I och med 5G IoT-radionätstjänsterna kommer vi att påbörja en översyn av den globala kommunikationsinfrastrukturen – i praktiken ersätter vi en trådlös arkitektur som skapats under detta århundrade med en annan som syftar till att minska energiförbrukningen och underhållskostnaderna.

De viktigaste intressenterna för trådlös 5G-teknik – telekommunikationsleverantörer, tillverkare av transmissionsutrustning, antenntillverkare och servertillverkare – vill alla infria löftet att kablar och sladdar kommer att tillhöra det förflutna när det gäller att leverera kommunikation, underhållning, nätverksanslutning och en mängd andra tjänster, när alla 5G-komponenter är fullt utbyggda och i drift.

I den här artikeln ska vi titta på hur nära de är att uppfylla detta löfte, genom att undersöka några av de befintliga och föreslagna användningsområdena för 5G IoT-radionätstjänster.

Vad är 5G?

5G är den femte generationen av mobilnätsteknik. Varje generation har sina egna definierande egenskaper såsom frekvensband, framsteg inom överföringsteknik och bithastigheter.

Den första generationen eller 1G introducerades 1982. Det blev aldrig någon officiell standard, även om det gjordes flera försök att standardisera digital trådlös cellulär överföring, varav inget blev globalt. 2G/GSM lanserades omkring 1992, samtidigt som stora delar av världen började använda CDMA. Det globala standardiseringssamfundet kom till slut samman i sitt 3rd Generation Partnership Project (3GPP), och 3G lanserades i början av 2000-talet. 4G standardiserades 2012.

Vid maximal prestanda har 4G-nät en teoretisk nedladdningshastighet på 1 gigabyte per sekund. 5G-nät börjar på 10 gigabyte per sekund, med ett teoretiskt maximum på 20 gigabyte per sekund eller mer. 5G erbjuder också lägre latens eller nätverksfördröjning, vilket i praktiken innebär att det tar kortare tid för information att färdas genom systemet.

Förutom rå hastighet och stabilitet erbjuder 5G en form av segmentering som kallas network slicing. Detta gör det möjligt att skapa flera virtuella nätverk ovanpå en delad fysisk infrastruktur. Det ger också möjlighet att spänna över flera delar av ett nät, t.ex. kärnnätet, transportlagret eller accessnätet. Varje nätverksskiva kan skapa ett heltäckande virtuellt nätverk, med både beräknings- och lagringsfunktioner.

Vad är 5G IoT-radionätverkstjänster?

IoT-enheter och IoT-plattformar använder en mängd olika trådlösa tekniker, inklusive kortdistansteknik i det olicensierade spektrumet, som Wi-Fi, Bluetooth eller ZigBee, och teknik från det licensierade spektrumet, som GSM och LTE. De licensierade teknikerna erbjuder ett antal fördelar för IoT-enheter, inklusive förbättrad provisionering, enhetshantering och aktivering av tjänster.

Den framväxande licensierade tekniken för 5G IoT-radionätstjänster ger IoT en rad möjligheter som inte är tillgängliga med 4G eller annan teknik. Dessa inkluderar möjligheten att stödja ett stort antal statiska eller mobila IoT-enheter, som har en mängd olika krav på hastighet, bandbredd och tjänstekvalitet.

En stor del av den globala 5G-planen omfattar flera samtidiga antenner, varav vissa använder ett spektrum som telekomleverantörer kommer överens om att dela med varandra. Andra delar av utbyggnaden kommer att omfatta delar av det olicensierade spektrum som tillsynsmyndigheterna för telekommunikation kommer att hålla öppet för alla hela tiden. Därför innehåller en del av 5G-tekniken system som gör det möjligt för sändare och mottagare att fördela tillgången till oanvända kanaler i det olicensierade spektrumet.

De flesta av dessa 5G IoT-radionätstjänster kan grupperas under tre huvudkategorier: förbättrat mobilt bredband (eMBB), massiv IoT (även känd som massiv maskintypskommunikation eller mMTC) och kritisk kommunikation.

Förbättrat mobilt bredband (eMBB)

Förbättrat mobilt bredband (eMBB) under 5G kommer att ha kapacitet att stödja stora volymer datatrafik och ett stort antal användare, inklusive IoT-enheter. Enligt vissa uppskattningar uppgår denna kapacitet till minst 100 GB per månad och kund, vilket innebär en kraftig expansion av IoT-marknaden för konsumenter genom snabba, tillförlitliga och säkra anslutningar med låg latens. Dessutom kommer kostnaden för dataöverföring per bit att minska, vilket gör det äntligen möjligt att erbjuda ”obegränsade” datapaket.

Förbättrat mobilt bredband kommer att stödja leverans av högupplöst video på konsumentnivå (t.ex. för TV och spel) och uppslukande kommunikation, t.ex. videosamtal och förstärkt verklighet och virtuell verklighet (AR och VR). Vissa prognoser för 5G-latenstiden anger den till så låg som 1 millisekund mellan en enhet och dess basstation, vilket ökar utsikterna för fingertoppskontroll över avlägsna tillgångar (det så kallade ”taktila internet”) och högupplösta videokonferenser. Det kommer också att underlätta dataöverföring för smarta stadstjänster, inklusive IoT-videokameror för övervakning.

eMBB är avsett för mer tätbefolkade storstadsområden med nedladdningshastigheter på närmare 1 Gbps (gigabit per sekund) inomhus och 300 Mbps (megabit per sekund) utomhus. Detta kommer att kräva installation av extremt högfrekventa millimetervågsantenner (mmWave) i hela landskapet, som kan komma att uppgå till hundratals eller till och med tusentals.

På landsbygden och i förorterna kommer förbättrat mobilt bredband att ersätta 4G LTE-systemet, med ett nytt nätverk av rundstrålande antenner med lägre effekt som ger en nedladdningstjänst på 50 Mbps.

Massiv IoT (mMTC)

Massive Machine Type Communications eller mMTC gör det möjligt för maskin-till-maskin (M2M) och Internet of Things (IoT) applikationer att fungera utan att belasta andra tjänsteklasser. 3GPP narrowband IoT (NB-IoT) och Long-Term Evolution Machine Type Communications (LTE-M) är befintliga tekniker som är integrerade i den nya typen av snabb bredbandskommunikation i 5G-eran.

Dessa 4G-tekniker förväntas fortsätta att ha fullt stöd i 5G-nät under överskådlig framtid. De tillhandahåller för närvarande mobila IoT-lösningar för smarta städer, smart logistik och smart mätning. I takt med att 5G utvecklas kommer de att användas för att få tillgång till multimediainnehåll, strömma förstärkt verklighet och 3D-video, och för att tillgodose kritisk kommunikation som fabriksautomation och smarta elnät.

mMTC upprätthåller servicenivåerna genom att implementera en uppdelad servicenivå för enheter som kräver en nedladdningsbandbredd så låg som 100 Kbps, men med en latens som hålls låg på cirka 10 millisekunder.

Kritisk kommunikation

För kritiska kommunikationskrav där bandbredd spelar mindre roll än hastighet kan URLLC-teknik (Ultra Reliable and Low Latency Communications) ge en end-to-end-fördröjning på 1 millisekund eller mindre. Denna servicenivå skulle möjliggöra autonoma eller självkörande fordon, där besluts- och reaktionstiderna måste vara nästan omedelbara. För företag kommer 5G:s extrema tillförlitlighet och låga fördröjning att möjliggöra smarta energinät, förbättrad fabriksautomation och andra krävande applikationer med stränga krav.

URLLC har faktiskt potential att göra 5G konkurrenskraftigt gentemot satellit, vilket öppnar upp för möjligheten att använda 5G IoT-radionätstjänster som ett alternativ till GPS för geografisk lokalisering.

En kompletterande uppsättning 5G-standarder kallad ”Release 16” som var planerad till slutet av 2019 innehåller specifikationer för V2X-kommunikation (Vehicle-to-Everything). Denna teknik omfattar länkar med låg latens mellan fordon i rörelse (särskilt de med autonoma körsystem) och molndatacenter. Detta gör att mycket av styr- och underhållsprogramvaran för rörliga fordon kan fungera från statiska datacenter, bemannade av mänsklig personal.

Användningsfall för 5G IoT-radionätstjänster

Branschanalytiker räknar med att de initiala kostnaderna för att förbättra 5G-infrastrukturen kan bli astronomiska. För att klara sig ekonomiskt kommer telekomföretagen och andra aktörer i ekosystemet att behöva erbjuda nya typer av tjänster till nya kundsegment.

Ett antal användningsområden finns för närvarande eller är på väg att utvecklas.

Moln och Edge Computing

Den trådlösa tekniken för 5G IoT-radionätstjänster gör det möjligt att distribuera molntjänster mycket närmare användarna än de flesta datacenter som drivs av stora aktörer som Amazon, Google eller Microsoft. För kritiska, högintensiva arbetsbelastningar kan detta göra 5G-tjänsteleverantörer till livskraftiga konkurrenter till molnleverantörer.

Genom att föra processorkraften närmare konsumenten och minimera den fördröjning som orsakas av avstånd blir 5G på samma sätt ett verktyg för edge computing-miljöer, där datahanteringen måste ske så nära enheter och applikationer som möjligt. Med tillräckligt stora fördröjningar kan applikationer som för närvarande kräver stationära eller bärbara datorer flyttas till mindre och mer mobila enheter med betydligt mindre inbyggd processorkraft.

Fordonsindustrin

Den höga bandbredden hos 5G kan ge en sömlös och högkvalitativ tjänst för fordonsnavigering, infotainment och andra tjänster i standardfordon och autonoma fordon. Anslutningar med låg latens och hög bandbredd kan stödja fordonsplatåer, vilket förbättrar bränsleeffektiviteten och minskar antalet förare som krävs på vägarna.

Nästan noll latens möjliggör utvecklingen av förarlös eller autonom fordonsteknik, medan nätverksslicing ger väg- och infrastrukturförvaltare en högre grad av flexibilitet och möjlighet att tilldela nätverksskivor till specifika funktioner.

(Bildkälla: GSMA)

Även om det är osannolikt att helt autonoma fordon kommer att rulla på allmänna vägar under de närmaste åren, blir uppkopplade och smarta fordon allt populärare. Till exempel kommer 75 % av de bilar som levereras 2020 i Australien sannolikt att ha någon form av anslutningsmöjlighet.

Media och innehållsleverans

Den höga bandbredden och låga fördröjningen i 5G möjliggör överföring av högupplöst video i realtid i stora volymer. Det gör både videokonferenser och streaming av underhållning snabbare och mer engagerande för deltagarna. Dessa aktiviteter blir också mer mångsidiga, eftersom 5G kan stödja direktsändningar med smartphones och interaktiva och uppslukande VR-upplevelser.

Med 5G Fixed Wireless Access (FWA)-system kan bredbandstjänster för hemmet snabbt och kostnadseffektivt installeras på landsbygden och i andra områden som inte har tillgång till fast bredband för hemmet. FWA kan leverera hastigheter som liknar fiberbaserade tjänster, till en betydligt lägre kostnad (ca 74%) än kabelanslutningar.

I kombination med edge computing kan 5G:s låga latens och höga bandbredd förbättra spelupplevelsen i molnet, och edge processing av stora datamängder minskar behovet av mer kraftfulla AR/VR-headsets. Liknande förbättringar med hjälp av förstärkt och virtuell verklighet gör det möjligt för organisationer inom detaljhandeln att skapa minnesvärda kundupplevelser.

Tillverkning

5G IoT-radionätstjänster gör det möjligt att ansluta ett stort antal enheter på ett säkert och kostnadseffektivt sätt, medan uppkoppling med låg latens möjliggör virtuell styrning av maskiner. Därför krävs färre processorenheter på fabriksgolvet, samtidigt som telemetri eller informationsutbyte kan ske mellan ett stort antal sammankopplade enheter i realtid.

Precis som inom fordonsindustrin kan tillverkare med hjälp av network slicing tilldela nätverksdelar till specifika funktioner, och en kombination av cloud computing, eMBB och mMTC kan underlätta överföringen av realtidsinformation med hög upplösning.

Hälso- och sjukvård

Kablar och sladdar i operationssalarna kan ersättas av de säkra trådlösa anslutningar med låg latens som möjliggörs av 5G. För sjukhusadministrationen kommer dataanalys av medicinska journaler att förbättra effektiviteten, medan AR och VR som levereras via 5G med låg latens och hög bandbredd kan bidra till diagnos och utbildning av medicinsk personal. Fjärrdiagnostik i realtid kan också förbättras genom att leverera högkvalitativ video via 5G.

I framtiden kan 5G IoT-radionätstjänster till och med driva robotar för att dela ut läkemedel, stödja diagnostik och utföra vissa typer av operationer.

Smarta städer

5G IoT-nätverk har potential att bidra till stadsförvaltning, till exempel genom utplacering av stadsomfattande luftkvalitetsmonitorer och varningssystem för hälso- och säkerhetsrisker. Massdigitalisering av vissa offentliga tjänster är möjlig, liksom användning av uppkopplade fordon för polis och räddningstjänst, kopplade till trafikljus.

Network slicing kommer att göra det möjligt för stadsförvaltningar att tillhandahålla högre säkerhet och tillförlitlighet för verksamhetskritiska tjänster.

Smarta verktyg

Förbättrad edge computing kommer att göra det möjligt för leverantörer av allmännyttiga tjänster att bättre skala upp antalet anslutna enheter och distribuera plattformar och analyser som kan hantera de ökade datavolymerna i realtid.

Trådlös 5G kan erbjuda ett flexibelt och kostnadseffektivt alternativ till fiber för den sista milen och underlätta den långsiktiga hanteringen av komplexa virtuella energiproduktionsanläggningar.

Blickar framåt

Medan trådlös 5G kommer att göra slut på mycket av kabeldragningen i dagens städer, kommer plattformens krav på kortdistansinfrastruktur – många små basstationer med låg effekt som innehåller sändare och mottagare – att skapa en ny och karakteristisk form av landskap.

De 5G-mobilnät som används idag har utvecklats från befintliga 4G-nät, som kommer att fortsätta att fylla många funktioner. Framöver kommer leverantörer av 5G IoT-radionätstjänster att behöva säkerställa att deras nät stöder både nuvarande och framtida krav på användningsområden.