5G to najnowszy standard komunikacji mobilnej. Technologia ta umożliwia szybszy transfer danych oraz obsługę większej liczby urządzeń, odznacza się także minimalnym opóźnieniem. Wdrożenie technologii 5G może się okazać rewolucyjne dla gospodarki i życia codziennego każdego z nas, będzie sukcesywnie wdrażana w wielu krajach świata. Obok możliwości szybszego pobierania zdjęć, filmów i innych plików oraz sprawniejszego korzystania z Internetu i zestawów wirtualnej rzeczywistości (VR), ma pozwolić również na upowszechnienie tzw. Internetu rzeczy (IoT). Będzie to możliwie dzięki podłączeniu do sieci ogromnej liczby urządzeń (np. AGD i RTV) i wykorzystaniu sztucznej inteligencji (AI). Małe opóźnienia i niezawodność sprawią, że urządzenia w sieci 5G będą mogły reagować 100 razy szybciej niż w LTE.

Sieci 5G zaprojektowane są z myślą o elastycznych i wydajnych rozwiązaniach opartych na usługach, które będą w stanie sprostać przyszłym wymaganiom stawianym przez usługi mobilne. Dzięki technologii sieci definiowanych programowo (SDN) będących ich fundamentem, a także wirtualizacji funkcji sieciowych (NFV), której zadaniem będzie wspieranie infrastruktury fizycznej leżącej u jej podstaw, sieci 5G przeniosą dostęp radiowy i główne elementy składowe sieci do chmury. Przeniesienie i połączenie infrastruktury mobilnej w chmurze umożliwi dywersyfikację świadczonych usług 5G i pozwoli na wdrażanie usług na żądanie, zautomatyzowane planowanie przepustowości oraz kompleksowego warstwowego podziału w funkcji sieci 5G¹.

Zadaniem sieci 5G będzie generowanie różnorodnych topologii i warstw sieci dla każdej z powiązanych usług przy pomocy technologii NFV działającej w infrastrukturze centrum danych. Warstwowy podział sieci pozwoli na zagwarantowanie wykorzystania przez poszczególne usługi wyłącznie wymaganych zasobów połączonej infrastruktury sieciowej, co będzie skutkowało obniżeniem kosztów utrzymania oraz instalacji sieci operatora. Poszczególne warstwy sieci stanowią oddzielne struktury, którymi można zarządzać niezależnie i które można w znacznym stopniu dostosować do indywidualnych potrzeb.

Obecnie sieć 5G nie ma jeszcze wielu zastosowań konsumenckich, natomiast jej budowa daje ogromny potencjał w dwóch obszarach. Pierwszy to przemysł. 5G będzie mieć ogromny wpływ na przemysł, na przykład umożliwi budowę fabryk czy biurowców „bez kabli”. To znacznie przyspiesza proces inwestycyjny, daje możliwość szybszej zmiany technologii, redukując jednocześnie koszty inwestycyjne. W aspekcie robotyzacji czy automatyzacji 5G stanowi idealny dla tego celu systemem łączności. Drugi obszar, który zostanie uruchomiony przez 5G, to prawdziwy Internet rzeczy. Obecnie IoT to urządzenia z możliwością podłączenia do WiFi. Dzięki 5G wszystkie urządzenia IoT będą mogły się ze sobą szybko komunikować na dużą skalę, będzie to mieć ogromny wpływ na nasze życie codzienne, jego organizację. Przykładami zastosowania sieci prezentuje poniższy rysunek.

Przykładowe zastosowania 5G

Źródło: Krótka opowieść o społeczeństwie 5.0, czyli jak żyć i funkcjonować w dobie gospodarki 4.0 i sieci 5G. Krajowa Izba Gospodarcza Elektroniki i Telekomunikacji (KIGEiT), Fundacja DigitalPoland, czerwiec 2019, s. 44.

Rozmaite funkcje wykorzystywane w sieciach 5G wiążą się z różnymi wymaganiami w zakresie przepustowości, opóźnień i liczby podłączonych urządzeń. Technologia warstwowego podziału sieci pozwala na optymalne wykorzystanie dostępnego sprzętu, co pozwoli na zmniejszenie kosztów operacyjnych oraz wydatków inwestycyjnych operatorów.

Sieć oparta na technologii 5G jest kolejnym etapem rozwoju bezprzewodowych sieci telekomunikacyjnych. Kluczową różnicą w stosunku do poprzednich generacji (4G, 3G, 2G) jest znacznie większa elastyczność wykorzystania sieci, a tym samym możliwość zaoferowania nowych jakościowo usług. Sieci 5G będą wykorzystywały różne zakresy pasm częstotliwości. W Europie wskazuje się na pasmo 700 MHz, pasmo 3,6 GHz oraz pasmo 26 GHz². W innych regionach świata rozpatrywane bądź wykorzystywane są też inne pasma (np. 600 MHz i 28 GHz w USA). Generalnie jednak, jeśli chodzi o wykorzystanie widma radiowego, to nowością jest budowa sieci na bazie częstotliwości milimetrowych (zakresy powyżej 6 GHz, jak np. pasmo 26 GHz), które dotąd nie były wykorzystywane przez sieci komórkowe. Usługi wykorzystujące te pasma charakteryzują się niewielkimi zasięgami oraz bardzo dużym tłumieniem w przypadku przechodzenia przez wiele materiałów, ale oferują przy tym bardzo duże możliwości, jeśli chodzi o przepustowość. Operatorzy podkreślają również, że dla osiągnięcia parametrów sieci 5G konieczne jest wykorzystanie dużych bloków ciągłego pasma (będących w posiadaniu danego operatora), tj. przynajmniej 10 MHz w paśmie 700 MHz, 100 MHz w paśmie 3,6 GHz i 200 MHz w paśmie 26 GHz³.

Trzy główne rodzaje usług w sieci 5G to: transmisja o bardzo dużej przepustowości (enhanced mobile broadband, eMBB), łączność o bardzo niskim opóźnieniu i dużej niezawodności (ultra reliable low latency communications, URLLC) oraz możliwość podłączenia wielu urządzeń (massive machine type communications, mMTC)⁴. W przełożeniu na parametry techniczne, w porównaniu z sieciami LTE, sieć 5G ma dużo zalet do których można zaliczyć⁵:

• 20 Gbps szczytowa prędkość pobierania danych,

• 10 Gbps szczytowa prędkość wysyłania danych,

• 100 Mbps prędkość pobierania danych doświadczana przez użytkownika,

• 50 Mbps prędkość wysyłania danych doświadczana przez użytkownika

• więcej połączeń w jednej komórce: 1 milion na 1 km²,

• mobilność – działanie sieci nawet przy prędkościach poruszania się 500 km/h,

• możliwość przesłania ogromnej liczby danych (10 Tb/s/km²),

• bardzo niskie opóźnienia – 1 milisekunda,

• wydłużony czas działania sensora na baterii – nawet do 15 lat.

Podsumowanie cech i zalet 5G

Źródło: Krótka opowieść o społeczeństwie 5.0, czyli jak żyć i funkcjonować w dobie gospodarki 4.0 i sieci 5G. Załącznik 1 koncepcja, funkcjonalności i korzyści z budowy 5G, Krajowa Izba Gospodarcza Elektroniki i Telekomunikacji (KIGEiT), Fundacja DigitalPoland, czerwiec 2019, s. 5.

Wdrożenie sieci w technologii 5G przyniesie społeczeństwu wiele korzyści. Z zakresu tej zmiany generacyjnej jeszcze nie w pełni zdajemy sobie sprawę, jako użytkownicy technologii. W 2016 r. konsorcjum Tech4i2, Real Wireless, CONNECT, Trinity College Dublin oraz InterDigital na zlecenie Komisji Europejskiej przeanalizowało prognozowany wpływ 5G na gospodarki krajów UE. Badania wskazują, że wprowadzenie technologii 5G w Europie może przynieść korzyści gospodarcze na poziomie 113.1 mld euro rocznie oraz przyczynić się do powstania 2.3 mln miejsc pracy do 2025 r.⁶ (przy inwestycjach na poziomie 56.6 mld euro). W przypadku Polski korzyści gospodarcze są szacowane na 13 mld euro rocznie przy nakładach inwestycyjnych na poziomie 4.3 mld euro. Nasz kraj miałby szansę zyskać 570 tys. nowych miejsc pracy do 2025 r . Wprowadzenie technologii 5G otwiera przed Polską szansę na korzyści większe, niż przed innymi krajami Europy⁷.

Zwrot z inwestycji w 5G oraz tworzenie nowych miejsc pracy

Źródło: Raport BCG, „Wpływ limitów gęstości mocy (PDL – Power Density Limits) na łączność bezprzewodową: czy Polsce grożą opóźnienia w rozwoju 5G?”, Lipiec 2018.

Sieci 5G – dzięki radykalnie lepszym parametrom technicznym – niosą ze sobą obietnicę otwarcia na nowe zastosowania, dotychczas niemożliwe do realizacji przy zastosowaniu wcześniejszych generacji mobilnych technologii komunikacyjnych. Jest wysoce prawdopodobne, że liczba różnych zastosowań sieci 5G będzie znacząco większa, niż dla sieci 3G i 4G – oznacza to również, że liczba i zróżnicowanie urządzeń korzystających z sieci również znacząco się zwiększy. Te dwa czynniki skutkują zwiększoną „powierzchnią ataku” w przypadku sieci 5G. Warto podkreślić cztery kluczowe udoskonalenia mechanizmów bezpieczeństwa w porównaniu do standardu czwartej generacji⁸:

1. Zunifikowane uwierzytelnienie – w porównaniu do mechanizmów specyficznych dla technologii dostępowej w standardzie 4G.

2. Elastyczną politykę bezpieczeństwa sieci, pozwalającą na dostosowanie do różnych zastosowań sieci – przy braku takiej elastyczności w sieciach 4G.

3. Lepszą ochronę prywatności użytkownika sieci – dzięki szyfrowaniu jego numeru identyfikacyjnego zapewniającego wyższy poziom bezpieczeństwa, niż mechanizm pseudoanonimizacji stosowany w poprzedniej generacji.

4. Wprowadzenie dodatkowego elementu architektury pozwalającego na filtrowanie wiadomości sygnalizacyjnych i „ukrywanie” topologii sieci operatora przed światem zewnętrznym – w sieciach 4G te funkcje nie były wymagane standardami.

Już te udoskonalenia powodują, że standard piątej generacji zapewnia najwyższy poziom bezpieczeństwa spośród dotychczasowych publicznych systemów komunikacji mobilnej. Oczywiście, same mechanizmy bezpieczeństwa przewidziane standardami 3GPP nie są wystarczającą odpowiedzią na zagrożenia, które mogą wystąpić w sieciach 5G – dlatego zarówno operatorzy, jak i dostawcy stosują rozwiązania wykraczające poza zabezpieczenia przewidziane standardami.

Standard 5G cały czas wywołuje sporo kontrowersji, o czym świadczą chociażby doniesienia o nadajnikach 5G, które są niszczone przez przeciwników tej technologii. Wiele osób obawia się bowiem szkodliwego wpływu 5G na zdrowie człowieka. Technologia 5G wykorzystuje fale elektromagnetyczne, których wpływ na człowieka został wielokrotnie przebadany i pozostaje stale monitorowany. Sieci 5G opierają się na falach radiowych, podobnie jak 3G, 4G/LTE oraz telewizja, Wi-Fi czy Bluetooth. Nie ma dowodów na to, że pole elektromagnetyczne wytwarzane przez urządzenia korzystające z częstotliwości radiowych może mieć negatywny wpływ na organizm żywy⁹. Jak wskazuje w swoim raporcie Instytut Medycyny Pracy „na podstawie analizy dostępnych – choć nielicznych – danych o potencjalnych zagrożeniach dla zdrowia można stwierdzić, że nie ma dowodów na negatywne skutki zdrowotne ekspozycji na EFM o wartościach, jakie spodziewane są na podstawie szacunkowych danych technicznych wokół urządzeń nadawczych systemów 5G”¹⁰.

Podsumowując, sieć 5G to znacznie więcej niż tylko szansa na szybszy Internet mobilny, choć jest to oczywiście istotny atut. Przede wszystkim jest to jednak zapowiedź olbrzymich zmian i otworzenia drzwi do popularyzacji wielu technologicznych rozwiązań. Dzięki 5G rzeczywistością mają stać się koncepcje, takie jak inteligentny dom czy inteligentne miasto. Wiąże się to z podłączeniem do sieci mnóstwa urządzeń, a to z kolei rodzi pytania o nasze bezpieczeństwo i prywatność. Istnieje bowiem duże ryzyko związane z cyberatakami na samych użytkowników, ale też firmy czy instytucje, a nawet państwa i gospodarki. Dlatego właśnie przy budowaniu i rozwijaniu infrastruktury zwraca się bardzo dużą uwagę na to, by podniesiony został poziom cyberbezpieczeństwa. Operatorzy będą musieli o to zadbać, ale przede wszystkim każdy sam musi pamiętać o odpowiedniej ochronie oraz przemyślanym działaniu. To spore wyzwanie.

Autor:

dr Łukasz Kryśkiewicz
Katedra Ekonomii Biznesu
SGH

Przypisy

1. https://www.infradata.pl/aktualnosci-i-blog/dlaczego-technologia-warstwowego-podzialu-sieci-umozliwi-powszechne-wdrozenie-sieci-5g/
2. Pasmo 700 MHz to zakres 694-790 MHz; pasmo 3,6 GHz – 3 400-3 800 MHz; pasmo 26 GHz – 24,25-27,5 GHz.
3. I. Święcicki, Model wdrożenia i eksploatacji sieci 5G w Polsce. Uwarunkowania i problemy, „Policy paper” Polski Instytut Ekonomiczny, nr 5/2019
4. Ibidem.
5. Krótka opowieść o społeczeństwie 5.0, czyli jak żyć i funkcjonować w dobie gospodarki 4.0 i sieci 5G. Załącznik 1 koncepcja, funkcjonalności i korzyści z budowy 5G, Krajowa Izba Gospodarcza Elektroniki i Telekomunikacji (KIGEiT), Fundacja DigitalPoland, czerwiec 2019, s. 4 – 5.
6. Tech4i2, Real Wireless, CONNECT, Trinity College Dublin and InterDigital for the European Commission: Identification and quantification of key socio-economic data to support strategic planning for the introduction of 5G in Europe: https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/news/5g-deployment-could-bring-millions-jobs-and-billions-euros-benefits-study-finds
7. Polish National Chamber of the Digital Economy (2017): http:// ekig.pl/web/guest/wplyw-nowoczesnej-infrastruktury-na-rozwoj-spoleczno-gospodarczy-polski     
8. Raport BCG, „Wpływ limitów gęstości mocy (PDL – Power Density Limits) na łączność bezprzewodową: czy Polsce grożą opóźnienia w rozwoju 5G?”, Lipiec 2018.
9. Technologia 5G w Polsce - wszystko, co musisz wiedzieć, https://www.bankier.pl/wiadomosc/Technologia-5G-w-Polsce-wszystko-co-musisz-wiedziec-7756574.html
10. Oddziaływanie elektromagnetycznych fal milimetrowych na zdrowie pracowników projektowanych sieci 5G i populacji generalnej, Instytut Medycyny Pracy imienia prof. dra med. Jerzego Nofera, Warszawa 2019, http://www.imp.lodz.pl/home_pl/o_instytucie/npz/oddzialywanie_elektromagnetyczne_fal_milimetrowych_na_zdrowie_pracownikow_projektowanych_sieci_5g_i_populacji_generalnej/

Bibliografia:

1. https://www.infradata.pl/aktualnosci-i-blog/dlaczego-technologia-warstwowego-podzialu-sieci-umozliwi-powszechne-wdrozenie-sieci-5g/

2. Krótka opowieść o społeczeństwie 5.0, czyli jak żyć i funkcjonować w dobie gospodarki 4.0 i sieci 5G. Załącznik 1 koncepcja, funkcjonalności i korzyści z budowy 5G, Krajowa Izba Gospodarcza Elektroniki i Telekomunikacji (KIGEiT), Fundacja DigitalPoland, czerwiec 2019.

3. Oddziaływanie elektromagnetycznych fal milimetrowych na zdrowie pracowników projektowanych sieci 5G i populacji generalnej, Instytut Medycyny Pracy imienia prof. dra med. Jerzego Nofera, Warszawa 2019, http://www.imp.lodz.pl/home_pl/o_instytucie/npz/oddzialywanie_elektromagnetyczne_fal_milimetrowych_na_zdrowie_pracownikow_projektowanych_sieci_5g_i_populacji_generalnej/

4. Polish National Chamber of the Digital Economy (2017): http://ekig.pl/web/guest/wplyw-nowoczesnej-infrastruktury-na-rozwoj-spoleczno-gospodarczy-polski,

5. Raport BCG, „Wpływ limitów gęstości mocy (PDL – Power Density Limits) na łączność bezprzewodową: czy Polsce grożą opóźnienia w rozwoju 5G?”, Lipiec 2018.

6. Święcicki I., Model wdrożenia i eksploatacji sieci 5G w Polsce. Uwarunkowania i problemy, „Policy paper” Polski Instytut Ekonomiczny, nr 5/2019

7. Tech4i2, Real Wireless, CONNECT, Trinity College Dublin and InterDigital for the European Commission: Identification and quantification of key socio-economic data to support strategic planning for the introduction of 5G in Europe: https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/news/5g-deployment-could-bring-millions-jobs-and-billions-euros-benefits-study-finds

8. Technologia 5G w Polsce - wszystko, co musisz wiedzieć, https://www.bankier.pl/wiadomosc/Technologia-5G-w-Polsce-wszystko-co-musisz-wiedziec-7756574.html