35G a IoT

Čtvrtá generace mobilních telekomunikačních technologií neboli 4G, byla z pohledu uživatele obrovským zlepšením v podobě rychlosti stahování dat. Uživatelé si tak mohli vychutnávat živý obsah na svých mobilních telefonech. Mnoho aplikací může být podporováno na stávajících sítích 4G, ale některé budou vyžadovat 5G. Tyto požadavky zahrnují vyšší přenosové rychlosti a vyšší kapacitu s menší latencí (zpožděním), stejně jako snížení spotřeby energie a vyšší efektivitu systému.

V oboru telekomunikační technika a elektrotechnika je 5G zkratkou pro pátou generaci mobilních telekomunikačních technologií [4].

5G je nástupcem technologie 4G. V současné době 5G ještě není standardizováno a telekomunikační společnosti vyvíjejí své prototypy.

Tato další generace mobilních telekomunikačních technologií nazvaná 5G umožní mimo jiné navigaci rychlostí vyšší než 1 Gbit/s. To znamená desetkrát rychlejší navigaci, než je ta současná. Z toho plyne, že 5G znamená zlepšení v rychlosti: pokud se u 4G dosahuje rychlost stahování 150 MB/s, bude to až 20 Gbit/s. Tato skutečnost umožní sledovat streaming kanály v kvalitě 4K nebo vznik fotoaparátů vybavených schopností zaznamenávat videa v rozlišení UHD (Ultra High Definition) a další služby, které vyžadují velkou šířku pásma. Kromě toho bude také možné používat 5G vzdálený computing (výpočty), to znamená, že v některých objektech nebude zapotřebí instalovat velké množství procesorů, protože výpočty bude možné provádět v cloudu. Technologie IoT, jako je komunikace M2M doplněná o inteligentní datovou analýzu, by měly dramaticky změnit různá průmyslová odvětví. IoT se zatím více prosazuje v průmyslových odvětvích v oblasti mobility a inteligence. Tab. 3 uvádí některé průmyslové sektory s požadavky na mobilní širokopásmové připojení, které mohou těžit z výhod 5G IoT.

Tab. 3 – Průmyslové aplikace

Průmyslová výroba

Chytrá města

Chytré domácnosti

Zdravotnictví

Doprava

Sledování výroby

Řízení dopravy

Přístupové systémy

Sledování zdravotního stavu

Diagnostika dopravních prostředků

Sledování stavu stroje

Chytrá osvětlení

Řízení spotřeby energie

Vzdálená diagnostika zařízení

Autonomní řízení automobilů

Robotické řízení

Parkovací hodiny

Chytré měření

Robotická chirurgie

Řízení nákladních automobilů

Sledování zásob

Odpadové hospodářství

Alarmy a bezpečnostní kontrola

Detekce pádu

Sledování pomocí dronů

Tato technologie bude pracovat v pásmech 3,6 a 26 GHz v roce 2020 v EU. NSA 5G NR nebo Non-Standalone 5G New Radio je první standard 5G mobilních sítí oficiálně schválených standardizační organizací 3rd Generation Partnership Program (3GPP).

5G předpokládá řadu vylepšení s ohledem na předchozí generaci, které přinesou nové možnosti. Myšlenka je taková, že se ze situace, kdy jsou propojeni lidé (pomocí chytrých telefonů, Internetu a sociálních sítí) dostaneme do situace, kdy je propojeno prakticky všechno. Standard 5G musí podporovat až 1 milion připojených zařízení na kilometr čtvereční a musí nabízet „nekonečné“ možnosti připojení IoT zařízení. Tato hustota zařízení umožní další významný průlom: propojená města či autonomní vozidla se stanou každodenní realitou.

Důležitou otázkou pro IoT zařízení a IoT služby je latence, tj. zpoždění. V oblasti datové komunikace a digitálních sítí se latence používá ve dvou hlavních kontextech. Jeden představuje jednosměrné zpoždění (one-way trip), zatímco druhý obousměrné zpoždění (round trip time). Jednosměrné zpoždění je měřeno počítáním celkového času, který trvá paketu, aby cestoval od zdroje k cíli, zatímco obousměrné zpoždění je měřeno přidáním jednosměrného zpoždění z cíle ke zdroji zpět. Doba šíření, zpoždění přenosu a ukládání nebo zpracování dat v zařízeních omezují latenci v komunikačních sítích. Druhé důležité zlepšení 5G sítí by mělo nabídnout uživatelům maximální latenci pouhých 4 ms, v porovnání s přibližně 20 ms v LTE buňkách, tj. 4G. Specifikace 5G také vyžaduje latenci pouhých 1 ms pro URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communications). V mnoha IoT aplikacích je rozhodující minimální latence, protože akční členy a senzory musí pracovat velmi rychle, aby byly užitečné a efektivní.

5G vyžaduje nižší spotřebu energie než 4G, což je důležité pro IoT aplikace. Toto snížení nabízí možnost zahrnout více senzorů v mnoha aplikacích a systémech IoT. Nízká spotřeba energie je klíčovým požadavkem na zajištění životnosti baterie. Navíc se v literatuře [5 - 6] uvádí různé technologie a problémy týkající se „green“ IoT s cílem maximálně snížit spotřebu energie. Očekává se, že IoT zařízení budou konstrukčně navržena tak, aby v nich baterie vydržela i 10 let.

Některá z těchto IoT zařízení mohou být navíc napájeny pomocí energie získávané z rádiových signálů nebo ze sluneční energie (energy harvesting). Výzkumní pracovníci, vědci a inženýři čelí výzvám při navrhování IoT systémů, které mohou být efektivně integrovány do bezdrátové komunikace 5G. Aby byla zajištěna dlouhá životnost baterie a snížena spotřeba energie, některé technologie jsou povoleny se dvěma režimy pro úsporu energie: rozšířený diskontinuální příjem eDRX (Extended Discontinuous Reception) a úsporný režim PSM (Power Saving Mode) [7].

Hlavní požadavky na 5G IoT a M2M jsou následující: Mnoho připojených zařízení s pokrytím signálu uvnitř budov a efektivní signalizace.