A járványban megnőtt az igény az 5G-re és a szupergyors internetre, fel is gyorsult a hálózatok fejlesztése

Támogasd a tudomány népszerűsítését, segítsd a munkánkat!

Ha meghalljuk a „hálózati technológiák fejlődése” kifejezést, valami nagyon elvont, unalmas technikai folyamatra gondolunk – kit érdekel, milyen antennákat szerelnek, milyen vezetékeket húznak a szakik? A lényeg, hogy ne akadozzon otthon a Netflix, és gyorsan betöltsenek a buszon a Youtube-videók. Márpedig ezeket – és ennél még jóval többet – a vezetékes és mobilhálózati technológiák fejlődése tette lehetővé, ami az elmúlt néhány évben elképesztő módon felgyorsult.

A mobilhálózatok nagyjából tízévenként jelentkező újabb és újabb generációi egyre nagyobb változásokat hoztak az életünkbe. Az analóg rádiójelekkel operáló 1G hálózat 1981-ben jelent meg, majd a digitális jeleket használó, így sokkal több embert kiszolgáló és az SMS-korszakot elhozó 2G-re (GSM) tíz évet kellett várni. A kilencvenes években az internet és a mobiltelefonok párhuzamosan terjedtek, így a kétezres évek elejére összeért a két világ, és megszületett a mobilnet: a 3G-vel eljött a wapozás, a fényképküldések és a wi-fi korszaka. Ekkor azonban még csak álom volt, hogy gond nélkül streameljünk zenét és videókat, vagy folytassunk videókonferenciát mobiltelefonjainkon – ezt a 2010-es évek fordulóján a 4G hálózat hozta el, amely többszázszorosára növelte a mobilinternet sebességét.

A 4G-korszak csúcsán úgy tűnt, hogy szinte minden igényünket kielégítik a hálózatok, de közben egyre jobb minőségben kezdtük fogyasztani a videós tartalmakat, egyre népszerűbbé váltak a szakadozást és késleltetést nem tűrő videójátékok, majd jött egy világjárvány, amely még nagyobb terhet rótt a globális internethálózatra, és a digitális tanórák vagy az online értekezletek miatt halaszthatatlanná vált az azonnali, problémamentes kommunikációt lehetővé tevő hálózatok kiépítése. A jelenleg is épülő, de már Magyarországon is számos helyen (Budapest egészén és a nagyobb városok környékén) és készüléken elérhető 5G a sokkal gyorsabb, akár 1 gigabit/másodperces sebességével és a kommunikáció válaszidejének jelentős (akár 50 ms helyett 1-4 ms körüli értékre) csökkenésével azonban nemcsak ezeket a felhasználói igényeket elégíti ki, hanem valódi forradalmat hoz a gyártás, az ipar, az egészségügy, a mezőgazdaság területén.

A Vodafone magyarországi 5G-lefedettségi térképe (pirossal a beltéri, narancssárgával a kültéri hálózatok)Forrás: Vodafone

Digitális kórházak, okosvárosok, ipar 4.0

Míg a 4G hálózatok négyzetkilométerenként néhány ezer készüléket képesek kiszolgálni, az 5G a technológiai adottságai révén akár egymillió eszközön is elérhetővé válik ugyanekkora területen, ami lehetővé teszi azokat a valós idejű alkalmazásokat, amelyekkel korábban legfeljebb sci-fikben lehetett találkozni.

A nyilvános 5G hálózatok mellett nagy szerepe lesz a magánhálózatoknak is, ami például a digitalizáció előnyeit egyre inkább élvező kórházak hasznára válhat. Mivel Európában a népesség öregedésével valószínűleg már a közeljövőben jelentősen nőni fog az egészségügyi szolgáltatások iránti kereslet, azok hatékonysága, biztonságossága és eredményessége érdekében nagy szükség lesz az összekapcsolt digitális technológiákra, és ezt nehéz elképzelni az 5G nélkül.

  • A betegek diagnosztizálását és folyamatos felügyeletét biztosító viselhető vagy beültetett eszközök növelik a korai beavatkozás lehetőségét, így csökkentik az egészségügyi ellátás költségeit, és jobb minőségű ellátást tesznek lehetővé – ráadásul az orvosok szerint az emberek egészségtudatosságát is növelik.
  • A gyors reakcióidejű hálózat a telemedicinában is áttörést hozhat: a virtuális valóság, a precíziós robotika, a valós idejű adatelemzés, valamint az érintéses és audiovizuális visszacsatolások révén elérhetővé válnak a távolból végzett műtétek, de idővel akár a háziorvos vagy a szakorvosok is meg tudják vizsgálni pácienseiket személyes jelenlét nélkül.
  • Az eszközök nagy mértékű összeköttetése a kórházon belül pedig lehetőséget biztosít a korlátozott erőforrások (ágyak, személyzet, orvostechnikai eszközök) nyomon követésére és optimális elosztására.

Az orvosláson túl szintén életmentő lehet az ötödik generációs mobilhálózat a közbiztonsági alkalmazásai révén. Míg a katasztrófavédelemben a túlélők után kutató drónok működését, a tűzoltóknál pedig a rossz látási viszonyok esetén igénybe vehető, kiterjesztett valóságban történő navigációt könnyítheti meg a technológia, addig a bűnüldöző szerveknél többek között az automatizált, valós idejű rendszámleolvasást teszi lehetővé.

5G kapcsolaton keresztül végzett endoszkópos sebészeti beavatkozás két, egymástól távoli kínai kórház orvosainak együttműködésébenFotó: Xinhua via AFP

Az egyes gépek és eszközök egymás közötti, emberi közbenjárást nem igénylő (M2M) kommunikációja számtalan helyzetben megkönnyítheti az életünket. Az okoseszközöket már kezdjük megszokni, az 5G viszont arra is lehetőséget biztosít, hogy azokat hálózatba foglalja, egész infrastruktúrákat létrehozva, így a következő lépésben már okosotthonokról és okosvárosokról kell majd beszélnünk. 

  • Az új hálózatok lehetővé teszik az okosotthonok zavartalan és optimális működését – a hőmérsékletet, világítást szabályozó, elektronikai eszközöket összekapcsoló otthoni hálózat nemcsak a kényelmet, de a környezetet is szolgálják, minimálisra csökkentve a fogyasztást és a szennyezést.
  • Az okoslakások intelligens épületekben helyezkedhetnek el, ahol akár a szemétszállítást, a totális energiafogyasztást vagy a lépcsőház szellőztetését is automatizálni lehet.
  • Az okosépületek pedig okosvárosokban foglalhatnak helyet, ahol tovább lehet növelni az energetikai hatékonyságot, digitalizálni lehet a közigazgatást, integrált bejelentő rendszerekkel lehet javítani a közbiztonságot, és persze a közlekedést is biztonságosabbá és hatékonyabbá lehet tenni. Az önvezető autók megjelenését például lehetetlen elképzelni 5G nélkül, hiszen a jelentősen lecsökkent kommunikációs válaszidő egy gyorsan közlekedő jármű esetében méteres különbségeket jelenthet, így jóval nagyobb eséllyel elkerülhetők a balesetek.

A negyedik ipari forradalom (ipar 4.0) úgyszintén elképzelhetetlen az 5G nyújtotta lehetőségek nélkül. A gyors és szakadozásmentes technológia nagyobb hatékonyságot és termelékenységet eredményezhet a szenzoros adatok megnövekedett mennyiségének (big data) használatával, a kiterjesztett és virtuális valóságokat (AR, VR) ötvöző, úgynevezett vegyes valóság (MR) dolgozókat segítő eszközeivel, a nagyfokú automatizálással, vagy épp a számítógépes látás eszközeinek minőségbiztosításra és korai hibafelismerésre irányuló felhasználásával. Kollaboratív robotok, innovatív gyártósorok, automatizált logisztika – ezek mind kellenek majd ahhoz, hogy az 5G az előrejelzéseknek megfelelően akár 4 százalékkal növelje a világ gyártásból származó GDP-jét 2030-ig.

Milliméteres hullámok, kisebb antennák, sűrűbb állomások

De milyen technológiai újítások teszik lehetővé ezeket a forradalmi változásokat? Az 5G hálózat a lefedettség miatt egyelőre a 4G által is használt 700 Mhz-es és a 3,5 Ghz környéki frekvenciasávokon érhető el, de a valódi léptékváltást a 30-300 Ghz-es frekvenciájú milliméteres hullámok (MMW) használata jelenti majd. Ez ugyan radikális mértékben növeli az adatátviteli sebességet, de van egy hátulütője: míg a rádióhullámok hossza centiméterekben mérhető, az MMW-k hullámhossza 1-10 milliméteres, vagyis sűrűbben elhelyezett bázisállomásokra van szükség a kommunikációhoz, hiszen az egyes objektumok (házak, fák) könnyen elnyelik ezeket a jeleket.

A Qubit szerkesztőségét az ehhez hasonló
cikkek elkészítésében a Vodafone támogatja.

Az 5G hálózat kiépítése ezért óriási beruházást jelent, hiszen lényegesen növelni kell a bázisállomások számát – öröm az ürömben, hogy az elmúlt évek technológiai fejlődésének köszönhetően a korábbi hálózatok által igényelt cellákhoz képest ma már sokkal kisebbekre van szükség, így azokat akár lakóépületeken és lámpaoszlopokon is el lehet helyezni. A milliméteres hullámok miatt ráadásul kisebb antennákra van szükség, ezért az egyes állomásokon az eddigi nyolc helyett akár több tíz vagy száz antenna is elfér majd, vagyis nemcsak sűrűbbek, de hatékonyabbak is lesznek a bázisállomások.

5G bázisállomás egy oszlopon Peking utcáinFotó: NICOLAS ASFOURI/AFP

A technológiát ezen felül még számos betűszóval ellátott jellemző teszi korszerűvé:

  • A kiterjesztett mobil sávszélesség (eMBB) nagyobb sebességet és gördülékeny felhasználói élményt biztosít a sűrű vagy nagy sebességű környezetben is, támogatja a nagy sávszélességet igénylő szolgáltatásokat, például a kiterjesztett és virtuális valóságot használó alkalmazásokat.
  • A tömeges gépi kommunikáció (mMTC) nagyon magas számú eszköz csatlakozását teszi lehetővé, támogatja az alacsony energiafelhasználású eszközöket, például az ágazatokon átívelő, nagyléptékű IoT-alkalmazásokat.
  • A rendkívüli megbízhatóságú kommunikáció alacsony késleltetési idővel (uRLLC) olyan alkalmazási módokat tesz lehetővé, amelyek megkövetelik az alacsony látenciát és a rendkívüli megbízhatóságot. Ez a közlekedésben, az egészségügyben és az energia területén kritikus alkalmazások esetén fontos, ahol a kommunikációban vagy a feldolgozási időben akár egy ezredmásodpercnyi késleltetés is számít, ilyen például a veszélyelkerülés a hálózatba kapcsolt járműveknél.

A tévékábelből jön a gigabites internet

A globális internetforgalom már hosszú ideje dinamikusan nő: 1990 és 2004 között lényegében minden évben a duplájára nőtt a forgalom, de azóta is 30-40 százalékkal növekszik évente. Ez egyfelől annak köszönhető, hogy a felhasználók és az internetre csatlakozó eszközök száma is folyamatosan emelkedik, másrészt pedig a bővülő, egyre jobb minőségű (több adatot használó) tartalmak felelnek a trendért.

A folyamat alig volt észrevehető, de a videós és zenei streaming oldalak megjelenésével a letöltésekről fokozatosan tértünk át az azonnal megtekinthető, így folyamatos forgalmat generáló tartalmakhoz, ráadásul a videók esetében, amelyek az internetforgalom körülbelül 70 százalékát teszik ki, a képminőség is óriásit javult csak az elmúlt tíz évet tekintve. Ha megnézünk egy 2010 körül feltöltött videót a Youtube-on, örülhetünk, ha 480p felbontásban megtaláljuk, ma pedig már bosszankodik az ember, ha 1080p helyett csak sima HD, vagyis 720p-s felbontásban érhető el egy videó – miközben terjed a 4K, és kopogtat a 8K is.

Ezzel a fejlődéssel a kábelhálózatoknak is tartaniuk kellett a lépést, márpedig azok nagy részét eredetileg csak kábeltévé-szolgáltatás céljából építették ki, amihez az internettel ellentétben csak egyirányú kommunikációra volt szükség. Hogy ezt kiküszöböljék, a telekommunikációs szakemberek kifejlesztették a DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) szabványt, amely lehetővé tette a már létező kábeltévé-hálózatokon történő nagy sebességű, kétirányú adatátvitelt. Eleinte, az ezredforduló környékén még 40 Mbps letöltési sebességgel működött a hálózat, de ezt a szabvány későbbi verziói folyamatosan növelték, egészen a 10 Gbps sávszélességű 3.1-es változatig.

Gigabites internetet biztosító optikai kábel – kívülről, belülrőlFotó: PATRICK PLEUL/dpa Picture-Alliance via AFP

Ez persze nem azt jelenti, hogy a háztartásokban ki is lehet használni ezt a sebességet, hiszen a szabványok megjelenése és a rájuk épülő alkalmazások és szolgáltatások megjelenése között gyakran hosszú idő telik el. A gigabites sávszélesség azonban 2020-tól kezdve Magyarországon is szélsebesen terjed, ma már több millió végponton érhető el. A járvány miatt erre égető szükség is volt, hiszen hónapokon keresztül rutinszerűvé vált az a helyzet, hogy például két felnőtt és két gyerek egyszerre négy készüléken használja az internetet, ráadásul olyan nagy sebességigényű feladatokra, mint egy videóértekezlet vagy egy Youtube-lecke.

Magyarországon a Nemzeti Digitális Stratégiában határozták meg a gigabites internetre vonatkozó célokat is: EU-s és hazai források, valamint a vállalkozások tőkéjének felhasználásával azt a célt tűzték ki, hogy 2025-ig valamennyi hazai közintézmény és legalább a háztartások 75 százaléka számára elérhetővé váljon a gigabites sebességű internetcsatlakozás lehetősége. Ezen felül a háztartások teljes lefedettségének biztosítását 2030-ra tűzték ki a programban.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: