Sieć rdzeniowa 5G i sieć dostępu radiowego (RAN) to dwa podstawowe elementy sieci komórkowej piątej generacji (5G). Elementy te współpracują ze sobą, umożliwiając korzystanie z zaawansowanych możliwości i usług związanych z siecią 5G. Oto szczegółowe wyjaśnienie zarówno rdzenia 5G, jak i sieci RAN:
1. Sieć rdzeniowa 5G:
- Definicja: Rdzeń 5G, znany również jako rdzeń nowej generacji (NGC), to kluczowy komponent architektoniczny, który służy jako centralna inteligencja sieci 5G.
- Funkcje i komponenty:
- AMF (Funkcja zarządzania dostępem i mobilnością): Zarządza mobilnością, dostępem i przekazywaniem sprzętu użytkownika (UE).
- SMF (Funkcja zarządzania sesją): Kontroluje ustanawianie, modyfikowanie i kończenie sesji.
- UPF (Funkcja płaszczyzny użytkownika): Obsługuje dane użytkownika w płaszczyźnie danych, w tym routing i przekazywanie pakietów.
- UDM (Unified Data Management): Zarządza danymi abonenta i uwierzytelnianiem.
- AUSF (Funkcja serwera uwierzytelniania): Wykonuje uwierzytelnianie użytkownika i dystrybucję kluczy.
- PCF (Funkcja kontroli zasad): Egzekwuje zasady jakości usług (QoS) i kontroli dostępu.
- Architektura oparta na usługach: W rdzeniu 5G zastosowano architekturę opartą na usługach, oferując modułowe i elastyczne podejście do świadczenia usług.
- Obsługa podziału sieci: Umożliwia tworzenie zwirtualizowanych sieci (wycinków sieci) dla określonych przypadków użycia z unikalnymi wymaganiami.
- Usługi łączności: 5G Core zapewnia kompleksowe usługi łączności, zapewniając bezproblemową komunikację między UE.
2. Sieć dostępu radiowego (RAN):
- Definicja: Sieć RAN to część sieci łącząca UE z rdzeniem 5G. Obejmuje zarówno nowe radio 5G (gNB), jak i NG-RAN (sieć dostępu radiowego nowej generacji).
- Składniki:
- gNB (nowe radio 5G): gNB to główny komponent odpowiedzialny za komunikację bezprzewodową, obsługujący takie funkcje, jak Massive MIMO i kształtowanie wiązki.
- NG-RAN (RAN nowej generacji): NG-RAN obejmuje gNB i powiązane z nimi funkcje kontrolne.
- Kluczowe funkcje:
- Transmisja bezprzewodowa: gNB obsługuje transmisję i odbiór sygnałów bezprzewodowych, obsługując różne pasma częstotliwości.
- Kształtowanie wiązki: Wykorzystuje zaawansowane technologie antenowe, takie jak kształtowanie wiązki, w celu poprawy jakości sygnału i zasięgu.
- Massive MIMO: Zawiera technologię Massive Multiple Output Multiple Output w celu poprawy wydajności widmowej i pojemności.
- Komunikacja o niskim opóźnieniu: RAN przyczynia się do osiągnięcia bardzo małych opóźnień dla aplikacji takich jak URLLC (ultra-niezawodna komunikacja o niskim opóźnieniu).
- Łączność typu backhaul: Sieć RAN jest połączona z rdzeniem 5G i innymi komponentami sieci za pośrednictwem łączy typu backhaul, zapewniając łączność i wymianę danych.
- Dynamiczne udostępnianie widma: Umożliwia dynamiczną alokację i współdzielenie dostępnych zasobów widma w celu optymalizacji wydajności sieci.
3. Interakcje między rdzeniem 5G a siecią RAN:
- Oddzielenie płaszczyzny sterowania i użytkownika: Architektura 5G oddziela płaszczyznę sterowania (obsługiwaną przez rdzeń 5G) od płaszczyzny użytkownika (obsługiwaną przez sieć RAN), promując elastyczność i skalowalność.
- Orkiestracja: Rdzeń 5G koordynuje ogólne funkcje i usługi sieciowe, instruując sieć RAN, jak obsługiwać sesje użytkowników i łączność.
- Egzekwowanie zasad: PCF w rdzeniu 5G wymusza zasady związane z QoS i kontrolą dostępu, wpływając na zachowanie sieci RAN.
4. Przypadki użycia i usługi:
- Ulepszona mobilna łączność szerokopasmowa (eMBB): Rdzeń 5G i sieć RAN współpracują ze sobą, aby zapewnić wysoką szybkość transmisji danych dla aplikacji takich jak strumieniowe przesyłanie wideo i pobieranie dużych plików.
- Ultra-niezawodna komunikacja o niskim opóźnieniu (URLLC): Sieć RAN w połączeniu z rdzeniem 5G obsługuje aplikacje URLLC wymagające małych opóźnień i wysokiej niezawodności.
- Massive Machine-Type Communications (mMTC): Sieć RAN ułatwia łączność ogromnej liczbie urządzeń IoT w ramach usług mMTC.
5. Względy bezpieczeństwa:
- Funkcje bezpieczeństwa: Zarówno rdzeń 5G, jak i sieć RAN zawierają solidne mechanizmy bezpieczeństwa chroniące dane użytkownika, zapobiegające nieautoryzowanemu dostępowi i zapewniające integralność komunikacji.
- Uwierzytelnianie i autoryzacja: AUSF w 5G Core obsługuje uwierzytelnianie użytkownika, podczas gdy RAN zapewnia bezpieczny dostęp w oparciu o status uwierzytelnienia.
6. Globalna standaryzacja:
- ITU i 3GPP: Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU) i Projekt Partnerstwa Trzeciej Generacji (3GPP) przyczyniają się do tworzenia światowych standardów zarówno dla rdzenia 5G, jak i sieci RAN, zapewniając interoperacyjność i kompatybilność.
7. Ewolucja sieci:
- Ciągły rozwój: W miarę ewolucji sieci 5G mogą pojawiać się ciągłe udoskonalenia zarówno w rdzeniu 5G, jak i w sieci RAN, w celu wprowadzenia nowych funkcji, zwiększenia wydajności i obsługi nowych przypadków użycia.
Podsumowując, rdzeń 5G i sieć RAN to integralne elementy sieci 5G, współpracujące ze sobą w celu zapewnienia ulepszonej mobilnej łączności szerokopasmowej, niezwykle niezawodnej komunikacji o niskim opóźnieniu i komunikacji masowej typu maszynowego. Rdzeń 5G zapewnia centralną inteligencję i orkiestrację usług, podczas gdy sieć RAN obsługuje aspekty łączności bezprzewodowej i transmisji, wspólnie udostępniając możliwości i usługi związane z 5G.