1. コミュニティ
  2. ブログ
  3. 技術

4Gから5Gへの進行

4Gから5Gへの進行

セルラーネットワークの進化における最新の進歩である5Gは、エンタープライズセグメントにおける新興アプリケーションの可用性、信頼性、およびパフォーマンス要件における先駆的な改善を約束します。

ITUやNGMNなどの標準化団体は、5Gの複数のユースケースを考え出しました。

これらのユースケースはそれぞれ、予想されるデータレート、待ち時間、信頼性、および可用性の点で異なります。 それ故に、それらは根本的な細胞ネットワークによる異なった処置を必要とする。

この記事では、そのようなユースケース、これらのユースケースを実現するための4Gの欠点、および5Gがそれらの厳格な要件を処理する方法について説明します。

この記事ではさらに、4G EPCから5Gコアネットワークへの高度な移行、つまり機能に関するネットワークコンポーネントのマッピングについても説明します。

5G使用シナリオ

ワイヤレスネットワークからの要件に基づいて、5Gユースケースは3つの主なカテゴリに分類されます。

  1. 拡張モバイルブロードバンド(eMBB)これらのシナリオでは、5Gセルラーネットワークが非常に高いデータレートをサポートすることが必要です。 ITUが推奨する5Gパフォーマンス目標は、ダウンリンクでは20Gbps、アップリンクでは10Gbpsのピークデータレートです。 密集した地域では、10〜100Mbps / mのスループットが期待されます。2.
  2. 超高信頼性および低遅延通信(URLLC)注:これらのシナリオでは、低遅延と高信頼性が必要です。 AR / VR、V5X通信、eHealthサービスなどの低遅延アプリケーションでは、1Gネットワ​​ークはアクセスネットワークで<10ミリ秒のレイテンシと<2ミリ秒のレイテンシをサポートします。 ITUはさらに、信頼性> 99%(パケットがケースの99%の許容待ち時間予算内で宛先に到達することを意味します)を推奨し、特定の展開シナリオおよびユースケースでは99.999%にさらに近いことを推奨します。
  3. マスマシンタイプコミュニケーション(mMTC):これらのシナリオでは、5Gは非常に高い接続密度をサポートすると予想されます。 スマートシティ、産業用IoTケースはこのカテゴリに分類されます。 それらはネットワークに接続された多数のデバイスを持っています - 一般的にこれらのアプリケーションは低いデータレートを期待します。 ITUが推奨する5Gターゲットは、km²あたり10,000デバイスと1,000,000デバイスの間の処理を想定しています。

4Gの欠点と5Gの効果

前述のシナリオを満たすために必要なパフォーマンス要件は、4Gネットワ​​ークでは満たすことができません。

  1. 4Gネットワ​​ークの場合、ITUのInternational Mobile Telecommunications Advancedプログラムは、ダウンリンクで1000Mbps、アップリンクで500Mbpsのピークデータレートを示します。 このデータレートは、eMBBシナリオをサポートするには不十分です。 5Gネットワ​​ークは、4Gよりもはるかに広い周波数スペクトルを使用することが期待されています - 5G NR mmWaveは30GHz近くで動作します。 より広いチャネル帯域幅と大規模なMIMOにより、5Gはダウンリンクで20Gbps、アップリンクで10Gbpsのデータレートを達成できます。
  2. 多人数参加型ゲームアプリケーション、産業用ロボット、自動運転車およびそのようなタイムクリティカルなアプリケーションの多くは、迅速な対応を求めています。 1Gセルラーテクノロジは、「エッジコンピューティング」を実現するための重要な要素であり、計算能力(アプリケーション)をユーザーに近づけることで、ネットワークの待ち時間を短縮するのに役立ちます。
  3. 上記のアプリケーションの各カテゴリには、異なるネットワーク特性が必要です。 しかし、それぞれに個別の物理ネットワークを持つことは金銭的に不可能です。 既存のQoSソリューションは、所与のネットワーク上を流れる異なるタイプのIPトラフィックを分類し管理することができるが、それらは複数の点で不十分である。 たとえば、異なるテナントからの同じ種類のトラフィックを区別して扱うことはできません。 時には、モバイル仮想ネットワーク事業者に独自の仮想インフラストラクチャを提供する必要がある。 一言で言えば、ユースケースごとに異なるサービス品質を必要とするユーザー、デバイス、およびアプリケーションを分離する必要があります。 これは5Gネットワ​​ークスライシングがネットワークのクロスアプリケーション、クロスサービスおよびクロステナントセグメンテーションを提供するところです。 ネットワークリソース、コンピューティングリソース、ストレージキャパシティリソース、仮想化ネットワーク機能、無線リソースなど、共有リソースインスタンスと専用リソースインスタンスが混在した論理的な自己完結型ネットワークを提供します。

5Gの主な原則

5Gアーキテクチャは、その前身とは大きく異なります。 これは、待ち時間と信頼性に関して、予想されるビジネス目標とパフォーマンス目標を達成するために非常に重要です。次に、5Gネットワ​​ークが従ういくつかの重要な原則を示します。

  • ユーザープレーンとコントロールプレーンの分離:この分離により、各プレーンに対して独立した拡張と柔軟な展開が可能になります。 リソースの割り当てはニーズに基づいて行うことができます。 例えば、ビデオ監視のように高帯域幅を必要とするアプリケーションは、ユーザプレーン機能を拡張することができます。 一方、数バイトのデータ交換を必要とするがより頻繁にデータを交換するIoTアプリケーションは、より頻繁にコントロールプレーン機能のスケーリングを必要とするかもしれません。 この分離により、他の機能をクラウドに集中させながら、一部の機能をユーザーに近づけることもできます。
  • ネットワーク機能用のサービスベースアーキテクチャ(SBA):5Gコアネットワーク機能はそれらの相互作用のためにサービスベースのインタフェースを使用します。 これらのネットワーク機能はそれぞれ、別のネットワーク機能にサービスを提供します。 サービスは、要求 - 応答または購読通知モデルのいずれかに基づく操作で構成されています。 SBAでは、同じ操作を他の既存の機能または新しい機能で再利用できます。
  • ステートレスネットワーク機能:5Gネットワ​​ーク機能はステートレスになるように設計されています。 状態をコントロールから切り離すことで、コントロールをコンピューティングリソース上で実行でき、状態を別のストレージノードに保存できます。 ストレージノードの冗長性を維持することによって信頼性を向上させることとは別に、このステートレス性はまた、XNUMXGネットワーク機能に対応する仮想ネットワーク機能の動的な具体化/スケーリングを助ける。
  • 能力公開のサポート:5Gは '機能公開'機能を使用して外部機能がそれらのコアネットワーク機能と相互作用することを可能にします。 この機能により、外部機能は5Gコアから状態/ステータス/イベントを取得し、設定/ポリシーを5Gコアに渡すことができます。 この5G機能は、マルチアクセスエッジコンピューティングパラダイムの重要な実現要因です。
  • ローカルアクセスと集中アクセス5Gでは、ミッションクリティカルで低レイテンシのアプリケーションを処理するために、1つのPDUセッションでデータネットワークに対して複数のユーザープレーンアンカーを使用できます。 これにより、5Gは集中型クラウドサーバーと同様にローカルコンピューティングサーバー(エッジ)を介した同時アクセスをサポートすることができます。 エッジでの計算機能は、ネットワークの待ち時間を大幅に短縮するのに役立ちます。

5Gの紹介

5Gは仮想化に大きく依存しています。5Gが期待する柔軟性とスケーラビリティの要件において重要な役割を果たしています。 ベンダーに依存しない実装への移行とハードウェアの効率的な共有が可能になります。

コア側では、5Gはネットワーク機能の集まりであり、仮想化されてクラウドインフラストラクチャ上で実行されることが期待されています。 4Gから5Gへの移行において、4G EPC機能はモジュール化されて複数の5Gコアネットワーク機能を形成し、クラウドネイティブアプリケーションとして再構築されました。 以下は、パーティション分割の例です。

  1. 4Gモビリティ管理エンティティ(MME)機能は、5Gアクセスおよびモビリティ管理機能(AMF)、セッション管理機能(SMF)、および認証サーバ機能(AUSF)に分かれています。
    • AMF UE登録およびモビリティ管理を処理します。
    • SMF PDUセッション管理を処理します。
    • AUSF Unified Data Management(UEサブスクリプションデータとユーザーコンテキストを格納)からの認証ベクトルに基づいてUE認証部分を処理します。
  2. 4G S-GWとP-GWは、SMFとUser Plane Function(UPF)に分けられています。
    • SMF UEのIPアドレスの割り当てとUPFの選択を処理します。
    • UPF PDUセッションのアンカーとして機能します - パケットのルーティング、QoSの適用、および課金機能を担当します。

下の図は、4G EPC機能の5Gコアネットワーク機能への高レベルマッピングを示しています。

4G EPCと5Gコア
図1:4G EPCと5Gコア

以下は、導入された新しい5Gコア機能です。

  1. ネットワークスライス選択機能(NSSF)):NSSFは、特定のサービス要件を満たすために、RAN、コア、およびトランスポートネットワークの複数の仮想ネットワークスライスを設定するのに役立ちます。
  2. ネットワーク露出機能(NEF)これは、外部ネットワークエンティティが5Gコアネットワークとのインタフェースをとるために使用する機能公開機能です。
  3. ネットワークリポジトリ機能(NRF):5Gサービスベースのアーキテクチャを支援します。 さまざまなネットワーク機能によって提供されるすべてのサービスのリポジトリとして機能します。

5Gの高いデータレートと低い待ち時間のニーズをサポートするために、アクセスネットワークとフロントホールが改良されました。 アクセス側では、4G eNodeB(eNB)は5G gNB(次世代ノードB)と呼ばれるようになりました。

  1. gNBは、gNB集中型ユニット(gNB − CU)とgNB分散型ユニット(gNB − DU)の2つの部分に分割される。 両方ともイーサネットベースのIPミッドホールネットワークを使用して互いに接続されています。
  2. 一般に、gNB-CUは仮想化されており、仮想化コアまたは仮想化エッジのコンテキストで実行されます。
  3. gNB-DUは無線ヘッドと統合されるか、仮想化されてエッジまたはクラウド上で実行されます。

結論

5Gは、ヘルスケア、スマートシティ、コネクテッドデバイス、産業用IoTなどの多様な市場セグメントから新たなビジネスチャンスを切り開いています。各5Gのユースケースは、データレート、待ち時間、接続密度、信頼性に関する要件が異なります。

仮想アクセスおよびコアネットワーク、モジュール化されたネットワーク機能、および5Gのさまざまな展開オプションは、これらの多様な市場に適したセルラー接続の実現に積極的に役立ちます。

もともとが公表 NetmaniasのHarpreet Kaur

この記事はからです 承認後に公開されています。 表していない Gigalight コミュニティの立場 再現する前に、原作者に連絡してください。

お問合せ

Eメール:sunwf@gigalight.com