Ewolucja sieci mobilnych.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Ewolucja sieci mobilnych."

Szymon Urbaniak
7 lat temu
Przeglądów:

1 Ewolucja sieci mobilnych Paweł Kułakowski:

2 2

3 3

4 4

5 Dane ITU Cisco internetworldstats.com

6 Użytkownicy Internetu Źródło: 6

7 Użytkownicy Internetu liczba użytkowników (w milionach) Asia & Pacific The Americas Europe Africa CIS Arab States * Źródło: ITU 7

8 Użytkownicy: sieci kablowe i mobilne (w milionach) liczba użytkowników Przyrost 2015: 563 milionów, głównie smartfony Mobile-cellular telephone subscriptions Active mobile-broadband subscriptions Individuals using the Internet Fixed-telephone subscriptions Fixed broadband subscriptions * Źródło: ITU 8

9 Transfer danych w sieciach mobilnych +20% +43% Średnia szybkość transmisji w kanale DL [Mbit/s] +74% Średni miesięczny transfer danych przypadający na 1 smartfon [GB] Prognoza: Miesięczny światowy transfer danych [EB = 10 9 GB] Źródło: Cisco, luty 2016

10 3G vs. 4G, smart vs. non-smart 14% 47% 43% 34% Połączenia w sieciach komórkowych Transfer danych transfer 4G = 6 x transfer 3G 3% 43% 57% Źródło: Cisco Telefony 97% Transfer danych transfer smart = 41 x transfer non-smart 10

11 Wideo, masowość 36% 1% 55% 17% 6% 2% 75% 8% Rodzaj przesyłanych danych Prognoza % 7% Źródło: Cisco Procentowy udział w ruchu 1% najaktywniejszych użytkowników 11

12 Globalny transfer danych CAGR = roczna stopa wzrostu Od r. 2015: offload > transfer w sieciach komórkowych Źródło: Cisco

13 Koncepcje rozwoju Cisco Bell Labs IEEE Arraycom, Ofcom

14 3G/UMTS, 4G/LTE,? Sieci 5G, oczekiwania: 1. Integracja, heterogeniczność 2. Przepustowość: x 100 IEEE 3. Opóźnienia: 15ms (4G) -> 1ms 4. Energooszczędność 14

15 Trendy i wyzwania Trendy: wykładniczy wzrost ruchu w sieciach komórkowych zużycie energii w sieciach telekomunikacyjnych już obecnie sięga 1-2% energii dostępnej na rynku Prognoza transferu danych w sieciach mobilnych [EB] Wyzwania: 100-krotny wzrost pojemności sieci, oraz: 100-krotne obniżenie energetycznych kosztów transmisji 15 Źródła: Cisco, Bell Labs (Alcatel -> Nokia)

16 Motywacja: Wzrost pojemności sieci: 15-krotny - poszerzenie dostępnego pasma: z 150 MHz do prawie 3 GHz 5-krotny poprawa technik kodowania głosu 5-krotny lepsze techniki modulacji i dostęp MAC 2700-krotny mniejsze komórki Razem: wzrost x Czy to się da powtórzyć? 16 Źródła: Arraycom, Ofcom

17 Zagęszczanie sieci small (femto)cells Założenia: urządzenia montowane przez użytkowników (plug and play), bez żadnego planowania radiowego podłączenie do sieci kablowej pojemność sieci rośnie liniowo (!) aż do granicy 1 urządzenie/komórkę, potem wzrost: C = B log 2 (1+SNR) podłączenie do sieci kablowej Koszty: NSC: Neighbourhood Small Cell w większości przerzucone na użytkownika końcowego zużycie energii << w porównaniu z klasycznymi komórkami Szacunki : > 10 milionów komórek femto na świecie IEEE 17 Network Densification: The Dominant Theme for Wireless Evolution into 5G, IEEE Comm. Magazine 2014

18 Poszerzenie dostępnego widma C = B log 2 (1+SNR) widmo < 300 GHz licencjonowane i obsadzone możliwość wykorzystania pasma zwolnionego przez telewizję analogową zainteresowanie pasmem >6 GHz, a nawet > 60 GHz Wysokie częstotliwości: duże tłumienie sygnału, konieczność LoS USA 2016 moc rośnie proporcjonalnie do wykorzystywanego pasma ograniczony zasięg Zastosowanie: małe komórki / femto 18

19 Poprawa wydajności widmowej potencjał technik przetwarzania sygnałów uważa się raczej za wyeksploatowany dodatkowe anteny koncepcje: n użytkowników Network MIMO Massive MIMO orthogonal beamforming stacja bazowa K anten Massive/Network MIMO: nawet 100 anten na stacji bazowej możliwość jednoczesnego dekodowania wielu strumieni danych niwelowanie interferencji od użytkownika, które dane zostały już zdekodowane - Successive Interference Cancellation 19

20 Orthogonal beamforming ortogonalne charakterystyki antenowe K anten na stacji bazowej jednoczesna łączność z K użytkownikami warunek: estymacja kanałów UL i DL Ograniczenia technik MIMO/beamforming: mała liczba anten do stronie użytkowników problemy ze śledzeniem szybkozmiennych kanałów radiowych duży nadmiar informacji sygnalizacyjnych niska opłacalność przy dużej gęstości stacji bazowych Zastosowanie: duże komórki (makro) 20

21 Możliwy wzrost pojemności sieci Symulacje Bell Labs: Konfiguracje dla 1 Gbit/s x 5 dodatkowe pasmo częstotliwości gęstość: 300 uż./km 2 odległość MS-BS 35 m 75 m pasmo [MHz] liczba anten 4 4 Pojemność sieci x 120 x 1.4 (dodatkowe anteny) x 17 (wyższa gęstość sieci) 21 Źródło: Bell Labs (Alcatel -> Nokia)

22 Zużycie energii Punkt wyjścia: zużycie energii w sieciach IT już obecnie sięga 1-2% energii dostępnej na rynku wzrost przepustowości przez prosty rozwój infrastruktury niemożliwy zużycie mocy pojedynczej stacji bazowej: 1-10 kw Komórki femto: zużycie mocy: 8-12 W szacunki Bell Labs: większość komórek femto nie jest używana 80 mln komórek femto 12 W = energia średniej elektr. atomowej 22

23 Pobór mocy komórek femto Obecny pobór mocy w trybie jałowym: około 50% Propozycja dedykowanego trybu jałowego: adaptacja do ruchu w komórce redukcja sygnałów pilota, procedur przełączeń i średniej gęstości mocy Holger Claussen, Bell Labs 23

24 Technologie dla 5G 5G enablers 1. Komórki femto zagęszczanie sieci 2. Przenoszenie ruchu na sieci WiFi (offloading) 3. Massive MIMO 4. Fale milimetrowe (mmwave) 5. Komunikacja M2M 6. w warstwie sieci: - Cloud Radio Access Networks - Software Defined Networks 24

25 Machine-to-machine communication device-to-device comm. Urządzenia: sensory mierniki automatyczne miejskie czujniki oświetlenia, parkowania urządzenia komunikacyjne w pojazdach elementy systemów monitoringu 26% 48% 4% 8% 38% 5% 50% Urządzenia w sieciach mobilnych % Prognoza Źródło: Cisco

26 Dziękuję za uwagę! 26 Paweł Kułakowski

Podobne dokumenty

Ewolucja sieci mobilnych.

Ewolucja sieci mobilnych. Ewolucja sieci mobilnych Paweł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html 2 3 4 Dzisiejszy wykład: Sieci mobilne (komórkowe) 1. Stan obecny (dane), trendy, przewidywania 2. Koncepcje rozwoju