Útban az 5G mobil felé

Útban az 5G mobil felé 1

Faigl Zoltán {zfaigl}@mik.bme.hu

Kutatók éjszakája, 2014.09.26

Mobile Innovation Centre

2

Mobilinternet forgalom Mobilinternetgyorsjelentés,

2014. január

Networks 2014


3

Mobilinternet-forgalom

Networks 2014


4

Cisco, globális előrejelzés (2013-2018)  2018-ra  1.6 zettabájt / év összforgalom globálisan  1 000 - kilo  1 000 000 - mega  1 000 000 000 - giga  1 000 000 000 000 - tera  1 000 000 000 000 000 - peta

 1 000 000 000 000 000 000 - exa  1 000 000 000 000 000 000 000 – zetta

 55% tartalom elosztó hálózatokból (80% videó)  57% nem PC eszköz (TV, tablet, okostelefon, emberi beavatkozás nélküli eszközök)  14 GB / fő (most 5GB/fő) /év  eszközök száma = 2x Föld népessége  1 év alatt annyi videót töltünk le, amit ötmillió évbe tellene megnézni  egy okostelefon átlagosan havi 2.7 GB forgalmat fog bonyolítani, amely ötszöröse a 2013-as havi 529 MB mennyiségnek


Forrás: Cisco VNI, http://ciscovni.com


5

Eszköz-típusok eloszlása

Networks 2014


6

Eszközök által forgalmazott adatmennyiség



7

Forgalomeloszlás alkalmazások szerint



8

Mobilinternet szolgáltatások penetrációja



9

Szolgáltatásminőség követelmények Alkalmazás

Fontosság

Maximum késleltetés

Maximum adatcsomag-vesztés

Garantált sávszélesség

Vezérlés

1

100 ms

10-6

nem kell

Beszédhang

2

100 ms

10-2

kell

Valósidejű játékok

3

50 ms

10-3

kell

Beszéd videó

4

150 ms

10-3

kell

Prémium videó

5

300 ms

10-6

kell

Interaktív játékok

7

100 ms

10-3

nem kell

Videó, www, email, fájl letöltés

6, 8, 9

300 ms

10-6

nem kell



10

4G: negyedik generációs mobilhálózat  Cél: sávszélesség növelése és késleltetés csökkentése  Architekturális változtatások a jobb erőforrás-kihasználásért

 Új rádiós hálózat :  Long Term Evolution (LTE) szabvány (2009)  Cél: legalább 100 Mbps lefelé, max 50 Mbps felfelé (20 MHz sávszélesség használatával)  max. 5 ms késleltetés egy irányban a rádiós hálózatban  többféle sávszélesség támogatása (1.4 - 20 MHz)

 LTE Advanced szabvány (2011)  Letöltési sebesség: 300 Mbps-től akár 3Gbps-ig, 150 Mbps-től akár 1.5 Gbps-ig felfelé  Különböző frekvenciasávok összevonása (carrier aggregation)

 Maghálózat: teljesen IP alapú



11

5G  Egyre több sávszélesség igényes (4K TV), kapcsolatszám igényes szolgáltatás (eszközök közötti kommunikáció)  Óriási forgalom, nagyon nagy ingadozások (térben, időben)  Flexibilis hálózati erőforrás kiosztást igényel  Rádiós spektrális hatékonyság növelése, 10x (ma 0.5 - 1-> 5-10 bps/Hz/cella)  Cellák sűrítése, 10x /km2 , és makro-mikro-piko-femto méretű cellák együttesen  Rádiós spektrum növelése, 10x, 450 MHz – 6.5 GHz (de akár 100 GHz-ig)

 Előzőek következtében:  Összesen 1000x-es rádiós kapacitásnövekedés adott területen  Sok rádiós technológia együttélése  Szoftverrádió erős jelenléte, eszköz-eszköz kommunikáció, relay, ad-hoc topológiájú hálózatok



12

5G  Hálózati eszközök erőforrás kezelése(CPU, memória), hálózat-menedzsment megkönnyítése: -> Virtualizáció bevonása



13

5G  Összeköttetések hálózati eszközök között, forgalomelvezetés (topológia, linkek kihasználtsága) -> Programozható hálózatok bevonása



14

Programozható mobilhálózat koncepció



15

Pl. Egy forgalom-menedzsment feladat egy lehetséges megoldása Alkalmazás-szintű forgalom optimalizálás  Tartalomelosztó hálózatok több földrajzi helyen tárolják ugyanazt a tartalmat  Felhasználó nem tudja, hogy hol tárolják  Amikor lekéri a tartalmat, a rendszer automatikusan átirányítja ahhoz a tárolóhoz, ami  felhasználóhoz közel van (kis késleltetés),  az útvonal előreláthatólag megfelelő sávszélességet képes nyújtani.  a hálózatszolgáltató számára is optimális (kevés linkjét terhelje)  a tartalomszolgáltató számára is kedvező

 A működéshez nem kell a felhasználói készülékre telepíteni semmit Kutatók éjszakája – 2014.09.26


16

Egy lehetséges forgatókönyv

Local cache

Regional cache

Content server

Controller Client

Kutatók éjszakája – 2014.09.26

Redirect server


17

Tartalom lekérése a forgalom-menedzsment megoldás alkalmazása nélkül

Client

Content server

TCP flow entries



18

Tartalom lekérése a forgalom-menedzsment megoldás alkalmazásával Client

Local cache

Content server

TCP flow entries



19

Tartalom lekérése a forgalom-menedzsment megoldás alkalmazásával, terhelt link esetén 1) UDP háttérforgalom

Client

Local cache

Content server

UDP flow entries Kutatók éjszakája – 2014.09.26


20

Tartalom lekérése a forgalom-menedzsment megoldás alkalmazásával, terhelt link esetén 2) Első 5 másodperc… Redirect server

Controller

Client

Local cache

Regional cache

Content server

TCP flow entries UDP flow entries



21

Tartalom lekérése a forgalom-menedzsment megoldás alkalmazásával, terhelt link esetén 3) Klienst átirányítja szabványos HTTP alapú megoldással Redirect server

Controller

Client

Local cache

Regional cache

Content server

TCP flow entries UDP flow entries Kutatók éjszakája – 2014.09.26


22

Demonstráció…



23

Köszönöm a figyelmet!

Kérdések?



24

Networks 2014


25

Mobiltelefon-hálózatok áttekintése  1G: első generációs mobil távbeszélő rendszerek  1970-es évek végétől  cellás elv, támogatja a cellák közötti hívásátadást  analóg jelek  sok, egymással nem kompatibilis hálózat:  USA: Advanced Mobile Phone Service (AMPS),  GB: Total Access Communication System (TACS)  Németo: B-Network (C450)  Magyarország: Nordic Mobile Telephone System (NMT), 1990-2003, Westel 0660

 450 Mhz FM rádiócsatornán, 30-50 km átmérőjű cellák  Gyenge beszédátviteli minőség

 Titkosítás hiánya, korlátozott adatátvitel Kutatók éjszakája, 2014.09.26


26

2G: második generációs mobil távbeszélő rendszerek 

1990-es évektől, legelterjedtebb a GSM, de van más is (pl. USA: D-AMPS)



GSM előnyei  Nyílt, továbbfejleszthető szabvány

 Hívó fél fizet csak, előre fizetés lehetősége (pre-paid)

 digitális átvitel, integrált szolgáltatások megjelenése:  kódolt beszéd: 13 (5.6) kbps

+

adat: 9.6 (később 14.4) kbps

 Inkrementális fejlesztés:  Első fázis (1991): beszédátvitel, SIM koncepció, SMS, nemzetközi barangolás (roaming), beszéd titkosítása, 9,6 kbps adatátvitel  Második fázis (1995): visszafelé kompatibilitás elve, hívószámkijelzés, hívástartás, hívásvárakoztatás, konferenciabeszélgetés, félsebességű kodek, stb.  2+ fázis (1998): főleg az adatátvitel továbbfejlesztése (HSCSD, EDGE, GPRS), push-to-talk, virtuális magánhálózatok, SIM továbbfejlesztése, javított teljes sebességű kodek, stb.



Gyenge hangminőség,



Adatforgalom számlázás még idő alapon, GPRS: már csomag alapján



GPRS adatsebesség: max 56 - 160 kbps, tipikusan 60-80 kbps lefelé, 20-40 kbps felfelé.



27

3G: harmadik generációs szolgáltatások  Egy egyetemes mobil távközlési rendszer kidolgozása  nem sikerült maradéktalanul (UMTS, CDMA200).

 1999-ben jelenik meg  UMTS célok:  Jobb beszédhang minőség  Jobb spektrumkihasználtság

 Nagyobb adatátviteli sebesség:  Városban tipikusan max. 384 kbps, 100-200 ms körbefordulási idő  Helyi rendszerben 2Mbps

 GSM kompatibilitás

 Multimédia szolgáltatások (sokszor gyenge minőség, legtöbb megszűnt)  TV adás közvetítése, zeneletöltés, rádió hallgatás, MMS, videotelefon Kutatók éjszakája, 2014.09.26


28/27

3.5G  Innentől cél: nagyobb adatsebesség, alacsonyabb késleltetés  Rádiós közeghozzáférés továbbfejlesztése:  HSDPA (High-speed downlink packet access) (2005)  letöltés sebességét növeli meg, elvi max. 14.4 Mbps, 70 ms körbefordulási idő

 HSUPA (High-speed uplink packet access) (2006)  feltöltés sebességét növeli meg: elvi max. 5.76 Mbps

 HSPA (High-speed packet access) (2007)  Előző kettő egyesítése, 40 ms körbefordulási idő

 HSPA+ (Evolved HSPA) (2008)  2-2 antenna az adó és vevő oldalon (MIMO)  párhuzamosan két adatfolyam átvihető a rádiós csatornán

 max. 84 Mbps lefelé, 10.8 Mbps felfelé



Útban az 5G mobil felé

Recommend Documents