Na PWr działa węzeł Krajowego Laboratorium PL-5G. Jego częścią jest uruchomiona przez naukowców WIT pierwsza w Europie prywatna sieć 5G w trybie Stand Alone w paśmie fal milimetrowych 26GHz, a także laboratorium usług i internetu rzeczy

„Krajowe laboratorium badawcze sieci i usług 5G wraz z otoczeniem (PL-5G)” to projekt realizowany od 2021 r. przez konsorcjum, którego liderem jest Politechnika Warszawska. Współdziałają w nim także Politechnika Gdańska, Instytut Łączności PIB, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe oraz Politechnika Wrocławska. 

Obejmuje on zbudowanie unikalnej w skali kraju infrastruktury badawczej dla prowadzenia praktycznych badań dotyczących technologii i usług 5G. Całkowity budżet projektu to ponad 220 milionów złotych. 

W jego ramach powstały trzy laboratoria:

• Laboratorium sieci 5G – zbudowane na bazie rozwiązań producentów technologii 5G.
• Laboratorium symulatorów i aparatury pomiarowej 5G – zawierające symulatory technologii 5G oraz aparaturę pomiarową.
• Laboratorium otoczenia 5G – zawierające urządzenia i oprogramowanie służące opracowaniu nowych rozwiązań sieciowych, platform i aplikacji bazujących na technologii 5G.

I to właśnie tym ostatnim zajął się zespół z PWr pod kierownictwem dr. inż. Patryka Schauera z naszego wydziału. W jego skład wchodzili naukowcy z Katedry Informatyki i Inżynierii Systemów, wspierani przez pracowników Katedry Telekomunikacji i Teleinformatyki.

– Aparatura, którą uruchomiliśmy na Politechnice Wrocławskiej, obejmuje przede wszystkim sieci 5G o dostępie realizowanym w technikach 5G New Radio, LTE oraz non3GPP (WiFi),a le także zbiór zasobów obliczeniowych ogólnego przeznaczenia oraz wyspecjalizowanych do uczenia maszynowego oraz symulacji w środowiskach wirtualnej rzeczywistości. Do tego dochodzą stanowiska laboratoryjne i terenowe do badań w obszarze szeroko pojętego Internetu rzeczy – mówi dr inż. Patryk Schauer z Katedry Informatyki i Inżynierii Systemów.

Ponadto infrastruktura przygotowana jest do udostępniania odseparowanych środowisk sieciowych i obliczeniowych, aby zapewnić bezpieczeństwo prowadzonych na niej prac. 

Zupełnie nowe możliwości

Do tej pory sieci 5G w Europie były budowane w oparciu o pasma poniżej 3GHz. Firmy telekomunikacyjne w Polsce dopiero od niedawna zaczęły korzystać z pasma N78 (3500GHz), dedykowanego wyłącznie dla sieci 5G, czyli już nie współdzielonego z techniką LTE. Ponadto sieci operatorskie uruchamiane są w trybie NSA (Non-Standalone), zakładającym współistnienie z LTE i korzystanie z rdzenia sieci LTE. Wybudowana na PWr sieć 5G SA (Standalone) jest oparta zarówno na części radiowej 5G New Radio, jak i na rdzeniu 5G.

W ramach węzła PL-5G na PWr, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz w Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym uruchomiono komórki sieci 5G SA pracujące w paśmie n258 (25GHz).

– Słabe zagospodarowanie tej części widma elektromagnetycznego, pozwala na pracę w bardzo szerokich kanałach częstotliwościowych, praktycznie nieosiągalnych w niższych partiach widma, z uwagi na dużą zajętość przez liczne służby i cele. Ponadto główną wadę tego pasma, czyli bardzo ograniczony zasięg wynikający z dużego tłumienia, przekuto w zalety. M.in. cała pojemność nadajnika, zwielokrotniona już przez stosowanie szerokich kanałów częstotliwościowych, może być skoncentrowana na niewielkim obszarze, o promieniu mierzonym w dziesiątkach metrów – wyjaśnia prof. Kamil Staniec z Katedry Telekomunikacji i Teleinformatyki.

– Ustawienie szeregu takich nadajników wzdłuż np. deptaka, alei handlowej, promenady czy w centrum konferencyjnym pozwala na uzyskanie bezprecedensowo dużej pojemności powierzchniowej, mierzonej w megabitach na sekundę na metr kwadratowy – dodaje.

Z punktu widzenia laboratorium badawczego taka prywatna sieć 5G w tym paśmie to niedostępne dotychczas możliwości prowadzenia badań propagacyjnych, czyli weryfikujących wpływ różnych czynników na zasięg i jakość, w rzeczywistych warunkach.

Pierwsza taka sieć w Europie

W pasmach N77u (3,9 GHz) oraz N258 (25GHz), przeznaczonych dla sieci 5G, powstała międzyregionalna sieć 5G. Jest ona oparta o wspólny dla wszystkich konsorcjantów rdzeń sieci. Sieć międzyregionalna to przede wszystkim przestrzeń do badania usług, a także takich prac, które nie zakłócają działania całego systemu. 

Na PWr udostępniono również sieci lokalne w pasmach N77u oraz N40. Umożliwiają one realizację badań niezależne od działań innych jednostek.  Również takich, które będą zakładały doprowadzenie do ich awarii.

Sieć międzyregionalną (rdzeń oraz część radiową N77 i N258) wybudowała firma Innergo, w oparciu o rozwiązania firmy Nokia. Poza tym Laboratorium sieci 5G wyposażone jest w aparaturę i oprogramowanie firm Amarisoft, Radisys, AW2S, Benetel oraz Fraunhofer.

Wyspecjalizowany węzeł obliczeniowy i nowe laboratorium

Laboratorium PL-5G jest przestrzenią służącą nie tylko do badania sieci, ale również usług oraz otoczenia 5G. Dlatego też na Politechnice Wrocławskiej powstał wyspecjalizowany węzeł obliczeniowy, wspierający potrzeby uczenia maszynowego oraz przeprowadzania symulacji w środowiskach wirtualnej rzeczywistości. Wyposażono go w specjalistyczne serwery Nvidia DGX oraz Nvidia OVX.

– Pozwala to na kompleksowe badanie rozwiązań, uwzględniając zarówno zagadnienia komunikacyjne, jak również obliczeniowe, od poziomu warstwy fizycznej sieci dostępowej, po usługi przetwarzające dane w chmurze. Możemy więc prowadzić badania dla podmiotów nie posiadających wyspecjalizowanej infrastruktury , a chcących przygotować swoje rozwiązania do dalszej integracji, a następnie wdrożenia – mówi dr inż. Łukasz Falas z Katedry Informatyki i Inżynierii Systemów.  

Sieci takie jak 5G powstają, aby umożliwić usługi w wielu dziedzinach, które opierają się na komunikacji różnorakich urządzeń. Stawiane im wymagania często bardzo się różnią. Dlatego w ramach węzła PL-5G na PWr powstały też stanowiska badawcze oraz zakupiona została aparatura pozwalająca na prowadzenie badań oraz prac rozwojowych m.in. w obszarze Internetu rzeczy oraz wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości. 

Jedno z takich stanowisk to swego rodzaju Living Lab. – To przestrzeń, w której na co dzień pracują badacze, ale ona jest sama w sobie także obiektem naszych badań i testów w zakresie rozwiązań z obszaru inteligentnych budynków – mówi dr inż. Patryk Schauer.

Zostało ono wyposażone w stanowiska do prototypowania urządzeń korzystających z Internetu rzeczy, drukarki i skanery 3D oraz osprzęt AR (rzeczywistość rozszerzona) i VR (rzeczywistość wirtualna). – Można w nim korzystać z dronów, zarówno tych latających, jak i jeżdżących, które mogą być stosowane jako źródła danych, nośniki sprzętu pomiarowego oraz baza do prototypowania złożonych rozwiązań – dodaje dr Schauer. 

Część z używanym w tej przestrzeni dronów komunikuje się właśnie przez wybudowane na uczelni prywatne sieci 5G. Dzięki nim przekazują naukowcom zgromadzone dane wizyjne, pomiarowe oraz te dotyczące sterowania nimi.

Sprzęt i wiedza dostępne dla wszystkich

Z Politechnicznego laboratorium korzystać mogą zarówno naukowcy z naszej uczelni, jak i studenci. Ale członkowie zespołu z W4 do współpracy zapraszają także firmy i jednostki komercyjne, poszukujące rozwiązań wspierających ich działalność. 

Z myślą o nich na PWr przygotowana została rozbudowana oferta usług badawczych. Osoby zainteresowane mogą się kontaktować z dr. inż. Patrykiem Schauerem (patryk.schauer@pwr.edu.pl) lub dr. inż. Łukaszem Falasem (lukasz.falas@pwr.edu.pl).