Komplexer 5G-xHaul-Transport: Möglichkeiten zur Vereinfachung und Zukunftssicherung

Dieser Blogbeitrag wurde erstmals von ACG Research veröffentlicht. 

Seien wir ehrlich. Der 5G-xHaul-Transport kann eine komplexe Aufgabe sein. Neben dem traditionellen Backhaul gibt es auch noch den Fronthaul und den neuen Midhaul, die ebenfalls komplexe Anforderungen an die Planung stellen: Im Vergleich zu 3G/4G sind die Grenzwerte für Latenzzeit, Timing und Synchronisation im Fall von 5G strenger gefasst. Außerdem müssen auch noch die neuen Network-Slicing-Anforderungen erfüllt und eine Vielzahl neuer Schnittstellen unterstützt werden. Ein schlecht geplantes 5G-Transportnetz kann zu einem nicht optimierten Netz führen, das hohe Investitionskosten verursacht und vom betrieblichen Standpunkt her der reinste Albtraum ist. Außerdem ist ein solches Netz nicht in der Lage, die von den Endbenutzern, bei denen es sich sowohl um Menschen als auch Maschinen (IoT) handeln kann, benötigte Serviceleistung und Quality of Experience zu gewährleisten.

Gibt es eine Möglichkeit, es zu vereinfachen und zukunftssicher zu gestalten? Dieser Blogbeitrag widmet sich genau dieser Frage und betrachtet dabei die Richtlinien, die Netzwerkplaner für eine Vereinfachung und Zukunftssicherung des xHaul-Transportnetzes in die richtige Richtung weisen.

Richtlinie 1: Vereinheitlichung des Service-Layers

Für die Anzahl der Service-Layer im 5G-Netz gilt: Weniger ist mehr. Statt Services auf mehreren Layern einzurichten, wie beispielsweise IP, Ethernet, OTN und/oder DWDM, entscheiden Sie sich strategisch nur für einen. Dies gilt besonders für den Einsatz von Network-Slicing. Warum? Network-Slicing ist für sich betrachtet bereits eine komplexe Aufgabe. Wenn mit Blick auf das Network-Slicing von einem Ende zum anderen nur eine einzige Technologie vorliegt, vereinfacht das die Struktur des Netzes wie auch die Provisionierung und Wartung.

Bei der Bereitstellung eines solchen nahtlosen Service-Layers (für L2- wie auch L3-Services) vom Zellenstandort bis zum Core-Standort ist IP unschlagbar und bietet außerdem solide Aggregationsmöglichkeiten. Wenn der Service-Layer aus unterschiedlichen Technologien zusammengesetzt ist, erschwert dies die Ende-zu-Ende-Provisionierung wie auch das Management der Technologien.

Das Management von IP/MPLS ist schwierig. Außerdem umfasst diese Technologie unzählige Signalisierungsprotokolle wie RSVP und LDP, die die Netzwerkkomplexität erhöhen. Durch Segment-Routing mittels quellenbasiertem Routing konnten IP/MPLS und das Management vereinfacht werden, ohne dass diese Protokolle dafür notwendig wären. Darüber hinaus vereinfacht EVPN die Erstellung des VPN-Layers. Gemeinsam können Segment-Routing und EVPN das xHaul-Netz stark vereinfachen. Dahinter verbirgt sich ein empfehlenswerter vereinfachter Ansatz für die Slice-Erstellung.

Richtlinie 2: Berücksichtigung von Timing, Synchronisation und Latenz beim Design

Im Allgemeinen ist eine niedrige Latenzzeit beim Transport wünschenswert. Dabei sind zwei Arten von Latenzzeiten zu berücksichtigen:

1. Eine Ende-zu-Ende-Latenz, die von der Art der Services abhängt, die von einem Betreiber aus dem Mobilfunk- oder Wholesale-Bereich angeboten werden. So weist urLLC (ultra-reliable Low-Latency Communication) im Vergleich zu eMBB (enhanced Mobile Broadband) beispielsweise wesentlich strengere Latenzzeitanforderungen im Bereich weniger Millisekunden auf. Um derartige Latenzzeitanforderungen erfüllen zu können, sollten Betreiber über die Einrichtung von Edge-Rechenzentren in größerer Nähe zu den Benutzereinrichtungen nachdenken und Time-Sensitive Networking (TSN) implementieren.
2. Die zweite Latenzzeitanforderung bezieht sich auf den Fronthaul in C-RAN-Netzen. Die Latenzzeit liegt hier im Bereich von 100 Mikrosekunden oder weniger. Dies entscheidet darüber, wie weit die dezentrale Einheit (Distributed Unit, DU) vom Mobilfunkstandort entfernt sein sollte.

Neben der Latenzzeit spielen auch Timing und Synchronisation eine große Rolle für den 5G-Transport. Obwohl paketbasierte Technologien in Bezug auf Latenz und Jitter, die sich auf die Synchronisation auswirken können, nicht unbedingt ideal geeignet sind, sorgen Initiativen wie beispielsweise Time Sensitive Network (TSN) von IEEE  (in Bezug auf Ethernet) und DetNet von IETF (in Bezug auf IP) dafür, dass diese Pakettechnologien im Hinblick auf Jitter, Wander und die zeitliche Abweichung eine stärker deterministische Ausprägung erhalten und somit für die Übertragung von Timing- und Synchronisationspaketen geeignet sind.

Ein neuer Standard von OIF mit dem Namen FlexEthernet kann eine TDM-ähnliche Ressourcenaufteilung und vorhersehbare Servicegarantie auf dem Ethernet-Layer gewährleisten. Für Services mit extrem kurzer Latenzzeit ist FlexEthernet eine der Möglichkeiten, die den Serviceprovidern zur Verfügung stehen.

Die Übertragungseinrichtungen sollten die Boundary-Clock-Funktionalität mit einem ITU-T G.8275.1-Profil und einer hohen Genauigkeit von mindestens Class C für Fronthaul-Applikationen unterstützen.

Die strengen Timing- und Synchronisationsanforderungen beim xHaul-Transport erfordern eine sorgfältige Einbindung von T-GM (Telecom Grandmaster) im Netz. C-RAN benötigt für das Timing der Synchronisationsstandorte zahlreiche Distributed Clocks an zentralen Standorten. Wenn die Übertragungseinrichtungen die T-GM- und Global Navigation Satellite System-Receiver-Funktionalität unterstützen, werden deutlich weniger externe T-GM-Clocks benötigt, sodass sich die Flexibilität bei gleichzeitiger Senkung der Investitionskosten erhöht.

Beim Design für den 5G-xHaul-Transport muss die für die Services erforderliche Latenzzeit unbedingt bekannt sein, um die Rechenzentren, Zentraleinheiten (Centralized Units, CUs) und DUs entsprechend anzuordnen. Vor allem aber müssen beim Einsatz von paketbasiertem Fronthaul die für die Reduzierung von Latenz und Jitter verfügbaren Optionen berücksichtigt werden.

Richtlinie 3: Automatisierung, Orchestrierung und Analytik als Schlüsselfaktoren für 5G

Weil Network-Slices mehrere drahtlose wie auch drahtgebundene Domänen, wie beispielsweise die Funk-, Transport- und Core-Domäne, durchlaufen, werden für 5G und das Management der Services über diese unterschiedlichen Layer hinweg intelligente, datenbasierte Automatisierungs- und Orchestrierungslösungen benötigt. In diesem Zusammenhang müssen für den Transport mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

1. Die manuelle Provisionierung über Command Line Interface-Befehle ist zeitaufwendig und sehr fehleranfällig, wodurch eine zukunftssichere Automatisierung nur schlecht umgesetzt werden kann. Eine modellbasierte Automatisierung mit NETCONF im Zusammenspiel mit offenen YANG-Modellen ist hingegen zukunftssicher, einfacher zu implementieren und problemlos in das SDN-Controller- und Orchestrierungssystem zu integrieren. Zentrale Intelligenz über den SDN-Controller ist zu bevorzugen, da sie beim Traffic-Engineering der LSPs von einem zentralen Standort aus hilfreich ist.
2. Es gibt nichts Schlimmeres als einen Slice, bei dem man keinen Einblick in den Ende-zu-Ende-Slice hat. Das Tool für die Orchestrierung sollte über mehrere Layer hinweg detaillierte Einblicke in die Performance bereitstellen: IGP, BGP, gNMI (gRPC), SNMP, Syslog, NetFlow etc. Beim Einsatz von Machine Learning mit geschlossener Automatisierung können dann innerhalb des Netzes proaktiv Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, um die Quality of Service des Slice zu garantieren.

Richtlinie 4: Kluge Auswahl der Übertragungseinrichtungen

Bei der Auswahl der Übertragungseinrichtungen ist einiges zu beachten:

• Beim xHaul-Transport sollten Router nicht nur die erforderlichen IP-Funktionen unterstützen, sondern auch zusätzliche Merkmale, die für einen sauberen Umstieg von  4G auf 5G benötigt werden, wie beispielsweise TSN, eCPRI, CPRI mit RoE, L1-Offload und F1-Schnittstellen.
• Eine hohe Dichte von 10/25GbE zur Bereitstellung der für die Netzverdichtung erforderlichen Infrastruktur.
• NNI-Schnittstellen mit 100/200/400 GbE zur Gewährleistung der Bandbreitenskalierbarkeit, die für 5G erforderlich ist.
• Im Bereich Timing und Synchronisation sollten Telecom Grandmaster, Boundary Clock und GNSS-Receiver mit einem G.8275.1-Profil und einer Genauigkeit von mindestens Class C unterstützt werden.
• Im Bereich Slicing sollten die Geräte ausreichend flexibel sein, um sowohl Soft-Slicing, beispielsweise mit Segment-Routing, als auch Hard-Slicing, wie FlexEthernet, zu unterstützen.
• Bei der Automatisierung sollte das Router/Management-System eine Automatisierung mittels NETCONF/YANG sowie eine leistungsstarke datengetriebene Analytik über mehrere Layer hinweg unterstützen, darunter IGP, BGP, SNMP, NetFlow, gNMI (gRPC) und Syslog. Dies gewährleistet mithilfe einer intelligenten und in sich geschlossenen Automatisierung eine Ende-zu-Ende-Transparenz vom optischen Layer bis zu den paketbasierten Switching- und Routing-Layern.

Wie Sie wahrscheinlich bereits erkannt haben, erfordert der 5G-xHaul-Transport einen lösungsbasierten Ansatz mit zahlreichen Merkmalen und einer gut integrierten Automatisierungs- und Orchestrierungsplattform. Ciena bietet mit seinem innovativen Adaptive IP^TM-Portfolio, das hervorragend in die Blue Planet Automation-Software integriert ist, eine vollständige und dennoch offene Lösung. Mithilfe einer Reihe schlanker und offener IP-Protokolle und eines auf Analytik fokussierten, geschlossenen Multi-Domain- und Multi-Vendor-Orchestrierungslayers hat das Unternehmen den 5G-xHaul-Transport vereinfacht.