В первой статье серии материалов о сетях xHaul я рассказал о транспортных сетях Fronthaul и о том, как отрасль постепенно отказывается от доминирующей на рынке в течение десятилетия закрытой проприетарной архитектуры 4G/LTE в пользу открытой стандартно базирующейся архитектуры 5G. В этом блоге я расскажу о том, как добиться этого с новыми сетями Midhaul 5G. В третьей заключительной части этой серии статей мы рассмотрим сети Backhaul 4G/5G. 

В чем заключаются преимущества открытых сетей на базе стандартов?

Для чего операторам нужны открытые базирующиеся на стандартах транспортные сети xHaul (Fronthaul, Midhaul, Backhaul)? Как и во всех других областях глобальной сетевой инфраструктуры, они обеспечивают более широкую и безопасную цепочку поставок как для мобильных, так и для оптовых операторов. Широкая экосистема поставщиков, основанная на экономической модели спроса и предложения, позволяет устранить привязку к оборудованию конкретного поставщика, ускорить циклы внедрения инноваций и снизить цены — и все это благодаря возросшей конкуренции. Кроме того, открытая, основанная на стандартах транспортная сеть xHaul создает прибыльный оптовый рынок, позволяющий отказаться от оптовых поставщиков, вынужденных оставить темное волокно (что не редкость в существующих сетях Fronthaul 4G), в пользу стандартных пакетных сетевых услуг, идентичных современным оптовым услугам Backhaul.

Итак, что представляет собой сеть Midhaul и в какой точке мобильной сети ее можно разместить?

Обычная базовая станция мобильной сети включает аппаратный блок формирования модулирующих сигналов (BBU), установленный в основании вышки сотовой связи и подключенный к нескольким радиоблокам (RU), установленным в верхней части вышки сотовой связи. Он генерирует и обрабатывает оцифрованные радиочастотные сигналы (RF), а радиоблоки преобразуют эти сигналы в аналоговые радиочастотные сигналы (RF), которые затем распространяются по радиоволнам посредством антенн. Это функциональное разделение практически не менялось на протяжении нескольких поколений технологий мобильной связи.

Приход 5G кардинальным образом изменит ситуацию, благодаря чему сетевые операторы смогут повысить гибкость и производительность.

В архитектуре распределенной сети радиодоступа 4G (D-RAN) модуль BBU физически располагается в основании вышки сотовой связи. В централизованной/облачной архитектуре сети радиодоступа 4G (C-RAN) модуль BBU физически располагается в удаленном центральном офисе или в ЦОД. Сеть Fronthaul соединяет удаленные радиоблоки с BBU на расстоянии многих километров — так где же располагается новая сеть Midhaul? Она соединяет новые дезагрегированные BBU 5G. 

Дезагрегирование обычного блока формирования модулирующих сигналов (BBU)

RAN 5G будет эволюционировать от традиционной архитектуры на базе BBU и удаленных радиоблоков (RRH) в сетях 4G в направлении архитектуры на базе распределенных блоков (DU), централизованных блоков (CU) и блоков активной антенны (AAU), как показано ниже.

Новая архитектура радиосистем 5G

Рис. 1. Новая архитектура радиосистем 5G

При дезагрегировании BBU ряд его традиционных функций (подуровни PHY, MAC и RLC) размещается в DU, а остальные подуровни (например, PDCP, SDAP и RRC) формируют CU. В радиосистемах 5G преимущественно будет использоваться архитектура AAU, в которой RRH и антенные системы интегрированы в одном устройстве. DU и CU могут и, вероятно, будут виртуально размещаться на вычислительных ресурсах RAN, расположенных в различных частях сети в зависимости от стратегии развертывания оператора.

Учитывая специфику виртуальных RAN (vRAN), для виртуализации рабочих нагрузок DU и CU с использованием ЦП x86 потребуются специальные коммерческие (COTS) аппаратные ускорители. Эти ускорители необходимы для выполнения требований протокола пакетной синхронизации IEEE 1588 (PTP) и синхронной технологии Ethernet (SyncE), а также для обеспечения обработки PHY на верхнем уровне L1 (например, упреждающей коррекции ошибок).

Интерфейс Fronthaul 4G, который в настоящее время использует закрытый проприетарный интерфейс Common Public Radio Interface (CPRI), в будущем будет использовать новый открытый стандартный интерфейс Fronthaul на базе спецификации O-RAN 7.2x. Поскольку интерфейс Fronthaul O-RAN 7.2x использует только пакетную передачу, для доставки нагрузок Fronthaul его транспортная сеть сможет использовать широко распространенную технологию передачи Ethernet.

Дезагрегирование радиосистемы 5G также приведет к появлению нового пакетного интерфейса Midhaul, который соединяет DU с CU посредством нового интерфейса 3GPP F1. Поскольку по сравнению с интерфейсом Fronthaul O-RAN 7.2x интерфейс F1 характеризуется менее жесткими требованиями к задержкам и фазовому дрожанию, нагрузку F1 можно передавать посредством различных механизмов пакетного транспорта, включая IP/MPLS, сегментную маршрутизацию и E-VPN. Далее CU можно (и, вероятно, следует) дезагрегировать на плоскость пользователя CU (CU-UP) и плоскость управления CU (CU-CP), которые будут подключаться к DU посредством интерфейсов F1-U и F1-C соответственно, как показано ниже. Соединение между CU-UP и CU-CP будет реализовано на базе нового интерфейса 3GPP E1. Транспортные сети Midhaul можно развернуть на базе различных топологий, таких как звездообразная, ячеистая и кольцевая топологии, в зависимости от конкретных потребностей оператора сети.

Дезагрегированные радиоинтерфейсы 5G (и ng-LTE) ( 3GPP TS 38.401, TS 37.470)

Рис. 2. Дезагрегированные радиоинтерфейсы 5G (и ng-LTE) ( 3GPP TS 38.401, TS 37.470)

Производительность транспортной сети Midhaul, как ожидается, позволит обеспечить охват до 100 км с задержкой не более 5 мс. Сети Midhaul поддерживают различные скорости интерфейса Ethernet, например 10GbE на начальном этапе с последующим переходом на 25GbE или 50GbE с системами DU более высокой емкости. Для повышения качества обслуживания конечных пользователей, например посредством ускоренного подключения к мобильной сети и ускоренного отклика между пользовательским оборудованием и сетью, интерфейс 3GPP F1 рекомендуется использовать на базе детерминированных технологий транспорта Ethernet, таких как Time-Sensitive Networking (TSN) или FlexE/G.mtn.

Ремус Тан (Remus Tan) — один из менеджеров по продукции Ciena и эксперт по мобильным сетям, ответственный за сетевые решения Ciena 5G. Я попросил его поделиться своими соображениями о сетевом пространстве Midhaul, новых возможностях и проблемах, связанных с ним. Вот что он ответил: «Благодаря развитию стандартов 3GPP и O-RAN мы стали свидетелями появления мультивендорных продуктов 5G New Radio (NR), основанных на новейших спецификациях и позволяющих полностью дезагрегировать и виртуализировать RAN с возможностью экономичного коммерческого развертывания с масштабированием. В 2021 году тенденция к дезагрегированному развертыванию vRAN сохранится. В этом же году нас ожидает вторая волна инвестиций в сетевое оборудование xHaul. Благодаря нашим новым маршрутизаторам 5G xHaul у Ciena есть все шансы оказаться в авангарде новой волны развертывания дезагрегированных инфраструктур vRAN».

Настало время открыть RAN

В масштабах всей отрасли настало время гарантировать открытый характер и стандартизацию появляющихся сетей Midhaul, если мы не хотим вновь оказаться в плену закрытых проприетарных технологий, таких как CPRI с Fronthaul. К счастью, несколько отраслевых групп, таких как 3GPP и O-RAN Alliance, уже работают над этой задачей. Стандарты и открытые спецификации упростят открытые стандартизированные сети Midhaul и обеспечат все вышеупомянутые преимущества для бизнеса.

А что же насчет сетей Backhaul?

Следите за новостями: последний блог в этой серии статей о сетях xHaul мы посвятим сетям 4G/5G Backhaul.