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

Besoin d’un rappel sur ce que représente xHaul ?

xHaul fait référence aux réseaux de transport fronthaul, midhaul et backhaul en anglais, c’est-à-dire de liaison frontale, intermédiaire et arrière, qui interconnectent les stations de base, les relient aux réseaux mobiles centraux et enfin aux data centers dans lesquels sont hébergés les données et le contenu auxquels accèdent l’utilisateur final. La 5G prendra en charge trois principales catégories d’utilisations de la 5G, facilitées par le découpage du réseau, chacune avec ses propres exigences de performance réseau au fur et à mesure que les services mobiles traverseront les réseaux frontaux, intermédiaires et, vous l’aurez deviné, arrière. 

• eMBB (enhanced Mobile Broadband), qui demande des augmentations importantes de la capacité de ligne.
• mMTC (massive Machine-Type Communications), qui demande une automatisation pilotée par analyse pour connecter de manière optimale des millions, voire des milliards, de machines (imaginez un IoT massif).
• urLLC (ultra-reliable Low-Latency Communications), qui demande un traitement MEC (Multi-access Edge Computing) et un transport optique de paquets déterministe pour atteindre des performances de délai de transit extrêmement déterministe et court. 

Les opérateurs réseau, qu’ils soient mobile ou de gros, doivent être en mesure de garantir les performances de chaque couche sur toute la durée de vie du réseau. Dans le domaine filaire, cela veut dire que des capacités de gestion du trafic spécifiques sont requises sur les réseaux de liaison avant, intermédiaire et arrière, qui vont bien au-delà d’une simple augmentation de capacité pour correctement prendre en charge les services 5G. Au niveau de la liaison arrière, où les exigences pour le délai de transit sont moins strictes par rapport aux réseaux de liaison avant et intermédiaire, la capacité sera une amélioration déterminante des performances, en passant du 1 GbE classique de la 4G actuelle à 10 GbE, voire plus, pour la 5G.

Au niveau de la liaison arrière, où les exigences pour le délai de transit sont moins strictes par rapport aux réseaux de liaison avant et intermédiaire, la capacité sera une amélioration déterminante des performances, en passant du 1 GbE classique de la 4G actuelle à 10 GbE, voire plus, pour la 5G.

Besoin d’un rappel sur l’endroit où se situe xHaul ?

Dans la 4G, les réseaux de liaison avant relient les RRH (têtes radio distantes) à des BBU (unité de bande de base) dans le cloud ou centralisées à distance, tandis que la liaison arrière relie les BBU au 4G EPC (cœur évolué de paquets). Dans la 5G, les NR (New Radios) sont connectées aux BBU, qui seront désagrégées et rendues virtuelles au sein des CU (unités centralisées) et DU (unités distribuées). Le réseau de liaison arrière, sur lequel les MNO se concentrent actuellement pour fournir les nouveaux services 5G eMBB, est semblable à celui de la 4G, à l’exception d’un transport beaucoup plus important en raison des plus hautes performances et bande passante fournies par les 5G NR.

Figure 1 : Évolution des réseaux xHaul de la 4G à la 5G

La liaison arrière est assurée par des interfaces 1 GbE, 10 GbE et 100 GbE ainsi que des interfaces plus récentes de 25 GbE, 50 GbE et potentiellement même 400 GbE à l’extrême. Les distances font généralement moins de cent à plusieurs centaines de kilomètres avec les distances plus importantes desservies par des composants optiques DWDM, cohérents ou non, généralement en formats enfichables. 

Les exigences pour le délai de transit, généralement entre 10 et 300 ms, sont beaucoup moins strictes que pour les réseaux de liaison frontale, et même intermédiaire. Le réseau de liaison arrière repose généralement sur Ethernet (transport de charges IP) mais peut aussi être de la fibre noire, du sans fil par micro-onde ou la technologie plus récente IAB (Integrated Access Backhaul), quand l’accès à la fibre optique n’est pas disponible ou rentable. Chaque technologie de liaison arrière a ses avantages et sa place, ce qui signifie qu’une combinaison de toutes ces technologies sera utilisée pour la 5G.

Mode 5G NSA (Non-Stand-Alone) et 5G SA (Stand-Alone)

En décembre 2017, le groupe 3GPP a ratifié les spécifications des 5G NR, ce qui a marqué une étape majeure dans la course vers la 5G. Cela a permis au secteur de déployer des 5G NR normalisées, dès que celles-ci sont devenues disponibles, ce qui a alors permis aux MNO de tester leurs performances sans fil et leur conformité aux normes, d’effectuer une modélisation et une planification RF (radiofréquence) et, au bout du compte, de les déployer physiquement sur des tours, des poteaux, des bâtiments et ailleurs.

Les 5G NR sont principalement connectées aux réseaux 4G EPC existants et fournissent à l’utilisateur final, homme ou machine, les nouvelles performances 5G sur le domaine sans fil. Cependant, sur le domaine des réseaux filaires, il s’agit toujours des performances de la 4G. Cette configuration est appelée 5G NSA (Non-Standard-Alone) et correspond à l’expérience actuelle de la plupart des utilisateurs 5G. Il en résulte un stade de « pré-5G » ou « 5G partielle », qui est un moyen ingénieux d’accélérer les déploiements 5G NR tandis que les réseaux 5G Core et xHaul continuent d’être mis à jour avec la publication 16 du 3GPP, récemment adoptée, et la publication 17 facilitant le déploiement et la commercialisation à grande échelle de technologie normalisée.

Le mode 5G NSA vise initialement les utilisations eMBB, principalement axées sur la vidéo, qui consommeront près de 76 % de la totalité du trafic d’ici 2025, selon le tout dernier rapport Ericsson Mobility. Toutefois, les 5G NSA ne comprennent pas de capacités de découpage du réseau, un cadre de QoS (qualité de service) 5G ou une proposition de délai de transit ultra-faible. En d’autres termes, l’eMBB aujourd’hui est comme la 4G, mais gonflée à bloc, ce qui représente l’expérience de la plupart des consommateurs avant que le réseau de dorsale filaire ne soit mis à jour.

Le mode 5G SA, également appelé « 5G complète », correspond à un stade où les 5G NR sont connectées à un réseau de dorsale 5G, qui remplace le réseau 4G EPC actuellement utilisé en mode 5G NSA et fournit les performances pour assurer le plein potentiel de la 5G de bout en bout. Cela sera permis par le découpage du réseau sur les domaines sans fil et filaire et le cadre de travail de QoS 5G permettant les utilisations 5G de catégories urLLC et mMTC. Des services 5G SA disponibles sur le marché ont déjà été annoncés par les plus grands MNO. Des performances de 5G complète largement disponibles au grand public représenteront sans doute un parcours de plusieurs années, unique à chaque MNO en raison de ses points de départ et d’arrivée spécifiques, en fonction de différents objectifs commerciaux.

Figure 2 : Comparaison des modes 5G NSA (Non-Stand-Alone) et 5G SA (Stand-Alone)

Le principal impact des 5G NSA sur les réseaux de liaison arrière est une capacité accrue, car un unique utilisateur final 5G peut générer jusqu’à 10 fois plus de bande passante qu’un utilisateur final 4G LTE comparable. En d’autres termes, un seul smartphone 5G peut sans doute consommer autant de capacité sans fil que 10 smartphones 4G LTE, ou plus. Bien entendu, l’impact effectif de chaque utilisateur final 5G dépendra au bout du compte d’une multitude de facteurs liés au monde réel, tels que les performances du smartphone lui-même, la plage de spectre sans fil utilisée, les performances fournies par le MNO et d’autres facteurs, mais vous voyez où nous voulons en venir.

un seul smartphone 5G peut sans doute consommer autant de capacité sans fil que 10 smartphones 4G LTE, ou plus

L’importance des opérateurs réseau de gros

Même si la majeure partie de l’attention liée à la 5G a trait aux MNO, à juste titre puisqu’il s’agit des prestataires auprès desquels s’achètent les services mobiles, n’oublions pas l’impact de la 5G sur les opérateurs réseau de gros qui assurent la connectivité aux stations de base, qu’il s’agisse de petites ou de macro-cellules, aux MNO, qui ne disposent pas d’accès filaire à leurs stations de base.

Les services de liaison arrière de gros sont plutôt répandus, surtout en Amérique du Nord, ce qui signifie que les opérateurs de gros doivent également mettre à jour leurs réseaux pour fournir les performances 5G requises (p. ex. en termes de délai de transit, de capacité, de synchronisation et de chronométrage) à leurs clients MNO, ce qu’ils font déjà. Étant donné que la 5G introduit des réseaux de liaison frontale et intermédiaire ouverts et normalisés, les opérateurs de gros peuvent étendre aussi leurs portefeuilles de services de connectivité de la liaison arrière actuelle vers ces nouvelles zones du réseau.

Nouveau portefeuille de routeurs 5G de Ciena

Des réseaux de transport xHaul ouverts et normalisés permettront aux opérateurs mobiles et de gros de faire converger le trafic 4G/5G C-RAN et D-RAN sur une infrastructure filaire commune, ce qui entraînera des réseaux xHaul convergents plus simples et plus rentables à posséder et à exploiter. Cette idée était exactement la nôtre quand nous avons conçu nos nouveaux routeurs à découpage de réseau 5164, 5166 et 5168. Ils reposent tous sur Adaptive IP^TM, une méthode différente et améliorée de bâtir des réseaux IP normalisés de l’accès au niveau métropolitain, à la fois automatisés, ouverts et légers. 

Des réseaux 4G et 5G xHaul convergents correspondent à la direction prise par le marché et à ce que Ciena facilite.