Azóta, hogy a távközlési szabványügyi szervezeteket tömörítő 3GPP (3rd Generation Partnership Project) 2016-ban kibocsátotta a dolgok internetéhez fejlesztett NB-IoT (Narrowband-IoT) és LTE-M (Long Term Evolution for Machines) technológiák specifikációit, gyorsuló ütemben nőtt a rájuk épülő hálózatok száma, idén február végén már 89 darab működött belőlük világszerte. A mobil-IoT környezetek támogatásához kis energiaigényű és nagy területi lefedettséget adó LPWA- (Low Power Wide Area) megoldást kereső szolgáltatók és ügyfeleik így az elmúlt két évben is fejleszthettek, beruházásaikkal nem kellett a még mindig készülő 5G-specifikációk véglegesítésére várniuk - mutat rá fehér könyvében (Mobile IoT in the 5G future - NB-IoT and LTE-M in the context of 5G) a közel 800 mobilszolgáltatót képviselő, és további több mint 300 hardver-, illetve szoftverszállítót tömörítő szakmai szervezet, a GSMA.
Noha az első kereskedelmi 5G mobilszolgáltatások már idén elindulnak (lásd cikkünket a GSMA MWC19 Barcelona konferenciájáról), azok a szabványosítás első szakaszában közreadott specifikációkra épülnek - ez a Release 15 kiadás, amely maga is három lépésben vált, illetve válik elérhetővé, mert a harmadikra a legutóbbi határidő-módosítást követően csak idén júniusban kerül sor. A specifikációk a második fázisban érkező Release 16 kiadásban teljesednek majd ki, amely ugyancsak frissített ütemezéssel, 2020 első és harmadik negyedéve között, szintén három lépésben fog megjelenni. A beruházások védelmén túl a nagy horderejű szabványosítási folyamat összetettsége és hosszadalmassága is amellett szól, hogy a dolgok internetét is támogató mind újabb mobiltechnológiák szervesen épüljenek egymásra, máskülönben a hálózatok zökkenőmentes fejlődése, hosszú távú evolúciója aligha valósulna meg a gyakorlatban.
LPWA-alapozás
A dolgok internete - a jellemzően ipari használati eseteket leszámítva, amelyekben a vezetékek jobb megoldást adnak - alapvetően mobil-adatkommunikációra épül, amelyhez a 3GPP olyan, licencelt frekvenciákat használó, szabványosított LPWA technológiái alapoztak meg, mint a speciális követelmények szerint kidolgozott NB-IoT és LTE-M.
A GSMA Mobil-IoT gyűjtőnéven hivatkozik ezekre a technológiákra, amelyek szerény energiaigényüknél fogva lehetővé teszik például, hogy a hálózatra csatlakozó eszközök egyetlen akkumulátortöltéssel is sok éven át működjenek - így kedvezően hatnak az eszközök előállítási és karbantartási költségeire is. A korábbi WAN-technológiáknál jobb bel- és kültéri lefedettséget adnak erős hitelesítés és biztonságos kapcsolat mellett. További ismertetőjegyük, hogy kisebb adatcsomagok időszakonkénti továbbítására optimalizáltak, és egyszerűbb hálózati topológiájuknál fogva megkönnyítik mind a telepítést, mind a méretezést.
Gépek egymás közötti mobil-adatkommunikációját támogatja az LTE-M technológia - az M a machine-type communications (MTC) rövidülése. A szabvány, amelyet a 3GPP a Release 13 kiadásban mutatott be, egyszerűbb felépítésű eszközök nagy sűrűségű csatlakoztatását teszi lehetővé kevés energiafogyasztás és kis késleltetés mellett. Kiterjedtebb területi lefedettséget ad, miközben megengedi a meglévő LTE hálózat újrahasznosítását.
Kimondottan a dolgok internetének LPWA-követelményei szerint készült az NB-IoT szabvány, amely szintén a 3GPP Release 13 kiadásában mutatkozott be. Optimalizált hálózati architektúrát és továbbfejlesztett beltéri lefedettséget ad nagyon olcsó, kis áteresztőképességű és energiafogyasztású eszközök tömeges csatlakoztatásához, és jól tűri a késleltetést.
Mind az LTE-M, mind az NB-IoT sávon belül, az LTE szolgáltató meglévő frekvenciáin vagy külön, dedikált spektrumban egyaránt bevezethető azzal, hogy az NB-IoT a szolgáltató frekvenciákat elválasztó, interferenciától védő őrsávjában is telepíthető.
Változatos használati esetek
Az ötödik generációs mobiltechnológia lényege viszont, hogy a hálózatra csatlakozó emberek felhasználói élményét és a dolgok internetére, a gépek egymás közti kommunikációjára épülő használati eseteket egyszerre támogatja. Az 5G ezért egyszerre többféle - műholdas, wifi, vezetékes és 3GPP - hálózatelérést is lehetővé tesz, különböző technológiák együttműködésével szolgálja a szerteágazó használati eseteket. A koncepció értelmében ezért az olyan 3GPP technológiák is az 5G család tagjává váltak, mint az NB-IoT és az LTE-M.
Miközben az 5G rendszerint nagy adatátviteli sebességével és minden eddiginél kisebb késleltetésével szerepel a szalagcímekben, e képességei elsősorban a mobilinternet felhasználói élményének javításában és a valós idejű vezérlést megvalósító használati esetekben jutnak fontos szerephez. A gépek egymás közötti kommunikációjának támogatásához viszont ezzel szinte ellentétes követelményeknek kell megfelelnie a technológiának, mivel az LPWA hálózatokban alacsony bitráta és a késleltetés tűrése mellett a csekély energiaigény és a nagy területi lefedettség a fő szempont.
Hogy egyszerre támogathassák az egymással szembemenő követelményeket, az 5G rendszerek dinamikusan rendelik hozzá a hálózati erőforrásokat a különböző használati esetekhez a rájuk jellemző igények függvényében. A 3GPP és a Nemzetközi Távközlési Egyesület Rádiókommunikációs Szektora (ITU-R) az 5G-követelmények meghatározásakor három fő csoportba - mobil-IoT, kritikus kommunikáció és továbbfejlesztett mobilszélessáv - sorolta a használati eseteket.
A mobil - vagy más néven masszív - IoT tipikusan LPWA hálózatokra épülő használati eseteket jelöl, amelyekhez a nagy területi lefedés és kapcsolatsűrűség mellett a csatlakoztatott eszközök hosszú élettartama szükséges. A kritikus IoT-ként és URLLC-ként (Ultra Reliable Low Latency Communications) is ismert, nagy teljesítményű, ultramegbízható és elenyésző késleltetésű kommunikációs hálózatok ipari környezeteket és üzletkritikus alkalmazásokat támogatnak. A továbbfejlesztett mobilszélessáv pedig a multimédiás tartalmat fogyasztó emberek felhasználói élményét javítja jelentősen megnövelt hálózati teljesítménnyel.
A 3GPP a használati esetek mindhárom csoportját lefedte az 5G specifikációk kidolgozásakor, de az NB-IoT és LTE-M technológiákkal már támogatott mobil-IoT után az első szakaszban főleg a továbbfejlesztett mobilszélessávra összpontosított, míg a kritikus kommunikáció specifikációinak véglegesítése a második szakaszban kerül előtérbe.
Technológiák tág spektruma
Egyetértettek a 3GPP tagjai abban, hogy az LPWA használati eseteket a jövőben is NB-IoT és LTE-M technológiával fogják támogatni, azokat ennek megfelelően fejlesztik tovább az 5G specifikációk részeként, és az ITU-R követelményeinek teljesítésére is előterjesztik. Következésképp a ma bevezetett NB-IoT és LTE-M technológia a jövőben is az 5G család tagja marad, és együttműködik annak többi alkotóelemével - hangsúlyozza a GSMA.
Ilyen technológiai komponens többek között az 5G New Radio (NR), a kimondottan az ötödik generációs mobilkommunikációhoz kifejlesztett rádióhullámos csatolófelület, amely az 5G teljes spektrumát, a különböző hálózati modelleket, szolgáltatásokat és eszközöket támogatja, miközben visszamenőlegesen is kompatibilis a meglévő hálózati infrastruktúrával. Az 5G NR az LTE-M és NB-IoT technológiákat is támogatja, lehetővé téve az LPWA hálózatok adatforgalmának közvetlen átvitelét a saját frekvenciáján.
A 3GPP emellett több lehetséges megoldást mérlegel arra nézve, hogy az NB-IoT és az LTE-M technológia támogatását az ötödik generációs alaphálózatba is beépítse. A teljes körű kompatibilitás zökkenőmentes migrációs utat fog nyitni az 5G NR frekvenciák irányába, így a mobilszolgáltatók és ügyfeleik hosszú távon építhetnek majd meglévő NB-IoT és LTE-M hálózataikra.
