Forskere jager sorte huller i mobilnetværket

Du har sikkert prøvet at være et sted, hvor dit mobilsignal har været lige så usynligt som et får i en tågebanke. Så er du i samme båd som den mest moderne, autonome teknologi. De mobile netværk er nemlig slet ikke er klar til at håndtere de datamængder og den kommunikation, der skal til for at vi kan koncentrere os om at slappe af eller lave noget andet, mens teknikken arbejder for os.  Løsningen kan komme fra Aalborg.

Om det er selvkørende biler på vejene eller autonome droner i produktionshallerne. De nye teknologier stiller store krav til det mobile netværk, og forskere fra Aalborg Universitet arbejder lige nu sammen med verdens førende mobilaktører om at udvikle anden fase af det såkaldte 5G-netværk, selvom første fase endnu ikke er i luften.

"Og de kommandoer skal naturligvis komme med en usvigelig pålidelighed"

De optimerede funktionaliteter, som næste fase skal indeholde, er ret vigtige i forhold til, hvad vi forventer os af morgendagens teknologi. Det betyder, at der hele tiden bliver stillet nye krav til det mobile netværk i takt med den avancerede, teknologiske udvikling, som griber længere og længere ind i vores hverdag. Især i tætbefolkede byområder og i landområder, hvor der er meget langt mellem sendemasterne i mobilnettet, er der flere udfordringer på vej. Det gælder for eksempel ved brug af distribuerede systemer, hvor der skal anvendes trådløs kommunikation, fordi enhederne ikke befinder sig lige ved siden af hinanden, men hvor der stilles lige så høje krav til pålidelighed, som hvis de var forbundet med kabler.

- Hvis det eksempelvis bliver detekteret, at der er en lastbil på vej ud foran én, så skal man være sikker på, at éns bil modtager kommandoer om, at den skal nødbremse. Og de kommandoer skal naturligvis komme med en usvigelig pålidelighed, siger Jimmy Jessen Nielsen, der er lektor på Institut for Elektroniske Systemer ved Aalborg Universitet.

Den latente hændelse

En af de store forbedringer, som skal indarbejdes i næste version af 5G, kaldes Ultra Reliable Low Latency Communication (URLLC). Omskrevet til dansk betyder det såmænd bare, at vi taler om ultrapålidelig kommunikation med lav latenstid. 

Når noget er latent, så er det populært sagt i en tilstand, hvor det er inaktivt. Skal det aktiveres, så skal det i eksemplet med de selvkørende biler ske her og nu - og måske endda helst lidt før. Vi har med andre ord at gøre med kritiske applikationer, som skal få bilerne til at kommunikere med hinanden og med sensorer i vejsiderne.

"Hvis det er maskiner, der kan flytte sig, er det oplagt at anvende trådløs kommunikation i stedet for kabler, og her er det også særdeles vigtigt, at de kontrolsystemer, der styrer robotterne, fungerer ved et ultrapålideligt netværk med meget lav latenstid"

Og når forskerne arbejder med ultrapålidelig kommunikation med lav latenstid, regner de i millisekunder. I det eksisterende 4G-netværk er den mindst opnåelige latenstid – dvs. den tid, det tager at få en besked fra ét sted til et andet – omkring 15-20 millisekunder. Men det er måske kun med 90 procents pålidelighed.

– Derfor kan der sagtens være 10 procent af beskederne, der først kommer efter 50 millisekunder, og en procent, der først kommer efter 100 millisekunder, og man kan ikke i første version af 5G stole på timingen i kritiske applikationer, hvor det for eksempel gælder personsikkerhed. Og det er altså én af de forbedringer, der skal være på plads i anden version, siger Jimmy Jessen Nielsen.

Det er blandt andet også nødvendigt indendørs i fabrikshaller, hvor droner skal overvåge produktionen eller flyve rundt med materialer. Der kan også være tale om maskiner, der skal snakke sammen inde i produktionshallen.

– Hvis det er maskiner, der kan flytte sig, er det oplagt at anvende trådløs kommunikation i stedet for kabler, og her er det også særdeles vigtigt, at de kontrolsystemer, der styrer robotterne, fungerer ved et ultrapålideligt netværk med meget lav latenstid. Her er der ligeledes tale om, at vi skal ned på meget få millisekunder i forhold til at reagere på en given observation, forklarer han.

Internet of Things

I fremtidens kommunikation er der behov for forbedring af endnu en teknologi i netværket: Massive Machine Type Communication (mMTC). Med den stigende udbredelse af Internet of Things (IoT) stilles der stadig større krav til netværket om understøttelse af mange enheder på én gang. Det kan være så forskellige enheder som armbåndsure med fitness-trackere, temperatursensorer til måling af fjernvarme eller følere til måling af næringsstoffer i jorden hos landmanden.

– Der vil helt sikkert komme mange flere typer af sensorer og små intelligente enheder, og når de så allesammen skal forbindes til mobilnetværket, er det lidt af en udfordring med de netværk, vi har i dag. Den måde en enhed tilgår netværket på, dvs. den protokol, der anvendes, er meget omstændelig og skal igennem mange trin som identifikation af afsender, sikkerhedstjek, tildeling af resurser og meget mere. Ved større dataoverførsler, hvor en bruger for eksempel opretter forbindelse for at streame en serie fra Netflix, skal dataforbindelsen måske holde i en halv time eller halvanden, og så er det en forsvindende lille del, der forsvinder til overhead, mens det ved en lille puls- eller vandmåling er en alt for stor del af kommunikationen, der er overhead. Det bliver der ikke plads til i fremtidens netværk, hvor IoT kommer til at spille en langt større rolle, forklarer Jimmy Jessen Nielsen.

Det er altså en mængde information, der skal sendes frem og tilbage, før man rent faktisk kan sende den information om temperaturen, som er hele formålet med kommunikationen. Og de ekstra informationer, som kaldes overhead, kan sagtens indeholde 10 gange mere data end selve temperaturoplysningen.

En af de store udfordringer bliver at få de to nævnte forbedringer til at blive understøttet i samme mobilnetværk på én gang. De 13 telekommunikationsaktører, der arbejder sammen i forskningsprojektet for anden fase af 5G, er i tæt kontakt via telefonkonferencer og løbende møder. Målet er at udvikle forslag til den fælles standard for 5G, der defineres af den globale interesseorganisation 3GPP, og som dermed bliver gældende på globalt plan.
Nokia, Samsung, Intel, Huawei og Orange er nogle af de operatører og udviklere, der er med i projektet. Og måske er vi så heldige, at vi over hele landet kan sige om vores forbindelse til omverdenen: nul huller!