Tajemnice architektury 5G SA

Od kilku lat mamy korzystamy z sieci 5G. Na mapie pojawiają się nowe nadajniki, a zasięg systematycznie rośnie. We wtorek ogłosiliśmy, że rozpoczęliśmy testy sieci 5G SA (Standalone). To kolejny krok milowy w rozwoju tej technologii. Przyjrzyjmy się co oznacza i co przyniesie nam w przyszłości? 

Zacznę od krótkiego usystematyzowania wiedzy. Użytkownik, podczas korzystania z sieci mobilnej, łączy się z siecią radiową, a następnie siecią rdzeniową. Ta pierwsza odpowiada za bezprzewodowy dostęp do sieci, druga to miejsca, gdzie tworzą się usługi. Obecnie sieć 5G działa w wariancie NSA (Non-Standalone). Oznacza to, że w sieci radiowej korzystamy z technologii 5G, a rdzeń sieci opiera się o technologię LTE. Jak można się więc łatwo domyślić, 5G SA będzie korzystać z najnowszej technologii w obu tych warstwach.

Takie rozwiązanie przyniesie konkretne korzyści, jak bardzo niskie opóźnienia, nieosiągalne dla rdzenia LTE czy skalowalność usług. I tym samym otworzy drzwi do całkowicie nowych zastosowań. Do konkretów, czym będzie różnić się 5G SA?

5G SA chmurą stoi

Po pierwsze, nowa architektura rdzenia sieci bazuje na chmurze i wykorzystuje technologię CloudReady. We wcześniejszych generacjach sieci komórkowej rdzeń ulokowany był na fizycznym sprzęcie w centrach danych operatorów. Dlaczego chmura? Bo pozwala łatwo i szybko skalować rozwiązania i usługi w zależności od bieżących potrzeb.

Weźmy na warsztat wydarzenie, jak festiwal muzyczny czy mecz, w którym uczestniczy bardzo dużo ludzi i wszyscy korzystają z transmisji danych. Obserwujemy wtedy bardzo duży ruch, który trwa kilka-kilkanaście godzin, czasem dni. Sieć 5G SA może automatycznie dostosowywania się do wielkości ruchu poprzez alokowanie w chmurze zasobów adekwatnych do aktualnych potrzeb. Wygląda to tak, że dana funkcja sieciowa np. zarządzanie sesjami danych i przydzielanie adresów IP, ma ustalony próg dopuszczalnego obciążenia na poziomie 80 czy 90%. Gdy próg ten zostanie osiągnięty, orkiestrator automatycznie powoła do życia kolejną funkcję sieciową, która przejmie tę nadwyżkę ruchu. W efekcie sieć się nie przeciąży, a użytkownicy będą mogli dalej komfortowo wysyłać filmiki z koncertów. Sky is the limit? Nie do końca, bo chmura też ma ograniczone zasoby. Dalej konieczne jest szacowanie spodziewanego ruchu i przygotowanie odpowiednich zasobów chmurowych. Niemniej daje to elastyczność, o której wcześniej mogliśmy tylko pomarzyć. 

Obecnie operatorzy korzystają z chmur prywatnych, co zapewnia kontrolę nad niezawodnością, pojemnością i bezpieczeństwem. Być może w przyszłości część funkcji sieciowych uruchamiana będzie również w chmurach publicznych, jak Google Cloud Platform czy AWS. 

Gęsta sieciowa siatka

Jak wspomniałam, dotychczas sieć rdzeniowa bazowała na wielkich centrach przetwarzania danych, które rozlokowane są w największych miastach Polski. Wrocław, Warszawa, Kraków, Gdańsk, Katowice, Poznań, Łódź, Lublin i inne. Odległość między tymi centrami, a końcowym użytkownikiem wynosi kilkadziesiąt-kilkaset kilometrów. Przekłada się to bezpośrednio na opóźnienia, które w rdzeniu LTE są rzędu 5-20 ms. To bardzo mało, ale wyklucza wprowadzanie niektórych innowacyjnych rozwiązań, jak choćby operacje na odległość. Architektura 5G SA zakłada znacznie wyższy poziom rozproszenia, dzięki czemu elementy, które odpowiadają za funkcje sieciowe będą znacznie bliżej użytkownika. Takie rozwiązanie nazywamy edge computing, czyli przetwarzanie brzegowe. Co otrzymujemy? Opóźnienia poniżej 1 ms.

I tak na przykład niemiecki startup Vay udostępnił aplikację, za pomocą której można wypożyczyć zdalnie sterowany samochód, który przyjedzie pod nasz dom kierowany przez telekierowcę oddalonego o wiele kilometrów. Po skończonej jeździe wysiadamy, a zdalny kierowca zaparkuje idealnie w liniach lub zabierze auto do kolejnego klienta. Jeśli chodzi o opóźnienia, nie ma tu miejsca na żadne kompromisy.

Dodam jeszcze, że taka gęsta siatka sieci rdzeniowej umożliwi dynamiczne przenoszenie funkcji sieciowych razem z logiką działania usługi, która została skonfigurowana i uruchomiona dla danego użytkownika, pomiędzy centrami przetwarzania, wybierając to, które jest najbliżej nas. Dla przykładu, jadąc samochodem będziemy mogli grać online na laptopie i nie powinniśmy odczuć zmiany połączenia pomiędzy jednym, a drugim centrum danych w sieci rdzeniowej.

Niezawodność dla biznesu

Niezawodności sieci 5G poświęciłam na blogu cały tekst. Chciałabym jednak nieco uzupełnić temat patrząc na niego z perspektywy architektury sieci. 5G SA umożliwi nam slicing, czyli wydzielanie prywatnych sieci mobilnych, które działają w danej lokalizacji i na określonym paśmie częstotliwości. Taki slice ma mieć bardzo niskie opóźnienia i właśnie wysoką niezawodność. Jak ją osiągnąć? Gdy urządzenie klienta będzie łączyć się z siecią, to w kanale radiowym zestawione będą dwa niezależne kanały w warstwie IP. Jeden z nich jest dominujący i aktywny. Tam odbywa się cała komunikacja. Drugi kanał traktujemy „awaryjnie”.  Jeśli pierwsze połączenie sieciowe z jakiegoś powodu znika, to drugi kanał jest w natychmiastowej gotowości do przejęcia komunikacji.

URLLC - Ultra reliable low latency communication - czyli ultra niezawodna komunikacja o niskim opóźnieniu, bo o niej mowa, to rozwiązanie przede wszystkich dla zastosowań biznesowych. Wszędzie tam, gdzie niezawodność jest na wagę złota, a i złotem pewnie przyjdzie za nią zapłacić. Przemysł 4.0, jazda autonomiczna, wreszcie medycyna i zdalne operacje, o których już wspominałam.

Kiedy te cuda ujrzą światło dzienne? Jeszcze trochę musimy poczekać, ale poczyniliśmy już w Orange kroki, które zbliżają nas do celu. Mowa o testach 5G SA, które właśnie rozpoczęliśmy i które pozwolą sprawdzić m.in. funkcjonalności i bezpieczeństwo nowej technologii. Mogę dodać, że pracujemy nad wariantem 5G SA w modelu dual core. Oznacza to, że nowa sieć rdzeniowa obsługiwać będzie zarówno 5G, jak i część funkcji sieciowych 4G. Ruch w sieci mobilnej cały czas rośnie, a w ten sposób zwiększymy pojemność LTE, bazując na tych samych zasobach częstotliwości.