Introdução a Redes 5G - Desenvolvimento e Evolução

As comunicações móveis mudaram profundamente a vida das pessoas. Apesar disso, a busca por comunicações móveis de maior desempenho é interminável. A quinta geração de tecnologias móveis, 5G, foi impulsionada para se adaptar ao crescimento explosivo do tráfego de dados móveis, conexões maciças de dispositivos e novos cenários emergentes de serviços e aplicativos.

Suportando banda Larga Móvel Aprimorada (eMBB - Enhanced Mobile Broadband ), conexões ultraconfiáveis e de baixa latência (URLLC - Ultra-reliable and Low-latency Communication) e comunicações maciças do tipo máquina (mMTC - Massive Machine-Type Communication). O 5G pode atender a requisitos de serviço diversificados para diferenciação de capacidade de rede e convergência de rede, inaugurando uma nova era de Internet de Todas as Coisas (IoE).

Evolução das Comunicações móveis

Para entender uma tecnologia é essencial saber seu contexto histórico. Na imagem abaixo é possível ver a evolução das tecnologias móveis e suas principais características.

Cada geração foi importante para evolução da próxima e, é importante definir, que mesmo após a adoção de um tecnologia a outra não foi completamente extinta e sim integrada de uma forma que fosse compatível com novos e antigos dispositivos móveis.

1G - Comunicação analógica

• Lançada em 1986
• Transmissão analógica, utilizando sinais de rádio para codificar o áudio
• Tecnologia era limitada a fornecer os serviços de voz entre aparelhos.
• Incompatibilidade de padrões
• Monopólio da Motorola

2G/2.5G - Transformação Digital

• Se beneficiou do surgimento da da modulação digital
• Completamente Digitais
• Maior Segurança e Robustez com relação a geração anterior
• Dados transmitidos com baixo débito
• A 2.5 G Introduziu serviços como EDGE, SMS e GSM

3G - A Geração da Internet

• Reformulação dos padrões e melhor aproveitamento do espectro eletromagnético.
• Com a introdução do iphone com suporte a 3G em 2008 era iniciada a era da multimídia móvel.

4G - A era da Internet Móvel

• Foco na transmissão de dados para acesso a internet

• Introdução do LTE um padrão que prioriza o tráfego de dados ao invés de voz. Tornando o mais rápido e estável

• Avanço em diversos campos como Cloud Computing, Serviços de Streaming e Games

• LTE+ é utilizado pelo 4G para manter diferentes conexões em diversas frequências simultaneamente

5G - A Era da Internet das Coisas

• Expande a comunicação de apenas pessoas-pessoas para pessoas-pessoas, pessoas-coisas e coisas-coisas, alcançando a interconexão de tudo.

• As redes 5G permitirão a digitalização de toda a indústria, trarão mudanças tremendas e remodelarão nossa vida, trabalho e modelos de negócios.

Mudança de Gerações

Como dito anteriormente, quando ocorre uma mudança de geração como as que estamos presenciando, em um primeiro momento é feito apenas uma adaptação da rede atual para que seja possível integrar as novas tecnologias. Muitos módulos são aproveitados e/ou melhorados em uma evolução de geração outros são descartados quando a fase de transição é completa, porém esse é um processo gradual e não muito instantâneo. No exemplo da imagem abaixo podemos ver que muitos componentes do 3G ainda são utilizados no 4G LTE, porém não existe mais uma distinção entre o acesso a internet e o acesso a voz no 4G.

No caso de uma transição que permita a compatibilidade do 4G para o 5G podemos observar que muitos componentes cruciais do 4G ainda são presentes na arquitetura híbrida diferente do 3G para o 4G onde tivemos, na realidade, uma melhoria de componentes já existentes para que o acesso aos dados móveis fosse prioritário com relação aos dados por voz.

Para entender a arquitetura híbrida 5G/4G utilizada é preciso saber os componentes básicos da arquitetura 4G.

EnodeB - *O eNodeB é responsável por realizar várias funções importantes, incluindo a configuração de canais de rádio, controle de potência, gerenciamento de mobilidade, gerenciamento de sessões de usuários, além de fornecer segurança e proteção contra ameaças à rede. O eNodeB se comunica com a rede de núcleo de telecomunicações móveis por meio de uma interface conhecida como S1, permitindo que os dados sejam transmitidos entre os dispositivos móveis e os serviços da rede. *

LTE UE(User Equipament) - O UE é um dispositivo móvel, como um smartphone, tablet ou modem USB, que se conecta à rede LTE para acessar serviços de dados móveis, voz e mensagens.

EPC (Enhanced Packet Core) - O EPC é responsável por gerenciar o tráfego de pacotes de dados entre o UE (User Equipment) e a rede de serviços de telecomunicações móveis.

MME (Mobility Management Entity) - *É responsável por gerenciar a mobilidade do equipamento do usuário, ou seja, a mudança relativa as torres de telefonia móvel. no primeiro momento esse módulo que faz um registro inicial do equipamento do usuário na rede. Com isso esse módulo também controla as sessões do usuário na rede e funções como rastreamento e geolocalização. *

HSS (Home Subscriber Service) - O HSS é um banco de dados central que armazena informações importantes sobre os usuários do serviço, como os detalhes da assinatura, informações de autenticação, autorização e perfil de serviços. O HSS é responsável por verificar a identidade dos assinantes e garantir que eles tenham acesso autorizado à rede de serviços. É um componente crítico para garantir a segurança e a qualidade dos serviços oferecidos aos usuários móveis.
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PCRF (Policy and Charging Rules Function) - **PCRF é responsável pelas políticas de cobrança que são efetuadas pela operadora e também pela entrega da qualidade do serviço (QoS) conforme as regras estabelecidas pela operadores de telecomunicação.

PDN (Packet Data Network) -** PDN significa Packet Data Network, que se refere a uma rede de dados que é usada para transportar pacotes de dados entre o dispositivo do usuário, como um smartphone ou tablet, e a rede de serviços de telecomunicações móveis. A rede PDN é composta por vários elementos, incluindo servidores de aplicativos, gateways e roteadores.**

A arquitetura 5G introduz novos elementos que permitem a melhor qualidade dos dados transmitidos e também a velocidade. Uma das grandes vantagens do 5G é permitir a virtualização de certos módulos que suas funções agora executadas em nuvem e que são orquestradas de maneira que garantam a eficiência da rede. Na imagem podemos observar esses componentes

Em uma arquitetura híbrida vemos que certas partes que são novas na rede 5G são o equivalente a outras já existentes na rede 4G. Vamos detalhar esses módulos em artigos futuros, mas por hora basta saber que, basicamente, suas funções são parecidas com outras já estabelecidas no 4G LTE.

Arquitetura Geral

Para simplificar, mesmo com as mudanças de geração, uma rede de telefonia móvel vai ter uma base ou arquitetura geral que pode ser simplificada pelos seguintes elementos: Terminal(Equipamento do Usuário), uma rede de enlace ou rede de transporte, uma rede central e por último o destino que será a Aplicativo Móvel ou Site que o usuário acessa.