей индустрии — от небольших стартапов до крупнейших госкорпораций. Также открыто два региональных представительства Центра НТИ — в Томске (на базе ТУСУРа) и в Санкт-Петербурге (на базе ГУАПа). Кроме того, построены долгосрочные взаимоотношения с основными игроками телекоммуникационного рынка России - операторами, производителями оборудования, разработчиками ПО и профессиональными объединениями.

Представители ЦК НТИ регулярно принимают участие в профильных отраслевых мероприятиях. Так, в 2021 году совместно с оператором связи в Сколтехе была организована международная конференция OpenRAN Russia, посвященная открытым сетевым стандартам.

Опыт Центра доступен всем участникам платформы НТИ, российским и иностранным компаниям и организациям. Многочисленные гости Сколтеха с неподдельным интересом знакомятся с передовыми разработками Центра и высоко оценивают исследовательский и научный потенциал его команды.

Совместные проекты с Центром компетенций НТИ на базе Сколтеха – это оптимальный выбор для заказчиков, которым нужны лидирующие компетенции, признанный на мировом уровне опыт разработки, развитые отраслевые связи и совершенная инфраструктура тестирования и апробации.

Цели и задачи

За успехами Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха стоит продуманная стратегия, основанная на ценностной платформе НТИ: обеспечение всесторонней поддержки в области беспроводной связи и интернета вещей российским компаниям для достижения лидерства на рынках, определенных как перспективные рынки НТИ и технологического суверенитета РФ.

Для реализации стратегии ЦК НТИ опирается на две надежных опоры для уверенного отраслевого роста: инфраструктуру «сквозной» технологии и команду высококвалифицированных специалистов, всестороннее развитие которых является вкладом НТИ в российскую экономику.

К задачам Центра относятся:

Разработка технологий мирового уровня для развития комплексной инфраструктуры беспроводной связи современных и будущих поколений, а также промышленного интернета вещей.
Формирование технологической и информационной инфраструктуры для создания широкого класса решений и сервисных продуктов для российского рынка и отдельных его сегментов, а также для глобального рынка.
Развитие взаимовыгодной кооперации с представителями индустрии и отраслевыми альянсами, ориентирующимися на перспективные рынки и глобальную конкурентоспособность.
Подготовка технологических лидеров в области беспроводной связи и промышленного интернета вещей, владеющих навыками, необходимыми для проведения экспериментальных и теоретических исследований, а также разработки прикладных инновационных решений для развития «сквозной» технологии.

Результаты деятельности

Преодоление технологических барьеров

Успешный опыт Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха состоит из многих частных историй преодоления препятствий, мешающих развитию предприятий или даже целых отраслей. Накопленные компетенции, развитая инфраструктура и врожденное лидерство НТИ позволяет уверенно преодолевать все выявленные барьеры.

Например, на рынке отсутствовал полностью открытый протокол для интернета вещей, обеспечивающий сбор данных с датчиков со сверхнизким потреблением энергии, размещаемых в сложном радиочастотном окружении, и предназначенный для обычных предприятий (то есть не имеющих лицензии на выделенный радиочастотный спектр). Для устранения этого пробела Центр разработал протокол OpenUNB и запустил процесс его государственной стандартизации, что стало важным приобретением для всей отрасли. И это далеко не единственный пример, когда Центр компетенций НТИ преодолевает барьеры в интересах рынка.

Еще один заметный проект ЦК НТИ – пилотная зона 5G Сколтеха, отмеченная множеством положительных оценок от российских и иностранных компаний. Она стала местом демонстрации ряда отечественных разработок для сетей 5G и является одним из самых популярных инфраструктурных решений, доступных для разовых или продолжительных испытаний различного оборудования и продвинутых сервисов. Барьер недоступности полигонов для отработки 5G-сценариев был успешно преодолен под руководством Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха. С момента открытия пилотной зоны в октябре 2020 года в ней были запущены проекты тестирования новых сервисов и оборудования с более чем 100 компаниями из России и других стран. В 2022 году Центром компетенций НТИ на базе опытной зоны 5G была создана и успешно протестирована полностью отечественная технология ViNR (Video over New Radio), с помощью которой можно совершать видеозвонки «в один клик». Она может заменить функцию видеозвонков зарубежных мессенджеров. Технология ViNR позволяет использовать видеозвонки с высоким разрешением без сторонних приложений, таких как WhatsApp, Telegram, Skype. Для звонка достаточно иметь смартфон с поддержкой 5G и находиться в сети пятого поколения, в которой используется программное обеспечение Центра компетенций НТИ. Кроме того, в рамках опытной зоны были завершены работы по установке телекоммуникационного оборудования, способного обеспечить поддержку технологии граничных вычислений, интегрированной с инфраструктурой 5G (Multi-Access Edge Computing).

Кроме того, в 2022 году Центром компетенций НТИ был преодолен еще один значимый барьер «Отсутствие технологических решений для обеспечения безопасности полета БВС при использовании общего воздушного пространства» в рамках проекта «Разработка системы интеграции БВС в сотовые сети нового поколения для осуществления управления воздушным движением в городской среде».

В рамках проекта был разработан опытный образец программно-технического комплекса для проверки эксплуатационного состояния сети связи для осуществления воздушного движения в городской среде на базе модема, поддерживающего протоколы 3G/4G/5G, и опытного образца ПО. Решение позволяет осуществлять объективный контроль (трекинг) БВС и передачу данных (телеметрия, видео, управление) в режиме реального времени. Результаты, полученные Центром компетенций НТИ, будут использоваться в дальнейшем в рамках зоны городской аэромобильности, созданной в ходе сотрудничества Фонда «Сколково» с Правительством Москвы, на территории ИЦ «Сколково». Кроме того, они могут быть применены для мониторинга территорий и объектов критической инфраструктуры в таких отраслях, как сельское хозяйство, горнодобывающей и нефтегазовых отраслях.

Значимые результаты научно-исследовательской деятельности

Центр активно занимается перспективными разработками в области пятого и шестого поколений связи, являясь одним из лидеров России по исследованиям этих технологий и относящихся к ним сервисов. За период деятельности Центра к 2023 г. был получен ряд значимых результатов научно-исследовательской деятельности.

5G

В 2021 году Центр компетенций НТИ продемонстрировал возможности автономных частных сетей 5G (Private Network 5G SA) на отечественном программном обеспечении. В пилотной зоне пятого поколения Сколтеха была достигнута скорость передачи данных более 1 Гбит/с и совершены первые в России голосовой и видеозвонки «поверх сети 5G» (Voice-over-New-Radio и Video-over-New-Radio). Действующее решение демонстрировалось в ходе отраслевых мероприятий, например, на Петербургском международном газовом форуме (ПМГФ-2021). В 2022-2023 гг. данное решение не только прошло успешные испытания у ряда промышленных партнеров и было лицензировано академическим членам Консорциума, но и что важно – выведено на рынок Казахстана. Определенный интерес к созданному решению также продемонстрировали компании из Индии и Вьетнама, с которыми были начаты переговоры о сотрудничестве.

Частные сети беспроводной связи создаются в интересах российских предприятий из самых разных отраслей экономики. Этот сегмент активно развивается во всем мире. Частные сети 5G обеспечивают надежную беспроводную связь с низкой задержкой и позволяют реализовать различные приложения интернета вещей (в том числе промышленного IoT) на предприятиях и в инфраструктурных проектах «Умного города».

ЦК НТИ на базе Сколтеха разработал программные продукты, которые позволяют создавать законченные решения для частных сетей 5G/4G. Это ПО может использоваться в мобильных сетях операторов и частных компаний, что обеспечивает развитие телекоммуникационной инфраструктуры России.

6G

В 2020 году в ЦК НТИ разработан прототип сверхвысокочастотного интегрального электрооптического модулятора. Устройство позволяет модулировать оптическое излучение с длиной волны 1,5 мкм электрическим сигналом с частотой до 15 ГГц, что необходимо для исследований следующего – шестого – поколения мобильной связи (6G). Устройство открывает новые перспективы для создания в России компонентов систем 6G, в частности, конвертеров сигналов из терагерцового в оптический диапазон. Прорывной характер разработки состоит в практической реализации экспериментального образца сверхвысокочастотного электрооптического плазмонного модулятора, размеры которого не превышают несколько десятков микрон. Полученное устройство, изготовленное по стандартной полупроводниковой планарной технологии, будет использовано в качестве элемента радиофотонного трансивера 6G терагерцового диапазона. Это важный прорыв, необходимый для дальнейшей разработки перспективной технологии.

В 2022 г. разработки для сегмента 6G были расширены и получены новые результаты, а именно – создана программа для моделирования канала связи верхнемиллиметрового диапазона в системах связи со сверхбольшим числом антенн и приемопередающее устройство 6G. Указанные разработки являются важным шагом в создании задела для развития полностью национального сегмента связи шестого поколения.

Создание и развитие важных объектов инфраструктуры:

Опытная зона 5G Сколтеха, включающая комплексную инфраструктуру тестирования пользовательских и промышленных решений поверх сетей пятого поколения на территории инновационного центра «Сколково».Пилотная зона 5G Сколтеха, запущенная Центром компетенций НТИ в 2020 году, позволила предоставить российскому и иностранному профессиональному сообществу разработчиков развитую безопасную среду для пилотирования прикладных приложений и сервисных платформ, а также тестирования российского программного обеспечения и оборудования. Партнерами проекта стали один из операторов мобильной связи и Фонд «Сколково».
Открытая «Программа тестирования 5G», разработанная и предлагаемая Центром компетенций НТИ на базе Сколтеха, обеспечивает партнерам доступ к самой большой в России пилотной зоне пятого поколения связи, профессиональную поддержку для подключения и развития 5G-решений, возможность апробировать на уникальных 5G-полигонах решения в сфере беспилотного транспорта и робототехники. Примененные технологии позволяют обеспечить тестирование всех сетевых сервисов стандарта 5G 3GPP, в том числе в комплекте беспилотного или роботизированного комплексов. В 2021 году Центр компетенций НТИ совместно с партнерами расширил зону предоставления сервисов 5G на недавно построенный Международный медицинский кластер (ММК). В 2022 г. инфраструктура опытной зоны 5G была также задействована в тестовых полетах в рамках зоны городской аэромобильности, созданной в ходе сотрудничества Фонда «Сколково» с Правительством Москвы, на территории ИЦ «Сколково»: одно из беспилотных воздушных средств (БВС), принявших участие в тестовых полетах, было оборудовано системой приема-передачи данных с поддержкой протокола 5G. Во время проработки миссий были протестированы передача по 5G-сети видеопотока и данных полезной нагрузки БВС, отслеживание координат дрона по данным мобильной сети. Также проведено снятие высотных и топологических характеристик воздушного пространства с непрерывной связностью сетями 5G. Полученная карта покрытия мобильной сети на разных высотах необходима для проведения дальнейших исследовательских работ. Тестирование подтвердило, что использование сетей 5G для поддержки БВС и цифрового воздушного пространства является многообещающим сценарием, создающим широкие перспективы для развития отечественных инновационных продуктов.
5G-Лаборатория испытаний сетевого и радиооборудования. Уникальная лаборатория, оснащенная современным измерительным, сетевым и радиооборудованием, была открытая Центром компетенций НТИ в 2020 году. Участники российской телеком-отрасли и иностранные партнеры могут протестировать в ней аппаратные и программные решения для беспроводных сетей. Приоритетом лаборатории являются системы с поддержкой открытых стандартов радиодоступа.
Разработанная в Центре партнерская программа «Открытая 5G-Лаборатория» дает игрокам рынка доступ ко всем возможностям инфраструктуры и позволяет протестировать продукты на соответствие международным требованиям консорциумов O-RAN, Telecom Infra Project и 3GPP, включая измерение характеристик приемопередатчиков для сетей пятого поколения. В 2021 году 5G-Лаборатория Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха приняла международный Фестиваль открытой архитектуры «OpenRAN Plugfest», где была единственной площадкой для проверки соответствия оборудования участников фестиваля требованиям радиосовместимости. В 2022 г. важным результатом в рамках лаборатории OpenRAN стало тестирование работы частной сети пятого поколения на отечественном ПО через геостационарный спутник связи ФГУП «Космическая связь» (ГП КС). Это первый случай, когда отечественный космический аппарат использовался в интересах 5G. В перспективе это решение позволит обеспечить покрытие предприятий перспективными услугами 5G в удаленных районах России.

Внедрение и коммерциализация результатов деятельности Центра

Частные мобильные сети предприятий – самый заметный мировой тренд на рынке телекоммуникационного оборудования и ПО. Все пять лидирующих глобальных вендоров предлагают решения для этого растущего сегмента. Центр компетенций НТИ на базе Сколтеха не может стоять в стороне, когда российские предприятия остро нуждаются в отечественных решениях для передовой мобильной инфраструктуры. К 2021 году разработана и запущена кампания демонстрации возможностей программного обеспечения для поддержки частных мобильных сетей с поддержкой 4G (LTE) и 5G в режимах автономной и неавтономной работы (SA/NSA). Большой интерес к продукту проявили компании добывающего и металлургического секторов экономики, обсуждение проектов ведется с представителями и других отраслей, а также иностранными заказчиками.
Этот продукт демонстрирует характерные черты проектов Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха: системное понимание потребностей отрасли и создание технологий, дающий мощный вертикальный эффект для всей российской экономики. Частные сети 4G/5G – основная инфокоммуникационная инфраструктура предприятий и один из основных драйверов развития “Индустрии 4.0”. Они позволяют хранить всю корпоративную информацию в периметре предприятия, а также реализовывать приложения промышленного интернета вещей (видеомониторинг, дистанционное управление, облачная роботизация, иммерсивные приложения 5G), «умного города» и др.
Разработанный и представленный рынку в 2019 году открытый протокол сверхузкополосной передачи данных для устройств интернета вещей (OpenUNB) стал заметным событием для отечественного IoT. Созданные на его базе продукты позволяют реализовывать такие задачи, как сбор показаний с приборов учета расхода ресурсов, мониторинг городской инфраструктуры и окружающей среды и др. В 2020 году в консорциум вступила компания ООО «Радиотех» (GoodWAN), которая в качестве индустриального партнера обеспечивает поддержку протокола OpenUNB на своем оборудовании.
С 2021 года Центр компетенций НТИ начал предоставлять доступ к сервисной платформе автоматизации обработки данных промышленного интернета вещей для предприятий добывающих и металлургических отраслей (DATASKAI). Решение представляет собой многопользовательскую платформу, обеспечивающую рабочие группы анализа данных (Data Science) автоматизированными инструментами быстрого построения, отладки и распространения моделей обработки индустриальных данных. Гибкая модульная архитектура с открытым API позволяет быстро интегрировать DATASKAI в промышленные аппаратно-программные комплексы заказчика.

Создание и лицензирование РИДов

Национальная технологическая инициатива стала для России важным механизмом сближения научно-исследовательской работы и потребностей предприятий. Поэтому проекты Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха отмечены патентами и другими объектами интеллектуальных прав. Например, за 2018-2023 год Центром компетенций НТИ заключены лицензионные соглашения на 42 результата интеллектуальной деятельности (РИД), включая программное обеспечение для ЭВМ, «ноу-хау» и изобретения.

Консорциум

Некоторые выполненные и будущие проекты

Открытая Пилотная 5G-зона и 5G-лаборатория. Уникальный инфраструктурный проект, позволяющий тестировать и разрабатывать сервисные решения и оборудование для пятого поколения связи.
Технологии 6G. Начаты работы над технологиями для миллиметровых и терагерцовых волн, которые необходимы для создания мобильных сетей следующего поколения.
OpenUNB. Протокол передачи данных для мониторинговых сетей интернета вещей.
Ядро сети 5G. Модули ядра сети, позволяющие создавать частные мобильные сети 4G/5G для предприятий разных отраслей экономики.
Dataskai. Сервисная платформа автоматизации обработки данных промышленного интернета вещей.
Связь для телеметрии. Программное решение для линий связи телеметрии в скважине во время бурения на базе данных изменения давления жидкости.
OpenPromData. Комплекс открытых индустриальных стандартов для обмена данными промышленного интернета вещей.
Лесной мониторинг. ПО для дистанционного зондирования земли для различных приложений: таксация лесов, оценка урожайности зеленой массы и т.п.
Почвенный мониторинг. Сервисная платформа для дистанционного мониторинга состояния почвенных ресурсов и сельскохозяйственных растений для различных приложений: детекция сорняков, цифровое фенотипирование растения, выявление заболеваний и т.п.
Автоматизация аудиторных исследований. Платформа аудиторных исследований в городской среде с использованием умных средств неперсонализированного отслеживания смартфонов.
Городской интернет вещей. Компоненты цифровой городской платформы для сбора и анализа городской информации, оптимизации энергопотребления, транспортных потоков, утилизации отходов и др. в городской среде.
Тестирование модулей системы связи ЭРА-ГЛОНАСС. Система тестирования модулей ЭРА-ГЛОНАСС для использования на станциях государственного технического осмотра или на конвейере. Также разработана нормативная база тестирования модулей ЭРА-ГЛОНАСС.
Связь для подключенных автомобилей. Системы передачи данных для подключенных автомобилей.
Интернет вещей для судов. Система сбора и анализа эксплуатационных данных для судна.
Мобильная платформа для умного ритейла. Автоматизированная программно-аппаратная мобильная (беспилотная) платформа для смарт-ритейла.
Обработка данных для защиты здоровья. Система для обработки первичной медицинской информации при диагностировании кардиологических заболеваний посредством носимого устройства для оценки артериального давления по данным фотоплетизмограммы и ЭКГ.
Киберспортивная платформа обработки данных. Облачная платформа сбора, визуализации и анализа киберспортивных данных для игроков, тренеров и профессиональных команд.
Умная триггерная платформа для индустриального интернета вещей и информационной безопасности. Системы быстрого анализа событий информационной безопасности и сетевых сбоев в больших гетерогенных сетях интернета вещей.
5G для дронов. Система интеграции дронов в 5G-сети для осуществления управления воздушным движением в городской среде.

Образовательная деятельность

За 2018-2023 годы в рамках деятельности Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха было подготовлено более 6,3 тыс. специалистов, в том числе при участии членов Консорциума. Более 700 из них обучались по программам дополнительного образования, остальные – в рамках программ высшего образования. Сотрудники Центра участвуют в реализации более 65 образовательных программ, при этом за 2018-2023 годы разработано и запущено в сетевой форме 6 профилей магистратуры, а также 37 новых программ повышения квалификации по тематике «сквозной» технологии. Список образовательных активностей Центра представлен на сайте: https://iot.skoltech.ru/education/

В 2023 году при участии ЦК НТИ был принят третий набор студентов на обучение по новой программе магистратуры «Интернет вещей и технологии беспроводной связи» на базе Сколтеха. При участии Центра в 2023 г. была получена лицензия на бакалавриат по сквозной технологии.

В области дополнительного профессионального образования по итогам 2023 года были разработаны 7 новых программ ДПО, а также в рамках популяризационной деятельности проведены серии открытых лекций и семинаров.