Ewolucja sieci mobilnych. Paweł Kułakowski:

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Ewolucja sieci mobilnych. Paweł Kułakowski:"

Witold Urbaniak
6 lat temu
Przeglądów:

1 Ewolucja sieci mobilnych Paweł Kułakowski:

2 2

3 3

4 Dzisiejszy wykład: Sieci mobilne (komórkowe) 1. Stan obecny (dane), trendy, przewidywania 2. Koncepcje rozwoju: 3/4G 5G

5 Dane 1. ITU: Measuring the Information Society Report 2. Cisco Visual Networking Index 3. World Internet Users Statistics: internetworldstats.com 4. IEEExplore

6 Użytkownicy Internetu 2016 Źródło: 6

7 Użytkownicy Internetu 2017 Źródło: 7

8 Użytkownicy Internetu marzec 2019 Źródło: 8

9 Użytkownicy Internetu* 2017 * gospodarstwa domowe (households) 9 Źródło: ITU

10 Użytkownicy Internetu Źródło: ITU

11 Użytkownicy: sieci kablowe i mobilne 11

12 Użytkownicy sieci komórkowych, 2017 (na 100 mieszkańców) 12 Źródło: ITU

13 Transfer danych w sieciach mobilnych Szybkość transmisji w kanale DL [Mbit/s] Prognoza: +71% +52% Miesięczny światowy transfer danych [EB = 109 GB] Źródło: Cisco, luty 2019

14 3G vs. 4G, smart vs. non-smart (2017) 35% 72% 21% 30% Transfer danych Połączenia w sieciach komórkowych połączenie 4G = 3 x połączenie 3G 11% 4% 9% 50% 1.8% 88% 1.3% 34% Urządzenia w sieciach mobilnych Transfer danych Źródło: Cisco 14

15 Rodzaj ruchu, masowość 2% 4% 7% 1% 12% 17% 11% 71% 55% 20% Rodzaj przesyłanych danych Prognoza % 7% Źródło: Cisco 6% Procentowy udział w ruchu 1% najaktywniejszych użytkowników 15

16 Globalny transfer danych sieci mobilne: CAGR = roczna stopa wzrostu Od 2015 r.: offloading > transfer w sieciach komórkowych Źródło: Cisco

17 Koncepcje rozwoju sieci mobilnych Cisco Bell Labs IEEE Arraycom, Ofcom

3G/UMTS, 4G/LTE 5G NR (New Radio) Oczekiwania względem sieci 5G: 1. Integracja, heterogeniczność 2. Obsługa b. dużej liczby urządzeń końcowych IoT/M2M 3.

18 3G/UMTS, 4G/LTE 5G NR (New Radio) Oczekiwania względem sieci 5G: 1. Integracja, heterogeniczność 2. Obsługa b. dużej liczby urządzeń końcowych IoT/M2M 3. Przepustowość: x 100 kanał DL: 1 Gbit/s i więcej IEEE 5. Energooszczędność 4. Opóźnienia: 15ms (4G) -> 1ms (5G) V2V comm., tactile internet, AR/VR, industrial applications 18

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 miesięcznego

19 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 miesięcznego transferu danych w sieciach mobilnych [EB] Wyzwania: 100-krotny wzrost pojemności sieci, oraz: 100-krotne obniżenie energetycznych kosztów transmisji 19 Źródła: Cisco, Bell Labs (Alcatel -> Nokia)

Motywacja: 1950-2000 Wzrost pojemności sieci: 15-krotny - poszerzenie dostępnego pasma: z 150 MHz do prawie 3 GHz 5-krotny poprawa technik kodowania głosu

20 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 krotny mniejsze komórki Razem: wzrost x Czy to się da powtórzyć? 20 Źródła: Arraycom, Ofcom

) aż do granicy 1 urządzenie/komórkę, potem wzrost: C = B log2(1+snr) IEEE NSC: Neighbourhood Small Cell Koszty: w większości przerzucone na

21 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 log2(1+snr) IEEE NSC: Neighbourhood Small Cell Koszty: w większości przerzucone na użytkownika końcowego zużycie energii << w porównaniu z klasycznymi komórkami Szacunki : > 10 milionów komórek femto na świecie Network Densification: The Dominant Theme for Wireless Evolution into 5G, IEEE Comm. Magazine

Poszerzenie dostępnego widma C = B log2(1+snr) widmo < 300 GHz licencjonowane i obsadzone możliwość wykorzystania pasma zwolnionego przez telewizję analogową zainteresowanie pasmem >6 GHz, a

22 Poszerzenie dostępnego widma C = B log2(1+snr) widmo < 300 GHz licencjonowane i obsadzone możliwość wykorzystania pasma zwolnionego przez telewizję analogową zainteresowanie pasmem >6 GHz, a nawet > 60 GHz (mmwaves) USA 2016 Wysokie częstotliwości: duże tłumienie sygnału, konieczność LoS moc rośnie proporcjonalnie do wykorzystywanego pasma ograniczony zasięg 22

wraz z częstotliwością rośnie tłumienie suchego powietrza, deszczu.

23 Poszerzenie dostępnego widma Przykładowo, przy przejściu 3 GHz 30 GHz: tłumienie rośnie mniej więcej 20 db (dla modelu Free Space Loss) wraz z częstotliwością rośnie tłumienie suchego powietrza, deszczu... oraz przeszkód: ścian i roślinności Zastosowanie: małe komórki / femto?

24 Poprawa wydajności widmowej potencjał technik przetwarzania sygnałów uważa się raczej za wyeksploatowany dodatkowe anteny koncepcje: n użytkowników Network MIMO Massive MIMO orthogonal beamforming Massive/Network MIMO: 100 i więcej anten na stacji bazowej możliwość jednoczesnego dekodowania wielu strumieni danych stacja bazowa K anten niwelowanie interferencji od użytkownika, które dane zostały już zdekodowane - Successive Interference Cancellation 24

Orthogonal beamforming ortogonalne charakterystyki antenowe K anten na

estymacja kanałów UL i DL Ograniczenia technik MIMO/beamforming: mała

szybkozmiennych kanałów radiowych duży nadmiar informacji

25 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) 25

26 Możliwy wzrost pojemności sieci Symulacje Bell Labs: x 5 dodatkowe pasmo częstotliwości Konfiguracje dla 1 Gbit/s gęstość: 300 uż./km2 odległość MS-BS 35 m 75 m pasmo [MHz] liczba anten 4 4 Pojemność sieci x 1.4 (dodatkowe anteny) x 120 x 17 (wyższa gęstość sieci) 26 Źródło: Bell Labs (Alcatel -> Nokia)

27 Możliwy wzrost pojemności sieci Testy 5G NR (field trials, over-the-air trials): Korea Telecom, Qualcomm, Samsung: - testy w pasmach 3.5 oraz 28 GHz Samsung: - ponad 1 Gbit/s, opóźnienia 1 ms Huawei + DOCOMO: - terminal jadący 20 km/s, przepustowość 2 Gbit/s - terminal stacjonarny, 2 Gbit/s na odległość 1.8 km Vodafone +Ericsson: - 15 Gbit/s, opóźnienie 5 ms 27

28 Standaryzacja sieci 5G Organizacja 3GPP (3rd Generation Partnership Project): Technical Documents (TD), Release 15, 16

mocy pojedynczej stacji bazowej: 1-10 kw Komórki femto: zużycie mocy: 8-12 W szacunki Bell Labs:

29 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 29

30 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 30

31 Machine-to-machine communication device-to-device comm. Związek z technologiami: Urządzenia: sensory mierniki automatyczne miejskie czujniki oświetlenia, parkowania urządzenia komunikacyjne w pojazdach elementy systemów monitoringu 11% 4% Internet of Things Industry 4.0 Networks 29% 53% 50% 5% 13% 34% Urządzenia w sieciach mobilnych w 2017 r. Prognoza na 2021 r. 31 Źródło: Cisco

32 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 / IoT 6. w warstwie sieci: - Cloud/Virtual Radio Access Networks - Network Slicing - Software Defined Networking 32

33 Dziękuję za uwagę! 33 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