Arquitetura 5G: principais avanços e serviços
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Seminário sobre Arquiteturas de Rede e Arquiteturas físicas de Redes 5G
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Arquitetura 5G: principais avanços e serviços
- 1. Arquitetura 5G Introdução a Sistemas de Telecomunicações IFCE-Fortaleza Carlos Germano Ferreira Costa
- 5. 4G 5G 3G
- 6. OS PRINCIPAIS AVANÇOS NA ARQUITETURA DE REDE DA TECNOLOGIA 5G FOCA EM SERVIÇOS DE MAIOR VALOR AGREGADOR PARA OPERADORAS E USUÁRIOS, FUNDAMENTADA NA NUVEM
- 15. 5G 4G
Notas do Editor
- Estamos testemunhando o aparecimento de uma nova geração de telecomunicações celulares, que promete revolucionar tudo o que conhecemos em termos de oferecimento de serviços e de experiência pessoal. Essa tecnologia permitirá finalmente a integração em altíssima qualidade de serviços de voz, vídeo, jogos, streaming, conteúdo 4K/8K, tudo disponível em qualquer lugar a qualquer hora. Assim como smart cities, direção autônoma de veículos, medicina remota e muitos outros.
- A tecnologia 5G, entendida como uma nova geração de rede móvel, tem como proposta mesclar os benefícios das tecnologias predecessoras (4G, 3G, 2G e até mesmo Wi-Fi) de modo a prover significativas melhorias na cobertura, disponibilidade e velocidade de conexão, permitindo também uma maior densidade de dispositivos conectados. Essa última característica é muito relevante no ambiente de Internet das Coisas (IoT -Internet of Things). Assim, o 5G, sendo a 5ª geração de redes móveis, representa uma evolução significativa das redes 4G LTE atuais. O 5G foi projetado para atender ao grande crescimento em dados e conectividade da sociedade atual com maior Banda larga (eMBB), Comunicações de baixa latência (uRLLC), massiva (mMTC).
- Foram definidos três grandes grupos de casos de uso associados às novas redes 5G. Cada um desses grupos apresenta um conjunto de aplicações e serviços específico, compartilhando os mesmos requisitos de largura de banda, disponibilidade e latência.
- A chegada do 5G vai exigir a preparação, reestruturação e modernização da infraestrutura de rede. A tecnologia trará um enorme salto de conectividade: onde a promessa é de alcançar velocidades de até 10 Gpbs e suportar até 100 vezes mais dispositivos conectados, se comparado com o 4G.
- Satisfazer as demandas de qualidade de serviço e experiência de usuários demanda implantar novos tipos de infraestrutura e tecnologias carrier grade (ou conjuntos hardware ou software) assim como sistemas de antenas MIMO (com a capacidade de emitir em múltiplas direções no mesmo momento), sistemas distribuídos (DAS) small cells e cabeças de rádio remotas (RRH), entre outros. As redes 5G dependerão em grande medida de tecnologias emergentes como SDN (Redes definidas por Software) NFV (Virtualização de Funções de Rede) MEC (Computação de Borda Multi-Access) e FC (Fog Computing).
- O fatiamento da rede E2E (Slicing) é a base para oferecer suporte a serviços 5G diversificados, e é a chave para a evolução da arquitetura de rede 5G. O fatiamento da rede permite uma virtualização da rede com compartilhamento de recursos essenciais propiciando maior sincronismo, baixa latência, segurança e flexibilidade habilitados de maneira correta.
- No mundo do 5G, as redes precisarão de alocação de espectro inteligente e automática. As redes definidas por software (SDN) e a virtualização das funções de rede (NGV) também terão um papel fundamental nessa jornada. São elas que irão possibilitar uma alocação mais flexível e automática de recursos, aproveitando as economias de escala baseadas em nuvem. Com base em SDN (Redes definidas por Software) e NFV (Virtualização de Funções de Rede), a infraestrutura física da arquitetura de rede 5G consiste em sites e controladores de domínio de três camadas –a saber: Banda larga móvel aprimorada ou eMBB, Comunicações ultraconfiáveis e de baixa latência ou uRLLC, e Comunicações de tipo de máquina massiva ou mMTC.
- Mudanças no nível core da rede estão entre a série de mudanças arquitetônicas que acompanham a mudança do 4G para o 5G, incluindo a migração para onda de milímetros, MIMO massivo, fatiamento da rede e, essencialmente, todos os outros elementos discretos do diverso ecossistema de 5G fundamentados em nuvem.
- Computação de Borda Multi-Access ou (MEC) é um elemento importante da arquitetura 5G. A MEC é uma evolução da evolução na nuvem que leva as aplicações de data centers centralizados para a periferia da rede e, portanto, para mais perto dos usuários finais e de seus dispositivos. Isto cria essencialmente um atalho no fornecimento de conteúdo entre o usuário, o host, e o longo caminho da rede que antes separava as duas partes. Essa tecnologia não é exclusiva do 5G, porém com certeza é essencial para a sua eficiência. Características da MEC incluem baixa latência, alta largura de banda e acesso em tempo real às informações da RAN, que diferencia a arquitetura 5G das suas predecessoras. A arquitetura da rede 5G vem com o principal propósito de atender, de forma flexível e eficiente, requisitos de serviço móvel diversificados. Com rede definida por software (SDN) e virtualização de funções de rede (NGV), o 5G chega com um grande avanço tecnológico garantindo melhorias na gestão de mobilidade, autenticação de perfis de usuários, gerenciamento da sessão, uso e gestão de dados, entre outros.
- Com 5G é possível integrar elementos de diferentes gerações em configurações diferentes, a saber: Basicamente com duas configurações distintas: Rede não-autônoma ou Non-standalone (NSA), e Rede autônoma ou Standalone (SA). Rede não-autônoma ou Non-standalone (NSA), usa apenas uma tecnologia de acesso rádio –Onde há o compartilhamento de infraestrutura. O 5G utiliza a infraestrutura da rede 4G já existente para funcionar. Contudo, nesse caso, ele não opera no seu máximo de potência; . Esse padrão 5G não-autônomo foi concluído no final de 2017 e utiliza redes 4G-LTE RAN existentes e redes core como uma âncora, com a adição da portadora de componentes 5G. Por outro lado, Rede autônoma ou Standalone (SA), combina várias tecnologias de acesso rádio -funcionando com uma infraestrutura própria, sem a necessidade de equipamentos de tecnologias anteriores. Ond euma das grandes vantagens do modo autônomo é o aumento da largura de banda ao utilizar frequências de ondas de milímetros. Essa configuração de transição busca preencher lacunas entre o 4G e o 5G. Dessa forma, espera-se uma transição gradual do modo não-autônomo para o modo autônomo na implementação das opções de arquitetura 5G futuras.
- Fatiamento de rede é o conceito de criação de várias redes virtuais em uma infraestrutura física comum que garante uma estrutura coesa para funcionalidades específicas solicitadas a diferentes fornecedores de serviços ou usuários. Cada fatia fornece funcionalidade de rede completa incluindo funções de rede de acesso de rádio, funções de rede central (ou core network). Para criar e gerenciar diferentes redes virtuais fatiadas, uma coleção de plataformas/sistemas e mecanismos ou ferramentas bem projetados são necessários. Nesse sentido, o 5G é efetivamente uma estrutura dinâmica, coerente e flexível de múltiplas tecnologias avançadas que suportam uma variedade de aplicações. O 5G utiliza uma arquitetura mais inteligente, com redes de acesso via rádio (RANs) sem as restrições devido à proximidade da estação base ou por infraestrutura complexa.
- Atualmente, a arquitetura da rede de acesso à rádio (Radio Access Network –RAN) consiste em estações formadas pelas antenas, uma unidade de rádio (Remote Radio Head –RRH), e uma unidade de processamento de banda (BBU), a qual pode estar localizada a até 40km de distância das unidades de rádio (RRH). A rede de acesso à rádio na nuvem (C-RAN) é uma arquitetura que quebra com esse paradigma ao propor que as unidades de rádios (RRHs) não sejam mais servidos cada um por uma unidade de processamento de banda (BBU) dedicado. No lugar disso, as unidades de rádios (RRHs) são servidos por um cluster de unidades de processamento de banda (BBUs) na nuvem.
- Cloud Radio Access Network (C-RAN) é uma arquitetura de rede em que os recursos de banda base são reunidos de modo que eles possam ser compartilhados entre as estações base (Rost et al., 2014; Checko et al., 2015). Apesar de não ser a única arquitetura que pode responder às mudanças enfrentadas pelas operações de redes móveis. Outras soluções incluem small cells, como parte de HetSNets, Massive MIMO (Multiple-input and multiple-output), mm wave, dentre outras tecnologias.
- Parta finalizar de maneira simplificada: Uma rede 5G pode ser entendida como um conjunto de 3 partes ilustradas na figura na tela: o núcleo (core). a rede de acesso por rádio (Radio Access Network –RAN). e os terminais do usuário (User Equipment – UEs), o que inclui smarphones, e as “coisas” na Internet das Coisas. A Rede de Acesso de Rádio - consiste em vários tipos de instalações, incluindo pequenas células, torres, mastros e sistemas dedicados internos e domésticos que conectam usuários móveis e dispositivos sem fio à rede central principal. Desse modo, a arquitetura 5G precisa de uma infraestrutura completa para seu funcionamento. Cobrindo uma linha completa de soluções, que vão desde os passivos (como a fibra ótica) até o suporte aos gNodeB (antenas 5G), passando também por produtos finais de alta tecnologia embarcada (como as câmeras com inteligência artificial).