L’architettura 5G è un quadro completo che definisce la struttura e i componenti di una rete mobile di quinta generazione (5G). Introduce progressi significativi rispetto alle generazioni precedenti, con l’obiettivo di fornire prestazioni migliorate, maggiore capacità, latenza estremamente bassa e supporto per una vasta gamma di casi d’uso. L’architettura 5G è progettata per fornire una rete continua e interconnessa in grado di soddisfare le esigenze in evoluzione della comunicazione moderna. Ecco una spiegazione approfondita degli elementi chiave dell’architettura 5G:
1. Apparecchiatura utente (UE):
- Definizione: UE rappresenta i dispositivi dell’utente finale, come smartphone, tablet, laptop, dispositivi IoT e altri gadget connessi.
- Ruolo: Gli UE comunicano con la rete 5G, avviando e ricevendo dati e servizi.
2. Rete di accesso radio (RAN):
- Componenti:
- gNB (5G New Radio): gNB è il componente principale responsabile della comunicazione wireless, supporta funzionalità come Massive MIMO (Multiple Input Multiple Output) e beamforming.
- NG-RAN (Rete di accesso radio di nuova generazione): NG-RAN comprende i gNB e le funzioni di controllo ad essi associati.
- Funzionalità: RAN facilita la connessione wireless tra UE e la rete principale 5G.
3. Rete principale 5G:
- Componenti e funzioni:
- AMF (Funzione di gestione degli accessi e della mobilità): Gestisce la mobilità, gli accessi e i trasferimenti.
- SMF (Funzione di gestione della sessione): Controlla l’istituzione, la modifica e la terminazione della sessione.
- UPF (Funzione piano utente): Gestisce i dati utente nel piano dati.
- UDM (Unified Data Management): Gestisce i dati e l’autenticazione degli abbonati.
- AUSF (Funzione server di autenticazione): Gestisce l’autenticazione dell’utente.
- PCF (Funzione di controllo delle politiche): Applica le politiche per la qualità del servizio (QoS) e il controllo degli accessi.
- Architettura basata sui servizi: Il 5G Core adotta un’architettura basata sui servizi, promuovendo la fornitura di servizi modulare e flessibile.
- Supporto per lo slicing di rete: consente la creazione di reti virtualizzate (sezioni di rete) per casi d’uso specifici con requisiti unici.
4. Funzioni ed entità di rete:
- MME (Mobility Management Entity): Gestisce gli stati di mobilità e connessione per gli UE.
- NSSF (Funzione di selezione delle porzioni di rete): Aiuta nella selezione delle porzioni di rete appropriate in base ai requisiti dell’utente e del servizio.
- NEF (Funzione di esposizione della rete): Espone le capacità della rete ad applicazioni e servizi esterni.
- AF (Funzione applicativa): Supporta funzioni e interazioni specifiche dell’applicazione.
- N3IWF (Non-3GPP Interworking Function): Facilita la comunicazione tra reti 5G e non 3GPP.
- UDR (Unified Data Repository): Memorizza e gestisce i dati degli abbonati.
5. Casi d’uso e servizi:
- Enhanced Mobile Broadband (eMBB): Fornisce velocità dati elevate per applicazioni come streaming video e download di file di grandi dimensioni.
- Comunicazioni a bassa latenza ultra affidabili (URLLC): Supporta applicazioni mission-critical con bassa latenza e alta affidabilità.
- Massive Machine-Type Communications (mMTC): Abilita la connettività per un numero enorme di dispositivi IoT.
6. Condivisione dinamica dello spettro:
- Flessibilità: le reti 5G supportano la condivisione dinamica dello spettro, ottimizzando l’uso delle bande di frequenza disponibili in base alla domanda e alle condizioni della rete.
7. Approccio cloud-native:
- Design cloud-native: L’architettura 5G abbraccia un approccio cloud-native, utilizzando tecnologie cloud per scalabilità, agilità ed efficienza delle risorse.
8. Standardizzazione globale:
- ITU e 3GPP: L’Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU) e il progetto di partenariato di terza generazione (3GPP) contribuiscono agli standard globali per il 5G, garantendo interoperabilità e compatibilità.
9. Retrocompatibilità:
- Coesistenza con 4G LTE: le reti 5G sono progettate per coesistere e fornire compatibilità con le reti 4G LTE, garantendo una transizione graduale per utenti e operatori.
10. Connettività end-to-end:
- Connettività senza soluzione di continuità: L’architettura 5G garantisce una connettività end-to-end, dall’UE attraverso la RAN fino alla rete principale, consentendo un’esperienza utente senza interruzioni.
11. Considerazioni sulla sicurezza:
- Funzioni di sicurezza: L’architettura 5G incorpora robusti meccanismi di sicurezza per proteggere i dati degli utenti, prevenire l’accesso non autorizzato e garantire l’integrità delle comunicazioni.
In sintesi, l’architettura 5G è un quadro multiforme che comprende l’apparecchiatura utente, la rete di accesso radio e la rete centrale 5G. Introduce funzionalità avanzate, architettura basata su servizi e capacità dinamiche per supportare diversi casi d’uso, rendendolo un elemento fondamentale nell’evoluzione delle reti di comunicazione mobile.