Em tempos de pandemia, pense em como seria se a nossa conectividade pela Internet não permitisse chamadas de vídeo, salas de aula online para centenas de alunos, transmissão de vídeos em alta qualidade, estabilidade na comunicação e uma velocidade alta na transmissão de dados. Não é novidade que a largura de banda da Internet tem ditado as inovações tecnológicas adotadas pela nossa sociedade. Com o 5G, novas possibilidades irão surgir.
Imagine chamadas de vídeo sem latência, sistemas online com tempos de resposta muito mais rápidos e confiáveis. Cirurgias robóticas remotas, cidades e casas conectadas, mobilidade autonômica, agricultura inteligente e realidade virtual móvel são alguns exemplos de tecnologias que serão beneficiadas pelas novas capacidades destas redes.
Porém, para que tudo isso seja possível, diversas tecnologias precisaram (e ainda precisam) ser implementadas. Nesta publicação vou descrever os elos mais importantes que formam a base tecnológica necessária para que seja possível habilitar uma rede 5G.
Arquitetura 5G
O objetivo principal das gerações anteriores de redes móveis (e.g., GPRS, 3G, 4G) era simplesmente oferecer serviços de dados móveis mais rápidos e confiáveis aos usuários. Na tecnologia 5G, o escopo do objetivo foi aumentado, além de oferecer rapidez e confiança, o usuário final deve ter acesso à uma variedade de serviços sem fio em plataformas de acesso múltiplo e em redes de múltiplas camadas.
Como assim?
Bom, imagine que uma determinada aplicação precisa de mais velocidade, e a privacidade de transmissão não seja tão importante, ou o contrário, onde uma aplicação aceite uma transmissão mais lenta mas mais segura. Essa customização de conexões irá ocorrer de forma transparente ao usuário e resultará em um desempenho otimizado.
A figura acima mostra esse fatiamento entre serviços oferecidos para cada tipo de aplicação que fará uso do 5G. A ideia é que conjuntos de funções de rede diferentes (habilitados pelo conceito de Network Function Virtualization - NFV, que vou falar mais na frente) sejam carregados para diferentes perfis de aplicações.
O 5G é efetivamente uma estrutura dinâmica, coerente e flexível de múltiplas tecnologias avançadas que suportam uma variedade de aplicações. O 5G utiliza uma arquitetura mais inteligente, com redes de acesso via rádio (RANs) sem as restrições devido à proximidade da estação base ou por infraestrutura complexa. O 5G lidera o movimento em direção à RAN com novas interfaces desagregada, flexível e virtual, criando pontos de acesso a dados adicionais.
E onde entra a velocidade?
Bom, além de simplificar a definição de protocolos para determinadas aplicações, as redes 5G também trazes mudanças na estrutura física das conexões.
Espectro e Frequência do 5G
Novos intervalos de frequência via rádio estão sendo incorporados ao 5G (lembra daquela discussão de desabilitar o sinal UHF das TVs? Pois é.). Primeiro, a chamada onda de milímetros, que é uma fração do espectro de rádio com frequências de 30GHz até 300GHz, está sendo dedicada ao novo rádio (NR) no 5G. Além da onda de milímetros, frequências de UHF subutilizadas entre 300 MHz e 3 GHz também estão sendo redirecionadas para 5G.
Essa diversidade de frequências utilizadas pode ser customizada para aplicações exclusivas, considerando que as frequências mais elevadas são caracterizadas por maior largura de banda, embora com alcance mais curto. Por outro lado, as frequências de ondas de milímetros são ideais para áreas densamente povoadas (imagine um estádio de futebol, ou uma avenida extremamente movimentada), porém ineficazes para comunicação em longa distância. Dentro dessas bandas de frequências altas e mais baixas, dedicadas ao 5G, cada operadora começou a estabelecer suas próprias partes individuais discretas do espectro do 5G.
Multiple Access Edge Computing (MEC)
Um elemento importante da arquitetura 5G é a MEC: uma evolução da computação em nuvem que leva as aplicações de data centers centralizados para as bordas da rede e, portanto, para mais perto dos usuários finais e de seus dispositivos. Isto cria essencialmente um atalho no fornecimento de conteúdo entre o usuário, o host e o longo caminho da rede que antes separava as duas partes.
Essa tecnologia não é exclusiva do 5G, porém com certeza é essencial para a sua eficiência. Características da MEC incluem baixa latência, alta largura de banda e acesso em tempo real às informações da RAN, que diferencia a arquitetura 5G das suas predecessoras. Essa convergência da RAN e das redes core vai exigir que as operadoras utilizem novas abordagens para testar e validar a rede.
As redes 5G baseadas nas especificações do 3GPP para 5G são um ambiente ideal para a implementação da MEC. As especificações 5G definem os habilitadores da edge computing, permitindo que a MEC e o 5G direcionem o tráfego de forma colaborativa. Além dos benefícios da latência e da largura de banda da arquitetura MEC, a distribuição da capacidade de processamento vai permitir o alto volume de dispositivos conectados inerentes à implementação do 5G e ao crescimento da Internet das Coisas (IoT).
NFV e 5G
O paradigma de Network Function Virtualization, paralelo ao Software-Defined Networking (SDN), desacopla o software do hardware, substituindo diversas funções de rede, como firewalls, balanceadores de carga e roteadores, com instâncias virtualizadas, operando como software. Isto elimina a necessidade de investir em muitos componentes de hardware caros e também pode acelerar os tempos de instalação, facilitando, inclusive a implementação de aplicações customizadas.
NFV capacita a infraestrutura 5G, virtualizando dispositivos dentro da rede 5G. Isto inclui tecnologia de network slicing, que permite que múltiplas redes virtuais operem simultaneamente. NFV pode tratar outros desafios do 5G por meio de computação virtualizada, armazenamento e recursos de rede que são personalizados com base nas aplicações e nos segmentos de clientes.
5G, Aprendizagem de Máquina e Inteligência Artificial
A natureza heterogênea dessas redes sem fio, compreendendo múltiplas redes de acesso, bandas de frequência e células de acesso, torna necessário que operadores de rede utilizem técnicas de Aprendizagem de Máquina (AM) e Inteligência Artificial (IA) para superar os desafios existentes no planejamento e na implantação destas redes. AM e IA podem auxiliar na análise de informações geográficas, na engeharia de parâmetros de rede e dados históricos para:
- Prever picos de tráfego, utilização de recursos e tipos de aplicação;
- Otimizar parâmetros de rede para expansão da capacidade;
- Eliminar buracos de cobertura através da medição da interferência;
- Fatiamento dinâmico da rede para atender diferentes casos de uso com diferentes requisitos de QoS;
- etc..
Vale a pena mencionar que esse caminho é de mão dupla, ou seja, enquanto AM e IA farão parte do núcleo de gerenciamento de redes 5G, estas redes também permitirão que aplicações baseadas massivamente dados poderão estar mais próximas da borda da rede, permitindo a conexão, por exemplo, de múltiplos dispositivos de IoT que irão gerar massivas quantidades de dados.
A imagem abaixo resume essa observação.
Conclusão
Será muito interessante ver a forma que a tecnologia 5G irá impactar a nossa sociedade: os diferentes tipos de aplicações e possibilidades que irão surgir. Entender como tudo isso foi desenhado e se encaixa, hoje em dia, nos dá a base para que a próxima geração de tecnologias conectivas surja.
0 Comentários