As redes backhaul 4G/5G no centro das atenções

Lembre-me de novo, o que é xHaul?

xHaul refere-se a redes de transporte de fronthaul, midhaul e backhaul que interconectam estações radiobase entre si às redes core móveis e finalmente, aos data centers, onde os dados e conteúdos acessados pelo usuário final ​​estão hospedados. O 5G oferecerá suporte a três categorias principais de casos de uso 5G, facilitadas pelo network slicing, cada uma com seus próprios requisitos de desempenho de rede, conforme os serviços móveis atravessam redes fronthaul, midhaul e, obviamente, backhaul. 

• eMBB (enhanced Mobile Broadband), que requer aumentos significativos da capacidade da rede wireline
• mMTC (massive Machine-Type Communications), que requer automação orientada por análise para conectar de forma otimizada de milhões até bilhões de máquinas (pense em IoT massiva)
• urLLC (ultra-reliable Low-Latency Communications), que requer MEC (Multi-access Edge Computing) e transporte óptico de pacotes determinístico para atingir desempenho de latência determinística extremamente baixa 

As operadoras de rede, móveis e wholesale, devem ser capazes de garantir o desempenho de cada slice da rede durante todo o seu ciclo de vida. No domínio wireline, isso significa que recursos específicos de gerenciamento de tráfego são necessários nas redes fronthaul, midhaul e backhaul que vão muito além de simplesmente aumentar a capacidade para oferecer suporte adequado aos serviços 5G. No backhaul, onde os requisitos de latência são menos rigorosos em comparação com as redes fronthaul e midhaul, a capacidade será um upgrade de desempenho chave, passando de 1 GbE típico para o 4G atual, para 10 GbE, e até maior, para o 5G.

No backhaul, onde os requisitos de latência são menos rigorosos em comparação com as redes fronthaul e midhaul, a capacidade será um upgrade de desempenho chave, passando de 1 GbE típico para o 4G atual, para 10 GbE, e até maior, para o 5G.

Lembre-me de novo, onde está o xHaul?

No 4G, as redes fronthaul conectam RRHs (Remote Radio Heads) a BBUs (Baseband Units) centralizadas/na nuvem distantes enquanto o backhaul conecta BBUs de volta ao 4G EPC (Evolved Packet Core). No 5G, os NRs (New Radios) são conectados a BBUs, que serão desagregadas e virtualizadas em CUs (Centralized Units) e DUs (Distributed Units). A rede de backhaul, na qual as MNOs estão atualmente focadas para fornecer novos serviços eMBB 5G, é semelhante ao backhaul 4G, embora transportando muito mais tráfego devido ao maior desempenho e maior largura de banda fornecida pelos NRs 5G.

Figura 1: evolução das redes xHaul de 4G para 5G

O backhaul é fornecido por interfaces de 1 GbE, 10 GbE e 100 GbE, bem como interfaces mais recentes de 25 GbE, 50 GbE e possivelmente até 400 GbE no extremo. As distâncias são normalmente inferiores a cem ou a algumas centenas de quilômetros, com distâncias mais longas atendidas pela óptica DWDM, coerente e não coerente, geralmente em fatores de forma plugáveis. 

Os requisitos de latência de backhaul, normalmente de 10 ms a 300 ms, são muito menos rigorosos do que as redes de fronthaul e até mesmo de midhaul. A rede de backhaul é comumente baseada em Ethernet (carregando cargas IP), mas também pode ser de fibra escura, wireless baseada em micro-ondas ou IAB (Integrated Access Backhaul) mais recente, quando o acesso à fibra óptica não estiver disponível ou não for econômico. Cada tecnologia de backhaul tem seus méritos e seu espaço, ou seja, uma combinação de todas será usada para o 5G.

Modo 5G NSA (Non-Stand-Alone) e 5G SA (Stand-Alone)

Em dezembro de 2017, o grupo 3GPP aprovou as especificações do 5G NR, o que foi um marco importante que deu início à corrida rumo ao 5G. Isso permitiu que o setor implementasse 5G NRs baseados em padrões, assim que eles estiverem disponíveis, permitindo que as MNOs testassem seu desempenho wireless e a conformidade com os padrões, realizassem modelagem e planejamento de radiofrequência (RF) e, finalmente, implantá-los fisicamente em torres superiores, mastros, edifícios, e em outros lugares.

Os 5G NRs estão sendo conectados principalmente às redes 4G EPC existentes, fornecendo aos usuários finais, humanos e máquinas, um novo desempenho 5G no domínio wireless, mas no domínio da rede wireline ainda é um desempenho 4G. Essa configuração é conhecida como 5G NSA (Non-Standard-Alone) e é a que a maioria dos usuários finais de 5G experimenta hoje. O resultado é "pré-5G" ou "5G parcial" e é uma maneira engenhosa de acelerar as implantações de 5G NR enquanto as redes 5G Core e xHaul são constantemente atualizadas como a 3GPP Release-16,recentemente aprovada e o Release-17 facilitam a implementação em larga escala de comercialização de tecnologia baseada em padrões.

O modo 5G NSA é inicialmente direcionado para casos de uso de eMBB, principalmente centrado em vídeo, que consumirá quase 76% de todo o tráfego até 2025, de acordo com o mais recente relatórioEricsson Mobility Report. No entanto, o 5G NSA não inclui recursos de Network Slicing, nem uma estrutura de Qualidade de Serviço (QoS) 5G ou não oferece latência ultrabaixa. Em outras palavras, o eMBB hoje é como o 4G, embora com esteroides, e é o que a maioria dos consumidores experimentará até que a rede core wireline também seja atualizada.

O 5G SA, também conhecido como "full 5G", é quando os 5G NRs são conectados a uma rede 5G Core, que substitui o atual 4G EPC usado no 5G NSA e fornece o desempenho de extremo a extremo para cumprir a promessa completa do 5G. Isso será possível pelo Network Slicing sobre os domínios wireless e wireline e a estrutura de QoS 5G habilitando a urLLC e a categoria mMTC dos casos de uso 5G. Os serviços 5G SA comercialmente disponíveis já foram anunciados pelas principais MNOs. O desempenho full 5G amplamente disponível para as massas provavelmente será uma jornada de vários anos e exclusiva para cada MNO devido aos pontos de partida e de chegada exclusivos, que são baseados em objetivos de negócios diferentes.

Figura 2: modos 5G NSA (Non-Stand-Alone) vs. 5G SA (Stand-Alone)

O principal impacto no 5G NSA nas redes de backhaul é o aumento da capacidade, pois um usuário final 5G pode gerar até 10 vezes a largura de banda que atualmente gera um usuário final 4G LTE comparável. Em outras palavras, um smartphone 5G pode consumir tanta capacidade wireless como 10 ou mais smartphones 4G LTE. Claro, o impacto real de cada usuário final 5G dependerá de uma variedade de fatores do mundo real, como o desempenho do smartphone em si, a faixa de espectro wireless que seja usada, o desempenho fornecido pela MNO e outros fatores - mas você já pode ver para onde estamos indo.

Um smartphone 5G pode consumir tanta capacidade wireless como 10 ou mais smartphones 4G LTE

A importância das operadoras de rede wholesale

Embora a maior parte da atenção relacionada ao 5G esteja relacionada às MNOs, e por boas razões, pois é delas que compramos serviços móveis, não podemos esquecer o impacto do 5G nas operadoras de rede wholesale que fornecem conectividade a estações radiobase, de muitos tipos de pequenas a macro, para MNOs que não têm acesso wireline às suas estações radiobase.

Os serviços de backhaul wholesale são bastante comuns, especialmente na América do Norte, o que significa que as operadoras de atacado também devem atualizar suas redes para fornecer o desempenho 5G necessário (por exemplo, latência, capacidade, tempo e sincronização) para seus clientes MNO, o que já estão fazendo. Dado que o 5G apresenta redes fronthaul e midhaul abertas e baseadas em padrões, as operadoras wholesale podem expandir seus portfólios de serviços de conectividade do backhaul atual para essas áreas de rede também.

Novo portfólio de roteadores 5G da Ciena

As redes de transporte xHaul abertas e baseadas em padrões permitirão às operadoras móveis e wholesale convergir o tráfego C-RAN e D-RAN 4G/5G em uma infraestrutura fixa comum, resultando em redes xHaul convergentes que são mais simples e rentáveis de possuir e operar. Isso é exatamente o que tínhamos em mente quando projetamos nossos novos roteadores de network slicing 5164, 5166 e 5168. Eles são todos baseados no Adaptive IP^TM, uma maneira diferente e melhor de construir redes IP baseadas em padrões, do acesso à distância metropolitana, que é automatizada, aberta e ágil. 

A rede convergente xHaul 4G e 5G é para onde o mercado está se dirigindo e é o que a Ciena está facilitando.