Die grundlegende Architektur der drahtlosen 5G-Netzwerke (fünfte Generation) ist darauf ausgelegt, eine Vielzahl von Diensten zu unterstützen, darunter Enhanced Mobile Broadband (eMBB), Ultra-Reliable Low Latency Communication (URLLC) und Massive Machine-Type Communication (mMTC). . Die Architektur zeichnet sich durch Flexibilität, Skalierbarkeit und die Fähigkeit aus, verschiedene Anwendungsfälle effizient abzudecken. Hier finden Sie eine ausführliche Untersuchung der grundlegenden Architektur von 5G:
- Benutzergerät (UE): Das UE, auch mobiles Gerät oder Benutzergerät genannt, ist der Endpunkt der Kommunikation und umfasst Smartphones, Tablets, IoT-Geräte und mehr. UEs kommunizieren mit dem 5G-Netzwerk, um auf Dienste zuzugreifen und Daten auszutauschen.
- Radio Access Network (RAN):
- gNodeB (gNB): Der gNodeB ist die Basisstation im 5G RAN, die für die Kommunikation mit UEs über die Luftschnittstelle verantwortlich ist. Es unterstützt fortschrittliche Technologien wie Beamforming und Massive MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) und arbeitet sowohl im Sub-6-GHz- als auch im Millimeterwellen-Frequenzband (mmWave).
- Zentralisierte Einheit (CU) und verteilte Einheit (DU): Der gNB ist für eine effizientere Ressourcenzuweisung und Skalierbarkeit in CU und DU aufgeteilt. Die CU übernimmt Funktionen höherer Ebenen, während die DU Funktionen niedrigerer Ebenen verwaltet. Diese geteilte Architektur ermöglicht eine zentrale Steuerung und verteilte Verarbeitung.
- Transport Netzwerk:
- Fronthaul: Der Fronthaul verbindet die DU mit der CU im gNB und ist für die Übertragung von Daten mit hoher Kapazität zwischen diesen Einheiten verantwortlich.
- Midhaul: Der Midhaul verbindet den DU mit dem Kernnetz und stellt den notwendigen Transport für die Kommunikation zwischen dem Funkzugangsnetz und dem Kernnetz bereit.
- Kernnetzwerk:
- 5G Core (5GC): Der 5GC ist eine Schlüsselkomponente der 5G-Architektur und bietet eine servicebasierte Architektur, die verschiedene Netzwerkfunktionen unterstützt. Es ist flexibel und skalierbar konzipiert und kann unterschiedlichen Serviceanforderungen gerecht werden.
- Zugriffs- und Mobilitätsverwaltungsfunktion (AMF): Die AMF übernimmt Funktionen im Zusammenhang mit der Geräteregistrierung, Mobilitätsverwaltung und Authentifizierung.
- Sitzungsverwaltungsfunktion (SMF): Die SMF steuert und verwaltet Ressourcen auf Benutzerebene während Datensitzungen und unterstützt hochwertige Dienste mit geringer Latenz.
- User Plane Function (UPF): Die UPF ist für die Datenweiterleitung und -weiterleitung in der Benutzerebene verantwortlich und stellt so die effiziente Übertragung von Benutzerdaten sicher.
- Unified Data Management (UDM): Das UDM verwaltet benutzerbezogene Informationen, einschließlich Abonnementdaten und Authentifizierungsdaten.
- Network Exposure Function (NEF): Die NEF ermöglicht externen Anwendungen den Zugriff auf bestimmte Netzwerkfunktionen und -dienste und fördert so eine offenere und programmierbarere Architektur.
- Netzwerk-Slicing:
- 5G führt das Konzept des Network Slicing ein und ermöglicht die Erstellung virtualisierter, isolierter Netzwerke, die auf bestimmte Anwendungsfälle zugeschnitten sind. Jeder Netzwerkabschnitt ist für einen bestimmten Diensttyp optimiert und bietet dedizierte Ressourcen und benutzerdefinierte Funktionen.
- Zusammenarbeit mit bestehenden Netzwerken:
- Evolved NodeB (eNB): In Non-Standalone (NSA)-Bereitstellungen können 5G-Netzwerke mit bestehenden 4G-LTE-Netzwerken zusammenarbeiten und eNBs für bestimmte Funktionen nutzen.
- Duale Konnektivität: Duale Konnektivität ermöglicht einem UE die gleichzeitige Verbindung mit 4G- und 5G-Netzwerken und gewährleistet so einen nahtlosen Übergang während der Migration zu 5G.
- Authentifizierung und Sicherheit:
- Authentication and Key Agreement (AKA): AKA wird für die sichere Benutzerauthentifizierung und Schlüsselgenerierung in 5G-Netzwerken verwendet.
- Security Edge Protection Proxy (SEPP): SEPP schützt Benutzerdaten und sorgt für eine sichere Kommunikation zwischen den Benutzergeräten und dem Kernnetzwerk.
- Regulierungs- und Richtlinienkontrolle:
- Policy Control Function (PCF): Die PCF definiert und erzwingt Richtlinien in Bezug auf Servicequalität, Ressourcenzuweisung und Benutzerzugriffskontrolle.
- Standortdienste:
- Unified Location Service (ULS): Der ULS bietet standortbasierte Dienste und unterstützt Anwendungen, die auf genaue Standortinformationen angewiesen sind.
- Service-Management und Orchestrierung:
- Service Management and Orchestration (SMO): SMO verwaltet den Lebenszyklus von Diensten und sorgt für eine effiziente Orchestrierung und Koordination von Netzwerkressourcen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Grundarchitektur von 5G ein umfassendes und flexibles Framework ist, das verschiedene Dienste und Anwendungsfälle unterstützen soll. Es verfügt über ein disaggregiertes RAN, einen flexiblen und skalierbaren 5G-Kern, Netzwerk-Slicing und Unterstützung für die Zusammenarbeit mit bestehenden Netzwerken und ist damit ein wichtiger Wegbereiter für die nächste Generation der drahtlosen Kommunikation.