Coup de projecteur sur les réseaux de liaison frontale 4G/5G

Ciena a récemment annoncé des améliorations et ajouts majeurs à ses solutions de réseau 5G, notamment trois nouveaux routeurs optimisés pour les réseaux de transport xHaul, de nouvelles fonctionnalités de découpage du réseau et de planification dynamique dans son logiciel d’automatisation Blue Planet et des services professionnels pour assister les opérateurs sur leur voie unique de la 4G à la 5G. Vous ne connaissez pas les réseaux xHaul et ne savez pas pourquoi ils sont absolument critiques à la réussite de la 5G ? Permettez-moi de vous l’expliquer.

Que veut dire xHaul ?

xHaul fait référence aux réseaux de transport de liaison frontale (fronthaul), intermédiaire (midhaul) et arrière (backhaul) qui relient les sites de cellules les uns aux autres, vers le réseau central et vers les data centers, où le contenu est hébergé. Pourquoi parler des data centers ?

Parce que la vidéo représentera 76 % de l’ensemble du trafic mobile d’ici 2025, et devinez où la plupart du contenu vidéo est situé ? Vous l’aurez compris : dans des data centers proches et distants, ce qui signifie que l’intégralité du réseau filaire fixe entre le réseau d’accès radio (RAN) et les data centers doit être modernisé pour concrétiser pleinement le potentiel garanti des performances de bout en bout que le découpage du réseau 5G doit fournir. Les MNO (opérateurs de réseau mobile) utiliseront le découpage du réseau 5G pour soutenir trois catégories d’utilisation principales, chacune avec ses propres exigences en matière de performance réseau :

• L’eMBB (enhanced Mobile Broadband), qui nécessite d’importantes augmentations de capacité sans fil.
• Le mMTC (massive Machine-Type Communications), qui demande une automatisation pilotée par analyses pour optimiser la connexion de millions, voire milliards, de machines (comme une connexion IoT massive).
• L’urLLC (ultra-reliable Low-Latency Communications), qui requiert un traitement MEC (Multi-access Edge Computing) et un transport déterministe par paquets optiques pour atteindre des objectifs de délai de transit extrêmement faible et déterministe.

Pourquoi ces catégories sont importantes ? Les données traversant le réseau de bout en bout dans les domaines filaire et sans fil, les opérateurs réseau doivent pouvoir garantir les performances d’une tranche du réseau sur toute la durée de vie de celle-ci. Dans le domaine filaire, cela signifie que des capacités de gestion spécifique du trafic seront nécessaires sur les réseaux de liaison frontale, intermédiaire et arrière, allant bien au-delà d’une simple augmentation de capacité pour prendre correctement en charge les services 5G.

Où se trouvent les réseaux xHaul ?

Dans le réseau 4G, le réseau de transport de liaison frontale relie les RRH (têtes radio distantes) aux BBU (unités de bande de base) distantes centralisées ou dans le cloud, tandis que la liaison arrière relie les BBU au EPC (cœur de paquets évolué) de la 4G. Dans la 5G, les NR (nouvelles radios) sont reliées aux BBU, qui peuvent être désagrégées (et rendues virtuelles) dans une CU (unité centrale) et une DU (unité distribuée). La nouvelle liaison intermédiaire relie CU et DU par une nouvelle interface 3GPP F1 normalisée. La liaison arrière 5G, là où les opérateurs se concentrent sur la prestation des nouveaux services eMBB, est pratiquement la même que dans la 4G, à l’exception du trafic à transporter qui est beaucoup plus important en raison des 5G NR à performances et bande passante plus élevées.

Figure 1 : Comparaison d’architecture 4G C-RAN et 5G C-RAN à haut niveau 

Il s’opère un virage magistral dans le secteur pour ouvrir les réseaux de liaison frontale 4G. Même s’ils reposent sur une norme publiée CPRI (interface commune de radio publique), ces réseaux de liaison frontale ont fini par être fermés et propriétaires. Les MNO sont forcés d’acheter des RRH et BBU auprès du même équipementier et de transporter le trafic de liaison frontale sur une fibre noire coûteuse, et souvent indisponible, en raison de la très haute (et inefficace) capacité de CPRI et des exigences strictes de délai de transit. Avec la 5G : cela peut et doit changer.

Pourquoi des réseaux xHaul ouverts ?

Grâce à des organisations, telles que l’O-RAN Alliance menée par des opérateurs, les spécifications de l’interface du réseau de liaison frontale et intermédiaire de la 5G sont ouvertes et définies dans un format structuré. Cela permet aux MNO d’acheter des RU, DU et CU, ainsi que les réseaux de transport associés auprès des équipementiers de leur choix, du moment que les équipements respectent les spécifications O-RAN. Ces spécifications ouvertes permettront de renforcer la compétition entre les équipementiers et ainsi de proposer un choix plus vaste, des innovations plus rapides, les conceptions réseau les meilleures et un écosystème d’équipementiers plus large et plus sûr.

Ciena porte la conviction de l’ouverture de manière proactive, c’est pourquoi nous avons introduit nos nouveaux routeurs 5164, 5166 et 5168 compatibles avec de multiples équipementiers, afin de libérer les MNO du carcan imposé par les équipementiers une bonne fois pour toutes. Comme la 4G et la 5G seront amenées à coexister pendant de nombreuses années, les réseaux xHaul devront prendre en charge ces deux normes pendant de nombreuses années. Le meilleur moyen de le faire de manière rentable est d’utiliser un réseau de transport ouvert, interopérable et convergent qui unifie les liaisons frontale, intermédiaire et arrière sur une infrastructure commune de réseau de transport.

Pourquoi des réseaux xHaul interopérables à équipementiers multiples ?

Un avantage clé des réseaux xHaul ouverts et normalisés est la capacité de faire converger le trafic sur une infrastructure de téléphonie fixe commune, rendant beaucoup plus simple et plus rentable la possession et l’exploitation du réseau sans besoin de réseaux superposés coûteux. Faire converger le trafic de liaison frontale et arrière 4G ainsi que le trafic de liaison frontale, intermédiaire et arrière de la 5G sur un réseau équivaut à prendre en charge de multiples interfaces 4G et 5G, telles que CPRI 4G, l’encapsulation RoE (radio sur Ethernet) 4G, eCPRI (CPRI évoluée) 5G, la liaison frontale O-RAN et le profil d’interface O-RAN Open F1. Une telle flexibilité exige une nouvelle génération d’équipements réseau, tels que les routeurs 5164, 5166 et 5168 de Ciena.

Le réseau de liaison frontale plus en détail

Les routeurs 5164, 5166 et 5168 de Ciena prennent en charge à la fois l’Ethernet standard et TSN (réseau sensible au temps), ainsi que le découpage réseau logiciel (Segment Routing) et matériel (FlexEthernet / ITU-T G.mtn). Ils bénéficient aussi du logiciel d’automatisation intelligente Blue Planet de Ciena et de la mise en œuvre IP légère Adaptive IP de Ciena grâce à des API ouvertes et ils prennent en charge une télémétrie de diffusion pour assurer des avantages sur l’ensemble du réseau qui vont au-delà des routeurs eux-mêmes.

Examinons plus en détail les capacités de liaison frontale du routeur 5168 et ses nombreuses interfaces de liaison frontale, qui le différencient des routeurs 5164 et 5166. Afin de faire converger et de simplifier le trafic de liaison frontale et intermédiaire 4G et 5G sur un réseau xHaul commun et convergent, le routeur 5168 prend en charge les interfaces de liaison frontale et intermédiaire suivantes :

• Interface commune de radio publique (CPRI) 
• Interface commune de radio publique évoluée (eCPRI)
• Interface de radio sur Internet (à reconnaissance de structure et indépendante de la structure) IEEE 1914.3 (CPRI 4G vers Ethernet)
• Interface ORAN
• Interface 3GPP F1 (avec profils O-RAN Open F1)
• IWF (fonction interopérable) CPRI-eCPRI
• CPRI-ORAN, avec traitement de délestage en couche 1

Performances du réseau frontHaul

Toutes les interfaces de liaison frontale et intermédiaire 4G/5G précédentes reposent sur des paquets et exigent de nouveaux niveaux stricts de garantie du délai de transit et de la gigue afin d’assurer la transmission réussie des paquets sur l’ensemble du réseau de liaison frontale. Des technologies similaires sur les réseaux de liaison intermédiaire et arrière sont utilisées pour respecter les exigences de performance strictes des nouvelles utilisations 5G, telles que celles associées à urLLC.

Tout comme les prestataires de services qui cherchent à tirer parti des meilleures technologies disponibles pour concevoir et construire les réseaux dotés des meilleures performances pour leurs utilisateurs, chez Ciena, nous sommes sans cesse à la recherche d’opportunités pour offrir une capacité programmable à valeur ajoutée et augmenter encore plus les capacités et les performances de nos solutions. Un exemple particulier de ceci se situe dans le domaine de la liaison frontale où nous travaillons avec Intel pour assurer le meilleur transport CPRI par paquets du secteur par RoE (radio sur Ethernet) et une IWF (fonction interopérable) CPRI-eCPRI. La technologie FPGA (puce programmable) d’Intel assure le niveau de performance, flexibilité et capacité programmable dont nous avons besoin pour mettre en œuvre les nombreuses spécifications de liaison frontale actuelles. De plus, la technologie FPGA d’Intel permet d’effectuer des mises à jour sur le terrain, en cas de changement des exigences de déploiement, pour quelque raison que ce soit. En travaillant conjointement avec Intel, nous sommes en mesure de tirer parti de leur expertise en technologie d’accélération et programmable, activant vRAN, pour permettre le déploiement de réseaux mobiles 5G et 4G/LTE convergents de la manière la plus rentable et efficace qui soit.

Qu’en est-il des liaisons intermédiaire et arrière ?

Restez à l’écoute, car je couvrirai aussi ces deux parties du réseau filaire qui sont tout aussi critiques à la 5G pour prendre en charge les tranches garanties du réseau de bout en bout et qui libèreront le potentiel d’une nouvelle vague de nouvelles utilisations et applications eMBB, mMTC et urLLC très intéressantes.

Que contient votre réseau de liaison frontale ?