5G - prywatne sieci

Od czasu uruchomienia pierwszej sieci komórkowej technologia ta jest wykorzystywana w sieciach publicznych. Zarządzają nimi operatorzy. Równy dostęp do sieci mają wszyscy użytkownicy, którzy znajdą się w jej zasięgu. Jest on jednak płatny. Z kilkoma wyjątkami stan ten utrzymywał się w miarę jak sieci komórkowe ewoluowały z technologii 2G w 3G, 4G i 4G LTE.

Oprócz usługi wykonywania połączeń i transmitowania danych przez osoby prywatne, operatorzy komórkowi udostępniali również obsługę komunikacji w zastosowaniach specjalnych, na przykład w zakładach przemysłowych, biurach, węzłach tranzytowych czy kampusach. Na ich potrzeby nie budowano jednak oddzielnych sieci, którymi użytkownicy mogliby sami zarządzać – korzystano z tej samej infrastruktury, co na potrzeby sieci powszechnych, a zarządzanie nimi leżało w gestii operatorów. Jedyną opcją dla tych, którzy chcieli zorganizować i kontrolować własną prywatną sieć bezprzewodową, było skorzystanie z takich standardów transmisji jak Wi-Fi, LoRa albo Sigfox.

Potrzeby i możliwości

Okazało się jednak, że wraz z rozwojem Internetu Rzeczy, w szczególności w wersji dla przemysłu, i upowszechnianiem się technologii Industry 4.0, ich możliwości przestają wystarczać. Ograniczenia dotyczą szybkości transmisji, opóźnień, liczby obsługiwanych węzłów oraz bezpieczeństwa, pod względem których sieci Wi-Fi, LoRa czy Sigfox ustępują LTE, a tym bardziej sieciom 5G. Są one też niekompatybilne z publicznymi sieciami komórkowymi oraz drogie w utrzymaniu i zarządzaniu.

W ostatnim czasie pojawia się jednak coraz więcej możliwości dla rozwoju prywatnych sieci LTE i 5G. Takimi są głównie inicjatywy rządowe oraz postęp technologiczny.

Przede wszystkim organy regulacyjne, które są odpowiedzialne w poszczególnych państwach za przydział częstotliwości, zaczęły na ten cel udostępniać oddzielne pasma. Na przykład w Niemczech dla prywatnych sieci przeznaczono pasmo 3,4–3,8 GHz – organizacja, która wykupi korzystanie z niego, może zasięgiem sieci, do której będzie miała wyłączny dostęp, objąć określony obszar. We Francji z kolei prywatne sieci LTE i 5G można organizować w paśmie 2,57–2,62 GHz.

Ponadto postęp technologiczny, poza udostępnianiem sieciom prywatnym niezagospodarowanego pasma, umożliwia też operatorom sieci publicznych wydzielanie w ramach nich określonego pasma dla sieci prywatnych. Jest to opcja atrakcyjna dla organizacji, które chcą mieć prywatną sieć 5G, ale nie chcą wykupywać pasma ani samodzielnie wdrażać infrastruktury sieciowej.

Jak zorganizować sieć prywatną?

Aby zorganizować sieć prywatną, zasadniczo trzeba dysponować takimi samymi zasobami, jak te, w oparciu o które operatorzy budują publiczne sieci komórkowe. Jest to zatem przede wszystkim pasmo częstotliwości, które jest własnością danej organizacji albo jest dzierżawione od operatora sieci publicznej lub innego dostawcy albo jest współdzielone z innymi organizacjami, w zależności od charakteru budowanej sieci. Kolejnym składnikiem są urządzenia brzegowe, które wysyłają i odbierają dane za pośrednictwem Internetu, czyli wszystkie wyposażone w zintegrowany moduł LTE albo 5G, router albo bramę. Są to nie tylko telefony i komputery, ale w przypadku fabryk i magazynów także m.in. maszyny i autonomiczne roboty mobilne. Wymagana jest również infrastruktura sieciowa, która obejmuje stacje bazowe i punkty dostępowe, które przesyłają dane do i z urządzeń brzegowych z i do chmury.

Różnica między publicznymi a prywatnymi sieciami zatem w praktyce nie polega na technologii, lecz na tym, kto ma licencję lub nieograniczony dostęp do pasma częstotliwości i kto jest właścicielem i operatorem stacji bazowych i pozostałej infrastruktury sieciowej. W prywatnych sieciach jest to dana organizacja/przedsiębiorstwo, a w publicznych operator sieci.

Jakie są zalety prywatnych sieci LTE/5G?

Prywatne sieci LTE/5G przynoszą liczne korzyści w porównaniu na przykład z sieciami Wi-Fi, w szczególności w zakresie wdrażania Internetu Rzeczy i Przemysłowego IoT. Taką jest większa moc stacji bazowych. Dzięki temu sygnał jest silniejszy i dociera dalej, pokonując przeszkody. Zwiększa to zasięg sieci i pozwala wyeliminować martwe strefy, w których urządzenia brzegowe nie mogą połączyć się z siecią. Poprawia to niezawodność transmisji nawet na rozległym terenie, w dużych obiektach i w obecności źródeł zaburzeń, na przykład w fabryce czy hali magazynowej.

Kolejną zaletą jest większe bezpieczeństwo. By połączyć się z siecią LTE/5G, urządzenie brzegowe musi mieć kartę SIM skonfigurowaną do łączenia się z tą siecią. To uniemożliwia dostęp do niej za pośrednictwem urządzeń nieautoryzowanych, które w taką kartę nie są wyposażone. Oprócz tego w przeciwieństwie do sieci Wi-Fi, zarówno sieci LTE, jak i 5G domyślnie szyfrują dane. Sieci LTE i 5G zostały zaprojektowane z myślą o łączeniu się z tysiącami urządzeń jednocześnie, co jest ważną zaletą w aplikacjach Internetu Rzeczy. Sieci piątej generacji wyróżnia też prędkość transmisji oraz bardzo małe opóźnienia, co jest wymagane przy realizacji sterowania procesami czy korzystaniu z rzeczywistości wirtualnej.

Konfiguracja sieci Wi-Fi jest łatwa. Mimo to, jeżeliby dorównać potencjałowi sieci LTE/5G, trzeba zainstalować większą liczbę punktów dostępowych i biorąc także pod uwagę mniejszy zasięg oraz przepustowość sieci Wi-Fi, okazują się one trudniejsze i droższe w zarządzaniu, tym bardziej im więcej urządzeń zostanie do nich podłączonych. Ważną korzyścią jest również kompatybilność z publicznymi sieciami LTE/5G.

Dzięki niej w przypadku, gdy dane urządzenie znajdzie się poza zasięgiem prywatnej sieci, o ile jest wyposażone w odpowiednią kartę SIM i między daną organizacją, a operatorem sieci publicznej jest zawarta odpowiednia umowa, płynnie może się ono do tej ostatniej podłączyć. Umożliwia to podtrzymanie łączności, przykładowo z wózkiem widłowym czy autonomicznym robotem mobilnym, który wyjechał poza teren zakładu. Dzięki kompatybilności sieci publiczne stanowią też alternatywę w razie awarii sieci prywatnej.

Główna wada prywatnych sieci LTE/5G to większy koszt początkowy w porównaniu z siecią Wi-Fi. Poza tym do zarządzania nimi potrzebni są specjaliści w zakresie technologii komórkowej.

Gdzie sieci prywatne się sprawdzą?

Prywatne sieci LTE/5G mają duży potencjał w wielu sektorach. Przykład to przemysł, w którym umożliwiają skomunikowanie systemów informatycznych ze sprzętem produkcyjnym. To z kolei pozwala na wdrożenie m.in. wózków samojezdnych i autonomicznych robotów mobilnych, zdalne sterowanie maszynami i robotami, zdalne monitorowanie procesów produkcyjnych, konserwację predykcyjną, szkolenie oraz wspieranie pracowników w terenie dzięki rzeczywistości wirtualnej i rozszerzonej. Skorzystać również mogą przedsiębiorstwa, które wynajmują swój sprzęt klientom – korzystając z prywatnych sieci LTE i 5G mogą wdrożyć model biznesowy "sprzęt jako usługa", w którym obciążają najemców opłatą na podstawie tego, jak często korzystają oni z danego urządzenia.

Operatorzy magazynów mogą wykorzystać prywatne sieci LTE/5G do obsługi zrobotyzowanego kompletowania zamówień, śledzenia produktów i innych aplikacji magazynowych IIoT. Kolejnym przykładem są duże obiekty użytku publicznego, jak lotniska, dworce, porty, stadionu. W ich przypadku prywatne sieci LTE/5G pozwolą na zaspokojenie nie tylko ich własnych potrzeb w zakresie łączności, ale też tysięcy urządzeń osób je odwiedzających. Duża liczba ludzi, a zatem i urządzeń wymaga podłączenia do sieci również na uczelniach, kampusach, w szpitalach, bazach wojskowych, hotelach, biurach.

Tego typu sieci pozwolą też firmom energetycznym na zrealizowanie łączności na dużym obszarze geograficznym, w celu komunikacji z inteligentnymi licznikami, transformatorami, magazynami energii i innymi elementami infrastruktury sieciowej. Umożliwią ponadto transmisję wideo w czasie rzeczywistym z kamer bezpieczeństwa monitorujących sprzęt i z pojazdów używanych przez pracowników w terenie. W podobny sposób mogą z nich korzystać przedsiębiorstwa górnicze i naftowe.

Prywatne sieci LTE/5G znajdą też zastosowanie w inteligentnych miastach i usługach dla lokalnych społeczności, takich jak: kontrolowanie oświetlenia ulicznego, śledzenie tras karetek, rejestracja wideo z policyjnych kamer samochodowych i kamer nasobnych, zdalne nauczanie.

Podsumowanie

Według Global Mobile Suppliers Association w 2022 roku na świecie w prawie 900 organizacjach i przedsiębiorstwach wdrożono prywatne sieci, co oznacza wzrost o kilkadziesiąt procent w porównaniu do 2021 roku, kiedy takich sieci globalnie zorganizowano trochę ponad pół tysiąca. Około 40% prywatnych sieci w zeszłym roku opierało się na standardzie 5G albo stanowiło połączenie sieci 5G i LTE, w porównaniu z 25% rok wcześniej. Również w przyszłości segment sieci prywatnych będzie się rozwijał. IDC przewiduje, że wartość prywatnej infrastruktury bezprzewodowej LTE/5G na całym świecie wzrośnie z 1,7 mld dol. w 2021 roku do 8,3 mld dol. w 2026.

Monika Jaworowska