Podstawowa architektura sieci bezprzewodowych 5G (piątej generacji) została zaprojektowana z myślą o obsłudze różnorodnego zakresu usług, w tym ulepszonej mobilnej łączności szerokopasmowej (eMBB), ultraniezawodnej komunikacji o niskim opóźnieniu (URLLC) i masowej komunikacji typu maszynowego (mMTC). . Architektura charakteryzuje się elastycznością, skalowalnością i możliwością efektywnego dostosowania do różnych przypadków użycia. Oto szczegółowe omówienie podstawowej architektury 5G:
- User Equipment (UE): UE, znany również jako urządzenie mobilne lub urządzenie użytkownika, to punkt końcowy komunikacji i obejmuje smartfony, tablety, urządzenia IoT i inne. UE komunikują się z siecią 5G, aby uzyskać dostęp do usług i wymieniać dane.
- Sieć dostępu radiowego (RAN):
- gNodeB (gNB): gNodeB to stacja bazowa w sieci RAN 5G, odpowiedzialna za komunikację z urządzeniami UE za pośrednictwem interfejsu radiowego. Obsługuje zaawansowane technologie, takie jak kształtowanie wiązki, masywny MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) i działa zarówno w pasmach częstotliwości poniżej 6 GHz, jak i fal milimetrowych (mmWave).
- Jednostka centralna (CU) i jednostka rozproszona (DU): GNB jest podzielona na CU i DU w celu bardziej efektywnej alokacji zasobów i skalowalności. CU obsługuje funkcje wyższej warstwy, podczas gdy DU zarządza funkcjami niższej warstwy. Ta podzielona architektura pozwala na scentralizowaną kontrolę i rozproszone przetwarzanie.
- Sieć transportowa:
- Fronthaul: Fronthaul łączy DU z CU w gNB i jest odpowiedzialny za przesyłanie danych o dużej pojemności pomiędzy tymi jednostkami.
- Midhaul: Midhaul łączy DU z siecią rdzeniową i zapewnia transport niezbędny do komunikacji pomiędzy radiową siecią dostępową a siecią rdzeniową.
- Rdzeń sieci:
- 5G Core (5GC): 5GC to kluczowy komponent architektury 5G, zapewniający architekturę opartą na usługach, która obsługuje różne funkcje sieciowe. Został zaprojektowany tak, aby był elastyczny i skalowalny, aby dostosować się do różnych wymagań usługowych.
- Funkcja zarządzania dostępem i mobilnością (AMF): AMF obsługuje funkcje związane z rejestracją urządzeń, zarządzaniem mobilnością i uwierzytelnianiem.
- Funkcja zarządzania sesją (SMF): SMF kontroluje i zarządza zasobami płaszczyzny użytkownika podczas sesji danych, wspierając usługi wysokiej jakości i małych opóźnień.
- Funkcja płaszczyzny użytkownika (UPF): UPF jest odpowiedzialny za przesyłanie i routing danych w płaszczyźnie użytkownika, zapewniając efektywny transfer danych użytkownika.
- Ujednolicone zarządzanie danymi (UDM): UDM zarządza informacjami związanymi z użytkownikiem, w tym danymi subskrypcji i danymi uwierzytelniającymi.
- Funkcja ekspozycji sieci (NEF): Funkcja NEF umożliwia aplikacjom zewnętrznym dostęp do określonych funkcji i usług sieciowych, wspierając bardziej otwartą i programowalną architekturę.
- Podział sieci:
- 5G wprowadza koncepcję podziału sieci, umożliwiającą tworzenie zwirtualizowanych, izolowanych sieci dostosowanych do konkretnych przypadków użycia. Każdy segment sieci jest zoptymalizowany pod kątem konkretnego typu usługi, oferując dedykowane zasoby i dostosowaną funkcjonalność.
- Współpraca z istniejącymi sieciami:
- Evolved NodeB (eNB): W przypadku wdrożeń niesamodzielnych (NSA) sieci 5G mogą współpracować z istniejącymi sieciami 4G LTE, wykorzystując eNB do określonych funkcji.
- Podwójna łączność: Podwójna łączność umożliwia UE jednoczesne łączenie się z sieciami 4G i 5G, zapewniając płynne przejście podczas migracji do 5G.
- Uwierzytelnianie i bezpieczeństwo:
- Uwierzytelnianie i umowa klucza (AKA): AKA służy do bezpiecznego uwierzytelniania użytkowników i generowania kluczy w sieciach 5G.
- Security Edge Protection Proxy (SEPP): SEPP chroni dane użytkownika i zapewnia bezpieczną komunikację pomiędzy sprzętem użytkownika a siecią rdzeniową.
- Kontrola regulacyjna i polityczna:
- Funkcja kontroli zasad (PCF): PCF definiuje i egzekwuje zasady związane z jakością usług, alokacją zasobów i kontrolą dostępu użytkowników.
- Usługi lokalizacyjne:
- Ujednolicona usługa lokalizacyjna (ULS): ULS zapewnia usługi oparte na lokalizacji, wspierając aplikacje korzystające z dokładnych informacji o lokalizacji.
- Zarządzanie usługami i orkiestracja:
- Zarządzanie i orkiestracja usług (SMO): SMO zarządza cyklem życia usług, zapewniając efektywną orkiestrację i koordynację zasobów sieciowych.
Podsumowując, podstawowa architektura 5G to kompleksowa i elastyczna platforma zaprojektowana do obsługi różnorodnych usług i przypadków użycia. Oferuje zdezagregowaną sieć RAN, elastyczny i skalowalny rdzeń 5G, podział sieci i obsługę współpracy z istniejącymi sieciami, co czyni go kluczowym czynnikiem umożliwiającym komunikację bezprzewodową nowej generacji.