5G je pátá generace mobilní síťové technologie 3GPP, která poskytuje vyšší přenosové rychlosti, ultra-nízkou latenci, masivní konektivitu a síťové řezy (network slicing) pro podporu různorodých případů užití.

Popis

5G je komplexní systémová architektura definovaná standardy 3GPP, která je zásadně přepracována oproti předchozím generacím, aby podporovala širší spektrum služeb a požadavků. Systém je definován jasným oddělením mezi rádiovou přístupovou sítí (RAN) a jádrovou sítí (CN). Přístupová síť 5G (5G-AN), která zahrnuje rádiovou přístupovou síť nové generace (NG-RAN) postavenou na gNB a ng-eNB, je zodpovědná za všechny rádiové funkce. Připojuje se k jádrové síti 5G (5GC) přes standardizovaná rozhraní (N2 pro řídicí rovinu, N3 pro uživatelskou rovinu), což umožňuje architekturu založenou na službách (SBA) s větší flexibilitou a škálovatelností než u předchozích síťových generací.

Jádrová síť 5G je cloud-nativní architektura založená na službách, kde síťové funkce (NF), jako je funkce správy přístupu a mobility (AMF), funkce správy relací (SMF) a funkce uživatelské roviny (UPF), nabízejí své schopnosti jako opakovaně použitelné služby dalším autorizovaným NF prostřednictvím společného rámce. Komunikace mezi těmito NF využívá rozhraní založená na službách (SBI) na bázi HTTP/2. Klíčovou inovací je jasné oddělení uživatelské roviny (UP) od řídicí roviny (CP). UPF zpracovává veškeré směrování a přeposílání paketů, vynucování politik a reportování provozu a může být flexibilně a distribuovaně nasazena blízko okraje sítě pro minimalizaci latence. Funkce CP spravují relace, mobilitu a politiky.

5G zavádí koncept síťových řezů (network slicing), který umožňuje vytváření více logických, end-to-end sítí na sdílené fyzické infrastruktuře. Každý řez je izolovaná sada síťových prostředků a funkcí přizpůsobená specifickým požadavkům služeb (např. rozšířené mobilní širokopásmové připojení (eMBB), ultra-spolehlivá komunikace s nízkou latencí (URLLC), masivní komunikace mezi stroji (mMTC)). Systém 5G podporuje jednotný autentizační rámec a umožňuje bezproblémovou mobilitu a kontinuitu relací, včetně spolupráce se sítí 4G E-UTRAN prostřednictvím nestandalone (NSA) architektury, kde je 5G RAN ukotvena k jádru 4G, a standalone (SA) architektury s plnohodnotným jádrem 5G.

K čemu slouží

5G byla vytvořena, aby řešila exponenciální růst mobilního datového provozu a vznik nových případů užití, které sítě 4G nebyly navrženy efektivně zvládat. Mezi omezení 4G patřily omezené špičkové přenosové rychlosti, vyšší latence nevhodná pro řízení v reálném čase, omezená kapacita pro masivní počty IoT zařízení a monolitická architektura jádrové sítě, kterou bylo obtížné přizpůsobit různorodým požadavkům služeb. Odvětví potřebovalo flexibilnější, škálovatelnější a efektivnější systém pro podporu budoucí digitální společnosti.

Primární motivací bylo definovat jedinou, jednotnou síťovou platformu schopnou podporovat tři široké rodiny případů užití definovaných vizí IMT-2020 organizace ITU: Rozšířené mobilní širokopásmové připojení (eMBB) pro extrémní přenosové rychlosti, ultra-spolehlivá komunikace s nízkou latencí (URLLC) pro kritické aplikace, jako je průmyslová automatizace a vzdálená chirurgie, a masivní komunikace mezi stroji (mMTC) pro připojení obrovského počtu nízkopříkonových senzorů. To vyžadovalo zásadní architektonický posun k cloud-nativnímu jádru založenému na službách a pokročilejšímu rádiovému rozhraní.

Dále si 5G klade za cíl snížit celkové náklady na vlastnictví pro operátory zavedením virtualizace sítě, softwarizace a automatizace. Architektura založená na službách a síťové řezy (network slicing) umožňují operátorům nasazovat a spravovat služby rychleji a efektivněji, což vytváří nové zdroje příjmů díky nabídce šitých na míru konektivních řešení vertikálním odvětvím, jako je automobilový průmysl, výroba a zdravotnictví, což bylo u předchozích generací náročné.

Klíčové vlastnosti

• Architektura jádrové sítě založená na službách (SBA)
• Síťové řezy (Network Slicing) pro vytváření logických, izolovaných sítí
• Oddělení řídicí a uživatelské roviny (CUPS) pro flexibilní nasazení
• Podpora rozšířeného mobilního širokopásmového připojení (eMBB), ultra-spolehlivé komunikace s nízkou latencí (URLLC) a masivní komunikace mezi stroji (mMTC)
• Cloud-nativní návrh s virtualizací síťových funkcí
• Jednotný autentizační rámec a vylepšené bezpečnostní mechanismy

Související pojmy

• 5GC – 5G Core Network
• NR – New Radio

Definující specifikace

• TR 21.905 (Rel-19) — 3GPP Technical Terms and Definitions
• TS 22.261 (Rel-20) — 5G System Service Requirements
• TR 22.804 (Rel-16) — 5G Automation in Vertical Domains Study
• TS 22.830 (Rel-16) — Business Role Models for Network Slicing
• TR 22.861 (Rel-14) — Massive IoT Feasibility Study; Stage 1
• TS 22.864 (Rel-15) — 5G Network Operation Use Cases & Requirements
• TS 23.003 (Rel-19) — Numbering, addressing and identification in 3GPP
• TS 23.304 (Rel-20) — 5G Proximity Services (ProSe) Stage 2
• TS 23.501 (Rel-20) — 5G System Architecture Stage 2
• TS 23.503 (Rel-20) — 5G Policy and Charging Control Framework
• TS 23.700 (Rel-20) — XR Services Application Enablement Layer
• TR 23.745 (Rel-17) — Study on App Layer Support for Factories of the Future in 5G
• TS 23.795 (Rel-16) — V2X Application Architecture Study
• TS 24.237 (Rel-19) — IMS Service Continuity Protocol Details
• TS 24.501 (Rel-19) — 5G NAS Protocols Specification
• … a dalších 22 specifikací

📖 Anglický originál a plná specifikace: 5G na 3GPP Explorer