5G voor de slimme wereld

Het is een vrij algemene overtuiging dat de echte Internet of Things-revolutie alleen zal worden veroorzaakt door de popularisering van het mobiele internetnetwerk van de vijfde generatie. Dit netwerk zal nog steeds worden gecreëerd, maar bedrijven kijken er momenteel niet naar met de implementatie van IoT-infrastructuur.

Experts verwachten dat 5G geen evolutie, maar een complete transformatie van mobiele technologie zal zijn. Dit zou de hele industrie die met dit soort communicatie te maken heeft, moeten transformeren. In februari 2017 verklaarde een vertegenwoordiger van Deutsche Telekom tijdens een presentatie op het Mobile World Congress in Barcelona zelfs dat vanwege Smartphones zullen ophouden te bestaan. Wanneer dit populair wordt, zullen we altijd online zijn, met vrijwel alles om ons heen. En afhankelijk van het marktsegment waarin deze technologie zal worden gebruikt (telegeneeskunde, spraakoproepen, gamingplatforms, surfen op het web), zal het netwerk zich anders gedragen.

5G-netwerksnelheid vergeleken met eerdere oplossingen

Tijdens datzelfde MWC werden de eerste commerciële toepassingen van het 5G-netwerk getoond – al roept deze formulering enige twijfel op, omdat nog onbekend is hoe het daadwerkelijk zal zijn. De aannames zijn volkomen inconsistent. Sommige bronnen beweren dat 5G naar verwachting transmissiesnelheden van tienduizenden megabits per seconde aan duizenden gebruikers tegelijkertijd zal bieden. De voorlopige specificatie voor 5G, enkele maanden geleden aangekondigd door de International Telecommunication Union (ITU), suggereert dat de latentie niet groter zal zijn dan 4 ms. Gegevens moeten worden gedownload met 20 Gbps en geüpload met 10 Gbps. We weten dat de ITU dit najaar de definitieve versie van het nieuwe netwerk wil bekendmaken. Over één ding is iedereen het eens: het 5G-netwerk moet een gelijktijdige draadloze verbinding van honderdduizenden sensoren bieden, wat essentieel is voor het internet der dingen en alomtegenwoordige diensten.

Toonaangevende bedrijven zoals AT&T, NTT DOCOMO, SK Telecom, Vodafone, LG Electronic, Sprint, Huawei, ZTE, Qualcomm, Intel en vele anderen hebben duidelijk hun steun uitgesproken voor het versnellen van het 5G-standaardisatieschema. Alle geïnteresseerde partijen willen al in 2019 beginnen met de commerciële implementatie van dit concept. Aan de andere kant heeft de Europese Unie een 5G PPP-plan aangekondigd () om de richting van de ontwikkeling van netwerken van de volgende generatie te bepalen. Tegen 2020 moeten de EU-landen de 700 MHz-frequentie vrijgeven die voor deze standaard is gereserveerd.

Het 5G-netwerk is een geschenk van nieuwe technologieën

Afzonderlijke dingen hebben geen 5G nodig

Volgens Ericsson waren er eind vorig jaar 5,6 miljard apparaten in gebruik in IoT. Hiervan bevonden zich slechts ongeveer 400 miljoen op mobiele netwerken, terwijl de rest zich op korteafstandsnetwerken zoals Wi-Fi, Bluetooth of ZigBee bevond.

De echte ontwikkeling van het Internet of Things wordt vaak geassocieerd met 5G-netwerken. De eerste toepassingen van nieuwe technologieën, in eerste instantie in het bedrijfsleven, kunnen over twee tot drie jaar verschijnen. We kunnen echter pas in 2025 toegang tot netwerken van de volgende generatie voor individuele klanten verwachten. Het voordeel van 5G-technologie is onder meer de mogelijkheid om een ​​miljoen apparaten te verwerken die over een vierkante kilometer zijn verzameld. Dit lijkt misschien een enorm aantal, maar als je bedenkt wat de IoT-visie daarover zegt slimme stedenwaarin naast de stedelijke infrastructuur ook voertuigen (waaronder zelfrijdende auto’s) en huishoudelijke (smart homes) en kantoorapparatuur met elkaar zijn verbonden, maar ook bijvoorbeeld winkels en de goederen die daarin zijn opgeslagen, houdt dit miljoen per vierkante kilometer op lijken zo groot. Vooral in stadscentra of gebieden met een hoge kantorenconcentratie.

Bedenk echter dat veel op het netwerk aangesloten apparaten en de sensoren die ze bevatten geen erg hoge snelheden vereisen omdat ze kleine hoeveelheden gegevens verzenden. Voor een pinautomaat of betaalautomaat is supersnel internet niet nodig. Het is niet nodig om een ​​rook- en temperatuursensor in het beveiligingssysteem te hebben, die bijvoorbeeld een ijsfabrikant informeert over de omstandigheden in koelkasten in winkels. Hoge snelheden en lage latentie zijn niet nodig voor het monitoren en besturen van straatverlichting, het verzenden van gegevens van elektriciteits- en watermeters, het op afstand bedienen van IoT-verbonden thuisapparaten met behulp van een smartphone, of in de logistiek.

Hoewel we tegenwoordig over LTE-technologie beschikken, waarmee we tientallen of zelfs honderden megabits aan gegevens per seconde via mobiele netwerken kunnen verzenden, maakt een aanzienlijk deel van de apparaten waarop het Internet of Things draait nog steeds gebruik van 2G-netwerken, d.w.z. verkrijgbaar sinds 1991. GSM-standaard.

Om de kostenbarrière te overwinnen die veel bedrijven ervan weerhoudt IoT in hun huidige activiteiten te gebruiken en daarmee de ontwikkeling ervan belemmert, zijn technologieën ontwikkeld om netwerken te bouwen die zijn ontworpen om apparaten te ondersteunen die kleine datapakketten verzenden. Deze netwerken maken gebruik van zowel frequenties die worden gebruikt door mobiele operators als spectrum zonder licentie. Technologieën zoals LTE-M en NB-IoT (ook wel NB-LTE genoemd) werken in het spectrum dat wordt gebruikt door LTE-netwerken, terwijl EC-GSM-IoT-technologie (ook wel EC-EGPRS genoemd) het spectrum gebruikt dat wordt gebruikt door 2G-netwerken. In het licentievrije assortiment kun je kiezen uit oplossingen als LoRa, Sigfox en RPMA.

Alle bovenstaande opties bieden een breed scala en zijn zo ontworpen dat de eindapparaten zo goedkoop mogelijk zijn en zo min mogelijk energie verbruiken, en dus werken zonder de batterij te vervangen, zelfs voor meerdere jaren. Vandaar hun verzamelnaam - (laag stroomverbruik, groot bereik). LPWA-netwerken die werken in het bereik dat beschikbaar is voor mobiele operators, hebben alleen een software-update nodig. De ontwikkeling van commerciële LPWA-netwerken wordt door onderzoeksbureaus Gartner en Ovum beschouwd als een van de belangrijkste gebeurtenissen in de ontwikkeling van het internet der dingen.

Operators gebruiken verschillende technologieën. Het Nederlandse KPN, dat vorig jaar zijn landelijke netwerk lanceerde, heeft voor LoRa gekozen en is geïnteresseerd in LTE-M. De Vodafone-groep heeft voor NB-IoT gekozen; het is dit jaar begonnen met het bouwen van een netwerk in Spanje en heeft plannen om een ​​dergelijk netwerk in Duitsland, Ierland en Spanje aan te leggen. Deutsche Telekom heeft voor NB-IoT gekozen en kondigt aan dat haar netwerk in acht landen zal worden gelanceerd, waaronder Polen. Het Spaanse Telefonica koos voor Sigfox en NB-IoT. Orange in Frankrijk begon met het bouwen van een LoRa-netwerk en kondigde vervolgens aan dat het LTE-M-netwerken zou gaan lanceren vanuit Spanje en België – de landen waarin het actief is, en dus waarschijnlijk Polen.

De aanleg van het LPWA-netwerk kan betekenen dat de ontwikkeling van een speciaal IoT-ecosysteem sneller op gang zal komen dan 5G-netwerken. Het uitbreiden van het een sluit het ander niet uit, omdat beide technologieën essentieel zijn voor het slimme netwerk van de toekomst.

Draadloze 5G-verbindingen zullen waarschijnlijk sowieso veel nodig zijn энергия. Naast de bovengenoemde reeksen had vorig jaar een manier moeten worden gelanceerd om energie op individueel apparaatniveau te besparen. Bluetooth-webplatform. Het zal worden gebruikt door een netwerk van slimme lampen, sloten, sensoren, enz. Met de technologie kunt u rechtstreeks vanuit een webbrowser of website verbinding maken met IoT-apparaten zonder speciale toepassingen te gebruiken.

Visualisatie van Web Bluetooth-technologie

5G voorheen

Het is de moeite waard om te weten dat sommige bedrijven al jaren aan 5G-technologie werken. Zo werkt Samsung al sinds 5 aan zijn 2011G-oplossingen. Gedurende deze tijd was het mogelijk een transmissiesnelheid van 1,2 Gbit/s te bereiken in een voertuig dat met een snelheid van 110 km/u reed. en 7,5 Gbps voor een staande ontvanger.

Bovendien bestaan ​​er al experimentele 5G-netwerken, die in samenwerking met verschillende bedrijven tot stand zijn gekomen. Op dit moment is het echter nog te vroeg om te spreken over een aanstaande en werkelijk mondiale standaardisatie van het nieuwe netwerk. Ericsson test het in Zweden en Japan, maar de beschikbaarheid van kleine consumentenapparaten die met de nieuwe standaard zullen werken, is nog ver weg. In 2018 zal het bedrijf, in samenwerking met de Zweedse operator TeliaSonera, de eerste commerciële 5G-netwerken lanceren in Stockholm en Tallinn. In eerste instantie zal dat zo zijn stadsnetwerken, en we zullen tot 5 moeten wachten op ‘full-size’ 2020G. Ericsson heeft dat zelfs gedaan eerste 5G-telefoon. Misschien is het woord ‘telefoon’ toch een verkeerde benaming. Het apparaat weegt 150 kg en je moet ermee reizen in een grote bus voorzien van meetapparatuur.

Afgelopen oktober kwam het nieuws over het debuut van het 5G-netwerk uit het verre Australië. Dit soort meldingen moet je echter met afstand benaderen: hoe weet je, zonder 5G-standaard en -specificatie, dat er een dienst van de vijfde generatie is gelanceerd? Dit zou moeten veranderen zodra er overeenstemming is over de standaard. Als alles volgens plan verloopt, zullen vooraf gestandaardiseerde 5G-netwerken debuteren op de Olympische Winterspelen van 2018 in Zuid-Korea.

Millimetergolven en kleine cellen

De werking van een 5G-netwerk is afhankelijk van verschillende belangrijke technologieën.

Basisstation vervaardigd door Samsung

Eerste millimetergolfverbindingen. Steeds meer apparaten maken verbinding met elkaar of met internet via dezelfde radiofrequenties. Dit veroorzaakt snelheidsverlies en problemen met de verbindingsstabiliteit. De oplossing kan zijn om over te schakelen naar millimetergolven, d.w.z. in het frequentiebereik 30-300 GHz. Ze worden momenteel onder meer gebruikt in satellietcommunicatie en radioastronomie, maar hun belangrijkste beperking is hun korte bereik. Een nieuw type antenne lost dit probleem op, en de ontwikkeling van deze technologie is nog steeds aan de gang.

De tweede pijler van de vijfde generatie zou technologie moeten heten. Wetenschappers scheppen op dat ze al gegevens kunnen verzenden met behulp van millimetergolven over een afstand van meer dan 200 m. En letterlijk elke 200-250 m in grote steden kunnen er kleine basisstations zijn met een zeer laag stroomverbruik. In minder bevolkte gebieden werken kleine cellen echter niet goed.

Dit zou moeten helpen bij het bovenstaande probleem MIMO-technologie Nieuwe generatie. MIMO is een oplossing die ook wordt gebruikt in de 4G-standaard en die de draadloze netwerkdoorvoer kan vergroten. Het geheim is transmissie via meerdere antennes aan de zend- en ontvangstzijde. Stations van de volgende generatie kunnen acht keer meer poorten verwerken dan vandaag de dag om tegelijkertijd gegevens te verzenden en te ontvangen. De netwerkdoorvoer neemt dus met 22% toe.

Een andere belangrijke methode voor 5G is dat “straalvorming“. Het is een signaalverwerkingsmethode zodat de gegevens langs de optimale route bij de gebruiker worden afgeleverd. helpt millimetergolven het apparaat te bereiken in een geconcentreerde straal in plaats van via een omnidirectionele transmissie. Zo wordt de signaalsterkte verhoogd en interferentie verminderd.

Het vijfde element van de vijfde generatie zou het zogenaamde moeten zijn volledig duplex. Duplex is een tweerichtingstransmissie, d.w.z. een transmissie waarbij de transmissie en ontvangst van informatie in beide richtingen mogelijk is. Full-duplex betekent dat gegevens zonder onderbreking in de transmissie worden verzonden. Deze oplossing wordt voortdurend verbeterd om de beste parameters te bereiken.

 

Zesde generatie?

Laboratoria werken echter al aan iets dat nog sneller is dan 5G – hoewel we, nogmaals, niet precies weten wat de vijfde generatie is. Japanse wetenschappers creëren toekomstige draadloze datatransmissie alsof het de volgende, zesde versie is. Het bestaat uit het gebruik van frequenties vanaf 300 GHz en hoger, waarbij de behaalde snelheden op elk kanaal 105 Gbit/s zullen zijn. Onderzoek en ontwikkeling van nieuwe technologieën zijn al enkele jaren aan de gang. Afgelopen november werden snelheden van 500 Gbps bereikt met behulp van de 34 GHz terahertz-band, gevolgd door 160 Gbps met behulp van een zender in het 300-500 GHz-bereik (acht kanalen gemoduleerd met intervallen van 25 GHz). ) - dat wil zeggen resultaten die vele malen groter zijn dan de verwachte mogelijkheden van het 5G-netwerk. Het nieuwste succes is het werk van een team wetenschappers van de Universiteit van Hiroshima en medewerkers van Panasonic tegelijkertijd. Informatie over de technologie werd op de website van de universiteit geplaatst, aannames en het werkingsmechanisme van het terahertz-netwerk werden in februari 2017 gepresenteerd op de ISSCC-conferentie in San Francisco.

Zoals u weet, maakt het verhogen van de werkfrequentie het niet alleen mogelijk om gegevens sneller te verzenden, maar wordt ook het mogelijke bereik van het signaal aanzienlijk verkleind en wordt de gevoeligheid voor allerlei soorten interferentie vergroot. Dit betekent dat het noodzakelijk is om een ​​vrij complexe en dicht verdeelde infrastructuur te bouwen.

Het is ook vermeldenswaard dat revoluties – zoals het geplande 2020G-netwerk gepland voor 5, en vervolgens een hypothetisch nog sneller terahertz-netwerk – betekenen dat miljoenen apparaten zullen moeten worden vervangen door versies die zijn aangepast aan de nieuwe normen. Dit zal waarschijnlijk het tempo van de veranderingen aanzienlijk verminderen en ervoor zorgen dat de beoogde revolutie daadwerkelijk evolutie wordt.

Wordt vervolgd Onderwerp nummer in het laatste nummer van het maandblad.