Coup de projecteur sur les réseaux de liaison intermédiaire 5G
Pourquoi des réseaux de transport ouverts et normalisés ?
Pourquoi les opérateurs réseau veulent-ils des réseaux de transport xHaul (liaison frontale, intermédiaire, arrière) ouverts et normalisés ? Parce que, comme dans tous les autres domaines d’infrastructure réseau globale, cela ouvre la porte à une chaîne d’approvisionnement plus vaste et plus sécurisée d’équipementiers, pour les opérateurs mobiles comme pour les grossistes. Dans le modèle économique de l’offre et de la demande, un écosystème élargi d’équipementiers permet de s’affranchir du verrou imposé par les équipementiers, d’accélérer les cycles d’innovation et de réduire les tarifs grâce à une meilleure concurrence. Un réseau de transport xHaul ouvert et normalisé crée aussi un marché de gros lucratif permettant de passer de grossistes qui doivent abandonner la fibre noire, comme c’est souvent le cas dans les liaisons frontales 4G, à des services réseaux de paquets normalisés, similaires aux services de liaison arrière de gros actuels.
Qu’est-ce qu’une liaison intermédiaire et où s’insère-t-elle dans le réseau mobile ?
Une station de base de réseau mobile classique comprend une BBU (unité de bande de base) matérielle, installée à la base de la station, reliée à plusieurs RU (unités radio) installées en haut de la station. La première génère et traite des signaux RF (radiofréquence) en bande de base numérisés tandis que les dernières convertissent les signaux numériques de la BBU en signaux RF analogiques, qui sont transmis sur les ondes par des antennes. Au cours de plusieurs générations de technologies de réseau mobile, cette rupture fonctionnelle est essentiellement restée la même.
Cela changera profondément avec la 5G, en offrant aux opérateurs réseau un meilleur niveau de flexibilité et de performances.
Dans une architecture D-RAN (réseau d’accès radio distribué) 4G, la BBU se situe au niveau matériel à la base d’une station de macro-cellule. Dans une architecture C-RAN (réseau d’accès radio centralisé/cloud) 4G, la BBU se situe au niveau matériel dans un data center et un central à distance. La liaison frontale fait référence au réseau qui relie les têtes de radio aux BBU, distantes de plusieurs kilomètres. Où se situe le nouveau réseau de liaison intermédiaire ? Il connecte la nouvelle BBU 5G désagrégée.
Désagrégation de la BBU (unité de bande de base) traditionnelle
Le 5G RAN verra l’évolution de l’architecture classique avec des BBU et RRH (têtes radio distantes) utilisée dans les réseaux 4G vers une architecture contenant des DU (unités distribuées), CU (unités centralisées) et AAU (unités à antenne active), comme présentée ci-après.
Figure 1 : Nouvelle architecture des systèmes radio 5G
En désagrégeant la BBU, certaines de ses fonctionnalités traditionnelles (sous-couches PHY, MAC et RLC) résideront dans les DU, tandis que les sous-couches restantes (p. ex. PDCP, SDAP et RRC) constitueront la CU. Les systèmes radio 5G adopteront largement une architecture AAU dans laquelle les RRH et les systèmes sont intégrés dans un seul appareil. Les DU et CU pourraient être, et le seront probablement, virtuelles et hébergées dans les ressources de traitement RAN situées à différents endroits sur le réseau, selon la stratégie de déploiement de l’opérateur réseau.
D’un point de vue vRAN (RAN virtuel), des accélérateurs matériels COTS (disponibles dans le commerce) spécifiques seront requis pour aider le CPU x86 à rendre virtuelles les charges des DU et CU. Ces accélérateurs seront nécessaires pour satisfaire aux exigences des normes SyncE (Synchronous Ethernet) et IEEE 1588 PTP (Packet Timing Protocol), ainsi que pour effectuer un traitement en couche PHY supérieure de couche 1, ainsi qu’un mécanisme FEC (correction préventive des erreurs).
L’interface de liaison frontale 4G évoluera de la CPRI (Common Public Radio Interface) existante, fermée et propriétaire vers une nouvelle interface ouverte de liaison frontale normalisée, reposant sur la spécification de liaison frontale O-RAN 7.2x. Comme la liaison frontale O-RAN 7.2x est basée entièrement sur des paquets, le réseau de transport associé peut profiter d’une technologie de transmission Ethernet largement et communément utilisée pour acheminer les charges de liaison frontale.
La désagrégation du système radio 5G apportera également une nouvelle interface de liaison intermédiaire par paquets reliant les DU aux CU par une nouvelle interface 3GPP F1. Comme les exigences en matière de délai de transit et de gigue de l’interface F1 ne sont pas aussi strictes que la liaison frontale O-RAN 7.2x, la charge F1 peut être acheminée sur différents mécanismes de transport par paquets, tels que IP/MPLS, Segment Routing et E-VPN. Les CU pourraient être (et le seront probablement) désagrégées davantage en CU-UP (CU niveau utilisateur) et CU-CP (CU niveau de contrôle), qui seraient reliées aux DU par interfaces F1-U et F1-C, respectivement, comme il est présenté ci-après. La connexion entre les CU-UP et CU-CP sera assurée par une nouvelle interface 3GPP E1. Les réseaux de transport de liaison intermédiaire peuvent être mis en œuvre à l’aide d’une variété de topologies différentes, en étoile, en maille et en anneau, selon les besoins spécifiques de l’opérateur réseau.
Figure 2 : Interfaces du système radio 5G (et ng-LTE) désagrégé (réf. : 3GPP TS 38.401, TS 37.470)
On s’attend à ce que les exigences en matière de performance du réseau de liaison intermédiaire doivent prendre en charge des portées pouvant atteindre 100 km avec un délai de 5 ms, au maximum. La liaison intermédiaire peut prendre en charge une variété d’interfaces Ethernet, comme le 10GbE au départ et évoluer vers le 25GbE ou 50GbE avec des systèmes DU de capacité supérieure. Pour apporter une meilleure expérience à l’utilisateur, comme un rattachement plus rapide au réseau mobile et une réponse plus rapide au niveau des données entre l’appareil utilisateur et le réseau, on préfèrera transporter l’interface 3GPP F1 sur des technologies de transmission Ethernet déterministes comme like TSN (Time-Sensitive Networking) ou FlexE/G.mtn.
Remus Tan est l’un des
directeurs de ligne de produits de Ciena et notre expert résident en réseaux mobiles en charge des
solutions réseau 5G de Ciena. Je lui ai demandé de me donner sa propre vision de ce nouvel espace
réseau de liaison intermédiaire en termes des défis et opportunités qu’il offre.
Il a répondu : « Grâce à la maturité des normes 3GPP et O-RAN, on
voit à présent des produits 5G NR (New Radio) interopérables avec plusieurs
équipementiers, basés sur les toutes dernières spécifications, permettant un RAN
totalement désagrégé et virtuel, qui peut être déployé commercialement
à échelle et à un coût raisonnable. En 2021, nous commencerons à voir
davantage de déploiements vRAN désagrégés qui coïncideront avec une nouvelle
vague d’investissements dans les équipements pour les réseaux de transport xHaul. Avec le
lancement récent de ses routeurs 5G xHaul, Ciena se trouve dans une excellente position pour intercepter
cette nouvelle vague de constructions d’infrastructure vRAN
désagrégée. »
Le moment est venu d’ouvrir le RAN
Au niveau du secteur, il est maintenant temps d’assurer l’ouverture et la normalisation du réseau de liaison intermédiaire qui apparaît, de peur de retomber dans le même travers cloisonné et propriétaire que la liaison frontale CPRI. Fort heureusement, il existe plusieurs groupes dans le secteur qui travaillent dans ce but précis, comme le 3GPP et l’O-RAN Alliance. Des normes et des spécifications ouvertes faciliteront directement l’établissement de réseaux de liaison intermédiaire ouverts et normalisés, ainsi que tous les avantages commerciaux mentionnés précédemment.
Très bien, mais qu’en est-il de la liaison arrière ?
Restez à l’écoute pour le dernier volet de cette série en trois parties sur les réseaux xHaul qui couvrira la liaison arrière 4G/5G.
