Diferencias entre las arquitecturas de red 5G y 4G: una explicación completa
Introducción:
La transición de 4G (LTE) a 5G representa un salto significativo en la tecnología de comunicación inalámbrica. La arquitectura de las redes 5G introduce varios cambios y mejoras clave en comparación con su predecesora. Esta explicación detallada explora las diferencias fundamentales entre las arquitecturas de las redes 5G y 4G, cubriendo aspectos clave como el acceso de radio, la red central, la latencia y la división de la red.
1. Red de Acceso Radio (RAN):
1.1 RAN 4G:
- En las redes 4G, la Red de Acceso Radio está formada por eNodeB (NodeB evolucionados) responsables de gestionar la comunicación por radio con el equipo del usuario (UE).
- Arquitectura centralizada y jerárquica con flexibilidad limitada en la asignación de recursos.
1.2 RAN 5G:
- 5G introduce el concepto de gNB (estaciones base de próxima generación) en la red de acceso por radio.
- Arquitectura distribuida con la capacidad de admitir conectividad masiva de dispositivos y asignación dinámica de recursos.
- Los gNB ofrecen flexibilidad en escenarios de implementación, incluidas macroceldas, celdas pequeñas e implementaciones de ondas milimétricas para mejorar la capacidad y la cobertura.
2. Red central (CN):
2.1 Red central 4G:
- La red central 4G, conocida como Evolved Packet Core (EPC), consta de componentes como MME (Mobility Management Entity), SGW (Serving Gateway), PGW (Packet Data Network Gateway), HSS (Home Subscriber Server) y PCRF (Función de Políticas y Reglas de Cobro).
- Arquitectura jerárquica con funcionalidades fijas.
2.2 Red central 5G:
- La red central 5G se conoce como Next-Gen Core (NGC) o 5GC, e introduce una arquitectura basada en servicios.
- Las funciones principales se implementan como servicios modulares, lo que ofrece flexibilidad y escalabilidad.
- Los componentes clave incluyen AMF (función de gestión de acceso y movilidad), SMF (función de gestión de sesiones), UPF (función de plano de usuario), UDM (gestión de datos unificada) y AUSF (función de servidor de autenticación).
- Las funciones de red se implementan como microservicios, lo que permite una utilización eficiente de los recursos y una rápida implementación de servicios.
3. Latencia y rendimiento:
3.1 Latencia y rendimiento de 4G:
- Las redes 4G suelen tener una latencia del orden de decenas de milisegundos, lo que limita las aplicaciones en tiempo real.
- Las velocidades de datos máximas en 4G son del orden de varios cientos de megabits por segundo.
3.2 Latencia y rendimiento de 5G:
- 5G tiene como objetivo lograr una latencia ultrabaja de milisegundos de un solo dígito, permitiendo aplicaciones como vehículos autónomos y realidad aumentada.
- Las velocidades de datos máximas en 5G pueden superar varios gigabits por segundo, lo que proporciona un rendimiento significativamente mayor que el de 4G.
4. Corte de red:
4.1 Capacidades de red 4G:
- Las redes 4G carecen del concepto de división de red, lo que limita la personalización de servicios para diversos casos de uso.
4.2 División de red 5G:
- 5G introduce el concepto revolucionario de corte de red, que permite la creación de redes virtualizadas e independientes dentro de la misma infraestructura física.
- Cada segmento de red se puede adaptar a requisitos específicos, como baja latencia para aplicaciones críticas o conectividad masiva para dispositivos IoT.
5. Comunicación de tipo máquina masiva (mMTC):
Soporte 5.1 4G mMTC:
- Las redes 4G enfrentan desafíos a la hora de admitir de manera eficiente una gran cantidad de dispositivos IoT debido a las capacidades de conectividad limitadas.
Soporte 5.2 5G mMTC:
- 5G está diseñado para manejar de manera eficiente la comunicación masiva de tipo máquina (mMTC), lo que permite la conectividad para una gran cantidad de dispositivos IoT simultáneamente.
- La cobertura de área amplia y de bajo consumo para casos de uso de mMTC es una característica clave de 5G.
6. Formación de haces y bandas de ondas milimétricas:
6.1 Bandas de frecuencia 4G:
- Las redes 4G operan principalmente en bandas de frecuencia más bajas, lo que limita el potencial de implementaciones de alta frecuencia y ondas milimétricas.
6.2 Bandas de frecuencia 5G:
- 5G aprovecha un espectro más amplio, incluidas bandas de ondas milimétricas, lo que permite velocidades de datos más altas y una mayor capacidad de red.
- Las tecnologías de formación de haces se utilizan ampliamente en 5G para enfocar las señales direccionalmente, mejorando la cobertura y la eficiencia.
7. Multiconectividad:
Multiconectividad 7.1 4G:
- En 4G, la conectividad múltiple implica el uso de agregación de operadores para combinar múltiples bandas de frecuencia para aumentar las velocidades de datos.
Multiconectividad 7.2 5G:
- 5G introduce funciones avanzadas de multiconectividad, lo que permite conexiones simultáneas a múltiples gNB para mejorar la confiabilidad y realizar transferencias sin problemas.
8. Computación de borde:
8.1 Computación perimetral 4G:
- Las capacidades informáticas de vanguardia en 4G son limitadas y la mayor parte del procesamiento se realiza en centros de datos centralizados.
8.2 Computación perimetral 5G:
- 5G permite la informática de borde con la implementación de Multi-Access Edge Computing (MEC), lo que acerca el procesamiento al borde de la red.
- Las aplicaciones de baja latencia se benefician de tiempos de ida y vuelta reducidos a los centros de datos centralizados.
9. Mejoras de seguridad:
9.1 Seguridad 4G:
- Las redes 4G tienen protocolos de seguridad, pero los avances en cifrado y autenticación son cruciales para la evolución de las amenazas.
9.2 Seguridad 5G:
- 5G introduce funciones de seguridad mejoradas, incluidos algoritmos de cifrado más potentes, división segura de la red y mecanismos de autenticación mejorados.
Conclusión:
En conclusión, la transición del 4G al 5G implica una profunda transformación en la arquitectura de la red. Las redes 5G generan avances en el acceso por radio, el diseño de la red central, la latencia y el rendimiento, e introducen conceptos innovadores como la división de la red, lo que permite diversas aplicaciones y casos de uso. La evolución hacia 5G representa un cambio de paradigma que va más allá de meras mejoras de velocidad, ofreciendo una base para un ecosistema inalámbrico altamente conectado y personalizado.