5G mobil rendszerek architektúrája és szolgáltatásai

A tantárgy angol neve: 5G Mobile Systems: Architecture and Services

Adatlap utolsó módosítása: 2021. április 7.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnöki szak

Mérnök informatikus szak

Szabadon választott

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VITMAV76   3/1/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Simon Csaba,
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Simon Csaba

docens

Távközlési és Médiainformatikai Tsz.

Dr. Varga Pál

docens

Távközlési és Médiainformatikai Tsz.

Az előadók eléréséhez szükséges adatok a tanszék honlapján megtalálhatók: https://www.tmit.bme.hu/munkatarsak
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Kommunikációs hálózatok, Infokommunikáció 

6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:

Kötelező: Kommunikációs hálózatok 1 (VIHIAB01) vagy Infokommunikáció (VITMAB03)

Ajánlott: Kommunikációs hálózatok 2 (VITMAB01) vagy Hálózati technológiák és alkalmazásaik (VITMAC05)

 

7. A tantárgy célkitűzése

A tantárgy átfogó képet kíván adni az ötödik generációs mobilhálózatokhoz köthető - bevezetett, vagy ennek kapcsán elterjedt - technológiákról. A tantárgy a rádiós és maghálózati technológiák és architekturális elemeken túl a jellemző alkalmazási területeket és szolgáltatásokat is bemutatja, és érinti az 5G rendszerek alkalmazását befolyásoló szabályozási szempontokat is. A tárgyat azoknak ajánljuk, akik számítógép- és mobilhálózatokkal, ezek szolgáltatásaival, vagy az ezekhez kötődő alkalmazások fejlesztésével, integrációjával szeretnének foglalkozni. 

8. A tantárgy részletes tematikája

Az elméleti órák tematikája:

1. előadás (2 óra): Bevezetés (mobil rendszerek generációi, kontextus). Az 5G hálózatok célkitűzései. Az 5G hálózatok megjelenését kiváltó tényezők.

2. előadás (2 óra): Az 5G hálózatokkal szemben támasztott kritériumok. A kulcsparaméterek specifikálása. A specifikációk csoportosítása: a három követelményprofil (URLLC, eMBB, mMTC)

3. előadás (2 óra): Az 5G hálózatok rendszertechnikája - alapelvek (új rádió, lapos architektúra, ctrl és mgmt sík szétválasztása, SW virtualizáció). Az 5G architektúra részei.  

4. előadás (2 óra): Az LTE architekturális áttekintése. Az LTE Evolved Packet Core - áttekintő összehasonlítás: mi és miért változik az 5G-ben?

5. előadás (2 óra): A hálózatszoftverizáció kiemelt szerepe a modern infokommunikációs rendszerekben. Hálózati funkciók és virtualizáció (NFV). Szoftverizáció a transzport hálózatban: a szoftver vezérelt hálózatok (SDN) elvei. 

6. előadás (2 óra): Az 5G architektúra rádiós hozzáférési hálózata (Radio Access Network - RAN), valamint a felhő alapú RAN alternatívák. A funkcionális felbontás: fronthaul és backhaul az 5G RAN-ban. Virtualizált RAN opciók, a nyílt RAN elve (open RAN) és az O-RAN referencia architektúra.

7. előadás (2 óra): Az 5G új rádió (New Radio - NR) frekvenciasávok és alkalmazásuk. Az 5G tervezett frekvenciatartományai. A frekvenciatartományok alkalmazásainak jellemzői a nemzetközi, kereskedelmi szolgáltatások tapasztalatai alapján. Nemzeti és privát hálózati telepítési módok.

8. előadás (2 óra): Az 5G NR és a 4G együttélése a bevezetés korai szakaszában,  együttes telepítés (Non Standalone - NSA) és különálló telepítés (Standalone (SN). 5G NR bevezetési stratégiái, a nyolc 5G telepítési opció (5G Deployment Option).

9. előadás (2 óra): Az 5G maghálózat (5G Core - 5GC). Az 5GC architektúra logikai és funkcionális megközelítésben. Vezérlés és adatátvitel. Az adattárolási architektúra.

10. előadás (2 óra): Az 5GC funkcionális elemei. Szolgáltatás-alapú Architektúra (Service Based Architecture - SBA) - a hálózati funkciók.

11. előadás (2 óra): Erőforrás-vezérlés, Az SDN, NFV, VNF megoldások részletezése.

12. előadás (2 óra): Felhasználási típusokra szabott erőforrás-kezelés. A hálózatszeletelés (Network Slicing). A QoS differenciálás 5G megoldása. Az orkesztráció. Hálózatszeletek életciklus-menedzsmentje. 

13. előadás (2 óra): Az ETSI menedzsment és orkesztrációs modellje.

14. előadás (2 óra): Felhő architektúrák. A hálózat széleire kihelyezett funkciók (Mobile Edge Cloud - MEC). Telco Cloud - együttműködő felhők.

15. előadás (2 óra): Kiemelt 5G alkalmazás-példák: Vehicle-to-Everything, okos közlekedés és okos város.

16. előadás (2 óra): Kiemelt 5G alkalmazás-példák: Ipar 4.0, privát mobilhálózatok, okos mezőgazdaság.

17. előadás (2 óra): Mesterséges Intelligencia növekvő szerepe az 5G rendszerekben. MI alapú módszerek az 5G hálózat- és szolgáltatás-optimalizációban. Az 5G rendszerek felhasználói számára nyújtott MI alapú szolgáltatások áttekintése.

18. előadás (2 óra): Hálózati és szolgáltatás-minőségi mérések: eszközök és módszerek. Az 5G infrastruktúra kialakítása, fejlesztése és működtetése. DevOps a hálózat-fejlesztésben. Zero-touch provisioning, minimal-touch provisioning.

19. előadás (2 óra): Az 5G szabályozási kérdései. A frekvenciasávok allokációjának aspektusai. Nemzeti-, európai- és világszintű szabályozási keretek: kihívások és lehetőségek. Együttműködés más iparágakkal.

21. előadás (2 óra): Kitekintés: 5G képességek és jellemzők kidolgozásának fázisai, a szabványosítás szakaszai. Ami az 5G-ből kimaradt. 

22. előadás (2 óra): Az 5G kutatások és üzemeltetési tapasztalatok alapján körvonalazódó új generációs mobil rendszer, a 6G.

 

Az előadásokat 7 (egyenként 2 órás) gyakorlat egészíti ki az alábbi témákban:

1. Esettanulmány – Miért fontosak az 5G nyújtotta sajátosságok a különböző iparágakban, (vertikumokban)

2. Az 5GC elemeinek bemutatása egy működő 5G rendszerben

3. Virtualizáció az 5G rendszerben – NFV elvek, NFV chaining, orchestration – az 5G rendszerben egy felhasználói VNF indítása

4. QoS mérések a hálózatunkon – késleltetés és sávszélesség, mérési alapú ellenőrzése

5. Multi-access Edge Computing (MEC) – szerepe, a szolgáltatások és a hálózati erőforrás-gazdálkodás szempontjai

6. A világban telepített 5G szolgáltatások történetei alapján a gyakorlati üzemeltetés tapasztalatai, buktatói (low band, mid band és high band közti különbségek, private network előnyök-hátrányok)

7.  Demonstráció a BME-n fejlesztett 5G alkalmazásainkkal, a bemutatott szolgáltatás esetében az 5G szerepének elmagyarázása (pl. drónvezérlés, ipari robotvezérlés)

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

Előadás és gyakorlat.  

10. Követelmények

A tantárgy aláírásának és a félévközi jegy megszerzésének feltételei a hatályos BME Tanulmányi és Vizsgaszabályzatával (TVSz) összhangban a következők:

●  Zárthelyi dolgozat: A félév során az elméleti ellenőrző mérés keretében a hallgatók zárthelyi dolgozatot írnak. A dolgozatot legalább elégséges szintre kell megírni. Pótlásra egy pótZH során van lehetőség.

●   Vizsga: a tárgy vizsgajegyét írásbeli és szóbeli vizsga során szerzik meg a hallgatók.

A zárthelyi dolgozat és a vizsga értékelése az alábbiak alapján történik:

0-49 %: elégtelen (1)

50-69 %: elégséges (2)

70-79 %: közepes (3)

80-89 %: jó (4)

90-100 %: jeles (5)

A tárgy érdemjegyét a fenti követelmények teljesítése esetén a vizsgajegy adja. A zárthelyi dolgozat közepes vagy jó minősítésű teljesítés esetén elővizsgára jogosult a hallgató.

11. Pótlási lehetőségek Zárthelyi dolgozat: A zárthelyi dolgozat pót ZH formájában pótolható az erre kijelölt pótlási időpontban (a szorgalmi időszakban vagy a pótlási héten).
12. Konzultációs lehetőségek

Igény esetén, előzetes egyeztetés alapján.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Osseiran, A., Monserrat, J. F., & Marsch, P. (Eds.). (2016). 5G mobile and wireless communications technology. Cambridge University Press. ISBN - 978-1107130098

Rommer, S., Hedman, P., Olsson, M., Frid, L., Sultana, S., & Mulligan, C. (2019). 5G Core Networks. Academic Press. ISBN - 978-0081030097

Chandramouli, D., Liebhart, R., & Pirskanen, J. (Eds.). (2019). 5G for the Connected World. John Wiley & Sons. ISBN - 978-1119247081

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra16
Felkészülés zárthelyire12
Házi feladat elkészítése0
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása4
Vizsgafelkészülés32
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Simon Csaba, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék 

Dr. Varga Pál, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék