La arquitectura 5G es un marco integral que define la estructura y los componentes de una red móvil de quinta generación (5G). Introduce avances significativos con respecto a generaciones anteriores, con el objetivo de proporcionar un rendimiento mejorado, mayor capacidad, latencia ultrabaja y soporte para una amplia gama de casos de uso. La arquitectura 5G está diseñada para ofrecer una red perfecta e interconectada capaz de satisfacer las demandas cambiantes de las comunicaciones modernas. A continuación se ofrece una explicación detallada de los elementos clave de la arquitectura 5G:
1. Equipo de usuario (UE):
- Definición: UE representa los dispositivos del usuario final, como teléfonos inteligentes, tabletas, computadoras portátiles, dispositivos IoT y otros dispositivos conectados.
- Rol: los UE se comunican con la red 5G, iniciando y recibiendo datos y servicios.
2. Red de acceso radioeléctrico (RAN):
- Componentes:
- gNB (5G New Radio): gNB es el componente principal responsable de la comunicación inalámbrica y admite funciones como Massive MIMO (múltiples entradas y múltiples salidas) y formación de haces.
- NG-RAN (Red de acceso de radio de próxima generación): NG-RAN engloba los gNB y las funciones de control asociadas a ellos.
- Funcionalidad: RAN facilita la conexión inalámbrica entre los UE y la red central 5G.
3. Red central 5G:
- Componentes y funciones:
- AMF (Función de gestión de acceso y movilidad): Gestiona la movilidad, el acceso y los traspasos.
- SMF (Función de gestión de sesiones): Controla el establecimiento, modificación y terminación de sesiones.
- UPF (función de plano de usuario): maneja los datos del usuario en el plano de datos.
- UDM (Gestión de datos unificada): Gestiona los datos y la autenticación del suscriptor.
- AUSF (Función de servidor de autenticación): Maneja la autenticación del usuario.
- PCF (función de control de políticas): aplica políticas de calidad de servicio (QoS) y control de acceso.
- Arquitectura basada en servicios: 5G Core adopta una arquitectura basada en servicios, lo que promueve la prestación de servicios modular y flexible.
- Soporte de segmentación de red: permite la creación de redes virtualizadas (porciones de red) para casos de uso específicos con requisitos únicos.
4. Funciones y entidades de la red:
- MME (Entidad de gestión de movilidad): gestiona la movilidad y los estados de conexión para los UE.
- NSSF (función de selección de segmentos de red): ayuda a seleccionar segmentos de red apropiados según los requisitos del usuario y del servicio.
- NEF (función de exposición de red): expone las capacidades de la red a aplicaciones y servicios externos.
- AF (función de aplicación): admite funciones e interacciones específicas de la aplicación.
- N3IWF (función de interfuncionamiento no 3GPP): facilita la comunicación entre redes 5G y no 3GPP.
- UDR (Repositorio de datos unificado): Almacena y gestiona los datos de los suscriptores.
5. Casos de uso y servicios:
- Banda ancha móvil mejorada (eMBB): ofrece altas velocidades de datos para aplicaciones como transmisión de vídeo y descargas de archivos de gran tamaño.
- Comunicaciones ultrafiables de baja latencia (URLLC): admite aplicaciones de misión crítica con baja latencia y alta confiabilidad.
- Comunicaciones masivas de tipo máquina (mMTC): permite la conectividad para una gran cantidad de dispositivos IoT.
6. Compartir espectro dinámico:
- Flexibilidad: las redes 5G admiten el uso compartido dinámico del espectro, optimizando el uso de las bandas de frecuencia disponibles según la demanda y las condiciones de la red.
7. Enfoque nativo de la nube:
- Diseño nativo de la nube: la arquitectura 5G adopta un enfoque nativo de la nube, utilizando tecnologías de la nube para lograr escalabilidad, agilidad y eficiencia de recursos.
8. Estandarización global:
- UIT y 3GPP: La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y el Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP) contribuyen a los estándares globales para 5G, garantizando la interoperabilidad y la compatibilidad.
9. Compatibilidad con versiones anteriores:
- Coexistencia con 4G LTE: las redes 5G están diseñadas para coexistir y proporcionar compatibilidad con redes 4G LTE, lo que garantiza una transición fluida para usuarios y operadores.
10. Conectividad de extremo a extremo:
- Conectividad perfecta: la arquitectura 5G garantiza una conectividad de extremo a extremo, desde la UE a través de la RAN hasta la red central, lo que permite una experiencia de usuario perfecta.
11. Consideraciones de seguridad:
- Funciones de seguridad: La arquitectura 5G incorpora mecanismos de seguridad sólidos para proteger los datos del usuario, evitar el acceso no autorizado y garantizar la integridad de las comunicaciones.
En resumen, la arquitectura 5G es un marco multifacético que incluye el equipo de usuario, la red de acceso por radio y la red central 5G. Introduce funciones avanzadas, arquitectura basada en servicios y capacidades dinámicas para admitir diversos casos de uso, lo que lo convierte en un elemento fundamental en la evolución de las redes de comunicaciones móviles.