5G-teknik och möjliga användningsområden

I vårt tidigare inlägg pratade vi om hur DevOps är kärnan i 5G. I det här uppföljande blogginlägget tittar vi närmare på varför Communication Service Providers (CSP:er) behöver ett annat arbetssätt när de bygger upp sin 5G-kapacitet. Vi går igenom 5G-arkitekturen, utmaningarna den medför och olika användningsfall som möjliggörs av 5G och som Digital Service Providers (DSP:er) kan dra nytta av.

Vad är 5G?

5G är nästa steg i utvecklingen av mobilteknik. För slutanvändaren innebär 5G ännu högre nedladdningshastigheter och lägre latens. Här är några siffror som jämför olika generationer av mobilnät (se källan.)

Från användarutrustning till mobilradionätet

Hur uppnås dessa siffror? I praktiken på samma sätt som tidigare. Mobilmaster sänder radiosignaler till slutanvändarens utrustning och ger uppkoppling, men den avgörande skillnaden med 5G är att det huvudsakligen sker i ett högre frekvensspektrum. Dessa nya spektrum medför egna utmaningar. De täcker betydligt mindre områden och blockeras lättare av vardagliga objekt, som byggnader och naturmiljöer. För att hantera dessa begränsningar introduceras 5G New Radio (5G NR) som ett nästa generations radiogränssnitt för att förbättra prestanda, skalbarhet och effektivitet i dagens mobilnät. 5G NR använder optimerade OFDM-baserade (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) vågformer, multipel åtkomst och Dynamic Spectrum Sharing. Standardiseringsorganen har ännu inte enats om en enda OFDM-vågform att använda och kommer troligen att välja flera lösningar för olika användningsfall.

Införandet av Massive MIMO är också en central komponent i så snabba 5G-nät. MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) innebär överföring och mottagning av flera datasignaler över samma radiokanal. Traditionellt består antennuppsättningar av två till fyra antenner, men för Massive MIMO har leverantörer introducerat uppsättningar med 96 eller till och med 128 antenner. Det kan mångdubbla anslutningens kapacitet utan behov av ytterligare spektrum.

På radiosidan ser vi redan den första utmaningen i 5G-arkitekturen. Nättätheten ökar avsevärt jämfört med tidigare generationer av mobilnät. Enligt branschuppskattningar kan antalet mobila basstationer och antenner behöva öka med mer än 100 gånger. Ett sådant antal nätelement kan bara drivas och underhållas effektivt om det finns ett automatiseringssystem från början till slut och CSP:er och leverantörer samarbetar nära för att förkorta antingen den genomsnittliga tiden till leverans eller den genomsnittliga återställningstiden, så att slutanvändarupplevelsen inte påverkas vid fel. Automatisering och samarbete är de två grundläggande DevOps-principer som behöver införas tillsammans med radionäten.

Multi-access Edge Computing (MEC)

Multi-access Edge Computing, eller mer förenklat Mobile Edge Computing, är en form av nätverksarkitektur som i hög grad bidrar till 5G-nätens krav på hastighet och latens. MEC gör det möjligt att köra molntjänster och applikationer vid mobilnätets edge, vilket effektivt minskar det fysiska avståndet mellan användarutrustningen och applikationen, eller mellan två användarenheter. I en vitbok från 2015 identifierar ETSI MEC som en ”nyckelteknik och ett arkitektoniskt koncept som möjliggör utvecklingen mot 5G”. MEC möjliggör lokal körning av applikationer och därmed insamling, lagring och analys av data, vilket gör tekniken till en viktig möjliggörare för exempelvis IoT-användningsfall.

Införandet av MEC-arkitektur innebär ytterligare utmaningar för CSP:er, när det gäller antalet MEC-platser, antalet applikationsinstanser och den totala kostnaden för MEC-anläggningarna. MEC är dock inte bara fördelaktigt för CSP:er, utan även för publika molnleverantörer. Vi har redan sett många samarbetsinitiativ från AWS, Microsoft, IBM och många andra för att erbjuda publika edge cloud-lösningar.

Potentialen i hybridmolnlösningar kan ge CSP:er nya möjligheter, som cloud bursting, eller nya processer för arkivering, release och driftsättning av nya mjukvaruversioner, och även hantering av disaster recovery.

Parallellt med dessa möjligheter behöver CSP:er hantera utmaningen med en diversifierad molninfrastruktur, mjukvarudistribution och provisionering på ett kraftigt ökat antal platser. Dessa krav understryker åter vikten av centrala DevOps-principer kring automatisering och samarbetsekosystem, där CSP:er, publika molnleverantörer och telekomleverantörer kan bidra.

Containers! Containers överallt!

Även applikationerna förändras med 5G. När nya arkitekturer som MEC införs behöver även de samlade edge- och kärnnätselementen förändras. Utöver de uppenbara arkitekturkraven och standardiserade funktionerna behöver andra mjukvarukvalitetsegenskaper, som driftbarhet, kompatibilitet och underhållbarhet, få större betydelse. Det stora antalet applikationer och den höga takten i introduktionen av nya tjänster, driven av konsumenter av digitala tjänster, tvingar telekomleverantörer och CSP:er att omvärdera dagens VNF-arkitekturer och gå vidare med implementeringen av Cloud Native-nätverksfunktioner (CNF:er). Containerisering och CNF:er är en del av en växande trend som försöker hantera de flesta av dessa utmaningar genom att standardisera gränssnitt, erbjuda en konsekvent körmiljö och förenkla hanteringen av applikationers livscykel. I gengäld har containers och CNF:er sina egna utmaningar. Vi har redan fragmenterade infrastrukturer och lägre mognad inom exempelvis säkerhetsverktyg, samt problem med tillståndsfulla containers. Versions- och releasehantering, övervakning och analys är också områden där betydande förbättringar bör genomföras under de kommande åren.

Som vi såg i svaren på en nyligen genomförd Light Reading-webinar förväntar sig en stor majoritet av respondenterna att hälften av deras arbetslaster ska köras som mikrotjänster i containrar år 2025. Låt dig dock inte luras att tro att det finns gott om tid att implementera driftmiljön och automatiseringen, eftersom implementeringen av sådana system lätt kan ta flera år.

Allt handlar om data

I ett 5G-nätverk, där miljarder uppkopplade enheter förväntas generera data, bör effektiv nätverksautomatisering försöka dra nytta av den. All data – från Consumer Data Platforms (CDP), Network eller Service Operations Center (NOC och SOC), KPI:er och mätvärden till indikatorer för applikationsprestanda och loggar – bör samlas i lämpligt utformade datasjöar. Dessa enorma mängder data bör användas operativt med hjälp av olika algoritmer för maskininlärning och AI. Dessa ML- och AI-lösningar kan omvandla relativt enkla, skriptade och händelsestyrda nätverk till verkligt agila nätverk som kan optimera och läka sig själva.

Användningsfall för 5G

Enligt dessa beräkningar klarar sig ett hushåll med fyra personer och hög internetanvändning med mindre än 200 Mbps bandbredd. Vilka användningsfall finns då för behov som överstiger det?

3GPP definierade tre grundläggande användningsfall inom ramen för projektet SMARTER (Study on New Services and Markets Technology Enablers). Dessa är Enhanced Mobile Broadband (eMBB), Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC) och Massive Machine Type Communications (mMTC). Möjliggörande tekniker för sådana användningsfall är Gigabit LTE (GiLTE), Massive MIMO, Millimeter Wave (mmWave), tekniker för spektrumdelning, MEC, Fixed-Wireless Access och Narrowband IoT.

Enhanced Mobile Broadband (eMBB)

eMBB-användningsfall är dataintensiva och kräver hög bandbredd. Exempel är molntjänster och UHD, strömning av 8K-video, uppslukande spelupplevelser (inklusive AR- och VR-spel), videoanalys, uppslukande eventupplevelser och telemedicin.

Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC)

URLLC, eller verksamhetskritisk styrning, kräver extremt låg latens samt hög tillförlitlighet, tillgänglighet och säkerhet. Exempel är AR-aktiverat underhåll, AR-stödd turism, autonoma fordon eller kommunikation mellan fordon och omgivning (V2X), automatisering av produktionslinjer, fjärroperationer, telemedicin och alla tillämpningar inom Tactile Internet.

Massive Machine Type Communications (mMTC)

mMTC-användningsfall omfattar situationer där energieffektiva enheter med små datamängder ansluter i mycket stor skala, till exempel i smarta städer, som assistenter för autonoma fordon, för fjärrstyrning av robotar eller inom hamn- och flygplatsverksamhet. För att utnyttja mMTC fullt ut krävs vidareutveckling av Narrowband IoT, exempelvis stöd för röst, positionering, enhetsmobilitet och trådlösa firmwareuppdateringar. Det krävs också effektiv upplänkstransmission med multipel access i form av en WAN-hanterad mesharkitektur med flera hopp.

Digitalisering omdefinierar CSP:ers roll

”När telekombolag genomgår digital transformation utvecklas de från leverantörer av kommunikationstjänster (CSP:er) till leverantörer av digitala tjänster (DSP:er)”, säger Rainier Kellerhals på Microsoft. Men för att framgångsrikt ta tillvara fördelarna med ett 5G-nätverk behöver CSP:er definiera sina digitala tjänster – och de användningsfall de vill erbjuda och tjäna pengar på för sina slutanvändare – under den digitala transformationsprocessen. Det verkliga affärsvärdet med 5G ligger inte i den nya nätverksarkitekturen och högre nedladdningshastigheter för abonnenter, utan i de digitala tjänsteerbjudanden som skiljer CSP:er från ”dumma” ledningar.

För att ta tillvara denna potential erbjuder vi en faciliterad, gemensam workshop inom tjänstedesign som samlar nyckelpersoner från flera verksamhetsområden. Den genomförs gemensamt av Eficodes 5G DevOps- och designteam.