5G ve 4G Ağ Mimarileri Arasındaki Farklar: Kapsamlı Bir Açıklama
Giriiş:
4G’den (LTE) 5G’ye geçiş, kablosuz iletişim teknolojisinde önemli bir sıçramayı temsil ediyor. 5G ağlarının mimarisi, önceki modele kıyasla birçok önemli değişiklik ve geliştirmeyi beraberinde getiriyor. Bu ayrıntılı açıklama, radyo erişimi, çekirdek ağ, gecikme ve ağ dilimleme gibi temel hususları kapsayarak 5G ve 4G ağlarının mimarileri arasındaki temel farklılıkları araştırıyor.
1. Radyo Erişim Ağı (RAN):
1.1 4G RAN:
- 4G ağlarında Radyo Erişim Ağı, kullanıcı ekipmanıyla (UE) radyo iletişimini yönetmekten sorumlu eNodeB’lerden (gelişmiş NodeB’ler) oluşur.
- Kaynak tahsisinde sınırlı esnekliğe sahip merkezi ve hiyerarşik mimari.
1.2 5G RAN:
- 5G, Radyo Erişim Ağında gNB (Yeni Nesil Baz İstasyonları) konseptini tanıtıyor.
- Devasa cihaz bağlantısını ve dinamik kaynak tahsisini destekleme yeteneğine sahip dağıtılmış mimari.
- gNB’ler, gelişmiş kapasite ve kapsama alanı için makro hücreler, küçük hücreler ve milimetre dalga konuşlandırmaları dahil olmak üzere dağıtım senaryolarında esneklik sunar.
2. Çekirdek Ağ (CN):
2.1 4G Çekirdek Ağı:
- Gelişmiş Paket Çekirdeği (EPC) olarak bilinen 4G çekirdek ağı, MME (Mobilite Yönetimi Varlığı), SGW (Serving Gateway), PGW (Paket Veri Ağı Ağ Geçidi), HSS (Ev Abone Sunucusu) ve PCRF gibi bileşenlerden oluşur ( Politika ve Ücretlendirme Kuralları İşlevi).
- Sabit işlevlere sahip hiyerarşik mimari.
2.2 5G Çekirdek Ağı:
- 5G çekirdek ağı, hizmet tabanlı bir mimari sunan Yeni Nesil Çekirdek (NGC) veya 5GC olarak bilinir.
- Temel işlevler, esneklik ve ölçeklenebilirlik sunan modüler hizmetler olarak uygulanır.
- Anahtar bileşenler arasında AMF (Erişim ve Mobilite Yönetimi İşlevi), SMF (Oturum Yönetimi İşlevi), UPF (Kullanıcı Düzlemi İşlevi), UDM (Birleşik Veri Yönetimi) ve AUSF (Kimlik Doğrulama Sunucusu İşlevi) bulunur.
- Ağ işlevleri mikro hizmetler olarak dağıtılır, böylece verimli kaynak kullanımı ve hızlı hizmet dağıtımı sağlanır.
3. Gecikme ve Verim:
3.1 4G Gecikme ve Verim:
- 4G ağları genellikle onlarca milisaniye aralığında gecikme süresine sahiptir ve bu da gerçek zamanlı uygulamaları sınırlandırır.
- 4G’de en yüksek veri hızları saniyede birkaç yüz megabit mertebesindedir.
3.2 5G Gecikme ve Verim:
- 5G, tek haneli milisaniyeler düzeyinde ultra düşük gecikme süresine ulaşmayı amaçlayarak otonom araçlar ve artırılmış gerçeklik gibi uygulamalara olanak tanır.
- 5G’deki en yüksek veri hızları saniyede birden fazla gigabit’i aşabilir ve 4G’den önemli ölçüde daha yüksek verim sağlar.
4. Ağ Dilimleme:
4.1 4G Ağ Özellikleri:
- 4G ağları, ağ dilimleme kavramından yoksundur, bu da hizmetlerin çeşitli kullanım durumları için özelleştirilmesini sınırlamaktadır.
4.2 5G Ağ Dilimleme:
- 5G, aynı fiziksel altyapı içinde sanallaştırılmış, bağımsız ağların oluşturulmasına olanak tanıyan devrim niteliğindeki ağ dilimleme konseptini sunar.
- Her ağ dilimi, kritik uygulamalar için düşük gecikme süresi veya IoT cihazları için büyük bağlantı gibi belirli gereksinimlere göre özelleştirilebilir.
5. Büyük Makine Tipi İletişim (mMTC):
5.1 4G mMTC Desteği:
- 4G ağları, sınırlı bağlantı yetenekleri nedeniyle çok sayıda IoT cihazını verimli bir şekilde destekleme konusunda zorluklarla karşı karşıyadır.
5.2 5G mMTC Desteği:
- 5G, Devasa Makine Tipi İletişimi (mMTC) verimli bir şekilde yönetecek şekilde tasarlanmıştır ve aynı anda çok sayıda IoT cihazının bağlantısını mümkün kılar.
- mMTC kullanım durumları için düşük güç, geniş alan kapsama alanı, 5G’nin önemli bir özelliğidir.
6. Hüzme Oluşturma ve Milimetre Dalga Bantları:
6.1 4G Frekans Bantları:
- 4G ağları öncelikle düşük frekans bantlarında çalışır, bu da yüksek frekans ve milimetre dalga dağıtımlarının potansiyelini sınırlar.
6.2 5G Frekans Bantları:
- 5G, milimetrik dalga bantları da dahil olmak üzere daha geniş bir spektrumdan yararlanarak daha yüksek veri hızlarına ve artan ağ kapasitesine olanak tanır.
- Hüzme oluşturma teknolojileri, sinyalleri yöne odaklamak, kapsama alanını ve verimliliği artırmak için 5G’de yaygın olarak kullanılıyor.
7. Çoklu Bağlantı:
7.1 4G Çoklu Bağlantı:
- 4G’de çoklu bağlantı, daha yüksek veri hızları için birden fazla frekans bandını birleştirmek amacıyla taşıyıcı birleştirmenin kullanılmasını içerir.
7.2 5G Çoklu Bağlantı:
- 5G, daha fazla güvenilirlik ve sorunsuz geçiş için birden fazla gNB’ye eşzamanlı bağlantıya olanak tanıyan gelişmiş çoklu bağlantı özellikleri sunar.
8. Uç Bilgi İşlem:
8.1 4G Uç Bilgi İşlem:
- 4G’deki ileri bilgi işlem yetenekleri sınırlıdır ve çoğu işlem merkezi veri merkezlerinde gerçekleşir.
8.2 5G Uç Bilgi İşlem:
- 5G, Çoklu Erişimli Kenar Bilgi İşlemin (MEC) dağıtımıyla uç bilişimi mümkün kılarak işlemeyi ağın kenarına yaklaştırıyor.
- Düşük gecikmeli uygulamalar, merkezi veri merkezlerine gidiş-dönüş sürelerinin azalmasından yararlanır.
9. Güvenlik Geliştirmeleri:
9.1 4G Güvenliği:
- 4G ağlarının güvenlik protokolleri vardır, ancak şifreleme ve kimlik doğrulamadaki gelişmeler, gelişen tehditler için çok önemlidir.
9.2 5G Güvenliği:
- 5G, daha güçlü şifreleme algoritmaları, güvenli ağ dilimleme ve gelişmiş kimlik doğrulama mekanizmaları dahil olmak üzere gelişmiş güvenlik özellikleri sunar.
Çözüm:
Sonuç olarak 4G’den 5G’ye geçiş, ağ mimarisinde köklü bir dönüşümü içeriyor. 5G ağları, radyo erişimi, çekirdek ağ tasarımı, gecikme süresi ve verim konularında ilerlemeler sağlar ve ağ dilimleme gibi yenilikçi kavramlar sunarak çeşitli uygulamalara ve kullanım senaryolarına olanak tanır. 5G’ye yönelik evrim, yalnızca hız iyileştirmelerinin ötesine geçen, yüksek düzeyde bağlantılı ve özelleştirilmiş bir kablosuz ekosistem için bir temel sunan bir paradigma değişimini temsil ediyor.