В центре внимания: сети Fronthaul 4G/5G

Недавно компания Ciena объявила о новых дополнениях и усовершенствованиях сетевых решений 5G, включая три новых оптимизированныx для транспортной сети xHaul маршрутизатора, обновленный функционал сегментирования сети и динамического планирования для ПО Blue Planet и профессиональные услуги, которые помогут операторам перейти с 4G на 5G в зависимости от индивидуальных требований. Еще не знаете, почему архитектура xHaul имеет важнейшее значение для успешной реализации 5G? Позвольте мне объяснить.

Что такое xHaul?

xHaul — транспортные сети Fronthaul, Midhaul и Backhaul, которые соединяют узлы сотовой связи друг с другом, с опорной сетью и, в конечном итоге, с ЦОД, в которых размещается актуальный контент. Почему я упомянул ЦОД?

Потому что к 2025 году видео будет занимать 76 % всего мобильного трафика. Как вы считаете, где размещается основная часть видеоконтента? Все верно — в локальных и удаленных ЦОД. Это означает, что всю фиксированную проводную сеть между сетью радиодоступа (RAN) и ЦОД необходимо модернизировать, чтобы полностью реализовать потенциал гарантированной сквозной производительности сегментирования сети 5G. Операторы мобильной сети (ОМС) будут использовать сегментирование сети 5G для поддержки трех основных сценариев использования, каждый из которых имеет свои требования к производительности сети:

• улучшенный мобильный широкополосный доступ (eMBB), который требует значительного увеличения пропускной способности проводной инфраструктуры;
• потоковая связь машинного типа (mMTC), которая требует автоматизации на базе аналитики для оптимального подключения миллионов и миллиардов новых машин (массовый Интернет вещей);
• сверхнадежная межмашинная связь с низкими задержками (urLLC), для которой требуется технология граничных вычислений множественного доступа (MEC) и детерминированный пакетно-оптический транспорт для сведения задержек к минимуму.

Почему эти категории столь важны? Поскольку данные передаются по всей сети, как по беспроводным, так и по проводным ее участкам, операторы должны быть в состоянии гарантировать производительность сетевого сегмента на протяжении всего жизненного цикла. Если говорить о проводной передаче, для работы в сетях Fronthaul, Midhaul и Backhaul необходим специальный функционал управления трафиком, не ограничивающийся простым увеличением пропускной способности для надлежащей поддержки услуг 5G.

Где размещается xHaul?

В сетях 4G транспортная сеть Fronthaul соединяет удаленные радиоблоки (RRH) с удаленными централизованными/облачными блоками формирования модулирующих сигналов (BBU), а сеть Backhaul обеспечивает обратное соединение BBU с Evolved Packet Core (EPC) 4G. В 5G новые радиостанции (NR) подключаются к BBU, которые могут быть дезагрегированы (и виртуализированы) на центральный блок (CU) и распределенный блок (DU). Новая сеть Midhaul соединяет CU с DU посредством нового стандартизированного интерфейса 3GPP F1. Сеть Backhaul 5G, изначально ориентированная на предоставление операторами новых услуг eMBB, по существу аналогична сети 4G, хотя и обеспечивает гораздо больший объем трафика благодаря более высокой производительности и пропускной способности новых радиостанций 5G (NR).

Рис. 1. Архитектуры 5G C-RAN и 4G C-RAN высокого уровня

В отрасли происходят важные изменения в связи с переходом к сетям 4G Fronthaul. Несмотря на то, что эти сети Fronthaul основаны на спецификации Common Public Radio Interface (CPRI), по своей сути они закрыты и имеют проприетарный характер. ОМС были вынуждены покупать RRH и BBU у одного и того же поставщика, а также передавать трафик Fronthaul по дорогому и зачастую недоступному темному волокну из-за крайне жестких (и неэффективных) требований CPRI к емкости и задержкам. 5G может изменить ситуацию — и изменит ее.

В чем заключаются преимущества открытых сетей xHaul?

С помощью таких операторских организаций, как O-RAN Alliance, удалось структурировать и сделать открытыми спецификации интерфейсов сетей 5G Fronthaul и Midhaul. Это позволит ОМС приобретать RU, DU, CU и связанные с ними транспортные сети у любого поставщика. Единственное условие: оборудование должно соответствовать спецификациям O-RAN. Открытые спецификации ужесточат конкуренцию между поставщиками, в результате чего доступный потребителям ассортимент решений расширится, инновации будут внедряться ускоренными темпами, эффективность сетевых архитектур возрастет, а экосистема поставщиков станет более объемной и безопасной.

Компания Ciena уверена в том, что будущее — за открытым подходом. Вот почему мы представили наши новые маршрутизаторы 5164, 5166 и 5168, поддерживающие взаимодействие с оборудованием разных производителей. Эти маршрутизаторы помогут операторам раз и навсегда устранить привязку к оборудованию конкретных производителей. Поскольку сетям 4G и 5G суждено сосуществовать еще в течение многих лет, все эти годы сети xHaul должны поддерживать оба этих стандарта. Лучший способ сделать это с минимальными затратами — создать открытую совместимую конвергентную транспортную сеть, которая объединяет сети Fronthaul, Midhaul и Backhaul на базе общей транспортной сетевой инфраструктуры.

В чем заключаются преимущества сетей xHaul, совместимых с оборудованием различных производителей?

Ключевым преимуществом открытого, основанного на стандартах транспорта xHaul является возможность конвергенции трафика на базе общей проводной инфраструктуры, что повышает общую рентабельность владения и эксплуатации без необходимости использования дорогостоящих наложенных сетей. Обеспечение конвергенции трафика 4G Fronthaul и Backhaul с трафиком 5G Fronthaul, Midhaul и Backhaul в сети требует поддержки ряда интерфейсов 4G и 5G, таких как 4G CPRI, инкапсуляция 4G Radio-over-Ethernet (RoE), усовершенствованный интерфейс CPRI 5G (eCPRI), O-RAN Fronthaul и O-RAN Open F1. Такая гибкость требует сетевого оборудования нового поколения. Это оборудование — маршрутизаторы Ciena 5164, 5166 и 5168.

Сети Fronthaul в центре внимания

Маршрутизаторы Ciena 5164, 5166 и 5168 поддерживают стандартный и чувствительный к задержкам Ethernet (TSN), программное (сегментная маршрутизация) и аппаратное (FlexEthernet / ITU-T G.mtn) сегментирование сети. Также они используют преимущества ПО интеллектуальной автоматизации Ciena Blue Planet и рациональную реализацию IP Ciena Adaptive IP на базе открытых API. Кроме того, они поддерживают потоковую телеметрию для реализации преимуществ в масштабе всей сети, не ограничиваясь одними маршрутизаторами.

Давайте рассмотрим функционал Fronthaul маршрутизатора 5168 и его многочисленных интерфейсов Fronthaul, которые являются основным отличительным признаком — по сравнению с решениями 5164 и 5166. Для конвергенции и упрощения передачи трафика 4G и 5G Fronthaul и Midhaul на базе единой конвергентной сети xHaul маршрутизатор 5168 поддерживает следующие интерфейсы Fronthaul и Midhaul:

• интерфейс Common Public Radio Interface (CPRI);
• усовершенствованный интерфейс Common Public Radio Interface (eCPRI);
• интерфейс IEEE 1914.3 Radio-over-Ethernet (с учетом и без учета особенностей структуры) (4G CPRI в Ethernet);
• интерфейс ORAN;
• интерфейс 3GPP F1 (включая профили O-RAN Open F1);
• функция взаимодействия CPRI-to-eCPRI (IWF);
• CPRI-to-ORAN, включая обработку разгрузки L1.

Производительность сети Fronthaul

Все перечисленные выше интерфейсы 4G/5G Fronthaul и Midhaul используют пакетные данные и требуют новых уровней минимизации задержек и фазового дрожания для успешной передачи пакетов по сети Fronthaul. Аналогичные технологии используются в сетях Midhaul и Backhaul для соблюдения строгих требований в отношении новых сценариев использования 5G (например, связанных с urLLC).

Поставщики услуг стремятся использовать лучшие в своем классе технологии для проектирования и создания для своих пользователей сетей высочайшей производительности. Точно так же мы в Ciena всегда ищем новые возможности программирования для дальнейшего расширения возможностей и производительности наших решений. В качестве примера можно привести нашу совместную работу с Intel над сетями Fronthaul: объединив усилия, мы стремимся реализовать лучший в своем классе пакетный транспорт CPRI посредством Radio-over-Ethernet (RoE) и функции взаимодействия CPRI-to-eCPRI (IWF). Технология Intel FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица) обеспечивает производительность, гибкость и программируемость, необходимые сегодня для реализации ряда спецификаций Fronthaul. Кроме того, Intel FPGA позволяет выполнять модернизацию непосредственно на месте — в случае какого-либо изменения требований к развертыванию. Работая совместно с Intel, мы используем опыт этой компании в программируемой технологии ускорения с поддержкой vRAN, которая позволяет развертывать конвергентные сети 4G/LTE и 5G наиболее эффективным и экономичным способом.

А что насчет Midhaul и Backhaul?

Оставайтесь на связи! Я расскажу вам и об этих двух аспектах проводной сети, поскольку они также важны для поддержки сквозных гарантированных сетевых сегментов 5G, которые станут основой для появления новых приложений eMBB, mMTC и urLLC.

Что представляет собой сеть Fronthaul?