BUDAPESTI GAZDASÁGI EGYETEM PÉNZÜGYI ÉS SZÁMVITELI KAR
INTERNET OF THINGS: ÖNVEZETŐ JÁRMŰVEK A LOGISZITKÁBAN
Belső konzulens: Dr. Gubán Ákos
Szentgyörgyi Dávid
Külső konzulens: Varga József
Levelező tagozat Gazdaságinformatikus Logisztikai informatikus
2017.
NYILATKOZAT
Alulírott …………………………………………………..………. büntetőjogi felelősségem tudatában nyilatkozom, hogy a szakdolgozatomban foglalt tények és adatok a valóságnak megfelelnek, és az abban leírtak a saját, önálló munkám eredményei. A szakdolgozatban felhasznált adatokat a szerzői jogvédelem figyelembevételével alkalmaztam.
Ezen szakdolgozat semmilyen része nem került felhasználásra korábban oktatási intézmény más képzésén diplomaszerzés során. Tudomásul veszem, hogy a szakdolgozatomat az intézmény plágiumellenőrzésnek veti alá.
Budapest, 20…. év ………………. hónap ……… nap
………………………………………….. hallgató aláírása
Tartalomjegyzék 1.Bevezetés ............................................................................................................................. 4 1.1
Módszertan ............................................................................................................... 5
2. Technikai áttekintés ............................................................................................................ 7 2.1. Internet of Things ......................................................................................................... 7 2.1.1. Általában az IoT-ről .............................................................................................. 7 2.1.1.1. Definíció szerint .............................................................................................. 8 2.1.1.2. Néhány elképzelt modell ................................................................................ 9 2.1.2. Követelmények .................................................................................................... 11 2.1.2.1. Együttműködési képesség ............................................................................. 11 2.1.2.2. Szabványosítás .............................................................................................. 12 2.1.2.3. Hálózati követelmények ............................................................................... 12 2.1.2.4. Biztonság ...................................................................................................... 13 2.1.3. Problémák és lehetőségek.................................................................................... 13 2.1.3.1. Erősségek ...................................................................................................... 15 2.1.3.2. Gyengeségek ................................................................................................. 15 2.1.3.3. Lehetőségek .................................................................................................. 15 2.1.3.4. Veszélyek, problémák ................................................................................... 16 2.2. Mobilhálózatok mint IoT támogató rendszer ............................................................. 17 2.2.1. Mobilhálózati fejlődéstörténet ............................................................................. 17 2.2.2. Az 5G mobilhálózatok ......................................................................................... 20 2.2.2.1 LTE-M ........................................................................................................... 21 2.2.3 Az 5G hálózat követelményei .............................................................................. 21 2.2.3.1. Célkitűzés...................................................................................................... 22 2.2.3.2. Kulcsfontosságú teljesítménymutatók .......................................................... 22
1
2.2.3.3. Infrastruktúrális előírások ............................................................................. 23 2.2.4. A követelmények megvalósítása ......................................................................... 25 2.2.4.1. Architektúra .................................................................................................. 25 2.2.4.1.1. Hálózati elemek ...................................................................................... 27 2.2.4.1.2. Hálózati kiépítés ..................................................................................... 28 2.2.4.1.3. Skálázhatóság ......................................................................................... 29 2.2.4.1.4. A hálózat feldarabolása .......................................................................... 29 2.2.5. Kivitelezés és lehetőségek ................................................................................... 30 2.3. A Szoftveres automatizálás ........................................................................................ 32 2.3.1. Általában az automatizálásról.............................................................................. 32 2.3.2. NFV ..................................................................................................................... 33 2.3.2.1. Előnyök ......................................................................................................... 34 2.3.2.2. Kihívások ...................................................................................................... 35 2.3.2.3. Felépítés ........................................................................................................ 36 2.3.3. SDN ..................................................................................................................... 38 2.3.3.1. Részei ............................................................................................................ 38 2.3.3.2. Síkjai ............................................................................................................. 40 2.3.3.3. Néhány fontos fogalom ................................................................................. 40 2.3.4. Informatikai hatások ............................................................................................ 41 2.3.5. Gazdasági hatások ............................................................................................... 42 3. Digitalizáció: Ipar 4.0 ....................................................................................................... 42 3.1. Aktuális helyzet az automatizálásban ........................................................................ 44 3.2. Együttműködési követelmények ................................................................................ 45 3.2.1. Az Ipar 4.0 részei ................................................................................................. 46 3.2.2. Kialakulásának előfeltételei................................................................................. 47
2
3.2.3. Kihívások ............................................................................................................. 48 3.3. Az Ipar 4.0 lehetőségei ............................................................................................... 50 3.3.1. A szolgáltatások előretörése ................................................................................ 50 3.3.2 Just-In-Time ......................................................................................................... 51 3.3.3 Logisztika ............................................................................................................. 51 4. Logisztikai lehetőségek..................................................................................................... 52 4.1. Önvezető járművek .................................................................................................... 54 4.2. ITS - Intelligent Transport System ............................................................................. 55 4.2.1. Hatásai ................................................................................................................. 56 4.2.2 Platooning ............................................................................................................. 57 4.3. A szektorra való hatások ............................................................................................ 58 5. Következtetések, interjúk.................................................................................................. 60 5.1 Gazdasági interjú ......................................................................................................... 61 5.2 Technikai interjú ......................................................................................................... 63 5.3 Következtetés .............................................................................................................. 66 6. Összefoglalás .................................................................................................................... 67 Irodalomjegyzék ................................................................................................................... 69 Ábrák, képek, táblázatok jegyzéke ....................................................................................... 74 Mellékletek ........................................................................................................................... 75 Technikai interjú kérdései ................................................................................................. 76 Gazdasági interjú kérdései ................................................................................................ 77
3
1.Bevezetés Dolgozatomban egy jelenleg feltörekvő és sokak által említett téma, az Internet of Things (röviden és a továbbiakban csak IoT) tulajdonságait, technikai követelményeit, megvalósulásának lehetőségeit és gazdasági hatását fogom vizsgálni. A téma aktualitása helytálló, hisz az IoT jelenleg is formálódó koncepció, hamarosan mindennapi életünk szerves része lesz, amely áttalakítja, illetve valószínűleg jelentősebben része lesz, mint a ma kiaknázás alatt levő Internet. Mi is a IoT? Egy gazdasági lehetőség, egy megoldandó probléma, egy olyan lépcső amely számtalan lehetőséget, innovációt és fejlesztési kihívást fog és már jelenleg is hozott magával. Ez az összefogó fogalom, különböző hálózatok lokális, vagy akár globális összekötéséről van szó, ahol már nem feltétlen szükséges emberi interakció egy-egy esemény bekövetkezéséhez. A dolgozat négy fő részből áll. Az első rész több alfejezetre tagolódik, melyekben bemutatom az IoT fogalmát és annak kialakulását, a jelenlegi technikai adottságokat és az elvárt technikai követelményeket. Kifejtésre kerülnek a velejáró lehetőségek és problémák amelyek még hosszú távon fogják több terület szakértőit foglalkoztatni. Egy ilyen globális méretű változásnak, mint említettem, számos egymástól független hálózat, eszköz, vagy objektum összekapcsolása hatalmas adatforgalmat fog generálni, amihez robosztus hálózati alapot kell biztosítani. Dolgozatomban feltételezem, hogy ez a jelenleg fejlesztés alatt álló ötödik generációs (továbbiakban 5G) mobilhálózatok fogják szolgálni, aminek fejlődését, infrastruktúráját és vele szemben állított követelményeket külön fejezetben mutatom be. Ennek tekintetében, ha maximalizálni
akarjuk az eszközökben rejlő potenciál
kihasználtságát, akkor figyelembe kell vennünk egy fontos témát, amely szintén manapság lett felettébb aktuális. A szoftveres automatizálás egy újabban globális trend, melyet szükségszerű felhasználni, hogy az előző bekezdésben kifejtett követelmények ki tudják szolgálni a jövőben jósolt igényeket. Emiatt külön fejezetben fejtem ki az automatizálás sajátosságait, illetve a hálózatokra gyakorolt hatását, mint a hálózatok szoftveres automatizálása és virtualizációja.
4
Az előbbiek feltételezése mellett, azaz, hogy rendelkezésre áll egy automatizált, minden szükséges igényt kiszolgáló hálózati infrastruktúra, amely megfelelően skálázható, kifejtem az IoT gazdaságra tett hatásait. Az automatizálás nem csak szoftvereket, de a gazdaság több szektorát is érinteni fogja. Lényegében bátran kijelenthetjük hogy mindhármat, de legalább a primer és szekunder szektort, gyökeresen megváltoztatja. Ez a fejezet az ipari dolgok internetéről, a gazdaság reakciójáról, együttműködéséről és lehetőségeiről, más néven az Ipar 4.0-ról fog szólni. Amennyiben az előzőek lehetővé teszik, lehetőség szerint kialakítható egy modell a gazdaságról, melyben alkalmazzák ezeket a technológiákat.. Eszerint a szemlélet szerint fejtem ki a logisztikai szektorra gyakorolt hatást. Ezek olyan területek melyek már jelenleg is aktuálisak, mint az önvezető járművek, az okos infrastruktúra, az intelligens logisztikai rendszerek. Milyen változások következhetnek be szektoron belül és ezek milyen költségeket vagy esetleg megtakarításokat hordoznak magukban. Dolgozatom végén elemzem szakmai interjúim, melyek mind gazdasági, mind technikai szempontból fognak a téma aktualitására és annak lehetőségeire koncentrálni, majd ezeket szembeállítani modellemmel, összegezve egyéni véleményemmel.
1.1 Módszertan Dolgozatomban, állításaim bizonyításra kvantitatív kutatás készítése helyett, a rendelkezésre álló statisztikai predikciók felhasználását, továbbá kvalitatív módszertant alkalmaztam. A szakmai szakirodalmat külső konzulensem ajánlásával, illetve saját kutatás és szakmai gyakorlaton
szerzett
ismereteim
alapján
gyujtöttem
és
állítottam
össze.
Az
irodalomjegyzékben legfőképp olyan szabványokat specifikáló neves intézményeket, szakmai tudásban élen járó vállalatokat választottam, mint az IEEE, az ETSI,az IETF,az NGMN, a 3GPP, az ITU, a GSMA, vagy a Nokia, Ericsson és a Cisco, de irodalmaim között található az Európai Bizottság is. Az imént említett szervezetek jelentős szerepet játszottak az Internet és annak hatékonyságának fejlesztésében, a ma ismert mobilkommunikáció és hálózatok által elérhető szolgáltatások elérhetővé tételében.
5
A kvalitatív módszerek általában mélyremenőbbek és árnyaltabb ismeretet tesznek lehetővé. Dolgozatom
nevezhető
lenne
egy
elméletbizonyítási
kutatásnak,
vagy
akár
esettanulmánynak, olyan szempontból, hogy az adott témában nagy terjedelmű kutatást teszek, mely lehetővé tette számomra, illetve teszi az olvasó számára, hogy tovább vizsgálódhasson felállított hipotézisemmel és szabadon a témával kapcsolatban. Az ismereteim rétegzett minta alapján történő tartalomelemzésnek is nevezhetjük. Dolgozatom ebből a szempontból egy béta, azaz műszaki és egy gamma, azaz gazdaságtudományi kutatás is egyben. Kvantitatív adatok hiányában két darab mélyinterjút állítok szembe hipotézisemmel, illetve egymással. Az informatikai kérdőívemben rákérdezek az 5G hálózatokon felmerülő követelményekről, a szabványokról, illetve, hogy milyen érdeklődés kiséri a jelenleg fejlesztés alatt álló hálózatot operátori, vagy akár más üzleti célok szempontjából. Milyen jövőképet lehet elképzelni egy ilyen infrastruktúra alapján, milyen hatásai lesznek az informatikára. Gazdasági kérdőívemben egy kereskedelemben jártas szakemberrel készítettem interjút a dolgozatban kifejtett lehetőségekkel kapcsolatban. Értve ezalatt, hogy mekkora hatással lennének ezek a változások egy vállalkozásra, megérné-e hosszú távon egy effajta befektetés, mennyire tartja valóságosnak a dolgozatban említett modellek alkalmazását. Törekedtem, hogy az interjúk formálizáltak és megfelelően struktúráltak legyenek. Az interjúk elméleti alapú mintavételezéssel, azaz célzottan választottam ki, melynek célja a kivitelezés és az általa előálított feltételek alkalmazhatóságának szembeállítása. Az interjúk legalább félig-struktúrált formában készültek. A kérdőíveim részletezését és azok elemzését egy későbbi fejezetben fogom mélyebbremenően kifejteni és megvizsgálni.
6
2. Technikai áttekintés 2.1. Internet of Things 2.1.1. Általában az IoT-ről Egyszerűen fogalmazva az emberiség fejlődésének egyik legalapvetőbb pillére nem volt más mint a kommunikáció. Az emberek információt cseréltek, dokumentáltak, osztottak meg egymással, hogy az a későbbiekben megmaradjon, előrelátóan felhasználható legyen. Ezek a fennmaradt adatok az idő folyamán újra és újra alkalmazásra kerültek, tovább fejlődtek, pontosabbá váltak. Ahogy haladtunk előre az idők során ezek az egyszerű tapasztalatok tudássá, majd bölcsességekké alakultak. A környezetünk minél részletesebb megismerése arányosan korrelál a gyűjtött adatok mennyiségével. A dolgok internete egy olyan jelenség, amely az élet számos területén fog szinte elképzelhetetlen mennyiségű adatot szolgáltatni ismereteink bővítésére, információt biztosítva további lehetőségek és tudás megszerzésére. Az IoT egyértelműen kijelenthető, hogy mindennapi életünk egy új reformját fogja elénk tárni. Gondoljunk csak bele, hogy az Internet elterjedése milyen drasztikus változást hozott nem is olyan rég. Ezen túllépve egy következő lépcsőfokra lépünk, ami nem ér véget a számítógépek, telefonok, vagy tabletek hálózati összekötésénél. Egy olyan korszak eljövetele, ahol több eszköz fog egymással kommunikálni, mint ember jelenleg él a Földön. Ha az Internet gyökeres változást hozott életünkbe a kommunikáció alapjaiban vett átváltoztatásával, az IoT lesz az eddigi legprofitábilisabb, változékonyabb és ütőképesebb technológia, ami eddig világszerte bárki által elérhető. Fel kell készülnünk egy új "Csatlakoztatott világra".
7
2.1.1.1. Definíció szerint Az Internet of Things mint kifejezés eredetileg Kevin Ashton brit tudóstól származik 1999ből, amikor megpróbálta elmagyarázni az RFID 1(Radio-Frequency Identification) fogalmát. Négy kontinensen, több mint hét egyetem alkotott egy csoportot egy olyan technológia kifejlesztésére, amely RFID azonosítók alapján képes beazonosítani bármely eszközt, amely ötlet később IP és URI 2(Uniform Resource Identifier) formátummá fejlődött (Evans, 2011) A ITU-T által kibocsájtott dokumentum alapján a GSI, azaz Global Standards Initiative az Internet of Thingset az információs társadalom jövőbeni infrastruktúrájaként fogalmazta meg (ITU-T, 2012). A Cisco egy 2011-es tanulmányában az internet egy új fejlődési szakaszaként fogalmaz, amit három fő jellemzővel lehetne kiegészíteni: adatvédelem, autonómiás és irányítottság. (Evans, 2011) Mások úgy határozták meg, mint egymáshoz csatlakozott fizikai eszközök, vagy "okoseszközök", legyenek ezek beágyazott elektronikai eszközök, járművek, épületek, vagy akár városok közötti együttműködés, ami lehetővé teszi az ilyen objektumok közötti, vagy tőlük származó adatok gyűjtését és cséréjét. (Rose, Eldridge, & Chapin, 2017) További források, Internet of Everything, Industrial Internet azaz Ipari, vagy a mindenség interneteként említik meg (Bartolomeo, 2014). Míg mások egy olyan gyűjtőhálózatként tekintenek rá amely az eddig létező különböző világméretű hálózatokat fogja össze, fejleszti tovább biztonsági, elemzői és kezelhetőségi szempontból. (GSMA, 2014)
1
"RFID: (Radio Frequency IDentification) automatikus azonosításhoz és adatközléshez használt technológia, melynek lényege adatok tárolása és továbbítása RFID címkék és eszközök segítségével. Az RFID címke egy apró tárgy, amely rögzíthető, vagy beépíthető az azonosítani kívánt objektumba. Az objektum lehet tárgy, például egy árucikk, vagy alkatrész, illetve élőlény, így akár ember is." - https://goo.gl/1QWHIQ, 2017. február 2 "URI: (Uniform Resource Identifier) “egy rövid karaktersorozat, amelyet egy webes erőforrás azonosítására használunk. Közismert példái a webcímek, más néven URL-ek. Az URI az erőforrást kétféleképp azonosíthatja: hely szerint (URL) vagy név szerint (URN).”- https://goo.gl/R5Xscz, 2017. február
8
Az Internet Engineering Task Force3 (későbbiekben IETF) egy absztraktjában a következőképp említi a dolgok internetét: "Egy olyan trend, melyben nagy mennyiségű eszköz alkalmaz az Internetes protokollok által elérhető kommunikációs szolgáltatásokat. Sok ilyen eszköz, melyeket gyakran csak "okos" eszközöknek hívunk, nem feltétlenül emberi befolyás hatására működnek, hanem épületek, járművek komponenseiként vannak jelen környezetünkben." (Tschofenig, Arkko, & Thaler, Architectural Considerations in Smart Object Networking, 2015). Az említett definíciók szerint egy olyan változásról beszélhetünk, mely globálisan fogja átalakítani a hálózatokról alkotott látásmódunkat, melynek célja a megfelelő információ biztonságos, gyors, könnyen és automatizáltan elérhetővé tétele legyen szó bármilyen adatról. 2.1.1.2. Néhány elképzelt modell Az Internet Architecture Board, röviden IAB az Internet Society (ISOC) tanácsosa, ami az IETF egy testülete. Az RFC4 (Request For Comment) egy olyan IETF organizációjához benyújtott dokumentum amely az internet további fejlődését szolgálja, melyet a testület dönti el, hogy továbbiakban internetes szabvánnyá válhat-e. Egy 2015-ben kiadott dokumentum, az Architectural Considerations in Smart Object Networking (RFC 7452)-ben, kialakítottak néhány átfogó modellt, amely fő kérdései az RFC 6574-ben definiált okos eszközök közötti kommunikáció alapjait biztosítja. Ez alapján szeretném röviden ismertetni a dokumentumban említett négy kommunikációs mintát (Tschofenig, Arkko, & Thaler, Architectural Considerations in Smart Object Networking, 2015).
3
Az IETF feladata az Internet-en használatos szabványok használatának szabályozása, az RFC-ken keresztül https://www.ietf.org/ - 2017. Február 4 Az Internet különböző szolgáltatásait, az adatok továbbítását és egyéb, a hálózattal kapcsolatos dolgokat leíró eljárások, protokollok gyűjteménye. http://http//www.titoktan.hu/_raktar/biztonsag/InformatikaiErtelmezoSzotar.htm - 2017. február
9
•
Eszköz-eszköz kommunikáció (1. ábra) Az
eszköz-eszköz
kommunkiációs
modellben az objektumok közvetlenül egymáshoz csatlakoznak egy közvetítő közegen
keresztül,
mint
például
a
Bluetooth, vagy Wi-fi. Az ilyen eszközök általában egy meglévő protokollon való
1. ábra Az eszköz eszköz kommunikáció modellje Forrás: (Rose, Eldridge, & Chapin, 2017), p19, 2017. Március (Saját szerkeztés)
kommunikációra összpontosítanak, így a közöttük való használhatóság sérül. •
Eszköz-felhő kommunikáció: (2.ábra) Az eszköz-felhő modellben egy adott szolgáltatáshoz kapcsolaton közvetlen
csatlakozunk keresztül.
az
Az
interneten
hálózati eszköz keresztül
csatlakozik egy felhőszolgáltatáshoz, mely által külső befolyással is hozzáférhetünk, az általa továbbított adatokhoz, mint például
az
okostelefonunk,
vagy
a
2. ábra Az eszköz-felhő kommunikáció modellje Forrás: (Rose, Eldridge, & Chapin, 2017), p20, 2017. Március (Saját szerkeztés)
szolgáltatás webes felülete. •
Eszköz-átjáró kommunikáció: (3. ábra) Az
eszköz-átjáró
modell
annyiban
különbözik, az előző modelltől, hogy szükségessé teszi egy lokális átjáró jelenlétét, a felhőben található szolgáltatás használatához, növelve így a biztonságot és a megbízhatóságot, a megfelelő adatok kommunikációját és átalakítását Ilyen átjáró szerepet tölthet be akár a saját okostelefonunk is.
10
3. ábra Az eszköz-átjáró kommunikációs modellje, Forrás: (Rose, Eldridge, & Chapin, 2017), p21, 2017. Március (Saját szerkeztés)
•
Back-end adatmegosztás: (4. ábra) A back-end
adatmegosztási
modellben
kapjuk meg azt a lehetőséget, hogy több külön-külön
eszköz-felhő
kommunikációban
résztvevő
objektumok által generált adatokat egy szolgáltatás keretében összegyűjthessük, fel,
vagy
harmadik
letölthessük féltől
és
azokat
egy
4. ábra A Back-end megosztás modellje, Forrás: (Rose, Eldridge, & Chapin, 2017), p21, 2017. Március (Saját szerkeztés)
kielemezhessük
egyetlen eszközről. 2.1.2. Követelmények Ahhoz, hogy az említett IoT definícióknak és képességeknek eleget lehessen tenni, számos szigorú követelménynek kell megfelelni. Illetve továbbiakat szükséges a jövőben kialakítani. Az egész rendszernek nem csak mindenki számára könnyen használhatónak és elérhetőnek, de ezen kívül problémamentesen, mondhatni 24/7 rendelkezésre kell állnia. Gazdasági és technikai szempontból is kívánatos az alacsony költség mellett a megfelelő adatfeldolgozás és a szabadon választott konfiguráció lehetősége. Az ilyen szempontok miatt fontos, hogy a következő fejezetekben lévő szempontok mindenképp kidolgozásra kerüljenek. 2.1.2.1. Együttműködési képesség Nem elképzelhetetlen, hogy a dolgok internetére csatlakozott eszközök száma eléreti a több milliárdot. Ebből kifolyólag szükségessé válik, hogy az adott objektum, legyen az egy régebbi, vagy egy teljesen új, gyártótól függetlenül, bármilyen rendszeren képes legyen csatlakozni a hálózathoz és megfelelő módon kommunikálni a többi okoseszközzel. Ezt a szempontot követve, minden egyes eszköznek tudnia kell egy közös nyelvet, protokollt beszélni, amiknek visszafelé kompatibilitásra kell képesek lenniük. A specifikátoroknak szükséges lesz figyelembe venni, a különböző gyártók versenyét, azaz, néhány cég elfogultan a saját terméke iránt, nem fog más termékekkel megfelelően kommunikálni. Egyszerű példa erre az Apple termékek kompatibilitási sajátosságai. A mérnököknek fel kell venniük az ütemet, a megnövekedett kereslettel, mivel többszörösére fog nőni az igény a frissítésekre, a szoftver megfelelő időben való szállítására, javítására.
11
2.1.2.2. Szabványosítás Az előbb említett elhanyagolhatatlan szempontok miatt erőteljes szabványosításra lesz szükség, melyben jelenleg rengeteg vállalat, ügynökség és kutatócsoport vesz részt. Példának vegyük az IEEE-t5, IETF-et, ETSI6-t, az ISO7, ITU8, ISOC9, de említhetek jó pár neves vállalatot mint a CISCO, Nokia, Ericsson, Huawei, Bosch, Google, IBM stb. Mindegyik cég és csoport külön-külön, de rendkívül egységesen dolgoznak azon, hogy ez az elmélet a mielőbbi közeljövőben valósággá válhasson. Ilyen szabvány már a jelenleg is elérhető 6LoWPAN protokoll10 (IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks), ami az IETF által az IEEE 802.15.4 szabványát gondolja tovább. Már a nevéből rengeteg változást olvashatunk ki: alacsony fogyasztású, személyi, vezeték nélküli IPv6 hálózaton való kommunikálást takar. Az IPv4 helyett, az IPv6 protokoll használata elengedhetetlenné fog válni, a hálózat mérete egészen kicsi, viszont annál több miniatűr, alacsony fogyasztású, automatizált eszköz együttműködését támasztja alá. 2.1.2.3. Hálózati követelmények A költséghatékonyság, elérhetőség, fenntarthatóság, szolgáltatási minőség stb. irányából kiindulva, kimondható, hogy az IoT és a felhőszolgáltatás kézen fogva járnak egymással. Az utóbbi egy fontos alapköve az előbbinek. Értve ez alatt: ahhoz, hogy az eszközök által megkövetelt szolgáltatások, infrastruktúra elérhető lehessen, szükséges egy olyan hálózati környezet kialakítása amely: •
Könnyen skálázható
•
Magas rendelkezésre állásal rendelkezik
•
Gazdaságosan fenntartható
•
Könnyen elérhető
5
Institute of Electrical and Electronics Engineers) 1963-ban alakult amerikai szakmai szervezet, amely szabványok kidolgozásával foglalkozik. Tagja az ANSI-nak és az ISO-nak. - https://www.ieee.org/index.html 6 European Telecommunications Standards Institute – távközlési protokollokat szabványosító szervezet 7 Nemzetközi Szabványosító Testület – Nemzetközileg elfogadott egységes szabványokat kiállító szervezet 8 International Telecommunication Union - Távközlési és mobiltelefonra vonatkozó protokollokattávközlési szabványosító szervezet - http://itu.int/ 9 Nemzetközi Internet Társaság - http://www.internetsociety.org/ 10 Az IETF által fejlesztett miniatűr hálózatokra tervezett kommunikációs szabvány.
12
Mivel ezeket a követelményeket globális méretben, különböző modellekkel, mint a IaaS 11, PaaS12, SaaS13, vagy XaaS14 (egyenként Infrastruktúra, Platform, Szoftver, Bármi mint egy szolgáltatás a felhő által kínált szolgáltatási modelljei) kell elérhetővé tenni, fontos kiemelni a következőleg kifejtett fejezetrészt is. 2.1.2.4. Biztonság Ahhoz, hogy az IoT-ben versenyző cégek képesek legyenek a versenyt fenntartható módon folytatni, a rendszernek egy eddigiekhez képest is nagyobb és szigorúbb biztonságra lesz szüksége és kell biztosítania. Vegyük figyelembe, hogy itt már nem feltétlenül csak mobiltelefonok, személyes eszközök vagy számítógépek fognak egymással kapcsolatba lépni. Az, hogy az információ áramlása megbízhatóan, ellenőrizhetően, megfelelő mértékben legyen engedélyekhez kötve. Ne férhessen hozzá harmadik fél semmilyen engedély nélkül adathoz és minden csatlakozott eszköz hitelesítve legyen. Szabályozni kell a generált adatok felhasználhatóságának módját és mértékét, mely már manapság is egy olyan probléma, melyet későbbiekben mélyebben kifejtek. 2.1.3. Problémák és lehetőségek Az IoT által rengeteg új lehetőség nyílik meg a vállalatok előtt. Ennek egyértelmű velejárója a jelenlegi piaci modellek alkalmazkodása és átalakulása, továbbá új modellek, vagy piacok kialakulása. A globalizáció még nagyobb mértéket fog ölteni, olyan értelemben, hogy a változás még szignifikánsabban fog globális mértéket ölteni, mivel minden elérhetőbbé válik. Jobban belegondolva, mennyivel több és gyorsabb információhoz fog jutni bármelyik gazdasági döntéshozó. Exponenciális növekedésen fog átmenni a rendelkezésre adatok mennyisége, szinte azonnal megkaphatjuk az üzeneteket, akár nyers akár már elemzett formában. Rendkívül sok új piaci rés fog kialakulni, legfőképp a szolgáltatások szektorában, melynek előreláthatólag hatalmas előnyét a mobilszolgáltatók és hálózatfejlesztő vállalatok fogják élvezni: hogyan tudnánk összekötni több milliárd eszközt, minimális válaszidővel, ha
Infrastructure as a Service – szolgáltatásként kínált infrastruktúra, ahol az erőforrások biztosításával, minden egyéb feladat a bérlőt illeti, konfigurálhatósága teljesen igényekre szabaható. 12 Platform as a Service – szolgáltatásként kínált platform, ahol a szolgáltató, a hardver mellé a kívánt alkalmazás futtatására alkalmas beállított konfigurációt kínál. 13 Software as a Service – ahol a szolgáltató termékként egy szoftvert kínál felhőn keresztül, mint például a Google Mail, vagy Salesforce 14 Everything as a Service – lehetővé teszi a felhasználó számára a teljesen egyéni felhőszolgáltatások összeválogatását igényeik kielégítésére. 11
13
nem egy mobilhálózaton. Nagyvonalakban ez leginkább az előző fejezetben említett felhőbéli infrastruktúra- és platformszolgáltatást érinti. Ettől függetlenül számos lehetőség nyílik applikációk, csatlakozó eszközök, automatizálás, érzékelők és a közöttük folyó kommunikációra szabva. A GSMA szakirata szerint az IoT-nek közel 4,5 billió dolláros pozitív hatása lehet a piacra globálisan (GSMA, 2014), ugyanezt a számot az ISOC tanulmányában 2025-re 11 billió dollárra becsüli (Rose, Eldridge, & Chapin, 2017). Csak az okos-mérőegységekből 1 billió dollár költségcsökkenés várható, illetve a GreenGo, Uber és hasonló járműmegosztási szolgáltatások 2 és fél billió dolláros piaccá nőhetik ki magukat (GSMA, 2014). A mobiloperátoroknak alkalmazkodniuk kell az efféle szolgáltatások által generált adatforgalomhoz. Amennyiben sikerül a hálózatokat ehhez hangolni, egy több mint 400 milliárd dolláros bevételhez juthatnak (GSMA, 2014). A szenzorok alacsony és nem feltétlen állandóan generált adatforgalma azonban nem feltétlenül összehasonlítható egy havi mobilelőfizetés egy főre mért átlagos bevételtöbbletével. Amíg egy előfizetés kerülhet akár tízezer forintba, addig lehet, hogy egy okos-vízóra csak havonta egyszer generál adatforgalmat, 50 forint bevételi értékben. A hatalmas bevétel, az ilyen eszközök óriási mennyiségéből származik. (Juniper, 2017)/ A Cisco IBSG (Internet Business Solutions Group) tanulmánya azt állítja, ha ilyen ütemben növekszik az internetre csatlakozott eszközök száma 2020-ra akár az 50 milliárdot is elérheti (Evans, 2011). Az ilyen rohamosan növekvő számú eszközök kiszolgálását a mobilszolgáltatóknak bonyolult lenne a hagyományos hálózati architektúrában és költségvetési struktúrában megpróbálni kiszolgálni. Ezért egy minél alacsonyabb működési költségű, magas alkalmazkodó- és kiszolgálóképességű automatizált hálózatot szükséges kialakítaniuk. Ez az architektúra a már jelenleg is fejlesztés alatt álló 5G hálózat. Mielőtt belekezdek az ilyen hálózatok kialakulásához és megvalósításához szükséges tényezők kifejtésébe, szeretném a fejezetben írtakat egy SWOT analízisben összesíteni.
14
2.1.3.1. Erősségek Kiemelt figyelmet érdemel és mindenképpen erősségként sorolható fel az IoT által elvárt követelmény, mi szerint jelentős mértékben fogja elősegíteni a költségek csökkenését. Kezdetektől fogva magas rendelkezésre állással (High Availability)15 lett tervezve, figyelembe véve, hogy használata a lehető legegyszerűbb legyen és csökkentse a környezetre tett hatásait. 2.1.3.2. Gyengeségek Már jelenleg is jelentős problémákat okoz a jog. A jogi korlátozások és jogok betartatása, meghatározása jelenleg még nincs olyan stádiumban, ami kezelni tudna egy ilyen szintű globális változást. Jobban belegondolva, az emberek életéhez való még pontosabb hozzáférés és információ mennyisége rengeteg személyiségi jogi probléma forrása lehet, mint manapság a Google, vagy a Facebook. Ugyancsak ebbe a kategóriába tartozik az adatok hatóságok által megszerezhető, semlegesíthető és megsemmisíthetősége, mi az amit lehet, mikor adható ki, meddig tárolható és ki által elérhető? A magánadatok védelmének kialakítása is sok fejlesztést von magával, ha csak a folyamatosan sajtózott, kiszivárogtatott képeket vesszük egy példának. Szükséges lesz a jelenlegi adattárolási és feldolgozási módszerek biztonságának növelésére és gyorsítására is. 2.1.3.3. Lehetőségek Ha nagyvonalúan gondolkodunk, óriási mértékű változások érhetőek el olyan gazdasági és hétköznapi életben jelen levő szektorokban, mint az egészségügy, vagy a logisztika. Nagymértékű potenciál rejlik az infrastruktúra használatának gyökeres lehetséges megváltozásában (okos infrastruktúra, önvezető járművek). Lehetővé válik az ipar nagyfokú automatizálása, a szolgáltatások és piaci rések óriási mennyiségével, szinte végtelen sok befektetési lehetőséget kínálnak mind a befektetőknek, mind a startupoknak.
Magas szintű rendelkezésre állás azt jelenti, hogy a használt rendszerek képesek felülkerekedni bizonyos meghibásodásokon, ezek általában hardveres meghibásodások ezáltal minimális leállási idővel biztosítható a szolgáltatás folyamatossága. 15
15
2.1.3.4. Veszélyek, problémák Probléma illetve veszélyként sorolnám fel a megvalósulás szempontjából olyan akadályozó tényezőket, mint a koncepció magasfokú komplexitása, annak teljes megértése nagyfokú tudást igényel. Az eszközök és szenzorok miniatürizálása, hálózathoz való csatlakoztatása és általuk küldött adatok szinte valós idejű feldolgozása még hosszú fejlesztésekkel és szabványokkal szegezett folyamat lesz. Veszélyforrás lesz a hálózatokon a felhasználók és adatok biztonságának kialakítása, a személyiségi jogok pontos kialakítása hiányában nem korlátozható megfelelően, hogy ki és milyen adatunkhoz férhet hozzá. Ez erősen hozzájárulhat az adatok illetéktelen diszkriminatív használatához és az azokkal való visszaéléshez. Összességében az IoT egy életmódunkat hatalmas mértékben érintő, a legfőbb gazdasági szektorokat érintő szolgáltatás- és technológia béli fejlődési mérföldkő. A mai globális gazdaság alapjául szolgáló: "A vevő elvárásainak való gazdaságilag hatékony megfelelés" egy olyan lépésre fogja kényszeríteni a vállalatokat, hogy szolgáltatásaikat automatizálttá, ezáltal dinamikussá, tehessék annak érdekében, hogy az IoT által kínált piaci lehetőségeket ki tudják használni. Ahhoz, hogy ez megtörténhessen és az eszközök észrevétlenül csatlakozhassanak egymáshoz, a mobilszolgáltatóknak egy olyan rugalmas felhőszolgáltatást kell nyújtaniuk, amely alkalmazkodni tud felhasználóihoz és igényeikhez, legyen az egy megrendelő vállalat, vagy az ő szolgáltatását használó végfelhasználó vagy eszköze. A kiadás és költség minimalizálásának igényét csak automatizálással érhetjük el. Erre példa a 2.3.2. és 2.3.3.-as fejezetekben kifejtett NFV és SDN azaz a hálózati funkciók virtualizálása és szoftverek által automatizált hálózatok.
16
2.2. Mobilhálózatok mint IoT támogató rendszer Ahhoz, hogy az alábbi fejezet könnyebben megérthető legyen szeretnék néhány alapvető fogalmat és koncepciót kifejteni a mobilhálózatokról és működésükről. A rendszer sokszor rendkívül jelentős változtatásokon esett át a piaci igényekhez való igazodás miatt, mint a szélessávú internet, a szolgáltatások bővülése érdekben. A rendszerek egymás mellett szabványosított keretben egymásra épülve működnek. 2.2.1. Mobilhálózati fejlődéstörténet Egy alapvető GSM mobilhálózat három fő részből áll (5. ábra): •
Network Switching Subsystem (NSS – kapcsolástechnikai alrendszer): Az NSS feladata a hálózaton esedékes forgalom és hívások lebonyolításáért.
•
Base Station Subsystem (BSS – bázisállomás alrendszer): Felelőssége a telefonokról érkező rádiós jelek küldése és fogadása. A BSS az összes hálózaton levő hívásnál résztvevő.
•
Network Management Subsystem (NMS – hálózat menedzsment alrendszer): Az NMS az operátor által kezelt karbantartási és konfigurációs feladatok ellátásáért felelős, hogy a megfelelő szolgáltatások a legmegfelelőbben legyenek elérhetőek.
5. ábra A GSM (2G hálózat) fő részei. Forrás: https://goo.gl/RC21KU, 2017. március
17
A BSS két fő részből épül fel a BTS azaz Base Transceiver Station, mely lényegében a hálózatokban alkalmazott rádiós eszközöket és az általuk fogadott, fordított és közvetítendő üzeneteket feldolgozó és irányító BSC - Base Station Controllerekből áll. Az NSS három fő komponensből tevődik össze (6. ábra) amik a VLR azaz Visitor Location Register, magyarul látogatói helyzetregiszter egy „ideiglenes” adatbázis mely az adott területen tartózkodó felhasználó szolgáltatásait és információit bocsátja rendelkezésre. A másik fő elem az MSC (mely később MSS-é alakult át) a Mobile Services Switching Centre, magyarul mobil kapcsolóközpont, felelős az adott hálózaton regisztrált felhasználó, feliratkozott szolgáltatásait kielégíteni, mint például egy sms, vagy egy elindított hívás. A HLR azaz Home Location Register, magyarul honos helyzetregiszter tartalmazza egy adott hálózaton lévő összes ügyfél adatát. Egy olyan speciális permanens adatbázis amelyben az előfizető helyzete, szolgáltatásai, felhasználható szolgáltatásai stb. van tárolva. Ide tartozik még az AC - Authentication Center, magyarul jogosultságkezelő és az EIR - Equipment identity register, magyarul készülék azonosító regiszter, melyek a felhasználó és az ő eszközének beazonosítását végzik el. A jelek a tornyok és a hálózat részeinek fejlődésével vált idővel az FDMA, TDMA, majd legújabban a CDMA sugározás mely a szórás sűrűége helyett, meghatározott kódok dekódolása alapján azonosítja az üzeneteket. Az ilyen változások tették lehetővé a mobilhálózatokon a HSCSD - High Speed Circuit Switched Data, a GPRS, az EDGE majd később
a
3
és
a
4G
kibontakozását. Az ehhez hasonló fejlődéshez köthető a központi elemek mint az MSC(Mobile Center)
Switching
átalakulása
MSS
(Mobile Switching Server)é, majd a továbbiakban TAS (Telephony
Application
Server)-é. Ezek a lépések a hálózat
vonalkapcsoltról,
6. ábra A GSM (2G) hálózat fő rendszerei és interfészei. Forrás: https://goo.gl/gpAOgo, 2017. március
18
csomagkapcsolttá alakítását, ezúttal új elemek megjelenését, mint az IMS, azaz IP Multimedia Subsystem. Az új elemek a 3G azaz a harmadik generációs hálózatban jelennek meg, melyeket Európában UMTS (Universal Mobile Telephone System)-ként tartanak számon. Itt jelenik meg először a W-CDMA és a TD-CDMA. A 7. ábrán jól látható, hogy a 3G és a 4G hálózatok legfőbb különbsége, hogy míg az előző 2 részre bontja a hálózatot adat és vonalkapcsolt hálózattá, addig a 4G LTE hálózatok alrendszerei teljesen IP alapúak.
7. ábra A 3. és 4. generációs hálózat architektúrális fejlődése, Forrás: https://goo.gl/3PDq4e, 2017. Március (Saját szerkeztés)
Ez az IP alapú hálózati architektúra adott lehetőséget a szolgáltatások és a hálózat további fejlesztéseinek irányára. A 3GPP szabványa szerint az LTE (Long Term Evolution) egy teljesen IP alapú hálózati infrastruktúra, amely lehetővé teszi, hogy a hangszolgáltatások vonalkapcsolt hálózattól függetlenül legyenek lebonyolíthatóak (VoLTE és VoIP). Az erre kifejlesztett hálózati támogatás egyik fő összetevője az IMS. Az IMS szabvány szerint minden hálózatra csatlakozott eszközt IP címmel kell ellátni, mely lehet IPv4 vagy IPv6. Ez úgy történik meg, hogy hálózatra való regisztráláskor, az operátori hálózat az IMSI-hez egy IP címet társít, amit egy URI-val azonosít. Egy operátor IMS hálózatán belül minden felhasználóhoz tartozik egy IMPI-melyhez több IMPU-t társíthatunk, például egy másik, szintén a felhasználó birtokában lévő eszköz, ami által az elérhetővé válik (pl. egy család több eszköze egy számhoz rendelve). Habár a világ sok részén már elérhető, Magyarországon még mindig nincs jelen a VoLTE azaz a teljesen IP alapú hangátvitel, mivel jelenleg a készülékek minden hívás előtt kénytelenek visszakapcsolódni 3G hálózatra a hívások lebonyolításához.
19
Amíg a negyedik generációs hálózat fő feladata a hálózati architektúra egyszerűsítése és annak további fejlesztéséhez való alap, valamit a nagy sebesség és több eszköz használatának előkészítése volt a feladat, addig az 5G hálózatok mércéje az IoT-re való felkészülés, felkészítés és a megnövekedett sebesség mellett az alacsony válaszidő biztosítása. 2.2.2. Az 5G mobilhálózatok Az 5. generációs mobilhálózatok eljövetele sem történik majd egyről a kettőre, hiszen a múltbéli változásokra visszatekintve látható, hogy egy-egy fejlettségi szakaszról a másikra való átállás nem egy egyszerű folyamat sem hálózattechnológiai fejlesztés, sem pedig befektetési szempontból. Ismételten leszögezném, hogy egy ilyen átállás sosem a jelenlegi hálózat kidobásáról, hanem az új technológiák beépítéséről szól. Itt emelném ki például a vásárlói igények által egyre gyorsabban elérhető sebességek külön-külön szakaszai voltak a ma elérhető hálózatok adatforgalmi képességeink. Ennek köszönhetően volt lehetőségünk az GSM(2G) hálózatokon WAP(Wireless Application Protocol)-t használni a maga 9,6 kbps sebességgel, 2.5G elnevezés alatt fejlesztették ki a GPRS (General Packet Radio Service)-t majd későbbiekben a 2.9G kiegészítéssel
az EDGE(Enhanced Data Rates for GSM
Evolution)-t melyek 53kbit/s illetve 236 kbps átviteli sebességre voltak képesek. Ezt követte a 3G-s hálózatok által kínált mobilinternet mely több lépcsőben növelte a sebességet először a W-CDMA-val, majd későbbiekben a HSPA(High Speed Packet Access) már elméletben 21-63 Mbit/s átviteli sebesség is elérhetővé vált. A 4G hálózatokat olykor HSPA+-nak, vagy LTE(Long Term Evolution)-nek nevezik, mely átviteli sebességei letöltésre elérheti a 300600 Mbit/s sebességet. Ahhoz, hogy nyitni tudjanak az 5G felé, több lépést is meg kell tenni a hálózati szoftverfejlesztő cégeknek, tehát lehet, hogy csak három lépésben, mint 4.5G , 4.9G és végül 5G fogják tudni a megfelelő szolgáltatásokat a vásárlók elé terjeszteni. Ez a alapvető fejlettebb hardverelemek telepítésével, majd további bővítésével fog végbemenni. Ennek egy rendkívül jó példája az LTE-M.
20
2.2.2.1 LTE-M Az IoT hatását már az LTE hálózatok megléte és az 5. generációs hálózatok megjelenése előtt érezni lehetett. Ennek részeként alakították ki az LTE-M-et, ahol a hangsúly az IoT követelményeire való felkészülés volt, a hálózatok eszközeinek áramfogyasztását, a lefedett terület effektívebb használatát vették elsődleges célnak. Az M2M LPWA (Low Power Wide Area) hálózatoknak következő követelményeket alkották: •
Hosszabb eszköz akkumulátor idő (minimum 10 év)
•
Olcsóbb eszközök (5 USD ARPU) azaz eszközönként 5 dollárnyi profit eszközönként
•
Olcsó hálózat kiépítési költségek
•
Teljes lefedettség - az eszközök számának és igényeinek kielégítéséhez elengedhetetlen a megfelelő lefedettség biztosítása
A dolgozat további részében erőteljes párhuzam és nagyfokú hasonlóság figyelhető meg az IoT által kialakított és jelenleg elfogadott követelmények között. A tervezetek kidolgozásakor több, a hálózat jeladó/vevő részét érintő változtatásról hoztak döntést, mint 2014-ben az IoT-ra optimalizált 3GPP által elfogadott RAN átdolgozása, az EC-GSM, mely specifikációja 2016 első negyedévére fejeződött be, illetve egy új keskenysávú rádiós interfész kidolgozása, mely szabványainak elkészítési határidejét 2016 második negyedévére ütemezték. További ilyen rádiós átalakítás közé tartozik az FDD (Frequency Division Duplex) és TDD (Time Division Duplex) kombinációjának használata (Nokia Solutions and Networks Oy, 2015), ezek a fejlesztések próbálják jelenleg elérhetővé tenni az IoT által elvárt rendkívül alacsony költség mellett, az olcsó kiépítés és nagyobb fokú lefedettség megközelítését. 2.2.3 Az 5G hálózat követelményei Az ötödik generációs mobilhálózatoknak teljes mértékben követniük és támogatniuk kell az IoT által lefektetett követelményeket. Ennek megfelelően az NGMN, ami több mobilhálózatot fejlesztő, mobiloperátor és iparági szabványokat előterjesztő cég egyesülete úgy fogalmazott, hogy "Az 5G egy olyan teljeskörű ökoszisztéma, mely lehetővé teszi a teljesen mobilis összekapcsolt társadalom fogalmát." (NGMN Alliance, 5G White Paper, 2015)
21
2.2.3.1. Célkitűzés "Az 5G hálózatoknak számottevő változásokat kell hoznia a felhasználó, technológia és operátorra való tekintettel, melyben az információ azonnali rendelkezésre állása és eszközök összekötése játszik kulcsfontosságú szerepet (NGMN Alliance, 5G White Paper, 2015). A felhő technológia jelenlétével és annak továbbfejlesztésével, a személyi eszközök univerzálissá válásával egy okos-élet kialakításának megfelelő következményeket kiszolgáló rendszer kiépítése a cél. Megfelel a több különböző ponton csatlakoztatott eszközök kiszolgálásához, lehetővé teszi az eszközök, otthoni gépek, autók és egészségügyi berendezésekhez kifejlesztett applikációk és szoftverek megfelelő elérhetőségét. Ez megoldhatóvá válik a hálózat tetszőleges szeletelése által, ahol az eszközök csoportjait külön csoportokba rendezve, az adott igényeknek megfelelően lesznek kiszolgálva. Lényegében ahogy hipotézisemben is feltételezem, egy megfelelő infrastruktúrát kell biztosítania az IoT követelményeinek. Hozzájárulva az IoT-vel hozott lehetőségek megvalósításához. 2.2.3.2. Kulcsfontosságú teljesítménymutatók Ahhoz hogy a fenn említett célkitűzés megvalósulhasson az alábbi pár tényezőt mindenképpen prioritással kell kezelni, azonban nem egyszerre biztosítandóak (8.ábra): •
Felhasználói élmény: A szolgáltatás minőségének konzisztensnek kell lenni. Azaz a szolgáltatónak biztosítania kell végfelhasználóit arról, hogy kimaradások nélkül a vállalt indikátorok betartásával a végfelhasználók ugyanazt a szolgáltatást fogják kapni bárhol és bármikor. Ennek fejében igyekezniük kell, hogy a lefedett területek mindenkor biztosítsák a bennük tartózkodó felhasználók igényeit, függetlenül az ezzel járó nehézségektől.
•
Átviteli sebesség: Az átviteli sebesség növelése szükségessé válik, mivel rengeteg eszköz és emelkedett minőségű szolgáltatásokat kell kiszolgálni a piacon. A meghatározott átviteli sebességeknek a cellák körülbelül 95%-ban biztosítaniuk kell az akár 1 Gbps de minimum 50 Mbps-es költséghatékonyan kialakított sebesség mutatóit.
22
•
Válaszidő: Mivel nem csak a HD minőségű online szolgáltatásokhoz szükséges nagy sebességű hálózati hozzáférés, az hálózatok kénytelenek megfelelni az olyan eszközök kiszolgálásához melyek gyorsan térhetnek át egyik helyről a másikra. Nem nehéz kitalálni, hogy az IoT járművekkel lehetőségei
kapcsolatos között
levő
szolgáltatások megkövetelik az átlag 10, de legfőképp akár az
1
milliszekundumos
levegőn keresztüli válaszidőt. •
Mobilitás: Az új hálózaton rendkívüli mennyiségű eszköz és
ember
fog
8. ábra Az 5G hálózat követelményei Forrás: https://goo.gl/pgWl9Y, 2017. március (Saját szerkeztés)
egymással
folyamatos kapcsolatban lenni. A kapcsolatok két végpontjának távolsága pedig relatív, vagy állandó mozgásban lesz. A hálózatnak képesnek kell lennie, hogy ezek a kapcsolatok észrevehetetlenül, egyszerűen és szinte azonnal elérhetőek legyenek a hálózat bármely pontján. 2.2.3.3. Infrastruktúrális előírások •
Rádiós követelmények: A 4G hálózati infrastruktúra nagyfokú átalakítására van szükség, hogy a megnövekedett számú eszközök által használt kapcsolatok kiszolgálásra kerülhessenek. Nem csak a kapcsolatok száma fog drasztikus mértékben növekedni, hanem az szállított adatmennyiség nagysága is. Az alábbi mutató kielégítéséhez szükséges a rádiós rész továbbfejlesztése, mint például az antennák okosítása (képesek legyenek a nagyobb adatforgalmú terület felé irányulni), alacsonyabb frekvenciák költséghatékony kihasználása, a régi eszközökkel való együttműködés, a nagyobb hatékonyság érdekében.
23
•
Eszközök: Az új rendszert használó eszközöknek is alkalmazkodniuk kell az új infrastruktúrához, mivel új szabványokat, új kommunikációs protokollokat, frekvenciákat stb. kell a jövőben használniuk. Az mobilhálózati infrastruktúrának képesnek kell lenniük a csatlakozott eszközök szükségleteinek kiszolgálására, úgy, hogy a felhasználói élmény bármilyen hiba esetén is észrevétlen maradhasson. Képeseknek kell lenniük az FDD, TDD illetve ezek és régebbiek kevert módon való használatára. Ez azért szükséges, hogy az adott frekvenciák hatékonyabban kihasználhatóak legyenek.. Mivel nem minden eszköz fog állandóan kommunikálni, vagy mozogni a hálózaton, a kiszabott akkumulátor idő meghaladhatja akár a 10 évet.
•
Szolgáltatások: A szolgáltatásoktól elvárt szempontok több szemszögből is elemezhetőek. Az operátor által kínált szolgáltatások és a felhasználói élmény metszeteként lehet a legegyszerűbben megfogalmazni. Az eszköz és a hálózat között kialakított kapcsolat és szolgáltatás minőségének biztosítani kell: a magasfokú biztonságot, hogy a felhasználók csak a megfelelő adatokhoz juthassanak hozzá. Ebből következtethető viszont, hogy a megfelelő információhoz, bármikor, konzisztensen és szinte azonnal jussanak hozzá.
•
Biztonság: A biztonság egy alapkő lesz az új mobilhálózatoknál. Annak tudatában, hogy rendkívül széleskörű applikációk, szolgáltatások lesznek igénybe véve, attól függetlenül, hogy ez eszközök, vagy emberek közötti információcserét tartalmaz-e, a szenzitív adatok védelmét a legmagasabb szinten kell védeni. Beleértve az adatokhoz való hozzáférést, módosítást, vagy megtekintését. Egy olyan robosztus SSO (SingleSign-On) platform kialakítása lesz szükséges, amivel az operátor képes lesz hatékonyan védeni és megkülönböztetni a felhasználót, eszközeit, a feliratkozott szolgáltatásokat, helyszíneket és a hálózaton használt applikációkat és azok között kommunikált adatokat.
24
•
Rendelkezésre állás: Az informatika világától eltérően a Telekommunikációs hálózatok
elérési
mutatói
nagy
különbséget mutatnak. Egy egyszerű példát véve, amíg az IT felhő elérhetőségi mutatója
99.9%,
telekommunikációs
addig
a
felhőszolgáltatások
ugyanezen mutatója 99.999%, ami évente 5 perc kiesést engedélyez, ahogy a
9. ábra Az IT és Telco rendelkezésre állás különbségei. Forrás: https://goo.gl/wiFdDo, 2017. március (Saját szerkeztés)
9.ábrán látható. Az NGMN további feltételként sorolta fel a hálózat fogyasztásának alacsonyabbá tételét, illetve esetleges hibák esetén felmerülő javítások automatikus, de legalább gyorsan orvosolhatóvá tételét (NGMN Alliance, 5G White Paper, 2015). Egy egyszerű példa arra, hogy miért is van erre szükség: Tegyük fel, hogy egy életveszélyesen megsérült beteget visznek a kórházba, azonban a megfelelő orvos csak több száz kilométerre érhető el, ezért úgy döntenek, hogy a beavatkozás az orvos és a műtői eszköz távoli kapcsolatán keresztül lesz lebonyolítva. A hálózatnak képesnek kell lennie egy ilyen helyzetben alkalmazkodni és a megfelelő szolgáltatást biztosítani, hogy a műtét sikeres lehessen. 2.2.4. A követelmények megvalósítása 2.2.4.1. Architektúra A jelenlegi hálózatok architektúrája bonyolult és lassan kiépíthető. Minden kiépítésre, konfigurációra, hibakeresésre történő cselekményhez emberi beavatkozás szükséges, mivel a rendszer nem képes ezeket magától ellátni. Ez a tulajdonság elég magas összegeket emészt fel hálózatüzemeltetői szempontból. Külön megemlítve, hogy a különböző gyártók nagymértékben különböző megoldásaitól, a monitorozás kevésbé hatékony szintjéig. A teszt hálózatok fenntartása további költséget jelent. Ilyen szempontból a hálózat főbb "alkatrészei" egy elég szofisztikált és specifikus felépítés alapján működnek, melyeket a gyártók legtöbbször adott hardverre gyártanak. Ez magával hozza a hálózati infrastruktúra adott energiafelhasználásának rugalmatlanságát is. Ilyen tulajdonságokkal eléggé nehézkes az IoT által bevezetendő skálázhatóság és növekvő igényekkel való lépéstartás.
25
A várható piaci folyamatok felgyorsulása tovább sürgeti az architektúra változását. Mivel a 4G hálózatokat szélessávú kapcsolatokra tervezték, ami a fentebb említett követelmények nem kielégítő megoldása.
Ennek
megfelelően
az
NGMN olyan hálózatot vizionál amely "Strukturálisan elszeparálja a szoftvert, a hardvert és az NFV, SDN által kínált programozhatóságot." (NGMN Alliance,
10. ábra Az 5G hálózat architektúrális vázlata Forrás: https://goo.gl/tQ2l22, 2017. április (Saját szerkeztés)
5G White Paper, 2015). Az SDN és NFV megvalósulása olyan lehetőségeket nyit meg, ahol az eszközök a hálózat részévé válhatnak, könnyebben hangolhatóvá téve azt. Az új architektúra API-k által generálni fogja az új értékek és üzleti modellek kialakulását, melyekre a 2.3.2. és 2.3.3.-as fejezetben részletesebben kitérek. A halózatok kialakítását leginkább egy legós dobozhoz hasonlíthatnám. Olyan rendszerek kialakítása folyik jelenleg, melyben a hálózati funkciók, darabonként összepakolhatóak, bárhol, megfelelő beállításokkal, melyet egy központi rendszer visz majd véghez. A rendszer különböző szolgáltatásainak teljesítéséhez, más-más gyártók szoftvereivel is szükséges a kompatibilitás kialakítása, mivel lehet, hogy az egyik gyártó a kis lélekszámú viszont nagyobb terjedelmű területek, míg egy másik a gyors válaszidőt igénylő gyorsan közlekedő járművek területén képes hatékonyan működni. Szükség lesz egy olyan felület kialakítására, mely lehetővé teszi az operátorok és ezen túlmenően a vállalatok, piaci réseket kiaknázó és külső fejlesztők számára is könnyen elérhetővé és használhatóvá váltsa a hálózatot.
26
2.2.4.1.1. Hálózati elemek Mivel a hálózatok kialakítása még fejlesztés alatt áll, a kivitelezések pedig gyártótól függően széleskörben eltérőek így egy általános bemutató keretében fejtem ki az 5G hivatalos jegyzeteiben leírt hálózati elemekről. Az 5G RAT család (5GRF) azaz rádiós elérhetőség egy teljesen új technológia mely a régi eszközök hatékony felhasználása mellett, új lehetőségeket kínál fel a megnövekedő számú és minőségű szolgáltatások teljesítésére. Nem nehéz kikövetkeztetni, hogy a hálózat egyik legfontosabb szerepét bonyolítja le interfészt biztosít a központ és a rá csatlakozó eszközökre. A változás az energiahatékonyság, kihasználhatóság, és válaszidőn, de nem csak ezekre hangsúlyozható. A Network Function (5GF) egy olyan applikációs komponens mely a hálózati rendszer egy bizonyos funkcióját látja el. Az ilyen funkciók virtualizáltak így könnyebben kezelhetővé válnak mind karbantartás mind telepítés szempontjából. Ennek megfelelően a funkciók és feladataik könnyeben priorizálhatóvá válnak, függetlenednek a hardver specifikusságtól, ezáltal a nem életbevágó elemeket nem kell feltétlen csomagban megvásárolnia hálózat építőjének. Infrastruktúra alatt kell a hálózatok, számítási és tárolási kapacitás, továbbá a hardver és szoftver összességét, mely lehetővé teszi a hálózati funkciók létrehozását és a hálózat szolgáltatásainak létrejöttét. 5GMOE azaz Management and Orchestration - ez a komponens fogja talán az egyik legnagyobb újítást tartalmazni. Lényegében a hálózat ezen része fogja megadni a hálózat modularitásának alapját. Itt lehet majd összeválogatni, skálázni a hálózathoz szükséges elemeket, elvégezni annak finomhangolását és a megfelelő üzleti modellek alapján a hálózat szeletelését. Ide fognak beérkezni a hálózatról kapott információk melynek megfelelően a hálózat képes lesz időben és térben karbantartani magát.
27
A már korábban is említett hálózati szelet(5GSL - 5G Slice) egy olyan halmaza, vagy darabja a teljes hálózatnak, mely speciális szerepet játszik bizonyos szolgáltatások kiszolgálásában. Ez a fogalom a későbbiekben picit részletesebben lesz kifejtve, mivel jelentős szerepet fog játszani a jövőbeni szolgáltatások minőségének biztosításában. A hálózat további elemei mint az 5GN, mint hálózat, 5GSYS, mint rendszer leginkább gyűjtőfogalmak, ami kell a fentebb említett komponensek egymástól különböző méretű halmazai. 2.2.4.1.2. Hálózati kiépítés A hálózat kiépítése szempontjából a fenti követelményekben megfogalmazott feltételeknek megfelelve olyan megoldásokra kell törekedni melyek biztosítják a hálózat teljesítményét és fenntarthatóságát a következők figyelembe vételével: •
Költséghatékonyság: A jövőbeni hálózatokkal szemben felmerülő igények nagyságától függően az üzemeltető költségeit minimalizálni kell, nem csupán kiépítés és karbantartás hanem további új funkcionalitások bevezetése szempontjából, lehetővé téve azok szünetmentes és észrevétlen bevezetését.
•
Energiahatékonyság: Az 5G hálózatnak a jövőre való tekintettel zöldebbnek, ezáltal kevésbé energiapazarlónak kell lennie, mint a jelenlegi merev struktúrájú hálózatoknak. Ide tartozik a már említett úgymond legacy hardverek hatékony kihasználása is. Tervek szerint akár ezerszeres terhelés mellett képesnek kell lennie fele annyi elektromos áramot fogyasztani mint elődje. A hatékonysági határ további bővítésre kerülhet a jövőben.
•
A kiépítés egyszerűsége: Olyan megoldást kell alkalmazni amivel a régebbi hálózati elemek felhasználásával, egyszerűbbé tehető a hálózat és az teljes rendszer kialakítása beleértve az automatizált konfigurációt, cellákhoz való magasfokú alkalmazkodási képességet, önjavító mechanizmusokat. A rendszernek egy majdnem plug and play mód kell működnie telepítésének szempontjából.
28
2.2.4.1.3. Skálázhatóság A 3GPP tanulmánya részletesebben tér ki a hálózat rugalmasságának és skálázhatóságának értelmezésére. A tanulmányból a hálózaton kiépült kapcsolatok szempontjából "az 5G hálózatnak képesnek kell, gyártótól függetlenül, automatikusan és
modulárisan előre
felkészülni a hálózat bármely tulajdonságának változására" (3GPP, System Architecture for the 5G System, 2017). Ez azt jelenti, hogy egy olyan dinamikus és automatizált egységet kell kialakítani, ami képes önállóan allokálni az erőforrásokat, a szükséges funkcionalitásokat a megfelelő konfigurációval párosítva kiválogatni és azokat összekötni. Ez a tulajdonság nyit teret a hálózati terheléstől függően való erőforrás kivonásra vagy hozzáadásra. Viszont az ilyen megvonás és megerősítés további problémákat vet fel. Egy 3GPP szabványú hálózatnak képesnek kell lennie az egyébként is létező fix hálózatokon alkalmazott terhelés elosztáson kívül a további szükséges funkciók észrevétlen hozzáadására. Részben kapcsolódóan az előbbi fejezethez, az 5G hálózatnak mindenhol elérhetőnek kell lenni, emiatt egy olyan megoldásra kell törekedni, ami a minimum meghatározott sebességi követelményeket, ultra alacsony költség mellett biztosítani tudja olyan területeken ahol nagyon alacsony a felhasználók száma. Például a Grand Canyon közepén is legyen 5G lefedettség minimum 50Mb/s adatátviteli sebességgel, a költségek alacsonyan tartásával. 2.2.4.1.4. A hálózat feldarabolása A hálózati szeletelés, vagy darabolás mint említettem egy különleges, innovatív megoldása lesz a leendő hálózatoknak. Az 5G hálózatok lehetőséget biztosítanak a hálózat rétegzésére, avagy szeletelésére. Ez azt jelenti, hogy a hálózat úgy konfigurálható, hogy bizonyos hálózati funkciók csak bizonyos eszközöket szolgáljanak ki, javítva ezzel az általuk keresett szolgáltatást minőségét. Legyen az a beszéd, a készülékek adatforgalmának lebonyolítása, vagy egy harmadik fél által megfizetett speciális használata a rendszernek. Bizonyos opciók fejében néhány vevő akár a hálózat konfigurációját is testreszabhatja. A hálózati szeletek 3gpp szabvány szerint egymástól szeparáltan kell működjenek. (3GPP, System Architecture for the 5G System, 2017) Ebbe beleérthetjük, hogy különböző gyártoktól kapott hardvereket csoportosíthatunk egy külön hálózati rétegként, különböző beállításokkal, de ettől függetlenül ugyanannak az operátornak a szolgáltatását biztosítják. Például több NMS több
29
gyártótól akár egy hálózat alatt is működhet. A rétegek izolálhatónak kell lenniük egymástól, egy egyszerű példával élve külön rétegben lesz lehetőség kiszolgálni a mobiltelefonokat, a fix, vagy ritka adatforgalommal járó, a nagy sebességgel haladó eszközöket. Ez azért egy jó megoldás, mert nem szükséges minden eszköznek tudnia egymásról, ami nem csak biztonsági szempontból, de konfigurálási és üzleti modellek szempontjából is új lehetőségeket nyit meg. Összességében az 5G hálózatoknak rendkívül magas mércét kell megugraniuk ahhoz, hogy az
IoT-ban
burjánzó
lehetőségek
a
felszínre
törhessenek,
mindezt
energia,
költséghatékonyság szempontjából óriási kihívás elé állítja a mobilhálózatot fejlesztő vállalatokat és az operátorokat. Már jelenleg is vannak látható lépések a kitűzött célok elérésére, de a teljes implementáció befejezéséhez meg kell várnunk mindhárom tervezett fejlesztési lépcső bevezetését. 2.2.5. Kivitelezés és lehetőségek Annak érdekében, hogy minél szélesebb körű felhasználói réteget el lehessen érni, a rendszer konfigurálását minél egyszerűbbé kell tenni. Nagy lehetőség rejlik abban, hogy a hálózatfejlesztő vállalatok a kezükben tarthassák a piacot. Hogy miért gondolom így? Egy felhő alapú hálózat esetén, nem szükséges az operátoroknak saját hardvereket vásárolni, hanem egyszerűen csak megvásárolják a számukra megfelelő infrastruktúra csomagot, melyet utána a felhasználóink felé kívánt szolgáltatások szerint továbbítanak. Az új infrastruktúra és az IoT ettől függetlenül elképesztő mennyiségű lehetőséget ad a szolgáltatók kezébe, mivel a kommunikáció jelentős része rajtuk keresztül fog végbemenni. Emiatt tervezték a hálózatot úgy, hogy legyen egy üzlet szervező, és üzleti applikációs réteg melyet egy egységes felületen keresztül, igényekre szabottan lehessen kialakítani (ennek egy része a fentebb említett E2E Management and Orchestration). Az NGMN tanulmányában három féle üzleti modell jelenik meg, melyek a következők (NGMN Alliance, 5G White Paper, 2015)
30
•
Eszköz szolgáltató: Az operátorok általában saját infrastruktúrát tartanak fenn, melyen saját szolgáltatásaikat konfigurálják és kínálják a felhasználók felé. Most lehetőség nyílik az adott infrastruktúra bizonyos részeinek harmadik félnek való felajánlására vagy éppen harmadik féltől való alkalmazására. Lehetséges lesz, hogy a jövőben az operátor minden külön hálózati elemét akár egymástól, vagy független féltől mondjuk bérelve használja. Itt körvonalazódik az XaaS az Everything as a Service fogalma.
•
A kapcsolatot biztosító modell lényege azon alapul, hogy elérhetővé válik a hálózat olyan szintű felosztása, hogy megfelelő díjszabás fejében bizonyos QoS16 szolgáltatásokat, mint mondjuk az ultra alacsony válaszidő, csak adott felhasználói csoportok érhessenek el.
•
A partner szolgáltatási modell azon alapul, hogy a szolgáltató nem saját maga tartja fenn hálózatát, hanem az imént említett módon, megvásárolja az adott felhőszolgáltatást. A szolgáltatás továbbvitelével, különböző vásárlók között különböző partnermegállapodásokat köthetnek a hálózat specifikus használatára. Például egy bank, vagy másik szolgáltató a saját applikációval szolgálhatja ki saját felhasználóit.
Az 5G hálózat egy új piacaként képes lesz a vertikális piacok kiszolgálására. Ezt úgy értve ,hogy képes lesz applikációs és adatforgalmi szinten képes lesz kiszolgálni akár az egészségügy, járműipar, energiaipar vagy otthoni felhasználók egyéni igényeit. Szolgáltatási lehetőségek szerint tovább bonthatóak az 5G által alátámasztott IoT féle üzleti lehetőségek. Ilyen például a szélessávú adatkommunikáció, mely magában foglalja az okosirodákat, szolgáltató általi felhő általi lehetőségei, a magas minőségű azonnali video streamelést. 2020 után nagy mértékben erősödni fog a mobilszolgátatók szerepe járművek szerepe a körében. Az önvezető járművek és az általuk kialakult követelmények szerint: A járművek nem csak navigációra, de egymás és környezetükkel való kommunikálásra fogják használni a mobiltechnológiákat. Érdemes megemlíteni a legújabb drónokhoz szükséges hálózaton
“ A QoS rendszer célja, hogy a hálózati forgalomban mindenki pont annyi sávszélességhez jusson, amennyire szüksége van (a lehetőségekhez képest), és minden szolgáltatás jól működjön.” Forrás: https://goo.gl/tWwQdU, 2017.április 16
31
való 3D pozícionálását is. Ezzel együtt megjelenhetnek az okosautók, az okosinfrastruktúra és az okosvárosok precízebb kiszolgálása. Az IoT-val rengeteg új eszköz kerül kiszolgálásra szenzorok és kamerák formájában, melyekkel külön üzletágaknak biztosíthat akár egy operátor is külön szolgáltatást. Külön akár egy csomagban lesznek kezelhetőek egy irodában, az otthonunkban felhasznált eszközök. Belegondolva, hogy az IoT megengedi, hogy akár egy villanykörte is többfunkciós eszközzé alakulhasson a hálózaton. Külön tűz, füst, betörésvédelmi szerepet is elfoglalhat a beleépített szenzoroktól függően, melyek akár konfigurálhatóak is lesznek. Az ilyen mértékben összekapcsolt és egymással kommunikáló eszközök alakíthatják ki a jövőbeni taktilis eszközök hálózatát, melyben autók, infrastruktúra, és emberi eszközök fogják kényelmesebbé és biztonságosabbá tenni mindennapi életünk. Megjelenik az automatizálásban rejlő lehetőségek tárháza, mint önvezető járművek, automatizált gyártás, vagy egy teljesen új értelmet nyerő távoli munkavégzés.
2.3. A Szoftveres automatizálás Sok minden nevezhető automatizálásnak és a mai időkben, lassan szinte minden területen találkozhatunk vele. Egy általános definíció szerint az automatizálás, vagy automatikus irányítás, olyan rendszerek és eszközök használata, mely lehetővé teszi a folyamatok emberi intervenció nélküli működését. De miként is értelmezhető ez a szoftveres világban? 2.3.1. Általában az automatizálásról Legegyszerűbben úgy lehetne jellemezni, mint olyan különálló rendszerek kapcsolatát melyek képesek az együttműködésre afféleképp, hogy önállóan képesek legyenek a működés és egymás szabályozására. Ebbe beletartozik az integráció és a folyamatok hangolása, és a munkafolyamatok minimális emberi beavatkozás nélküli önálló elvégzése. Az olyan repetitív feladatok, mint mondjuk egy szoftver konfigurációja, a hálózat beállítása, vagy bizonyos függőségek feltelepítésének eltűntetése már szoftveres automatizálásnak tekinthető. Igazat megvallva, eltűntetésről nem beszélhetünk, hiszen nem vesznek el ezek a folyamatok, hanem inkább a háttérben futnak, anélkül, hogy tudomást vennénk róla.
32
Az automatizálás egy fő szempontja az addig igénybevett és befektetett idő valamint a költségek csökkentése. Maga az automatizálás folyamata egy elég nagy befektetésnek számíthat, viszont a velejáró pozitívumok mindenképpen behozzák azt az összeget melyet rászánt az alkalmazó vállalat. Három szóval lehetne igazán jellemezni az automatizált szoftvereket. Irányítás, optimizálás és fenntarthatóság. Miért fontos ez most nekünk? Az előbbi fejezetekben részleteztem, milyen követelmények teljesítése szükséges, hogy az IoT által meghatározott lehetőségek ne csak körvonalak, hanem megvalósított megoldások legyenek. Ehhez szükséges, hogy a hálózatok skálázhatóak és flexibilisek legyenek. Erre ad megoldást az automatizálás, az NFV és az SDN, amiket a következő részben fogok részletesebben bemutatni. 2.3.2. NFV A hálózati funkció virtualizálás, későbbiekben csak NFV (NFV - Network Function Virtualization) egy folyamat melynek lényege, hogy az eddigi speciális hálózati hardverelemeket, szoftveres virtualizáció segítségével függetlenné és flexibilissé alakítják. A virtualizáció itt egy olyan virtuális gép használatát jelenti, mely úgy viselkedik, mint bármely kézzel fogható hardver, vagy számítógép, de valójában csak egy szoftveres absztrakciója a valódi számítógépnek. A virtuális gép egy hoszton fut melynek erőforrásait adott beállításoktól függően, egyszerre akár több példány is használhatja. Mindegyik VM lehet független a másiktól akár teljesen más applikáció futtatására felkészítve. Az NFV lehetővé teszi a jelenlegi mobilhálózatok hardveres korlátainak kiküszöbölését, függetlenné tételét, hogy azok bármilyen gyártótól származó hardveren képesek legyenek futni. Természetesen lesznek referenciák és saját gyártású, vagy beállítású szerverek, de ez főként az optimalizáció és a költségek minimalizálása miatt van még jelenleg. Az NFV által teljesen új szempontból lehet a mobilhálózatok kiépülésének folyamatát megfigyelni, ugyanis azzal, hogy virtualizálttá alakítjuk a funkciókat, sokkal rugalmasabb és nem utolsó sorban automatizálható hálózatot kapunk. Könnyebbé válik a hálózat telepítése, karbantartása, konfigurálása. A felhőszolgáltatás technikája lehetőséget biztosít, hogy egy hálózat teljesen virtuálisan működhessen. A szoftveres virtualizálás nem csak a hálózati funkciók, de akár magának a hálózatnak a virtualizálását is lehetővé teszi (pl. vSwitch). Ennek megfelelően a virtuális 33
gépek és a fizikai portok közötti kommunikáció kezelhetőbbé válik. A felhőszolgáltatás megoldást jelent az olyan jövőbeni kihívásokra, mint a finomhangolás, a hálózat menedzselése, az erőforrások allokációja és elosztása. 2.3.2.1. Előnyök Legfontosabb előnyökként érdemes kiemelni, a hálózat kiépítésének megkönnyítését. Ez azért lehetséges, mivel a hálózati funkciók, mint például egy kapcsolóközpont függetlenedik a hardverelemek specifikusságától, virtualizáltan elérhető, rugalmasabbá válik és lecsökken a mobilhálózat telepítésének ideje. Ebből kifolyólag, a hálózati fejlesztéseket végző cégek, sokkal rövidebb idő alatt tudnak az operátorok, illetve végfelhasználók által keresett lefejlesztendő szolgáltatásokra reagálni. Lerövidülnek a fejlesztési időintervallumok, kevesebb befektetéssel járnak, átalakulnak a termékéletciklusok és rövidebbé válik a piacra bocsájtás ideje. Agilisebben reagálnak a változásokra és gyorsabban tudják profitra váltani a befektetett munkát. Lehetővé válik az hálózati applikációk verziói közötti mozgás, illetve annak több ügyfél által való egyidejű felhasználása. Mellyel az operátorok erőforrásokat és szolgáltatásokat oszthatnak meg egymás között. Dinamikusabbá válik a hálózat, leegyszerűsödik a tervezett felhasználók számához való igazodás, mivel elegendő lesz egy új virtuális funkció elindítása, vagy a jelenlegi funkcionalitás erőforrásainak megnövelése. Növekedni fog a használható hardverelemek (szerverek) száma. Nyitottabbá válik az operátorok által használt rendszerek, melyek költséghatékonyabbá teszik a hálózatok épülését, vagy akár az operátori piacra új szereplőként való belépés akadályait. A hálózatok távolról optimalizálhatóak és konfigurálhatóak lesznek, valamint átláthatóbbá válik az elemek közötti adatforgalom és a hálózat topológiája. A hardverfüggetlenség további előnyei közé vehetjük, hogy lehetővé válik az olyan hardverelemek összeválogatása, mellyekkel jelentősen csökkenthetővé válnak az energiaköltségek. de ide vehető a csúcsidőn kívüli erőforrásigény csökkenésével, a virtuális funkciók egyszerűbb kiiktatása is. A finomhangolás segítségével jelentősen egyszerűbbé válik a teljes rendszer automatizált telepítése, skálázása.
34
2.3.2.2. Kihívások A funkciók virtualizálásának egyik legnagyobb kihívása, a gyártóktól való függetlenség és az általuk megkövetelt együttműködés kialakítása. Míg bizonyos környezetek elemei függőségben állnak egymással, szükséges egy olyan közös interfész kialakítása, mely lehetővé teszi különböző sajátos kommunikációjukat. A portabilitás, vagy hordozhatóság egy további akadály, melynek megoldása rendkívül fontos. Az operátoroknak lehetőséget kell biztosítani, hogy virtuális adatközpontjaikat szabadon bárhol akadálymentesen telepíteni tudják. Biztosítani kell a jelenleg használt régebbi rendszerek és új hálózati elemek közötti kompatibilitást. Meg kell oldani a régi hálózatokat menedzselő rendszereknek, hogy képesek legyenek kezelni az új funkciókat és virtualizált környezeteket, így megoldást biztosítva az új hálózatra való migráció biztosítására, de legalább egy olyan interfészt kell biztosítani, amely a régi szoftverrel elhitetve, "hagyományos" mivoltát képes az új rendszerrel kommunikálni.. Szükségessé válik egy olyan szoftveres menedzsment kialakítása, mely képes a megkívánt flexibilitás és skálázhatóság biztosítására, valamint teljesíti az 5G teljesítménymutatóinak megfelelő 99.999%-os rendelkezésre állást. Elérhetővé teszi, hogy könnyebben konfigurálható és elindítható legyen egy új hálózati szelet kiépítése, valamint a rendszer megfelelően reagáljon a rá terhelt forgalomra. Fontos mérföldkő lesz a teljes hálózat és funkcióinak automatizálása, azaz, hogy a hálózat kiépülése egy egyszerű felhasználóbarát felületen keresztül az első lépéstől az utolsóig egyszerűen megtörténjen. A jelenlegi biztonsági funkciók továbbfejlesztése szintén kihívás elé állítja a fejlesztőket. Biztosítani kell az operátorok által eddig is elvárt védelmi és biztonsági funkciók meglétét, valamint a 2.2.3. fejezetben már leírt 5G-s előírásokat is. Habár a skálázhatósági megoldások, mint a VM-ek létrehozása és törlése ezt egy fokkal megkönnyíti, de szükségessé válik a hiperfelügyelők és a VM-ek illetve a belső hálózati funkciók között biztonságos kapcsolatok kialakítása.
35
A hálózat stabilitása kulcsfontosságú, melyet nem csak a nagy számban résztvevő virtuális gépek kezelése okozhat, de a felhőben és teljesen IP alapon való működés. A rendszer jobban ki lesz téve külső támadásoknak, több olyan port és interfész lesz elérhető, melyek kihasználhatóak lesznek a rendszer normális működésének manipulálására, stabilitásának befolyásolására. Egy erőforrás, vagy szolgáltatáskimaradás rendkívül nagy bevételkiesést eredményezhet. Utoljára hagytam egy szempontot, mely nem más mint az egyszerűség és kényelem. Nagy kereslet van az olyan hálózatokra, melyek az eddigi komplexitást lecsökkentve, kisebb szakértelemmel karbantarthatóak és fenntarthatóak. 2.3.2.3. Felépítés Az
ETSI
által
meghatározott
specifikáció szerint (10.ábra) a virtuális funkciók rendszer
kezeléséhez a
következő
szükséges részeket
tartalmazza: (ETSI, Network Functions Virtualisation (NFV); Management and Orchestration, 2014) A
Menedzsment
és
központi
adminisztráció, amely három fontos részből áll.
11. ábra Az ETSI által specifikált NFV architektúra. Forrás: https://goo.gl/OsUqRt, 2017. április (Saját szerkeztés)
36
•
Az NFVO (NFV Orchestrator) közvetlen kapcsolatban áll a VIM (Virtual Infrastructure Manager)-el és az NFVI-vel. Fő feladata a megfelelő hálózati szolgáltatás virtuális létrehozása. Ehhez szükséges tudnia a szolgáltatáshoz szükséges hálózati funkciókra, az általuk megkövetelt erőforrásszükségletekre, a közöttük levő kialakított kapcsolatokra. Felügyeli és adminisztrálja az infrastruktúrát.
•
A VNF menedzser feladata a különböző hálózati funkciók kiépülésének lebonyolítása. Az NFVO által megkívánt virtuális gépek, előkészítése és indítása. Kapcsolatot tart az hálózati elemeket számontartó rendszerekkel, lehetővé teszi a funkciók horizontális és vertikális skálázhatóságát (több virtuális gép, vagy erőforrás allokálása szükség esetén) és karbantartását.
•
A VIM azaz az infrastruktúra feladata a hoszt erőforrásainak elosztása. Az NFVO által kiadott és a VNF menedzser által megkívánt számítási és tárolókapacitás megszerzése, a hálózati kapcsolatok kezelése és az adott szolgáltatási infrastruktúrához kapcsolódó adminisztratív feladatok elvégzése.
•
Az NFVI (NFV Infrastructure), az virtualizált környezet azon része, amelyen a VIM által allokált erőforrások összekapcsolódnak a VNF menedzser által elindított virtuális funkciókkal.
Az OSS és BSS (Operáció támogató és Üzleti megoldás támogató rendszerek) feladata a jelentkező hibák közzététele és a szolgáltatásokról való információbontás a jövőbeni megoldások kidolgozására. Az Element manager vizsgálja az elindított virtuális gépek (hálózati funkciók, melyek az 10. ábrán VNF-ként jelennek meg) állapotát és információt szolgál a VIM felé, a szükséges biztonsági lépések kiszámíthatóságának érdekében. Egy szolgáltatás elindítása tulajdonképpen a következő folyamat által zajlik: Az NFVO utasítást ad a VIM és NFVI-nek, hogy egy kívánt szolgáltatást szeretne indítani. Az NFVI allokálja a szükséges hálózati kapcsolatokat, tárhelyet és számítási kapacitást, a VIM pedig sorrendben elindítja az adott hálózati elemek virtuális reprezentációit, melyekből felépül az adott mobilhálózat, az adott szolgáltatás teljesítéséhez. Az effajta automatizált kiépülés rendkívül sok költséget, energiát és időt spórol meg, rugalmasabbá teszi a szolgáltatókat, egyszerűbbé teszi termékpalettájuk kialakítását, cserejét, vagy módosítását.
37
2.3.3. SDN Az és az Open Networking Foundation az SDN architektúráját leíró dokumentációjában (ONF, SDN Architecture, 2014) úgy definiálja az SDN (Software Defined Networking)-t mint "egy technikák megoldások halmaza, mellyel a hálózatok és szolgáltatásainak kivitelezése skálázható, dinamikus és determinisztikus módon történik" (Pentikousis, Denazis, Salim Hadi, & Meyer, 2015). Ez azt jelenti, hogy olyan szoftvereket alkalmazunk, melyek képesek a hálózati eszközök és ezáltal a hálózat dinamikus megváltoztatására. Ez úgy érhető el, hogy a vezérlői és továbbítói réteget kettéválasztják, így lehetősége nyílik az applikációknak a hálózat dinamikus megváltoztatására, ezáltal csökken a hálózat komplexitása és könnyebben lépés tartható az applikációs fejlesztési ciklussal (Stein, 2015). De mit értek dinamikus változtatás alatt. Egy olyan megoldást, mely lehetővé teszi a hálózat működésének kezelését, menedzselését, vagy módosítását. Erre azért van szükség, hogy az eddig használt fix hálózatok alkalmazkodni tudjanak a skálázható adatközpontok által megkövetelt flexibilitási előírásoknak. 2.3.3.1. Részei Az SDN applikáció egy olyan szoftver mely közvetlen kommunikálja hálózati szükségleteit az SDN kontrollernek, az északi (northbound) interfészen keresztül. Ez legegyszerűbben úgy fogalmazható meg, hogy egy alkalmazás, mely egy adott hálózati eszközt adott konfigurációval szeretné használni egyeztet a hálózati kontrollerrel, mely biztosítja az általa megkövetelt beállításokat. Az applikációk a hálózat absztrakt kialakítását láthatják és nincs szükségük a hálózati eszközökhöz szükséges beállítások birtoklására. A különböző applikációk egymástól függetlenül kérhetik a saját preferált konfigurációjukat, melyek központilag az SDN Controller által vannak menedzselve.
38
Az SDN kontroller egy központi szereplő
mely
feladata
applikációk
az
kéréseinek
értelmezése és kiszolgálása, a hálózat
absztraktjának
rendelkezésre állításával. Az SDN kontroller interfészekből,
az a
északi kontroll
logikájából és az adatréteg felé csatlakozó interfészből áll. A központi vezérlés nem zárja ki az
12. ábra Az SDN részei és rétegei Forrás: https://goo.gl/AyHhcS, 2017. április (Saját szerkeztés)
egyidejűleg több kontroller összekötését és használatát. Az SDN Datapath vagy adatútvonal egy valós hálózati eszköz szoftveres reprezentációja, melynek szerepe a kontroller által beállított és megkövetelt adatforgalom továbbítása a megfelelő cím/ek-re. Amennyiben a kapott üzenet nem található a meghatározott konfigurációban, továbbításra kerül a kontroller felé, további instrukciókra várva. Egy hálózati elem akár több adatútvonallal is rendelkezhet. A kontroll és adatréteg közti interfész (CDPI) az adatútvonalak és a kontroller között helyezkedik el, biztosítva a csomagok megfelelő irányítását, azok eseményeinek jelentését, továbbítását a kontroller felé és statisztikájának elkészítését. Az északi interfészek biztosít kommunikációt a kontroller és az applikációk közötti absztrakt hálózati topológiát és a köztük folyó kommunikáció alapját. Az SDN egyik kulcsa, hogy ezek az interfészek nyílt, gyárótól függetlenek.
39
2.3.3.2. Síkjai A szállítási réteg feladata a kontrol réteg által megadott beállítások alapján kezelni a csomagok megfelelő helyre való megérkezését. Legfőbb tevékenységei közé tartozik a csomagok továbbítása, módosítása, vagy eltávolítása. Más kontextusban gyakran utalnak rá a fent említett adatútvonalként. Az operációs réteg feladata a hálózati eszköz állapotának kezelése, portjainak és tulajdonságainak, státuszának számon tartása. Megléte különböző szervezetek által máig vitatott téma. Feladatának ellátása szempontjából külön rétegnek tekinthető. A kontrol réteg felelős a csomagok továbbításának konfigurálása, mely alapján a hálózati adatforgalom az eszközök felé irányul. Lényegében irányítást biztosít a szállítási és operációs réteg között, a hálózati topológia és külső igények alapján. A kezelői réteg felelőssége a hálózati eszközök konfigurációja, monitorozása és azok karbantartása. Leginkább operációs réteg által biztosított információk alapján, teszi működését, de sokkal kevésbé avatkozik be a hálózat működésébe mint a kontrol réteg. Például alkalmanként frissíti az útvonal táblát, a hálózati eszközök elérhető portjai alapján. Az applikációs rétegben találhatóak a szolgáltatások és szoftverek. 2.3.3.3. Néhány fontos fogalom A ForCES egy keretrendszer melynek lehetővé tette a kontrol és szállítási rétegek szétválasztását. A ForCES egy XML alapú hálózati modellből és a szállítási réteg szoftverei által használt protokollokból áll, melyekről a 3746,5810 és 5812-es RFC-ben részletes leírás található. A NETCONF azaz a hálózat konfigurációs protokoll, egy olyan funkcionalitás, amely lehetővé teszi a hálózat és annak elemeinek telepítését, módosítását, törlését. A NETCONF által végzett feladatokat RPC-ken, távolról hívott procedúrákkal, xml alapú üzenetekben végzi el. A NETCONF sajátosságairól a 6241-es és 6632-es RFC-kben található bővebb információ.
40
A YANG modellezési nyelv a NETCONF által használt hálózati topológiák leírására készített adatmodellezési nyelv, mely által a NETCONF képes a hálózat infrastruktúrájának módosítására. A YANG egy hierarchikus modell mely fa struktúrában ábrázolja a hálózati csomópontokat, azok gyermek csatlakozási pontjait. A YANG modellben szereplő adatok újrahasznosíthatóak és korlátozhatóak. A modell további bővebb kifejtése a 6020-as RFCben olvasható. Az OpenFlow a Stanford egyetem majd később az Open Networking Foundation (ONF) által szabványosított és fejlesztett protokoll. Elsődleges célja a fejlesztés alatt álló kommunikációs protokollok gyakorlati használatát. Lehetővé teszi az OpenFlow switch centralizált módon való irányítását. Minden OpenFlow kompatibilis switch több táblát tartalmaz az üzenetek továbbítására. Az OSI modell harmadik, hálózati rétegének útválasztó tábláinak távoli adminisztrálhatóságával, a kontrollerek képesek a switchek közvetett elérésével az adott hálózati útvonalak módosítása. A nem egyező üzenetek visszafolynak a kontroller felém mely alapján eldöntheti azok útvonalának mások switchekre vagy másik switch útvonaltáblájának módosítását és arra irányítását. Az OpenFlow bővebb leírása az ONF weblapján található dokumentációban elérhető. 2.3.4. Informatikai hatások A fejezetben leírtak lényegesen könnyebbé teszik az akár ma is használt, de legfőképp a jövőben felmerülő, felhő és adatközpontok felé támasztott követelmények teljesítését. Az NFV és SDN által kínált lehetőségek által könnyebbé válik az 5G követelményeinek megfelelő skálázhatóság és flexibilitás. Egyszerűbbé, strukturáltabbá, adminisztráltabbá tehető a hálózatok kiépítésének, ma még jelenleg komplex és emberi jelenlétet megkövetelő folyamata. Ez alatt az érthető, hogy az ekkora méretű adatközpontok megvalósítását automatizáltan teszik lehetővé. A rendszerek képesek lesznek az önálló konfigurálásra, a generált adatok alapján az úm. öngyógyításra, tehát maguktól reagálni tudnak az egymás között folyó információ alapján a rendszer át- vagy újra konfigurálására a hibák elkerülése érdekében. Jelentősen csökkentik az emberek által való beavatkozás szükségességét. Habár jelenleg már használt technológiákról beszélünk, rengeteg mérföldkő teljesítése és fejlesztése szükséges, hogy egy a mobilhálózatok fejlesztői a kitűzött céljaik teljesen elérhessék.
41
2.3.5. Gazdasági hatások Gazdasági szempontokat figyelembe véve az automatizált hálózati infrastruktúra lehetővé teszi a költségek csökkentését. Ezalatt nem csak a hálózati infrastruktúra kiépítésének, befektetett emberi munkaóra költségét, hanem egy teljes szolgáltatás nyújtásának teljes költségét. Lehetővé teszi, hogy egy mobilkommunikációs szolgáltatás az elejétől a végéig, az eddig akár több hónapokig tartó kemény munkája, legrosszabb esetben egy hét alatt befejeződjön. A virtualizált applikációk által megszabadulva a függőségektől lehetőség nyílik új szolgáltatások, gyorsabb ütemű lefejlesztésére, mely gyorsabb reakcióidőt garantál a piac által generált kereslet kiszolgálására. Muszáj megjegyezni, hogy az 5G és az IoT által következő változások rendkívül agilis és feszített tempójú fejlesztést fognak magukkal hozni, így rendkívül kulcsfontosságú ennek a lépésnek a megtétele, nem csak informatikai, de versenyképességi szempontból is. Az IoT által és a fejezetben kifejtett informatikai sajátosságok alapján, az operátorok és hálózati fejlesztőcégek átalakulhatnak a gazdasági szektorok mozgatórugójává, mivel ők együtt lesznek képesek a csatlakoztatott eszközök igényeinek kiszolgálására, ezáltal hatalmas piaci részesedés és bevételhez jutva.
3. Digitalizáció: Ipar 4.0 Külön fejezetet érdemel az IoT megléte esetében az automatizálás és teljes digitalizáció hatásának és lehetőségeinek vizsgálata. Az ipar és a gazdaság újabb reneszánszának előszelét hozza el az IoT és a benne fellelhető potenciál. Az első ipari forradalom, lehetővé tette a gőz és gépek erejének használatát, mellyel képesek voltunk a termelékenység növelésére. A második
ipari
forradalomban
az
elektromosság hatékonyabbá tette a termelést és kibővítette a gyártás palettáját, a szalagok és elektronikus eszközök segítségével. A harmadik forradalmi lépés az informatika és a globalizáció előretörése volt, amivel tovább
gyorsíthattuk
információáramlást gyártást.
és
Automatizált
az az
ipari
gépsorok
13. ábra Az ipar technológiai forradalmai. Forrás: https://goo.gl/WcxyeX, 2017. április (Saját szerkeztés)
42
kerültek telepítésre, rengeteg eszköz került használatra, melyek megkönnyítik a pontosabb és gyorsabb munkavégzést. Körülbelül 2010-ben kezdődött a negyedik forradalom az iparban. Ez nem más mint a gyártás teljes digitalizálása, önálló és intelligenssé tétele, az automatizálás, a hálózati összeköttetés lehetőségeinek kiaknázásával (Smit, Kreutzer, Moeller, & Carlberg, 2016). Az Ipar 4.0 kifejezés Németországból ered, ahol egy gazdasági terv keretében, a német kormány elfogadta a teljes német ipar automatizálását és digitalizációját. De mi is az Ipar 4.0, vagy a negyedik ipari forradalom? Egy olyan gazdaság, melynek szereplői kihasználják a digitalizáció és automatizálás adta lehetőségeket; átalakítják eszköztárukat és erőforrásaikat; kialakítanak egy decentralizált, erőforrásokat hatékonyan, önállóan szervező, a vevők egyéni igényeit kiszolgálni képes gyártást; képesek lesznek globális szinten azonnal reagálni a bekövetkező változásokra, melyekhez nincs lesz szükség hosszú munkaórákra és bonyolult adatok előállítására. Más vélemények szerint a negyedik ipari forradalom egy olyan átalakulás, ahol a technológia elkezd beépülni, nem csak a gazdaságba, a társadalomba, hanem magába az emberbe is. Számos terület lehetőségeit fogja ötvözni melybe beletartozik a robotika, a mesterséges intelligencia, a nanotechnológia, az automatizálás és az IoT is. A Világgazdasági Fórum egy digitális forradalomnak nevezi az Ipar 4.0-t, melyben emberek és eszközök milliárdjai fognak az Internet segítségével kommunikálni egymással, lehetővé téve a gazdaság és szereplőinek drasztikus hatékonyságának javulását és a környezetünk optimalizált kihasználását. (World Economic Forum, 2016) Meglepően nagy lehetőségek rejlenek a koncepcióban, de mint minden forradalom, ehhez is pionír gondolkodásra és rengeteg akadály leküzdésére van szükség. Nem utolsó sorban, nem csak az ipar átalakulása, hanem a társadalom felkészítése és a majd egyre rohamosabban növekvő technológia tudásának átadása is fontos szempont lesz. Az IoT képviseli ennek a megújulásnak az egyik legfontosabb alappillérét. A következő fejezetben fogom ismertetni a digitalizáció és automatizálás korának követelményeit, lehetőségeit és jelenlegi helyzetét: milyen hatással lehet a ma ismert gazdasági modellekre, illetve, hogy milyen változásokat hoz magával.
43
3.1. Aktuális helyzet az automatizálásban Az internet elterjedésével és az információs technológia rohamos fejlődésével egyre több olyan eszköz és megoldás válik egyre inkább valósággá, melyek egyenként és apránként változtatják meg a gazdasági folyamatokat és a gyártástechnológiákat. Manapság körvonalazódott ki az IoT, a vezeték nélküli hálózatok átlátható egységes tervezete, a beágyazott rendszerek használatának egyre nagyobb mértékű felhasználása, a felhő térhódítása és a big data (Wang, Wan, Li, & Zhang, 2016). Ezek mind szerepet játszottak abban, hogy a gazdaság felkészüljön és megtegye a következő lépést, ami ezeknek az összekapcsolása és úgymond saját maga felokosítása lesz. Már a mai nap is használunk termelést segítő eszközöket, nem találkozunk olyan gyártósorral, amely ne tartalmazna legalább egy számítógépet, robotot, vagy eszközt amely segítené az emberi munka könnyebbé tételét. Külön-külön fontos szerepet játszanak a mai gyártásban elért hatékonyság és termelékenység eléréséhez. Kevésbé foglalkoztunk viszont ezek összekapcsolásával, hangolt használatával és "felokosításával". A jelenleg használt informatikai rendszerek nincsenek teljes mértékben összeintegrálva, kevés kapcsolat alakul ki közvetlen a vevővel, a különböző osztályok szegmentáltan, külön egységként működnek, információáramlási akadályt létrehozva (Rüßmann, és mtsai., 2015) Csupán néhány olyan vállalat található, mely kihasználja a beágyazott rendszerek által kínált lehetőségeket, köti össze eszközeiket, így alakítva ki egy átfogó stratégiát a rendelkezésre álló információból. Ezeknek az akadályoknak az elkerülésére dolgozta ki az Európai Bizottság, az Európa 2020 stratégiai dokumentumát, mely szabályozza és irányt mutat az ipar és az európai piac fejlesztési és beruházási irányának. Ennek a kutatásnak a célja az ipari fejlesztések és a technológia adta innovációk kihasználási lehetőségeit és területeit terjeszti elő. Egy olyan cél melyben az európai piac szabadon, rugalmasan segíti a gazdaság átalakulását, úgy hogy támogatja az olyan mértékű fejlesztéseket és beruházásokat mint az IoT, az 5G, és az megvalósítható Ipar 4.0 velejáró kihívásai. Az érdeklődés rendkívül nagy, hiszen a PwC szerint (Dr. Geissbauer, Schrauf, & Vedso, 2014) az elsőként reagáló vállalatok lesznek a legnagyobb haszonélvezői ennek a változásnak. Kimutatásaik szerint az Ipar 4.0-val a vállalatok évente átlagosan akár 4%-kal növelhetik hatékonyságukat és 3,6%-kal 44
csökkenthetik kiadásaikat, szektortól függetlenül (PricewaterhousCoopers, 2016). A felokosodó vállalatok 72%-a gondolja úgy, hogy ez a fejlődés lehetőséget biztosít majd a vevőkkel való kapcsolat és az általuk észlelt termékben megjelenő szolgáltatások finomításában. Csak, hogy kiemelhessem a téma aktualitását, az Adidas idén gyártotta le a világ első cipőjét, melyhez nem volt szükség emberi beavatkozásra, az IKEA idén adta ki a első okosizzóját (igaz még nem képes a eredeti feladán kívül plusz funkció teljesítésérei, így viszont hatalmas előrelépés), azonban a Philips HUE már a lakás hálózatán egy applikáció használatával képes ugyanerre. Ilyen funkciókhoz kínál lehetőséget a már most is elérhető ZigBee17, továbbá egyre nagyobb lépésben tör előre az önvezető járművek tudása és megbízhatósága.
3.2. Együttműködési követelmények Ahhoz, hogy az Ipar 4.0 valóságos kézzel fogható és minél előbb elérhető koncepció legyen rendkívül sok kihívással kell szembenézni, követelményeket kell megfogalmazni és megfelelni azoknak, valamint olyan rendszereket és szabványokat kell létrehozni melyek szabályozzák működését. Rendkívül fontos szerepet játszik az eszközök és a köztük eltervezett kommunikáció. Az eszközök kommunikációját létre kell hozni, nem csak úgy, hogy egymással, de akár az emberrel is akadálymentesen és pontosan tudjanak információt cserélni. Össze kell kötni az eszközöket, melyre kiváló megoldást biztosít a már fejlesztés alatt levő 5G mobilhálózat és a mobilinternet. A felé támasztott követelményeknél kihangsúlyoztam a virtualizáció, a hozzá kapcsolódó automatizálás és a szinte azonnali válasz fontosságát. Ahhoz, hogy elérhessük az okosgazdaság kínálta lehetőségeket, szükség lesz a hálózatok szolgáltatásainak igényekhez való átalakításására , hogy megfelelően tudjanak reagálni a különböző szintű igények kiszolgálására. Nem csak kommunikációban, de gyártásban is, globálisan. Ez magával hozza az okoseszközöktől kezdve, az okos infrastruktúra, okosvárosok és okosgyárak megvalósulását és azok kihívásainak megoldását, mint az információ önálló feldolgozásán alapuló gyártást.
17
A Zigbee egy rádiós adatátviteli szabvány, melyet neves elektronikai fejlesztő és gyártó cégek kezdeményezésével és tagságával létrehozott „Zigbee Alliance” szervezet alkotott meg. Tartalmát 2004-ben véglegesítették. A cél: kis adatátviteli sebességű és kis hatótávolságú, alacsony energiafelhasználású, kis komplexitású hálózati rendszerben – és nem engedélyköteles frekvenciasávban – üzemeltethető rádiók megalkotása volt. Forrás: https://goo.gl/LTzONM, 2017. április
45
Jelenleg rendkívül sok darabja létezik már annak a kirakónak, ami lehetővé teszi a gazdaság "okossá" tételét. Ilyen technológia a mobilhálózaton elérhető szélessávú internet, a felhő, a big data analizálása, a virtualizáció, az eszközök szenzorokkal való ellátása, de még csak most kezdődött el a nagy kép összerakása, ezeknek a technológiáknak az IoT általi összekapcsolásával. A következő fejezetek az ezzel járó követelményeket és kihívások egy részét fogják bővebben ismertetni. 3.2.1. Az Ipar 4.0 részei Az Ipar 4.0 mint rendszer is több komponensből fog összetevődni, melyek kifejtése különkülön hosszú oldalakat emészthet fel. Mindenképp tudnunk kell, hogy egy okosgazdaság, melynek alapja közé tartozik az IoT, azaz az összekötött eszközök és az, hogy a gazdaság szerplői, mint például a gyártók kihasználják a hozott lehetőségeket.; egy közös hálózatba kötött okoseszközök és az emberek között megvalósuló információcsere, ami nagy fokú automatizálásra nyújt lehetőséget. Az így felépülő ipartechnológiai rendszer több fő komponensből áll melynek részei a következők: •
az Ipari Internet a GE (Smit, Kreutzer, Moeller, & Carlberg, 2016) szerint egy külön kezelendő fogalom. Kialakulása során a gyártáson túlmutatóan az egész gazdaságra fogja kifejteni hatását. Itt jegyezném meg, az 5G hálózatok szeletelésének lehetőségét, mely képes lesz szétválasztani a publikum és az ipar által használt hálózati elérést.
•
Összetett gyártástechnológia fogja képviselni, a forradalom azon részét, melyben a gyártás folyamatáról biztosított adatok által képesek leszünk a gyártásfolyamatokat önállóan optimalizálni, sokkal hatékonyabbá tenni, valamint olyan eszközök kialakítását, melyekkel könnyebben lehet az akár egyéni vevői igényekhez alkalmazkodni.
•
Kiber-fizikai rendszerek alatt kell értelmeznünk egy olyan rendszert kell értenünk, ahol az eszközök képesek egymással kommunikálni, megfelelő döntéseket hozni, információt biztosítani a változásokról és felmerülő eseményekről. Az eszközök szenzorokkal való ellátása, a pontosabb adatok és információ kinyerése érdekében.
46
•
Okos gyárak töltik be az új ipar azon szerepét, amik globális helyszíntől függetlenül az előbb említett részeket egybegyúrják és hatékonyan kihasználják. Képesek lesznek globális helyszíntől függetlenül kielégíteni a lokális egyéni igényeket, olyan hatékonysággal, hogy profitábilis legyen.
Ahhoz,
hogy
mindez
megvalósulhasson,
számos
szabvány
és
egy
egységes
követelményrendszer kidolgozására van szükség, melyen jelenleg is rengeteg jogász, közgazdász és mérnök dolgozik azzal a közös céllal, hogy a negyedik ipari forradalommal járó változások, minél simábban és minél előbb legyőzhetőek legyenek. Ezeket a követelményeket tárgyalja a következő alfejezet.. 3.2.2. Kialakulásának előfeltételei Az ipar átalakulásának és felokosításának legfőbb követelménye jelenleg, az eszközök szenzorokkal való ellátása és a kommunikáció kialakítása a gyártás rugalmassá tételének kialakítása érdekében (akkor amikor igény van rá). Már most rendelkezünk olyan rendszerekkel, melyek biztosítják az adatok távoli rendelkezésre állását, az üzleti döntésekhez szükséges mobilitást lényegesen megkönnyítve. A vállalatok, azonban egyáltalán nem, vagy limitáltan rendelkeznek olyan technológiákkal, amelyekkel képesek a rugalmas reagálásra a piac hirtelen változása miatt. Ahhoz, hogy a gyártás ezt a rugalmasságot elérhesse, szükséges lesz a gazdaság és a piacok jelenlegi
módszertanának
átalakulása.
Ez
az
IoT
megjelenésével
lényegében
elkerülhetetlenné fog válni. A gazdaság rendkívül sok szektorának alkalmazkodnia kell az új technológiák megjelenéséhez, mivel számos olyan változás várható melyek a munkafolyamatok átalakítását fogja elhozni. Legfőképp ilyen szegmensek a kutatás fejlesztés, a marketing, a beszerzés és ezzel együtt a raktározás, szállítmányozás azaz a logisztika. (Deloitte, 2014) Nagy lehetőséget fog megnyitni a rendelkezésre álló információmennyiség. A big data azaz az óriási mértékben szolgáltatott adat minél pontosabb feldolgozása és hasznosítása egy olyan szempont, amely gyökeresen változtatja majd meg a vállalatok viselkedését. Ehhez szükséges lesz egy megfelelő mesterséges intelligencia, vagy szofisztikált elemzői szoftverek kifejlesztésére.
47
Minden vállalat számára kötelező lesz az informatikai állomány felújítása és annak korszerűvé tétele az eszközök által biztosított adatok felhasználása érdekében, de legalábbis az elérhető technológiai lehetőségek alkalmazása (pl. felhőszolgáltatás). A KMPG kutatásai szerint a mostani európai vállalatok körülbelül harmada rendelkezik olyan informatikai infrastruktúrával, amellyel készek lennének az Ipar 4.0-el hozott informatikai követelményeknek. Beleértve ebbe a hálózati, a számítási és applikációkat és rendszereket (Heynitz v., Bremicker, Amadori, & Reschke, 2016) Nem utolsó sorban szükség lesz az emberek és a munkaerő továbbképzésére, hogy megfelelő szaktudással rendelkezzenek az elkövetkező eszközök és lehetőségeik használatára. Ezt a feladatot országonként szükséges minden államnak és vállalatnak biztosítani a munkavállalóknak. A gazdaságokban fel kell készíteni a vállalatokat egy olyan változásra, amely horizontálisan és vertikálisan is gyökeresen megváltoztatja a mai gyártás és szolgáltatás fogalmát. A horizontális integrációhoz tartozik a partnerek, vevők, a kooperáció és a globális értékek előállítása, míg vertikális integrációba érthetjük a rendszerek, gyárak, logisztika és a vállalat eszközeinek kapcsolatát, azok alkalmazkodását a különböző piaci és gazdasági szituációkhoz. A fent említett követelmények nem fognak tudni megfelelni amíg a következő fejezetben kifejtett kihívásoknak nem találunk megoldást. 3.2.3. Kihívások Ahhoz, hogy egy ilyen újszerű gazdasági modell, azaz az a már eddigi alfejezetekben említett, követelményeknek megfelelő okosgazdaság kialakulhasson, számos szempontot és kihívást kell globálisan orvosolni és legyőzni. Egy okosgazdaság, ahol a vevőtől a gyártósorig csatlakoztatva vannak az eszközök, amelyek ráadásul képesek az önálló működésre, fontos feladat elé állítja a vállalatokat. Ez a feladat nem más mint a képzés, pontosabban a humán erőforrás kiképzése, továbbképzése Sokan gondolják azt, hogy az ilyen magas fokú automatizálás rengeteg munkahelyet fog megszüntetni. A józan észre hallgatva ez logikusnak is tűnhet, de a prediktív statisztikák alapján nem megfelelő ez a kijelentés. Leginkább a munkafolyamatok megváltozásával, a munkahelyek és foglalkoztatás átalakulására kell számítani, valamint rendkívül sok tapasztalatot és magasfokú tudást 48
igénylő munkahely fog teremtődni, míg egyes pozíciók megszűnnek. A KMPG kutatása szerint, nagyobb igény lesz a képzett munkaerőre mint valaha, melynek megoldása rövid távon a vállalatokra (Heynitz v., Bremicker, Amadori, & Reschke, 2016), hosszabb távon az államokra fog hárulni. Tehát hiábavaló az okoseszközök térhódítása, ha nincs meg a hozzá illő képzett és a lehetőségeket megfelelően alkalmazó okos munkaerő. A szenzorok és eszközök által generált adatok nem csak fogyasztói, de termelői oldalról is az eddigieket messzemenően felülmúló méretű adatmennyiség fog rendelkezésre állni. A szenzorok által biztosított adatok fogják egy teljes mértékben digitális, információn alapuló társadalommá átalakítani a világot. Ezeknek az adatoknak a feldolgozása és megfelelő statisztikák, mutatók és információk kinyerése, azok effektív használata egy olyan kihívás elé állítja a termelő vállalatokat, amellyel radikálisan átalakítja azokat. Az ekkora méretű adatfeldolgozás és hasznosítás egy olyan kihívás melyre készen kell állni a vállalatoknak, az ezáltal egyre gyorsabb tempójú gazdálkodással való lépéstartásra. Rugalmasabbá kell válniuk a piacuk igényei felé. Az adatok szinte azonnali elérhetősége lehetőséget biztosít a célközönség igényeihez való alkalmazkodás tekintetében. Újabb jelentős kihívást jelent a rendelkezésre álló adatok, rengeteg jogi problémát vet fel az adatok tárolása, alkalmazása. Kik rendelkeznek az eszközök által generált adatokkal, mire használhatóak fel, meddig szükséges megtartani azokat. Ez legfőképp a vásárlókkal való eszközök által generált felgyorsuló kapcsolattartás miatt lesz érdekes. Mik lesznek azok az információk, amelyeket egy gyártó, szolgáltató elérhet a fogyasztóval szemben, mi fog személyes információnak számítani és meddig mehetnek el a vállalatok, hogy azokat termékfejlesztésre használhassák. Igen nagy a valószínűsége, hogy ez akár egy teljesen új piacot nyit, de mindenképp új fejezet lesz a 21. századi marketing történetében. Ebből kifolyólag létfontosságú kihívás lesz az adatok és az eszközök, de nem utolsó sorban a gyárak és a vevők információnak és adatainak védelme. Az adatok ekkora méretű rendelkezésre állása, olyan lehetőségeket biztosít, amely nem csak egyének személyes szférájába, de akár egész vállalatok, vagy iparágak működéséhez ad hozzáférést. Az adatbiztonság megoldása egy olyan szintű prioritás és kihívás, mint maga az eszközök okossá tétele és azok hálózatának kialakítása. 49
Szükségessé válik az eszközök kommunikációjának szabványosítása, melyet a technológia fejlődésével egyidejűleg kell megoldani, mert nem engedhető meg, hogy olyan eszközök kommunikáljanak egymással, amelyek csupán gyártói haszon miatt nem kompatibilisek egymással. Ne felejtsük el, hogy ez alapján a kommunikáció alapján kell a rendszernek rugalmasan alkalmazkodni a piac spontán igényeihez.
3.3. Az Ipar 4.0 lehetőségei Az IoT és vele karöltve az Ipar 4.0 nagy számban fogja az újabb és újabb innovációkat magával hozni. Mint az előző alfejezetben is említettem , nagy valószínűséggel a teljes mai értelemben vett gazdaságot fogja alapjaiban megváltoztatni. Amennyiben nem is teljesen, de az biztosra vehető, hogy egy sokkal reaktívabb, agilisebb és kevesebb emberi beavatkozást igénylő gazdaság fog kialakulni. De miért is?
14. ábra Az Ipar 4.0 innovációinak átfogó ábrázolása.Forrás: https://goo.gl/yzgN6c, 2017. március
3.3.1. A szolgáltatások előretörése Onnantól, hogy a gyártók elkezdik az általánosan használt okoseszközök gyártását, és képesek lesznek egy adott hálózaton az információk megosztására, óriási lehetőség nyílik a vállalatoknak
a
vásárlói
szokások
teljesen
más
szemszögből
való,
pontosabb
megvizsgálására. Lehetőség nyílik a termékek és szolgáltatások sokkal pontosabbá és kényelmesebbé tételére. Lehetővé válik az azonnali kapcsolattartás a vevővel, melyhez nem feltétlenül lesz szükséges emberi beavatkozás ezt hívhatjuk a Szolgáltatások Internetének (Inernet of Services). Az adatok óriási mennyisége és szinte azonnali rendelkezésre állása, egyszerűbbé teszi a különböző piacokra és gazdaságokra való gyártás finomhangolását. A termelés modulárissá válása, illetve a teljes ellátási lánc hatékonyabbá tétele könnyebbé válik. 50
A fizikai munka az automatizálás által még kisebb arányban lesz szükséges. Mint említettem a gazdaság mindhárom szektora érintett lesz a változásokban. Lehetséges lesz például a mezőgazdaság okoseszközökkel való ellátása, pontos információ lesz a növények állapotáról, az időjárásnak megfelelően, az eszközök maguktól fogják tudni, az adott időpontban megkövetelt feladatokat, így csak végszükség esetén, illetve felügyeleti szempontból lesz szükség emberi beavatkozásra. 3.3.2 Just-In-Time A szolgáltatások és termelés automatizálása, finomhangolása előteremti az egyik legoptimálisabb gazdasági modell előretőrését a Just-in-Time-ot. Miért lehetséges ez? Amennyiben készen állnak a vállalatok a vevői igények valós idejű kiszolgálására, nem lesz akkora égető szükség a raktározásra. Optimalizálható lesz a gyártósor kapacitása veszteségek nélkül. Feleslegessé válik a beszerzői oldali felhalmozás és az eladói oldalon a túltermelés. Könnyen alkalmazható lesz a személyre szabott termelés, mely akár minden egyes vevő számára egyedi szolgáltatás, vagy termék kialakítását fogja lehetővé tenni. Le fog rövidülni a termékek piacra hozásának ideje, sokkal hatékonyabbá és kevesebb költségbe fog kerülni a megfelelő mennyiségű termék előállítása, ezek a változások mind lokális és mind globális szinten, egyszerűbben és jobban összehangolhatóak lesznek mint eddig valaha. A Deloitte kutatásaiban (Deloitte, 2014) megkérdezett vállalatok több mint 2/3a már most próbálkozik az ilyen technológiával rendelkezésre álló vevői igényeket személyre szabottan kielégítő modelleket kialakítani. 3.3.3 Logisztika De ahhoz, hogy a polcról levett, vagy akár egy virtális kosárba helyezett termék automatikusan generálja a gyártósort, ami azonnal képes magát bekonfigurálni az adott adatok alapján, a vevők kiszolgálására, még nem oldottunk meg egy jelentős problémát. A termékeknek egy meghatározó szempontja a rendelkezésre állás. Azaz, hogy a megfelelő helyen, a megfelelő időben, formában elérhető legyen a vásárló számára. Korábban említettük az okosgyárakat, előbb utóbb, mindenképp kialakításra kerül az okosvárosok és okosinfrastruktúra. Az önvezető járművek már a mai napokban is egyre növekvő mértékben hódítják meg az utakat, amik széleskörű lehetőségeket nyitnak meg a következő fejezetben kifejtésre kerülő logisztikában.
51
4. Logisztikai lehetőségek Az ipar fejlődése és az okoseszközök elterjedése nem elégséges feltétele annak, hogy a termékek 7M, azaz a megfelelő termék, a megfelelő időpontban, helyen, mennyiségben, minőségben és állapotban kerüljön a megfelelő fogyasztóhoz. A logisztika feladata megoldani, hogy ez megvalósulhasson. Jelenleg is számos eszköz és szabványrendszer teszi lehetővé ennek megvalósulását. Az előző fejezetekben kifejtettek alapján sok olyan lehetőség adódik, mellyel a logisztikai cégek olyan problémákat hidalhatnak át, amik eddig nagy befektetéssel, vagy nehezen voltak megoldhatóak. Az IoT és az Ipar 4.0 velejárója lesz, hogy az idő múlásával egyre több, mondhatni szinte minden eszköz kapcsolatban lesz egymással. Ez lehet egy polc, a gyártósori gépek, a csomagológép, a termék matricája, a targonca, kamion és annak raktere. Ráadásul ez nem korlátozható egy gyárra, mivel előbb utóbb minden gyár összeköttetésben fog állni egymással, új ajtók nyílnak a globális ellátási lánc menedzsmentben. Elmosódik a határ a különböző gyárak földrajzi elhelyezkedése és kereslet és gyártás összehangolása között, ezzel egyidejűleg egy új korszakba lép a globalizáció is. Ez köszönhető lesz annak, hogy az összekötött eszközök és az önszervező, automatizált rendszerek, az említett Just-in-Time termeléssel egyszerűbbé, de sokkal szervezettebbé teszik a termékek végfelhasználóhoz való jutását. Amennyiben ténylegesen a Just-In-Time, vagy legalább annak megközelítéséről beszélhetünk, háttérbe szorul a raktározás, így lehetőség nyílik a termékek azonnal az áruházba, vagy akár vásárlóhoz való eljuttatása. A logisztika nem csak kisebb költséggel, de hatékonyabban lesz képes ellátni mindazt a komplex feladatot, mely ma egy külön tudománynak, rendkívüli szervezőképességet igénylő hivatás. Az 5G hálózatok és az eszközök nagy számú csatlakozásával lehetőség nyílik a logisztikai szolgáltatások felhőbe mozgatására. Az IoT koncepciójával pedig elérhetővé válik a teljes rendszer valós idejű megfigyelése. A 3GPP szabványú hálózatok képessé teszik az olyan belső rendszerek automatizálását, mint például a gyáron belüli anyagmozgatás, habár ez megoldható lenne Wi-Fi kapcsolattal, bizonyos gyárkomplexumok mérete miatt nem biztos, hogy optimális megoldás lenne. A két technológia ötvözése azonban már egészen pontosan elláthatná ezt a feladatott.
52
A logisztikai eszközök felokosítása, mely alatt érthetjük a polcrendszereken elhelyezkedő termékeket, a polcokat, melyek képesek lehetnek maguktól érzékelni az adott alkatrész, félkész vagy késztermék mennyiségét, helyét állapotát, de akár lejárati dátumát, az anyagmozgatás emberi beavatkozás nélkülivé tételét három fő tényező fogja vezérelni: •
Az egyik ilyen kulcsfontosságú elem a hatékonyság. Hatékonyság alatt érthető a termékek, félkész termékek és anyagok, gyáron belüli és kívüli mozgatásából eredő szűk keresztmetszetek megszüntetése. Ez megjelenhet akár költségileg, vagy fizikailag. Nagy mennyiségű felesleges folyamat kiiktatása vagy teljes átalakulása várható. Ezek a változások fogják a jelenlegi ingadozásokat és kockázatokat elsimítani. Ilyen például a szállítás ideje, a várakozási idők, az adminisztráció, az optimális útvonalak megszervezése, az energia és üzemanyagfelhasználás és nem utolsó sorban az emberi hibák.
•
A második legalább ilyen súllyal szereplő tényező a biztonság. Nem elégséges, a folyamat automatizálása, és a pazarolt erőforrások lecsökkentése, ha nincs megoldás a folyamat elejétől végéig a munkahelyi, közúti balesetek számának jelentős csökkentése. Egy intelligens, automata rendszertől elvárható, hogy a jelenleg legtöbbször emberi, vagy mechanikai hibából bekövetkező balesetek száma jelentős mértékben csökkenjen.
•
A harmadik pillér a kényelem és demográfia közös halmaza. A növekvő lakosság és útterheltség olyan kihívásra kényszeríti a szektort, amellyel egy olyan rendszer kialakítását követeli meg, hogy mind az emberek, mind a termékek szállítása gazdaságosan, fenntartható módon az előző két pillér szem előtt tartásával képes legyen megoldható.
Az ilyen célokat kiszolgáló egyik manapság jelentősen felkapott megoldás az önvezető járművek és okosautók.
53
4.1. Önvezető járművek Manapság rendkívüli ütemben fejlődik az olyan technológiák fejlesztése mely elősegítik a sofőrök és a vezetés adta problémákat feloldani. Sok olyan rendszer létezik, mely biztonságosabbá teszi a vezetést, legyen az egy sávtartó rendszer, egy követéstávolság mérés, szenzoros parkolás, vagy a régóta elérhető sebességtartás. Azonban ezek a rendszerek leginkább beágyazottan működnek, lényegében semmi kapcsolattal a külvilággal. Kizárólag a sofőrt szolgálják ki információval és feladatának elvégzéséhez szükséges támogatással.. A járművek szenzorokkal való ellátása, valamint a járművek központi egységeinek felokosítása és hálózatra való csatlakoztatásával új korszakot nyit meg a vezetést asszisztáló rendszerek és a logisztika területén. A járművek képesek lesznek sokkal prediktívebb működésre, mivel nem feltétlenül lesznek az adott láthatósági körülményekre korlátozva. A mobilhálózaton megvalósított logisztika lehetővé teszi a közlekedés egy új módjának előretörését, ami a járművek távoli elérése, vezérlése és diagnosztikája, valamint az önálló vezetés egy újabb szintjére emelkedését jelenti. A járművek nem csak egymás között, de magával a gyárral, az infrastruktúrával és a közvetlen környezetükkel sokkal szofisztikáltabban fogják észlelni a felmerülő akadályokat és megfelelő információt biztosítani azokról Számos olyan adat lesz elérhető, mellyel pontosabban határozható meg egy jármű útvonala, adott állapota, szükséges karbantartási munkák esedékessége, lehetővé téve a járművek megfelelő karbantartását és az hatékonyság növelését. A járművek egymás közötti kommunikációjához az ETSI és az IEEE 802.11p szabványa biztosít alapot. Ez elősegíti a közlekedési eszközök vezeték nélküli kommunikációját (WAVE – Wireless Access in Vehicular Environments), mellyel a gyorsan mozgó tárgyak, mint az autók, biztonságosan tudnak egymás között ad-hoc módon kommunikálni. Ez azt jelenti, hogy az adatok továbbításához, nem feltétlen lesz szükség a mobilhálózattal, köztes üzenetváltására. Az LTE hálózatok, az utak és ritkán lakott területeken való csekély elérhetőségére kínál megoldást ez a technológia. Az 5G hálózatok által kínált fejlett rádiós technológia szintén lehetőséget kínál az előző akadály kiküszöbölésére, de nem zárja ki a WAVE előnyeinek használatát. Az utóbbi kettő leginkább együtt lesz rendkívül effektív.
54
Ennek elérhetőségével kialakul az adaptív menetkontroll (ACC) és a kooperatív-adaptív menetkontroll. Ez új utat nyit meg olyan területek fejlődéséhez mint az automatizált sztrádák, a platooning, azaz a járművek konvojban való automatizált, szervezett mozgatása, dinamikusan tervezett távolról vezérelhető útvonalon át. A sofőr nem feltétlen válik szükségtelenné, viszont sokkal nagyobb figyelmet fordíthat olyan tényezőkre, melyeket eddig a vezetés közben nem tudott azonnal, vagy megfelelően elvégezni. Az automatizált sztrádák feltétele az utak és környezeti infrastruktúrájának, okoseszközökkel és szenzorokkal való ellátása, mellyel kialakítható egy intelligens transzportációs rendszer. Egy ilyen rendszerrel nem csak a környezetkáros anyagok kibocsátása és a fogyasztás csökkenthető, de jelentősen csökkenthető a balesetek száma, melyre az EU tanulmánya (Asselin-Miller, és mtsai., 2016) évente 7%-os csökkenést jósol. Ez elvezet az Európai Bizottság tervezetei között már kidolgozás alatt levő központi intelligens szállítói rendszerek előretöréséhez (CITS).
4.2. ITS - Intelligent Transport System A kooperatív tudatosság definíciója szerint, egy olyan képesség, ami lehetőséget biztosít objektumok egymás között való jelenlétének, helyzetének, irányának és általános állapota kommunikálva van az egymást környékező járművek által. (Boban & d'Orey, 2016) Az útszéli eszközök és járművek egymással történő periodikus üzenetváltása lehetővé teszi az adatok és szabványok kidolgozását melyek olyan intelligens rendszerekben alkalmazhatóak amivel csökkenthetőek az úton történt veszélyes szituációk száma. Az ilyen intelligens szállítói rendszerek feladata az alrendszerek (melyek telepíthetőek akár a gyártó által, vagy utólagosan a jármű tulajdonosa által képessé téve azt a többi eszköz és az infrastruktúrával való üzenetcserére) üzeneteinek központi kiszolgálására. Jelenleg is rengeteg ilyen eszköz létezik, gondoljunk csak az autó szélvédőjére kihelyezett mobiltelefonra, tabletre, a traffipaxok és információs táblák, melyekben meg van a lehetőség, de jelenleg még nem használják a V2I azaz a jármű és infrastruktúra közötti kommunikációt. Egy ilyen központi rendszer képes a járművek helyzetének pontos meghatározására, az adott útvonal terheltségének kiszámítására, az alternatívák valós idejű felkínálására és a forgalom hatékonyabb elosztására.
55
Az Európai Bizottság 2016-os tanulmánya előírja egy olyan egységes európai központi ITS rendszer kifejlesztését, amely első lépésben lehetővé teszi a járművek közötti V2V majd következő lépésben az infrastruktúrával, környezettel való kollaborációt (European Commission, C-ITS Platform, 2016). Ezzel a kezdeményezéssel szeretnének egy olyan hálózatot létrehozni, amely képes az értékesítési lánc elejétől végéig optimalizálni és kiaknázni a logisztikai lehetőségeket.. 4.2.1. Hatásai Amíg az útrendszerek teljes telepítése óriási költségeket róna a gazdaságokra, a mobilhálózatok optimális megoldást szolgálnak a rendszerhez valós csatlakozás megvalósításához így lehetővé téve a V2I kommunikáció akár 97%-os elérhetőségét (Asselin-Miller, és mtsai., 2016). Habár nem feltétlenül lesz mindenhol megfelelő lefedettség a szolgáltatás biztosítására, az ötödik generációs mobilhálózatok ezt orvosolni fogják. Mivel nem szükséges a teljes útrendszer azonnali átalakítása, ez nem csak a telepítés, de beruházás szempontjából is segítséget nyújt. Az ITS olyan szolgáltatásokat hoz magával, mint például a veszélyes anyagok útvonalbeli tartózkodási helyére való figyelmeztetések, a járművek azonnali sebességkorlátozása, a kereszteződések intelligens kezelése, melyekkel jelentősen csökkenthetővé válnak a közúti balesetek. A forgalomirányítás a lámpák automatizált, forgalomtól függő kezelése és a parkolóhelyek elektronikus adminisztrációja lehetőséget biztosít a forgalom dinamikájának megtartásában és az adott terület károsanyag koncentrációjának csökkentésében, a . Ezek az adatok később elemzések készítéséhez fognak rendkívül hasznos információkat biztosítani. Ezek olyan információkkal fogják ellátni nem csak a logisztikai cégeket, de akármelyik vállalatot, mellyel könnyebbé teszik a döntéshozatalt a költségek kiszámolásában, a járművek használtsága fontos információt biztosíthat a gyártóknak a járművek állapotáról és a fejlesztés irányáról, valamint akár a kormányoknak az infrastruktúra és annak használatáról és állapotáról. Az ilyen szolgáltatások és adatok, illetve kommunikáció kínál lehetőséget a logisztika forradalmasítására, ugyanis az efféle adatok és technológiák fogják lehetővé tenni a szállítással foglalkozók számára a termékek eljuttatását nagyfokú automatizálás kihasználásával.
56
4.2.2 Platooning A korábbi fejezetben említett WAVE szabvány írja elő a mozgásban lévő járművek egymás közti és környezetükkel való kommunikációjának alapjait. A szabvány szerint a járműveknek képeseknek kell lenniük egymással, az infrastruktúrán elhelyezett útszakasz, de akár a másik járműbe utólagosan beépített, csatlakoztatott eszközökkel is kommunikálni. Mint korábban kifejtettem, az ITS lehetőséget ad a platooning valós idejű megvalósítására, azaz a járművek konvoj szerű irányított közlekedésének lebonyolítására. A konvoj a rendszeren belül egy csoportot, vagy alrendszert képvisel. A szükséges adatok így együttesen kezelve, az összes adott jármű között kerülnek megosztásra, mely alapján együttes kollaborációval kerül döntéshozatal az adott akadály, vagy útvonal további megoldására, teljesítésére. A kapott információn kívül a flotta tagjainak folyamatos kommunikációban kell egymás között lenniük, hogy képesek legyenek egymás adatainak feldolgozására és az együtt haladás minél pontosabb elvégzésére. Emiatt fontos például, hogy az elől haladó jármű kapcsolatban kell legyen az összes mögötte haladóval. Az ilyen rendszerek kidolgozása már a mai nap is fejlesztés alatt áll. Nem utolsósorban említeném az előző részben említett távoli irányítás, vagy teljesen autonóm járművek, az azonnal elérhető útvonali adatok és szenzorok által, mekkora hatékonyságot teremthetnek a szállítmányozásban. A platooning lehetőséget szolgál az útvonalak optimális kiválasztására és az áruk gazdaságos szállítására, de nem az egyetlen olyan lehetőség, mely gyökeresen változtathatja meg a ma ismert logisztikát és annak felmerülő problémáit.
15. ábra ITS - Platooning Forrás: https://goo.gl/7Em9lX, 2017. április (Saját szerkeztés)
57
4.3. A szektorra való hatások Az IoT eljövetelével a fentiek rövid ismeretében véleményem szerint óriási újítási lehetőségek rejlenek a logisztika területén, melyek a szektor gyökeres átalakulásához vezetnek. Jelenleg is rengeteg vállalat dolgozik a logisztika megújulásának vezetésében, mint a Bosch, a Google, a Volvo, vagy az Audi, Volkswagen és a Mercedes (DHL, 2014). Az előzőekben nem került megemlítésre, de nagyfokú hatékonyság érhető el, a már jelenleg is az Amazon által használt drónok használatával, mely lehetővé teszi a termékek, úthálózattól kötetlen, akadálymentes szállítását. A rögtön a gyártósorról drónok általi, központilag irányított szállítása, megfelelő eszköze lehet a dolgozatban említett Just-in-Time termelés kiszolgálására. Mint minden jármű ezek az eszközök is képesek lennének flottában, nagy hatásfokú szállítmányozásra. A logisztikai flották szenzorokkal való ellátása és központi elérése számos pozitívumot tartogat a vállalatok számára. Kisegíti a vezető és a jármű közötti együttműködést, képessé teszik a termékek és az adott járműről való lehető legpontosabb információ biztosítását. Kideríthető például az adott jármű összes diagnosztikai adata, beleértve a fogyasztást, az időjárási viszonyokat, az általa szállított termékek aktuális állapotát és a közlekedési helyzetet. Információt biztosítanak az egymással közlekedő járművek számára, hogy szabályozás alatt a lehető leghatékonyabban közlekedhessenek, akár formációban is, jelentős pozitív változást biztosítva a forgalomra és a környezetre. A DHL 2014-es kiadványa szerint ez akár 15%-kal csökkentheti a felhasznált üzemanyag mennyiségét (DHL, 2014). Az IoT-ben vezérelt önvezető járművek a fentiek alapján képesek lesznek az út során olyan historikus adatok előállítására, mely eddig szinte nem is létezett, vagy nagyon limitáltan volt elérhető. Ezek az adatok mint említettem, nem csak a logisztikai vállalatok, hanem a járművek gyártóinak és az adott országnak is olyan információkkal szolgálnak, melyek lehetővé teszi az eszközök, utak, a forgalom további finomhangolását és a szolgáltatás tökéletesítését. Lehetőség nyílik a termékek állapotának ki és bepakoláskori, kamerákkal történő automatikus szemrevételezésére és eltűnhet a felesleges papír alapú adminisztráció szükségessége.
58
Eddig nem került kifejtésre az ITS, az okosinfrastruktúrák és okosvárosokkal együtt felmerülő lehetőségekre. Az ITS-el megvalósuló automatizált forgalom lehetővé teszi a fuvarútvonal optimális kiválasztását. Képes az adott város forgalmának lehető leghatékonyabb átszervezésére, az adott napszaknak megfelelően. Más és más igények helyeződnek előtérbe egy reggel, ebédidőben, vagy esti közlekedésben. Egyszerűbbé válik a parkolóhelyek megtalálása, és adminisztrálása, mellyel nem csak a logisztika, de más területek, mint az igazságszolgáltatás és egészségügy is sok pozitív hatást tapasztalhat. Egy okosváros képes az utcák, parkolás, forgalmi lámpák, utcai világítás, a gyalogosok, autók és egyéb járművek egyidejű kezelésére. Ebből és a gyűjtött adatok az Európai Bizottság 2016es tanulmánya szerint 2030-ra akár 66%-os időbeli, 22%-os baleseti és átlagosan 11%-os üzemanyag fogyasztás béli csökkenés is elérhető (European Commission, C-ITS Platform, 2016) Itt szeretném megemlíteni, hogy ez magával hozza a város sokkal környezetbarátabbá tételét is. Az automatizált gyártási folyamatok és a logisztika összekötése együttes optimalizálása külön működő rendszerek esetén egy rendkívül komplex és nehezen megoldható feladat volt idáig. Az IoT és felhőszolgáltatások elérhetőségével, a vállalatok képessé válnak a gyártás teljes automatizálására. Ez alatt azt értem, hogy lehetőség nyílik, hogy mondjuk a vállalat weboldaláról megrendelt termék azonnal aktivizálja a megfelelő beállításokkal a gyártósort, melyet a vásárló már akkor nyomon követhet, egy olyan szolgáltatási élménnyel, mely az eddigi legpontosabb információt biztosítja számára a rendelése érkezéséről. A gyártósor magától képes lesz a megfelelő tartozékok és félkész termékek összeválogatására, ebben biztosít egy megoldást, a Xerox által fejlesztés alatt álló ThinFilm, amely egy okos, memóriával rendelkező termékmegjelölő címke. Továbbá képes lesz összehangoltan végig vinni a késztermékig, akár folyamatos monitorozási lehetőség biztosításával, majd a legmegfelelőbb útvonal kiszámolásával, pontos dátumban biztosítani a vevőt a szállítási lehetőségekről, legyen az szárazföldön, vízen, vagy levegőben. Az efféle folyamatok és a termék megfelelő helyre való szállítása minimális, de akár semmilyen emberi beavatkozást nem fog igényelni.
59
Bizonyos statisztikák elemzései szerint (European Commission, C-ITS Platform, 2016) a közúti balesetek 90%-a emberi figyelmetlenségből adódik. A raktárakban már használatos okostargoncákban használt technológiák és az új szabványoknak megfelelő okosjárművek képesek lesznek az ilyen mutatók radikális csökkentésére. Összességében rengeteg olyan probléma megoldása válik elérhetővé, amelyek a mai napig fontos és megoldásra várnak. Ilyen a környezetre való hatás, melyben nagy szerepet játszik a forgalom irányítása és a járművek üzemanyagellátása, a közlekedés és emberi hibák miatt felmerülő balesetek és szabálysértések, vagy magának az egész logisztikai rendszernek az átláthatóbbá tétele.
5. Következtetések, interjúk Szakdolgozatom témájával megfelelésben, az önálló irodalomfeldolgozáson kívül, hipotézisem
állításainak
valóságosságát,
mélyinterjúkkal
terveztem
alátámasztani.
Hipotézisemben említettem, hogy a dolgozatom fő témájának, azaz az IoT megjelenésével és elterjedésével nyíló lehetőségek nagyfokú változásokat hozhatnak a gazdaság szereplői részére, mely lehetőséget a vállalatok hajlandóak lesznek kihasználni. Az ilyen lehetőségek között értem az eszközök hálózati kommunikációját, az automatizálásban rejlő potenciált, a rendelkezésre álló adatok ésszerű felhasználását, és a gazdaság akár egészének a "felokosítását". A dolgozat témájának nagysága miatt úgy döntöttem, hogy nem biztosít elegendő információt egyetlen interjú, mivel témámat nem csak a gazdasági lehetőségek szempontjából, hanem annak megvalósíthatósága szerint is meg kell vizsgálnom. Ehhez sikerült a két szakterületen belül aktívan tevékenykedő, magas szakképzettséggel rendelkező vezetővel elkészítenem interjúimat. Az interjúalanyok megtekintették a dolgozat struktúráját, tudomást szereztek a gondolatmenetemről és ismertettem velük a hipotézisem.
60
5.1 Gazdasági interjú Gazdasági interjúmat Sovány Sándor, az Akkor-dekor Kft. kereskedelmi igazgatójának együttműködésével készítettem el. Az interjú egy adott kérdéssor alapján történő adott témában történő félig-strukturált beszélgetésként folyt. A kérdéssoromba tartozott az IoT mint jelenséggel való ismeretek felfedezése, maga a koncepcióval való azonosulás mértékének felmérése. Ezek után érdeklődtem a megvalósuló IoT piacot megformázó hatásairól, az okoseszközök nagy mértékű elterjedéséről és a velejáró következményekről. A jelenleg is elterjedő félben lévő felesleg eliminálása, a Lean és Six Sigma, melyek különféle módszerek alapján próbálják a termelést optimalizálni, felkeltették érdeklődésem az interjúalanyom véleményére, a dolgozatomban megemlített Just-In-Time lehetőségének bevezetéséről. Az interjú végén az IoT koncepciójával elképzelhető gazdasági változásokról érdeklődtem, illetve a logisztikára és vállalatokra irányuló hatásokat próbáltam előtérbe helyezni. Az interjú alanya rendkívül naprakész és felettébb optimistán fogadta a témát és a feltett kérdéseimre pozitívan reagált. Véleménye szerint az IoT eljövetele lehetőséget biztosíthat az emberi erőforrás kiváltására, bár elsődleges koncepcióként inkább az optimalizálást emelné ki. Nagyobb fokú hatékonyság érhető el, mely nem csak a logisztika, de a gazdaság bármely területén előnyhöz juttatná a vállalkozáskat, szorosabbá téve a versenyt. Rendkívül nagy kihívást összpontosít az IoT eljövetelével a felmerülő jogi szabályozások meglétének, melyeknek véleménye szerint előbb szükségeltetne meglenni, mint magának a koncepciónak a megvalósulása, a későbbi bonyodalmak elkerülése érdekében. A felokosodó gazdasággal sokkal kényelmesebbé és biztonságosabbá válhat a mindennapi élet, felgyorsulna a kutatás fejlesztés üteme és a széleskörű használati lehetőségek alapján akár élettanilag is pozitívan hathatna, akár globálisan is, például a munkába járás közben is képesek lennénk az adott napi munkára felkészülni, ha bevisz minket az okosautónk. A JIT elterjedését már most is egy hasznos folyamatnak véli, de annak teljes elterjedése még egy ilyen okosgazdaságban is hosszú folyamat lesz. Véleménye szerint a raktározásban lesz főként
észrevehető
változás,
a
folyamatok
az
információáramlás
gyorsulásával
megszüntethetik a gazdaság pufferhatását. A Just-in-Time nem elérhető, de nagy mértékben megközelíthető lehet, a raktározás pedig személyre szabott termékekké fog átalakulni. Ilyen
61
lehet mondjuk, az okosotthon 3D nyomtatója által kinyomtatott termék, mely tervrajzának használatáért fog fizetni a vásárló. A gyártástól végfelhasználóig való automatizálás, ami szerinte elkerülhetetlen, hosszú távon, ami 50-100 évet is felölthet, társadalmi és politikai átalakulást hoz magával. Jelentős változáson fog átesni a munkaerőpiac, rengeteg állás fog megszűnni, viszont rengeteg teljesen másféle fog létrejönni. Az IoT-val hozott piaci rések, nagy mértékben átalakíthatják a gazdasági szektorok mint például szolgáltatások, egészségügy, termelés folyamatait és egyre több sikeres startup fog fellendülni a kiaknázatlan piaci rések megtalálásával. A technológia alkalmazását úgy vélte azonban, hogy először a nagyméretű vállalatok fogják kiaknázni, mert egy ilyen beruházás kevésbé fogja őket megingatni, ezek után, a technológia olcsóbbá válásával a kisebb gazdasági szereplők is elkezdik majd bevezetni ezeket az innovációkat. Az adatforgalom és elérhető adatok viszont érvei szerint óriási lehetőséget biztosíthatnak, de akár egy új gazdasági szektor felvirágzását is elhozhatják majd. Az adott interjú alapján kijelenthetem, hogy a hipotézisemmel egy síkon mozgó, de részben eltérő, pontosabb válaszokat kaptam. Részletesebbé vált a látásmódom, a vállalatok döntéshozataláról és a kockázatok, befektetésekhez való hozzáállásáról. Összességében elmondható, hogy a vállalatok számára nagy mértékben csábító lehetőségek rejlenek az IoTben és érdemes befektetés lehetne a logisztika és a termelés automatizálása.
62
5.2 Technikai interjú Technikai interjúmat Felber Zsolt, az a Nokia Solutions and Networks Kft. Innovációs részlegének vezetőjével készítettem. Második interjúmra szintén egy adott témában előre specifikált kérdés sor alapján félig-strukturált beszélgetésben került sor. Kérdéseim között szerepelt a mobilhálózatok felé kialakított követelmények, a határidők betartása, a fejlesztésekkel kapcsolatos nehézségek és kihívások, az IoT által elképzelt és kialakítható piaci átalakulás és gazdasági modellek, a logisztikára és az iparra való technikai kihívások és lehetőségek. Az interjún felmerült 5G hálózat alatt a már megvalósított és szabványok által elképzelt IoT-t kiszolgáló mobilhálózatot vettem alapul. Első kérdésem a szűkös megvalósítási határidőkre és annak szakaszaira irányult. Interjúalanyom szerint, a 2020-as nyári olimpiai játékokra, habár nem globálisan, de az eseményre szabottan mindenképp megvalósítható lesz. a szabványokban előírt 5G hálózat, mivel annak méretei miatt könnyebben megvalósítható, mint a globálisan kialakított hálózati infrastruktúra teljes átalakítása. A világszerte való bevezetés stratégiája piaci szereplőnként eltérően tervez, a Nokia ezt a dolgozatom második, 5G mobilhálózatokról szóló fejezetében említett három egymásra épülő lépcsőben szeretné megvalósítani. Ez a három lépcső nem csak az operátoroknak, de a gazdasági szereplőknek is elegendő időt fog biztosítani az eszköztárak felújítására, lecserélésére, hogy megfelelően felkészülhessenek az 5G által kínált lehetősége abszolválására. A dolgozatomban említett opció, hogy a régi hardverek új felhasználásra kerülhetnének, interjúalanyom szerint nem elképzelhetetlen, viszont nagy feladat lehet, mivel az adott hardverek működése nagy mértékben eltér a most fejlesztett rádiós technológiáktól és azok összehangolása kis mértékben, vagy nagy áldozatokkal járhat. Az interjú során egyértelműen kifejtette, hogy a fejlesztés során nem feltétlenül a kitűzött sebesség elérése lesz az elsődleges cél, hiszen az önvezető járművekhez szükséges sebességet a jelenlegi LTE hálózatok is ki tudnák szolgálni. A legnagyobb kihívást jelenleg az alacsony válaszidő, a lefedettség, azaz a rádiós hálózat fejlesztése teszi ki. Az is probléma, hogy globális szinten nem egyszerre történik a fejlesztésre használható frekvenciaspektrumok használatának engedélyezése.
63
Véleménye szerint a mobilhálózatok virtualizációja, és felhőszolgáltatássá alakulása új piaci lehetőséget fog megnyitni, a mobilkommunikációs hálózat fejlesztésével foglalkozó vállalatok, mint az Ericcson, a Nokia, vagy a Huawei számára. Ezeket a lehetőségeket leginkább az ilyen jellegű vállalatok, valamint a mobilhálózati üzemeltetők fogják, ami az operátorok üzleti modelljének jelenleg más irányú céljain alapul. Ha egy vállalat például egy mobiloperátorral próbálná megoldani a logisztika automatizálást, az adott vállalat hálózatából kikerülve a roaming miatt elég nehézkes lenne megfelelő szolgáltatást nyújtaniuk. Habár az EU-ban ez nem régiben megoldásra került, globális szinten nehézségekbe ütközhet.. Az egész elmozdulhat olyan irányba, hogy az infrastruktúrát fejlesztő cégekből válik egy globális szolgáltató vállalat, amely képes akár teljes iparágakat is infrastruktúrával ellátni. De elképzelhető, hogy a mobiloperátorokkal karöltve fogják a szolgáltatás és az infrastruktúra külön-külön biztosítását megoldani. Az ilyen üzleti jellegű döntések egyeztetése jelenleg is folyamatban van. Az ilyen vállalatok oligopol, vagy kartellgyanús helyzetbe kerülésére irányult kérdésemre adott válaszában indokolta, hogy az így nyert piacok és a későbbiekben nagy valószínűséggel becsatlakozó IT cégek miatt nagy verseny várható így az ilyen piacot uraló helyzet kialakulása igen csekély eséllyel valósulhat meg. Az interjún adott válaszában kifejti, hogy a hozzájuk hasonló hálózati cégek nagy valószínűséggel új szerepkörbe fognak kerülni, melynek több opciója is lehet. Lehetőség nyílik az ilyen vállalatoknak a teljes hálózat konfigurálására, privát használatra szétszeletelni a hálózatot és felhőben kiszolgálni az IoT és Ipar 4.0 igényeit. Ilyen példa lenne egy Ipar 4.0 eszköztárral rendelkező termelő vállalat gyárának és logisztikai parkjának, a megfelelő privát hálózati infrastruktúra biztosítása, a hol a vállalatnak csak a szükséges bázisállomásokat kellene megvásárolnia. Egy másik lehetőségként került szóba a vállalat operátorokkal kötött globális IoT csatlakoztatását ellátó központi szerep kialakítása. Egy ilyen modellben az operátorokkal kötött megállapodások alapján, a vállalatot felkereső cégeket rendeli hozzá a számukra legmegfelelőbb hálózati szolgáltatást biztosító infrastruktúrák csatlakozási pontjaihoz. Az IoT által behozott milliós nagyságrendű eszközök kiszolgálása, véleményében nem nagy kihívás egy mobilszolgáltató részére, mivel jelenleg is felhasználók millióit szolgálják ki egyszerre, a kihívás inkább a rádiós technológiában rejlik, hogy melyik eszköz milyen sűrűn és meddig fogja használni az adott frekvenciát, ennek specifikálása azonban a szabványosító testületek feladata lesz.
64
Az okosodó gazdasággal hozott, okosvárosok, nem feltétlen követelik meg az 5G hálózatot, azonban több ponton biztonságosabbá és hatékonyabbá válhatnak általa. Jelenleg is találhatóak szabványok, melyekkel valósággá válhatna és az okosvárosok kialakíthatóak lehetnek, de ez általában költség kérdése, nem pedig infrastrukturális. A versenyszférában elhelyezkedő vállalatok lehetnek az új hálózati infrastruktúra és vele kialakuló üzleti modellek nyertesei. Lehetőségük lesz akár privát hálózatok kialakítására, melyhez az olyan cégek mint a Nokia is infrastruktúrát biztosít. Mivel a Nokia nem rendelkezik az összes speciális igényeket kiszolgáló applikációkkal, lehetőség rejlik az olyan startupokkal való szerződéskötésre, melyek lehetővé teszik egy szolgáltatási adattár létrehozását. Az adatközpontokon átfolyó adatokra irányult kérdésemre, válaszában kifejtette, hogy az adatközpontokban valóban rengeteg szenzitív információ lehetséges, de ezek tulajdonlása mindig a szolgáltatást megrendelő vásárlót illeti. Az adatközpont fenntartója, csak speciális esetben adhat tovább nyers vagy a központ analitikai szoftvere által előállított adatot, vagy információt. Az önvezető járművek alanyom szerint sokak által félreértelmezett
dolog,
mivel
legtöbben
az
utakon
közlekedő
buszokra
és
személygépjárművekre gondolnak. Ezt szerinte mindenképp érdemes lenne kibővíteni az iparban használt targoncák, anyagmozgató berendezések, drónok és egyéb eszközökre is. Állítása szerint az önvezető járművek, a konvojozás és a logisztika automatizálása már nem egy utópisztikus gondolat, hanem folyamatban lévő fejlesztés. Ezt alátámasztotta azzal, hogy a Nokia jelenleg is része és vezető hozzájárulója az 5G Automatic Reliance egyesületnek, melynek célja az önvezető járművek megvalósításának specifikálása. Ez a koncepció véleménye szerint akár 5 éven belül teljesen meg is valósulhat.
65
5.3 Következtetés Az interjúk során szerzett tapasztalatok alapján arra a következtetésre jutottam, hogy hipotézisem helytálló, azonban technikai oldalról kevésbé előremutató, mint gazdasági szempontból. Interjúalanyaim és a dolgozatban kifejtettek alapján elmondható, hogy az IoT számos lehetőséget nyit meg a mobilkommunikáció és a gazdaság különböző szektorai között. Ezek által az innovációk és jelenlegi fejlesztések által rövid időn belül valósággá válhatnak az olyan lehetőségek, mint a logisztika automatizálása, a gyártósorok eszközeinek finomhangolása. Technikai oldalról nagyobb kihívást jelent jelenleg az infrastruktúra rádiós részének kialakítása mint a szoftveres automatizálás kihívásai. Viszont a szolgáltatásokban rejlő potenciál kiaknázása még egy jövőbeni feladat lesz. A mobilkommunikációs vállalatok paradigma váltása nagy mértékben jósolható az Ipar 4.0 eljövetelével a vállalatok képesek lehetnek a szolgáltatások Google Play áruház szerű felhasználására ezáltal a legkülönfélébb megoldások születhetnek az egyébként is előre megjósolható felgyorsuló verseny további szorosságának kialakulására. Az alábbiakból egyértelműen kijelenthető, hogy a vállalkozások, habár idő elteltével, mivel nem minden piaci szereplő fogja tudni azonnal igénybe venni ezeket a lehetőségeket, hajlandóak lesznek a technikai innovációk bevezetésére és azok használatával piaci és gazdasági lehetőségeik maximalizálására.
66
6. Összefoglalás Dolgozatomban egy komplex rendszer bemutatása és annak levezetése volt olvasható, melyben rátértem, az alapkoncepció az IoT által előírt követelmények kifejtésének, ahol mindenképp érdemes megjegyeznem a biztonság, a jogi problémák és a jelenlegi szabványok számának hiányát. Mivel egy jelenleg is fejlődésben lévő fogalom fizikai megvalósulásáról van szó, nem elvárható, de szükséges feltétel a megfelelő alapok lefektetése, hogy azok adott specifikáció szerint alakulhassanak kézzel foghatóvá. Külön fejezetben került kifejtésre a hozzájáruló technológiai adottság fejlődésének meghatározása és a célba vett irány, mellyel a felmerült lehetőségek kiszolgálása megvalósulhat. A technikai interjúmban olvasottak alapján kijelenthető, hogy az IoT bizonyos területei már mai technológiák által is biztosítva van, illetve megoldható, fizikai megvalósulások sokszor azonban sajnos nem a technológia meglétén, hanem egyéb gazdasági döntések meghozatalán alapul. Az 5G hálózatok fejlesztése gőzerővel folyik és határidőre elkészíthető. Rengeteg munkát fog igényelni a megfelelő technika kialakítása, de véleményem szerint, a 4G, vagy más néven LTE hálózatokhoz hasonlóan rendkívül lassú tempóban fog globális szinten elterjedni, olyan mértékben, hogy az IoT lehetőségei mindenhol kiaknázhatóak legyenek. Habár az NFV és SDN , valamint az új gazdasági modellek felgyorsíthatják ezt a folyamatot, a bevezetés és széleskörű felhasználás, a vállalatok befektetési szándékán fog múlni. A gazdasági interjúmban hallottak alapján, szerintem is elképzelhető, hogy a tőkésebb nagyvállalatok hamarabb fognak belépni ebbe az innovációs spirálba és csak később fog elterjedni a kisebb vállalatoknál és a mindennapi életben. Ezalatt azt értem, hogy nem minden vállalat lesz képes azonnal reagálni arra, hogy megvalósítsa az Ipar 4.0 fejezetben elhangzott óriási mértékű automatizálási lehetőségeket. Habár az eszközök szenzorokkal való ellátása és azok összekötése rendkívüli módon fogja megváltoztatni a ma ismert gazdasági szektorokat és piacokat. Dolgozatomban ismertettem, hogy óriási lehetőségek rejlenek az ilyen technológiával előállított adatokból. A vállalatok és gyártók sokkal nagyobb mértékben fogják megérteni a felhasználói szokásokat, azonnali visszacsatolással rendelkezhetnek a termék használatáról, a felhasználási szokásokról, így lehetőség nyílik az innovációra és kutatás fejlesztésre fordított befektetések növelésére.. Mint korábban említettem ezek az adatok lehetnek rendkívül érzékenyek, akár ipari akár személyes szempontból is. Mindenképpen szeretném kiemelni a jogalkotás szerepének fontosságát, ugyanis az ilyen
67
mennyiségű és fajtájú adatok nem kis létszámú és súlyú adatlopás és azzal való visszaélésnek lehetnek alapjai. Ezért nem csak az IoT fejezetben kifejtett eszközök, de maga a kommunikáció és a csatorna, vagy gerinchálózat az 5G mobilhálózat biztonságának fokozása is kulcsfontosságú. Az okosiparban használt eszközök általi adatok lehetővé teszik a folyamatok széleskörű optimalizálását, melyek végül teljes mértékben automatizálhatóak lesznek. Habár interjúm alanyának véleménye szembenáll hipotézisemmel, véleményem szerint, ha már az önvezető járművek egy jelenleg elérhető technológia, amely hamarosan valósággá válik, az azonnali termelés és egyéni termékek lehetősége sem tűnik technikai szempontból utópisztikus kihívásnak. Egyetlen hátulütője a vállalatok gazdasági elhatározása és a kereslet mértéke lehet. Véleményem szerint vitális szerepet fog játszani ennek a koncepciónak a teljesülésében a logisztika. Az általam felállított modellben, melynek megvalósulása az olvasottak alapján rövidesen bekövetkezhet, elérhető lesz a logisztika szinte teljes automatizálása. Az infrastruktúrával kommunikáló járművek, a gyártósort önállóan irányító központi rendszerek alappillérei lesznek a Just-in-Time termelésre való átállásnak. Nem csak a gyártósorok, az azon dolgozó robotok, de az anyagmozgató targoncák, vagy a legújabb trend szerint a drónok fognak újabb lendületet adni a termék elérhetővé tételének véleményem szerinti forradalmában. Nem feltétlenül lesz úthoz kötve a termékek szállítása például. Azonban amennyiben adott útvonalhoz kötött a szállítmány, az gazdaságosabbá, hatékonyabbá és nagymértékben biztonságosabbá fog válni. A dolgozatom egy feltörekvő technológia és fogalom potenciálját és jövőképét vizsgálta, amely sokak számára jelenleg túlzottan is futurisztikus és visszafogottságot, tartózkodást vált ki, technológiai oldalról azonban rendkívül érdekes és számottevő kihívást tartogat magában. Véleményem szerint egy jelenlegi világot nagy mértékben felforgató, de sokkal több pozitívummal kecsegtető lehetőség, mely sokáig alapozhatja a gazdaság nagymértékű növekedését és a világ biztonságosabbá, kényelmesebbé, környezetbarátabbá tételét.
68
Irodalomjegyzék 3GPP. (2015). Feasibility Study on New Services and Markets Technology Enablers. 3rd Generation Partnership Project. Letöltés dátuma: 2017. 02, forrás: https://goo.gl/shpneQ 3GPP. (2016). Study on Architecture for Next Generation System. 3rd Generation Partnership Project. Letöltés dátuma: 2017. 2, forrás: https://goo.gl/jXKFVM 3GPP. (2017). System Architecture for the 5G System. 3rd Generation Partnership Project;. Letöltés dátuma: 2017. 02, forrás: https://goo.gl/IdzZjf Agarwal, P. (2015, 7 1). SWOT Analysis of the Internet of Things. Retrieved 3 2017, forrás: The IOT Portal: https://goo.gl/FsNTtr Asselin-Miller, N., Biedka, M., Gibson, G., Kirsch, F., Hill, N., White, B., & Uddin, K. (2016). Study on the Deployment of C-ITS in Europe: Final Report. Ricardo Energy & Environment. doi:ED 60721 Bartolomeo, M. (2014). Internet Of Things: Science Fiction or Business Fact? Harvard Business School Publishing. Letöltés dátuma: 2017. 2, forrás: https://goo.gl/txmCWx Béla, T. (dátum nélk.). Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: uni.sze.hu: https://goo.gl/MEUh8q Bergenhem, C., Hedin, E., & Skarin, D. (2012). Vehicle-to-Vehicle Communication for a Platooning System. Science Direct. doi:10.1016 Boban, M., & d'Orey, P. (2016. June). Exploring the Practical Limits of Cooperative Awareness in Vehicular Communications. IEEE, 65(6). Forrás: https://goo.gl/6RRvQS Brown, E. (2016. 9 13). Who Needs the Internet of Things? Letöltés dátuma: 2017. 3, forrás: Linux.com: https://goo.gl/QttcVn Cattoni, A., Chandramouli, D., Sartori, C., Stademann, R., Zanier, P., Nokia, & VTC. (2015). Mobile Low Latency Services in 5G. IEEE. Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: https://goo.gl/aD3aTg
69
Cisco. (2015). Cisco IoT System Security: Mitigate Risk, Simplify Compliance, and Build Trust. Cisco. doi:C11-735952-00 Cisco. (2015). IoT Threat Environment. Cisco. doi:C11-735871-00 Deloitte. (2014. 02). Industry 4.0 Challenges and solutions for the digital transformation and use of exponential technologies. Deloitte. Letöltés dátuma: 2017. 05, forrás: https://goo.gl/0dXQFU DHL. (2014). Self-driving Vehicles in Logistics. DHL. Letöltés dátuma: 2017. 5, forrás: https://goo.gl/ns2fUF Dr. Geissbauer, R., Schrauf, S., & Vedso, J. (2014). Industry 4.0: Building The Digital Enterprise. PricewaterhouseCoopers. Letöltés dátuma: 2017. 05, forrás: https://goo.gl/wZCE7C Dutt, D., Duda, K., Agarwal, P., Kreeger, L., Sridhar, T., Bursell, M., & Wright, C. (2014). Virtual eXtensible Local Area Network (VXLAN): A Framework for Overlaying Virtualized Layer 2 Networks over Layer 3 Networks. IETF. doi:ISSN: 2070-1721 ETSI. (2012). Network Functions Virtualization. ETSI. Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: https://goo.gl/Q30zPJ ETSI. (2014). Network Functions Virtualisation (NFV); Management and Orchestration. ETSI. Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: https://goo.gl/KmBrT8 ETSI. (dátum nélk.). Automotive Intelligent Transport Systems. Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: ETSI: https://goo.gl/SDopUL European Commission. (2011). ITS ACTION PLAN. Unit C3 Intelligent Transport Systems. European Commission. Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: https://goo.gl/c9A7Gz European Commission. (2016). C-ITS Platform. Letöltés dátuma: 2017. 5, forrás: https://goo.gl/l7OQXW European Commission. (2017. 5 6). Intelligent transport systems. Forrás: European Commission: https://goo.gl/oH853z
70
Evans, D. (2011). The Internet of Things - How the Next Evolution of the Internet Is Changing Everything. Cisco. Letöltés dátuma: 2017. 2, forrás: https://goo.gl/TVYAol GSMA. (2014). Understanding The Internet Of Things (IOT). GSMA. Letöltés dátuma: 2017. 2, forrás: https://goo.gl/fwNtY0 Heynitz v., H., Bremicker, M., Amadori, D. M., & Reschke, K. (2016). The Factory of the Future Industry 4.0 – The Challenges of Tomorrow. KPMG. Letöltés dátuma: 2017. 05, forrás: https://goo.gl/IyLpGp Hobert, L. (2012). A study on platoon formations and reliable communication in vehicle platoons. University of Twente. Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: https://goo.gl/ogyq4L Hoffmann, F. (2014). Vehicle-to-Vehicle Communication – Low Latency, High Reliability Applications. Letöltés dátuma: 2017. 04 Ishaq, I., Carels, D., Teklemariam, G. K., Hoebeke, J., Van den Abeele, F., De Poorter, E., . . . Piet, D. (2013). IETF Standardization in the Field of the. IETF. doi:ISSN 22242708 ITU. (2017. 03). ITU towards “IMT for 2020 and beyond”. Forrás: ITU: https://goo.gl/LJ1Asb ITU-T. (2012). Overview of the Internet of things. ITU-T. Letöltés dátuma: 2017. 2, forrás: Internet of Things Global Standards Initiative: https://goo.gl/uFnyKP Juniper. (2017). Juniper. Letöltés dátuma: 2017. 2, forrás: IoT at a Crossroads: https://goo.gl/MKg93A Kushalnagar, N., & Schumacher, C. (2007). IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPANs): Overview, Assumptions, Problem Statement, and Goals. IETF. Letöltés dátuma: 2017. 3, forrás: https://goo.gl/xLLHsQ Kwoczek, A. (2016). Automotive Requirements for Future Mobile. Volkswagen. Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: https://goo.gl/XzmdRX
71
Macaulay, J., Buckalew, L., & Chung, G. (2015). Internet of Things in Logistics. DHL. Letöltés dátuma: 2017. 5, forrás: https://goo.gl/pwAEl5 MacDougall, W. (2014). Industrie 4.0 Smart Manufacturing For The Future. Germany Trade and Invest. Letöltés dátuma: 2017. 05, forrás: https://goo.gl/x1XdJF Meola, A. (2016. 12 21). How IoT logistics will revolutionize supply chain management. Letöltés dátuma: 2017. 5, forrás: Business Insider: https://goo.gl/DeLzEt Nabben, H., & DAMCO. (2014. 9 15). Supply Chain Digital. Letöltés dátuma: 2017. 03, forrás: https://goo.gl/0RqdZ1 NGMN Alliance. (2015). 5G White Paper. NGMN Alliance. Letöltés dátuma: 2017. 03, forrás: https://goo.gl/vajOsC NGMN Alliance. (2016). Perspectives on Vertical Industries and Implications for 5G. NGMN Alliance. Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: https://goo.gl/LB0MSo Nokia Solutions and Networks Oy. (2015). LTE-M – Optimizing LTE for the Internet of Things. Nokia Solutions and Networks Oy. Letöltés dátuma: 2017. 02, forrás: https://goo.gl/YruvkF Norbert, F. (2016). Ipar 4.0 -> Logisztika 4.0, avagy milyen lesz a logisztika a jövő gyárában. Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: https://goo.gl/HfgiLW ONF. (2014). SDN Architecture. Open Networking Foundation. Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: https://goo.gl/NbRcph ONF. (2014). SDN Architecture. Open Networking Foundation. Letöltés dátuma: 2017. 5, forrás: https://goo.gl/AxclBY Pál Ádám, T. (2017, 04 20). http://www.portfolio.hu. Retrieved from Portfolio.hu: https://goo.gl/Rnjru8 Pentikousis, K., Denazis, S., Salim Hadi, J., & Meyer, D. (2015). Software-Defined Networking (SDN): Layers and Architecture Terminology. IETF. doi:ISSN: 20701721
72
Poikselkä, M., Holma, H., Hongisto, J., Kallio, J., & Toskala, A. (2012). Voice over LTE (VoLTE). John Wiley & Sons. doi:ISBN 978-1-119-95168-1 PricewaterhousCoopers. (2016). Opportunities and Challenges of the Industrial Internet. PricewaterhousCoopers. Letöltés dátuma: 2017. 05, forrás: https://goo.gl/wt8bQd Qualcomm. (2014). The Evolution of Mobile Technologies. Qualcomm. Letöltés dátuma: 2017. 3, forrás: https://goo.gl/FtZbhy Rose, K., Eldridge, S., & Chapin, L. (2017). The Internet of Things: An Overview. The Internet Society ISOC. Letöltés dátuma: 2017. 2, forrás: https://goo.gl/3k8fPm Rüßmann, M., Lorenz, M., Gerbert, P., Waldner, M., Justus, J., Engel, P., & Harnisch, M. (2015). Industry 4.0: The Future of Productivity and Growth in Manufacturing Industries. BCG. Letöltés dátuma: 2017. 05, forrás: https://goo.gl/l7qLru Smit, J., Kreutzer, S., Moeller, C., & Carlberg, M. (2016). Industry 4.0. Policy Department A: Economic and Scientific Policy European Parliament. Letöltés dátuma: 2017. 05, forrás: https://goo.gl/c6yV1G Stein, Y. (2015). SDN & NFV OpenFlow & ForCES. Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: https://goo.gl/5gPhgK Trebilcock, B. (2012. 6 1). Logistics Management. Letöltés dátuma: 2017. 4, forrás: Logistics Management: https://goo.gl/I2IHgC Tschofenig, H., & Arkko, J. (2015. 3). Report from the Smart Object Workshop. IETF. Letöltés dátuma: 2017. 3, forrás: IETF: https://goo.gl/NgGopN Tschofenig, H., Arkko, J., & Thaler, D. (2015). Architectural Considerations in Smart Object Networking. doi:ISSN 2070-1721 Wang, S., Wan, J., Li, D., & Zhang, C. (2016). Implementing Smart Factory of Industrie 4.0: An Outlook. International Journal of Distributed Sensor Networks, 2016(2016), 10. doi:10.1155 World Economic Forum. (2016). The Future of Jobs. Letöltés dátuma: 2017. 05, forrás: https://goo.gl/HzvLwR
73
Ábrák, képek, táblázatok jegyzéke 1. ábra Az eszköz eszköz kommunikáció modellje Forrás: (Rose, Eldridge, & Chapin, 2017), p19, 2017. Március (Saját szerkeztés) .............. 10 2. ábra Az eszköz-felhő kommunikáció modellje Forrás: (Rose, Eldridge, & Chapin, 2017), p20, 2017. Március (Saját szerkeztés) .............. 10 3. ábra Az eszköz-átjáró kommunikációs modellje, Forrás: (Rose, Eldridge, & Chapin, 2017), p21, 2017. Március (Saját szerkeztés) ............. 10 4. ábra A Back-end megosztás modellje, Forrás: (Rose, Eldridge, & Chapin, 2017), p21, 2017. Március (Saját szerkeztés) .............. 11 5. ábra A GSM (2G hálózat) fő részei. Forrás: https://goo.gl/RC21KU, 2017. március .................................................................... 17 6. ábra A GSM (2G) hálózat fő rendszerei és interfészei. Forrás: https://goo.gl/gpAOgo, 2017. március .................................................................... 18 7. ábra A 3. és 4. generációs hálózat architektúrális fejlődése, Forrás: https://goo.gl/3PDq4e, 2017. Március (Saját szerkeztés) ........................................ 19 8. ábra Az 5G hálózat követelményei Forrás: https://goo.gl/pgWl9Y, 2017. március (Saját szerkeztés) ........................................ 23 9. ábra Az IT és Telco rendelkezésre állás különbségei. Forrás: https://goo.gl/wiFdDo, 2017. március (Saját szerkeztés) ......................................... 25 10. ábra Az 5G hálózat architektúrális vázlata Forrás: https://goo.gl/tQ2l22, 2017. április (Saját szerkeztés).............................................. 26 11. ábra Az ETSI által specifikált NFV architektúra. Forrás: https://goo.gl/OsUqRt, 2017. április (Saját szerkeztés)........................................... 36 12. ábra Az SDN részei és rétegei Forrás: https://goo.gl/AyHhcS, 2017. április (Saját szerkeztés) .......................................... 39 13. ábra Az ipar technológiai forradalmai. Forrás: https://goo.gl/WcxyeX, 2017. április (Saját szerkeztés) ......................................... 42 14. ábra Az Ipar 4.0 innovációinak átfogó ábrázolása. Forrás: https://goo.gl/yzgN6c, 2017. március ....................................................................... 50 15. ábra ITS - Platooning Forrás: https://goo.gl/7Em9lX, 2017. április (Saját szerkeztés).. 57
74
Mellékletek Technikai interjú kérdései Gazdasági interjú kérdései
75
Technikai interjú kérdései •
Mennyire tarható cél a 2020-ban tartott nyári olimpiai játékokra való kivitelezett 5G hálózat megvalósulása?
•
A célpiac elé terjesztett 5G hálózat előtt, tervezett egy 4.5 és 4.9G infrastruktúra kiadása. Mik a teljesitendő követelmények a különböző szakaszokban és milyen nehézségei lehetnek?
•
Mi illetve mely fejlesztések fogják leginkább lehetővé tenni az 5G hálozaton leginkább a nagy sebesség és az alacsony válaszidő létrehozását?
•
Hogy lehetséges a legacy hálózati elemek újbóli felhasználása egy ilyen nagyfokú infrastruktúra valtaskor?
•
Hálozati szoftverfejlesztéssel foglalkozó vállalatként, milyen jövőkép vizionálható a vállalat számára? Felhoszőlgaltatás nyújtása mint End-To-End Solution az operátorok számára, vagy milyen változások láthatóak előre a piacon?
•
Milyen mértékű nehézséget okozhat, ha az IoT miatt több millió alacsony válaszidőt követelő eszköz (járművek) informacióigényét kell kiszolgálni?
•
Elkepzelhető-e hogy a mobilhálózat képes legyen egy egész nagyváros automatizalt infrastruktúrájat levezényelje?
•
Milyen lehetőségek rejlenek a vertikális piacok számára az 5G halózatokon, az IoT keretein belül?
•
Milyen előnyökkel fog járni az operátorok számára a Telco felhőbe vonulása, és az 5Gvel járó skálázhatósag?
•
Az IoT és 5G szoros kapcsolata milyen lehetőségeket nyit meg egy hálózati szoftver fejlesztésével foglalkozó vallalat illetve egy operátor számára? Lehetséges egy oligopol helyzet kialakulása akármelyik részről?
•
Milyen informatikai fejlesztések fognak a legnagyobb ütemben fejlődni az 5G által felállított követelmények miatt?
•
Elképzelhető-e, hogy a mobilhálózat képes legyen egy teljes iparág, netalántán egy automatizalt iparág igényeinek teljesítésére?
•
Milyen lehetőségeket gondol az 5G, IoT bekövetkezésével, mennyire tartható reális elképzelésnek az önvezető járművek es a konvojozás?
76
Gazdasági interjú kérdései •
Hallott-e már az IoT-ről, mit tud róla?
•
Mennyire tartja hasznosnak, a koncepció megvalósulását?
•
Az 5G hálózati infrastrúktúra lehetőségei által el tudja képzelni, hogy a vállalata szükségleteit egy operátor mint a pl. a Vodafone, vagy egy fejlesztő cég, mint pl. a Nokia lássa el
•
Mit gondol az IoT eljövetelével érkező okoseszközök lehetőségeiről?
•
Mekkora változást hozhatnak az önvezető járművek, az okosinfrastruktúra, vagy az okosvárosok és milyen szempontból?
•
Nagy mennyiségű információ fog az eszközök által generált adatokból elérhetővé válni, miként lehetne ez a gazdaság, vagy egy vállalat számára hasznosítható?
•
Mit gondola a gyártótól a végfelhasználóig való automatizálás lehetőségéről?
•
Milyen hatásai lehetnek az IoT-nek az emberekre, illetve a munkaerőpiacra?
•
Elképzelhető, vagy továbbra is csak egy fogalom marad a Just-In-Time megvalósulása az összekötött eszközök által?
•
A drónok és a felokosított logisztikai eszközök, valamint azok hálózatba kötése milyen mértékű változást hozhat?
•
Az eddig említett változások milyen hatással lehetnek egy vállalatra, vagy akár egy egész piaci szegmensre?
•
Mit gondola csökkenthető bizonyos tipikus emberi problémák kiküszöbölése az automata rendszerek által, mint pl. a döntéshozás, elfogultság, vagy a korrupció?
•
Mennyire érné meg egy vállalat számára egy ilyen féle informatikai fejlesztés, illetve ez inkább rövid, közép, vagy hosszútávon képzelhető el inkább?
77
