As redes de fronthaul 4G/5G são o centro das atenções

A Ciena recentemente anunciou grandes adições e aprimoramentos às nossas Soluções de rede 5G, incluindo três novos roteadores otimizados para a rede de transporte xHaul, Network slicing e planejamento dinâmico melhorias para o nosso software de automação Blue Planet e os Serviços Profissionaispara ajudar as operadoras ao longo de sua jornada única do 4G para o 5G. Não está familiarizado com o xHaul e o por que é absolutamente essencial para o sucesso do 5G? Deixe-me explicar.

O que é xHaul?

xHaul refere-se às redes de transporte fronthaul, midhaul e backhaul que interconectam cell sites entre si, com a rede principal e, finalmente, com data centers, onde o conteúdo acessado é hospedado. Por que estou falando sobre data centers?

Bem, o vídeo representará 76% de todo o tráfego móvel até 2025e adivinhe onde está localizado o conteúdo do vídeo? Isso mesmo, em data centers próximos e distantes, o que significa que toda a rede wireline fixa entre a RAN (Radio Access Network) e os data centers deve ser atualizada para cumprir a promessa de desempenho garantido de ponta a ponta que o Network Slicing 5G deve entregar. As operadoras de rede móvel (MNOs) usarão o Network Slicing 5G para dar suporte a três categorias principais de casos de uso, cada uma com seus próprios requisitos de desempenho de rede:

• eMBB (enhanced Mobile Broadband), que requer aumentos significativos na capacidade do cabo
• mMTC (massive Machine-Type Communications), que exige automação orientada por análise para conectar de maneira ideal milhões e até bilhões de máquinas a mais (pense em IoT massiva)
• urLLC (ultra-reliable Low-Latency Communications), que exige MEC (Multi-access Edge Computing) e transporte óptico de pacotes determinístico para atingir metas de latência determinística extremamente baixa

Por que essas categorias são importantes? Porque à medida que os dados atravessam a rede de extremo a extremo, nos domínios wireless e wireline, as operadoras de rede devem poder garantir o desempenho de um slice da rede durante todo o ciclo de vida. No domínio da rede wireline, isso significa que recursos específicos de gerenciamento de tráfego são necessários nas redes de fronthaul, midhaul e backhaul que vão muito além do simples aumento da capacidade para oferecer suporte adequado aos serviços 5G.

Onde fica o xHaul?

No 4G, a rede de transporte de fronthaul conecta as RRHs (Remote Radio Heads) às BBUs (Baseband Units) distantes, centralizadas ou na nuvem, enquanto o backhaul conecta as BBUs de volta ao EPC 4G (4G Evolved Packet Core). No 5G, os NR (New Radios) são conectados à BBU, que pode ser desagregada (e virtualizada) em uma Unidade Central (UC) e em uma Unidade Distribuída (UD). O novo midhaul interconecta a UC (unidade centralizada) à UD (unidade distribuída) por meio de uma nova interface 3GPP F1 padronizada. O backhaul 5G, no qual inicialmente, as operadoras estão focadas em fornecer novos serviços eMBB, é essencialmente o mesmo que no 4G, apesar de transportar muito mais tráfego devido aos NRs 5G (5G New Radios) de desempenho superior e maior largura de banda.

Figura 1: arquitetura C-RAN 4G de alto nível vs. arquitetura C-RAN 5G 

Há uma mudança importante acontecendo no setor, com a tentativa de quebrar as redes de fronthaul 4G abertas. Embora fossem baseadas em uma especificação publicada pela CPRI (Common Public Radio Interface), essas redes de fronthaul acabaram sendo fechadas e proprietárias. As MNOs foram forçadas a comprar RRHs e BBUs do mesmo fornecedor e transportar o tráfego de fronthaul sobre fibra escura cara, e muitas vezes indisponível, devido à capacidade muito alta (e ineficiente) da CPRI e aos rigorosos requisitos de latência. Com o 5G - isso pode e vai mudar.

Por que abrir as redes xHaul?

Com a ajuda de organizações como a O-RAN Alliance, liderada pelas operadoras, as especificações da interface de rede 5G fronthaul e midhaul são abertas e definidas em um formato estruturado. Isso permite que as MNOs comprem URs, UDs, UCs e as redes de transporte associadas entre elas, de qualquer pessoa, desde que o equipamento esteja em conformidade com as especificações O-RAN. Essas especificações abertas levarão ao aumento da concorrência de fornecedores, oferecendo maior escolha, inovação mais rápida, projetos de rede de ponta e um ecossistema de fornecedores mais amplo e seguro.

A Ciena acredita proativamente na abertura e é por isso que apresentamos nossos novos roteadores 5164, 5166 e 5168, que interoperam ​​com vários fornecedores - para ajudar as MNOs a se libertarem do bloqueio do fornecedor de uma vez por todas. Como o 4G e o 5G coexistirão por muitos anos, as redes xHaul deverão suportar esses dois padrões por muito tempo. A melhor maneira de fazer isso de forma rentável é através de uma rede de transporte aberta, interoperável e convergente que unifique fronthaul, midhaul e backhaul em uma infraestrutura de rede de transporte comum.

Por que redes xHaul interoperáveis ​​de vários fornecedores?

O principal benefício do transporte xHaul aberto e baseado em padrões é a capacidade de convergir o tráfego para uma infraestrutura wireline comum, tornando muito mais simples e econômico possuir e operar a rede sem a necessidade das caras redes de sobreposição. Ser capaz de convergir o tráfego de fronthaul e backhaul de 4G com o tráfego de fronthaul, midhaul e backhaul de 5G em uma rede significa suportar várias interfaces 4G e 5G, como CPRI 4G, encapsulamento de RoE 4G (Radio-over-Ethernet), CPRI 5G evoluído (eCPRI), O-RAN Fronthaul e perfil de interface O-RAN Open F1. Essa flexibilidade exige uma nova geração de equipamentos de rede e os chamamos de roteadores 5164, 5166 e 5168 da Ciena.

Foco na rede de fronthaul

Os roteadores 5164, 5166 e 5168 da Ciena suportam Ethernet padrão e TSN (Time-Sensitive Networking), bem como soft slicing (Segment Routing) e hard slicing (FlexEthernet / ITU-T G. mtn). Eles também se beneficiam do software de automação inteligente Blue Planet da Ciena e da implementação do IP ágil Adaptive IP da Ciena, habilitados por meio de APIs abertas, e suportam streaming de telemetria para fornecer benefícios em toda a rede que vão além dos roteadores.

Vamos nos concentrar nos recursos de fronthaul do roteador 5168 e suas inúmeras interfaces de fronthaul, as quais o diferenciam dos roteadores 5164 e 5166. Para convergir e simplificar o tráfego de fronthaul e midhaul de 4G e 5G em uma rede xHaul comum e convergida, o roteador 5168 suporta as seguintes interfaces de fronthaul e midhaul:

• CPRI (Common Public Radio Interface) 
• eCPRI (evolved Common Public Radio Interface)
• Interface IEEE 1914.3 Radio-over-Ethernet (independente da estrutura e sensível à estrutura) (CPRI 4G na Ethernet)
• Interface ORAN
• Interface 3GPP F1 (incluindo perfis O-RAN Open F1)
• IWF (Interworking Function) CPRI para eCPRI
• CPRI para ORAN, incluindo processamento L1 Offload

Desempenho de rede fronthaul

Todas as interfaces 4G/5G fronthaul e midhaul acima são baseadas em pacotes e exigem novos e rigorosos níveis de requisitos de latência e garantia de jitter para garantir a transmissão bem-sucedida de pacotes pela rede de fronthaul. Tecnologias semelhantes nas redes midhaul e backhaul são aproveitadas para alcançar os rigorosos requisitos de desempenho dos novos casos de uso 5G, como os associados ao urLLC.

Assim como os provedores de serviços buscam aproveitar as melhores tecnologias para projetar e construir as redes de mais alto desempenho para seus usuários, na Ciena, estamos sempre procurando oportunidades para oferecer programabilidade de valor agregado para aumentar ainda mais os recursos e o desempenho das nossas soluções. Um exemplo específico disso está no domínio fronthaul, onde trabalhamos em conjunto com a Intel para oferecer o melhor transporte de CPRI em pacotes, via RoE (Radio-over-Ethernet) e uma função IWF (Interworking Function) CPRI para eCPRI. A tecnologia FPGA (Field Programmable Gate Array) da Intel fornece o desempenho, flexibilidade e capacidade de programação necessários para implementar hoje várias especificações de fronthaul. Além disso, a tecnologia Intel FPGA permite atualizações de campo, caso os requisitos futuros de implantação sejam alterados por qualquer motivo. Ao trabalhar em conjunto com a Intel, podemos aproveitar sua expertise em tecnologia programável e de aceleração habilitada para vRAN para permitir a implantação de redes móveis convergentes 4G/LTE e 5G da maneira mais eficiente e rentável.

E o que acontece com o midhaul e o backhaul?

Fique atento, pois abordarei essas duas partes da rede wireline que também são essenciais para o 5G, suportando os slices de rede garantidos de ponta a ponta que desencadearão uma onda de novas e emocionantes aplicações eMBB, mMTC e urLLC e casos de uso.

O que há na sua rede fronthaul?