A nivel mundial, existen más de mil millones de conexiones 5G en la quinta generación de estándares de comunicación inalámbrica, incluida la versión 5G independiente (SA). Si bien la mayoría de estas conexiones 5G son compatibles con redes 5G no independientes (NSA) que dependen de redes 4G LTE para funcionar, los proveedores de servicios inalámbricos están implementando cada vez más la tecnología 5G independiente (SA), que se considera 5G “verdadero”. En última instancia, 5G SA impulsará nuevos casos de uso y desbloqueará las capacidades avanzadas de 5G.
5G independiente (SA) es una implementación de 5G que utiliza únicamente una red central 5G, lo que significa que no depende de las funciones de control de la red 4G LTE para señalización y transferencia de datos. A escala, 5G SA ofrecerá costos más bajos para los proveedores de servicios inalámbricos, una mejor experiencia de usuario y admitirá nuevos casos de uso.
Centro Infra proporciona una descripción general detallada de 5G independiente (SA), incluido qué es, su arquitectura y sus diferencias clave con respecto a 5G no independiente (NSA). Además, detallamos las implementaciones y lanzamientos comerciales de 5G SA realizados por los operadores inalámbricos estadounidenses T-Mobile, Verizon, AT&T y DISH Network. Finalmente, Centro Infra explica los beneficios clave y los casos de uso de 5G SA.
¿Qué es 5G independiente (SA)?
5G independiente (SA) es una nueva arquitectura de red móvil que no depende de la infraestructura 4G existente para facilitar las comunicaciones. En cambio, las redes 5G SA se construyen con infraestructura 5G tanto en la red de acceso por radio (RAN) como en la red central, junto con principios nativos de la nube, como virtualización, contenedores, orquestación de contenedores y microservicios. A su vez, las redes 5G SA son más flexibles, escalables y eficientes en el uso de los recursos de la red, lo que conduce a una mejor experiencia del usuario final para los consumidores y menores costos para los proveedores de servicios inalámbricos.
¿Cuál es la diferencia entre 5G independiente (SA) y no independiente (NSA)?
La principal diferencia entre 5G independiente (SA) y no independiente (NSA) está en la red central. Específicamente, 5G NSA implica colocar 5G RAN sobre una red 4G LTE existente, mientras que 5G SA requiere una nueva red central de paquetes 5G.
Como referencia, la siguiente ilustración muestra la arquitectura y los diferentes componentes de la red central y la red de acceso de radio (RAN):
Fuente: Torre Americana.
A continuación se muestran más detalles sobre las arquitecturas 5G SA y NSA, para poder comparar y contrastar mejor estas dos implementaciones de 5G:
Arquitectura 5G independiente (SA)
5G independiente (SA) es una arquitectura de red móvil completamente nueva. Permite todas las capacidades de 5G, dado que no depende de ninguna infraestructura 4G LTE existente.
5G SA implica una nueva arquitectura central de paquetes 5G, lo que significa que los servicios 5G se pueden implementar sin equipos 4G LTE preexistentes en la red. En la arquitectura 5G SA, la RAN 5G y su interfaz New Radio (NR), que consta de estaciones base de macrocélulas gNodeB (gNB), está conectada a la red central de paquetes 5G y opera como una entidad “independiente”.
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En 5G SA, la red central 5G proporciona la señalización del plano de control, mientras que la red de acceso por radio (RAN) 5G proporciona el plano de usuario (o datos), es decir, la transferencia de tráfico de datos entre el dispositivo de un usuario y la red. Por lo tanto, esta arquitectura elimina cualquier dependencia del núcleo y la red de radio 4G LTE.
Además, la arquitectura central de paquetes 5G ofrece muchas funciones y capacidades de red nuevas e integradas de forma nativa dentro de esas funciones. Por ejemplo, estas nuevas capacidades incluyen: división de red, control y separación del plano de usuario (CUPS), virtualización, automatización, soporte de múltiples gigabits por segundo (Gbps) y comunicaciones ultra confiables de baja latencia (URLLC). Como resultado, la red central 5G está diseñada para aprovechar al máximo la capacidad (rendimiento) adicional y la latencia reducida que la nueva radio 5G (NR) puede proporcionar.
Arquitectura 5G no independiente (NSA)
5G no independiente (NSA) es la primera versión de la arquitectura de red 5G, considerada un “trampolín” hacia la “verdadera” red 5G que es 5G independiente (SA). Como sugiere el nombre, 5G NSA no es “independiente”, lo que significa que está diseñado para implementarse sobre la infraestructura de red 4G LTE existente.
5G NSA permite implementar 5G RAN y su interfaz New Radio (NR) y conectarse a una red 4G LTE, lo que significa acceso de radio 4G para señalización del plano de control y una red de núcleo de paquetes evolucionado (EPC). Es importante destacar que en esta arquitectura, la radio 5G (NR) no puede conectarse a la red central del plano de control 4G LTE por sí sola. En cambio, la radio 5G depende de la estación base de macrocelda eNodeB (eNB) 4G LTE para toda la señalización del plano de control. Mientras que la radio 5G (NR) se utiliza para el plano de usuario (o de datos).
A nivel mundial, 5G NSA ha sido utilizado principalmente por proveedores de servicios inalámbricos para brindar servicios 5G de manera rápida y sencilla a los usuarios finales. Con 5G NSA, los operadores inalámbricos han podido ofrecer servicios introductorios de 5G a sus clientes, mientras utilizan este tiempo de transición para resolver cualquier problema en la RAN 5G y, en paralelo, mantener la estabilidad del resto de su red 4G LTE. Para los usuarios finales, los beneficios iniciales de utilizar 5G NSA han sido una mejor cobertura y un mayor rendimiento en comparación con los servicios 4G LTE.
Computación en la nube
En 5G SA, la red central se construye utilizando principios nativos de la nube, que se refieren a la virtualización, contenedores, orquestación de contenedores (Kubernetes) y microservicios. Los operadores inalámbricos están utilizando uno de los siguientes tres modelos de entrega en la nube para implementar su red central 5G SA:
- Nube privada: implementa funciones principales locales a través de su [nube privada] interna (/articulos/private-cloud-computing/), que es como históricamente han implementado funciones principales
- Nube pública: implemente la red completamente en la nube pública a través de un proveedor de servicios en la nube (CSP), como Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure y Google Cloud.
- Nube híbrida: utiliza un enfoque de nube híbrida, es decir, una combinación de un centro de datos local (o ubicación de borde) y una nube pública. Aquí, las funciones son una instancia del proveedor de servicios en la nube (CSP), a través de servicios como AWS Outposts, Azure Stack Edge de Microsoft o Anthos de Google Cloud.
La red central 5G SA es nativa de la nube y está diseñada como una arquitectura basada en servicios (SBA), que está construida con nuevas capacidades como la función de recursos de red (NRF). Más específicamente, NRF actúa como un directorio para todos los servicios de red disponibles, de modo que los clientes puedan localizarlos y acceder a ellos fácilmente.
Computación de borde
5G SA mejora y complementa la informática de punta al permitir que el procesamiento de datos y las aplicaciones se ejecuten más cerca del usuario final, en el borde de la red. Específicamente, el soporte de computación perimetral facilita la distribución de la funcionalidad del plano de usuario (o de datos) para dividir el tráfico dinámicamente en el borde. Esta característica reduce la latencia y aumenta la confiabilidad del servicio, lo que conduce a una mejor experiencia del usuario final.
En última instancia, 5G SA permitirá nuevos casos de uso, particularmente para el Internet de las cosas (IoT), como los vehículos autónomos conectados, que requieren comunicaciones ultraconfiables de baja latencia (URLLC) que solo se pueden lograr en el borde.
Implementaciones 5G independientes (SA) por parte de operadores inalámbricos
A nivel mundial, 40 proveedores de servicios inalámbricos han implementado, lanzado o lanzado suavemente 5G independiente (SA) en redes públicas. Este progreso se compara con un total de 245 operadores inalámbricos que han lanzado o lanzado suavemente redes comerciales 5G, lo que implica que ~16% de los operadores inalámbricos centrados en 5G han hecho el cambio a 5G SA.
Geográficamente, estos lanzamientos incluyen operadores inalámbricos en Estados Unidos, China, Canadá, Brasil, Australia, Japón, Corea del Sur, Singapur, Tailandia, Filipinas, Taiwán, India, Reino Unido, Alemania, Austria, Finlandia, Arabia Saudita, Bahrein y Kuwait. Mientras que los operadores inalámbricos de aún más países han probado 5G SA.
5G SA: implementado comercialmente y probado por el mercado
Fuente: Ericsson.
Centrándose en los Estados Unidos, T-Mobile, Verizon, AT&T y DISH Network han avanzado en la implementación de 5G SA, aunque en distintos grados.
T-Mobile – 5G independiente (SA)
T-Mobile ha implementado una red central 5G independiente (SA) a nivel nacional en su espectro de banda baja de 600 MHz (comercializado como 5G de rango extendido) y espectro de banda media de 2,5 GHz (comercializado como 5G de ultra capacidad). Con una mayor parte del tráfico de su red migrando a 5G SA, la eficiencia espectral de T-Mobile aumentará significativamente.
Además, T-Mobile se ha asociado con Cisco para lanzar una puerta de enlace central 5G nativa de la nube, donde T-Mobile ha movido todo su tráfico 5G y 4G. Al trasladar su tráfico al gateway central nativo de la nube, T-Mobile ofrece inmediatamente una mejora de más del 10 % tanto en velocidades como en latencia (más capacidad de respuesta) para sus clientes en todo el país.
La arquitectura central 5G de T-Mobile se basa en el plano de control nativo de la nube de Cisco, optimizado con contenedores orquestados por Kubernetes en bare metal, liberando más del 20% de los núcleos de la CPU (Unidad Central de Procesamiento).
Voz sobre Nueva Radio (VoNR)
T-Mobile ha lanzado el servicio comercial Voice over New Radio (VoNR), utilizando equipos centrales y de radio de Nokia y dispositivos Galaxy de Samsung (S21 y S22). Geográficamente, T-Mobile ha impulsado estos servicios comerciales de VoNR en seis ciudades: Cincinnati, Ohio; Nueva Orleans, Luisiana; Ciudad de Nueva York, Nueva York; Portland, Oregón; Salt Lake City, Utah; y Seattle, Washington. En particular, T-Mobile fue el primer proveedor de servicios inalámbricos en los Estados Unidos en ofrecer un servicio VoNR comercial para 5G SA.
Más allá de este lanzamiento inicial, T-Mobile ha estado implementando VoNR lentamente en todo el país y planea cubrir a 100 millones de personas con VoNR en los próximos meses.
Nota: Voice over New Radio (VoNR) es un importante caso de uso independiente (SA) de 5G, que se explica con más detalle en la sección final de este artículo.
Verizon – 5G independiente (SA)
Verizon ha comenzado a trasladar el tráfico de clientes a su red central 5G independiente (SA) en contenedores y nativa de la nube. La arquitectura basada en servicios (SBA) del núcleo 5G SA se basa en Verizon Cloud Platform (VCP) y consta de aplicaciones de software, recursos informáticos, redes y almacenamiento. Si bien la red central 5G SA de Verizon ya admite servicios VoNR, la compañía no ha revelado sus planes para lanzar servicios comerciales VoNR.
AT&T – 5G independiente (SA)
AT&T ha comenzado a implementar su red central independiente (SA) 5G. Sin embargo, la compañía no ha comenzado a trasladar el tráfico de clientes a su núcleo 5G SA y no tiene intención de hacerlo hasta que madure el mercado de teléfonos inteligentes y tabletas. Específicamente, AT&T ha citado la duración de la batería como la principal preocupación para los dispositivos conectados constantemente a 5G SA. Por lo tanto, sólo cuando los teléfonos inteligentes y las tabletas sean más eficientes energéticamente, AT&T comenzará a trasladar el tráfico de clientes a su núcleo 5G SA.
El enfoque nativo de la nube de AT&T para su red central 5G SA se centra en una asociación con Microsoft Azure. En los próximos años, AT&T trasladará su red móvil 5G a la nube de Microsoft, y el tráfico de su red móvil se gestionará mediante tecnologías Microsoft Azure.
Red DISH – 5G independiente (SA)
DISH Network está construyendo la primera red independiente (SA) 5G basada en la red abierta de acceso por radio (O-RAN) nativa de la nube del país. Hasta la fecha, DISH ha comenzado la construcción de más de 15.000 sitios 5G que, una vez terminados, serán capaces de brindar cobertura de banda ancha a más del 60% de la población de EE. UU.
El enfoque nativo de la nube de DISH para su red central 5G SA implica una estrecha asociación con Amazon Web Services (AWS). En particular, DISH está utilizando una serie de infraestructura y servicios en la nube de AWS, incluidos Amazon Elastic Compute Cloud (EC2), Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS), AWS Local Zones y AWS Outposts.
Además, DISH se ha asociado con VMware para utilizar su plataforma Telco Cloud, que se ejecuta en Kubernetes y proporciona una capa de abstracción en múltiples dominios de red. Telco Cloud de VMware permitirá a DISH virtualizar sus funciones de red, así como mover y escalar dinámicamente cargas de trabajo dentro de la nube pública, según la demanda de los consumidores.
Voz sobre Nueva Radio (VoNR)
La red inalámbrica de DISH es capaz de ofrecer servicios de Voz sobre Nueva Radio (VoNR) en más de 100 mercados, a través de la banda n70 (espectro AWS 2-4). Sin embargo, actualmente, la empresa ofrece servicios comerciales de VoNR en sólo 12 grandes mercados, abarcando un total de 30 millones de personas, incluidas las ciudades de Cleveland, Dallas, Houston y Las Vegas. Además, DISH espera aumentar su cobertura de VoNR en aproximadamente un 50 % cada trimestre, con el objetivo de ofrecer VoNR al 70 % de la población de EE. UU. en los próximos doce meses.
¿Cuáles son los beneficios de 5G independiente (SA)?
Los beneficios clave del 5G independiente (SA) son nuevas oportunidades comerciales, una mejor experiencia del usuario final, eficiencia de la red y menos complejidad, en comparación con el 5G no independiente (NSA).
Fuente: Ericsson. Haga clic aquí para obtener una versión más grande de esta imagen.
1) Nuevas oportunidades de negocio
5G independiente (SA) permite nuevos servicios y casos de uso, nuevos segmentos de mercado y una nueva red central 5G. Ejemplos de nuevos casos de uso de 5G SA son Voice over New Radio (VoNR), división de red y comunicación en momentos críticos. En la siguiente sección se proporcionan más detalles sobre estos nuevos casos de uso de 5G SA.
2) Experiencia de usuario final mejorada
5G independiente (SA) permite a los usuarios finales obtener acceso instantáneo a 5G, particularmente para bandas anchas de 5G, que ofrecen un mayor rendimiento y una menor latencia. Además, 5G SA produce una mejor cobertura de enlace ascendente porque no hay división de energía entre los equipos de usuario que utilizan 4G y 5G.
3) Eficiencia de la red
5G independiente (SA) amplía la cobertura mediante la agregación de operadores, lo que permite combinar múltiples bandas de frecuencia. Por ejemplo, agregar una frecuencia de banda baja 5G con una frecuencia de banda media 5G puede mejorar la cobertura de banda media hasta 2,5 veces y aumentar la población que puede ser admitida por la frecuencia de banda media hasta en un 25%. Además, en 5G SA, se puede descargar más tráfico LTE a 5G de banda media – que utiliza el espectro de manera más eficiente que 4G – lo que lleva a un aumento general de la capacidad del 27%.
4) Menos Complejidad
5G independiente (SA) ofrece simplicidad de red mediante el uso de una red de acceso de radio (RAN) 5G y una red central 5G. Además, la simplicidad del dispositivo se debe a que se están construyendo teléfonos inteligentes y tabletas para conectarse a estas redes 5G de extremo a extremo.
En general, estos beneficios contribuyen a las mejoras fundamentales de 5G sobre 4G LTE, que incluyen menor latencia, mayor velocidad, mayor densidad (número de dispositivos conectados), capacidad adicional (rendimiento de red) y eficiencia energética.
LEER MÁS: ¿Cuál es la diferencia entre 4G LTE y 5G?
Casos de uso para 5G independiente (SA)
Ejemplos de casos de uso importantes para 5G independiente (SA) son Voice over New Radio (VoNR), división de red y comunicación en momentos críticos.
Voz sobre Nueva Radio (VoNR)
Voice over New Radio (VoNR), también conocida como Voice over 5G (Vo5G), es un método que permite realizar llamadas de voz a través de redes 5G SA, sin depender de LTE como ancla. VoNR es el sucesor de Voice over LTE (VoLTE), que permite realizar llamadas de voz a través de redes 4G LTE.
VoNR proporciona llamadas de voz de mayor calidad que VoLTE porque las redes 5G ofrecen una latencia más baja y anchos de banda más amplios, lo que resulta en:
- Menor latencia: tiempos de configuración de llamadas ligeramente más rápidos, lo que significa menos demora entre el momento en que un cliente marca un número y el momento en que el teléfono comienza a sonar. Además, habrá menos demora entre el momento en que alguien habla y el momento en que la otra persona lo escucha.
- Anchos de banda más amplios: audio de mayor calidad cuando alguien habla
En las redes VoNR, las llamadas de voz 5G se implementan como conexiones VoIP de extremo a extremo administradas por un núcleo de Subsistema Multimedia IP (IMS). El IMS se utiliza con perfiles específicos para control y planos de usuario (o datos) del servicio de voz en 5G, lo que da como resultado que el servicio de voz se entregue como paquetes de datos a través de la red 5G.
En última instancia, VoNR y Video over New Radio (ViNR) permitirán nuevas experiencias en las redes 5G SA, como videoconferencias inmersivas, así como aplicaciones de realidad aumentada (AR) y realidad virtual (VR).
Corte de red
La red central 5G SA admite la división de red de extremo a extremo, lo que permite dividir o “dividir” virtualmente los recursos de la red física en múltiples redes independientes utilizando diferentes segmentos de la misma banda de espectro. Estos segmentos de red pueden luego dedicarse a casos de uso o aplicaciones específicos.
La división de red es un caso de uso importante de 5G SA porque ayuda a optimizar la capacidad de la red y garantizar que los recursos se asignen de manera eficiente. En particular, la división de redes optimiza la asignación de recursos mediante la automatización, las redes definidas por software (SDN) y la virtualización de funciones de red (NFV).
LEER MÁS: Explicación de las redes definidas por software (SDN)
LEER MÁS: Explicación de la virtualización de funciones de red (NFV)
Comunicación urgente
La comunicación en momentos críticos, mediante el uso de las capacidades de comunicaciones ultra confiables de baja latencia (URLLC) de 5G SA, puede entregar datos dentro de un período de tiempo específico requerido por una aplicación.
Como se muestra a continuación, un sistema diseñado para banda ancha móvil mejorada (eMBB) maximiza las velocidades de datos sin ninguna garantía en cuanto a latencia. Por el contrario, la comunicación en el tiempo crítico está diseñada para asegurar la entrega de datos dentro de límites de latencia específicos (X ms) con la confiabilidad deseada (Y por ciento).
Fuente: Ericsson.
Las categorías de casos de uso para comunicaciones en las que el tiempo es crítico incluyen:
- Medios en tiempo real: la comunicación en tiempo crítico permite descargar el procesamiento y la representación en el borde de la red móvil, lo que admite aplicaciones donde los medios se producen y consumen en tiempo real. Ejemplos de estas aplicaciones son los juegos en la nube, la realidad aumentada (AR) y la realidad virtual (VR) basadas en la nube y el aprendizaje remoto.
- Automatización industrial: la comunicación de tiempo crítico admite intercambios de información en tiempo real entre controladores, sensores y actuadores, lo cual es fundamental para las aplicaciones de Internet industrial de las cosas (IIoT). Ejemplos de estas aplicaciones IIoT son el monitoreo y control de procesos, el control de redes inteligentes y la visión artificial para robótica.
- Control remoto: la comunicación en tiempo crítico permite intercambiar información del sensor en tiempo real entre una máquina o vehículo teleoperado y un operador remoto. Es importante destacar que el control remoto puede mejorar los entornos de trabajo al eliminar a los humanos de situaciones inconvenientes o peligrosas.
- Automatización de la movilidad: la comunicación en tiempo crítico admite intercambios de información en tiempo real entre vehículos y/o robots en movimiento y el entorno, para control y coordinación. Ejemplos de estas aplicaciones incluyen vehículos guiados automatizados (AGV) y robots móviles autónomos (AMR).
