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.