5G, ahogy Barcelonából látszik

Újra a hálózatok számítanak a legizgalmasabb témának a mobiliparban - szűrtük le a tanulságot az idei Mobile World Congressen.  A barcelonai MWC sok új telefont, 360 fokos kamerát és VR-szemüveget hozott, a legfontosabb, legmeghatározóbb téma azonban nem ez volt. Épp most pörög fel az innovációs kerék a mobilipar másik oldalán, a mobilhálózatoknál, ez pedig néhány éven belül a végponti eszközöknél is újra begyújthatja a fejlesztéseket. Miért beszél már most mindenki az 5G-ről?

HDR-hálózat

A legfontosabb megérteni, hogy mi is az 5G. Sajnos ebben nem segít a 2G-3G-4G történetének ismerete, az "ötödik generáció" ugyanis sokkal ambiciózusabb ugrás, mint bármely eddigi generációváltás. Az 5G olyan területekre terjeszti ki a mobilhálózatokat, amelyekre eddig nem vállalkoztunk - mondta nekünk Marcus Weldon, a Nokia műszaki igazgatója és a legendás Bell Labs új vezetője. Weldon magyarázata szerint a mobiltechnológia eddig viszonylag szűk területet fedett le az adatátviteli sebesség és a (cellánként) kiszolgált eszközök tekintetében, valamint a késleltetés dolgában. Az 5G ebben hoz látványos áttörést, és egészen szélsőséges értékekig lesz képes skálázódni.

Az 5G-s hálózat tehát látványosabb gyorsabb, látványosan több eszközt szolgál ki és látványosan alacsonyabb késleltetéssel rendelkezik majd, mint az LTE. Ezeket persze nem mind egyszerre tudja, tehát például ha néhány ezer kliens lóg a cellán, akkor nyilván csökken az egy kliensre jutó sávszélesség. Kompromisszumokat a jövőben is kell kötni, az újdonságot az hozza, hogy a kompromisszum lehetősége egyáltalán létrejött. Lássunk néhány forgatókönyvet, hogy mit jelent ez a gyakorlatban!

Átviteli sebességben az LTE és annak frissített verziói, az LTE Advanced és az LTE Advanced Pro is nagyon jól teljesít, az MWC-n például a Huawei és a Qualcomm gigabites átvitelt mutatott be. És ez már nem csak demó, a Qualcomm X16-os modeme szériagyártásban van, és hamarosan a hálózatok is felkészülnek a sebesség támogatására. Az 5G azonban ebben is nagyságrendet tud ugrani, 6 GHz alatti tartományban mintegy 6 gigabit, milliméteres hullámhosszon pedig ennek sokszorosa vihető majd át. Ez a sebesség már hasonló nagyságrend, mint a mai alkalmazásprocesszorok memóriasávszélessége.

A Gitlab mint DevSecOps platform (x) Gyere el Radovan Baćović (Gitlab, Data Engineer) előadására a november 7-i DevOps Natives meetupon.

De ahogy említettük, nem is a sebesség az 5G húzójellemzője. Sokkal fontosabb, hogy az új generáció lényegesen több csatlakozó eszközt tud majd fogadni cellánként. A váltás sok nagyságrendű, erre pedig a közeljövőben szükség is lesz. Ma mintegy 10 milliárd mobilhálózatra csatlakozó eszköz van a világon, a következő néhány évben azonban ezek száma sokszorozódni fog, erre pedig hálózati oldalon fel kell készülni. Konkrét célszámokat nem hallottunk, de az elképzelések szerint cellánként sokezer IoT-eszköz tud majd a hálózatra kapcsolódni úgy, hogy a cella teljesítményét nem degradálja.

Itt érdemes megjegyezni, hogy az 5G az eszközök szintjén is előrelépést hoz. A fejlesztés iránya nagyon hasonló, mint a 900 MHz-es HaLow Wi-Fi esetében. Jelenleg egy LTE vagy sima GSM hálózathoz csatlakozás komoly energiafelvételt jelent, vagyis az IoT eszközöket elektromos hálózatra kell kötni (vagy nagy akkukkal/napelemekkel kell ellátni). Az 5G-s eszközöknél egy gombelem vagy egy pici napelem is elegendő lesz majd, ez pedig új felhasználási módokat, egészen új szenzorokat tesz lehetővé.

Szintén újdonság az alacsony késleltetés. Hol számít ez? Az online játékok mellett kritikus az ipari vagy a járműves felhasználásnál is. Egy példa: az 5G-s rendszerek egyik felhasználási területe az autós "platooning" lehet, amikor a járművek szorosan egymás mögött, szélárnyékban haladnak, így csökkentve a fogyasztást. Ehhez azonban az szükséges, hogy a konvojban haladó járművek egyszerre lassítsanak és gyorsítsanak, másképp állandóak lennének a ráfutásos balesetek. A megoldás persze a járművek közös hálózatba rendezése egy alacsony késleltetésű hálózat segítségével, itt pedig látványosan kijön az LTE és az 5G közötti különbség. Egy 90 km/h sebességgel haladó teherautó az LTE tipikus 40 ezredmásodperces késleltetése alatt 1 métert tesz meg, míg az 5G 1 ms-nél is alacsonyabb késleltetése alatt csak 2,5 centimétert.

Műszaki háttér

Az elmélet után lássuk a gyakorlatot, vagyis azt, hogy milyen innovatív megoldások dolgoznak az 5G mögött, amelyek lehetővé teszik a szabvány egészen egyedi jellemzőit.

Az 5G eljövelelében a Moore-törvény is hatalmas segítség. Az Ericsson elmondása szerint ugyanis nem csak az alkalmazások futtatásához, hanem a fejlett rádiós átvitelhez is komoly számítási teljesítmény szükséges, a fejlett OFDM, massive MIMO és beamforming technológiákhoz izmos lapkák kellenek a bázisállomásokba. Ezek olyan technológiák, amely kis antennák tucatjainak folyamatos finomhangolásával érnek el nagyon magas átviteli sebességet, ehhez azonban nagyon nagy számítási kapacitásra van folyamatosan szükség. Az pedig a félvezetőgyártás fejlődésének tudható be, hogy lassan rendelkezésre állnak olyan ASIC-ok (specializált hálózati lapkák), amelyek a szükséges teljesítményt kompakt méretben és elfogadható fogyasztás mellett tudják teljesíteni.

Az 5G legizgalmasabb újdonsága a milliméteres hullámhossz bevezetése lesz, ez adja majd a legnagyobb kapacitás- és sebességnövekedést. A 25-80 GHz-es tartományban elképesztő sebességek érhetőek el, azonban van egy hatalmas hátulütője ennek a spektrumnak: a készüléknek közvetlenül rá kell látnia az adótoronyra. A Nokia tesztjei szerint a 28 GHz-es sávban a sugárzás kisebb akadályokon (ablakokon, csapadékon, lombozaton) képes áthaladni, komolyabb gátakon (falakon) azonban nem. Ráadásul a tereptárgyakon a sugárzás nem visszaverődik, hanem elnyelődik, ezzel az LTE és 5G sava-borsát adó MIMO technológiákat is ellehetetleníti.

Ez a tulajdonsága alapvetően meg is szabja a milliméteres hálózatok használhatóságát. A tesztek szerint egy piac, egy utca, egy tér, egy stadion vagy egy konferenciaközpont hatékonyan besugározható ezzel, ennél komolyabb feladatra azonban nem alkalmas ez a hullámhossz. De a hagyományos frekvenciatartományok jelenleg pont ezeket a területeken buknak el, a milliméteres spektrum kiaknázása itt hatalmas előrelépést fog hozni.

Érdemes megemlékezni még egy műszaki újdonságról, ez pedig a hálózatszeletelés (network slicing). Ez egyfajta absztrakció, amely a hálózat konfigurálható jellemzőit leválasztja a fizikai rétegről, nagyjából hasonló módon, ahogy például a szerveres virtualizáció működik. Így a szolgáltató egy-egy bázisállomáson egyszerre több szolgáltatási színvonalat is meg tud határozni. A megoldást a Deutsche Telekom és a Huawei demonstrálta az MWC-n, ebben a szolgáltató a különböző előfizetők számára egyedi jellemzőket tud megszabni késleltetés, sávszélesség és SLA tekintetében, prioritást nyújtva a kritikus hálózati forgalomnak.

Gyorsabban jön, mint gondolnánk

Az 5G-képes kereskedelmi megoldások várhatóan 2020-ban indulnak majd világszerte, az Ericsson szerint a tokiói nyári olimpiára áll majd fel az első ilyen rendszer. De nem kell ilyen sokat várni az 5G-s technológiák első fecskéire, a szabvány bizonyos elemei, a milliméteres hullámhosszú átvitel például már az 2018-as phjongcshangi téli olimpián bemutatkozhat.

^{5G-s prototípus a 2016-os MWC-n, itt épp az NTT Docomo standján}

Azt minden általunk megkeresett cég egyöntetűen állította, hogy a szabványosítás folyamata remekül halad. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy az operátorok és a berendezésgyártók az 5G szabvány néhány kulcsparaméterét már rögzítették, így mondhatja például a Nokia, hogy az első 5G-kész hálózati berendezésekkel már el is készült. Némi okos tervezéssel ugyanis már ma is készíthető olyan hálózait eszköz, amely megfelel a követelményeknek, amikor pedig véglegessé válik a szabvány, akkor annak paraméterei szoftverfrissítéssel betáplálhatóak az eszközökbe.

Ez különösen látványos volt az idei MWC-n, szinte minden nagyobb standon volt 5G-s demó, a nagy berendezésgyártók pedig több különböző megoldással is dicsekedtek. De nem csak a kiállításon és a kísérleti laboratóriumokban működnek az 5G-s prototípusok. Az operátorok már világszerte tesztelik ezeket a rendszereket, a tapasztalatokat pedig folyamatosan megosztják egymással és visszacsatornázzák a szabványosítási folyamatba.