Der 5G-Kern und das Radio Access Network (RAN) sind zwei grundlegende Komponenten eines Mobilfunknetzes der 5. Generation (5G). Diese Elemente arbeiten zusammen, um die erweiterten Funktionen und Dienste zu ermöglichen, die mit 5G verbunden sind. Hier finden Sie eine ausführliche Erklärung von 5G Core und RAN:
1. 5G-Kernnetzwerk:
- Definition: Der 5G Core, auch Next-Generation Core (NGC) genannt, ist eine wichtige Architekturkomponente, die als zentrale Intelligenz des 5G-Netzwerks dient.
- Funktionen und Komponenten:
- AMF (Access and Mobility Management Function): Verwaltet Mobilität, Zugriff und Übergaben für Benutzergeräte (UE).
- SMF (Sitzungsverwaltungsfunktion): Steuert den Aufbau, die Änderung und die Beendigung von Sitzungen.
- UPF (User Plane Function): Verarbeitet Benutzerdaten auf der Datenebene, einschließlich Paketrouting und -weiterleitung.
- UDM (Unified Data Management): Verwaltet Abonnentendaten und Authentifizierung.
- AUSF (Authentication Server Function): Führt Benutzerauthentifizierung und Schlüsselverteilung durch.
- PCF (Policy Control Function): Erzwingt Richtlinien für Quality of Service (QoS) und Zugriffskontrolle.
- Servicebasierte Architektur: Der 5G Core verwendet eine servicebasierte Architektur und bietet einen modularen und flexiblen Ansatz für die Servicebereitstellung.
- Netzwerk-Slicing-Unterstützung: Ermöglicht die Erstellung virtualisierter Netzwerke (Netzwerk-Slices) für spezifische Anwendungsfälle mit einzigartigen Anforderungen.
- Konnektivitätsdienste: Der 5G Core bietet End-to-End-Konnektivitätsdienste und sorgt so für eine nahtlose Kommunikation zwischen UEs.
2. Radio Access Network (RAN):
- Definition: Das RAN ist der Teil des Netzwerks, der UEs mit dem 5G-Kern verbindet. Es umfasst sowohl das 5G New Radio (gNB) als auch das NG-RAN (Next-Generation Radio Access Network).
- Komponenten:
- gNB (5G New Radio): gNB ist die Hauptkomponente, die für die drahtlose Kommunikation verantwortlich ist und Funktionen wie Massive MIMO und Beamforming unterstützt.
- NG-RAN (Next-Generation RAN): NG-RAN umfasst die gNBs und die damit verbundenen Kontrollfunktionen.
- Schlüsselfunktionen:
- Drahtlose Übertragung: Der gNB übernimmt die Übertragung und den Empfang von drahtlosen Signalen und unterstützt verschiedene Frequenzbänder.
- Beamforming: Nutzt fortschrittliche Antennentechnologien wie Beamforming, um die Signalqualität und -abdeckung zu verbessern.
- Massive MIMO: Enthält Massive Multiple Input Multiple Output-Technologie zur Verbesserung der spektralen Effizienz und Kapazität.
- Kommunikation mit geringer Latenz: RAN trägt dazu bei, eine extrem niedrige Latenz für Anwendungen wie URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communications) zu erreichen.
- Backhaul-Konnektivität: Das RAN ist über Backhaul-Links mit dem 5G-Kern und anderen Netzwerkkomponenten verbunden und gewährleistet so Konnektivität und Datenaustausch.
- Dynamic Spectrum Sharing: Ermöglicht die dynamische Zuweisung und gemeinsame Nutzung verfügbarer Spektrumressourcen zur Optimierung der Netzwerkleistung.
3. Interaktionen zwischen 5G Core und RAN:
- Trennung von Steuerungs- und Benutzerebene: Die 5G-Architektur trennt die Steuerungsebene (vom 5G-Kern verwaltet) und die Benutzerebene (vom RAN verwaltet) und fördert so Flexibilität und Skalierbarkeit.
- Orchestrierung: Der 5G-Kern orchestriert die gesamten Netzwerkfunktionen und -dienste und weist das RAN an, wie Benutzersitzungen und Konnektivität zu handhaben sind.
- Richtliniendurchsetzung: Das PCF im 5G-Kern setzt Richtlinien in Bezug auf QoS und Zugriffskontrolle durch und beeinflusst so das Verhalten des RAN.
4. Anwendungsfälle und Dienste:
- Enhanced Mobile Broadband (eMBB): Der 5G Core und RAN arbeiten zusammen, um hohe Datenraten für Anwendungen wie Video-Streaming und das Herunterladen großer Dateien zu liefern.
- Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC): Das RAN unterstützt in Verbindung mit dem 5G Core URLLC-Anwendungen, die niedrige Latenz und hohe Zuverlässigkeit erfordern.
- Massive Machine-Type Communications (mMTC): Das RAN erleichtert die Konnektivität für eine große Anzahl von IoT-Geräten als Teil von mMTC-Diensten.
5. Sicherheitsüberlegungen:
- Sicherheitsfunktionen: Sowohl der 5G Core als auch das RAN verfügen über robuste Sicherheitsmechanismen, um Benutzerdaten zu schützen, unbefugten Zugriff zu verhindern und die Integrität der Kommunikation sicherzustellen.
- Authentifizierung und Autorisierung: Das AUSF im 5G Core übernimmt die Benutzerauthentifizierung, während das RAN basierend auf dem Authentifizierungsstatus einen sicheren Zugriff gewährleistet.
6. Globale Standardisierung:
- ITU und 3GPP: Die International Telecommunication Union (ITU) und das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) tragen zu globalen Standards sowohl für den 5G Core als auch für RAN bei und sorgen so für Interoperabilität und Kompatibilität.
7. Netzwerkentwicklung:
- Fortlaufende Weiterentwicklungen: Im Zuge der Weiterentwicklung von 5G-Netzwerken kann es zu fortlaufenden Weiterentwicklungen sowohl im 5G-Kern als auch im RAN kommen, um neue Funktionen einzuführen, die Leistung zu verbessern und neue Anwendungsfälle zu unterstützen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der 5G-Kern und das RAN integrale Bestandteile eines 5G-Netzwerks sind und zusammenarbeiten, um verbessertes mobiles Breitband, äußerst zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz und massive maschinenartige Kommunikation bereitzustellen. Der 5G-Kern stellt die zentrale Informations- und Service-Orchestrierung bereit, während das RAN die Aspekte der drahtlosen Konnektivität und Übertragung übernimmt und gemeinsam die mit 5G verbundenen Funktionen und Dienste ermöglicht.