41ЛР_5G

Цель работы:

Исследовать архитектурные основы и фундаментальные принципы технологии мобильной связи пятого поколения (5G), выполнить сравнительный анализ её ключевых характеристик с предыдущим поколением (4G) и выявить новые классы услуг, реализуемые благодаря возможностям 5G.

Задачи:

1.Определить концептуальную основу 5G: сформулировать её сущность и проанализировать целевые показатели, заложенные в стандарте.

2.Провести сравнительный анализ поколений: сопоставить технологии 4G и 5G по критически важным параметрам, таким как: пиковая и пользовательская скорость передачи данных, задержка (латентность), поддержка плотности подключений устройств и энергоэффективность.

3.Систематизировать сервисные сценарии 5G: описать и детализировать три ключевых сценария использования, определённых стандартом — улучшенный мобильный широкополосный доступ (eMBB), массовый интернет вещей (mMTC) и сверхнадёжная связь с малой задержкой (URLLC).

4.Проанализировать архитектуру сети 5G: рассмотреть её модульную структуру,

включая функциональное деление на сегменты доступа (RAN), транспорта (Transport) и ядра (Core Network), а также раскрыть принцип работы и значение технологии Network Slicing (сетевое сегментирование) для создания виртуальных изолированных сетей.

Теоретическая часть

1. Сущность 5G и её главные цели

5G — это не просто «более быстрый 4G». Это новое поколение мобильной связи, представляющее собой единую универсальную платформу, способную подстраиваться под диаметрально разные задачи. Его суть — в переходе от простого обеспечения мобильного интернета к созданию цифровой среды для всего: людей, устройств, промышленных систем.

Ключевые целевые показатели (как их видят разработчики стандарта):

•Скорость передачи данных (пиковая): До 20 Гбит/с для приёма (downlink) и 10

Гбит/с для передачи (uplink) — возможность скачать фильм в Ultra HD за секунды.

•Сверхнизкая задержка (латентность): 1 мс и менее — реакция сети, сопоставимая с рефлексами человека, что критично для удалённого управления.

•Огромная плотность подключений: До 1 миллиона устройств на 1 кв. км — фундамент для «интернета вещей» в умном городе.

•Энергоэффективность: Резкое снижение энергопотребления как сети, так и устройств (например, датчиков с автономной работой в 10 лет).

•Надёжность связи: Гарантированное качество службы (до 99.999%) для критически важных приложений.

2. Сравнение 4G и 5G: качественный скачок

Сравнение показывает не эволюцию, а революцию в возможностях:

Вывод: 5G — это не только «быстрее», а, в первую очередь, «умнее», «отзывчивее» и «вместительнее». Он создаёт сеть, адаптированную как для человека, так и для миллионов машин.

3. Три кита 5G: сценарии использования (eMBB, mMTC, URLLC)

Стандарт 5G изначально заточен под три принципиально разных типа сервисов:

1. eMBB (Усовершенствованный мобильный широкополосный доступ): Наследник 4G, но на новом уровне. Это суперскоростной интернет для пользователей.

•Сценарии: Потоковое видео в 4K/8K и 360°, виртуальная и дополненная реальность (VR/AR), мобильный облачный гейминг.

•Суть: Максимальная пропускная способность там, где это нужно пользователю.

2.mMTC (Массовый машинный тип связи): Сеть для огромного количества простых, экономных устройств.

•Сценарии: Умные города (освещение, парковки, мусор), умный дом, носимые устройства, логистика (датчики на грузах).

•Суть: Обеспечение связи для миллионов дешёвых датчиков, которые передают маленькие порции данных и должны работать годами без замены батареи.

3. URLLC (Связь с ультра-надёжностью и малой задержкой): Сеть для критически важных приложений, где промедление или обрыв недопустимы.

•Сценарии: Беспилотные автомобили и транспорт, телемедицина (удалённые операции), автоматизация заводов и промышленных процессов (роботы, управление станками), smart grid.

•Суть: Гарантированная доставка команды или данных за доли секунды с почти 100% надёжностью.

Важно: Это не просто три услуги, а три разных профиля требований к сети, которые должны сосуществовать на одной инфраструктуре.

4. Архитектура сети 5G: модульность и «срезы» (Network Slicing)

Архитектура 5G стала гибкой и облачной, что и позволяет реализовать описанные выше сценарии.

1.Ключевые сегменты сети:

•RAN (Радиодоступная сеть): Это антенны и базовые станции (включая малые соты). В 5G они становятся «интеллектуальнее», а их архитектура — более распределённой (Cloud RAN).

•Transport Network (Транспортная сеть): «Артерии», соединяющие RAN с

ядром. В 5G требуют огромной пропускной способности и гибкости, часто строятся на базе SDN.

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Рисунок 4.

Рисунок 5.

Рисунок 6.

Рисунок 7.

Рисунок 8. Результат моделирования 5G Основы и архитектура.

Вывод:

Практическая реализация потенциала 5G обеспечивается тремя стандартизированными сценариями (eMBB, URLLC, mMTC), каждый из которых формирует основу для целого класса инновационных приложений: от индустрии развлечений нового поколения до критически важных систем управления транспортом, промышленностью и здравоохранением. Реализовать столь разнородные требования в рамках единой физической инфраструктуры позволяет сервис-ориентированная,

облачная и программно-определяемая архитектура 5G. Её ключевым элементом является технология Network Slicing, предоставляющая операторам инструмент для создания изолированных, безопасных и оптимизированных под конкретную задачу виртуальных сетей. В совокупности это формирует техническую основу для построения гиперподключённой цифровой экосистемы будущего.