Nog sneller internet met 5G: tegen welke prijs?

CC0

De meeste telecombedrijven hebben het al groots aangekondigd: 5G, de nieuwe generatie mobiel internet, is in ontwikkeling en doet naar verwachting vanaf 2021 haar intrede. Met 5G zullen allerlei nieuwe toepassingen mogelijk worden, zoals zelfrijdende auto’s of mobiel gamen op afstand. De opvolger van het huidige 4G-netwerk zal zo’n honderd keer sneller zijn, ongeveer zo snel als glasvezel, en er kunnen veel meer apparaten tegelijk op worden aangesloten.

Tegelijkertijd zijn er veel meer zendstations nodig, en zal het energieverbruik ongeveer verdubbelen als 5G eenmaal in gebruik is. In de stroom van ambitieuze plannen van ontwikkelaars en telecombedrijven om 5G-netwerken uit te rollen, horen we weinig zorgen over het hoge toekomstige energieverbruik.

Meer, sneller, beter

De komende jaren zullen talloze nieuwe toepassingen worden ontwikkeld, en al die nieuwe toepassingen zorgen voor enorme hoeveelheden gegevens die verstuurd en verwerkt moeten worden. Smart cities zullen vol komen te staan met afvalcontainers die zelf aangeven wanneer ze vol zijn (zoals in Den Haag in ontwikkeling is met T-Mobile) of lantaarnpalen die pas aangaan als er verkeer aankomt. Met gezondheid- en fitnesstrackers kun je straks je hartslag bijhouden, gezondheid meten of zorg op afstand creëren (zoals operaties op afstand uitvoeren of diagnoses stellen in rijdende ambulances, een pilot waar Philips, Vodafone en TU Eindhoven aan werken). Maar ook films kijken en gamen op groot scherm, in 3D en ultrascherp beeld of zelfs als hologram, behoren binnenkort tot de mogelijkheden.

De 5G-netwerken zullen 150 tot 170 procent méér stroom verbruiken dan 4G-netwerken

Praten over al die mogelijke toepassingen van 5G maakt bijna iedereen enthousiast. Maar er zijn ook zorgen over de impact die de uitrol van 5G-netwerken zal hebben: er zullen bijna vijf keer zoveel zendmasten nodig zijn (wel kleinere dan de huidige) en naar schatting 150 tot 170 procent méér stroomverbruik, dus ruim een verdubbeling ten opzichte van de huidige 4G-netwerken. Ook zal er overal in de steden gegraven moeten worden: de zendmasten zijn onderling verbonden met een glasvezelnetwerk om het enorme dataverkeer te kunnen verwerken.

En dat is alleen nog het energieverbruik van het mobiele netwerk: ook alle apparaten die 5G ingebouwd zullen hebben, verbruiken straks meer stroom. Zo zal je smartphone een nog grotere accu krijgen. De capaciteit van de smartphone is de afgelopen tien jaar al verdubbeld – je merkt dit verdubbelde energieverbruik alleen amper omdat er een grotere batterij inzit die je ‘s nachts oplaadt.

Het aanzienlijk hogere energieverbruik van 5G is simpel te verklaren: we gaan veel meer data gebruiken en versturen. Hoe meer data, hoe meer energie: in een mobiel netwerk worden data-pakketjes en gesprekken verzonden als energie, tussen zendmasten onderling en tussen je smartphone en de zendmasten. We willen sneller internet, met betere kwaliteit en meer informatiedichtheid – om op je tablet te gamen of een serie te kijken in HD, terwijl je in de trein zit bijvoorbeeld. Hoe sneller, hoe meer energie het internet kost. Door de frequentie van het netwerk te verhogen, ofwel door meer trillingen per seconde te versturen, kun je gegevens sneller heen en weer zenden: met elke “trilling” worden data verzonden.

We willen ook razendsnelle reactietijden. En snellere reactietijden betekenen meer energie: om nieuwe chatberichten binnen te halen terwijl je aan het typen bent bijvoorbeeld, moeten computer en netwerk voortdurend “aan staan” en controleren of er iets nieuws gebeurt. In plaats van handmatig of slechts één keer per uur te checken op nieuwe berichten, of op nieuwe wifi-netwerken of zendmasten in de omgeving. Snelle reactietijden zijn essentieel voor nieuwe toepassingen als zelfrijdende auto’s – waar een fractie van een seconde het verschil tussen leven en dood kan uitmaken.

Hoe intelligenter en complexer de toepassing, hoe meer energie die kost

Tot slot willen we slimmere toepassingen. Hoe intelligenter en complexer, hoe meer energie die kosten: voor het uitvoeren van berekeningen zijn computers en algoritmen nodig en die gebruiken een heleboel energie.

Energiebesparende technieken

Vooralsnog lag bij de ontwikkeling van 5G vooral de nadruk op betere prestaties en nieuwe mogelijkheden, maar intussen is er steeds meer aandacht voor efficiënter energiegebruik. Hiervoor worden slimme antennes en zendstations ontwikkeld, die data energiezuinig over en weer kunnen sturen. Het totale energieverbruik van het netwerk wordt geminimaliseerd door te spelen met de hoeveelheid data die wordt verstuurd en waar in het netwerk de berekeningen worden uitgevoerd.

Een van die manieren is de straling van het netwerk tussen verschillende zendmasten gebundeld te versturen. De gegevens hoeven dan niet in alle richtingen verzonden te worden. Zonder te bundelen zou je wel honderd keer zoveel energie nodig hebben. Een andere manier is door slim te kijken naar hóe je de data en de berekeningen over het netwerk verdeelt: voer je berekeningen uit op een apparaat of in de cloud (zie kader)?

Berekeningen op apparaat of in de cloud: wat is het verschil?

Simpel gezegd bestaat het 5G-netwerk uit drie onderdelen: apparaten die mobiel ingelogd zijn, het mobiele netwerk in de omgeving (dus de zendmasten en ‘stations’) en het achterliggende netwerk (vaak glasvezel) plus het wereldwijde internet, ofwel de ‘cloud’. Een voorbeeld: voor gezichtsherkenning bij een foto is veel rekenkracht nodig. Bij iPhones en de betere Samsungs en Huaweis vindt die gezichtsherkenning ín de smartphone plaats, met een ingebouwde computerchip. Het stroomverbruik komt dan voor rekening van de smartphone zonder het netwerk te gebruiken.

Maar het kan ook anders: een laptop haalt zijn rekenkracht uit de cloud. De laptop verstuurt eerst veel data via het netwerk naar de cloud, waar de berekening plaatsvindt op een supercomputer van Google; vervolgens wordt het resultaat (de herkenning van een gezicht) teruggestuurd naar de laptop.

Experts verwachten dat met de opkomst van 5G berekeningen steeds vaker uitgevoerd zullen worden in de lokale apparaten en de zendmasten, dus technisch gezien aan de ‘randen’ van het netwerk. Daarom wordt dit edge computing genoemd – in tegenstelling tot cloud computing. Het totale internet kan dan worden ontlast, de reactiesnelheden kunnen omhoog; er is wereldwijd minder dataverkeer en dus minder energie nodig.

Verder zal bij de aanleg van 5G-netwerken ook gekeken moeten worden naar lokale energieopwekking in de wijk, bijvoorbeeld met zonnepanelen, die direct gebruikt kan worden door de zendstations.

Alternatieve technologieën

Hoewel ontwikkelaars inzetten op het beperken van de toename van het energieverbruik, lijkt een verdubbeling van het verbruik onvermijdbaar. En wat te denken van de vele zendmasten die geïnstalleerd moeten worden?

Voorlopig kunnen we nog voldoende Netflixen en chatten met 4G. Voor een volle vuilnisbak volstaat een sensor die energie uit de omgeving kan halen en eens per dag rapport uitbrengt.

Om een toekomst waar te kunnen maken vol slimme steden, zelfrijdende auto’s, operaties op afstand, robots en 3D- of holografische gaming, lijkt 5G onmisbaar. De hele IT-industrie heeft de hoop voor nieuwe diensten en inkomsten op 5G gevestigd. Dat ondanks besparende technieken het energieverbruik veel hoger zal zijn, en dat bovendien de maatschappelijke weerstand tegen de vele extra zendmasten kan toenemen, lijkt de plannen vooralsnog niet in de weg te staan.

Dit artikel verscheen eerder op de website van Oneworld.nl