Jak rozwiązać problem z przeciążoną siecią? Używając 5G MBS.

Co najchętniej robisz w piątkowy wieczór, kiedy siadasz na kanapie?

Jesz dobrą kolację?

Popijasz swój ulubiony napój?

Jak jeszcze spędzasz wolny czas?

Zgadnę, że sięgasz po pilota i zaczynasz szukać interesującego programu na platformie streamingowej (streaming).

Z zadowoleniem wybierasz świetny film.

Włączasz przycisk „play” i jesteś rozczarowany, ponieważ jakość filmu jest bardzo słaba, mimo że powinna być 4K!?

Tek taż miewasz?

Stefan miał tak przez wiele dni, do momentu, kiedy zamiast do filmu usiadł do komputera.

Stefan podjął dwie decyzje.

Po pierwsze napisał maila z wypowiedzeniem umowy do obecnego dostawcy Internetu.

Po drugie, poszukał oferty konkurencyjnego rozwiązania.

Za dwa tygodnie przyszedł monter i podłączył mu Internet po światłowodzie.

Tak Stefan sam zakończył swoje „cierpienia”.

Czy każdy może być jak Stefan i zmienić dostawcę usług?

Nie każdy ma szansę na podłączenie światłowodu.

Co w takiej sytuacji powinien zrobić operator komórkowy, który często dla odbiorcy jest jedyną opcją?

A tak w ogóle, to czemu Internet od operatora komórkowego zacina się w godzinie szczytu?

Jedną z przyczyn może być problem z siecią, która jest mocno obciążona w godzinie szczytu.

Problemy z obciążeniem sieci komórkowych to od wielu lat duży problem.

Jest kilka metod, które można zastosować, razem lub oddzielnie:

1. Zbudować więcej stacji bazowych
2. Dołożyć dodatkowe nadajniki na innym paśmie komórkowym
3. Zainstalować w sieci urządzenia poprawiające jakość połączeń IP (IP optimization)
4. Uruchomić systemy adaptujące jakość transmisji przesyłania strumieniowego do jakości łącza (ABR).

Każde z tych rozwiązań ma swoje zalety i wady.

Opisuję je w dalszej części artykułu.

Jedną z największych przeszkód jest jednak to, że wszystkie te metody są kosztowne i uciążliwe.

Czas trwania ich wdrożenia, koszty, zaangażowanie zespołów projektowych i trudności administracyjne powodują, że wzrost zapotrzebowania na zasoby jest większy niż możliwości rozwoju sieci.

Po prostu operator nie nadąża za potrzebą dostarczenia pojemności sieci z powyższych powodów.

Na szczęście nadchodzi nowa technologia, która pomoże rozwiązać w dużej mierze ten problem w sieciach 5G.

Mowa jest o technologii 5G MBS (Multicast Broadcast Services).

5G MBS to jedno z najnowszych rozwiązań w standardach 3GPP w wersji 17.

Dodam, że w standardach już zaakceptowanych i obowiązujących od 2023 roku.

Podstawową różnicą jest zastosowanie technik komunikacji z wieloma terminalami jednocześnie.

Najbardziej lubię tłumaczyć takie różnice obrazkowo.

Poniższa grafika pokazuje różnice między trzema podstawowymi technikami komunikacji.

Unicast to dwukierunkowa komunikacja jeden na jeden.

Broadcast to jednokierunkowa komunikacja jeden do wielu.

Multicast to dwukierunkowa komunikacja jeden do wielu.

Ciekawa sprawa.

Większość osób, najzwyczajniej nie wie, której techniki komunikacji używają sieci komórkowe.

A czy Ty wiesz?

Sieci komórkowe działają głównie na bazie technologii Unicast.

Piszę głównie, bo od lat były próby wdrożenia do standardu rozwiązań broadcast’owych.

Jak dotąd bezskutecznie.

Ciekawą sprawą jest, że techniki multicastowe, w sieciach IP używane są od lat (IP multicast).

W dużej mierze to ta technika została przeniesiona na ramy sieci komórkowych w technologii 5G MBS.

Tabelka uświadamia podstawowe różnice między technikami:

Podstawowe zalety technologii 5G MBS:

Czy 5G MBS to rozwiązanie tylko do usług przesyłania strumieniowego?

Oczywiście, że nie.

Jest kilka pomysłów na konkretne produkty, już przygotowane w ramach standardów:

To są przykłady zastosowań technologii do konkretnych aplikacji.

W jakich segmentach usługowych można zastosować to rozwiązanie?

Miasto ze względu na duże nagromadzenie mieszkańców, budynków mieszkalnych, użyteczności publicznej i pojazdów jest miejscem, które aż się prosi o tę technologię.

Bezpieczeństwo publiczne w obszarze powstania niebezpiecznego zdarzenia i potrzeby szybkiej komunikacji z jego mieszkańcami. Przykładowe alerty o zmianach pogodowych, informacje o wypadkach czy miejskich zagrożeniach.

Systemy komunikacji grupowej MCPTT dla służb miejskich. Straż, policja, pogotowie. Czy takie rozwiązanie jest potrzebne, skoro służby używają systemów TETRA?

Oczywiście, że tak. Podstawą działania służb jest dbanie o alternatywne systemy komunikacji. Awaria jednego pozwala służbom nadal być w stałym kontakcie.

Wszelkie imprezy grupowe typu mecze, koncerty czy pikniki powodują potrzebę lepszej komunikacji, zwiększonej pojemności sieci, nadzoru nad dużą ilością samochodów itp.

Rozwiązania typu HOTSPOTidealnie nadają się do inteligentnego miasta.

I w końcu inteligentne systemy komunikacji pomiędzy pojazdami, pieszymi oraz rowerzystami.

Technologia do takiej wzajemnej komunikacji nazywa się V2X (Vehicle to Everything). V2X pozwala na przewidywaniu pewnych drogowych zdarzeń i wzajemnym informowaniu się obiektów na drodze.

Te cztery typy zastosowań pokazują jak ważne może stać się użycie technologii 5G MBS w niedalekiej przyszłości.

Dostarczanie nowego oprogramowania, naprawa błędów oprogramowania czy masowe zbieranie informacji z urządzeń IoT można poprawić dzięki technice 5G MBS.

Jeżeli weźmiemy pod uwagę bardziej skomplikowane urządzenia IoT używające terminali wideo, można ten obszar poszerzyć o transmisję wideo.

Do masowego rozwoju tych usług jest jeszcze raczej daleko.

Sytuacja może się zmienić po rozpowszechnieniu się urządzeń Apple VisionPro, które zdecydowanie rewolucjonizują już rynek.

Popularność okularów VisionPro zwiększy się im więcej będzie oferowanych dla nich usług jak przykładowo platforma Omnivers firmy Nvidia.

To się już dzieje.

Tak czy inaczej masowe dostarczanie usług wideo, czy dostarczanie oprogramowania będą sprzymierzeńcami tego segmentu.

Podobnie jak w przypadku poprzedniego segmentu dostarczanie usług wideo czy dostarczanie oprogramowania będą pomocne dla tego segmentu.

Zdalne lekcje, szkolenia online, wirtualny udział w seminariach lub konferencjach.

Na ostatniej konferencji GTC Nvidia 2024, podpiętych było około 500 000 wirtualnych obserwatorów z całego świata.

Potencjał jest ogromny.

Operator jako firma dostarczająca usługi wszystkim powyższym segmentom może na 5G MBS zyskać najwięcej.

Oprócz dostarczenia efektywniejszej formy komunikacji, pozwoli ona operatorowi na zaoszczędzenie zasobów sieci.

Rozbudowa sieci dostępowej i transmisyjnej to najdroższe elementy sieci komórkowej.

Chodzi o koszty budowy (CAPEX) jak i utrzymania sieci (OPEX).

Wg. wyliczeń firmy Rohde& Schwarz, operator może zaoszczędzić do 20% kosztów na rozbudowę sieci. Dotyczy to transmisji wideo (streaming), jednego z najdroższych rozwiązań w sieciach mobilnych.

Czy każdy operator może zastosować tę technologię w sieci?

Podstawowa wersja standardu została zatwierdzona w wersji 17.

W wersji 18 dodatkowo zaproponowano parę istotnych zmian.

• Obsługa odbioru Multicast w stanie NIEAKTYWNYM. Ta zmiana została podyktowana pomysłem dotarcia do klienta z alertami kryzysowymi lub przekazem telewizyjnym bez aktywnego kanału radiowego. To ogromna zmiana do sposobu komunikacji z urządzeniem na skalę masową.
• Obsługa sesji Multicast MBS na żądanie wyzwalanych przez AF i korzystanie z dostarczania Multicast i/lub Unicast dla określonej usługi. Ta zmiana jest ogromnie ważna dla aplikacji. Przykładowo aplikacja CDN na urządzeniu przenośnym abonenta może decydować o zmianie formy komunikacji np. z Broadcast na Unicast. Duże pole do popisu dla dostawców aplikacji. Zmiana komunikacji z masowej na indywidualną i odwrotnie to potężny potencjał marketingowy i dochodowy.
• Rozwiązanie hybrydowe z 5G Media Server (5GMS). Genialne posunięcie 3GPP oferujące korzyści z 5G MBS dla nadawców. Rozwiązanie umożliwia połączenie świata sieci komórkowych i świata telewizji lub serwisów przesyłania strumieniowego. O tym będę pisał w dodatkowym artykule.

Najciekawsze jest to, że kiedy piszę ten artykuł, to 18ta wersja standardów 3GPP wchodzi w życie. Marzec 2024.

Operatorzy komórkowi od wielu lat mają bardzo duży problem z pojemnością sieci w godzinach największego ruchu.

Praktycznie od czasu popularyzacji usług przesyłania strumieniowego w godzinie szczytu wiele miejsc w sieci ulega przeciążeniu.

Sieci komórkowe mają to do siebie, że ostatnia mila (dostęp do abonenta) jest technologią współdzieloną.

Skończone zasoby radiowe (pasmo radiowe, moc nadawania urządzeń radiowych) na jakimś obszarze są po prostu ograniczone.

Te zasoby są współdzielone przez abonentów.

Im większa ilość abonentów na osiedlu, tym mniej pojemności sieci przypada na każdego abonenta.

Czyli nowi abonenci w jakimś stopniu „zabierają” zasoby i jakość sieci istniejącym.

Operator ma kilka możliwości walki z ograniczeniem jakości sieci i zasobów w radiu.

1. Budowa nowej stacji radiowej. To drogie i często niemożliwe rozwiązanie. Ograniczenia wynikają z ograniczeń środowiskowych (regulacje prawne), czy chociażby niechęci mieszkańców do nowych masztów czy anten.
2. Dodanie nowych nadajników na istniejącej stacji bazowej. Ta opcja jest jedną z najszybszych i najlepszych z punktu widzenia operatora technik. Niesie ze sobą koszt, ale na dłuższy czas pozwala dać „oddech” klientom. Ograniczeniem są znów regulacje środowiskowe i zgody właścicieli budynków.
3. Powiększenie ilości sektorów na stacji bazowej. Podobnie jak w poprzednich przypadkach dodawane są nowe urządzenia radiowe, na różnych częstotliwościach. To duży koszt i wymaga zmiany w architekturze sieci wielu okolicznych stacji bazowych.
4. Optymalizacja połączenia IP w sieci Core i sieci transportowej. Ta technika dotyczy bardzo skomplikowanej zmiany sposobu działania algorytmu połączenia urządzenia końcowego po sieci IP. Operator instaluje urządzenia dedykowane do tego rozwiązania w swojej sieci szkieletowej. To rozwiązanie kosztuje coraz więcej. Jego koszt rośnie wraz ze wzrostem ruchu mierzonego w GB.

Nad rozwiązaniami 1, 2, 3 pracują zespoły radiowe i zespoły odpowiedzialne za prace budowlane.

Te zmiany odbywają się punktowo.

Stacje bazowe wykazujące regularnie przeciążenie, są rozszerzane jedną z tych technik.

Rozwiązanie 4 instaluje się raz a potem dba się o jego utrzymanie i rozwój (inwestycja w hardware i software), wraz ze wzrostem ruchu w sieci.

Wzrost kosztów jest w miarę liniowy w stosunku do wzrostu ruchu.

To rozwiązanie dotyczy ruchu z całej sieci. Ze wszystkich stacji bazowych.

Temat jest moim zdaniem raczej oczywisty.

Wprowadzenie urządzeń końcowych i aplikacji korzystających z rozwiązania streaming na bazie 5G MBS pomoże zaoszczędzić potężną część sieci.

Im więcej urządzeń zacznie korzystać z komunikacji Broadcast lub Multicast, tym więcej zasobów radiowych i transmisyjnych zaoszczędzi operator.

Wdrożenie 5GMBS pomoże rozwiązać problem punktowo i/lub globalnie.

5GMBs może być skonfigurowane z dokładnością do jednej komórki radiowej.

Czyli pojedyncza stacja bazowa może używać lub nie używać tej technologii 5G.

Im więcej stacji zostanie włączonych w tym trybie, tym bardziej operator zaoszczędzi też na całkowitej transmisji w środku sieci.

Jest jeszcze jeden zysk dla operatora.

Mniej sesji i mniej ruchu danych zostanie pobranych od zewnętrznych dostawców usług przesyłania strumieniowego.

W niektórych przypadkach operator za większy ruchu płaci dodatkowo.

Czy oszczędności dla operatora to jedyny zysk?

Oczywiście, że nie.

Wymienione na początku artykułu aplikacje i zastosowania mogą bazować na multicastingu i jest to potencjał dla nowych aplikacji.

Drugimi po operatorze najbardziej zainteresowanymi tą technologią powinny być miasta.

Potencjał zastosowania jest szeroki.

Potencjał, który może mieć wpływ na sposób implementacji sieci prywatnych 5G.

Mocno wierzę, że tym razem dojdzie do sukcesu.

I to wymiernie szybko.

Podsumowując, technologia 5G MBS niesie korzyści dla wszystkich graczy rynku.

• Operatorów – pojemność sieci, wdrożenie nowych usług, które przyniosą zyski.
• Dostawców kontentu – nowe możliwości oferowania usług reklamowych i kierowania ruchem do indywidualnego klienta.
• Dostawców aplikacji – ruch wideo w optymalny sposób dostarczany do użytkownika? Nic prostszego z nową techniką 5G MBS.
• Miast – inteligentne miasto może skorzystać na kilka sposobów.
• Użytkowników końcowych – wszystko powyżej, to zysk dla klienta. Na wiele sposobów.

Technologia 5G niesie ze sobą wiele nowości wynikających z elastyczności architektury i uniwersalności rozwiązań.

Chciałbyś ze mna podyskutować o tej technologii?

Zapraszam do kontaktu.