hirdetés
hirdetés

Fókuszban: 5G

Bevásárlólista 5G-hez

Mire van szükség az 5G infrastruktúra kiépítéséhez?

Az 5G napjaink talán legjobban várt, legtöbbet vitatott és legtöbb kérdést felvető technológiája, aminek széles körű elterjedését a fejlesztők és az iparvállalatok is egyaránt nagyon várják. Ám annak ellenére, hogy a fejlesztések folyamatosak, az 5G mindennapossá válásához még időre van szükség − és nem csak azért, mert alapjaiban új hálózati struktúrát kell építenünk.

hirdetés

Miközben az önvezető autók jövőjéről, az adattovábbítás új generációjáról vagy az IoT hálózatok forradalmáról beszélünk az 5G-hálózatok apropóján, megjelentek a szkeptikus hangok is a támogatók mellett. A kialakuló közbeszéd pedig újabb és újabb kérdéseket vet fel hónapról hónapra világszerte. Ezek egy része technológiai jellegű, azonban az alkalmazási lehetőségekkel kapcsolatban rengeteg jogi és szabályozási kérdés adódik.

Nem csak egy újabb G – Mi is az az 5G?
A Gartner definíciója szerint az 5G a 4G (LTE) után a legújabb mobilkommunikációs technológia, amelyet többek között a Nemzetközi Távközlési Egyesület (ITU), illetve a 3GPP és a ETSI definiál. Ezek szerint az 5G egy olyan kommunikációs technológia, amelynek le- és feltöltési sebessége 20 Gbps és 10 Gbps, látenciája (vagyis késleltetése) pedig 5 milliszekundum alatt marad. Jellemzője még a jó skálázhatóság, az architektúrát illetően pedig fontos megemlíteni a maghálózat hálózati szeleteit (network slicing), illetve az edge computing integrálását. Tehát egy innovatív, napjaink kommunikációs kihívásaira reagáló technológiáról beszélünk, amelynek megvalósítása a következő évek egyik legfontosabb kihívása.

Nézzük most meg közelebbről, hogyan is épül fel az a hálózati technológia, amely a következő években alapjaiban változtathatja meg az életünket még akkor is, ha csak lakossági felhasználóként lépünk majd vele kapcsolatba.

Két út is a megoldáshoz vezet

Az, hogy mire is van szükség egy 5G-s kommunikációs rendszerhez, röviden felsorolva igen egyszerűnek tűnik. Megfelelő adótornyokat és az általuk kibocsátott jeleket fogadni képes készülékeket kell fejleszteni, telepíteni, valamint használni a mindennapokban. Az viszont, hogy ebben az esetben mit jelent a „megfelelő”, már kicsit bonyolultabb. Mivel az 5G technológia két módon is elérhetővé tehető, a lehetőségek még szélesebb kínálata érhető el.

Egyrészt, a rendszer kiépíthető a már rendelkezésünkre álló 4G-s hálózat felhasználásával. Ebben az esetben NSA (Non-Stand Alone) hálózatról, vagyis nem teljesen önálló rendszerről beszélünk. Az AN (Radio Access Network) és az NR (New Radio) együttműködik a már kiépített és használt LTE (4G) és EPC infrastruktúra törzshálózatával. A megoldás kézenfekvőnek tűnik – főleg az olyan területeken, ahol a 4G technológia elterjedt és stabil −, azonban fontos hangsúlyoznunk, hogy az ilyen hálózatok segítségével a 4G technológia szolgáltatásai érhetők el jobb minőségben, az 5G által biztosított előnyökkel.

Az ilyen kommunikációs hálózatokban az 5G-bázisállomásai egy interfészen keresztül kapcsolódnak a 4G (LTE) bázisállomásaihoz. Ez a hálózati struktúra duális kapcsolatok létrehozását teszi lehetővé. Ez a megoldás azonban nem jelent alapjaiban új rendszert – így inkább köztes megoldásként tekinthetünk rá. Ahhoz, hogy a vezeték nélküli kommunikációt gyorsabbá és gördülékenyebbé tegyük, elégséges, azonban nem elég ahhoz, hogy valódi okosvárosokat és széleskörű IoT és IIoT hálózatokat hozzunk létre az 5G-ben rejlő minden lehetőség kihasználásával.

Mit kell tudnia az 5G-nek?

A fejlesztők és a felhasználók számára egyaránt fontos, hogy az 5G technológiával kapcsolatos elvárások egyértelműen legyenek megfogalmazva. A legegyszerűbbek ezek közül azok, amelyek széles körben is tapasztalhatók lesznek majd: így ide sorolható a minimális késleltetés és a 4G-hez képes többszörös adatsűrűség. Ez utóbbi, nagyvárosi környezetben kb. 100 megabit/másodperces forgalmat jelenthet a Samsung szerint, irodai környezetben azonban ennek tízszeresére is szükség van. Elvárás továbbá, hogy a felsorolt paramétereket nagyszámú felhasználó esetén is garantálja a rendszer (ez esetben több tízezer felhasználóról beszélünk). Ugyanakkor fontos megjegyeznünk, hogy az elvárt paramétereket nem minden esetben kell egyszerre és ugyanolyan mértékben biztosítania a rendszernek. Az 5G-re vonatkozó követelmények így többnyire alkalmazásfüggők: az ideális rendszer megvalósításához elengedhetetlen, hogy jól ismerjük az eszközöket, a kommunikáció tárgyát és annak megfelelően válasszuk ki a legfontosabb előírásainkat.

Az 5G-vel kapcsolatban tehát toronymagas elvárásaink vannak – amelyek megugrása az eddigi eredmények szerint nem lesz akadály a rendszer számára. Azonban a hálózaton tárolt, küldött és fogadott adatok védelme, a kapcsolódó felhőalapú technológiák, a felhasználók kiberbiztonsága további kérdéseket vet fel, amelyeket nem elég lokálisan szabályozni. Épp ezért az Európai Unió a kontinensen átívelő egyezményeket és akcióterv felállítását sürgeti – még mielőtt az 5G a mindennapok részévé válna.
A felelősség pedig, amelyet az 5G-technológiával hálózatba kapcsolt eszközök tetteiért kell vállalni, továbbra is az emberek vállát nyomja majd. Az önvezető autók, a teljes körűen automatizált megoldások elterjedése így még várat magára, még akkor is, ha a megfelelő mesterséges intelligencia és a szinte késleltetésmentes kommunikációs háttér a rendelkezésünkre áll. 

Az 5G feladatai tehát nem merülnek ki abban, hogy gyorsabban tölthetünk majd le és fel online tartalmakat és zökkenőmentessé válik a mobilos kommunikáció. Sokkal nagyobb potenciál lakik a technológiában.

Az 5G-hálózatok létrehozásának másik módja nem igényli a már meglévő 4G-infrastruktúra felhasználását. Ebben az esetben az NR (New Radio) bázisállomások egymással állnak kapcsolatban az úgynevezett Xn interfészen keresztül, az AN (Radio Access Network) pedig az 5GC-hálózathoz csatlakozik. Ilyenkor a rendszert nem korlátozza a már kiépített hálózat – tehát az 5G előnyeit minden tekintetben kihasználhatjuk.

5G-architektúra: a hálózat felépítése

Az újgenerációs mobilkommunikációs technológia felépítését tekintve két fő részből áll. Az egyik a gerincet adó maghálózat (5G Core Network), a másik pedig a hozzáférési hálózat (NG-RAN).

A hálózat szintjei és felépítése. Forrás: 3GPP TR 21.915 V2.0.0 (2019-09) technical report, 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Release 15 Description; Summary of Rel-15 Work Items.
A hálózat szintjei és felépítése. Forrás: 3GPP TR 21.915 V2.0.0 (2019-09) technical report, 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Release 15 Description; Summary of Rel-15 Work Items.

A hálózat kialakítása során a következő szempontokat veszik figyelembe:

  • A felhasználói és a vezérlő sík szétválasztása, a funkciók elkülönítése. Ez teszi lehetővé a független skálázhatóságot, a folyamatos fejlesztést, az applikációknak megfelelő rugalmas telepítést.
  • Moduláris funkciótervezés, így például a hálózati szeletek (avagy network slicing) létrehozását.
  • A folyamatokat lehetőség szerint szolgáltatásokként kell definiálni, ezáltal az újrafelhasználás egyszerűsödik.

Ez teszi lehetővé az ún. Service Based Network (SBN) alkalmazását, amelyben NF-ek (Network Function) definiálhatók.

  • A hozzáférési és maghálózat közötti függőségek minimálisra csökkentése.
  • Együttműködési lehetőségek kiépítése az egyes hálózati funkciók között.
  • Egységesített hitelesítési keretrendszer támogatása.
  • Olyan állapotmentes hálózati funkciók létrehozására törekednek, amelyekben a számítási és a tárolási erőforrások egymástól megfelelően elkülöníthetőek.
  • Egyidejű hozzáférés biztosítása a helyi és a központi szolgáltatásokhoz.

A maghálózat felépítése

A maghálózat felépítése és a funkciók közötti kapcsolatok. Forrás: 3GPP TR 21.915 V2.0.0 (2019-09) technical report, 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Release 15 Description; Summary of Rel-15 Work Items.
A maghálózat felépítése és a funkciók közötti kapcsolatok. Forrás: 3GPP TR 21.915 V2.0.0 (2019-09) technical report, 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Release 15 Description; Summary of Rel-15 Work Items.

A maghálózat három fő egységből épül fel, amelyek különböző feladatok ellátására specializálódnak. A közöttük zajló interakciók megfelelő kivitelezését az AMF (Access Management Function) biztosítja.
A UPF feladata a rendszerben elengedhetetlen: adathálózati átjáróként felelős az adatcsomagok megfelelő irányításáért, továbbításáért, valamint az adatforgalom nyilvántartásáért is. Fontos elem továbbá a Session Management Function (SMF), amely elvégzi az IP-címek kiosztását a felhasználók számára, részt vesz a QoS szabályok alkalmazásában és betartatásában, illetve menedzseli a hálózati folyamatokat.
A maghálózat tehát felépítését tekintve egy jól strukturált, világosan elkülöníthető funkciókat tartalmazó rendszer, amely megbízható alapot jelenthet a kommunikációhoz.

A hozzáférési hálózat felépítése

Ebben a hálózati egységben két további alegységet találunk, amelyeket már a 4G-s hálózatokban is használtunk, azonban új generációjuk alkalmas a valódi 5G-s hálózati követelmények kielégítésére. Ezek az alábbiak:

  • ng-eNB: A hagyományos, 4G-s (LTE-s) NodeB. Az ilyen típusú NodeB nem alkalmazható az NR-rel, csupán E-ULTRA hozzáférést biztosíthat a mobileszközöknek.
  • gNB: valóban 5G-s NodeB

A NodeB-k feladata nem más, mint a felhasználói sík adatainak és jelzések szállítása a UPF, valamint az AMF számára. Tehát rádiós erőforrás-menedzsmentet végeznek, valamint a szükséges titkosítási feladatokat is ellátják.

Kulcskérdések az 5G-vel kapcsolatban: az antennák és a cellák

Az 5G-hálózatokkal kapcsolatos legfontosabb kérdések a struktúra mellett a kivitelezést érintik: Miből épüljön fel a kommunikációs hálózatok legújabb generációja? Hogyan juttassa el az ígéretekben foglalt adatmennyiséget a felhasználókhoz? A kutató és fejlesztő csapatok sorban állnak elő a válaszokkal.

MIMO

A MIMO (Multiple Input Multiple Output – Többszörös bemenet, többszörös kimenet) rövidítés igen szemléletesen mutatja be az 5G-hálózatokhoz elengedhetetlen antennatípusok legfontosabb képességét. Ugyanis ezeknek az antennarendszereknek egyszerre több bemenetet és kimenetet kell kezelniük, mivel párhuzamos csatornákat kell létesíteni az egyenletes adatforgalom biztosítása érdekében. Továbbá a beam forming technológiával a sugárzási energia irányítására is képes. Az intelligens antennák sokaságával jobb teljesítményű, nagyobb sebességű, szélesebb lefedettségű és alacsonyabb energiasugárzású kommunikáció hozható létre.

Azonban nem egyszerre. Nagyon fontos hangsúlyozni, hogy nem elégíthető ki egyszerre a felsorolt paraméterek mindegyike: a rendszer feladata (az alkalmazási célok teljesítésén kívül), hogy folyamatosan optimalizálja a paramétereket, a lehető leghatékonyabb működésre törekedve. A hatékonysághoz pedig hozzátartozik a csökkenő energiaigény is: így az akkumulátorok jobban kihasználhatókká válnak. Ez a korábbi mobilkommunikációs technológiákhoz képest hatalmas előnyt jelenthet a várakozások szerint.

Az új kommunikációs hálózat antennái sokkal kisebb lefedettséggel rendelkeznek majd, mint az eddig telepített 4G rendszer elemei. Azonban ezt a hátránynak látszó tulajdonságot előnnyé kovácsolhatjuk: az egymáshoz képest megfelelő szögben és kb. fél hullámhossznyira elhelyezett antennákkal nemcsak a sugárzott hullámokat használhatjuk adattovábbításra, hanem a visszaverődött hullámokat is. Utóbbiak ugyanis a vételi oldal antennáin más-más szögben és időpontban érkeznek majd meg – amelyek interferencia helyett hasznos tartalomként is felfoghatók.

Az antennák száma alapján a MIMO rendszer továbbfejlesztett változata a massive MIMO, amely 64 vagy akár 256 antennát is tartalmazhat.

Az antennák mellett a másik kulcskérdés a cellák mérete és típusa. Az 5G ugyanis a korábbi 4G-s technológiához képest kisebb hatótávolságú megoldást jelent, ám azokban magas, 6GHz feletti frekvencián sugározhat. Az előrejelzések szerint az 5G miliméteres hullámhossztartományú hullámait akár 300 GHz-en is sugározhatja, azonban ez a valóságban csak a töredéke lesz ennek a frekvenciának. (Ez a tény cáfolja egyébként az egészségkárosításra vonatkozó híreszteléseket is.)

A kisebb cellák – természetesen a megfelelő mennyiségben és távolságban telepített bázisállomásokkal – jobb lefedettséget biztosíthatnak a felhasználóknak. Erre szükség is van: a kis hullámhosszok ugyanis nehezebben hatolnak át az útjukba kerülő akadályokon (pl. falakon, vagy akár az esőcseppeken).

Tételek a bevásárlólistán

Ahhoz tehát, hogy a korábbiaknál jelentősen jobb hatékonyságú kommunikációs hálózatot építhessünk, új típusú antennákra, egymáshoz közel telepített bázisállomásokra és természetesen olyan felhasználói eszközökre lesz szükség, amelyek támogatják az 5G-t.

A vezetéknélküli hálózat mögött azonban ott áll egy nagy teljesítményű vezetékes, optikai hálózat is, amely a gyártók, így például a Nokia ígérete szerint nemcsak villámgyors adatkapcsolatot biztosít a hálózati alapelemek között, hanem biztonságos adattovábbítást is lehetővé tesz. A rendszert a már ismert hálózati eszközök egészítik ki (switch-ek, biztonsági szerverek), természetesen az optikai hálózat igényeire szabva.

Mi állhat az 5G útjába?

Bár az 5G hálózatok előnyei alapján kézenfekvőnek látszik a minél gyorsabb bevezetés, a széleskörű elterjedést több tényező is akadályozza. Ezeknek egy része globális (vagy legalábbis országhatárokat átívelő) probléma, mint a szabványosítás hiányosságai vagy az egyre szaporodó, az egészségügyi kockázatokat vitató felvetés. Továbbá általánosan megfigyelhető a lomha adaptációs tempó – szerte a világban.

Mégis, a 2020-as év megmutatta, mekkora szükségünk van egy ilyen, a mindennapi kommunikáció mellett az adattovábbítást forradalmasító hálózatra. Az 5G megoldást kínálhat olyan helyzetekben, amikor távoli eléréssel kell menedzselnünk egy problémát: legyen szó egy gyártási folyamatba történő beavatkozásról vagy épp egy műtétről; és lehetőséget biztosít arra is, hogy még gyorsabban áramolhassanak a kulcsfontosságú adatok a világban. Olyannyira szükséges mindez, hogy a fejlesztéseknek még az idei pandémia sem tett keresztbe: a Gartner szerint2 a technológiát érintő fejlesztésekre a keretet részben az teremtheti elő, hogy világszerte átcsoportosítanak a vállalatok − az egyéb vezeték nélküli technológiák helyett 5G-t fejlesztenek.

Ennek eredményeképp akár 2023-ra megérkezhet a mindennapjainkba az 5G. Vagyis egy minden eddiginél többre képes kommunikációs hálózat. Magyarország pedig sok szempontból az élvonalban van: Zalaegerszegen már a Smart City koncepciók tesztelése folyik, és a mobilszolgáltatók is bevásároltak már az 5G által használt frekvenciasávokból. A gyártók egyre több 5G-képes eszközzel látják el a felhasználókat, igaz ez egyelőre csak egy impozáns ígéret és nagyon kevés, szigetszerűen működő kampuszon kamatoztatható. Azonban az 5G-t körülvevő várakozások a következő években valósággá válhatnak és ennek mindannyian haszonélvezői lehetünk.

Kun Zsuzsanna
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés
hirdetés
hirdetés
hirdetés