U prethodnom osvrtu o motivaciji uvođenja mobilne mreže pete generacije (5G) jedan od navedenih pokretača razvoja je pojavljivanje novih slučajeva uporabe, odnosno scenarija korištenja mreže koji do sada nisu bili razmatrani u kontekstu razvoja prethodnih generacija mobilnih mreža.
Ovaj osvrt daje pregled slučajeva uporabe razmatranih u prijedlozima za razvoj mreže 5G, a potom opisuje tipove usluga čije će pružanje omogućiti zadovoljavajuću kvalitetu usluge (engl. Quality of Service) za opisane slučajeve uporabe.

Slučajevi uporabe za mrežu 5G

Slučajevi uporabe za mrežu 5G predstavljaju scenarije korištenja mobilne mreže koji do sada nisu bili mogući ili su ostvarivali nezadovoljavajuću kvalitetu usluge. Jedna grupa takvih scenarija je širokopojasni pristup u područjima s velikom gustoćom ljudi, kao što su npr.: veliki događaji (koncerti, sportska natjecanja, …), centri gradova te stambene ili komercijalne zgrade. Na takvim mjestima dolazi do problema zagušenosti mreže budući da velik broj ljudi na malom geografskom području u isto vrijeme pristupa mreži. Druga krajnost su nenaseljena ili slabo naseljena područja koja zbog malog broja stalnih korisnika imaju slabo pokrivanje. Cilj mreže 5G je pružiti jednako korisničko iskustvo (engl. Quality of Experience) svim korisnicima bez obzira na lokaciju pristupa usluzi. U okvirima današnje širokopojasne usluge, to podrazumijeva prijenosne brzine od barem 50 Mbit/s. Nadalje, razmatraju se napredni scenariji mobilnosti korisnika, odnosno korištenje mobilnih usluga u brzim prijevoznim sredstvima (npr. kompleksne mobilne usluge tijekom vožnje automobilom ili brzim vlakom). Ovo samo po sebi predstavlja izazov jer kvaliteta usuge pada što je brzina kretanja korisnika veća. Također, potrebno je omogućiti neometanu i sigurnu komunikaciju službenicima javne sigurnosti u slučaju elementarnih nepogoda ili drugih hitnih situacija. Ova komunikacija se do sada izvodila privatnim mrežama koje predstavljaju velike troškove ulaganja u infrastrukturu. Mreža 5G u tom pogledu omogućava prioritetnu i robusnu komunikaciju prilagođenu potrebama situacije (npr. jednostavne usluge, mogućnost lociranja, niska potrošnja energije).

Osim usluga usmjerenih ljudima, javljaju se razne vrste usluga usmjerene uređajima. Trenutno po popularnosti prednjači masovni Internet stvari (engl. massive Internet of Things, skr. mIoT). Ovaj koncept podrazumijeva povezivanje i samostalnu komunikaciju golemog broja različitih uređaja (od senzora i pametnih nosivih uređaja preko uređaja za pametne gradove do dronova). Naravno, takvi uređaji ne zahtijevaju jednaku vrstu usluge kao ljudi, a mrežni promet koji generiraju se također razlikuje. Prema tome, ponašanje mreže se treba prilagoditi i tom obliku komunikacije. Korak dalje po kompleksnosti ostvarenja nalazi se ekstremna komunikacija u stvarnom vremenu. Ovaj slučaj uporabe predstavlja oblik komunikacije namijenjen bežičnom upravljanju stvarnim ili virtualnim objektima (tzv. taktilni internet). Latencija koja se očekuje prilikom pružanja ove usluge može biti do ispod milisekunde. Osim latencije, postoji mnogo scenarija koji zahtijevaju iznimnu pouzdanost komunikacije. Pouzdanost je posebno bitna prilikom autonomne vožnje, upravljanja robotima i dronovima, udaljenog liječenja i obavljanja operacija.

Tipovi usluga mreže 5G

Tipovi usluga jedna su od najvećih razlika mreže 5G i prethodnih generacija mobilnih mreža te temelj pri usmjeravanju razvoja nove mrežne arhitekture. Oni omogućavaju preciznije upravljanje uslugama kako bi svaka pojedina usluga mogla ostvariti svoje zahtjeve za kvalitetom usluge. Za uspješno upravljanje tipovima usluga, arhitektura mreže 5G temelji se na inovativnim konceptima kao što su raslojavanje mreže, virtualizacija i razdvajanje upravljačke i korisničke ravnine.
Mobilna mreža 5G definira tri tipa usluga koji uspješno obuhvaćaju sve razmatrane slučajeve uporabe:

• poboljšani širokopojasni pristup (engl. enhanced Mobile Broadband, skr. eMBB),
• iznimno pouzdana komunikacija male latencije (engl. ultra-Reliable Low latency Communication, uRLLC) i
• masovna komunikacija uređaja (engl. massive Machine-type Communication, skr. mMTC).

U nastavku su pobliže opisane njihove karakteristike.

Poboljšani širokopojasni pristup je očekivano unaprijeđenje dosadašnje usluge širokopojasnog pristupa kakvu trenutno koristimo u mrežama četvrte generacije (engl. 4G broadband). Ovaj tip usluga namijenjen je komunikaciji ljudi, odnosno za pristup višemedijskom sadržaju (engl. multimedia), uslugama i podacima. Usluge poboljšanog širokopojasnog pristupa uključuju, primjerice, prijenos sadržaja iznimno visoke kvalitete (engl. UHD streaming) i virtualnu stvarnost. S korisničke strane, nove usluge će zahtijevati veće prijenosne brzine i računalske resurse u oblaku za obavljanje kompleksne obrade podataka. Gledano na performanse mreže, naglasak je stavljen na povećanje kapaciteta mreže, područja pokrivanja, propusnosti i mobilnosti, a u ovisnosti o konkretnim situacijama korištenja usluge. Globalni cilj je pružiti zadovoljavajuću kvalitetu usluge u svakom trenutku na svakom mjestu. Ostvarenje pojedinih značajki (tj. performansa) mreže uvijek je kompromis jer povećanje jedne značajke najčešće uzrokuje smanjenje neke druge. Primjerice, proširenje područja pokrivanja mreže uzrokuje smanjenu prijenosnu brzinu. Zbog toga se planiranjem mobilne mreže nastoji odabrati arhitektura i tehnologija koja najbolje odgovara očekivanim performansama u stvarnim situacijama. Unaprjeđenje usluge širokopojasnog pristupa u mreži 5G ostvaruje se na dva načina:

• Korištenjem novih frekvencijskih pojaseva
• Naprednim višeantenskim sustavima koji omogućavaju masovni MIMO i oblikovanje dijagrama zračenja.

Novi (dodatni) frekvencijski pojasevi proširuju resurse korištene za mobilnu komunikaciju što posljedično znači bolje performanse. Posebno je zanimljivo frekvencijsko područje milimetarskih valova na kojemu je moguće ostvariti iznimno velike prijenosne brzine. Nedostatak komunikacije u milimetarskom području je mali doseg i osjetljivost na vremenske uvjete, a on se rješava oblikovanjem dijagrama zračenja. Napredni višeantenski sustavi ostvaruju bolje iskorištenje komunikacijskih resursa, a time i bolje performanse te posljedično poboljšanje kvalitete usluge.

Iznimno pouzdana komunikacija male latencije drugi je tip usluga koji obuhvaća nove slučajeve uporabe sa strogim zahtjevima na latenciju i pouzdanost. Pri tome, zahtijevane performanse idu do latencije od 1 ms i pouzdanosti od 99.999%. Za usporedbu, u mrežama 4G ostvariva latencija je 10 ms, dok se pouzdanost kreće oko 99%. Ostvarenje boljih performansi u vidu latencije i pouzdanosti do sada nije bilo potrebno, jer su većinu korisnika mobilnih usluga činili ljudi pristupajući mreži putem pametnih telefona. Pojava novih usluga sa strogim zahtjevima na latenciju i pouzdanost za sobom povlači arhitekturne izmjene mreže koje uključuju novo 5G radijsko sučelje (5G NR), računalstvo na rubu i redundantne komunikacijske puteve kao što je dvostruka povezanost. Ovaj tip usluga primarno se odnosi na usluge usmjerene ljudima u području sigurnosti i zdravstva, dok je više primjena ovog tipa usluga usmjereno komunikaciji uređaja. Ovdje pripadaju usluge odnosno uređaji koji očekuju komunikaciju u stvarnom vremenu te ne toleriraju greške u istoj. To su, dakle, autonomna vozila (vozila bez vozača), upravljanje prometom u stvarnom vremenu, napredna elektroenergetska mreža, uređaji koji sudjeluju komunikaciji za vrijeme hitnih slučajeva i nesreća te industrijska komunikacija (npr. bežično upravljanje strojevima u proizvodnim pogonima).

Masovna komunikacija uređaja je tip usluga koje karakterizira povezanost iznimno velikog broja uređaja koji povremeno šalju poruke malog volumena uz blage zahtjeve za kvalitetom usluge. Blagi zahtjevi za kvalitetom usluge u ovom kontekstu znače da je za ostvarenje ovog tipa usluga dovoljna mala prijenosna brzina, a dopušteno je i veće kašnjenje budući da se ne radi o uređajima kojima funkcionalnost ovisi o razmjeni poruka u stvarnom vremenu. Kod samih uređaja bitno je da imaju prihvatljivu cijenu, te da im baterija dugo traje budući da su predviđeni za samostalno obavljanje funkcionalnosti bez ljudske intervencije dulji vremenski period. Najbolji primjer primjene ovog tipa usluga su pametni gradovi. Oni, primjerice, mogu uključivati senzore na parkirnim mjestima, pametnu rasvjetu ili sustave za nadzor. Za ovaj tip usluga mreža mora ostvariti široko pokrivanje i povezivost velikog broja uređaja bez zagušenja nje same. Zbog toga se razvoj mobilne mreže usmjerava prema tehnikama boljeg upravljanja velikim brojem korisnika (npr. višestruki pristup).

Slika (Slika 1) prikazuje odnos pojedinog slučaja uporabe s definiranim tipovima usluga, pri čemu vrhovi trokuta predstavljaju slučajeve uporabe potpuno okarakterizirane pojedinim od definiranih tipova usluga, dok ostali slučajevi uporabe imaju karakteristike više njih. Gledano na zahtjeve za kvalitetom usluge, poboljšani širokopojasni pristup odgovara visokim prijenosnim brzinama, masovna komunikacija uređaja odgovara velikoj povezivosti, dok iznimno pouzdana komunikacija odgovara niskoj latenciji i visokoj pouzdanosti.