Wnioski i perspektywy na przysz�o��

Wnioski i perspektywy na przysz�o��

Przewidywany wzrost liczby pod��czonych urz�dze� mobilnych w po��czeniu z coraz bardziej rygorystycznymi wymaganiami jako�ci us�ug (QoS) ze strony nowych us�ug szerokopasmowych oznacza, �e zastosowanie dzisiejszych technologii i strategii ekspansji sieci nie zapewni konkurencyjnych taryf jako koszt transmisji na troch� rakieta. Chyba �e zostan� wykorzystane nowe techniki destrukcyjne, po prostu zdecyduj� si� one "kupi� wi�cej widma lub infrastruktury", aby pomie�ci� dodatkowych u�ytkownik�w nie rozwi��e problemu operator�w, kt�rzy skutecznie zaspokajaj� potrzeby klient�w w czasach, gdy zasoby widmowe s� na wag� z�ota. Wraz z zamkni�ciem rozdzia�u 4G czeka nowa era, kt�ra wymaga ewolucji technologii sieciowych i gotowo�ci do �wiadczenia us�ug nast�pnej generacji i ��dania. Wraz z rozwojem nowego rozdzia�u musimy nie tylko rozwija� dotychczasowy system, aby by� bardziej konkurencyjnym, ale tak�e wymagamy nowych, prze�omowych pomys��w, aby zabezpieczy� rynek 5G i wspiera� wzrost na przysz�o��. Rzeczywi�cie, musimy przyj�� postaw� proaktywn�, aby by� gotowym na histori� 5G. W tym ostatnim rozdziale wykorzystamy niekt�re z paradygmat�w technologii om�wionych w poprzednich rozdzia�ach, aby zbudowa� obraz obecnego stanu 5G, podkre�laj�c niekt�re z wyzwa�, kt�re jeszcze przed nami stoj�, zw�aszcza w zakresie ekologicznych sieci i projektowania mi�dzy warstwami. Jako ostatnia dyskusja na temat historii 5G, edytor dzieli si� swoj� wizj� przysz�o�ci dla telefonu kom�rkowego 5G. Aby kontynuowa�, nale�y przypomnie� sobie kluczowe sterowniki projektowe dla sieci nast�pnej generacji (NGN).

Sterowniki projektowe dla sieci nast�pnej generacji

Technologia informacyjna sta�a si� integraln� cz�ci� naszego spo�ecze�stwa, wywieraj�c g��boki wp�yw spo�eczno-ekonomiczny, wzbogacaj�c nasze codzienne �ycie mn�stwem us�ug od rozrywki medialnej (np. Wideo) do bardziej wra�liwych i krytycznych dla bezpiecze�stwa aplikacji (np. E-handel, e-zdrowie, najpierw respondenci itp.). Je�li prognozy analityk�w s� poprawne, niemal ka�dy obiekt fizyczny, kt�ry widzimy (np. Ubrania, samochody, poci�gi itp.) B�dzie r�wnie� pod��czony do sieci pod koniec dekada (Internet rzeczy). Ponadto, wed�ug prognozy Cisco dotycz�cej wykorzystania sieci IP (Internet Protocol) do 2020 r., Ruch internetowy ewoluuje w kierunku bardziej dynamicznego wzorca ruchu. Globalny ruch IP b�dzie odpowiada� 41 milionom p�yt DVD na godzin� w 2017 r., A komunikacja wideo b�dzie nadal w zakresie od 80 do 90% ca�kowitego ruchu IP. Z drugiej strony, efektywno�� energetyczna znajduje si� obecnie w czo��wce projektowania systemu, poniewa� rachunek za energi� elektryczn� operatora stanowi kluczowe �r�d�o wydatk�w operacyjnych, kt�re prawdopodobnie osi�gn� niepokoj�ce dane z przewidywanym wzrostem ruchu sieciowego. Wp�yw energii jest r�wnie� g��boki po stronie urz�dzenia, poniewa� telefony nowej generacji prawdopodobnie b�d� zaawansowane i b�d� obs�ugiwa� mn�stwo aplikacji energoch�onnych. Je�li nie ma wsp�lnych wysi�k�w na rzecz energooszcz�dnego projektu, urz�dzenia stan� si� gor�ce i, jak na ironi�, zostan� odsuni�te na najbli�sze dost�pne gniazdo zasilania, zamiast cieszy� si� pe�n� gam� wszechobecnych us�ug, kt�re 5G obiecuje dostarczy�. Co wi�cej, na froncie politycznym Unia Europejska (UE), dzi�ki swoim celom 20-2020, d��y do inteligentnego i zr�wnowa�onego rozwoju sprzyjaj�cego w��czeniu spo�ecznemu, w kt�rym efektywno�� energetyczna powinna zosta� zwi�kszona o 20%. Ta polityczna d�wignia, w synergii z kluczowymi interesariuszami 5G, doprowadzi�o do zmniejszenia zu�ycia energii i koszt�w w przeliczeniu na bit, powszechno�ci us�ug i szybkiej ��czno�ci jako kluczowych sterownik�w projektowych dla sieci nast�pnej generacji, czyli tak zwanych 5G.

5G: A Green Inter-networking Experience

Z holistycznego punktu widzenia, 5G b�dzie ewoluowa� w kilku wymiarach zgodnie ze wspomnianymi wcze�niej sterownikami projektowymi, co doprowadzi do potencjalnego przysz�ego scenariusza mi�dzy sieciami. Przewiduje si� scenariusz, w kt�rym wszystkie rodzaje us�ug (np. Audio, wideo i dane) b�d� zbiega� si� po infrastrukturze z komutacj� pakiet�w przy u�yciu protoko�u IP. U�ytkownicy ko�cowi, wyposa�eni w r�nego rodzaju urz�dzenia, b�d� chcieli po��czy� si� z najlepszym dost�pnym po��czeniem w ich najbli�szym otoczeniu. Sieci dost�powe operator�w, centra sterowania, centra danych i r�ne platformy us�ugowe zostan� do��czone do g��wnych sieci operator�w za po�rednictwem Edge Routers (ER), podczas gdy sieci wielordzeniowe b�d� ��czy� si� za po�rednictwem router�w granicznych (BR), co doprowadzi do og�lno�wiatowego Ekosystem internetowy do �wiadczenia us�ug. Kluczowym medium dostarczania us�ug b�dzie chmura, w kt�rej szczeg�y mechanizmu dostarczania s� pobierane od u�ytkownika ko�cowego. Abonenci po prostu rozmawiaj� z chmur�, aby uzyska� dost�p do podstawowych us�ug, w kt�rych chmura pe�ni rol� wirtualnego hosta odpowiedzialnego za zarz�dzanie aplikacj�, infrastruktur� i platform� jako us�ug�, kt�ra w zasadzie mo�e by� rozproszona geograficznie.

W czo��wce projektowania systemu znajd� si� ekologiczne sieci w celu obni�enia kosztu energii na bit. W szczeg�lno�ci wysi�ki w sieciach bezprzewodowych pokazuj�, �e oszcz�dno�� energii mo�na osi�gn�� poprzez komunikacj� wieloskokow� lub r�norodno�� kooperacyjn�. Wiadomo, �e techniki teorii gier umo�liwiaj� interakcje mi�dzy wsp�pracuj�cymi jednostkami, w kt�rych ka�dy gracz mo�e dynamicznie przyj�� strategi�, kt�ra maksymalizuje liczb� bit�w pomy�lnie przes�anych na jednostk� zu�ytej energii. Jak zilustrowano na powy�szym rysunku, sprz�t u�ytkownika 1 (UE1) jest pocz�tkowo po��czony z sieci� poprzez dost�p WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) (punkt P1) i zu�ywa pewn� zawarto�� multimedi�w 3D z serwer�w znajduj�cych si� w chmurze przez �cie�k� 1. Gdy UE1 przesuwa si� w kierunku kraw�dzi strefy pokrycia, jako�� kana�u bezprzewodowego P1 pogarsza si� iw pewnym momencie jako�� kana�u spada do poziomu, kt�ry nie jest w stanie obs�u�y� wymaganego QoS, lub poza tym, QoE (Jako�� do�wiadczenia). Alternatywnie, koszt energii ��cza bezprzewodowego (d�ul na bit) staje si� zbyt drogi do utrzymania, uzasadniaj�c potrzeb� poszukiwania innej opcji. W odpowiednim czasie uruchamia to zdarzenie przekazania (kt�re mo�e by� potencjalnie zarz�dzane przez platform� IEEE 802.21 MIH (Media Independent Handover)), gdzie u�ytkownik przeszukuje alternatywne ��cze w celu obs�ugi wymaganego QoS w oknie tolerowanego zu�ycia energii. W praktyce mo�e to prowadzi� do pionu zdarzenie prze��czania z jednego punktu dost�powego (np. P1) na inny w heterogenicznych sieciach bezprzewodowych (np. WiMAX i UMTS - uniwersalny system telekomunikacji mobilnej). Co wi�cej, wsp�lne przekazywanie mo�na r�wnie� wykorzysta� do poprawy efektywno�ci energetycznej w nast�puj�cy spos�b. Na figurze UE1 mo�e do�wiadcza� g��bokiego cienia cierpi�cego na s�ab� jako�� kana�u do punkt�w przy��czenia P1 i w�z�a UMTS B. Z drugiej strony, UE2, kt�ry jest zlokalizowany w niewielkiej odleg�o�ci od UE1 mo�e wyst�powa� dobra jako�� kana�u dla bezprzewodowego punktu dost�powego P2 (np. przez po��czenie ADSL (asymetryczna cyfrowa linia abonencka)). W rezultacie UE1 mo�e ustanowi� wsp�lne przekazanie z istniej�cego bezpo�redniego ��cza P1 do ��cza kooperacyjnego P2 przez UE2. Po wykonaniu tego wsp�lnego przekazania UE1 mo�e kontynuowa� pobieranie pozosta�ej zawarto�ci multimedi�w 3D przez now� �cie�k� (�cie�ka 2). Podczas gdy komunikacja kooperacyjna ma na celu zmniejszenie zu�ycia energii w segmencie bezprzewodowym, rodzi powa�ne wyzwania w zakresie zu�ycia energii, kt�re mo�e znacznie wzrosn�� w chmurze (np. Sieci rdzeniowe i centra danych). Na przyk�ad, us�ugi multimedialne mi�dzy innymi wymagaj� minimalnego poziomu QoS, kt�ry jest zwykle gwarantowany przez skonfigurowane pasma komunikacyjne, przy u�yciu odpowiednich QoS i mechanizm�w udost�pniania zasob�w sieciowych. Oznacza to, �e nowa �cie�ka (�cie�ka 2) do obs�ugi komunikacji kooperacyjnej musi by� nie tylko wykrywana na ��danie, ale musi by� r�wnie� skonfigurowana z wystarczaj�cym dost�pnym zasobem (przepustowo��), aby zapewni�, �e UE1 b�dzie nadal korzysta� z medi�w z akceptowalnym QoS. Jak w, QoS i dostarczanie zasob�w sieciowych obejmuje, ale nie ogranicza si� do kontroli dost�pu do us�ugi, kontroli rezerwacji zasob�w i in�ynierii ruchu, a g��wne odpowiednie standardy obejmuj� IP Multimedia Subsystem - IMS (3GPP), Resource Admission Control Function - RACF ( ITU - T) oraz podsystem kontroli zasob�w i przyj�� - RACS (ETSI / TISPAN). Wyzwanie polega na tym, �e operacje obejmuj� utrzymanie stanu sterowania i przetwarzanie komunikat�w sygnalizacyjnych, aby wymusi� po��dane zasady kontroli na w�z�ach wzd�u� �cie�ki [4], co budzi obawy o zu�ycie energii, skalowalno�� i czas konfiguracji us�ugi. W spo�eczno�ci naukowej powa�nie krytykowano dotychczasow� kontrol� nad przep�ywem zasob�w, a jako alternatywne podej�cie do zasob�w rezerwowych dla klasy us�ug (CoS) zaproponowano mechanizmy Agregacji zasob�w ponadprzeprowadzaj�cych (AROP); wi�c kilka zg�osze� serwisowych mo�e by� przetwarzanych bez natychmiastowej sygnalizacji. Jednak AROP narzuca kluczowy kompromis in�ynieryjny mi�dzy redukcj� narzutu sygnalizacji a marnotrawstwem zasob�w, w tym narusze� QoS. Odpady pojawiaj� si�, gdy zasoby rezydualne (nadmiernie zarezerwowane, ale nieu�ywane) nie mog� by� w�a�ciwie ponownie wykorzystane, podczas gdy naruszenia QoS wyst�puj�, gdy b��dne decyzje o przyj�ciu przyjmuj� wi�cej pr�b, ni� mo�e pomie�ci� rezerwacja. Problem ten wynika g��wnie z nieod��cznej dynamiki sieci, w kt�rej �cie�ki komunikacyjne s� skorelowane poprzez wsp�dzielenie ��czy, a przep�ywy ruchu mog� by� sk�onne wej�� i wyj�� z sieci za pomoc� dowolnej dost�pnej �cie�ki. Aby poradzi� sobie z tymi problemami, kontrola sieci wymaga w czasie rzeczywistym znajomo�ci topologii sieci i statystyk dotycz�cych powi�zanych zasob�w, aby poprawi� wydajno��. Dlatego ITU-T G.1081 definiuje pi�� punkt�w monitorowania w sieci, umo�liwiaj�c dostawcom us�ug monitorowanie sieci i wydajno�ci us�ug pod k�tem wykorzystania zasob�w i optymalizacji. Jednak istniej�ce propozycje monitorowania sieci najcz�ciej pozyskuj� statystyki zasob�w przy u�yciu technik sondowania �cie�ek, kt�re konfrontuj� si� z problemami z wydajno�ci�, poniewa� generuj� one du�y narzut sygnalizacyjny (w zale�no�ci od cz�stotliwo�ci pr�bkowania) i z�o�ono��, a tak�e problemy z dok�adno�ci�.

Aby rozwi�za� te problemy, transport sieciowy wymaga inteligentnych mechanizm�w dostosowuj�cych zmiany do potrzeb, aby zapewni�, �e zasoby s� wydajnie dystrybuowane mi�dzy u�ytkownikami, bez przyt�aczania sieci poprzez obci��enie sygnalizacji sterowania. Dlatego problemy sygnalizacyjne dotycz�ce dynamicznej kontroli zasob�w wzd�u� �cie�ek komunikacyjnych wymagaj� starannej uwagi, aby zapobiec zagro�eniu wydajno�ci transportu. Staje si� jasne, �e oszcz�dno�� energii na podstawie end-to-end pozostaje otwart� kwesti� dla przysz�ego Internetu, poniewa� wysi�ki w segmentach bezprzewodowych lub w przetwarzaniu tre�ci nak�adaj� obci��enie sygnalizacyjne na podstawow� infrastruktur� transportow�. Obecnie panuje zgoda co do tego, �e projektowanie Internetu wymaga pilnego ponownego rozpatrzenia, a wiele propozycji, w tym podej�cie "czystego �upka", zosta�o udost�pnionych. Opr�cz kluczowej potrzeby QoS i Network Resource Provisioning (QNRP), jak opisano wcze�niej, kluczowe tematy badawcze, takie jak, ale nie ograniczaj�c si� do, Network Defined Networking (SDN) i wirtualizacji sieci (NV) zosta�y uwzgl�dnione w europejski program "Horyzont 2020" i omawiamy poni�ej. OpenFlow pr�buje zach�ci� dostawc�w sieci do programowalnych prze��cznik�w i router�w (np. U�ywaj�cych wirtualizacji), kt�re mog� przetwarza� pakiety dla wielu izolowanych sieci eksperymentalnych jednocze�nie. Dzi�ki temu praktyczne �rodowiska sieciowe mog� eksperymentowa� z innowacyjnymi pomys�ami, aby uzyska� zaufanie potrzebne do wdra�ania nowych podej��. Network Defined Networking to paradygmat sieciowy, kt�ry polega na oddzieleniu p�aszczyzny sterowania (oprogramowania steruj�cego zachowaniem sieci) od p�aszczyzny danych (urz�dze�, kt�re przesy�aj� ruch). G��wn� ide� jest uelastycznienie kontroli i zarz�dzania sieci�, aby mo�na by�o budowa� sie� na wiele r�nych sposob�w, programuj�c logik� sterowania w kategoriach architektur, protoko��w i modeli polityki za po�rednictwem p�aszczyzny sterowania. Na przyk�ad routing mo�e opiera� si� na szerszych atrybutach kontekstowych, takich jak preferencje subskrybent�w, dzia�ania i urz�dzenia, aby dynamicznie wywo�ywa� aplikacje L4 - L7 (warstwa 4-warstwowa 7) i umo�liwia� personalizacj� sterowania.

Platformy kontrolne (patrz fizyczne i wirtualne platformy kontrolne) s� odpowiedzialne za definiowanie polityk kontroli i podejmowanie decyzji kontrolnych, kt�re s� przekazywane po prostu jako polecenia steruj�ce do serwer�w danych i router�w do egzekwowania polityki. Ponadto, podej�cie jest czysto scentralizowane, w kt�rym zachowanie sieci jest kontrolowane przez pojedynczy i logicznie scentralizowany program (np. Platform� Sterowania Rutowaniem - RCP), kt�ry utrzymuje og�ln� topologi� sieci. W tym sensie system Onix zaproponowa� jako "logik� na najwy�szym poziomie platform steruj�cych API (Application Programming Interface) do obs�ugi gromadzenia informacji z prze��cznik�w (np. Topologii sieci) i odpowiedniego rozdzielania element�w steruj�cych mi�dzy r�ne serwery, i zapewnia szerok� gam� aplikacji do zarz�dzania. Powa�nym ograniczeniem w takich rozwi�zaniach rozproszonych (np. W sieciach peer-to-peer (P2P) i ad hoc)) jest synchronizacja informacji mi�dzy rozproszonymi jednostkami w celu zapewnienia sp�jno�ci, poniewa� zwykle wprowadza ona niedopuszczaln� z�o�ono�� i narzut sygnalizacyjny, zw�aszcza �e sie� ro�nie w rozmiarze i nat�eniu ruchu. Obecnie brak odpowiednich rozwi�za� decentralizacyjnych wymusza na g��wnych projektach centralizacj� (np. Enthrone, EuQoS) lub ka�dy rozproszony system wdra�a w�asn� strategi� w postaci nak�adki, a z�o�ono�� Internetu wci�� ro�nie jeszcze bardziej dzi�ki dodaniu nowych protoko��w i mechanizm�w na wierzchu obecnych warstw. Warto zatem wspomnie�, �e SDN polega g��wnie na oddzieleniu p�aszczyzny sterowania od p�aszczyzny danych, a ca�a spo�eczno�� badawcza koncentruje si� na wykazaniu elastyczno�ci i mocy infrastruktur sieciowych. W konsekwencji, opr�cz przedstawienia pojedynczego punktu awarii, sygnalizacja sterowania i obci��enie przetwarzania mi�dzy kontrolerem SDN a kontrolowanymi elementami sieci stanowi� powa�ny problem efektywno�ci energetycznej i skalowalno�ci dla obs�ugi potencjalnie du�ej liczby serwer�w danych, router�w i prze��cza si� w sieci.

Wirtualizacja sieci to technologia umo�liwiaj�ca emulacj� kilku odr�bnych sieci logicznych w ramach wsp�lnej fizycznej infrastruktury sieciowej. Chocia� technologia ta jest powszechnie stosowana w centrach danych, aby umo�liwi� wielu lokatorom wsp�u�ytkowanie tej samej fizycznej infrastruktury centrum danych, udost�pnianie sieci ma kilka odmian obejmuj�cych wszystkie domeny sieciowe, od dost�pu do rdzenia / szkieletu i centr�w danych. Jest to przedstawione na rysunku powy�ej. W miar� wirtualizacji router�w fizycznych i serwer�w danych, ich dostawca mo�e sprzedawa� zasoby wirtualne innym dostawcom: dostawcom sieci wirtualnych. Dlatego ka�dy dostawca otrzyma pe�n� i oddzieln� kontrol� nad swoj� topologi� sieci i powi�zanymi zasobami. W tym scenariuszu fizyczna sie� jest w�asno�ci� jednego dostawcy, dla uproszczenia. G��wne cele to zmniejszenie wymaga� inwestycyjnych operator�w i, w wielu przypadkach, szybko�ci, z jak� mog� wdra�a� nowe technologie, zmuszaj�c ich do przemy�lenia i dostosowania podstawy, na kt�rej staraj� si� osi�gn�� i utrzyma� przewag� konkurencyjn�. w udost�pnianiu sieci zapewnij producentom rosn�ce mo�liwo�ci zabezpieczenia kontrakt�w outsourcingowych zarz�dzania sieci�, a tak�e opracowania sprz�tu przeznaczonego do udost�pniania wdro�e�. Sprzedawcy sprz�tu sieciowego zaproponowali ju� kilka podej�� do udost�pniania sieci na poziomie architektury, a zainteresowanie udost�pnianiem sieci ro�nie. Warto wspomnie�, �e NV jest wysoce komplementarny w stosunku do SDN. S� wzajemnie korzystne, ale nie s� od siebie zale�ne; funkcje sieciowe mo�na zwirtualizowa� lub udost�pni� i wdro�y� bez konieczno�ci stosowania SDN i odwrotnie. Niemniej jednak pytanie, w jaki spos�b zoptymalizowa� wykorzystanie zasob�w sieciowych i zapewni�, �e ka�dy u�ytkownik otrzyma zakontraktowane QoS, bez ponoszenia nadmiernej sygnalizacji kontrolnej, pozostaje trudnym otwartym problemem. Argumentuje si�, �e nadmierna liczba zdarze� sygnalizacji steruj�cej, zwi�zany z tym narzut i d�ugi czas na sesj�, kt�re narzucaj�, s� "pi�t� Achillesa" w NGN, aby spe�ni� cele skalowalno�ci, QoS, koszt�w i efektywno�ci energetycznej

Pojawiaj�ce si� podej�cia umo�liwiaj�ce drastyczn� redukcj� narzutu sygnalizacji

Maj�c na uwadze opisane wcze�niej wyzwania, ostatnie odkrycia zaproponowa�y nowe sposoby skalowalnego, niezawodnego, efektywnego kosztowo i energooszcz�dnego projektu sterowania architekturami i protoko�ami sieciowymi opartymi na IP, zar�wno scentralizowanymi, jak i zdecentralizowanymi. W szczeg�lno�ci og�lna sie� zaproponowano mechanizm monitorowania o nazwie Samoorganizuj�ce si� wiele w�z��w kraw�dziowych - SOMEN. SOMEN umo�liwia wielu rozproszonym punktom decyzyjnym sterowania sieci� wykorzystanie wzorc�w korelacji �cie�ki sieciowej i informacji o ruchu w �cie�kach (uzyskanych przy wej�ciach i wyj�ciach sieci) w celu poznania topologii sieci i powi�zanych statystyk zasob�w ��czy w czasie rzeczywistym bez sygnalizowania �cie�ek. W ten spos�b SOMEN zapewnia zaawansowany schemat monitorowania sieci w celu obs�ugi og�lnych podsystem�w sterowania sieci� (np. QoS, SDN, NV, routing, planowanie przepustowo�ci ��czy itp.) W celu poprawy wydajno�ci bez narzutu sygnalizacji ci�kiego sondowania. Ponadto praca nad zaawansowan� rezerwacj� zasob�w opart� na klasach (ACOR) skutecznie wykaza�a prze�om, �e mo�liwe jest zaprojektowanie rozwi�za� sieciowych opartych na IP ze znacznie zmniejszonym obci��eniem sygnalizacji sterowania bez marnowania zasob�w lub naruszania zakontraktowanej jako�ci w przysz�o�ci Internet. Rozszerzony ACOR (E-ACOR) rozwija rozwi�zanie ACOR, proponuj�c wielowarstwow� agregacj� zarz�dzania zasobami i nowy protok�, aby skutecznie �ledzi� informacje o przeci��eniach na ��czach w�skich garde� w sieci bez nadmiernego obci��enia sygnalizacyjnego. Dlatego te najnowocze�niejsze podej�cia s� do�� obiecuj�ce dla projekt�w sterowania NGN, aby u�atwi� tworzenie atrakcyjnych i efektywnych kosztowo i energooszcz�dnych us�ug zgodnie z celami strategii "Europa 2020". Jednak rozwi�zania s� wci�� w powijakach, poniewa� skupiaj� si� tylko na jednej domenie sieciowej, podczas gdy Internet jest sieci� sieci. Ponadto ich potencjalne korzy�ci dla QoS, SDN i NV nie zosta�y jeszcze zbadane.

Wizja dla 5G Mobile

Je�li rozmawiali�my o obecnym obrazie 5G i wyzwaniach projektowych mi�dzy warstwami dla konkretnych przypadk�w wsp�pracy i mobilno�ci, teraz przenosimy nasz� uwag� na sie� kom�rkow�, gdzie mamy okazj� nie tylko zrozumie�, gdzie jeste�my warunki planu technologicznego, ale tak�e wyobrazi� sobie drog� do przodu w zakresie mo�liwych nowych topologii radiowych dla szybkich i energooszcz�dnych po��cze�. Je�li spr�bujemy ustali�, gdzie jeste�my pod wzgl�dem technologii mobilnej, zobaczymy, �e komunikacja mobilna ewoluuje w ogromnym tempie, bior�c pod uwag�, �e zaledwie 25 lat temu telefony kom�rkowe mia�y natur� analogow� i du�e jak ceg�a. Dzisiejsza technologia ewoluowa�a w niespotykanym dot�d tempie pierwsza fala sieci 4G zosta�a wdro�ona komercyjnie w Europie. Dzisiejsze telefony s� nie tylko wszechstronne, atrakcyjne pod wzgl�dem ergonomicznym i maj� charakter wielomodowy, ale tak�e zapewniaj� podstawowe us�ugi internetowe z szybko�ciami zbli�onymi do po��czenia ADSL. Jednak kluczowe czynniki motywuj�ce potrzeb� ewolucji tego, co pozostali�my, s� takie same jak w przypadku przysz�ego Internetu: Internetu przedmiot�w i miliard�w pod��czonych urz�dze�, o kt�rych m�wili�my przyspieszy gwa�towny wzrost mobilnego ruchu danych, a obecne prognozy wskazuj� na 1000-krotny wzrost w ci�gu nast�pnej dekady. Przewidywany wzrost rynku zach�ci� operator�w telefonii kom�rkowej do zbadania nowych sposob�w planowania, wdra�ania i zarz�dzania sieciami w celu poprawy zasi�gu, zwi�kszenia przepustowo�ci sieci i zmniejszenia wydatk�w kapita�owych i operacyjnych (Capex i Opex). D��enie do 5G mobile jest nie tylko zorientowane na sie�, ale tak�e zorientowane na u�ytkownika, poniewa� klienci nast�pnej generacji b�d� wymaga� wi�cej od swojej sieci, aby rozdzieli� swoje ci�ko zarobione oszcz�dno�ci. Nadal definiowane s� nowe scenariusze i aplikacje zab�jcze, kt�re przekonuj� u�ytkownik�w do inwestowania w 5G. Aby zapewni� rozwi�zanie w celu spe�nienia nowych i coraz bardziej rygorystycznych wymaga� u�ytkownik�w ko�cowych, interesariusze mobilni ju� przygotowuj� plan dzia�ania technologii 5G dla sieci kom�rkowych nast�pnej generacji, kt�ry ma zosta� wdro�ony do oko�o 2020 r. 5G ma szerok� wizj� i przewiduje cele projektowe, kt�re obejmuj� : 10-100 � szybko�� transmisji danych w pa�mie szczytowym, 1000 � pojemno�� sieci, 10 � wydajno�� energetyczna i 10-30 � mniejsze op�nienie, toruj�c drog� do gigabitowej sieci bezprzewodowej. Gigabitowa architektura bezprzewodowa sugeruje, �e �adna pojedyncza technologia nie b�dzie stanowi� wyzwania dla tego ostatecznego celu, ale konieczne b�dzie po��czenie r�nych podej�� umo�liwiaj�cych. W rzeczywisto�ci dzisiejsze mapy drogowe przedstawiaj� r�ne mieszanki widma (herc�w), wydajno�� widmow� (bity na herc na kom�rk�) i ma�e kom�rki (kom�rki na km2) jako krok w kierunku sprostania wyzwaniu 5G. W zwi�zku z tym, w miar� migracji w kierunku ery 5G, wraz z post�pem w dziedzinie technologii drobnokom�rkowych po��czonych z nowymi technikami uzupe�niaj�cymi, takimi jak Massive / mmWave MIMO i dodatkowym widmem, mo�emy potencjalnie doj�� do kandydata na rozwi�zanie 5G Mobile. Warto jednak zauwa�y�, �e technologia ma�ych kom�rek jest wci�� niedojrza�a i je�li konkretne wyzwania technologiczne dotycz�ce koordynacji interferencji i zarz�dzania mobilno�ci� mog� zosta� przezwyci�one w miar� zbli�ania si� do granic zag�szczania, stanie si� to najbardziej dominuj�cym podej�ciem technologicznym do osi�gni�cia 1000x wyzwania , z�agodzenie wymaga� dotycz�cych technologii MIMO i konstrukcji s�uchawki. Maj�c to na uwadze, redaktor chcia�by podzieli� si� swoimi pogl�dami na temat potencjalnego nowego podej�cia, kt�re mo�e dzi� przesuwa� granice technologii ma�ych kom�rek. Zr�bmy krok w przysz�o��…

Mobilne ma�e kom�rki na przysz�o��?

Przewiduje si�, �e ma�e kom�rki b�d� no�nikiem wszechobecnych us�ug 5G zapewniaj�cych efektywn� kosztowo komunikacj� o du�ej pr�dko�ci. Kluczem do rewolucji 4G jest dobrze znana femtokom�rka, kt�ra jest obecnie rynkowym rozwi�zaniem zapewniaj�cym energooszcz�dny szybki dost�p do Internetu dla scenariuszy wewn�trznych. Uzupe�niaj�c technologi� femtocell, standard LTE zapewnia wersj� zewn�trzn� w postaci wdro�enia pikokom�rki dostosowanej do pokrycia szerokiego obszaru; jednak ten ostatni wymaga infrastruktury sieci radiowej i starannego planowania, co stanowi znaczny koszt dla operator�w. Niemniej jednak, technologia femtokom�rek w pomieszczeniach musi pozosta� przy po��danym wska�niku energetycznym, co czyni go zwyci�skim kandydatem na podstawowy element konstrukcyjny, na kt�rym b�d� ewoluowa� sieci mobilne przysz�o�ci. Dlatego pojawiaj�ce si� pytanie jest intryguj�ce: co by by�o, gdyby�my mieli zerwa� z obecn� form� typowych aplikacji femto i rozszerzy� dost�pno�� femto na �wiat zewn�trzny? Wtedy by� mo�e natkniemy si� na nast�pn� generacj� technologii femtocell dla sieci 5G.

Na to pytanie cz�ciowo odpowiedzia�a dzisiejsza technologia ma�ych kom�rek, wykorzystuj�ca sta�e urz�dzenia zewn�trzne (metrocells), kt�re zapewniaj� us�ugi podobne do femto, lub urz�dzenia mobilne poprzez tethering; oba s� ograniczone pr�dko�ciami, interoperacyjno�ci� i zasi�giem. Jednak, aby w pe�ni odpowiedzie� na to pytanie, ta wizja rozszerza poj�cie zastosowa� femto na zewn�trz, wykorzystuj�c mobilne ma�e kom�rki. Te ma�e kom�rki s� skonfigurowane na ��danie i stanowi� "bezprzewodow� sie� kooperatywnych ma�ych kom�rek", kt�re maj� mn�stwo szybkiego po��czenia typu backhaul z sieci� mobiln�. Co wi�cej, kodowanie sieciowe, kt�re ma silne zastosowanie w zwi�kszaniu odporno�ci sieci, jest tutaj u�ywane jako narz�dzie nak�adkowe, aby zapewni� solidn� i op�acaln� komunikacj� do obs�ugi us�ug 5G. Ta wizja wykracza poza dzisiejszy paradygmat komunikacji, wykorzystuj�c bezpieczn� wsp�prac� sieciow� jako drog� do dostarczania danych szerokopasmowych, a poza tym us�ug w chmurze "w ruchu" w spos�b efektywny kosztowo i energooszcz�dnie. Jest to zbudowane na bazie nowej topologii sieci, kt�ra ustanawia wszechobecny dost�p do kom�rek femto-podobnych na ��danie, kt�ry wykracza poza statyczne wdra�anie, kt�re widzimy dzisiaj w �rodowisku wewn�trznym. W ten spos�b u�ytkownik ko�cowy jest zawsze w stanie mie� wszechobecny dost�p do tak zwanych mobilnych ma�ych kom�rek i ustanowi� energooszcz�dne po��czenie z sieci�, podczas gdy z drugiej strony operator mo�e efektywnie wykorzystywa� swoje widmo radiowe w czasach, gdy Zasoby spektralne s� na wag� z�ota.

Hotspoty z ma�ymi kom�rkami, z perspektywy u�ytkownika ko�cowego, s� pojazdem do korzystania z szerokiej gamy us�ug szerokopasmowych 5G przy niskich kosztach i mniejszym wp�ywie na �ywotno�� baterii mobilnych. Ka�da ma�a kom�rka jest kontrolowana przez "g�owic� klastra", urz�dzenie mobilne (lub pocz�tkowo mikrotelefon) w obr�bie zidentyfikowanego klastra, kt�ry jest nominowany do roli lokalnego mened�era radiowego w celu kontrolowania i utrzymywania klastra aktywnych u�ytkownik�w. Innymi s�owy, poj�cie "mobilnych ma�ych kom�rek" jest kierowane przez wsp�pracuj�cych u�ytkownik�w mobilnych, emuluj�c funkcje lokalnego punktu dost�pu lub mini stacji bazowej. Prosumenci (u�ytkownicy nast�pnej generacji s� zwykle okre�lani mianem prosument�w danych, poniewa� b�d� oni prawdopodobnie producentem tre�ci, w przeciwie�stwie do czysto konsumpcyjnych) po prostu uzyskaliby dost�p do sieci mobilnej poprzez dialog z tymi nominowanymi lokalnymi dost�pami punkty lub "kooperatywni u�ytkownicy", kt�rzy nie tylko zarz�dzaliby lokalnie zasobami radiowymi, ale dzia�aliby jako pomost do sieci bazowej za po�rednictwem szybkiej strefy zasi�gu LTE / LTE-A. Warto wspomnie�, �e mmWave MIMO spotka�o si� z du�ym zainteresowaniem jako technologia umo�liwiaj�ca zapewnienie wydajnej i szybkiej ��czno�ci kr�tkiego zasi�gu w celu uzyskania dost�pu do ma�ych kom�rek ze wzgl�du na dost�pno�� nieprzetworzonej i nieu�ywanej przepustowo�ci i mo�e by� tutaj dobrze pozycjonowana. Centraln� cz�ci� strefy pokrycia backhaul LTE jest inteligentna, masywna, masywna sie� MIMO, kt�ra mo�e konfigurowa� i utrzymywa� sie� MIMO zgodnie z po��danym QoS (nawet QoE), gdzie ponownie u�ytkownicy w pobli�u, jak r�wnie� sta�e przeka�niki, mog� dzia�a� jako rozproszone anteny . Ta funkcja w��czania b�dzie wykorzystywa� wsp�prac� w synergii z MIMO jako spos�b na popraw� niezawodno�ci / zasi�gu sieci na kraw�dzi kom�rki, jak r�wnie� zapewnienie podstawowego wsparcia mobilno�ci dla naszego podej�cia do ma�ych kom�rek.

Kluczowym aspektem tego projektu jest nak�adka kodowania sieciowego, kt�ra sama w sobie ma wiele zastosowa� w routingu, zwi�kszaj�c odporno�� na b��dy i oszcz�dzaj�c energi�. Mo�na to zastosowa� do nowej generacji mobilnych femtokom�rek, aby zapewni� "dodatkowy" energooszcz�dny wymiar. Zastosowanie NC stawia nowe wyzwania projektowe, poniewa� musimy zapewni� projekt mi�dzywarstwowy, aby czerpa� wszystkie korzy�ci, jakie NC mo�e zaoferowa� jako in�ynieria narz�dzia. Dlatego optymalizacja sieci kooperacyjnych sieci, w tym interoperacyjno�� z MIMO i harmonogramowanie, to kwestie projektowe, kt�re nale�y rozwi�za�. Co wi�cej, kodowanie sieciowe zapewnia bezpiecze�stwo oparte na kodowaniu sieciowym (bezpieczne kodowanie sieciowe), kt�re ma zasadnicze znaczenie dla dost�pu do ma�ych kom�rek, poniewa� b�d� one uwa�ane za obce w sieci i proxy do przekazywania informacji

R�na dynamika sieci mobilnych powoduje ponown� ocen� kompromisu in�ynieryjnego mi�dzy maksymalizacj� wydajno�ci, redukcj� koszt�w energii i dostarczaniem QoS. To otworzy�o drog� dla algorytm�w i mobilno�ci SO (samoorganizuj�cych si�), aby odegra� kluczow� rol� w dziedzictwie oraz przysz�e nowe technologie (takie jak LTE-A). Pojawienie si� algorytm�w sieci samoorganizuj�cych si� (SON) stanowi kontynuacj� naturalnej ewolucji sieci bezprzewodowych, w kt�rych zautomatyzowane procesy po prostu rozszerzaj� sw�j zakres z planowania cz�stotliwo�ci tylko na og�lne zarz�dzanie zasobami sieciowymi. Jednak firma SON do tej pory niewiele uwagi po�wi�ca�a QoE, kt�ra obecnie staje si� dominuj�c� miar� charakteryzuj�c� jako�� dostarczania medi�w. Je�li mo�emy w jaki� spos�b scharakteryzowa� QoE lub atrybuty bezpo�rednio wp�ywaj�ce na t� metryk�, mo�emy u�y� tego jako wska�nika do adaptacji, a nawet zmniejszenia przepustowo�ci aplikacji zgodnie z dopuszczalnym QoE, co prowadzi do mo�liwych oszcz�dno�ci energii i widm. Ta adaptacja jest wykonalna tylko wtedy, gdy mo�emy rozpowszechni� te efekty w warstwie internetowej / sieciowej. Innymi s�owy, wprowadzenie projektowania mi�dzywarstwowego do domeny radiowej w oparciu o QoE mo�e prowadzi� do potencjalnych oszcz�dno�ci energii. Mobilno�� ma r�wnie� zasadnicze znaczenie dla procesu projektowania, poniewa� prosumenci musz� r�wnie� cieszy� si� swobod� mobilno�ci, jakby byli pod��czeni do sieci makr. Ponadto w czasach, gdy heterogeniczne �rodowiska sieciowe (HetNets) zdominuj� scen� mobiln�, prosumenci musz� nie tylko by� w stanie migrowa� mi�dzy mobilnymi sieciami drobnokom�rkowymi, ale tak�e rozszerzy� t� mobilno�� na konwencjonalne ma�e kom�rki i heterogeniczne sieci mobilne. Rodzi to powa�ne wyzwania badawcze w zakresie energooszcz�dnych przekaz�w pionowych, kt�re obejmuj� przypadki u�ycia przekazywania dla mobilno�ci do / z mobilnych ma�ych sieci. Je�li chodzi o potencjalne przypadki biznesowe, w tym ekosystemie HetNet operator mo�e wykorzysta� mobilne ma�e kom�rki jako narz�dzie do ukierunkowania na kilka interesuj�cych nowych mo�liwo�ci biznesowych takie jak: odci��enie ruchu z sieci bazowej, unikni�cie ci�kiej inwestycji operatora w now� infrastruktur�, aby zaspokoi� ca�� baz� abonent�w; obs�uga urz�dzenia z urz�dzeniem (D2D), kt�ra jest rozwijaj�cym si� trendem u�ycia i biznesu w LTE-A; i wsp�praca oparta na zach�tach. W tym drugim przyk�adzie moc telefonu kom�rkowego u�ytkownika jest uwa�ana za towar, kt�ry mo�na wymienia� w zamian za umo�liwienie wsp�pracy mi�dzy u�ytkownikami lub poza ni�, aby dzia�a� jako punkt dost�pu. Szansa biznesowa dla sieci powstaje przy wdra�aniu scentralizowanego systemu p�atno�ci w celu promowania wsp�pracy nie altruistycznej. Jednak d��enie do tego typu topologii nadal wi��e si� z kilkoma wyzwaniami, kt�re nale�y rozwi�za�, w tym sygnalizacj� danych (transmisja w pa�mie lub poza pasmem), a nawet radio kognitywne do wyczuwaj i wykorzystuj mo�liwo�ci widmowe do transmisji ma�ych kom�rek w locie.

Uwagi ko�cowe

Buduj�c na systemach 4G, w najbardziej podstawowym znaczeniu 5G jest ewolucj� uwa�an� za konwergencj� us�ug internetowych ze starszymi standardami sieci kom�rkowych, prowadz�c� do tego, co jest powszechnie okre�lane jako "mobilny Internet" nad HetNets, z bardzo wysokimi pr�dko�ciami ��czno�ci. Ponadto zielona komunikacja odegra kluczow� rol�, nap�dzan� przez interesariuszy 5G i polityczn� d�wigni� w kierunku bardziej ekosystemu mobilnego dzi�ki efektywnym kosztowo podej�ciom projektowym. Oczywi�cie jasne jest, �e 5G b�dzie oznacza� znacznie wi�cej, w tym nowe scenariusze komunikacji i us�ugi oraz ewentualnie nowy interfejs lotniczy. Definicje tych rozwi�za� s� jednak nadal pewne, ale na razie wa�ne jest, aby pami�ta�, �e interdyscyplinarny projekt, czasami nazywany projektowaniem mi�dzywarstwowym, b�dzie odgrywa� wa�n� rol� w okre�laniu przysz�ych system�w komunikacji. Jasne jest, �e mo�emy zaprojektowa� najlepszy przysz�y Internet lub sie� dost�pu radiowego, ale je�li nie s� zaprojektowane do wsp�istnienia, dochodzimy do rozwi�zania 5G, kt�re jest w najlepszym razie chaotyczne i przyrostowe. W zwi�zku z tym niniejsza ksi��ka zosta�a opracowana w celu dostarczenia szczeg�owej analizy aktualnego stanu sieci kom�rkowych 5G i wyzwa�, kt�re jeszcze przed nami stoj�, w celu dostarczenia referencji i �r�d�a inspiracji, na kt�rych mo�emy budowa� nowe pomys�y. Rzeczywi�cie, je�li potrafimy uchwyci� podstawy 5G z holistycznej perspektywy, to jeste�my w stanie �adnie zaprojektowa� i ukszta�towa� elementy naszej mobilnej uk�adanki 5G, tak aby pasowa�y do siebie bezproblemowo i budowa�y obraz, kt�ry pierwotnie zamierzali�my kontynuowa� mobiln� spu�cizn�

Technologia 5GZab�jca czy Przyjaciel?

Wnioski i perspektywy na przysz�o��