Du er her

Mobilnetværk til morgendagens robotter

Selvkørende biler på vejene og autonome droner i produktionshallerne. De nye teknologier stiller store krav til det mobile netværk, og forskere fra Aalborg Universitet arbejder allerede nu sammen med verdens førende mobilaktører om udvikling af anden fase af 5G.

Allerede inden første fase af 5G-netværket er i luften, arbejder specialister fra Aalborg Universitet (AAU) intenst på at forbedre det. De optimerede funktionaliteter, som næste fase skal indeholde, er essentielle i forhold til morgendagens teknologi som eksempelvis selvkørende biler og indendørs, autonome droner. Udviklingen sker i projektet ONE5G i samarbejde med andre af verdens toneangivende aktører inden for telekommunikation såsom Nokia, Samsung, Intel, Huawei og Orange.

Dataforsinkelse kan koste liv
Kravene til det mobile netværk stiger støt i takt med den avancerede, teknologiske udvikling, som griber længere og længere ind i vores hverdag. Især i tætbefolkede byområder og i landområder, hvor der er meget langt mellem masterne, er der flere udfordringer på vej. Det gælder for eksempel ved brug af distribuerede systemer, hvor der skal anvendes trådløs kommunikation, fordi enhederne ikke befinder sig lige ved siden af hinanden, men hvor der stilles lige så høje krav til pålidelighed, som hvis de var forbundet med kabler.

Det er tale om kritiske applikationer som eksempelvis dem, der skal få selvkørende biler til at kommunikere med hinanden og med sensorer i vejsiderne. Det forklarer Jimmy Jessen Nielsen, som er lektor på Institut for Elektroniske Systemer:

– Hvis det eksempelvis bliver detekteret, at der er en lastbil på vej ud foran én, så skal man være sikker på, at éns bil modtager kommandoer om, at den skal nødbremse.  Og de kommandoer skal naturligvis komme med en usvigelig pålidelighed, siger han og henviser til den ene af de to store forbedringer, de skal indarbejde i næste version af 5G, nemlig URLLC – Ultra Reliable Low Latency Communication eller omskrevet til dansk: ultrapålidelig kommunikation med lav latenstid.

Når måleenheden hedder millisekunder
Når forskerne arbejder med ultrapålidelig kommunikation med lav latenstid, regner de i millisekunder. I det eksisterende 4G-netværk er den mindst opnåelige latenstid – dvs. den tid, det tager at få en besked fra ét sted til et andet – omkring 15-20 millisekunder. Men det er måske kun med 90 procents pålidelighed.

– Derfor kan der sagtens være 10 procent af beskederne, der først kommer efter 50 millisekunder, og 1 procent, der først kommer efter 100 millisekunder, og man kan ikke – i første version af 5G – stole på timingen i kritiske applikationer, hvor det for eksempel gælder personsikkerhed. Og det er altså én af de forbedringer, der skal være på plads i anden version, siger Jimmy Jessen Nielsen.

Det er blandt andet også nødvendigt indendørs i fabrikshaller, hvor droner skal overvåge produktionen eller flyve rundt med materialer. Der kan også være tale om maskiner, der skal snakke sammen inde i produktionshallen.

– Hvis det er maskiner, der kan flytte sig, er det oplagt at anvende trådløs kommunikation i stedet for kabler, og her er det også særdeles vigtigt, at de kontrolsystemer, der styrer robotterne, fungerer ved et ultrapålideligt netværk med meget lav latenstid. Her er der ligeledes tale om, at vi skal ned på meget få millisekunder i forhold til at reagere på en given observation.

Mere effektive informationsprotokoller
I fremtidens kommunikation er der behov for forbedring af endnu en teknologi i netværket: Massive machine type communication (mMTC). Med den stigende udbredelse af Internet of Things (IoT) stilles der stadig større krav til netværket om understøttelse af mange enheder på én gang. Det kan være så forskellige enheder som armbåndsure med fitness-trackere, temperatursensorer til måling af fjernvarme eller følere til måling af næringsstoffer i jorden hos landmanden.

– Der vil helt sikkert komme mange flere typer af sensorer og små intelligente enheder, og når de så allesammen skal forbindes til mobilnetværket, er det lidt af en udfordring med de netværk, vi har i dag. Den måde en enhed tilgår netværket på, dvs. den protokol, der anvendes, er meget omstændelig og skal igennem mange trin som identifikation af afsender, sikkerhedstjek, tildeling af resurser osv.

Der er med andre ord en mængde information, der skal sendes frem og tilbage, før man rent faktisk kan sende den information om temperaturen, som er hele formålet med kommunikationen. Og de ekstra informationer, som kaldes overhead, kan sagtens indeholde ti gange mere data end selve temperaturoplysningen.

På den måde bliver der brugt alt for meget af nettets kapacitet på at få helt små informationer ud, som for eksempel en temperaturmåling. Man får populært sagt ikke nok valuta for pengene.

– Ved større dataoverførsler, hvor en bruger for eksempel opretter forbindelse for at streame en serie fra Netflix, skal dataforbindelsen måske holde i en halv time eller halvanden, og så er det en forsvindende lille del, der forsvinder til overhead, mens det ved en lille puls- eller vandmåling er en alt for stor del af kommunikationen, der er overhead. Det bliver der ikke plads til i fremtidens netværk, hvor IoT kommer til at spille en langt større rolle.

Definition af fremtidens standart
En af de store udfordringer bliver at få de to nævnte forbedringer – URLLC og mMTC – til at blive understøttet i samme mobilnetværk på én gang. De 13 telekommunikationsaktører, der arbejder sammen i forskningsprojektet for anden fase af 5G, er i tæt kontakt via telefonkonferencer og løbende møder. Målet er at udvikle forslag til den fælles standard for 5G, der defineres af den globale interesseorganisation 3GPP, og som dermed bliver gældende på globalt plan.

– De virksomheder, vi arbejder sammen med, har simulatorer og testudstyr, der gør dem i stand til at foretage meget virkelighedsnære studier og give en detaljeret gengivelse af virkeligheden.  Som akademisk partner bidrager vi fra de helt tidlige stadier med idéudvikling og indledende undersøgelser af nye koncepter. Det er en stor tilfredsstillelse at have en reel indflydelse på, hvad der kommer til at ligge i fremtidens 5G, ligesom AAU-forskere har haft det på de tidligere versioner af netværksteknologien igennem projekter som f.eks. FANTASTIC-5G og METIS, siger Jimmy Jessen Nielsen.

Fra AAU deltager to forskningsgrupper i projektet, nemlig sektionerne "Connectivity" og "Wireless Communication Networks", der ledes af hhv. professor Petar Popovski og professor Preben Mogensen.