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4 Os capítulos anteriores apresentam as principais tecnologias e redes 5G. Com base em redes 5G, os recursos básicos de serviço podem ser desenvolvidos, definidos e padronizados e, em seguida, orquestrados e implementados. Os recursos são orquestrados para formar diferentes aplicativos de serviços básicos, que em diferentes combinações permitem diferentes indústrias verticais e fornecem soluções de indústria para os clientes. Quais são esses recursos e aplicativos básicos de serviço? O ecossistema da indústria 5G está sendo gradualmente enriquecido e a exploração de aplicações 5G está se aprofundando. O desenvolvimento global de aplicativos integrados 5G apresenta as seguintes características: Primeiro, os serviços aprimorados de Banda Larga Móvel (eMBB) são dominantes na fase inicial da comercialização 5G. Os serviços de acesso sem fio fixo (FWA) são o foco dos esforços de desenvolvimento, e os aplicativos de vídeo de ultra-alta definição (UHD) e VR/AR são fornecidos com base no acesso de alta velocidade. Em segundo lugar, as aplicações da indústria ainda estão em estágio inicial de desenvolvimento e são implementadas gradualmente nos campos fortes de vários países para expansão em profundidade. Este guia se concentra nos seguintes recursos básicos de serviço: largura de banda E2E, latência E2E, confiabilidade, mobilidade, gerenciamento autônomo e provisionamento rápido de serviços. Esses recursos básicos de serviço suportam diferentes aplicações, incluindo vídeo em nível de fotografia, XR, veículo aéreo não tripulado (UAV), controle remoto e direção não tripulada, que permitem indústrias verticais e agregam valor à indústria. Esse é o tema a ser discutido aqui. A crise global da saúde coloca o 5G em uma posição estratégica para retomar a produção e oferece uma chance de testar aplicativos 5G. O 5G prova ser eficaz em telemedicina, educação inteligente, escritório remoto e governança da cidade, aproximando o 5G do público e acelerando a implementação de aplicativos 5G. Guia de aprendizado HCIA-5G Recursos e aplicativos básicos do serviço 5G 4.1 Compreensão do setor 5GtoB Machine Translated by Google 4.2 Capacidades de serviço básico 5GtoB A largura de banda da interface aérea pode ser garantida ajustando o nível do sinal e controlando o número de usuários. A taxa de serviço e a largura de banda podem ser melhoradas aumentando a potência recebida do sinal de referência (RSRP). Conforme mostrado na figura a seguir, quando o RSRP é maior ou igual a –103 dBm, a taxa de serviço de uplink é maior que 10 Mbps. Em cenários toB, a largura de banda E2E inclui a largura de banda no acesso de rádio, transporte e redes principais. Existem soluções maduras disponíveis para garantir a largura de banda nas redes de transporte e core. Na rede de transporte, Ethernet flexível (FlexE) e sub-interfaces canalizadas podem ser usadas para garantir a largura de banda. Na rede principal, a largura de banda pode ser garantida usando fatiamento ou implantando computação de borda móvel (MEC) e implantando localmente a função de plano do usuário (UPF). Atualmente, a largura de banda da interface aérea é o principal gargalo na garantia de largura de banda E2E no cenário toB. Existem vários métodos Nas soluções de reserva de recursos, espectros específicos ou blocos de recursos (RBs) são reservados para usuários independentemente de os recursos serem utilizados. para garantir a largura de banda da interface aérea. A última e mais avançada solução é a rede privada independente. Com esta solução estabelecem-se duas redes independentes, incluindo uma rede privada para utilizadores da rede privada e uma rede pública para utilizadores comuns. Além disso, a quantidade de serviços alocados em uma célula pode ser controlada com base nas configurações da estação base para controlar o número de assinantes de linhas privadas, garantindo a largura de banda. Em aplicativos da indústria toB, identificadores de classe de QoS dedicados (QCIs) podem ser planejados para usuários de rede privada. Desta forma, recursos suficientes estão disponíveis durante os horários de pico ou no caso de congestionamento da rede. Guia de aprendizado HCIA-5G 4.2.1 Largura de Banda E2E 4.2.1.2 Agendamento baseado em QoS de alta prioridade ou reserva de recursos 4.2.1.1 Ajuste do Nível de Sinal e Controle de Quantidade do Usuário Machine Translated by Google Simplificando, o Super Uplink integra TDD e FDD, bandas altas e baixas e domínios de tempo e frequência para melhorar a cobertura e a largura de banda do uplink e diminuir a latência. É a primeira tecnologia que combina os domínios de tempo e frequência, marcando um avanço na tecnologia sem fio. A latência da rede de transporte pode ser reduzida com a implantação do MEC para aproximar o processamento do serviço aos usuários. MEC significa implantar aplicativos, conteúdo e algumas funções da rede principal em banda larga móvel (MBB), como processamento de serviços e agendamento de recursos na borda da rede próxima ao lado de acesso, para que os serviços sejam processados próximos aos usuários e os aplicativos , conteúdo e redes podem colaborar uns com os outros para fornecer uma experiência de serviço confiável e definitiva. Em 4G, o espaçamento da subportadora (SCS) é fixado em 15 kHz. No 5G, a Numerologia é introduzida para oferecer suporte a diferentes SCSs para serviços com vários requisitos de latência. Dessa forma, a latência de agendamento é reduzida. Um SCS maior resulta em uma duração de slot mais curta e menor latência. Além disso, a arquitetura do mini-slot foi definida em 5G para reduzir efetivamente a latência. O Super Uplink tem as vantagens de melhorar a largura de banda e a cobertura do uplink enquanto diminui a latência da rede. A largura de banda de uplink duplex por divisão de tempo (TDD) 5G é insuficiente e pode ser complementada pela largura de banda uplink duplex por divisão de frequência (FDD). Este modo de combinação de TDD e FDD aumenta a taxa de transferência de uplink e reduz a latência. Além de aumentar a taxa de uplink, o Super Uplink fornece feedback preciso e oportuno sobre os dados de downlink, o que aumenta muito a taxa de downlink. A cobertura da estação base é fraca no uplink. A cobertura de uplink 5G TDD é ainda mais fraca devido às altas bandas TDD. Como as bandas FDD baixas fornecem cobertura mais ampla, elas podem ser usadas para compensar a cobertura de uplink TDD. Quando um terminal está longe da estação base e fora da cobertura de uplink de bandas TDD, o Super Uplink expande a cobertura de uplink usando bandas FDD baixas para transportar todos os serviços de uplink. As configurações de slot uplink e downlink mainstream 5G são 4:1, 8:2 e 7:3. Para uma determinada largura de banda do canal, alterar a configuração do slot é uma das maneiras mais eficazes de aumentar a largura de banda douplink. Portanto, uma nova configuração de slot, 2:3 (DSUUU), é introduzida na banda de 4,9 GHz. De acordo com a simulação do sistema e a estimativa teórica, a configuração de slot 2:3 oferece uma capacidade de uplink 2,7 e 1,9 vezes maior do que as configurações de slot 4:1 e 7:3, respectivamente. A comunicação ultraconfiável de baixa latência (URLLC) foi introduzida no 3GPP Release 15 e aprimorada no 3GPP Release 16. O Release 15 foi finalizado no primeiro trimestre de 2019 e o Release 16 em julho de 2020. O Release 15 define as funções básicas do URLLC, que são capazes suficiente para algumas aplicações comerciais. A versão 16 melhora ainda mais a confiabilidade e a capacidade enquanto reduz a latência. A latência E2E é atribuída à rede de transporte e à interface aérea. Guia de aprendizado HCIA-5G 4.2.2 Latência e Confiabilidade E2E 4.2.1.4 Configurações de Novos Slots 4.2.2.1 Solução de garantia de latência E2E 4.2.1.3 Super Uplink Machine Translated by Google Essas soluções incluem transmissão redundante com caminhos E2E, transmissão redundante com túneis N3 duplos e transmissão redundante pela interface aérea com vários links RLC. A Solução 1 projeta caminhos E2E redundantes entre os dispositivos. A Solução 2 projeta túneis N3 redundantes entre a rede de acesso por rádio (RAN) e a rede principal. A solução 3 projeta links RLC redundantes na interface aérea RAN. Com essas soluções, a confiabilidade E2E pode ser melhorada por meio da redundância de transmissão em diferentes níveis. Quando dois UEs estão próximos um do outro, a solução de coordenação de interferência nos domínios do tempo e da frequência pode ser usada para evitar que os mesmos recursos do domínio do tempo e da frequência sejam usados por diferentes UEs, reduzindo assim a interferência entre os UEs. A figura a seguir mostra como funciona esse modo de coordenação de interferência. Ao alocar um RB para o UE 1, a célula 1 encaminha a informação de alocação para a célula 2 de modo que a célula 2 evite agendar este RB para o UE 2. Desta forma, o desempenho de interferência e a eficiência espectral dos CEUs são melhorados. As soluções de garantia de confiabilidade da interface aérea incluem coordenação de interferência no domínio do feixe e coordenação de interferência nos domínios do tempo e da frequência. Uma das soluções de confiabilidade E2E é o modo ativo/standby, que é o mecanismo mais eficaz para garantir a confiabilidade da conexão. Ele coloca toda a rede no modo de backup de anel ativo/em espera. Além disso, o 3GPP define três soluções para melhorar a confiabilidade do link. A figura a seguir mostra como funciona a coordenação de interferência no domínio do feixe. O UE 1 está nas bordas da célula 1 e da célula 2 e sofre interferência do feixe do UE 2. Nesse caso, o beamforming coordenado (CBF) pode ser ativado para reduzir a interferência. O CBF coordena as direções do feixe dos UEs nas células vizinhas de intrafrequência, de modo que as direções do feixe dos UEs no centro da célula ou próximo a ele sejam alteradas para evitar causar interferência aos usuários da borda da célula (CEUs) nas células vizinhas, melhorando assim a eficiência espectral dos CEUs . Neste exemplo, a direção do feixe do UE 2 é alterada para evitar interferência no UE 1. Guia de aprendizado HCIA-5G 4.2.2.2 Solução de Garantia de Confiabilidade Machine Translated by Google Recursos de rede específicos para alta largura de banda, baixa latência e conectividade massiva são desenvolvidos. Esses recursos podem ser combinados para implementar diferentes serviços. Por exemplo, recursos específicos para alta largura de banda, bem como baixa latência e alta confiabilidade, podem ser usados para implementar serviços como transmissão ao vivo de VR. Esses serviços podem ser considerados como um modelo que pode ser usado por diferentes locatários em diferentes cenários. Por exemplo, o modelo de serviço de transmissão ao vivo VR pode ser usado para concertos ou várias apresentações em grande escala. O fatiamento de rede é um novo conceito introduzido no 5G para atender a diferentes funções de rede e requisitos de recursos nos cenários diversificados de aplicativos de serviço 5G. Como o 3GPP define, uma instância de fatia de rede é uma rede lógica completa, que consiste em recursos específicos e funções de rede para atender aos requisitos de um serviço específico. As redes 5G podem fornecer cobertura contínua e transferências perfeitas e estão definidas para substituir gradualmente o Wi-Fi industrial. As redes 5G também podem atingir menor latência e maior estabilidade (menos jitter), melhorando a estabilidade do handover e o desempenho da mobilidade. Para garantir a mobilidade, é utilizada a conectividade dupla NR. Isso significa que, durante as transferências, o UE transmite e recebe dados de e para as células de origem e destino simultaneamente para evitar que a transmissão de dados seja interrompida. As redes são simplificadas para facilitar a O&M e garantir a experiência do usuário. A IA é introduzida para prever e prevenir falhas, melhorando a experiência do usuário. A IA reduz a intervenção manual e permite a previsão inteligente e O&M proativo, garantindo que os principais eventos possam ser identificados e controlados. A otimização dinâmica baseada em previsão inteligente melhora a eficiência espectral e a utilização de recursos. Ele preenche as lacunas de capacidade da otimização manual. A eficiência energética é dobrada e o consumo de energia muda dinamicamente com os serviços, reduzindo o desperdício de energia. À medida que as redes progridem de totalmente IP para baseadas em nuvem e alimentadas por IA, ocorre uma demanda crescente por O&M simplificado e inteligente. O provisionamento rápido de serviços refere-se ao fatiamento neste guia. Guia de aprendizado HCIA-5G 4.2.4 Gestão Autônoma 4.2.5 Prestação Rápida de Serviços 4.2.3 Mobilidade Machine Translated by Google 4.3 Aplicativos de serviço básico 5G Guia de aprendizado HCIA-5G 4.3.1 Vídeo em Nível de Fotografia 4.3.2 Nuvem XR vídeos para a reprodução, armazenamento e distribuição termina através da rede principal e envia os dados de vídeo para terminais de exibição de vídeo de maneiras diferentes. Os materiais de vídeo UHD da transmissão ao vivo 5G UHD são enviados para a nuvem e processados por software de vídeo baseado em nuvem por meio de aplicativos de desktop ou páginas HTML5. Depois disso, o conteúdo é distribuído pela rede 5G. O 5G permite uma experiência de RV mais imersiva. VR de níveis mais altos requer maior largura de banda de transmissão e menor latência. Maior qualidade de imagem e resposta de interação mais rápida são essenciais para aumentar a experiência imersiva. Para garantir a qualidade da imagem, alguns casos de uso imersivo exigem uma largura de banda máxima de 100 Mbps, excedendo em muito os recursosdo 4G. O 5G suporta uma taxa de transmissão de 100 ou até 1.000 Mbps, mais de 10 vezes a do 4G. Para garantir uma resposta de interação rápida e evitar tonturas, o tempo desde a captura da imagem até a exibição deve ser controlado em 20 ms. Se todo o processo for executado localmente, o 4G não suporta transmissão de vídeo UHD. Os vídeos UHD requerem uma largura de banda que varia de dezenas a centenas de Mbps devido à resolução de vídeo de 4K ou mesmo 8K e a taxa de quadros de mais de 50 fps, bem como o número crescente de bits de amostragem de uma imagem (10 bits) e a introdução de alta faixa dinâmica (HDR). Além disso, o requisito de largura de banda é várias vezes maior para aplicações inovadoras, como transmissão simultânea em várias telas. Atualmente, a taxa média percebida pelo usuário das redes 4G é de apenas 20 a 30 Mbps, o que não atende aos requisitos. Nas comunicações 4G, os vídeos panorâmicos UHD e VR com grande volume de dados são armazenados no hardware e reproduzidos localmente. Isso dificulta a divulgação dos vídeos e a atração de usuários, impedindo o crescimento da indústria em escala. Agora com o 5G, a alta largura de banda e a baixa latência tornam tecnicamente possível a transmissão de vídeos UHD e outros serviços de alta largura de banda, promovendo o desenvolvimento da indústria. O 5G capacitará a indústria UHD na coleta e backhaul de vídeo, produção de material de vídeo baseado em nuvem e transmissão de programas de vídeo UHD. As câmeras 4K/8K convertem fluxos de vídeo originais em fluxos de dados IP por meio de dispositivos de codificação e envio de fluxo e, em seguida, encaminham os dados de vídeo para a estação base 5G por meio do equipamento 5G nas instalações do cliente (CPE) ou do dispositivo de codificação e envio de fluxo integrado ao Módulo 5G. Durante atividades de grande escala, dezenas de milhares de conexões são necessárias e um grande número de vídeos gerados por meio de gravação de tela usando câmeras HD ou terminais precisam ser transmitidos. A rede 5G ajuda a lidar com os desafios com sua velocidade de rede ultra-alta, latência ultrabaixa e conectividade massiva. Integrados com módulos 5G, os dispositivos de codificação e envio de fluxo e mochilas de câmera podem fornecer transmissão de vídeo estável e em tempo real. Este modo de transmissão é livre de limitações de espaço e suporta backhaul de vídeo UHD mais flexível do que a transmissão a cabo tradicional. A estação base 5G transmite O fatiamento de rede oferece os seguintes benefícios: (1) Acordo de nível de serviço garantido (SLA): Indicadores de rede como largura de banda, latência, taxa de perda de pacotes e jitter são garantidos. (2) Isolamento: Uma rede logicamente independente é criada para evitar riscos de rede e vazamento de informações. (3) Auto-O&M: Locatários de fatias podem visualizar indicadores de estatísticas de rede e status de suas fatias. Machine Translated by Google 4.3.3 UAV Guia de aprendizado HCIA-5G O 5G ajuda a fornecer acesso fácil e acessível aos terminais VR. Ao permitir o processamento de conteúdo na nuvem e a computação de aplicativos VR, o 5G cloud VR aumenta consideravelmente a acessibilidade do terminal e a facilidade de configuração. Ele torna os serviços de RV suaves, imersivos e sem fio. Os UAVs podem ser adotados para uso pessoal e industrial. Atualmente, alguns UAVs são carregados com módulos de comunicação sem fio. Para usuários individuais, a transmissão ao vivo baseada em UAV em redes 3G/4G traz uma experiência totalmente nova. Para os usuários da indústria, os UAVs com capacidade de comunicação sem fio tornam a transmissão de dados em tempo real um requisito urgente, dando origem a muitos novos modos de aplicação. Por exemplo, no monitoramento de dutos, linhas de transmissão, rodovias e outras infraestruturas, os UAVs podem substituir humanos para implementar inspeção automática e tratamento de acidentes com base em redes de comunicação. Esses novos modos de aplicação têm um volume de dados maior e exigem maior largura de banda, menor latência e maior confiabilidade, que estão além das capacidades do 4G. O 5G abrirá um novo espaço para aplicações UAV. A tecnologia 5G fornece UAVs em rede com recursos importantes, como transmissão de imagem UHD em tempo real, controle remoto de baixa latência e processamento massivo de dados. Isso traz vários tipos de cargas UAV e aplicações UAV mais diversificadas. À medida que o 5G VR penetra rapidamente na produção e na vida das pessoas, surgiram vários novos aplicativos e formas de negócios. As aplicações típicas incluem: (1) Em entretenimento e eventos esportivos, o 5G VR garante uma experiência imersiva de visão de 360 graus para o público como se estivesse no local, além de diversificar a criação de conteúdo. (2) Na educação, a RV em nuvem 5G permite o ensino holográfico remoto e com múltiplas visualizações. Os alunos podem ingressar em salas de aula em locais diferentes para palestras, aprendizado e exercícios com visão holográfica, livres das restrições de tempo e espaço. Isso também é um catalisador para novas aplicações de ensino. (3) Na área da saúde, VR/AR baseado em 5G suporta cirurgia colaborativa remota e transmissão ao vivo de cirurgia imersiva em HD. (4) Na fabricação, o 5G AR permite orientação especializada remota e design colaborativo para melhorar a eficiência da produção. A integração de 5G e UAVs em rede está no estágio inicial de exploração. As principais aplicações incluem: (1) Transporte logístico: UAVs de baixa altitude ajudam o setor de logística a obter entrega automatizada com base em controle remoto. Sem estar sujeito a congestionamentos de tráfego rodoviário e restrições de terreno, este modo de entrega melhora notavelmente a eficiência. (2) Inspeção de infraestrutura: UAVs são cada vez mais amplamente utilizados na inspeção de infraestrutura devido ao seu baixo custo, alta flexibilidade, alta segurança, alta adaptabilidade a ambientes e terrenos naturais e melhor ângulo de visão. Eles são usados para inspecionar paredes de edifícios, instalações elétricas, estações base, oleodutos e gasodutos e cursos de rios. (3) Proteção de plantas na agricultura e silvicultura: os UAVs carregam cargas úteis personalizadas para coletar dados em tempo real e trocar dados com o data center em redes 5G. Os dados são analisados na plataforma de nuvem para que o data center possa realizar operações remotas de acordo. terminais necessários são complicados e caros. A divisão da computação visual na nuvem pode simplificar muito os terminais para garantir sua acessibilidade, mas comprometerá a latência da transmissão. A latência da interface aérea 4G é de dezenas de milissegundos (ms), o que excede em muito o tempo permitido; enquanto o 5G pode garantir uma latência de interface aérea de apenas 1 ms, osuficiente para atender ao requisito. Até agora, as aplicações de UAVs em rede 5G alcançaram alguns resultados. No futuro, o 5G trará UAVs para mais aplicações. Machine Translated by Google Na saúde pública, a telemedicina é uma solução ideal para áreas remotas com recursos médicos insuficientes e instituições médicas primárias com capacidade de atendimento inadequada. Para pacientes com doenças altamente infecciosas, os médicos podem usar robôs de consulta remota para evitar contato próximo e mitigar os riscos de contaminação. A telemedicina garante que os recursos sejam alocados de forma flexível entre as instituições médicas, maximizando a utilização de recursos e melhorando as capacidades e a eficiência dos serviços. O processamento do controle remoto continua e circula até que o objetivo seja alcançado. O processo envolve três elementos: controlador, parte controlada e rede de comunicação. A parte controlada envia informações de status para o controlador por meio de uma rede de comunicação baseada em sensoriamento remoto. O controlador analisa as informações recebidas, toma uma decisão e envia uma instrução correspondente ao controlado por meio da rede de comunicação. A parte controlada executa a instrução para implementar o controle remoto. A rede de comunicação transmite principalmente informações e instruções de status, garantindo a precisão e a confiabilidade da transmissão. Os exemplos de condução autônoma em ambientes definidos incluem o transporte entre armazéns e o despacho de mercadorias em portos e áreas de mineração. Na direção autônoma, vans de carga com acionamento automático podem ser controladas remotamente na última milha entre a entrada/saída da rodovia e o centro de entrega. Isso reduzirá efetivamente os custos de operação. O controle remoto é amplamente utilizado em vários cenários, como operação de produção, saúde pública e direção autônoma. O objetivo final é apoiar a condução autônoma em vias urbanas onde pode haver mais veículos não motorizados e pedestres. Os requisitos para direção autônoma nesses cenários são os mais altos. Aplicações típicas incluirão ônibus e táxis não tripulados. Na operação de produção, o controle remoto é aplicado em carros de entrega expressa e veículos que trafegam em rotas fixas, como ônibus universitários e veículos de transporte nos portos. Também é usado para operar escavadeiras e caminhões de mineração, guindastes de pórtico em portos e outros equipamentos em ambientes hostis. Nesses casos, o controle remoto melhora a segurança, a eficiência e a economia. O 5G criará novas oportunidades para direção não tripulada. A taxa de transferência de dados extremamente alta, a baixa latência e a alta confiabilidade do 5G trarão serviços de informações mais diversificados, como jogos VR em veículos, navegação AR e download de mapas de alta precisão em tempo real. Como algoritmos, sensores, infraestrutura e ambientes de rede ainda precisam amadurecer, a direção autônoma de cenário completo não pode ser implementada atualmente. Portanto, aplicativos baseados em cenários são o caminho a percorrer. De cenários de baixa velocidade a ambientes definidos e estradas urbanas complexas, a direção autônoma exige mais algoritmos e sensores. A implementação em cenários mais complexos levará mais tempo. Os sistemas de informação e entretenimento no veículo (IVI) são o principal acesso aos serviços de informação e irão O transporte não tripulado com veículos guiados automaticamente (AGVs) em campus e armazéns inteligentes é um bom exemplo a esse respeito. O transporte automatizado de baixa velocidade também é uma escolha promissora para o transporte de passageiros de última milha em campi e aeroportos. Os casos de uso de baixa velocidade provavelmente estarão entre os primeiros a adotar a direção autônoma. Guia de aprendizado HCIA-5G 4.3.4 Controle Remoto 4.3.5 Condução Não Tripulada Machine Translated by Google Guia de aprendizado HCIA-5G evoluir para sistemas mais poderosos e inteligentes que permitem o processamento de informações mais complexas na era 5G. As tecnologias 5G com menor latência e maior confiabilidade podem oferecer suporte a alertas de segurança proativos de alto nível e serviços de melhoria da eficiência de transporte com base no compartilhamento de intenções e na tomada de decisões colaborativa. Eles também suportam a construção de um ambiente interconectado onde pessoas, veículos, estradas e nuvem são altamente coordenados para implementar serviços como controle colaborativo veículo-estrada, controle remoto e direção autônoma de alto nível ou mesmo direção não tripulada. Machine Translated by Google