В центре внимания: сети Backhaul 4G/5G
Напомните мне, что же такое xHaul?
xHaul — транспортные сети Fronthaul, Midhaul и Backhaul, которые соединяют узлы сотовой связи друг с другом, с мобильной опорной сетью и, в конечном итоге, с ЦОД, в которых размещается актуальный контент и данные конечных пользователей. 5G будет поддерживать три основные категории сценариев использования 5G, упрощая их за счет сегментирования сети. Каждая из них предъявляет собственные требования к производительности сети, поскольку мобильные сервисы проходят через сети Fronthaul, Midhaul и, как вы уже догадались, Backhaul.
- 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 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.
Сетевые операторы, как мобильные, так и оптовые, должны иметь возможность гарантировать производительность каждого 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. В сетях Backhaul, где требования к задержкам не столь строги по сравнению с Fronthaul и Midhaul, пропускная способность станет ключевым фактором повышения производительности при переходе от стандартной скорости 1GbE к 4G сегодня и к 10GbE и далее в средах 5G.
В сетях Backhaul, где требования к задержкам не столь строги по сравнению с Fronthaul и Midhaul, пропускная способность станет ключевым фактором повышения производительности при переходе от стандартной скорости 1GbE к 4G сегодня и к 10GbE и далее в средах 5G.
Напомните мне, где xHaul располагается?
В сетях 4G 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 будут дезагрегированы (и виртуализированы) на центральный блок (CU) и распределенный блок (DU). Сеть Backhaul, в которой операторы мобильных сетей (ОМС) в настоящее время стремятся реализовать новые услуги 5G eMBB, похожа на сеть Backhaul 4G, хотя и передает гораздо больший объем трафика — благодаря более высокой производительности и пропускной способности, обеспечиваемой NR 5G.
Рис. 1. Эволюция от сетей 4G до 5G xHaul
Сеть Backhaul обеспечивается интерфейсами 1GbE, 10GbE и 100GbE, а также новыми интерфейсами 25GbE, 50GbE и, возможно, даже 400GbE. Расстояние обычно составляет от ста до нескольких сотен километров. На более дальних расстояниях используется оптика DWDM, когерентная и некогерентная, обычно в подключаемом форм-факторе.
Требования к задержке в сетях Backhaul (как правило, от 10 до 300 мс) намного менее жестки, чем в сетях Fronthaul и даже в сетях Midhaul. Cеть Backhaul обычно работает на базе Ethernet (и передает полезную нагрузку IP), но также может использовать темное волокно, беспроводные микроволновые коммуникации и более новую технологию интеграции каналов доступа и транспорта (IAB), если доступ к оптическому оптоволокну нецелесообразен или невозможен. Каждая транспортная технология имеет свои достоинства и оптимальную точку размещения, поэтому в 5G они будут использоваться комбинированно.
Режимы 5G Non-Stand-Alone (NSA) и 5G Stand-Alone (SA)
Еще в декабре 2017 года группа 3GPP одобрила спецификации NR 5G, что стало важной вехой, ознаменовавшей начало перехода на 5G. Это позволило отрасли развернуть систему NR 5G, как только они стали доступны, а ОМС получили возможность проверить производительность беспроводной передачи и соответствие стандартам, выполнить моделирование и планирование радиочастот, а также физически развернуть NR на вышках, мачтах, зданиях и других объектах.
NR 5G в первую очередь подключаются к существующим сетям 4G EPC, предоставляя конечным пользователям и машинам новые возможности 5G в беспроводной среде. В проводной же сети производительность остается на уровне 4G. Эта конфигурация называется 5G Non-Standard-Alone (NSA), и именно ее сегодня использует большинство конечных пользователей 5G. Фактически эта конфигурация реализует 5G лишь частично. Тем не менее, это прекрасный способ ускорить развертывание NR 5G по мере стабильной модернизации сетей 5G Core и xHaul в соответствии с утвержденной недавно спецификацией 3GPP Release-16 и спецификацией Release-17, которые упростят широкомасштабное коммерческое внедрение стандартизированной технологии.
Режим NSA 5G изначально нацелен на сценарии использования eMBB, в основном ориентированные на видео, которое к 2025 году будет занимать почти 76 % всего трафика, как прогнозируется в последнем отчете Ericsson Mobility. Однако NSA 5G не предусматривает возможности сетевого сегментирования и структуру качества обслуживания (QoS) 5G, а также не обеспечивает сверхнизкую задержку. Другими словами, сегодня eMBB скорее представляет собой реализацию 4G «на стероидах». Именно этот вариант большинство потребителей будет использовать, пока базовая проводная сеть не будет полностью обновлена.
Режим 5G SA («полноценная реализация 5G») подразумевает, что NR 5G подключены к опорной сети 5G, которая заменяет текущие 4G EPC в NSA 5G и обеспечивает производительность 5G в полном масштабе. Для этого сегментирование сети потребуется реализовать в беспроводной и проводной среде, а структура QoS 5G обеспечит категорию сценариев использования 5G с urLLC и MMTC. Крупные ОМС уже анонсировали коммерческие услуги 5G SA. Внедрение 5G в полном масштабе для широких масс населения, скорее всего, займет не один год. Универсального рецепта перехода на 5G, который подошел бы каждому оператору, не существует, поскольку все они находятся в разных стартовых условиях и преследуют свои собственные цели.
Рис. 2. Сравнение режимов 5G Non-Stand-Alone (NSA) и 5G Stand-Alone (SA)
Основное преимущество режима 5G NSA в сетях Backhaul заключается в повышенной емкости: один конечный пользователь 5G сможет занять полосу пропускания в 10 раз больше полосы, доступной конечному пользователю 4G LTE. Другими словами, один смартфон 5G сможет, предположительно, использовать объем ресурсов, потребляемый не менее чем 10 смартфонами 4G LTE. Конечно, преимущества для каждого конечного пользователя 5G в конечном итоге будут зависеть от целого ряда практических факторов, таких как производительность смартфона, используемый диапазон беспроводного спектра, производительность ОМС и другие факторы, но в целом тенденция прослеживается четкая.
Oдин смартфон 5G сможет, предположительно, использовать объем ресурсов, потребляемый не менее чем 10 смартфонами 4G LTE
Значение оптовых сетевых операторов
Хотя в сфере 5G основное внимание уделяется ОМС (это вполне объяснимо, ведь именно у них мы покупаем мобильные услуги), все же нельзя забывать и о влиянии 5G на оптовых сетевых операторов, которые обеспечивают связь как на сотовых узлах, больших и малых, так и для ОМС, которые не располагают проводным доступом к своим сотовым узлам.
Оптовые транзитные услуги довольно распространены, особенно в Северной Америке, поэтому оптовые операторы также должны модернизировать свои сети, чтобы обеспечить необходимую производительность 5G (например, показатели задержки, емкости, времени и синхронизации) для своих клиентов ОМС. И они этим уже занимаются. С учетом того, что 5G позволит реализовать открытые стандартизированные сети Fronthaul и Midhaul, оптовые операторы смогут соответствующим образом расширить свои портфели услуг связи, не ограничиваясь транзитными соединениями Backhaul.
Новый портфель маршрутизаторов 5G Ciena
Открытые стандартизированные транспортные сети xHaul позволят ОМС и оптовым операторам объединить трафик 4G/5G C-RAN и D-RAN в общей проводной инфраструктуре, что приведет к появлению более простых и экономичных во владении и эксплуатации конвергентных сетей xHaul. Именно на это мы ориентировались, разрабатывая наши новые маршрутизаторы 5164, 5166 и 5168 с сегментированием сетей. Все они основаны на Adaptive IPTM — новом улучшенном подходе к построению автоматизированных, открытых и экономичных стандартизированных IP-сетей — от уровня доступа до городского уровня.
Рынок сегодня развивается именно в направлении конвергентных сетей xHaul 4G и 5G, и Ciena предлагает решения, упрощающие процесс модернизации.
