[TOC] # 5G ## Introduction ### Kenapa harus upgrade ke 5G? Secara teknis, kita bisa bertahan di 4G, tetapi tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan digital masa depan. 1. Kecepatan terbatas: 4G hanya mampu memberikan kecepatan rata-rata sekitar 30–100 Mbps. Tidak cukup untuk aplikasi bandwidth besar seperti VR/AR, streaming 8K, atau cloud gaming real-time. 2. Latency tinggi: Latensi 4G berkisar 30–50 ms, padahal aplikasi industri dan otomotif butuh <1 ms. 3. Kapasitas pengguna terbatas: 4G tidak mendukung koneksi masif seperti IoT skala kota pintar (smart city) yang butuh ribuan perangkat/km². 4. Tidak efisien untuk industri: 4G tidak mendukung network slicing atau SLA (Service Level Agreement) terisolasi untuk layanan kritikal seperti remote surgery, smart grid, dsb. ### Perbedaan Mendasar ![image](https://hackmd.io/_uploads/S1A0n4xVxe.png) #### 4G: Service-Oriented Network > Fokus utama 4G adalah menyediakan layanan umum berbasis tipe trafik. Karakteristik: 1. Semua pengguna diperlakukan relatif sama. 2. Satu jaringan digunakan untuk semua jenis layanan: video, voice, browsing, dsb. 3. QoS (Quality of Service) disediakan berdasarkan tipe layanan, bukan kebutuhan individu. 4. Tidak ada pemisahan layanan kritikal, semuanya melewati jaringan umum. 5. Cocok untuk kebutuhan generik konsumen: streaming, browsing, VoIP. Analogi: Seperti jalan tol umum, semua kendaraan (mobil, truk, ambulans) berbagi jalur yang sama. #### 5G: User-Oriented Network > Fokus utama 5G adalah pengalaman pengguna yang dipersonalisasi dan tersegmentasi secara dinamis. Karakteristik: 1. Menggunakan konsep network slicing: satu infrastruktur fisik dibagi menjadi beberapa jaringan virtual untuk memenuhi kebutuhan spesifik pengguna atau aplikasi. 2. Setiap slice bisa disesuaikan untuk: * eMBB (Enhanced Mobile Broadband): untuk pengguna yang butuh bandwidth tinggi (misal 8K streaming). * URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication): untuk pengguna yang butuh reliabilitas ekstrem (misal remote surgery). * mMTC (massive Machine-Type Communication): untuk IoT skala besar (misal smart city). 4. QoE (Quality of Experience) difokuskan untuk masing-masing pengguna/aplikasi, bukan sekadar layanan. Analogi: Seperti bandara dengan jalur VIP, kargo, komersial, dan militer — semuanya berjalan paralel tapi terpisah. ### Empat Teknologi Kunci 5G ![image](https://hackmd.io/_uploads/ryhQjCQEle.png) #### Scalable OFDM-Based Air Interface 5G menggunakan OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), tapi versi yang lebih fleksibel dan bisa diskalakan.Bisa menyesuaikan subcarrier spacing (15, 30, 60, 120, 240 kHz) tergantung spektrum dan kebutuhan layanan. Bisa menyesuaikan subcarrier spacing (15, 30, 60, 120, 240 kHz) tergantung spektrum dan kebutuhan layanan. Manfaat: * Latensi rendah. * Cocok untuk URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communication). * Kompatibel dengan berbagai kondisi deployment (urban, rural, indoor). #### Advanced Channel Coding Menggunakan LDPC (Low-Density Parity Check) untuk data dan Polar Codes untuk control channel. Dirancang agar efisien untuk transmisi kecepatan tinggi dan tahan terhadap noise/error. Manfaat: * Bisa mengirim data besar sekaligus menjaga keandalan kontrol jaringan. * Mendekati performa maksimal (limit Shannon). * #### Massive MIMO Menggunakan puluhan hingga ratusan antena dalam satu base station. Memungkinkan spatial multiplexing: mengirim banyak aliran data sekaligus ke banyak pengguna. Manfaat: * Kapasitas meningkat drastis. * Jangkauan sinyal lebih luas dan fokus (dengan beamforming). #### Mobile mmWave Penggunaan millimeter wave (mmWave): spektrum frekuensi tinggi (24–100 GHz). Memiliki bandwidth sangat luas, cocok untuk kebutuhan data besar (AR/VR, 8K streaming). Manfaat: * Throughput sangat tinggi. * Cocok untuk area dengan kepadatan pengguna tinggi (stadion, bandara). ### Perbandingan Komponen 4G dan 5G Core #### 1. MME ➜ AMF | Komponen | Kepanjangan | Arti | Fungsi | | -------- | --------------------------------------- | ---------------------------- | ------------------------------------------------------------------------------------------------ | | **MME** | Mobility Management Entity | Komponen kontrol utama di 4G | - Menangani mobilitas (handover antar sel)<br>- Autentikasi user<br>- Setup sesi awal | | **AMF** | Access and Mobility Management Function | Pengganti MME di 5G | - Fokus pada **akses** dan **mobilitas pengguna**<br>- Autentikasi user<br>- Paging & registrasi | #### 2. SGW/PGW ➜ SMF + UPF | Komponen | Kepanjangan | Arti | Fungsi | | -------- | --------------------------- | ------------------------------------- | --------------------------------------------------------------------------------- | | **SGW** | Serving Gateway | Gerbang penghubung pertama user di 4G | - Meneruskan data ke PGW<br>- Menangani mobilitas antar eNodeB | | **PGW** | Packet Data Network Gateway | Gateway ke jaringan internet | - Alokasi IP<br>- Routing ke internet | | **SMF** | Session Management Function | Manajemen sesi & kontrol IP di 5G | - Setup, modifikasi, dan hapus sesi data (PDU Session)<br>- Mengatur UPF | | **UPF** | User Plane Function | Fungsi data plane pengguna | - Meneruskan lalu lintas internet<br>- Bisa dideploy dekat edge untuk low latency | #### 3. HSS ➜ UDM | Komponen | Kepanjangan | Arti | Fungsi | | -------- | ----------------------- | ----------------------------------- | ------------------------------------------------------------------------------------------- | | **HSS** | Home Subscriber Server | Basis data langganan pengguna di 4G | - Menyimpan data autentikasi dan langganan | | **UDM** | Unified Data Management | Pengelola data pelanggan 5G | - Menyimpan & menyediakan info langganan ke AMF<br>- Mendukung multiple access dan keamanan | #### 4. PCRF ➜ PCF | Komponen | Kepanjangan | Arti | Fungsi | | -------- | ---------------------------------- | ------------------------------------- | -------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | **PCRF** | Policy and Charging Rules Function | Pengatur kebijakan dan charging di 4G | - Menentukan QoS & kontrol charging | | **PCF** | Policy Control Function | Pengatur kebijakan di 5G | - Menyediakan aturan QoS<br>- Bisa menerima input dari aplikasi (AF)<br>- Lebih fleksibel & berbasis API | #### 5. Komponen Baru di 5G: NRF & SBA | Komponen | Kepanjangan | Arti | Fungsi | | -------- | --------------------------- | ------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------------------------------------------------- | | **NRF** | Network Repository Function | Direktori layanan 5G Core | - Menyimpan daftar fungsi jaringan aktif (service discovery)<br>- Memungkinkan arsitektur dinamis | | **SBA** | Service-Based Architecture | Arsitektur layanan berbasis API (seperti microservice) | - Memungkinkan komunikasi antar fungsi via HTTP/2<br>- Modular, scalable, dan fleksibel | ### Flow 5G SA ![image](https://hackmd.io/_uploads/r1lopdtNlx.png) 1. User Equipment (UE) mencari jaringan UE mengirim sinyal permintaan untuk terhubung ke jaringan 5G melalui gNodeB (RAN). 2. RAN meneruskan ke AMF {R}AN meneruskan permintaan koneksi ke AMF (Access and Mobility Function) melalui interface NG2. AMF bertugas untuk autentikasi & registrasi. 3. Autentikasi via AUSF dan UDM AMF berkomunikasi dengan AUSF untuk autentikasi keamanan dan UDM untuk mendapatkan info langganan pengguna. 4. AMF menunjuk SMF Setelah autentikasi sukses, AMF menunjuk SMF (Session Management Function) agar membuat sesi data. 5. SMF menunjuk UPF SMF membuat jalur data dengan mengatur UPF (User Plane Function) via interface NG4. UPF akan menjadi jalur utama data pengguna ke internet (melalui NG6). 6. PCF berikan aturan QoS SMF berkomunikasi ke PCF (Policy Control Function). PCF mengatur prioritas trafik, QoS (Quality of Service), Kebijakan layanan. 7. Jalur data aktif UPF menghubungkan UE ke Data Network (Internet). Kini UE bisa mengakses internet dengan koneksi 5G penuh. # RAN ![image](https://hackmd.io/_uploads/Hkai8qFVgl.png) * UE adalah perangkat pengguna seperti smartphone atau IoT yang terhubung ke RAN melalui frekuensi radio * RAN adalah bagian jaringan berupa menara atau base station (seperti gNodeB) yang menghubungkan UE ke inti jaringan * Setelah itu, data diteruskan ke CN melalui jalur backhaul (microwave, fiber optic, atau satelit). CN bertugas mengatur autentikasi, manajemen koneksi, dan pengiriman data ke internet. > Ketiga komponen ini bekerja bersama untuk menghadirkan layanan komunikasi seluler yang seamless ## Nama-nama di setiap generasi ![image](https://hackmd.io/_uploads/Hkya_5FNge.png) # Functional Split ![image](https://hackmd.io/_uploads/Bkvp65tNle.png) 1. Struktur Jaringan Seluler Dasar Jaringan seluler modern dibangun dari tiga komponen utama: UE (User Equipment), RAN (Radio Access Network), dan CN (Core Network). UE adalah perangkat yang digunakan pengguna seperti smartphone, modem, atau perangkat IoT. Perangkat ini berkomunikasi secara nirkabel dengan RAN, yang terdiri dari antena dan perangkat pemancar-penerima di menara (seperti gNodeB pada 5G). Selanjutnya, RAN meneruskan data ke CN, yaitu pusat pengendali jaringan yang mengatur autentikasi, pengalamatan, koneksi ke internet, dan layanan jaringan lainnya. Ketiga komponen ini bekerja bersama dalam setiap sesi komunikasi pengguna. 2. Monolithic RAN (Model Lama, 2G–4G Awal) Pada jaringan 2G hingga awal 4G, arsitektur RAN menggunakan model monolithic, di mana seluruh fungsi jaringan radio—baik pengolahan sinyal maupun kontrol—ditempatkan dalam satu perangkat besar yang disebut BBU (Baseband Unit) dan ditempatkan di bawah menara. BBU ini terhubung langsung ke antena dan menangani semua proses, mulai dari lapisan fisik (PHY) hingga protokol kontrol. Hubungan antara radio dan baseband disebut fronthaul. Kelemahan model ini adalah sifatnya yang tertutup, mahal, dan kurang fleksibel dalam hal penempatan serta ekspansi jaringan. 3. Functional Split RAN (Model Modern, 5G) Seiring dengan hadirnya 5G, muncul pendekatan functional split, di mana fungsi BBU dipisahkan menjadi dua bagian utama: DU (Distributed Unit) dan CU (Centralized Unit). DU menangani proses radio yang bersifat real-time seperti pengaturan MAC dan RLC, sementara CU menangani fungsi kontrol dan manajemen sesi seperti PDCP dan RRC. Antena tetap terhubung ke RU (Radio Unit) yang menangani sinyal radio dan berada dekat antena. RU dihubungkan ke DU melalui fronthaul, sementara DU terhubung ke CU melalui midhaul. Pemisahan ini memungkinkan jaringan menjadi lebih fleksibel, mendukung virtualisasi, dan dapat dioperasikan pada perangkat COTS (Commercial Off-The-Shelf) serta software open RAN. # OPEN RAN ![image](https://hackmd.io/_uploads/H1SGXsKNxl.png) ## Masalah Awal - Pada arsitektur tradisional, RAN dibangun oleh satu vendor tunggal. - Semua komponen (hardware & software) proprietary dan tidak bisa dicampur dengan produk dari vendor lain. - Ini menyebabkan vendor lock-in: operator tidak punya banyak pilihan, sehingga biaya tinggi dan kurang fleksibel. ## Solusi Open RAN memungkinkan RAN menjadi terbuka dan terstandarisasi dengan pendekatan: - Functional Split: memisahkan fungsi-fungsi RAN (RU, DU, CU). - Virtualization: bisa dijalankan di perangkat COTS (server biasa). - Open Source: mendukung ekosistem komunitas. - Open Standard & Interoperability: semua vendor bisa ikut tanpa lock-in. ## Hasil - Multi-vendor RAN element: operator bisa mencampur vendor terbaik. - Interoperability: sistem yang saling kompatibel. - Biaya lebih rendah: tidak perlu beli semua dari satu vendor besar. - Lebih inovatif: karena terbuka untuk pengembangan. # Interface ## ORAN | **Nama** | **Menghubungkan** | **Jenis** | **Fungsi Utama** | | --------------- | ------------------------------------ | ------------------ | ------------------------------------------------------------------------- | | **F1-C / F1-U** | CU ⇄ DU | Internal RAN | Memisahkan control & user plane dalam split gNodeB (CU-DU). | | **O1** | SMO ⇄ O-RAN Nodes (CU/DU/NR-RIC/gNB) | Manajemen | FCAPS (Fault, Config, Accounting, Performance, Security) | | **O2** | SMO ⇄ O-Cloud (infra cloud 5G) | Infrastruktur | Manajemen & provisioning resource (cloud-native platform) | | **A1** | Non-RT RIC ⇄ Near-RT RIC | Kebijakan (policy) | Transfer policy, ML model, dan enrichment info | | **E2** | Near-RT RIC ⇄ E2 Nodes (O-DU, O-CU) | Real-time control | Kendali real-time RAN (xApp) untuk mobility, interference, load balancing | | **R1** | Non-RT RIC ⇄ rApps | Non-real-time | Interface aplikasi AI/analitik ke Non-RT RIC | | **NG** | gNB ⇄ 5G Core | Akses ke Core | Termasuk NG-C (control) dan NG-U (data) untuk koneksi ke 5GC | | **N2 / N3** | CU ⇄ 5GC | Core signaling | N2 untuk kontrol, N3 untuk data | ## 5G CORE | **Nama Interface** | **Menghubungkan** | **Fungsi Utama** | | ------------------ | ----------------------- | ------------------------------------------------------------------------ | | **NG1** | UE ↔ AMF (via gNB) | Jalur awal signaling dan control untuk koneksi & registrasi UE | | **NG2** | gNB ⇄ AMF | **Control Plane** interface: registrasi, paging, mobility, session setup | | **NG3** | gNB ⇄ UPF | **User Plane**: jalur data pengguna (PDU Session) ke internet | | **NG4** | SMF ⇄ UPF | Konfigurasi jalur data, routing, QoS policy enforcement | | **NG5** | PCF ⇄ AF | Policy request dari aplikasi ke kontrol jaringan | | **NG6** | UPF ⇄ DN (Data Network) | Jalur keluar ke internet atau aplikasi enterprise/cloud | | **NG7** | SMF ⇄ PCF | Pertukaran kebijakan charging dan QoS | | **NG8** | AMF ⇄ UDM | Autentikasi, registrasi, dan info langganan | | **NG9** | UPF ⇄ UPF (opsional) | Jalur data antar UPF (inter-UPF handover atau routing) | | **NG10** | SMF ⇄ UDM | Ambil info IP & profil sesi data | | **NG11** | AMF ⇄ SMF | Permintaan pembuatan/modifikasi sesi | | **NG12** | AMF ⇄ AUSF | Proses autentikasi pengguna | | **NG13** | AUSF ⇄ UDM | Pertukaran data autentikasi | | **NG15** | SMF ⇄ PCF | Sinkronisasi kebijakan sesi | # Standarization ## ITU ITU (International Telecommunication Union) adalah badan PBB yang bertanggung jawab atas standarisasi global telekomunikasi, termasuk pengembangan teknologi jaringan seluler seperti 5G. ITU menetapkan standar 5G melalui program yang disebut IMT-2020 (International Mobile Telecommunications for 2020 and beyond). Tujuannya adalah untuk memastikan bahwa sistem 5G di seluruh dunia konsisten, interoperable, dan memenuhi kriteria performa global. ITU tidak memberikan standar teknis secara detail. 1. eMBB (Enhanced Mobile Broadband) Untuk hal-hal seperti streaming video 8K tanpa buffering, download film dalam hitungan detik, dan pengalaman Virtual Reality (VR) atau Augmented Reality (AR) yang mulus. Ini adalah peningkatan kecepatan dari 4G yang paling kita rasakan. 2. URLLC (Ultra-Reliable and Low Latency Communications) Untuk aplikasi yang sangat kritis di mana keterlambatan sepersekian detik pun tidak boleh terjadi. Contohnya: mobil tanpa pengemudi yang berkomunikasi satu sama lain, operasi bedah jarak jauh oleh dokter, atau kontrol robot di pabrik secara nirkabel. Latensinya ditargetkan hanya 1 milidetik! Sangat cepat! 3. mMTC (Massive Machine Type Communications) Untuk era Internet of Things (IoT). Bayangkan dalam satu kota pintar (smart city), ada jutaan sensor di lampu jalan, tempat sampah, meteran air, dan gedung yang semuanya terhubung ke internet secara bersamaan. 5G dirancang untuk menangani "keramaian" ini. ## 3GGP Berbeda dengan ITU, 3GGP memberikan standar teknis yang detail. 3GPP (3rd Generation Partnership Project) adalah organisasi global yang membuat spesifikasi teknis untuk jaringan seluler, termasuk GSM, UMTS, LTE, dan sekarang 5G. ### Release 15 – 5G Phase 1 (2018–2020) Release 15 adalah rilis pertama yang memperkenalkan arsitektur 5G New Radio (NR) dan dua mode deployment yaitu NSA (Non-Standalone): 5G NR masih bergantung pada core 4G (EPC) dan SA (Standalone): 5G NR sepenuhnya terhubung ke 5G Core (5GC). Fitur utama : * Arsitektur Service-Based Architecture (SBA) untuk 5GC. * Dukungan eMBB (enhanced Mobile Broadband). * Awal definisi network slicing dan control/user plane separation (CUPS). ### Release 16 – 5G Phase 2 (2020–2021) Berfokus pada ekspansi ke industri dan latensi rendah. Disebut juga sebagai 5G industrial release, rilis ini memperluas kemampuan 5G ke sektor vertical seperti industri, otomotif, dan transportasi. Fitur utama : * URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communication). * TSN (Time Sensitive Networking) → untuk industri presisi. * Sidelink communication / V2X (komunikasi antar kendaraan). * Network slicing lebih lanjut untuk IoT dan industri. * Efisiensi energi & peningkatan enkripsi (enhanced security). ### Release 17 – IoT & Satelit (2022–2023) Berfokus pada Massive IoT, coverage lebih luas, dan satelit (NTN). Release ini memperluas cakupan 5G untuk perangkat low-cost, low-power, dan menambahkan Non-Terrestrial Networks (NTN). Fitur utama : * NR-Light (RedCap): versi ringan dari 5G NR untuk sensor & IoT industrial. * Integrated Access Backhaul (IAB): untuk node tanpa kabel fiber. * NTN (Non-Terrestrial Network): dukungan 5G via satelit dan drone. * Peningkatan private 5G dan efisiensi spektrum. * Optimasi energy consumption dan coexistence dengan WiFi. ### Release 18 – 5G Advanced (2024 →) Berfokus pada 5G cerdas, efisien, dan siap ke arah 6G. Disebut juga sebagai 5G-Advanced, Release 18 membawa kecerdasan buatan dan optimalisasi jaringan ke tingkat yang lebih tinggi. Fitur utama : * AI/ML-native for RAN optimization. * XR (Extended Reality): dukungan AR/VR lebih real-time. * Enhanced Mobility & Positioning. * Peningkatan efisiensi energi dan kapasitas. * Multi-Connectivity & NTN lanjutan. * Dukungan lebih kuat untuk network automation & O-RAN. # Arsitektur ## 5G ![image](https://hackmd.io/_uploads/SkaUMZQSlg.png) > Berdasarkan course 5G Huawei 1. Core Network (Jaringan Inti): Ini adalah pusat kendali utama dari seluruh jaringan 5G. Di sinilah semua keputusan pintar dibuat, seperti mengelola koneksi pengguna, mengatur keamanan, dan menghubungkan jaringan ke internet. 2. Bearer Network: Ini adalah "jalan tol data" yang menghubungkan Base Station (menara) dengan Core Network. Fungsinya adalah membawa semua lalu lintas data pengguna dengan super cepat, biasanya melalui kabel fiber optik. 3. Base Station: Ini adalah istilah umum untuk semua perangkat yang ada di lokasi menara. Dalam 5G, Base Station ini dipecah lagi menjadi beberapa bagian yang lebih canggih: ## RIC ![image](https://hackmd.io/_uploads/Hy_nSazSlg.png) RIC adalah komponen utama dalam arsitektur O-RAN yang bertugas untuk mengontrol dan mengoptimasi RAN melalui kontrol loop tertutup (closed control loops) dan atau/ kontrol loop terbuka (open control loops) . - O-RU (NR) – Open Radio Unit Menangani transmisi RF (Radio Frequency) ke antena. Fungsi utama di layer PHY bagian bawah (analog-digital converter). Biasanya diletakkan di dekat antena (tower). ---- - O-DU (NR) – Open Distributed Unit Mengelola MAC, RLC, bagian PHY, dan sebagian PDCP. Mengambil data dari O-RU, dan memprosesnya ke level digital. Dihubungkan ke O-RU secara fronthaul (e.g., eCPRI). ---- - O-CU (NR) – Open Centralized Unit Mengelola RRC, PDCP, SDAP (lapisan atas). Tempat utama control plane berada. Mengatur sesi data, keamanan, dan handover. ---- - Near-RT RIC (Open Loop) Komponen dalam arsitektur Open RAN yang menjalankan kontrol jaringan secara nyaris real-time, dengan rentang waktu respons sekitar 10 milidetik hingga 1 detik. Fungsi utamanya adalah menjalankan xApps, yaitu aplikasi modular yang bertugas melakukan optimasi taktis terhadap kinerja jaringan radio secara langsung. Contohnya termasuk load balancing, interference management, dan handover optimization, yang semuanya memerlukan pengambilan keputusan cepat agar pengalaman pengguna tetap stabil saat menggunakan jaringan 5G. > xApps (eXtensible Applications) adalah aplikasi yang berjalan di dalam Near-Real-Time RIC (Near-RT RAN Intelligent Controller). Yang dimana fungsi utamanya * Menyediakan pengambilan keputusan cerdas secara cepat dalam RAN. * Mengontrol resource radio secara real-time dengan fleksibilitas tinggi. * Setiap xApp punya fungsi spesifik dan modular (bisa diganti/dikustom). ---- - Non-RT RIC (Closed Loop) Bekerja pada skala waktu lebih panjang (lebih dari 1 detik hingga hitungan jam atau hari), dan berperan sebagai pusat analitik strategis dan kebijakan jaringan. Komponen ini menjalankan rApps, yaitu aplikasi yang melakukan fungsi seperti manajemen kebijakan (policy management), pelatihan model AI/ML, serta optimasi jangka panjang untuk seluruh sistem RAN. Hasil dari Non-RT RIC—seperti kebijakan atau model pembelajaran mesin—dikirim ke Near-RT RIC melalui antarmuka A1, agar bisa digunakan langsung oleh xApps dalam pengambilan keputusan real-time. > rApps (RAN Applications) adalah aplikasi yang berjalan di dalam Non-Real-Time RIC (Non-RT RIC). Yang dimana fungsi utamanya * Menyediakan analitik jangka panjang dan policy generation. * Melatih model machine learning (ML) yang nanti dikirim ke xApps * Bekerja lebih strategis dan kompleks, tidak harus cepat. ---- - RAN EMS Bagian dari kerangka kerja Service Management and Orchestration (SMO) yang lebih besar. Fungsinya adalah untuk manajemen dan pemeliharaan operasional dari komponen-komponen atau "elemen" di dalam RAN, seperti O-CU, O-DU, dan O-RU. # Network Slicing Network slicing adalah teknologi 5G yang memungkinkan operator membagi satu jaringan fisik menjadi beberapa jaringan virtual (slice), yang masing-masing dapat diatur untuk kebutuhan layanan yang berbeda (misalnya: video streaming, kendaraan otonom, atau IoT). ## Network Slicing di RAN Di RAN, network slicing dilakukan untuk memastikan setiap koneksi dari UE (user equipment) sudah diarahkan ke slice yang tepat sejak dari sisi akses radio. Ini penting agar layanan seperti URLLC (latency sangat rendah) atau mMTC (koneksi masif IoT) mendapatkan perlakuan yang sesuai sejak awal komunikasi. ### Implementasi #### Network-level Slicing Pada level ini, sumber daya jaringan (seperti sumber daya komputasi dan komunikasi) dialokasikan ke setiap gNodeB (Base Station 5G) dalam skala waktu yang besar (misalnya, dalam hitungan detik). SDN Controller menganalisis data jaringan secara luas untuk memprediksi distribusi trafik dan area hotspot, kemudian menugaskan sumber daya ke setiap gNodeB untuk memastikan operasinya dan menghindari kelebihan beban. Semisal SDN Controller memberikan alokasi blok spektrum (PRB) dan kapasitas backhaul untuk setiap gNodeB berdasarkan prediksi kepadatan pengguna. #### gNodeB-level Slicing Setiap gNodeB secara individual menyesuaikan konfigurasi dari setiap slice di dalam sel yang dilayaninya. Penyesuaian ini tidak terlibat langsung dalam penjadwalan radio real-time, melainkan dengan mengatur parameter seperti Guaranteed Bit Rate (GBR) untuk memastikan QoS dan Maximum Bit Rate (MBR) untuk menjamin isolasi performa antar-slice. Ini disebut juga sebagai "soft slicing" yang memungkinkan pembagian sumber daya secara dinamis dan fleksibel. Contohnya ketika terjadi lonjakan trafik pada slice eMBB, gNodeB dapat mengurangi MBR pada slice tersebut untuk mencegah kongesti yang bisa berdampak negatif pada slice uRLLC yang lebih kritis #### Packet Scheduling-level Slicing Pada level ini, setiap gNodeB melakukan alokasi sumber daya radio (PRB) secara langsung kepada pengguna aktif di dalam setiap slice. Proses penjadwalan ini beroperasi dalam skala waktu yang sangat kecil, yaitu per-Transmission Time Interval (TTI), yang saat ini sekitar 1 ms di LTE. Misal untuk slice uRLLC yang membutuhkan latensi sangat rendah, gNB dapat menggunakan mini-slot (misalnya 0.125 ms) sebagai TTI yang lebih pendek dan penjadwalan semi-persisten untuk mengurangi latensi akibat pertukaran sinyal. ### Architecture of Network Slicing ![Workflow Slicign](https://hackmd.io/_uploads/rkgFITqSxe.png) > IP network slicing architecture ![image](https://hackmd.io/_uploads/rk6K-yoHgg.png) > Network slice lifecycle management #### Network Slice Management Layer Ini adalah "otak" atau pusat kendali dari seluruh proses slicing. Komponen utamanya adalah E2E (End-to-End) Network Slice Manager yang berfungsi sebagai orkestrator utama. Di bawahnya, terdapat manajer untuk setiap domain spesifik seperti RAN Slice Manager, IP Transport Network Slice Manager, dan Core Network Slice Manager. Tugas lapisan ini adalah menyediakan manajemen siklus hidup penuh (full-lifecycle management) untuk setiap slice, yang mencakup perencanaan, penerapan (deployment), operasional & pemeliharaan (O&M), dan optimisasi. ##### RAN Slice Manager Fungsinya adalah mengelola semua sumber daya dan konfigurasi yang terkait dengan akses nirkabel (dari menara ke ponsel) untuk sebuah slice tertentu. Tugasnya meliputi: * Manajemen Sumber Daya Radio: Mengalokasikan blok spektrum frekuensi (PRBs) dan mengatur prioritas penjadwalan (scheduling) di gNodeB agar sesuai dengan kebutuhan slice (misalnya, prioritas tinggi untuk slice URLLC). * Konfigurasi RAN: Mengatur parameter spesifik di menara (gNodeB) untuk setiap slice, seperti Quality of Service (QoS), daya pancar, dan konfigurasi antena. * Mobilitas: Mengelola aturan handover (perpindahan antar menara) untuk pengguna di dalam slice tersebut. ##### IP Transport Network Slice Manager Fungsinya adalah mengelola "jalan tol data" yang menghubungkan antara RAN dan Core Network. Ia memastikan data dari sebuah slice bisa lewat dengan lancar dan terisolasi dari slice lain. Tugasnya meliputi: * Manajemen Topologi & Rute: Membuat jalur (rute) virtual yang spesifik di dalam jaringan fisik untuk setiap slice. * Reservasi Bandwidth: Mengalokasikan dan menjamin kapasitas bandwidth di sepanjang jalur tersebut menggunakan teknologi seperti FlexE atau channelized sub-interfaces. * Isolasi Lalu Lintas: Memastikan lalu lintas data dari satu slice tidak akan terganggu atau mengganggu lalu lintas dari slice lain di jaringan transportasi. ##### Core Network Slice Manager Fungsinya adalah membuat dan mengelola serangkaian fungsi jaringan virtual (VNF) yang membentuk "otak" dari setiap slice. Tugasnya meliputi: * Manajemen Fungsi Virtual (VNF): Memilih, menerapkan (deploy), dan mengonfigurasi VNF yang tepat untuk sebuah slice, seperti AMF (manajemen akses), SMF (manajemen sesi), dan UPF (penerusan data). * Manajemen Sesi & Kebijakan: Mengatur aturan dan kebijakan spesifik untuk pengguna di dalam slice, seperti keamanan, otentikasi, dan cara penagihan. * Konektivitas ke Jaringan Eksternal: Mengelola bagaimana sebuah slice terhubung ke internet atau jaringan data eksternal lainnya. #### Network Slice Control Layer Lapisan ini adalah tempat di mana jaringan logis virtual dibentuk di atas satu jaringan fisik. Dalam diagram, ini direpresentasikan sebagai tumpukan beberapa "lapisan" topologi jaringan yang terpisah. Fungsinya adalah untuk membuat instansiasi dari network slice yang berbeda, mendukung kustomisasi topologi sesuai permintaan, dan mengasosiasikan topologi logis tersebut dengan sumber daya jaringan yang telah dialokasikan. Secara teknis, lapisan ini mencakup Virtual Private Networks (VPNs) di overlay layer dan Virtual Transport Networks (VTNs) di underlay layer. #### Network Slice Forwarding Layer Ini adalah lapisan fisik yang menjadi fondasi dari semuanya. Lapisan ini terdiri dari perangkat keras jaringan yang sebenarnya, seperti router dan switch, yang melakukan penerusan paket data. Kemampuan utamanya adalah mempartisi atau membagi sumber daya fisik (seperti bandwidth) menjadi beberapa set sumber daya yang terisolasi untuk dialokasikan ke slice yang berbeda. #### Workflow 1. Perencanaan (Planning): Proses dimulai di Network Slice Management Layer. E2E Network Slice Manager menerima permintaan atau merencanakan sebuah slice baru berdasarkan kebutuhan layanan (misalnya, slice untuk game online yang butuh latensi rendah). 2. Penerapan (Deployment): E2E Network Slice Manager memerintahkan manajer domain (RAN, IP Transport, Core) untuk membuat slice. Manajer domain ini kemudian mengonfigurasi Network Slice Control Layer untuk membuat sebuah "lapisan" topologi logis baru, lengkap dengan rute dan aturan spesifik untuk slice tersebut. 3. Reservasi Sumber Daya (Resource Reservation): Konfigurasi dari lapisan kontrol diteruskan ke Network Slice Forwarding Layer. Perangkat keras fisik kemudian mempartisi sumber dayanya (misalnya, mengalokasikan 1 Gbit/s bandwidth secara eksklusif untuk slice game tadi) menggunakan teknologi seperti FlexE. 4. Penerusan Paket (Forwarding): Ketika paket data untuk layanan game online masuk ke jaringan, paket tersebut akan diidentifikasi (misalnya dengan Slice ID) dan secara otomatis diteruskan melalui jalur dan sumber daya yang telah dicadangkan khusus untuk slice game tersebut. 5. Operasional & Optimisasi (O&M and Optimization): Selama slice aktif, Management Layer terus memonitor performanya (misalnya, latensi dan packet loss) menggunakan teknologi seperti IFIT (In-situ Flow Information Telemetry). Jika performa menurun atau kebutuhan berubah, manajer dapat melakukan optimisasi secara dinamis. # FlexRIC FlexRAN Intelligent Controller (FlexRIC) adalah komponen perangkat lunak yang dikembangkan oleh OpenAirInterface (OAI). Komponen ini merupakan bagian dari proyek Open Radio Access Network (Open RAN) yang bertujuan untuk menciptakan jaringan akses radio yang lebih terbuka dan fleksibel dengan menggunakan perangkat keras dan perangkat lunak yang terpisah. FlexRIC bertanggung jawab atas kontrol dan pengoptimalan fungsi Radio Access Network (RAN). FlexRIC memungkinkan pengelolaan sumber daya radio secara lebih efisien, meningkatkan kinerja jaringan, dan mendukung inovasi dengan mengaktifkan integrasi aplikasi pihak ketiga secara otomatis dan mengoptimalkan operasi RAN. # ORCA ORCA sebuah framework untuk orkestrasi dan otomatisasi cloud-native dari fungsi dan slice jaringan seluler secara end-to-end (E2E). Secara sederhana, ORCA adalah sebuah sistem yang dirancang untuk mengotomatiskan seluruh proses, mulai dari penerapan (deployment) hingga pengelolaan, komponen-komponen jaringan 5G (baik Core Network maupun RAN) dan juga layanan network slicing. ![5G-ORCA.drawio](https://hackmd.io/_uploads/BJ4_WFBIxx.png) ## Nephio Platform otomatisasi berbasis Kubernetes yang memungkinkan manajemen fungsi jaringan dan infrastruktur cloud secara otomatis. Ini memungkinkan pengguna untuk mendeklarasikan niat (intent) tinggi, mengonfigurasi infrastruktur cloud, serta memberikan konfigurasi awal untuk fungsi jaringan. Nephio mengatasi kompleksitas provisioning dan pengelolaan jaringan multi-vendor, multi-lokasi dengan menggunakan pendekatan deklaratif yang didukung oleh Kubernetes CRDs (Custom Resource Definitions). Hal ini menyederhanakan pengelolaan infrastruktur cloud dan jaringan untuk mendukung jaringan 5G dan masa depan. Nephio digunakan untuk orkestrasi cloud-native, mengelola cluster yang terdistribusi (central, regional, edge). Nephio bertanggung jawab atas penyebaran network functions (NFs), termasuk SMF, UPF, CU-CP, dan DU di cluster yang sesuai. O-Cloud berfungsi sebagai platform cloud untuk orkestrasi jaringan melalui Kubernetes, di mana semua NFs disebarkan dan dikendalikan. ## ZeroMQ ZeroMQ adalah library messaging yang memungkinkan komunikasi berbasis pesan dengan arsitektur terdistribusi, menyediakan pola soket seperti request-reply, publish-subscribe, dan lainnya. ZeroMQ digunakan untuk membangun arsitektur terdistribusi, memungkinkan komunikasi asinkron antar aplikasi yang bekerja di berbagai platform dan bahasa pemrograman. Ini digunakan dalam konteks aplikasi besar yang membutuhkan komunikasi antar proses secara cepat dan efektif, termasuk pengelolaan file besar dan komunikasi antara server. ZMQ (ZeroMQ) digunakan untuk komunikasi konfigurasi antara slice dan memastikan interoperabilitas antara core dan RAN. ## NSSMF NSSMF adalah komponen dalam arsitektur jaringan slicing 5G yang bertanggung jawab untuk manajemen dan orkestrasi subnet dari instansi slicing jaringan (NSSI). NSSMF berinteraksi dengan NSMF untuk mengelola dan mengoordinasikan subnet slice yang didefinisikan berdasarkan permintaan spesifik dari setiap layanan, sesuai dengan kebutuhan pelanggan. Ini adalah bagian integral dari proses orkestrasi 5G dalam skenario slicing jaringan. R-NSSMF berfungsi untuk mengelola slice pada RAN dan mengonfigurasi HexRAN untuk memetakan slice resources sesuai dengan SliceProfile yang diterima dari GUI. R-NSSMF berkomunikasi dengan O-RAN O1 Interface untuk mengonfigurasi dan memonitor performa slice yang aktif di HexRAN (disaggregated RAN). C-NSSMF mengelola slice di core network (SMF, UPF) dan bertanggung jawab untuk penyebaran dan pengelolaan slice berdasarkan parameter seperti latency dan resource allocation. ## HeX-RAN Arsitektur base station (menara) baru yang dirancang dengan pendekatan "O-RAN-native". Arsitektur ini dicirikan oleh fitur-fitur utama yang berkaitan dengan disaggregasi dan komposabilitas RAN, integrasi dan programabilitas protokol 3GPP dan O-RAN, serta interaksi yang kuat dengan kontroler. Fungsi utama HeX-RAN adalah menyediakan pendekatan yang dapat diprogram untuk desain base station O-RAN. Ini memungkinkan komposisi dinamis dari fungsi-fungsi RAN yang berbeda untuk memberikan kinerja yang disesuaikan dengan kebutuhan aplikasi spesifik, serta menyediakan Programmable Mediation Layer untuk menyederhanakan kontrol dan jaminan kualitas jaringan. HexRAN mendukung programmable RAN slicing dan O-RAN E2/O1 interfaces. RAN ini disaggregated, yang berarti fungsi-fungsi RAN (seperti DU, CU) dapat dijalankan secara terpisah dan lebih fleksibel. HexRAN memanfaatkan Nephio REST APIs untuk manajemen NF dan pengaturan slice melalui R-NSSMF. ## WorkFlow ### 1. Cloud-Native RAN and Core Orchestration Deployment otomatis dimulai dengan "one-click" pada GUI yang memicu Nephio untuk menyebarkan 5GC NFs dan RAN NFs di cluster yang sesuai (central, regional, edge). Setelah itu, slice default (misalnya SST 1) diatur di RAN, UPF, dan SMF. ### 2. E2E Network Slice Creation & Deployment Pengguna membuat slice baru (SST 2) melalui GUI yang menginteraksikan dengan R-NSSMF dan C-NSSMF menggunakan SliceProfile attributes. R-NSSMF mengonfigurasi slice di HexRAN menggunakan O1 Interface dan Nephio APIs. C-NSSMF mengonfigurasi SMF-2 dan UPF-2 di edge untuk memastikan latensi sub-10 ms dan mendistribusikan SST 2. ### 3. Closed Loop Slice Assurance R-NSSMF memonitor performa slice di RAN. Ketika CU-UP 1 overload, R-NSSMF mengaktifkan CU-UP 2 di edge untuk mengurangi beban dan memperbaiki kinerja. # Nephio Nephio adalah otomatisasi berbasis Kubernetes yang digerakkan oleh intent untuk fungsi jaringan dan infrastruktur dasar yang mendukung fungsi tersebut. Nephio memungkinkan pengguna untuk mengekspresikan intent tingkat tinggi, menyediakan otomatisasi deklaratif cerdas yang dapat menyiapkan infrastruktur cloud dan edge, merender konfigurasi awal untuk fungsi jaringan, lalu mengirimkan konfigurasi tersebut ke kluster yang tepat agar jaringan siap dan berjalan. ## Kubernetes as a Uniform Automation Control Plane Memanfaatkan Kubernetes sebagai bidang kontrol otomatisasi di setiap lapisan tumpukan menyederhanakan otomatisasi secara keseluruhan dan memungkinkan manajemen deklaratif dengan rekonsiliasi aktif untuk seluruh tumpukan. Secara garis besar, kita dapat membayangkan tiga lapisan dalam tumpukan, seperti yang ditunjukkan di bawah ini. * Cloud infrastructure * Workload (network function) resources * Konfigurasi beban kerja (fungsi jaringan) Nephio sedang membangun model Definisi Sumber Daya Kustom (CRD) Kubernetes yang terbuka dan dapat diperluas untuk setiap lapisan tumpukan, sesuai dengan standar 3GPP & O-RAN. ![Nephio](https://hackmd.io/_uploads/rk1CQOAIxe.jpg) ## Kpt Kpt adalah sebuah toolkit atau perangkat serbaguna dari Google untuk mengelola dan mengedit konfigurasi Kubernetes secara massal dan terstruktur. ## Porch Package Orchestration service (Porch) memungkinkan alur kerja serupa dengan yang didukung oleh kpt CLI, tetapi membuatnya tersedia sebagai layanan Kubernetes. ## Configsync Configsync memungkinkan operator klaster dan administrator platform menerapkan konfigurasi dan kebijakan yang konsisten. Dengan ini menerapkan konfigurasi dan kebijakan ini ke klaster Kubernetes individual, beberapa klaster yang dapat menjangkau lingkungan hybrid dan multi-cloud, serta beberapa namespace dalam klaster. Proses ini menyederhanakan dan mengotomatiskan manajemen konfigurasi dan kebijakan dalam skala besar. ## Packages Packages or Kpt Packages adalah bundel berkas sumber daya Kubernetes, beserta Kptfile (juga dalam format Kubernetes Resource Model (KRM)). Paket-paket ini menyediakan unit manajemen dasar dalam rantai alat Kpt. Rantai alat ini digunakan untuk mengelola konfigurasi sebelum mencapai server API Kubernetes. Model "geser kiri" ini penting untuk memungkinkan pembuatan dan pengeditan konfigurasi otomatis yang kolaboratif dan aman, karena kesalahan atau konfigurasi parsial dapat diatasi sebelum memengaruhi operasi. ![image](https://hackmd.io/_uploads/H1KMtUkPxe.png) :::info ## **References:** 1. [An intelligent self-sustained RAN slicing framework for diverse service provisioning in 5G-beyond and 6G networks](https://ieeexplore.ieee.org/document/9314166) 2. [HCIA 5G Course](https://talent.shixizhi.huawei.com/course/1365189427395223554/application-view?courseId=204620309804875786&appId=206495617881473064&appType=1&status=published&activeIndex=0&sxz-lang=en_US) 3. [OpenRAN - TIP](https://telecominfraproject.com/openran/) 4. [5G O-RAN RIC: RAN Intelligent Controller (RIC) & Element Management System (EMS)](https://www.youtube.com/watch?v=67_-svI_G8s) 5. [3GGP Release 15-18](https://www.3gpp.org/specifications-technologies/releases) 6. [Polese, M., D'Oro, S., Bonati, L., et al. (2023). *Understanding O-RAN: Architecture, Interfaces, Algorithms, Security, and Research Challenges* – IEEE Communications Surveys & Tutorials](https://arxiv.org/abs/2202.01032) 7. [Wadud, M.A., Aviles, M., et al. (2023). *Conflict Management in the Near-RT-RIC of Open RAN: A Game Theoretic Approach* – IEEE CPSCom](https://ieeexplore.ieee.org/document/10280129) 8. [(IPv6 Series eBook) IP Network Slicing](https://support.huawei.com/enterprise/en/doc/EDOC1100213849) 9. [ORCA: Cloud-native Orchestration and Automation of E2E Cellular Network Functions and Slices](https://ieeexplore.ieee.org/document/10620766) 10. [Nephio: About](https://nephio.org/about/) 11. [NSSMF](https://www.aarna.ml/post/network-slicing-nssmf-architecture) 12. [ZeroMQ](https://zguide.zeromq.org/docs/chapter7/) 13. [HexRAN: A Programmable Multi-RAT Platform for Network Slicing in the Open RAN Ecosystem](https://arxiv.org/abs/2304.12560) 14. [Nephio: User Guide](https://docs.nephio.org/docs/guides/user-guides/) :::