Las redes privadas, ya sean operadas por usuarios o por operadores inalámbricos, requieren radios, direccionamiento, temporización y automatización para que funcionen.
La versión 16 de 3GPP introdujo mejoras en la nueva radio (NR) 5G y el núcleo 5G para redes privadas. Con estas adiciones a 5G, las empresas ahora pueden usar redes 5G privadas. Quizás se pregunte qué tiene de especial la 5G privada cuando las empresas ya usan LAN basadas en Wi-Fi y LTE (4G) en bandas específicas como b48 (banda CBRS). Así es como funciona el 5G privado basado en 3GPP y cómo proporciona conectividad de red alternativa.
Una red inalámbrica privada es una red inalámbrica operada con el único propósito de conectar dispositivos que pertenecen a una entidad privada como una empresa. Las entidades privadas o los proveedores de servicios pueden operar redes privadas. Una entidad privada puede obtener conectividad como un servicio del proveedor de servicios. De 3GPP TS 22.261, las siguientes son las definiciones de redes privadas 5G:
Comunicación privada: una comunicación entre dos o más UE que pertenecen a un conjunto restringido de UE.
Red privada: una implementación de red aislada que no interactúa con una red pública.
Segmento privado: una implementación de segmento de red dedicada para el uso exclusivo de un tercero específico.
No todos los casos de uso requieren una red basada en 5G NR. Los casos de uso incluyen:
- Conectividad de dispositivos (portátiles, PDA, teléfonos móviles) dentro de una empresa para la comunicación y el uso de aplicaciones de software de uso general.
- Aplicaciones AR/VR en la empresa.
- Conectividad de sensores, robots, actuadores y las aplicaciones que los controlan en una fábrica.
- Conectividad de equipos y sus aplicaciones de control en una industria vertical en particular (navegación, minería, logística).
- Redes de seguridad ciudadana.
Tecnologías inalámbricas 3GPP y casos de uso
La Tabla 1 muestra cómo las diferentes tecnologías inalámbricas 3GPP se adaptan a diferentes casos de uso. 3GPP define 5G NR, NB-IoT, LTE y LTE-M para redes inalámbricas privadas, cubriendo una gama de casos de uso desde banda ancha de alta velocidad hasta baja latencia y alta densidad de dispositivos.
| caso de uso | Tecnologías inalámbricas 3GPP aplicables | Ofertas únicas |
| Comunicación empresarial y uso de aplicaciones de propósito general (multimedia, correo electrónico, intercambio de documentos, mensajería, reuniones en línea). | LTE privado (banda 48/banda CBRS) | Espectro con licencia ligera, seguridad basada en SIM, programador basado en QoS. |
| Aplicación AR/VR | 5G NR | Funciona en espectro con licencia, con licencia ligera y sin licencia, seguridad basada en SIM, características QoS personalizadas (5QI) para aplicaciones AR/VR, programación de baja latencia. |
| Equipos de fábrica, sensores, robots, actuadores, equipos de precisión y su control. | 5G NR | Funciona en espectro con licencia, con licencia ligera y sin licencia, seguridad basada en SIM, programación de baja latencia (URLLC), calidad de servicio determinista y latencia. |
| Dispositivos IoT de bajo consumo que funcionan con batería | NB-IoT, LTE-M con núcleo EPC o núcleo 5G | Espectro con licencia, modos de bajo consumo, cobertura extendida y seguridad basada en SIM. |
| Producción de audio/video, video 4K | NR (con núcleo 5G) | Espectro con licencia, modos de bajo consumo, cobertura extendida y seguridad basada en SIM. |
| Seguridad Pública | LTE o NR | Funciona en sistemas integrales con licencia, con licencia ligera y sin licencia, seguridad basada en SIM para MCPTT, MCVideo y seguridad pública/aplicaciones de misión crítica. |
Tabla 1. Casos de uso y tecnologías inalámbricas aplicables.
Las tecnologías de red celular tradicionales usaban un concepto llamado ID de número móvil terrestre público (PLMN), que transmiten por aire. Cada dispositivo tenía una tarjeta SIM con sus credenciales de red local (PLMN local) grabadas. El ID de PLMN de una red consistía en el código de país móvil (MCC) y el código de red móvil (MNC). Cuando un dispositivo se engancha a una celda, pasa por un proceso de selección de celda y de selección de PLMN en el que prefiere engancharse a la misma PLMN que su tarjeta SIM (si la celda transmite la misma PLMN o una equivalente).
Los operadores celulares tenían que registrarse y obtener su PLMN ID (MNC) de una autoridad de asignación nacional. Se requería ID de PLMN porque las redes privadas se implementan sin depender de obtener un número de un organismo de asignación nacional.
3GPP introdujo la ID de red no pública independiente (SNPN) que las redes 5G privadas pueden transmitir a los usuarios. Los dispositivos que pertenecen a dicha red privada pueden engancharse a las celdas que transmiten este identificador. Por lo tanto, una red 5G privada puede operar de forma independiente sin depender de la red de ningún proveedor de servicios u operador celular. La Figura 1 muestra la estructura de SNPN ID.
Figura 1. Una ID de SNPN permite que los dispositivos de los usuarios se conecten a las redes celulares.
Aquí, el NID Private Enterprise Number (PEN) es el mismo que el ID de empresa asignado por la IANA que normalmente se usa en las comunicaciones IP.
Red pública Las redes no públicas integradas (NPN, por sus siglas en inglés) son NPN disponibles a través de las PLMN del operador celular por uno de los siguientes medios:
- Proporcionar una red de datos dedicada (DNN) detrás de las puertas de enlace del plano de usuario 3GPP para los dispositivos empresariales. En este método, el reenvío del plano de usuario (UPF), las redes de datos IP detrás de la UPF y la función de gestión de sesión (SMF) que controla la UPF se pueden asignar por separado para la red privada DNN. Sin embargo, la red troncal de la red (rutas IP, mostradas como líneas negras) puede compartirse con el proveedor de la red pública y otras redes privadas.
- Proporcionar una porción de red dedicada dentro de la red 3GPP para los dispositivos empresariales. En este método (Figura 3), el proveedor de la red pública puede asignar instancias dedicadas de redes de datos gNB-CU-UP, UPF, SMF e IP para la red privada. Estas instancias dedicadas (que se muestran como líneas rojas y verdes) pueden usar una ruta IP dedicada y aislada.
Figura 2. Esta red no pública integrada de red pública utiliza el método DNN separado para asignar instancias de la red.
Figura 3. Esta red pública integrada no pública utiliza instancias dedicadas de gNB-CU-UP, UPF, SMF y propiedades de red de datos IP.
corte de red
El corte de red en 5G permite que un dispositivo de equipo de usuario (UE) se conecte a través de una red celular que proporciona aislamiento de tráfico a los servidores de aplicaciones, excepto para las capas de radio compartidas. Esta capacidad se incluyó en la versión 15 de 3GPP. Las siguientes son algunas de las capacidades clave de corte de red en 5G.
- Asignar un identificador de segmento de red y proporcionar reglas para que el UE seleccione el identificador de segmento de red correcto.
- Asignación de instancias dedicadas de funciones de plano de usuario y funciones de gestión de sesión para el segmento, lo que permite el aislamiento del tráfico dentro de la red.
- Mapeo de segmentos a tecnologías de capa de transporte (MPLS, SRv6, L2VPN, L3VPN, etc.).
En una PNI-NPN, la segmentación de la red proporciona acceso privado pero no evita que los UE intenten acceder a la red en áreas donde el UE no tiene permiso para utilizar la segmentación de la red asignada para la NPN. 3GPP introdujo grupos de acceso cerrado (CAG) en la versión 16 de 3GPP, mediante el cual las redes públicas ofrecen conectividad de red privada y transmiten la ID de CAG. Solo los dispositivos que tienen credenciales de acceso para esa ID de CAG pueden conectarse a dichas celdas, lo que proporciona restricción de acceso.
LAN privada y comunicaciones urgentes
Las redes LAN privadas a través de una red inalámbrica 5G estuvieron disponibles con 3GPP Release-16. Se puede crear una red LAN Ethernet detrás de la UPF y los UE pueden unirse a esas redes LAN a través de la red de radio 5G NR. Esto es útil para aplicaciones LAN basadas en Ethernet de baja latencia, como la conexión de máquinas y robots de fábrica. La Figura 4 muestra cómo las redes pueden usar redes sensibles al tiempo (TSN) donde un gran reloj maestro distribuye el tiempo y la sincronización de la red a los UE.
Figura 4. La red sensible al tiempo dentro de una red 5G distribuye información de tiempo para sincronizar dispositivos. (Fuente 3GPP TS 23.501)
NR en bandas sin licencia
3GPP ha admitido LTE en el espectro sin licencia desde la versión 13. LTE admitió el acceso sin licencia solo como acceso complementario, mientras que el operador ancla siempre permaneció como un operador con licencia. Por lo tanto, se llamó "acceso asistido por licencia". A partir de la versión 16, 5G NR admite el uso de espectro sin licencia tanto en modo asistido como en modo independiente. Esto permite el despliegue de radio NR en modo independiente (NR-U) en bandas sin licencia. NR-U se admite en bandas sin licencia de hasta 5 GHz (p. ej., 5150 a 5925 MHz), así como en la banda de 6 GHz (5925 a 7125 MHz). En frecuencias por debajo de 5 GHz, es necesaria una coexistencia justa con las tecnologías sin licencia existentes, como Wi-Fi y LTE LAA. Las bandas por encima de 6 GHz son un terreno nuevo sin problemas de coexistencia. Los aspectos regulatorios para esta banda aún no están completamente establecidos en muchos países. Estas bandas también admiten el acceso al canal basado en la detección de energía.
Redes de datos de área local
5G permite que los UE se ejecuten en redes de datos específicas llamadas redes de datos de área local (LADN) en áreas de ubicación específicas. La red central 5G puede anunciar la disponibilidad de una red de datos particular al UE cuando se mueve a un área de ubicación específica. Esta característica permite implementar redes privadas diseñadas específicamente para aplicaciones específicas centradas en la ubicación y anunciarse en los UE donde estén disponibles.
Programación de baja latencia
5G NR proporciona una estructura de tramas y numerologías flexibles (indicadas por ?) en la capa física para permitir la programación de tramas con latencias variables basadas en el rango de frecuencia. Esto permite diferentes intervalos de programación (Transmit Time Interval – TTI) que van desde 120 ?seg para la numerología de espaciado de subportadoras de 120 kHz hasta 1 mseg para el espaciado de subportadoras de 15 kHz. La Tabla 2 proporciona los TTI disponibles para diferentes numerologías. Además, 5G NR admite la programación de miniintervalos, por lo que la programación se realiza a nivel de subintervalos. También admite concesiones configuradas, brechas de canal de control de enlace descendente físico flexible (PDCCH) a canal compartido de enlace descendente físico (PDSCH) y brechas de PDCCH flexible a PUSCH, lo que proporciona un control completo sobre las latencias de transferencia de paquetes de enlace ascendente y descendente. Estas funciones son útiles para casos de uso privado de 5G, como IoT industrial y robótica, que requieren precisión y baja latencia.
| Numerología/espaciado de subportadoras | ITT | Rango de frecuencia aplicable |
| ?=0, espaciado de subportadora de 15 kHz | 1 ms | FR1 (< 7,125 GHz) |
| ?=1, espaciado de subportadora de 30 kHz | 500 ?s | FR1 (< 7,125 GHz) |
| ? = 2, separación de subportadora de 60 kHz | 250 ?s | FR1 (< 7,125 GHz) y FR2 (24,25 GHz) |
| ?=3, espaciado de subportadora de 120 kHz | 125 ?s | FR2 (24,25 GHz) |
| ?=4, espaciado de subportadora de 240 kHz | 62,5 ?s | FR2 (24,25 GHz) (no se utiliza actualmente) |
Tabla 2. Intervalos de tiempo de transmisión para el espaciado de subportadoras.
Funciones de confiabilidad del enlace
Las funciones de confiabilidad de enlace (Tabla 3) que comenzaron con 3GPP versión 15 brindan la solidez y confiabilidad requeridas para comunicaciones de baja latencia ultra confiables (URLLC). Estas funciones de confiabilidad del enlace están disponibles actualmente hasta la versión 17 de 3GPP.
| Rasgo | Disponible desde |
| Duplicación de PDCP a través de células SCells y SCG | Versión 15 y mejorada en la versión 16 para admitir hasta 4 canales lógicos |
| traspasos condicionales | Lanzamiento 16 |
| Pila de protocolo activo dual | Lanzamiento 16 |
| Recuperación rápida de fallas basada en T312 para PCell | Lanzamiento 16 |
| Multi TRP MIMO | Lanzamiento 16 |
| Recuperación rápida del enlace MCG cuando el enlace SCG todavía está operativo | Lanzamiento 16 |
| Mejoras de PDCCH: tamaños de campo configurables para DCI para mejorar la confiabilidad | Lanzamiento 16 |
Tabla 3. Funciones de confiabilidad de enlaces que se encuentran en las versiones 15 y 16 de 3GPP.
Espectro
Diferentes regiones del mundo están considerando usar diferentes bandas para 5G NR en redes privadas. La Tabla 4 proporciona una vista de alto nivel del escenario del espectro.
En la Tabla 4, algunas partes del mundo están asignando espectro con licencia dedicado para el uso exclusivo de 5G privado. En estas bandas, las implementaciones de redes 5G privadas basadas en 3GPP NR son una opción natural. La banda n96 coexiste con la banda de 6 GHz utilizada por Wi-Fi 6E.
| Región | Banda/espectro |
| EE.UU | n48 (3550 MHz 3700 MHz) CBRS n96 (5925 MHz 7125 MHz) banda sin licencia |
| Alemania | n77/n78 (3700 MHz 3800 MHz) con licencia para uso privado |
| Francia | n38 (2570 MHz 2620 MHz) con licencia para uso privado |
| Reino Unido | n77 (3800 MHz 4200 MHz) con licencia para uso privado |
| unión Europea | n96 (5900 MHz 6400 MHz) banda sin licencia |
| Japón y China | n79 (4400 MHz 5000 MHz) con licencia para uso privado |
| Corea del Sur | n96 (5925 MHz 7125 MHz) banda sin licencia |
Tabla 4. Asignaciones de espectro para varios países y regiones.
Arquitectura privada 5G de extremo a extremo
Las Figuras 5 y 6 muestran las opciones de arquitectura de extremo a extremo para implementar redes 5G privadas. La Figura 5 muestra una red privada que transmite un NID de SNPN y las funciones de red central 5G y de banda base RAN están alojadas en las instalaciones.
Figura 5. Una red 5G privada alojada localmente de extremo a extremo se ejecuta como una red independiente.
La Figura 6 muestra una implementación en la que una red pública proporciona servicios para redes privadas (PNI-NPN) mediante la transmisión de CAG y proporciona funciones de red aisladas para cada red privada mediante segmentos de red y DNN dedicados.
Figura 6. Las redes privadas como esta dependen de una porción de la red pública.
Despliegue de red automatizado
Para las empresas privadas, el despliegue de redes inalámbricas debe ser una operación de un solo toque. Después de hacer la planificación de radio, la única intervención humana debe ser desplegar físicamente las unidades de radio. Una vez que se enciende la unidad de radio, su configuración y conectividad a la banda base y la incorporación a la red deben automatizarse por completo. Las unidades de radio abierta (O-RU) basadas en RAN abierta admiten el descubrimiento automático basado en DHCP de la dirección del sistema de administración de red (llamado orquestador de servicio y administración, SMO) y los protocolos de configuración NETCONF posteriores para llamar al SMO. Luego, el SMO puede enviar la configuración de la dirección del gNB-DU a la O-RU. Luego, la O-RU se conecta al gNB-DU, que luego puede enviar la configuración del operador a la O-RU. Si las funciones de red que se muestran en las Figuras 5 y 6 se implementan como funciones nativas de la nube, un administrador de infraestructura de la nube como Kubernetes puede automatizar la implementación.
Conclusión
El 5G privado que utiliza NR como tecnología de radio y el núcleo 5G definido por 3GPP encuentran su nicho en muchos casos de uso. El diseño flexible de las características de la capa física, como la numerología múltiple, los formatos de ranura flexibles, la programación de mini-ranuras y la configuración flexible de enlace ascendente/descendente, proporciona un amplio conjunto de funciones que puede utilizar en muchas aplicaciones.
¿Qué es 5G privado?
5G privado se refiere a una red móvil que es técnicamente igual a una red 5G pública, pero que permite al propietario brindar acceso prioritario o licencias para su espectro inalámbrico.
Quién está construyendo redes privadas 5G
BT y Ericsson unen fuerzas para construir redes privadas 5G. Hace 3 días
Por qué tener una red 5G privada
Basadas en la tecnología celular central utilizada en las redes públicas, las redes 5G privadas brindan una cobertura completa en interiores y exteriores con un alto grado de seguridad, lo que las convierte en una buena opción para fábricas, campus y otros lugares grandes donde la seguridad y la conectividad de baja latencia son primordiales.
¿Por qué 5G privado es mejor que Wi-Fi?
¿Qué son 5G privado y Wi-Fi 6? 5G privado, el nuevo estándar inalámbrico es una red única que promete ofrecer 50 veces más velocidad, 1000 veces más capacidad y 10 veces menos latencia. Con esto, más dispositivos empresariales que se puedan conectar transmitirán más datos que no era posible en redes anteriores.