基于第四代部署的第五代网络的设备和功能说明

第四代蜂窝网络可以基于两种技术构建-LTE（长期演进）和WiMAX（微波接入全球互操作性）。 这两种技术都是相似的，但是开发人员和出现时间不同。 基于IEEE 802.16标准（由电气电子工程师协会，电气电子工程师协会开发）的WiMAX使用OFDM技术在两个方向上传输数据（用于上载和下载），这会导致较高的峰值因子，即系数较大最终设备电源上的负载（换句话说，使用OFDM出站速度时，手机的电池会磨损并更快地放电）。 与WiMAX不同，长期演进技术使用SC-FDMA技术来提高输出速度，因为该技术是单载波的，所以避免了高峰值因子。

LTE技术是由3GPP（第三代合作伙伴计划）论坛开发的，旨在解决使用GSM和CDMA2000（UMTS）技术的问题，这两个技术分别是第二代和第三代蜂窝通信技术。 在哈萨克斯坦，为了运行蜂窝网络，他们首先使用GSM技术（EDGE），然后使用CDMA2000，因此建议引入基于LTE Advanced（LTE Realize 12）技术的蜂窝通信。 因此，哈萨克斯坦的第五代网络应基于LTE Advanced网络进行部署。

蜂窝通信的第五代（第5代）应该解决的问题不是与提高语音传输质量有关，而是与Internet访问和提高数据传输速度有关。 当前（2019年2月）尚未开发5G标准，但到2019年12月，国际电信联盟将引入IMT-2020标准，该标准描述了构建和访问网络的技术。 由于以前所有通信的技术都基于以前的技术，即使用3G网络的服务，因此不必购买新设备，而要使用LTE Advanced，只需在过时的电话中更换SIM卡，作者假定IMT标准的第一个版本2020年将基于具有非正交频率分集信道Non-OFDM的LTE Advanced技术。

尽管其架构类似于LTE Advanced，但5G网络应使用更宽的频谱来提高速度，并且由于第四代网络占用的分米或厘米频率范围（LTE Advanced在加载时的工作频率为2500至2690 MHz，例如，国内运营商“ “ Altel”使用1800 MHz频段。然后，对于第五代网络，很可能会分配毫米范围（60-100 GHz）内的频率。 因此，要使用毫米范围，不仅需要增加我国基站的数量，而且还需要增加这些基站的电源单元的功率。

5G网络的另一个标志是引入云技术。 必须使用“云”来减轻基站的负担，假设它们只会发送信号而不进行处理，就像4G网络中那样（在LTE网络中，信号处理发生在终端设备和基站，移动性管理单元，MME一侧基站仅传输服务信息，而不传输用户流量，而是由基站参与传输，因此，随着连接设备数量的增加，它们将无法应付负载。

由于第五代网络将在第四代网络的基础上运行，因此我们首先需要解释LTE Advanced网络的功能，然后得出关于第五代网络架构差异的假设。

LTE网络由两个系统组成-核心网络，由移动性管理实体模块，用户平面实体模块，服务和分组网关组成的系统架构演进或演进分组核心，以及无线接入网（演进的UMTS地面网络）无线接入网（E-UTRAN），仅由基站组成。 在上一代通信中，无线电接入网络架构包括无线电网络控制器无线电网络控制器，其功能包括建立和中断用户连接的过程，切换过程（将用户从一个基站转移到另一个基站），加密用户数据，确定质量控制级别。 在LTE网络中，所有这些功能都分配给基站。

LTE网络的所有元素都使用接口互连（接口是一组连接各种设备的标准化连接，例如，该接口称为计算机主板和外围设备的连接电缆-RS-232，USB，HDMI）。 连接基站的接口称为X2，负责在从一个基站到另一个基站的过渡过程中将用户保留在网络中。 基站使用S1接口连接到移动性管理单元； 接口本身分为两种：S1-C，通过Serving GW网关为基站传输服务信息； S1-U，通过分组数据网GW分组网关发送用户信息。 此外，除了S1之外，还有其他接口，例如：S2（用于连接到不是3GPP论坛不是开发者的网络），S3（用于连接第二代和第三代网络的订户的分组网络节点以及MME），负责传输服务数据LTE网络和上一代之间的连接），S4（用于连接SAE核心网络和上一代分组网络节点SGSN，服务GPRS支持节点），S5（连接核心网络和分组数据网络GW分组网关），S6（连接移动性管理单元和用户数据服务器，负责LTE网络中的身份验证 ） 核心网络，无线电接入网络和连接接口的网络设备的整体是LTE，LTE Advanced网络的物理结构。

从逻辑上讲，LTE网络结构分为两部分：无线访问层Access Stratum和非访问层Non-Access Stratum。 无线电接入层包括无线电接入网络和基本分组网络的所有设备；无接入层包括用于控制（或管理）移动性，EMM，EPC移动性管理的方法。

基于LTE Advanced的网络可提供对高质量网络服务的访问-通话，高速下载多媒体数据，某些应用程序（主要是Messenger）的免费使用（不包括流量）。 不幸的是，由于设备数量众多以及多媒体信息的质量（以及大小）的改善，LTE网络很快将无法应对沉重的负担。 特别是，LTE使用的分米频谱将无法提供具有必要质量等级（Qos）的资源的访问，然后设备可能会简单地与网络断开连接（基站拒绝为手机提供服务）。

为了防止带宽饱和，并在将来为消耗很少资源的设备释放分米光谱，到2025年，欧洲计划将其引入第五代网络（5G）。 蜂窝通信的每一代都应该互不相同：从第一代到第二代-从模拟到数字调制模式的转变； 从第三到第二-附加服务的出现，例如高速Internet访问； 从第三部分到第四部分是从信道切换（输入数据的分发）到分组的过渡以及IP寻址的实现（如在有线网络中一样）。 第四代中的第五代应该在两个参数上有所不同：频谱的使用频率，即过渡到超短波，以及通过将基站的功能转移到虚拟机来消除基站的负载。 在5G架构中包含虚拟化和云技术意味着更灵活，更快速的配置以及更便宜的部署，因为一台物理机上可以有许多虚拟机。 通过灵活的设置，作者了解使用通信服务的个人条件的创建：针对每个订户需求量身定制的个人资费计划； 控制所有应用程序消耗的数据量。

因此，根据3GPP TS 38.300版本15.3规范。 1第15版，第五代网络的通用设备基于新无线电技术，将分为两部分，如上一代：5GC（核心网络），即核心网络和NG-RAN（下一代无线电接入网络），然后有下一代无线接入网。 核心网络应由两个分开的实用程序和用户功能的主要设备组成。 这些设备称为“功能”：AMF（访问和移动性管理功能），负责在移动用户时提供访问并控制网络信号维护的功能； UPF（用户平面功能），负责用户流量的传输。

此外，网络体系结构中还包括其他“功能”：SMF（会话管理功能），一种会话管理功能，为用户设备分配IP地址，管理和监视通过用户平面功能的流量，选择UPF将流量移至目的地。 AUSF（认证服务器功能），用户设备认证服务器功能； UDM（统一数据功能）是注册数据，安全信息和订户的各种订阅的存储库； PCF（策略控制功能），一种策略管理功能，用于控制单个网络行为策略和每个网络平面（用户和服务）的行为策略； AF（应用程序功能）是执行对会话管理功能的请求的应用程序功能，也可以访问设备电池管理。

无线电接入网络由两种类型的基站组成：在第五代网络中运行的gNB和在第四代（E-UTRAN）或上一代网络中运行的ng-eNB。 两种类型的基站都必须通过Xn接口连接，而基站与功能块的连接必须通过NG接口。 与LTE网络一样，NG接口对于彼此通信的设备也有所不同。 总体而言，2016年12月发布的3GPP TR 23.799规范定义了NG接口的15种类型，编号从1到15。无法在本文中描述所有15种通信系统，因此作者仅给出其中的5种。 因此，NG1是用户设备与AMF之间的“参考点”，NG2-将基站与AMF连接； 基站还通过NG3接口连接到用户平面功能，而用户平面功能又通过NG4接口连接到会话管理功能，并且通过NG6接口提供Internet访问和运营商服务。 AF应用程序功能通过NG5接口连接到会话管理功能。

诸如用户和控制平面之类的概念已从5G网络中的LTE网络转移而来，因此与用户相关联的NG接口（如LTE）表示NG-U，因此表示用于控制平面的NG-C，因此表示协议级别接口（堆栈）也仅分为用户和服务。 用户平面接口将基站连接到UPF，控制平面接口（NG-C）连接到AMF。 此处应注意，NG-U提供非保证的传递（当用户设备发送协议数据元素（PDU）且不等待响应的传递报告时；保证传递是以报告形式接收到该数据元素的确认），大大节省了时间数据传输。

Xn和NG接口必须具有开放的规范，供所有制造商与各种基站进行交互。 这里应该指出，一些致力于5G要求和标准制定的科学家团体，特别是NGMN（下一代移动网络）论坛，在他们的报告中坚持认为，所有技术都是完全开放的，即整个网络设备都是从物理开始的。并且以应用程序级别结尾的所有用户都应该可以访问。 NGMN还认为，5G网络的设计和建设不应由每个运营商分别进行，而应由所有区域运营商共同进行。

在第五代网络中工作的过程大致如下：用户设备使用内置天线检测网络（此阶段自第二代和GSM技术以来一直保持不变），网络即AMF通过基站请求电话服务数据。

用户设备通过基站将其注册数据发送到访问和移动性管理功能（AMF），此功能将设备的注册数据与服务器上存储所有订户数据的服务器进行比较，如果提供的数据匹配，则允许访问网络。 注册后，用户设备将获得对UPF的访问权，并通过它访问网络的服务。
第五代网络的另一个差异-云操作系统中的服务虚拟化和数据处理-在架构的定义中增加了另一个概念：除了“平面”-“平面”之外，“切片”-“切片”的概念也意味着不同的设置（或特性）网络），供个人用户和组以及设备使用。 假设5G网络提供商将创建特殊模板-虚拟机（NST，网络切片模板），并且用户将能够自行优化这些模板，即连接所需的服务，租用软件。 切片的架构不应开放，因为可以远程工作（在“云”中，即在5G提供商的数据存储中心中）的虚拟机可以来自不同的制造商。 例如，哈萨克斯坦最大的座机电话提供商Kazakhtelecom JSC使用Microsoft云服务（Hosted Lync，Hosted SharePoint，Hosted Exchange）以及具有Windows操作系统（IIS Web服务器）和Linux（Web服务器）的虚拟主机。 Apache）。

2016年，NGMN论坛发布了文档“网络切片概念描述”，“网络切片概念描述”，其中切片的逻辑结构由三部分组成（从下到上）：资源级别，网段实例级别和服务实例级别。
资源级别包括所有物理和逻辑资源。 物理资源是构成网络的所有组件：基站，存储系统，服务器，路由器，交换机，甚至是交叉连接（诸如铜缆或光缆之类的连接设备都是物理资源）。 逻辑资源是按某种属性或出于任何目的分组的物理资源，例如，用于虚拟主机的逻辑资源（一种服务，该位置提供了在网络，服务器计算机上不断工作的数据存储位置） ：实际上是一台带有操作系统的服务器计算机，一个数据存储系统-一个由多个相互连接的硬盘驱动器，交换机，路由器和连接电缆以及 按需ogrammnoe软件。 网络功能与资源无关；它们是网段一部分的一部分。 同时，描述结构和所需网络功能的网段计划指的是逻辑资源。
网络段的一个实例-这是“切片”-切片，它是一组特性，设置，分配的资源，用于部署服务和网络运营商提供的服务。 例如，用于机器（传感器，计数器）之间的数据交换的切片不需要数据存储系统，只需要服务器，交换机和路由器以及连接电缆，因为有时单个数据位足以将信号从设备传输到设备-0或1.如果我们回想切换过程（用户设备从一个基站到另一个基站的过渡），那么它立即表明基站和用户设备彼此交换文本消息， yaschimi从一个 - 两个词（例如：HO请求，HO响应等）。 同时，用于M2M（机器和机器）连接的逻辑片必须非常可靠，即必须传递消息和超低延迟，即必须非常快地传递消息，例如，如果汽车远程控制程序将消息发送给汽车传感器。 相反，提供互联网电视服务的另一种截止模式要求数据存储系统，多个服务器，路由器和连接设备以提供对多媒体服务的持续访问，这也需要极低的延迟，但同时并不需要极其可靠，因为这种丢失用户可能不会注意到多个数据包。

一个网段可以使用各种资源，这些资源由几个逻辑上完整的子网组成，而网络不仅可以使用自己的片上的资源，还可以使用另一个片上的资源。 必须将网络段部署在虚拟机中，因为由于管理程序（将服务器计算机的物理资源划分为几个逻辑组件的特殊程序）的可扩展性，即切片数量的增加（例如，一个切片-一个虚拟机）将是一个非常简单的过程。

服务实例级别是提供给用户的最终服务或程序。服务实例长期以来一直是全球网络的一部分。此类服务的经典示例是邮件服务，例如Gmail，它通过浏览器加载并且与任何其他站点都没有区别，但是它使用与Microsoft Outlook相同的网络协议或计算机上安装的另一个独立程序，并在启动时与邮件服务进行通信。通过邮件协议的盒子。

第五代网络在物理上应具有与LTE网络相同的简单结构，即仅由核心网络和无线电接入网络组成。但是从逻辑上讲，5G的结构要复杂得多：保留了与用户和服务平面的水平分隔，增加了对切片的垂直分隔，扩展了计算机控制的作用，添加了新的逻辑元素，例如会话控制功能或应用程序功能。

作者认为，第五代网络的物理结构将在几年内与上一代类似，因为用户设备（电话，平板电脑等）的制造商需要确保保证在不同网络中运行的技术的连续性，特别是因为网络设备的总体方案第五代表示两种类型的基站。此外，通过3GPP规范使用Non-OFDM作为调制方法这一事实证明了从一代到另一代的平稳过渡，这已在LTE Advanced网络中实现。

第五代通信将为制造商和私人用户提供LTE网络中未提供或无法正常运行的服务，例如机器之间的交互，即使用各种传感器。

总之，必须说，要在哈萨克斯坦部署第五代网络，最合适的是Kazakhtelecom JSC，后者拥有Altel移动运营商100％的股份，该公司提供LTE蜂窝网络服务，并拥有该移动运营商75％的股份。 Kcell。” 该公司为客户提供虚拟主机，在共和国的不同城市拥有多个数据中心。如果国际电信联盟于2019年12月向国际社会提交批准的5G规范（IMT-2020），那么哈萨克斯坦电信公司JSC将能够在2025年之前使第五代网络投入运营。