Výzvy a perspektívy mobilných sietí

0

Dostupnosť kvalitného mobilného pripojenia vrátane dostatočnej kapacity na prenos dát považujeme v súčasnosti za samozrejmosť.  O niektorých špecifikách a  perspektívach služieb mobilných operátorov v blízkej budúcnosti predovšetkým v súvislosti s očakávaným nárastom objemu dátovej komunikácie sme sa pozhovárali s Jurajom Eliášom, riaditeľom sietí O2.

Občas vzniknú situácie, keď sa na jednom mieste zhromaždí veľký počet ľudí. Typický príklad je festival a všetci chcú mať možnosť hlasovej, ale predovšetkým dátovej komunikácie. Ako operátori riešia takéto situácie?

Juraj Eliáš: Podobne ako iné utilitné služby typu dodávky vody, elektriny, plynu aj kapacita poskytovania služieb mobilných operátorov má svoje limity, ktoré sú dimenzované s ohľadom na špecifiká danej oblasti a predpokladajú rozumné správanie ľudí v tejto oblasti. Občas nastanú spravidla predvídateľné, ale niekedy aj nepredvídateľné situácie, keď sa stretnú v jednej lokalite veľké skupiny ľudí, či už ide o športové udalosti, koncerty, festivaly a podobne. V takýchto situáciách záleží na počte obyvateľov a ich správaní. Operátori sa snažia aj v takýchto situáciách poskytnúť dostatok komunikačnej kapacity. Kedysi mali operátori zjednodušenú úlohu, pretože im stačilo plánovať a poskytnúť dostatok 2G kapacity na vtedy prevládajúcu hlasovú komunikáciu a SMS správy. V súčasnosti sa komunikačné trendy uberajú skôr smerom k dátovým spojeniam. Stačí súčasnosť porovnať so situáciou spred niekoľkých rokov, keď sa na koncerte zhromaždilo niekoľko stovák, niekedy aj tisícov ľudí a väčšina z nich sa chcela o zážitok podeliť prostredníctvom telefonátu či SMS správy. Dnes rovnaké množstvo ľudí bude minimálne posielať fotky alebo aj zdieľať videostream na sociálnej sieti. V základných kanáloch máme k dispozícii pomerne málo frekvencií, presnejšie povedané, ide o šírku kanálov, čo sa ovplyvniť veľmi nedá. Výsledok je taký, že z 10 MHz šírky kanála možno vytvoriť pomerne veľkú prenosovú kapacitu, napríklad 73 Mbit/s, a túto kapacitu treba rozdeliť  medzi pomerne veľa používateľov, rádovo ide o niekoľko stoviek ľudí. Dostupnosť kapacity potom závisí od toho, ako sa budú títo používatelia „komunikačne“ správať.

Nepríjemný je pri dátovej komunikácii fakt, že väčšina komunikačnej prevádzky je typu TCP, čiže komunikačný protokol si vyžaduje potvrdzovanie. Našťastie prenos multimédií využíva protokol UDP (User Datagram Protocol), keď dáta plynú jedným smerom a nie sú potvrdzované. UDP je tzv. nespoľahlivý protokol z balíka internetových protokolov. Prenáša datagramy medzi zariadeniami v sieti, ale na rozdiel od TCP nezaručuje, že prenášaný paket sa nestratí, že sa nezmení poradie paketov, prípadne že sa niektorý paket nedoručí viackrát. Vďaka tomu je UDP na ľahké a časovo citlivé účely rýchlejší a efektívnejší. Jeho bezstavová povaha je užitočná aj pre servery, ktoré odpovedajú na malé požiadavky mnohých klientov. UDP sa používa napríklad na DNS, streamované médiá, prenos hlasu alebo videa (VoIP) a on-line hry.

Vráťme sa však k „spoľahlivému“ potvrdzovanému protokolu TCP. Na jeho prenosovú kapacitu má veľký vplyv latencia spojenia, takže, zjednodušene povedané, vypýtanie dátového balíka a jeho následné potvrdenie trvá určitý čas. Predpokladajme základnú latenciu spojenia 400 ms a z toho sa dá urobiť odhad, za aký čas sa údaje prenesú. Situácia sa navyše skomplikuje, ak dôjde k strate alebo poškodeniu niektorého prenášaného paketu a jeho prenos treba opakovať. A práve takéto situácie často vznikajú, ak súčasne komunikuje viac používateľov v lokalite pokrytej jednou bázovou stanicou. Vtedy aj relatívne malá stratovosť dokáže podstatne znížiť prenosovú kapacitu. Samozrejme, k stratám alebo poškodeniam paketov dochádza aj z iných príčin, napríklad z dôvodu lokálneho zarušenia. Výsledkom je potom zlá používateľská skúsenosť.  Z toho vyplýva, že na zvýšenie prenosovej kapacity treba skrátiť latenciu, aby sa pakety TCP dokázali, ľudovo povedané, otočiť ­rýchlejšie, čo má dramatický vplyv na zvýšenie priepustnosti siete.

Väčšina spojení, či už ide o mobilné, alebo ADSL pripojenie, je nesymetrická. To znamená, že sa dá posielať do siete oveľa menej dát než z nej sťa­hovať. Je to vytvorené úmyselne, pretože štatisticky ľudia z internetu v bežných situáciách sťahujú oveľa viac dát, než do siete posielajú. Preto pri upstreame dôjde k zahlteniu siete oveľa skôr než pri downstreame. Ak sa v určitej lokalite zvýši prevádzka na upstreame, napríklad viacerí budú posielať obrazový stream, logicky sa znížia dátové toky a výsledok je taký, že napríklad videokodeky budú využívať vyššiu kompresiu alebo nižšie rozlíšenie, čo v konečnom dôsledku znamená nižšiu kvalitu videa.  Ak operátori takúto situáciu predvídajú, snažia sa zvýšiť prenosovú kapacitu v danej oblasti okrem iného aj tým, že poskytnú iné spôsoby pripojenia, teda pokryjú oblasť štadióna či festivalu pripojením Wi-Fi. Na zvýšenie prenosovej kapacity a zlepšenie pokrytia nestačí zobrať prívesný vozík s anténou a postaviť ho na vhodné miesto. Ešte predtým treba naplánovať pokrytie daného prostredia a následne doladiť konfiguráciu, nasmerovať antény tak, aby boli pokryté všet-ky sektory a aby nevznikali interferencie a podobne. Samozrejme, nestačí len pokryť dané územie, ale treba odtiaľ dátovú prevádzku dostať von, optimálne cez optické alebo rádiové prenosové trasy.

Riešením by mohlo byť carrier agreggation čiže prenos súčasne na viacerých frekvenciách, ale telefónov podporujúcich túto technológiu  v súčasnosti nie je veľa a možnosť agregovať všetky do- stupné kanály, to je vlastne vízia 5G sietí, ktoré poskytnú oveľa širšie možnosti, ako pokryť oblasti s vyšším počtom používateľov.

Ako sa mobilní operátori pripravujú na internet vecí, keď mnoho zariadení bude odkázaných na mobilné pripojenie?

Juraj Eliáš: V oblasti úzkopásmového pripojenia bola situácia dlhý čas neprehľadná, pretože 3GPP (3rd Generation Partnership Project) prijalo zodpovedajúce štandardy pripojenia pre IoT cez mobilné siete až tento rok. Predtým operátori využívali infraštruktúru pracujúcu vo voľnom pásme, predovšetkým na frekvencii 868 MHz, či už je to technológia Sigfox, alebo LoRaWan, ktoré možno predbehli dobu a vývoj v mobilných sieťach. Na druhej strane sú tu obmedzenia vyplývajúce z využívania  voľného pásma, kde utilizácia pásma z pohľadu koncového zariadenia je menšia ako 1 percento. Sigfox posiela  12 bajtov trikrát za sebou bez ­potvrdzovania, takže za deň sa dá poslať 140 správ. Takýto typ komunikácie možno využiť predovšetkým na zber dát.

Operátori majú postavených na území Slovenska veľa bázových staníc a pre nich by bolo najjednoduchšie a najvýhodnejšie, keby dokázali využiť existujúce investície a úpravou softvéru na bázových staniciach LTE dokázali využiť časť pásma na prenos úzkopásmových signálov pre IoT. Na porovnanie, implementácia Sigfoxu v Českej republike má mať okolo 350 bázových staníc, zhruba toľko má O2 bázových staníc v Bratislave a okolí. Výhodou Sigfoxu je o 20 dB lepši link budget, ľudovo povedané, tento signál lepšie preniká prostredím ako súčasné mobilné siete. Napriek lepšiemu prieniku signálu bude problém s niektorými scenármi nasadenia, napríklad s odčítavaním vodomerov v šachtách hlbokých 1,5 m a podobne.

Problémom IoT vyplývajúcim zo spomínaného neskorého prijatia štandardu 3GPP je aktuálny nedostatok vhodných čipových súprav. V súčasnosti má takúto súpravu dostupnú Intel, no na začiatok roka 2017 ohlásilo svoje čipové súpravy niekoľko renomovaných výrobcov.

Zobrazit Galériu

Ľuboslav Lacko

Všetky autorove články

Pridať komentár

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať