5G-arkkitehtuuri
Sami Rissanen
OPINNÄYTETYÖ Toukokuu 2021 Tietotekniikka
Tietoliikennetekniikka ja tietoverkot
TIIVISTELMÄ
Tampereen ammattikorkeakoulu Tietotekniikka
Tietoliikennetekniikka ja tietoverkot RISSANEN, SAMI:
5G-arkkitehtuuri
Opinnäytetyö 25 sivua, joista liitteitä 1 sivua Toukokuu 2021
Opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia 5G-mobiiliverkon arkkitehtuuria ja sen ra- kentumista vanhan 4G-tekniikan päälle. Työssä tutkittiin myös 5G:n ydinverkkoa sekä non-standalone- ja standalone-verkkoa. Samalla työssä selvitettiin, mitä uu- sia teknologioita 5G:n mahdollistamiseen tarvitaan ja miten ne käytännössä hyö- dyttävät mobiiliverkkoa. Opinnäytetyössä käytiin myös lävitse hyötyjä tai haittoja, joita 5G-mobiiliverkko voi saada aikaan.
Työssä esiteltiin muutamia tahoja, jotka ovat olleet kehittämässä 5G:tä. Siinä sel- vitettiin uuden tekniikan vaikutuksia tulevaisuuden sovellutuksiin. Myös 5G:n mahdollisia huonoja puolia, kuten tietoturvan tärkeyttä ja erinäisiä säteilyhaittoja, nostettiin esille. Opinnäytetyössä tutustuttiin myös tukiasemiin ja antenneihin sekä niiden merkitykseen 5G-mobiiliverkon rakentamisessa.
Asiasanat: 5G, teknologia, ydinverkko, sovellutukset
ABSTRACT
Tampereen ammattikorkeakoulu
Tampere University of Applied Sciences Degree Programme in ICT Engineering Telecommunications and Networks RISSANEN, SAMI:
5G-architecture
Bachelor's thesis 25 pages, appendices 1 pages May 2021
The purpose of this thesis was to investigate 5G mobile network architecture and the way it is built on the old 4G network. The thesis also examined 5G core net- work as well as non-standalone and standalone networks. At the same time new technologies which enable 5G and the practical benefits they bring to the existing mobile network were presented. This thesis presented advantages and disad- vantages which 5G network might increase.
The thesis introduced a few organizations which have been developing 5G net- work. It also examined the effect of new technology on future applications. 5G’s disadvantages, for example information security and harmful radiation exposure, were presented as well. The thesis also explored base stations and antennas as valuable tools for building 5G network.
Key words: 5G, technology, core network, applications
SISÄLLYS
1 JOHDANTO ... 6
2 5G YLEISESTI ... 7
2.1 Megatrendit ... 7
2.2 5G Standardi ... 7
2.3 Tietoturva ... 8
2.4 4G vs 5G ... 8
2.5 Säteilyhaitat ... 9
3 VAIHTOEHTOISET ARKKITEHTUURIT ... 10
3.1 5G Ydinverkko... 10
3.1.1 5G Ei itsenäinen verkko ... 10
3.1.2 5G Itsenäinen verkko ... 11
3.2 5G Teknologioita ... 12
3.2.1 Beamforming ... 13
3.2.2 mmWave ... 13
3.2.3 Slicing ... 14
3.2.4 NR ... 15
3.2.5 Massive MIMO... 15
3.2.6 RAN ... 16
4 5G SOVELLUTUKSIA ... 18
4.1 5G Hyödyt ... 18
4.2 Älykodit ... 18
4.3 Teollisuus ... 18
4.4 Smart cities ... 19
5 POHDINTA ... 21
LÄHTEET ... 22
LIITTEET ... 25
Liite 1. 5G Palvelupohjainen näkymä ytimestä ... 25
LYHENTEET JA TERMIT
3GPP 3rd Generation Partnership Project, Standardointijär- jestöjen yhteistyöorganisaatio
4G 4th Generation, neljännen sukupolven matkapuhelin- teknologia
5G 5th Generation, viidennen sukupolven matkapuhelin- teknologia
BBU Baseband Unit, Kantataajuus Yksikkö
C-V2X Cellular Vehicle-to-everything, Yhteys autosta verk- koon
EMBB Enhanced Mobile Broadband, Paranneltu mobiili- laajakaista
EPC Evolved Packet Core, Kehittynyt ydin
ETSI European Telecommunications Standards Institute, Eu- rooppalainen telealan standardisoimisjärjestö
IoT Internet of Things, Esineiden internet
Massive MIMO Massive Multiple Input Multiple Output, Massiivinen Lähetys sekä vastaanotto
MMTC Massive Machine Type Communications, Massiivinen koneiden välinen kommunikaatio
mmWave millimetre wave, millimetri aalto
NSA Non-Standalone, 4G verkon avulla toimiva 5G verkko OFDM Orthogonal Frequency-division multiplexing, Ortogo-
naalinen taajuusjakoinen multipleksointi RAN Radio Access Network, Radioliityntä verkko
RRH Remote Radio Head, Radio vastaanotin
SA Standalone, Itsestään toimiva 5G-verkko
SBA Service-based architecture, Palvelupohjainen arkkiteh- tuuri
URLLC Ultra-Reliable Low Latency Communication, Erittäin luotettava pienen viiveen yhteys
V2V Vehicle-to-Vehicle, Yhteys ajoneuvosta ajoneuvoon V2X Vehicle-to-Everything, Yhteys ajoneuvosta ympäristöön
1 JOHDANTO
Opinnäytetyön tarkoituksena on perehtyä ominaisuuksiin ja teknologioihin, joita viidennen sukupolven mobiiliverkko eli 5G tuo tullessaan. Muutamia merkittäviä teknologioita ovat esimerkiksi beamforming, jonka avulla pystytään tehokkaam- paan ja laskelmoidumpaan signaalin käsittelyyn kuin 4G:n aikana. MmWave eli millimetriaallon suurella kaistanleveydellä taas mahdollistetaan huomattavasti entistä nopeammat yhteydet. Yksi parhaista ominaisuuksista on kuitenkin sli- cing eli viipalointi, jolloin verkko jaetaan osiin virtuaalisesti, joka mahdollistaa juuri oikeanlaisen yhteyden sitä tarvitsevalle.
Opinnäytetyössä tutustuttiin myös 5G:n haittoihin mistä suurimpana ihmisten ennakkoluulot uutta teknologiaa kohtaan. Jotkut esimerkiksi uskovat, että 5G- teknologia levittäisi tauteja ja kasvattaisi sairastumisriskiä. Tästä ei kuitenkaan ole tieteellistä näyttöä olemassa. Haittojen lisäksi esiteltiin hyötyjä, joita uusi verkko tulee tuomaan arkielämän sekä työn avuksi.
5G on suuri kehitysaskel mobiiliverkossa, joka tulee tekemään mittavia muutok- sia yhteiskunnassa.
2 5G YLEISESTI
5G (5th Generation) on viidennen sukupolven mobiiliverkko, joka on 4G:n (4th Generation) seuraaja. 5G tuo mukanaan lyhyemmän viiveen, suuremman luo- tettavuuden ja jopa kymmenen kertaa nopeamman tiedonsiirron kuin 4G.
5G:n hyödyt ovat aluksi havaittavissa vain suurissa kaupungeissa joissa, 5G tu- lee vähentämään kapasiteettiongelmia. Toisin sanoen se lisää yhdistettyjen lait- teiden määrää tietyllä alueella sekä lisää verkon nopeutta. Tämä tarkoittaa esi- merkiksi tavalliselle käyttäjälle parempilaatuisten videoiden katsomista ilman ongelmia (DNA 2016).
2.1 Megatrendit
Megatrendit ovat ennustuksia miltä teollisuus näyttää muutaman vuoden kulut- tua. Huawei on ennustanut, että vuoteen 2025 mennessä esimerkiksi kotitalou- dessa toimivat robotit yleistyvät. Tämän lisäksi useiden ajoneuvojen varustuk- seen tulisi kuulumaan C-V2X (Cellular-to-everything) -teknologia, joka mahdol- listaa auton kommunikoimisen muun ympäristön kanssa. Myös teollisuuden aloille tulee lisää robotteja tekemään entistä tarkempia töitä. 5G tulee mahdollis- tamaan edellä mainitut asiat sekä paljon muuta (Huawei 2019).
2.2 5G Standardi
5G standardia on luomassa seitsemän telealan standardisoimisjärjestöä, kuten esimerkiksi ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Näiden organisaatioiden yhteishanketta kutsutaan nimellä 3GPP (3rd Generation Part- nership Project) ja heidän tehtävänään on luoda maailmanlaajuisia standardeja.
3GPP:n julkaisema standardi on 5G NR (New Radio), joka on tarkoitettu maail- manlaajuiseen käyttöön. Palvelun tarjoajat saavat itse päättää tarjoavatko he 3GPP:n kehittämää standardia vai eivät (3GPP 2020).
Yhdysvalloissa toimivat AT&T sekä T-Mobile käyttävät 5G NR standardia kehit- täessään televerkkojaan, kun taas Verizon aloitti 5G:n kehittämisen aikaisem- min. Yhtiö hyödynsi 5GTF (Verizon 5G Technology Forum) standardia, jonka se kehitti yhteistyönä eri yritysten kanssa. Verizon on kuitenkin sanonut siirtyvänsä käyttämään NR standardia jossakin vaiheessa. Nokia suoritti maailman ensim- mäisen 5GTF yhteyden laboratorio-olosuhteissa 23.12.2016 (cnet 2019, Veri- zon 2020, Mobiili 2017).
2.3 Tietoturva
5G verkon tietoturva on erittäin tärkeä lisääntyvien IoT (Internet of Things) laittei- den takia. IoT-laitteita voivat olla esimerkiksi sensorit, kamerat, kodinkoneet, au- tot, asuintalojen lämmönjakelu laitteistot sekä muut verkkoon liitetyt laitteet. Ilman kunnollista tietoturvaa IoT-laitteet ovat alttiita verkko hyökkäyksille. Pahimmillaan verkkohyökkääjä voi ottaa haltuunsa esimerkiksi itsestään ajavan auton taikka sairaalan sähköt. Tietoturvan parantamiseksi on suunniteltu esimerkiksi IoT-lait- teiden datan kopioiminen pilvipalveluun. Pilvessä sen data tutkitaan samalla hait- taohjelmien sekä yleisen toimivuuden kannalta (Kantola R 2019).
2.4 4G vs 5G
Suurin ero 4G ja 5G teknologioiden välillä käyttäjän näkökulmasta tulee olemaan nopeampi internetyhteys sekä erittäin pieni viive. Pienempi viive mahdollistaa muun muassa sen, että etäohjattava laite reagoi lähes välittömästi lähetettyyn ohjauskäskyyn. 5G:n suunnittelijat tavoittelevat viiveeksi 1 ms, kun taas 4G:ssä se on noin 20-30 ms. 5G tulee parhaillaan kymmenkertaistamaan 4G:n nopeu- den, sekä lisäämään yhtäaikaisen käyttäjä määrän jopa 100 kertaiseksi. 5G alkaa toimimaan 3,5 GHz taajuudella, joka on korkeampi kuin 4G:n 450 MHz-2,5 GHz.
Myöhemmin todennäköisesti 5G ottaa käyttöön myös 26-28 GHz taajuusalueen.
(Traficom 2020, Telia 2019)
Teoriassa 4G 5G
maksiminopeus 1 Gb/s 20 Gb/s
viive 10 ms 1 ms
Yhteyksien maksimi määrä neliökilometrillä
2000/Km² 1000000/Km²
Liikkuvuus 350 Km/h 500 Km/h
Taulukko 1. 4G:n ja 5G:n eroavaisuuksia
Taulukossa 1 on teoreettista tietoa 4G:n ja 5G:n maksiminopeudesta, viiveestä, maksimi käyttäjä määrästä neliökilometrillä sekä maksimi nopeudesta, jossa yh- teys toimii.
2.5 Säteilyhaitat
Televerkkojen säteilyä on tutkittu jo pitkään ja ainut tieteellinen todiste tähän päi- vään mennessä koskee kudosten lämpenemistä. 5G toimii aluksi melkein sa- moilla taajuuksilla kuin aiemmat verkkoteknologiat sekä lähettää samalla lähetys- teholla, joten se ei tuo suurta muutosta vanhoihin säteily tutkimustuloksiin. Sätei- lylainsäädännössä säädetyt altistuksen raja-arvot ovat samat useimmissa Euroo- pan maissa ja säteilyn maksimirajat ovat kaukana siitä määrästä, joka aiheuttaisi terveydelle haittaa. 5G:ssä tulevaisuudessa käytettävät millimetriaallot eivät lä- päise esimerkiksi seiniä samalla tavalla kuin muut käytössä olevat taajuudet.
Suomessa matkaviestinoperaattorit ovat vastuussa raja-arvojen noudattamisesta ja säteilyturvakeskus (STUK) vahtii että niitä noudatetaan (Stuk, 2020).
Useiden vuosien tutkimuksista huolimatta ei ole pystytty todistamaan, että pie- nellä lähetysteholla lähettävät tukiasemat aiheuttaisivat minkäänlaista vaaraa ih- misten terveydelle. Tutkimuksista huolimatta viime aikoina on internetissä levin- nyt salaliittoteorioita, joissa 5G on yhdistetty Koronavirukseen. Uutislähteissä on kerrottu esimerkiksi, että 5G:n epäillään heikentävän immuniteettisuojaa ja näin ollen Koronavirus tarttuisi herkemmin. Tämän lisäksi väitteiden mukaan 5G tuki- asemien lähettämä radiotaajuus kuljettaisi mukanaan Koronaviruksen ihmiseen.
Kyseiset salaliittoteoriat ovat johtaneet 5G mastojen sekä laitteistojen polttami- seen, kaatamiseen ja tuhoamiseen useassa maassa (BBC, 2020).
3 VAIHTOEHTOISET ARKKITEHTUURIT
Seuraavassa kappaleessa tutkitaan 5G:n ydinverkon toimintaa, joka koostuu palvelupohjaisesta arkkitehtuurista (SBA). Tämän lisäksi esitellään NSA:n ja SA:n arkkitehtuuria ja niiden tuomia muutoksia.
3.1 5G Ydinverkko
5G ydin kokoaa datan päätelaitteilta sekä tarkistaa laitteen ja käyttäjän aitou- den. 5G ydin myös hallitsee laitteiden liikennettä ennen liikenteen ohjaamista in- ternettiin. 5G ytimessä käytetään palvelupohjaista arkkitehtuuria (Liite 1) ja sen tarkoitus on hallita sekä jakaa käyttäjätasoja. 5G ydin muodostaa virtualisoidut ja ohjelmistopohjaiset verkkotoiminnot, jonka ansiosta se voidaan toteuttaa MEC- (Multi-access Edge Computing) pilvi infrastruktuureissa. 5G ytimen arkki- tehtuuri mahdollistaa operaattoreille vapaammat kädet tavoitteiden täyttämi- seen. 5G ydinarkkitehtuurin keskellä on NFV (Network Functions Virtualization) joka tarkoittaa siis operaattoreiden mahdollisuutta laajentaa ja hallita verkko ominaisuuksiaan virtuaalisilla ohjelmistopohjaisilla sovelluksilla. Tämän ansiosta verkon kuormitus tasapainottuu (Maclean I 2019).
3.1.1 5G Ei itsenäinen verkko
Ei itsenäinen verkko eli NSA (Non-standalone) on 5G NR teknologian ensim- mäinen versio, joka käyttää hyödykseen jo olemassa olevaa 4G laitteistoa sekä ydinverkkoa EPC:tä (Evolved Packet Core). NSA on kehitelty pääsääntöisesti sitä varten että, palveluntarjoajat voivat halutessaan tarjota nopeampia yhteyk- siä jo ennen kuin 5G verkon kuuluvuus alue on tarpeeksi suuri (Ericsson, 2019).
Kuva 1. Non-Standalone verkko (Samsung 2017)
Kuvassa 1 on 5G NSA verkon rakenne, jossa ohjauskäsky kulkee LTE verkon kautta, kun taas käyttäjäliikenne kulkee LTE:n sekä NR:n kautta ydinverkkoon EPC:hen.
3.1.2 5G Itsenäinen verkko
Itsenäinen verkko eli SA (Standalone) on 5G NR teknologian versio, joka on seuraava askel NSA:n jälkeen. Se tuo mukanaan uuden RAN (Radio Access Network) ja ydinverkon. SA mahdollistaa 5G:hen luvatut nopeat viiveet sekä muut ominaisuudet (Ericsson, 2019).
Kuva 2. Standalone verkko (Samsung 2017)
Kuvassa 2 on 5G SA verkko, jossa ohjauskäsky sekä käyttäjäliikenne kulkee 5G:tä pitkin, jos alueella sellainen on ja kun siirtyy 5G alueelta pois muuttuu yh- teys saumattomasti 4G yhteydeksi.
3.2 5G Teknologioita
Seuraavaksi käydään läpi teknologioita, joita etenkin 5G-verkon standalone ver- sio tulee hyödyntämään.
3.2.1 Beamforming
Beamformingilla tarkoitetaan signaalitekniikkaa, jonka avulla 5G verkossa pys- tytään lähettämään suurempia datamääriä entistä nopeammin. Beamformingia hyödyntämällä pystytään lähettämään kohdennettua signaalia suoraan käyttä- jille toisin kuin 4G antennien tekniikoilla (Kuva 3). Beamformingin avulla signaali pääsee tarkemmin kohteeseensa kimpoilemalla valmiiksi laskettua reittiä pitkin.
Tämän valmiiksi lasketun reitin ansiosta signaali aiheuttaa huomattavasti vä- hemmän häiriötä toisiin verkon käyttäjiin (Spectrum, 2020).
Kuva 3. 4G antenni signaali ja 5G Beamforming signaali (Mitsubishi Electric 2014)
Beamformingia hyödynnetään myös joissain Wifi-reitittimissä ja se on osa 802.11ac Wi-Fi standardia. Beamforming reitittimen avulla kodin laitteiden ja rei- tittimen välinen yhteys on laadukkaampi sekä signaali on pidemmälle kantavampi (howtogeek 2018).
3.2.2 mmWave
Millimetri aalto (mmWave) on radiotaajuus, jota 5G alkaa hyödyntämään. Ky- seessä on 24 GHz:n ylittävät taajuudet (Kuva 4).
Kuva 4. 5G:n käyttämät taajuudet (androidauthority 2019)
Lyhyen kantavuutensa takia millimetriaaltoa ei ole voitu käyttää mobiiliverkoissa ennen kuin nyt, kun antenni teknologia on tarpeeksi kehittynyttä. Millimetriaallon käyttäminen onnistuu joukolla antenneja, jotka ovat saatu niin pieneen kokoon, että ne mahtuvat myös puhelimeen, hyödyntäen näin beamforming teknologiaa (Qualcomm 2018).
3.2.3 Slicing
Yksi erinäisistä verkontoteuttamiskeinoista on verkon viipalointi (Network slicing), joka mahdollistaa verkon jakamisen osiin virtuaalisesti fyysisessä verkossa. Vii- paloinnin avulla voidaan kohdentaa juuri tarvittava määrä kapasiteettiä eri osa- alueiden tarpeiden mukaisesti.
Esimerkiksi kuvassa 5, verkko on viipaloitu älypuhelimille, autoille ja IoT-laitteille.
Tässä esimerkissä puhelimet hyödyntävät eMBB:tä (Enhanced Mobile Broad- band), joka tulee tarjoamaan nopeampaa datansiirtoa, energia tehokkuutta sekä parempaa yhteyttä. Tätä voidaan hyödyntää esimerkiksi suurissa tapahtumissa, joissa on paljon verkon käyttäjiä (VIAVI 2020).
Autot sekä maatalouskoneet tarvitsevat taas erittäin luotettavaa ja viiveetöntä yh- teyttä eli ne käyttävät URRLC:tä (Ultra-Reliable Low Latency Communication), jotta ne pystyvät kommunikoimaan keskenään. Ne käyttävät joko V2V (Vehicle-
toVehicle) tai V2X (Vehicle-to-Everything) kommunikoidakseen ulkoisten asioi- den kanssa, jotka auttavat esimerkiksi automaattiohjauksessa. IoT taas käyttäisi MMTC:tä (Massive Machine Type Communications) eli viipaletta, joka toisi vain pienen määrän dataa energia tehokkaasti (VIAVI 2020).
Kuva 5. Viipaloitu verkko (VIAVI 2020)
3.2.4 NR
5G NR (5G New Radio) on 3GPP: n kehittämä RAT (Radio Access Technology), 5G-verkkoon. 5G NR on 4G LTE verkon jatkaja ja NR termi pitää sisällään erilai- sia tekniikoita 5G-verkon lupausten mahdollistamiseksi. 5G NR kolme tärkeintä asiaa ovat OFDM- pohjaiset aaltomuodot, jotka ovat entuudestaan tuttuja LTE:n ja WiFi:n käytössä. OFDM aallot voidaan optimoida erilaisia käyttötapauksia var- ten edistyneemmällä tekniikoilla. Yhteinen joustava pohja, joka mahdollistaa 5G- palveluille yhteensopivuuden, sekä jo aiemmin mainitut eMBB, uRLLC ja mMTC tuottamaan sellaisen yhteyden kuin tarvitsee (Kavanagh. S 2020).
3.2.5 Massive MIMO
MIMO (Multiple Input Multiple Output) on teknologia, joka on ollut käytössä jo kauan. MIMO tarkoittaa usean antennin käyttämistä signaalin lähettämiseen sekä
vastaanottamiseen. Usean antennin avulla, esimerkiksi puhelimen yhteys sekä nopeus, säilyvät varmemmin laadukkaina. MIMO:n eteen lisätty massive tulee siitä, että antennien lukumäärää on nostettu runsaasti (Kuva 6).
Kuva 6. Vasemmalla vanha järjestelmä kun taas oikealla Massive MIMO (edn 2018)
Suuri antennimäärä takaa yhteyksille paremman laadun, lähettämällä saman da- tan eri polkuja pitkin määränpäähän. Signaalit eivät häiritse toisiaan signaalin prosessointi algoritmien sekä beamformingin ansiosta. Massive MIMO teknolo- gian ansiosta verkon kapasiteetti kasvaa, alue laajentuu, virrankulutus pienentyy sekä viive laskee (Qualcomm 2019).
3.2.6 RAN
RAN (Radio Access Network) on ollut osa telekommunikointijärjestelmää jo 1G:stä (1st Generation) lähtien. Se ohjaa resursseja radioverkossa, sekä yhdis- tää laitteen toiseen radioverkkojen kautta (Rouse 2018).
RAN muodostuu tukiasemista ja antenneista. Tukiasema muodostuu BBU-lait- teistosta (Baseband Unit), joka sijaitsi useimmiten radiomaston juurella ja RRH (Remote Radio Head) radiomaston huipulla. RRH lähettää ja vastaanottaa sig- naaleja sekä muuntaa ne tarvittavaan muotoon (Techplayon 2017).
BBU on yhdistetty RRH:n usein valokuitukaapelilla ja sen tehtävänä on proses- soida perustaajuuksista signaalia ja lähettää sekä vastaanottaa sitä RRH:lle (Exfo).
Kuva 7. Centralized RAN ja Cloud-Based RAN
C-RAN (Centralized RAN) tarkoittaa sitä, että BBU:t on asetettu hieman kauem- mas radiomaston läheisyydestä, jotta laitteistoja on saatu monta samaan paik- kaan, jonka ansiosta on saatu laskettua verkon viivettä sekä hintaa. C-RAN (Cloud-Based RAN) on kehittyneempi muoto, jossa suuri osa verkon tapahtu- mista siirretään pilveen (Signalbooster 2016).
4 5G SOVELLUTUKSIA
Seuraavassa kappaleessa kerrotaan miten 5G tulee vaikuttamaan kotien, teh- taiden ja kaupunkien kehitykseen tulevaisuudessa.
4.1 5G Hyödyt
5G:n hyötyjä tulevat olemaan suuremmat latausnopeudet sekä kaistanleveys, jonka ansiota tiedonsiirtokapasiteetti kasvaa. Tämä mahdollistaa sen, että kais- taa riittää useammalle käyttäjälle samanaikaisesti ilman hidastuksia tai interne- tin tökkimistä. Suuret määrät halpoja ja energiatehokkaita IoT-laitteita tulee markkinoille, joiden avulla data on välittömästi saatavissa yksityiskäyttäjille sekä yrityksille. Etäohjattavat laitteet lisääntyvät pienen viiveen ansiosta (Elisa 2018).
4.2 Älykodit
Älykodilla tarkoitetaan kotia, jossa laitteet on kytketty internettiin. 5G:n ansiosta älykodit lisääntyvät suuremmassa mittakaavassa, kuin mitä ne ovat tällä het- kellä, koska 5G mahdollistaa useamman laitteen liittämisen verkkoon. Älyko- dissa voi olla esimerkiksi mahdollista säätää kännykällä valoja ja lämpötiloja tai tarkistaa jääkaapin sisältö älyjääkaapin kameran avulla kaupasta käsin. Myös murtohälyttimet, turvakamerat sekä palovaroittimet voivat olla yhdistetty verk- koon, jolloin saat ilmoituksen kännykkään, vaikka lomamatkan aikana (Raken- taja 2020).
4.3 Teollisuus
Teollisuudessa 5G tulee mahdollistamaan tehtaita, joita voi etäohjata muualta käsin uuden tekniikan tuoman pienen viiveen ansiosta. 5G mahdollistaa suuren-
määrän kameroita sekä antureita, jotka kuvaavat ja mittaavat dataa tuotantolin- jalta. Tämä data on käytössä välittömästi ja sen avulla voidaan muokata proses- sista entistä tehokkaampaa (Stora Enso 2019).
4.4 Smart cities
Smart City käsitteellä tarkoitetaan kaupunkia, jossa mahdollisimman moni laite on yhdistetty verkkoon. 5G:n ansiosta IoT-laitemäärät verkossa lisääntyvät huo- mattavasti. Tämän johdosta kaupungissa verkkoon kytketyt laitteet lähettävät eri- näistä dataa toisilleen sekä käyttäjille. Dataa kertyy monista eri antureista, jotka tutkivat esimerkiksi liikennettä, sähkönkulutusta, ilmastoa ja jätehuoltoa. Datan avulla pystytään muun muassa lähettämään auton navigointijärjestelmään par- haat reitit sekä ilmoittamaan, missä on vapaita parkkipaikkoja. Tämä auttaisi vält- tämään turhaa ajamista. Sillä pystytään myös säätämään katulamppujen valais- tusta tarpeen mukaan, energian säästämiseksi, sekä tyhjentämään jätepisteitä ajoissa ennen kuin ne tulvivat ylitse (etn 2018).
Kuva 8. Tampereen Hiedenrannassa oleva älypylväs (orbis 2019).
Kuvassa 8 on älypylvään prototyyppi, jonka ovat valmistaneet Orbis Oy, DNA Oy ja Tehomet Oy. Älypylväiden tarkoitus on tulevaisuudessa olla katukuvaan sulau- tuvia valaisintolppia, joihin on kätketty erinäisiä antureita, valvontakamera sekä tukiasema lähettämään 5G taajuutta. Kuvan 6 älypylväs sijaitsee Tampereella ja se sisältää ohjattavat led-valot, DNA:n tukiaseman, valvontakameran, USB-la- tauspisteen sekä penkin, jossa voi levähtää (orbis 2019).
5 POHDINTA
Työssä käytiin läpi 5G:n kehittymistä 4G:n korvaajaksi, niiden tilastollisia eroa- vaisuuksia ja ketkä ovat 5G:n kehityksen taustalla. Työssä käytiin läpi päällisin puolin teknologioita, joista 5G rakentuu, sekä 5G:n hyötyjä ja haittoja ihmiskun- nalle. Työssä myös otettiin kantaa siihen, miltä maailma näyttää muutaman vuoden päästä, kun 5G:n peittoalue laajenee sekä teknologiat paranevat ja 5G laitteet yleistyvät.
Työ opetti kirjoittajalle paljon uutta eri teknologioista, joita mobiiliverkko on käyt- tänyt jo aiemmin ja joiden päivitettyjä versioita 5G tulee käyttämään.
Itse odotan innolla 5G:n mahdollistamia sovellutuksia eri laitteistoihin, nopeiden viiveiden ja nopeuksien ansioista.
LÄHTEET
3GPP. 2020. Tietoa 3GPP:stä. Luettu 30.01.2020 https://www.3gpp.org/about-3gpp
androidauthority. 2019. Kuva 5G taajuuksista. Luettu 31.03.2020 https://www.androidauthority.com/what-is-5g-mmwave-933631/
BBC. 2020. Koronavirus. Luettu 11.05.2020 https://www.bbc.com/news/52168096
cnet. 2019. 5G NR Käyttäjät. Luettu 03.03.2020
https://www.cnet.com/news/the-5g-wireless-revolution-explained/
DNA. 2016. 5G Yleisesti. Luettu 17.08.2020 https://www.dna.fi/blogi/-/blogs/mika-ihmeen-5g- edn. 2018. Kuva Massive MIMO. Luettu 31.03.2020
https://www.edn.com/realizing-5g-new-radio-massive-mimo-systems/
Elisa. 2018. 5G hyödyt. Luettu 20.04.2020 https://elisa.fi/ideat/nama-asiat-5g-mahdollistaa/
Ericsson.2019. NSA ja SA. Luettu 09.06.2020
https://www.ericsson.com/en/blog/2019/7/standalone-and-non-standalone-5g- nr-two-5g-tracks
etn. 2018. Älykaupunki. Luettu 20.04.2020
https://etn.fi/index.php/tekniset-artikkelit/8493-alykaupunki-parantaa-elamanlaa- tua
Exfo. Ei vuosilukua. Baseband Unit. Luettu 05.08.2020 https://www.exfo.com/en/resources/glossary/baseband-unit/
Howtogeek. 2018. Beamformingia käyttävä reititin. Luettu 14.04.2020
https://www.howtogeek.com/220774/htg-explains-what-is-beamforming-on-a- wireless-router/
Huawei. 2019. Megatrendit. Luettu 17.08.2020
https://consumer.huawei.com/fi/press/news/2019/news-190809/
Kantola Raimo. 2019. 5G Tietoturva. Luettu 27.08.2020
https://tekniikanmaailma.fi/5gn-tietoturvariskit-voivat-pahimmillaan-olla-hengen- vaarallisia-miten-niita-voi-torjua/
Kavanagh. S. 2020. 5G New Radio. Luettu 13.07.2020 https://5g.co.uk/guides/what-is-5g-new-radio/
Maclean Ian. 2020. 5G ydin verkko. Luettu 27.08.2020
https://www.rcrwireless.com/20191127/opinion/readerforum/introducing-5g- core-network-reader-forum
Mitsubishi Electric. 2014. Beamforming kuva. Luettu 24.02.2020 https://www.mitsubishielectric.com/news/2016/0121.html
Mobiili. 2017. 5GTF. Luettu 03.03.2020
https://mobiili.fi/2017/02/13/nokia-toteutti-ensimmaisen-5gtf-yhteyden-tapahtui- oulussa/
Orbis. 2019. Älypylväs. Luettu 20.04.2020
https://www.orbis.fi/ajankohtaista/%C3%A4lypylv%C3%A4s-valmistuu-monialai- sella-yhteisty%C3%B6ll%C3%A4
Qualcomm. 2018. mmWave. Luettu 30.03.2020
https://www.qualcomm.com/news/onq/2018/11/28/understanding-mmwave- faster-connectivity-highways-5g
Qualcomm.2019. Massive MIMO. Luettu 31.03.2020
https://www.qualcomm.com/news/onq/2019/06/20/how-5g-massive-mimo-trans- forms-your-mobile-experiences
Rakentaja. 2020. Älykoti. Luettu 20.04.2020
https://www.rakentaja.fi/artikkelit/16713/mika_ihmeen_alykoti.htm Rouse. 2018. RAN. Luettu 05.08.2020
https://searchnetworking.techtarget.com/definition/radio-access-network-RAN Samsung. 2017. NSA ja SA verkon kuva. Luettu 18.09.2020
https://images.samsung.com/is/content/samsung/p5/global/business/net- works/insights/white-paper/4g-5g-interworking/global-networks-insight-4g-5g- interworking-0.pdf
Signal booster. 2016. Kuva C-RAN. Luettu. 05.08.2020
https://www.signalbooster.com/blogs/news/c-ran-centralized-vs-cloud-based-ra- dio-access-network
Signal booster. 2016. C-RAN. Luettu 05.08.2020
https://www.signalbooster.com/blogs/news/c-ran-centralized-vs-cloud-based-ra- dio-access-network
Spectrum. 2020. Beamforming. Luettu 24.02.2020
https://spectrum.ieee.org/video/telecom/wireless/5g-bytes-beamforming-explai- ned
Stora Enso. 2019. 5G Teollisuus. Luettu 20.04.2020
https://www.storaenso.com/fi-fi/newsroom/press-releases/2019/9/stora-ensolle- tunnustusta-tehtaiden-5g-kunnossapitoratkaisusta
Stuk. 2020. Säteilyturvallisuus. Luettu 07.05.2020
https://www.stuk.fi/aiheet/matkapuhelimet-ja-tukiasemat/matkapuhelin- verkko/5g-verkon-sateilyturvallisuus
Techplayon. 2017. Remote Radio Head. Luettu 05.05.2020
http://www.techplayon.com/rrh-remote-radio-head-connected-bbu-base-band- unit/
Telia. 2019. 5G:n ja 4G:n erot. Luettu 24.02.2020 https://www.telia.fi/yrityksille/artikkelit/artikkeli/5g-vs-4g Traficom. 2020. Taajuusalueet. Luettu 24.02.2020
https://www.traficom.fi/fi/viestinta/viestintaverkot/matkaviestinverkkojen-taajuu- det-ja-luvanhaltijat
Verizon. 2020. 5GTF. Luettu 03.03.2020
https://www.verizon.com/about/our-company/5g/what-is-5g-nr VIAVI. 2020. Kuva verkon paloittelusta. Luettu 04.02.2020.
https://www.viavisolutions.com/en-us/5g-network-slicing VIAVI. 2020. Liite 1 Service-based core. Luettu 18.09.2020 https://www.viavisolutions.com/en-us/5g-network-slicing
VIAVI. 2020. Verkon viipalointi (Network slicing). Luettu 04.02.2020 https://www.viavisolutions.com/en-us/5g-network-slicing
LIITTEET
Liite 1. 5G Palvelupohjainen näkymä ytimestä
(Viavi 2020)
