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4G에서 5G 로의 진행

4G에서 5G 로의 진행

셀룰러 네트워크 발전의 최신 발전 제품인 5G는 엔터프라이즈 부문의 신생 애플리케이션의 가용성, 안정성 및 성능 요구 사항의 선구적인 향상을 약속합니다.

ITU 및 NGMN과 같은 표준 단체는 5G에 대한 여러 사용 사례를 제시했습니다.

이러한 각 유스 케이스는 예상 데이터 속도, 대기 시간, 안정성 및 가용성 측면에서 다릅니다. 따라서 그들은 기본 셀룰러 네트워크에 의해 다른 처리가 필요합니다.

이 기사에서는 이러한 사용 사례, 이러한 사용 사례를 실현하는 4G의 단점 및 5G의 엄격한 요구 사항 처리 방법에 대해 설명합니다.

이 기사에서는 4G EPC에서 5G 코어 네트워크로 높은 수준의 마이그레이션을 보여 주면서 기능과 관련하여 네트워크 구성 요소를 매핑하려고 시도합니다.

5G 사용 시나리오

무선 네트워크의 요구 사항에 따라 5G 사용 사례는 세 가지 주요 범주로 분류됩니다.

  1. 향상된 모바일 광대역 (eMBB):이 시나리오에서는 5G 셀룰러 네트워크가 매우 높은 데이터 속도를 지원해야합니다. ITU에서 권장하는 5G 성능 목표는 다운 링크에서 최대 20Gbps, 업 링크에서 최대 10Gbps의 데이터 속도를 제안합니다. 고밀도 영역에서는 10-100Mbps / m의 처리량을 기대합니다.2.
  2. 초 신뢰성 및 저 지연 통신 (URLLC): 이러한 시나리오는 낮은 대기 시간과 높은 신뢰성을 필요로합니다. 5G 네트워크는 액세스 네트워크에서 <1 ms 대기 시간을 지원하고 AR / VR, V10X 통신, ehealth 서비스와 같은 대기 시간이 짧은 응용 프로그램에 대해서는 <2ms 대기 시간 종료를 지원합니다. ITU에서는 안정성> 99 % (패킷이 99 %의 허용 대기 시간 예산으로 대상에 도달 함을 의미 함) 및 특정 배포 시나리오 및 사용 사례에 대해 99.999 %에 가깝게 권장합니다.
  3. 대규모 기계 유형 통신 (mMTC):이 시나리오에서 5G는 매우 높은 연결 밀도를 지원할 것으로 예상됩니다. 똑똑한 도시, 산업 IoT 사례가이 범주에 속합니다. 그들은 네트워크에 연결된 많은 장치를 가지고 있습니다 - 일반적으로 이러한 응용 프로그램은 낮은 데이터 속도를 기대합니다. ITU 권장 5G 목표는 km² 당 10,000 및 1,000,000 장치 사이의 처리를 예상합니다.

4G의 단점과 5G의 도움

앞에서 설명한 시나리오를 충족시키는 데 필요한 성능 요구 사항은 4G 네트워크에서 충족시킬 수 없습니다.

  1. 4G 네트워크의 경우, ITU의 International Mobile Telecommunications Advanced 프로그램은 다운 링크에서 1000Mbps 및 업 링크에서 500Mbps의 최대 데이터 속도를 나타냅니다. 이 데이터 전송률은 eMBB 시나리오를 지원하기에 충분하지 않습니다. 5G 네트워크는 4G보다 훨씬 넓은 주파수 스펙트럼을 사용할 것으로 예상됩니다. 5G NR mmWave는 30GHz에 가깝습니다. 더 넓은 채널 대역폭과 방대한 MIMO를 통해 5G는 다운 링크에서 20Gbps, 업 링크에서 10Gbps의 데이터 전송률을 달성 할 수 있습니다.
  2. 멀티 플레이어 게임 응용 프로그램, 산업용 로봇, 자체 주행 차량 및 시간이 많이 걸리는 많은 응용 프로그램은 1G 네트워크가 달성하기 위해 노력하거나 전혀 관리 할 수없는 4 미만의 네트워크 대기 시간을 필요로하는 경우 빠른 응답을 요구합니다. 5G 셀룰러 기술은 '엣지 컴퓨팅 (edge ​​computing)'을 가능케하는 핵심 요소로서, 컴퓨팅 파워 (애플리케이션)를 사용자에게 제공함으로써 네트워크 대기 시간을 줄이는 데 도움이됩니다.
  3. 위에서 언급 한 각 범주의 응용 프로그램에는 서로 다른 네트워크 특성이 필요합니다. 그러나 각각에 대해 별도의 물리적 네트워크를 갖는 것은 유력하지 않습니다. 기존의 QoS 솔루션은 주어진 네트워크를 통해 흐르는 여러 유형의 IP 트래픽을 분류하고 관리 할 수 ​​있지만 여러 가지면에서 결함이 있습니다. 예를 들어, 다른 세입자의 동일한 유형의 트래픽을 차별적으로 처리 할 수 ​​없습니다. 때로는 모바일 가상 네트워크 운영자에게 자체 가상 인프라를 제공해야 할 필요가 있습니다. 요컨대, 다양한 유스 케이스에 대해 서로 다른 서비스 품질을 요구하는 사용자, 장치 및 응용 프로그램을 분리해야 할 필요가 있습니다. 5G 네트워크 슬라이싱이 네트워크의 교차 애플리케이션, 교차 서비스 및 교차 테넌트 분할을 제공하는 곳입니다. 네트워크, 컴퓨팅 및 스토리지 용량 리소스, 가상화 된 네트워크 기능 및 무선 리소스를 포함하는 공유 및 전용 리소스 인스턴스가 혼합 된 논리적 인 자체 포함 네트워크를 제공합니다.

5G의 주요 원칙

5G 아키텍처는 이전 버전과 크게 다릅니다. 대기 시간 및 안정성과 관련하여 예상되는 비즈니스 및 성능 목표를 달성하는 것이 중요합니다. 다음은 5G 네트워크가 따르는 몇 가지 핵심 원칙입니다.

  • 사용자 평면과 제어 평면 분리:이 분리는 각 평면에 대해 독립적 인 확장 및 유연한 배치를 가능하게합니다. 필요에 따라 리소스 할당을 수행 할 수 있습니다. 예를 들어, 비디오 감시와 같이 고 대역폭을 필요로하는 응용 프로그램은 사용자 평면 기능을 확장 할 수 있습니다. 반면에, 데이터 교환은 적지 만 더 빈번하게 요구되는 IoT 애플리케이션은 제어 평면 기능의 스케일링을 더 빈번하게 요구할 수있다. 또한 이러한 분리는 다른 기능을 클라우드에서 중앙 집중적으로 유지하면서 일부 기능을 사용자에게보다 가까이서 독립적으로 이동할 수있게합니다.
  • 네트워크 기능을위한 서비스 기반 아키텍처 (SBA): 5G 핵심 네트워크 기능은 상호 작용을 위해 서비스 기반 인터페이스를 사용합니다. 이러한 각 네트워크 기능은 다른 네트워크 기능에 대한 서비스를 제공합니다. 서비스는 요청 응답 또는 구독 통지 모델을 기반으로하는 작업으로 구성됩니다. SBA를 사용하면 다른 기존 기능이나 새 기능으로 동일한 작업을 다시 사용할 수 있습니다.
  • 무국적 네트워크 기능: 5G 네트워크 기능은 무국적으로 설계되었습니다. 상태를 컨트롤과 분리하면 컴퓨팅 리소스에서 컨트롤을 실행할 수 있으며 별도의 스토리지 노드에 상태를 저장할 수 있습니다. 스토리지 노드의 중복을 유지하여 안정성을 높이는 것 외에도이 무국적 성은 5G 네트워크 기능에 해당하는 가상 네트워크 기능의 동적 인스턴스화 / 확장을 지원합니다.
  • 능력 노출 지원: 5G는 외부 기능이 '기능 노출'기능을 사용하여 핵심 네트워크 기능과 상호 작용할 수있게합니다. 이 함수는 외부 함수가 5G 코어에서 상태 / 상태 / 이벤트를 검색하고 5G 코어에 구성 / 정책을 전달할 수있게합니다. 이 5G 기능은 다중 액세스 에지 컴퓨팅 패러다임의 핵심 요소입니다.
  • 로컬 및 중앙 집중식 액세스: 미션 크리티컬하고 지연 시간이 짧은 애플리케이션을 처리하기 위해 5G는 하나의 PDU 세션이 데이터 네트워크를 향한 다중 사용자 평면 앵커를 가질 수 있도록합니다. 이를 통해 5G는 중앙 집중식 클라우드 서버는 물론 로컬 컴퓨팅 서버 (가장자리)를 통한 동시 액세스를 지원할 수 있습니다. 가장자리에서 계산 기능은 네트워크 대기 시간을 엄청나게 줄이는 데 도움이됩니다.

5G 소개

5G는 5G가 기대하는 유연성 및 확장 성 요구 사항에서 중요한 역할을하는 가상화에 크게 의존합니다. 이는 벤더에 의존하지 않는 구현으로 이동하고 하드웨어를 효율적으로 공유 할 수있게합니다.

핵심 측면에서 5G는 가상화되고 클라우드 인프라에서 실행될 것으로 예상되는 네트워크 기능 모음입니다. 4G에서 5G로 전환하는 과정에서 4G EPC 기능은 여러 5G 코어 네트워크 기능을 구성하도록 모듈화되어 클라우드 기본 응용 프로그램으로 재구성됩니다. 다음은 분할 작업의 몇 가지 예입니다.

  1. 4G Mobility Management Entity (MME) 기능은 5G 액세스 및 Mobility 관리 기능 (AMF), 세션 관리 기능 (SMF) 및 인증 서버 기능 (AUSF)으로 구분됩니다.
    • AMF UE 등록 및 이동성 관리를 처리한다.
    • SMF PDU 세션 관리를 처리합니다.
    • AUSF (UE 구독 데이터 및 사용자 - 컨텍스트를 저장하는) 통합 데이터 관리로부터의 인증 벡터에 기초하여 UE 인증 부분을 처리한다.
  2. 4G S-GW 및 P-GW는 SMF 및 사용자 평면 기능 (UPF)으로 나뉩니다.
    • SMF UE IP 주소 할당 및 UPF 선택을 처리한다
    • UPF PDU 세션 앵커 역할 - 패킷 라우팅, QoS 적용 및 과금 기능을 담당합니다.

아래 다이어그램은 4G EPC 기능을 5G 핵심 네트워크 기능에 대한 높은 수준의 매핑을 제공합니다.

4G EPC 대 5G 코어
그림 1 : 4G EPC 대 5G 핵심

소개 된 새로운 5G 핵심 기능은 다음과 같습니다.

  1. 네트워크 슬라이스 선택 기능 (NSSF) : NSSF는 특정 서비스 요구 사항을 충족시키기 위해 RAN, 코어 및 전송 네트워크의 여러 가상 네트워크 조각을 설정하는 데 유용합니다.
  2. 네트워크 노출 기능 (NEF): 외부 네트워크 엔티티가 5G 코어 네트워크와 인터페이스하기 위해 사용하는 기능 노출 기능입니다.
  3. 네트워크 저장소 기능 (NRF): 5G 서비스 기반 아키텍처를 지원합니다. 그것은 다른 네트워크 기능에 의해 제공되는 모든 서비스의 저장소 역할을합니다.

5G의 높은 데이터 전송률과 낮은 대기 시간 요구를 지원하기 위해 액세스 네트워크와 fronthaul이 개선되었습니다. 액세스 측면에서 4G eNodeB (eNB)는 이제 5G gNB (차세대 노드 B)라고합니다.

  1. gNB는 gNB 중앙 집중식 장치 (gNB-CU)와 gNB 분산 장치 (gNB-DU)의 두 부분으로 나뉩니다. 둘 다 이더넷 기반의 IP 중개 네트워크를 사용하여 서로 연결되어 있습니다.
  2. 일반적으로 gNB-CU는 가상화 된 코어 또는 가상화 된 에지와 관련하여 가상화되고 실행됩니다.
  3. gNB-DU는 무선 헤드와 통합되거나 가상화되어 에지 또는 클라우드에서 실행될 수 있습니다.

결론

5G는 건강 관리, 스마트 도시, 연결된 장치, 산업용 IoT 등과 같은 다양한 시장 부문에서 새로운 비즈니스 기회를 열어 가고 있습니다. 5G 사용 사례는 각각 데이터 속도, 대기 시간, 연결 밀도 및 안정성과 관련하여 요구 사항 측면에서 다릅니다.

5G의 가상화 된 액세스 및 코어 네트워크, 모듈화 된 네트워크 기능 및 다양한 배치 옵션은 이러한 다양한 시장에 적합한 셀룰러 연결성을 실현하는 데 적극적으로 도움이 될 것입니다.

원래에 의해 게시 Netmanias의 Harpreet Kaur

이 기사는에서있다 승인 후 출판 됨. 그것은 나타내지 않는다. Gigalight 커뮤니티의 입장. 재현하기 전에 원저자에게 문의하십시오.

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