As redes midhaul 5G no centro das atenções

Na primeira parte desta série de três posts sobre redes xHaul, abordei as redes de transporte fronthaul 4G/5G e como o setor está migrando de uma arquitetura fechada e proprietária de uma década para uma arquitetura fronthaul 4G/LTE aberta e baseada em padrões no 5G. Neste post, abordarei um objetivo do setor similar para a nova rede midhaul 5G. A terceira e última parte desta série de posts divididos em três partes abordará as redes backhaul 4G/5G.

Por que redes de transporte abertas e baseadas em padrões?

Por que as operadoras de rede desejam redes de transporte xHaul (fronthaul, midhaul, backhaul) baseadas em padrões? Porque, assim como em todas as outras áreas da infraestrutura de rede global, ela libera uma cadeia de suprimentos de fornecedores mais ampla e segura para operadoras móveis e wholesale. Com base no modelo econômico de oferta e demanda, um amplo ecossistema de provedores oferece a eliminação do bloqueio por parte dos fornecedores, ciclos de inovação mais rápidos e preços reduzidos, tudo devido ao aumento da concorrência. Uma rede de transporte xHaul aberta e baseada em padrões também gera um lucrativo mercado wholesale, permitindo que os wholesalers abandonem a fibra escura, como costuma ser o caso no fronthaul 4G existente, para serviços de rede de pacotes baseados em padrões, semelhantes aos atuais serviços wholesale de backhaul.

Então, o que é midhaul e onde ele se encaixa na rede móvel?

Uma estação base da rede móvel tradicional inclui uma BBU (Baseband Unit) baseada em hardware, instalada na base de uma torre na estação radiobase, conectada a RUs (Radio Units), instaladas no topo da torre da estação radiobase. A primeira gera e processa sinais de radiofrequência (RF) de banda base digitalizados, enquanto a última converte sinais digitais BBU em sinais de radiofrequência (RF) analógicos, que são então propagados pelas ondas de ar através de antenas. Durante várias gerações de tecnologias de rede móvel, essa divisão funcional foi essencialmente a mesma.

Isso mudará profundamente com o 5G, oferecendo às operadoras de rede maior flexibilidade e desempenho.

Em uma arquitetura D-RAN 4G (Distributed Radio Access Network), a BBU reside fisicamente na base de uma torre da macrocélula. Em uma arquitetura C-RAN 4G (Centralized/Cloud Radio Access Network), a BBU reside fisicamente em um escritório central ou data center distante. O fronthaul refere-se à rede que conecta as heads do rádio remotas às BBUs a muitos quilômetros de distância, então, onde está localizada a nova rede midhaul? Ela interconecta a nova e desagregada BBU 5G.

Desagregação da BBU (Baseband Unit) tradicional

A RAN 5G evoluirá da arquitetura tradicional BBU e RRH (Remote Radio Head) usada nas redes 4G para uma arquitetura DU (Distributed Unit), CU (Centralized Unit) e AAU (Active Antenna Unit), como mostrado abaixo.

Figura 1: nova arquitetura de sistemas de rádio 5G

Ao desagregar a BBU, algumas de suas funcionalidades tradicionais (subcamadas PHY, MAC e RLC) residirão na DU, enquanto as subcamadas restantes (ex. PDCP, SDAP e RRC) formarão a CU. Os sistemas de rádio 5G adotam amplamente uma arquitetura AAU, na qual o RRH e os sistemas de antena são integrados em um único dispositivo. A DU e a CU podem e provavelmente serão virtualizadas e hospedadas em ativos de computação da RAN localizados em diferentes partes da rede, dependendo da estratégia de implantação da operadora de rede.

Do ponto de vista da RAN virtualizada (vRAN), serão necessários aceleradores de hardware específicos COTS (Commercial-Off-The-Shelf) para ajudar a CPU x86 a virtualizar as cargas de trabalho da DU e da CU. Esses aceleradores são necessários para atender aos requisitos do protocolo IEEE 1588 Packet Timing Protocol (PTP) e Ethernet síncrona (SyncE), além de executar o processamento PHY superior da camada 1, como a correção antecipada de erros (FEC).

A interface fronthaul 4G evoluirá da CPRI (Common Public Radio Interface) existente e privada para uma nova interface fronthaul aberta e baseada em padrões, com base na especificação da O-RAN 7.2x fronthaul. Como a O-RAN 7.2x fronthaul é totalmente baseada em pacotes, a rede de transporte associada pode aproveitar a tecnologia de transporte Ethernet amplamente usada para fornecer cargas úteis de fronthaul.

A desagregação do sistema de rádio 5G também resultará em uma nova interface midhaul baseada em pacotes que conecta as DUs às CUs ​​em uma nova interface 3GPP F1. Como os requisitos de latência e jitter para a interface F1 não são tão rigorosos quanto os da O-RAN 7.2x fronthaul, a carga útil F1 pode ser transportada por diferentes mecanismos de transporte baseados em pacotes, como IP/MPLS, Segment Routing e E-VPN. A CU pode (e provavelmente será) desagregada ainda mais em um plano de usuário da CU (CU-UP) e um plano de controle da CU (CU-CP), que seriam conectados à DU pelas interfaces F1-U e F1-C, respectivamente, como mostrado abaixo. A conexão entre o CU-UP e o CU-CP será feita por uma nova interface 3GPP E1. As redes de transporte midhaul podem ser implementadas usando uma variedade de topologias diferentes, como hub-and-spoke, malha e anel, dependendo das necessidades específicas da operadora de rede.

Figura 2: interfaces de sistema de rádio 5G (e ng-LTE) desagregadas (ref: 3GPP TS 38.401, TS 37.470)

Espera-se que os requisitos de desempenho da rede de transporte midhaul suportem um alcance de até 100 km com uma latência de 5 milissegundos ou menos. O Midhaul pode suportar uma variedade de taxas de interface Ethernet, como 10 GbE inicialmente e mudar para 25 GbE ou 50 GbE com sistemas de DU de maior capacidade. Para obter uma melhor experiência do usuário final, como uma conexão mais rápida à rede móvel e uma resposta mais rápida dos dados entre o equipamento do usuário e a rede, é preferível que a interface 3GPP F1 seja transportada sobre tecnologias determinísticas de transporte Ethernet, como a TSN (Time-Sensitive Networking) ou a FlexE/G.mtn.

Remus Tan é um dos gerentes de linha de produtos da Ciena e nosso especialista em redes móveis, responsável pelas soluções de rede 5G da Ciena. Perguntei a ele sobre seus insights únicos a respeito dos desafios e oportunidades relacionados com o novo espaço da rede midhaul. Ele comentou: “Com a maturidade dos padrões 3GPP e O-RAN, agora estamos testemunhando produtos New Radio (NR) 5G que interoperam com vários fornecedores com base nas especificações mais recentes, permitindo uma RAN totalmente desagregada e virtualizada, que pode ser implantada comercialmente em escala e a um custo razoável. Em 2021, vamos começar a ver as implantações vRAN mais desagregadas que coincidem com uma nova onda de investimentos em equipamentos de transporte de rede xHaul. Com nossos roteadores xHaul 5G lançados recentemente, a Ciena está em uma ótima posição para interceptar essa nova onda de construções de infraestruturas vRAN desagregadas."

Agora é a hora de abrir a RAN

Como setor, agora é o momento de garantir que a rede midhaul emergente seja aberta e baseada em padrões, para que não voltemos a uma era similar proprietária e fechada, como é o caso do fronthaul baseado em CPRI. Felizmente, existem vários grupos no setor trabalhando nesse objetivo, como o 3GPP e a Aliança O-RAN. Padrões e especificações abertas facilitarão diretamente às redes midhaul abertas e baseadas em padrões e todos os benefícios de negócios mencionados acima.

OK, e quanto ao retorno?

Fique atento, pois a parte final desta série de três posts sobre a rede xHaul abordará o backhaul 4G/5G.