Univerzitní areál Vysoké školy báňské – Technické univerzity v Ostravě (VŠB-TUO) by se mohl stát první lokalitou v České republice, kde se testují takzvané milimetrové vlny (mmWave) pro mobilní sítě páté generace. Ty mají na krátké vzdálenosti přinést velmi vysoké rychlosti s velmi nízkou odezvou, což by do řady oborů mohlo přinést nové možnosti, jak pracovat například s robotikou, průmyslovými stroji, automotive nebo daty.
Na nasazení mmWave univerzita pracuje s oddělením multimédií akademického sdružení CESNET. Cílem je provedení experimentů s přenosy videa s nízkolatenční kompresí. To je důležité pro další vývoj a výzkum v oblasti virtuální reality v pseudoreálném či reálném čase v prostředí mobilní sítě, kde jsou extrémní nároky na přenosy. Po celou dobu přenosu je nutné zajistit garantovanou rychlost řádově v gigabitech za sekundu. Právě mmWave využívající kmitočty 26, 28, 38 a 60 GHz umožňuje alokovat v kmitočtovém spektru dostatečnou šířku pásma k zajištění takového přenosu.
„Rozsvícení“ milimetrových vln naváže na již běžící aktivity v 5G. V Ostravě v polovině roku 2020 spustili lokální privátní 5G síť, kde se praktické nasazení 5G testuje jak v akademických pokusech, tak ve spolupráci s firmami. Řada projektů je v pokročilé fázi vývoje.
Česká 5G jednička
„Rádi bychom se v případě testovacích 5G sítí stali českou jedničkou,“ popisuje pro Lupu Libor Michalek z Fakulty elektrotechniky a informatiky na VŠB. Plány se začaly rozvíjet společně s tím, když ostravská univerzita postavila budovu označovanou jako CPIT TL3. Jde o centrum inovativních technologií obsahující třeba testbed pro průmysl 4.0 a automobilový průmysl nebo testovací byty plné senzorů (domácí péče a biomedicínské inženýrství). Tedy oblasti, kde testování nasazení 5G dává smysl.
VŠB pokryla 5G signálem tento nový komplex s tím, že má uvnitř umístěných několik vysílacích buněk. Signál se šíří také po univerzitním kampusu, k tomu je k dispozici jedna venkovní základnová stanice (BTS). Další buňka je na Fakultě elektrotechniky a informatiky a jedna v laboratoři, kde se pracuje s 3D tiskem. Univerzita předpokládá další rozšiřování.
Jak vypadá privátní 5G síť na VŠB-TUO v Ostravě:
Aktuální soustava běží na frekvenci 3,5 GHz, která byla předmětem loňské aukce 5G frekvencí. Toto pásmo je vhodné pro budování privátních či kampusových sítí. Prvním ambicióznějším subjektem, který se do toho chce pustit komerčně, je investiční fond Thein, za kterým stojí Tomáš Budník a J&T. VŠB dostala od Českého telekomunikačního úřadu individuální oprávnění, takže může v rámci 3,5 GHz využívat jeden 40MHz blok.
Individuální oprávnění pro experimentální účely má VŠB s ČTÚ předběžně domluvené také v případě milimetrových vln, konkrétně frekvenční oblast 26,5 až 27,5 GHz. Takové oprávnění u nás prozatím nikdo nedostal. „Řešíme šířku kanálu, je zde možnost získat až 1 GHz. Také se bavíme o různých alternativách provedení,“ shrnuje Michalek.
Technologii pro mmWave by pravděpodobně dodala švédská společnost Ericsson, která už zde má co nabídnout a zároveň dodává komponenty i pro současnou ostravskou 5G síť. Do projektu šla s operátorem T-Mobile. Obě firmy na sebe vzaly investiční náklady. S reálným nasazením mmWave ale není zase tak nutné spěchat. Podpora koncových zařízení dnes není veliká, nejdále je Qualcomm se svými čipy Snapdragon.
Univerzita také musí vyřešit finance. I když T-Mobile a Ericsson poskytují podporu pro získání hardwaru a výstavbu, o provoz a poplatky ČTÚ už se musí starat VŠB. V případě současné frekvence 3,5 GHz jde o roční platbu 24 tisíc korun, u milimetrových vln by šlo o dalších 72 tisíc.
„Pro univerzitu se nejhůře shánějí finance na pravidelné mandatorní výdaje. Na jedné straně se investují miliony do technologií, které například u kampusové 5G sítě přišly převážně formou daru, na druhé straně musíme zajistit udržitelnost,“ doplňuje Miroslav Vozňák, vedoucí katedry telekomunikační techniky na VŠB.
Citelné vylepšení LTE
Vývojem každopádně musí projít i současná 5G síť, kterou v Porubě mají. Ta totiž aktuálně pracuje, stejně jako první komerční 5G sítě u nás, v takzvaném non-standalone režimu (NSA) a splňuje specifikace Release 15 od 3GPP. Rádiová část využívá základ (core) postavený na LTE.
„Z uživatelského pohledu jde o citelné vylepšení LTE Advanced (LTE-A),“ popisuje Michalek své zkušenosti. „Naše 5G síť je tedy zatím takové hodně vylepšené LTE nebo něco mezi LTE-A a 5G, kdy dosahujeme rychlostí 400 až 450 Mb/s. Plnohodnotné 5G přijde až se standalone (SA) režimem v rámci specifikace Release 16.“
Český institut informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) při Českém vysokém učení technickém v Praze už oznámil, že privátní 5G síť rovněž spustí. I ČVUT má za partnery T-Mobile a Ericsson, kteří pomohou s postavením standalone sítě. Počítá se také s tím, že by se ostravská a pražská síť propojily. Menší privátní 5G síť mimochodem rozjelo i Vysoké učení technické v Brně, a to v rámci projektu UniLab, jehož partnerem je Vodafone.
Ostravská privátní 5G síť je čistě paketová bez možností hovorů a SMS a rozhraní končí v bodě, který je připojen do akademické sítě CESNET. Jádro sítě je virtualizované a běží na dvou serverech PowerEdge od Dellu umístěných v centrální univerzitní serverovně. Výše popisované základnové stanice jsou připojeny přes lokální optickou síť.
Zatím bez omezení
Síť primárně slouží k řešení projektů, které běží přímo na univerzitě. Akademici a studenti se věnují využití zejména v oblastech spojených s průmyslem 4.0, ale i v elektrotechnice či bezpečnostním inženýrství. Univerzita umožňuje studentům využívat 5G infrastrukturu pro absolventské práce a projekty. Michalek už nyní vede tři takové.
A pak je zde prostor pro spolupráci s komerčním sektorem. V Ostravě například navazují spolupráci s brněnskou pobočkou americké společnosti Honeywell, která se zajímá o 5G ve spojení s drony UAV. Místní ostravské firmy pak chtějí testovat průmyslové modemy, moduly pro PCI Express a podobně. Škodu Auto pak zajímají nové možnosti navigace vozidel. O firmě už je ostatně známo, že vlastní privátní 5G síť zvažuje, stejně jako třeba ČEZ.
Blok 40 MHz v rámci 3,5 GHz prozatím výzkum neomezuje, i když i z VŠB zaznívá směrem k aukci malá kritika, že celkový rozsah 60 MHz je málo a že by bylo lepší mít 100 MHz jako v Německu. Se současnou šířkou pásma se nedá dosáhnout plného potenciálu sítě.
„V současné době lze řešit projekty, kdy můžete mít na voze několik 4K kamer snímajících okolí, odkud data proudí do zařízení pro edge computing a pak do cloudu a zpět. Dělat lze i přenosy ze 4K kamer v reálném čase,“ nastiňuje Michalek.
Do ostravské sítě se nyní připojují desítky zařízení. O přístup stačí zažádat s tím, že je nastavená prioritizace. Síť umí škálovat a přiřazovat uživatelům kvalitu služby. Základnové stanice umí provoz s nižší prioritou „zahazovat“ v případě souběžného provozu s vyšší prioritou.
„Klasický chytrý telefon jsme snad do sítě ještě vůbec nepřipojili. Pokud ano, šlo o upravené modely se speciálním firmwarem,“ popisuje Michalek. Primárně se používají průmyslové modemy a vývojové kity. Typicky jde o produkty od čínské společnosti Quectel, která v posledních letech hodně vyrostla a která spolupracuje s Qualcommem. Má i technologie pro mmWave.
5G má na ostravské univerzitě sehrát roli také v rámci ambiciózního projektu SMARAGD (Smart and Green District). „V rámci této vize dojde v kampusu k vybudování Vědeckého náměstí, které bude obklopeno novou budovou s propojeným akademickým a privátním sektorem, modernizovanými prostory stávajících laboratoří a doplněno R&D infrastrukturou v areálu Moravskoslezského inovačního centra,“ uvádí VŠB. Zapojí se řada laboratoří nebo ostravské superpočítačové centrum IT4Innovations. A právě 5G, případně 6G bude primární komunikační technologií.
ČLÁNKY DO MAILU