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Como a arquitetura 5G difere da 4G?

Diferenças entre arquiteturas de rede 5G e 4G: uma explicação abrangente

Introdução:

A transição do 4G (LTE) para o 5G representa um salto significativo na tecnologia de comunicação sem fio. A arquitetura das redes 5G introduz várias mudanças e melhorias importantes em comparação com a sua antecessora. Esta explicação detalhada explora as diferenças fundamentais entre as arquiteturas das redes 5G e 4G, abrangendo aspectos-chave como acesso de rádio, rede central, latência e divisão de rede.

1. Rede de acesso por rádio (RAN):

RAN 1.1 4G:

  • Em redes 4G, a Rede de Acesso Rádio consiste em eNodeBs (NodeBs evoluídos) responsáveis ​​por gerenciar a comunicação rádio com o equipamento do usuário (UE).
  • Arquitetura centralizada e hierárquica com flexibilidade limitada na alocação de recursos.

1.2 RAN 5G:

  • 5G introduz o conceito de gNBs (estações base de última geração) na rede de acesso de rádio.
  • Arquitetura distribuída com capacidade de suportar conectividade massiva de dispositivos e alocação dinâmica de recursos.
  • Os gNBs oferecem flexibilidade em cenários de implantação, incluindo implantações de macrocélulas, células pequenas e ondas milimétricas para maior capacidade e cobertura.

2. Rede principal (CN):

Rede principal 2.1 4G:

  • A rede principal 4G, conhecida como Evolved Packet Core (EPC), consiste em componentes como MME (Mobility Management Entity), SGW (Serving Gateway), PGW (Packet Data Network Gateway), HSS (Home Subscriber Server) e PCRF (função de políticas e regras de cobrança).
  • Arquitetura hierárquica com funcionalidades fixas.

Rede principal 2,2 5G:

  • A rede principal 5G é conhecida como Next-Gen Core (NGC) ou 5GC, introduzindo uma arquitetura baseada em serviços.
  • As funções principais são implementadas como serviços modulares, oferecendo flexibilidade e escalabilidade.
  • Os principais componentes incluem AMF (Função de Gerenciamento de Acesso e Mobilidade), SMF (Função de Gerenciamento de Sessão), UPF (Função de Plano de Usuário), UDM (Gerenciamento Unificado de Dados) e AUSF (Função de Servidor de Autenticação).
  • As funções de rede são implantadas como microsserviços, permitindo a utilização eficiente de recursos e a rápida implantação de serviços.

3. Latência e taxa de transferência:

3.1 Latência e taxa de transferência 4G:

  • Redes 4G normalmente têm latência na faixa de dezenas de milissegundos, limitando aplicações em tempo real.
  • As taxas máximas de dados em 4G são da ordem de várias centenas de megabits por segundo.

3,2 latência e taxa de transferência 5G:

  • O 5G visa atingir latência ultrabaixa de milissegundos de um dígito, permitindo aplicações como veículos autônomos e realidade aumentada.
  • As taxas máximas de dados em 5G podem exceder vários gigabits por segundo, proporcionando uma taxa de transferência significativamente maior do que em 4G.

4. Fatiamento de rede:

Recursos de rede 4.1 4G:

  • As redes 4G não possuem o conceito de divisão de rede, limitando a personalização de serviços para diversos casos de uso.

4.2 Fatiamento de rede 5G:

  • 5G introduz o conceito revolucionário de fatiamento de rede, permitindo a criação de redes virtualizadas e independentes dentro da mesma infraestrutura física.
  • Cada fatia de rede pode ser adaptada a requisitos específicos, como baixa latência para aplicações críticas ou conectividade massiva para dispositivos IoT.

5. Comunicação massiva de tipo de máquina (mMTC):

Suporte mMTC 5.1 4G:

  • As redes 4G enfrentam desafios no suporte eficiente a um grande número de dispositivos IoT devido às capacidades limitadas de conectividade.

Suporte mMTC 5.2 5G:

  • O 5G foi projetado para lidar com eficiência com a comunicação massiva de tipo de máquina (mMTC), permitindo conectividade para um grande número de dispositivos IoT simultaneamente.
  • A cobertura de baixa potência e área ampla para casos de uso de mMTC é um recurso importante do 5G.

6. Formação de feixe e bandas de ondas milimétricas:

6.1 Bandas de frequência 4G:

  • As redes 4G operam principalmente em bandas de frequência mais baixas, limitando o potencial para implantações de alta frequência e ondas milimétricas.

6,2 bandas de frequência 5G:

  • O 5G aproveita um espectro mais amplo, incluindo bandas de ondas milimétricas, permitindo taxas de dados mais altas e maior capacidade de rede.
  • As tecnologias de formação de feixe são amplamente utilizadas no 5G para focar os sinais direcionalmente, melhorando a cobertura e a eficiência.

7. Multiconectividade:

Multiconectividade 4G 7.1:

  • Em 4G, a multiconectividade envolve o uso de agregação de operadoras para combinar múltiplas bandas de frequência para aumentar as taxas de dados.

Multiconectividade 5G 7,2:

  • O 5G apresenta recursos avançados de multiconectividade, permitindo conexões simultâneas com vários gNBs para maior confiabilidade e transferências contínuas.

8. Computação de borda:

Computação de borda 4G 8.1:

  • Os recursos de computação de ponta em 4G são limitados, e a maior parte do processamento ocorre em data centers centralizados.

8.2 Computação de borda 5G:

  • O 5G permite a computação na borda com a implantação do Multi-Access Edge Computing (MEC), aproximando o processamento da borda da rede.
  • Aplicativos de baixa latência se beneficiam de tempos de ida e volta reduzidos até data centers centralizados.

9. Melhorias de segurança:

9.1 Segurança 4G:

  • As redes 4G têm protocolos de segurança, mas os avanços na criptografia e na autenticação são cruciais para a evolução das ameaças.

9.2 Segurança 5G:

  • O 5G apresenta recursos de segurança aprimorados, incluindo algoritmos de criptografia mais fortes, divisão de rede segura e mecanismos de autenticação aprimorados.

Conclusão:

Concluindo, a transição do 4G para o 5G envolve uma profunda transformação na arquitetura da rede. As redes 5G trazem avanços no acesso por rádio, no design da rede principal, na latência e na taxa de transferência, e introduzem conceitos inovadores como o fatiamento da rede, permitindo diversas aplicações e casos de uso. A evolução para o 5G representa uma mudança de paradigma que vai além de meras melhorias de velocidade, oferecendo uma base para um ecossistema sem fios altamente conectado e personalizado.

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