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Ethernet pour 5G Fronthaul

5G promet de fournir des vitesses plus élevées et de prendre en charge de nouveaux cas d'utilisation, services et applications révolutionnaires reliant les personnes et les objets. Aucune technologie RAN antérieure ne devait prendre en charge une telle gamme de services avec des exigences différentes en termes de capacité, de latence, de synchronisation, de fiabilité et de connectivité.

Ethernet pour 5G Fronthaul

Les opérateurs ne peuvent pas répondre à ces attentes en construisant 5G RAN indépendamment des autres domaines du réseau, y compris de la couche de transport. Outre les mises à niveau du réseau RAN (notamment la densification de cellules, davantage d'antennes (MIMO massives) et l'utilisation de fréquences de fonctionnement existantes et nouvelles), les opérateurs ont besoin de davantage de fibres et de nouvelles technologies de transport de paquets qui répondent aux diverses applications et aux exigences de réseau correspondantes. Dans la mesure du possible, leurs plans 5G devraient exploiter les réseaux de paquets existants pour économiser sur les coûts et accélérer le déploiement.

5G n'était pas destiné à fonctionner de manière indépendante ni à remplacer les réseaux 4G existants. Les radios 5G ont plutôt été conçues pour compléter les ressources existantes. Ceci est démontré par une poussée de configurations non autonomes (NSA) dans les premiers déploiements où les radios 5G se connectent au réseau central de paquets 4G et utilisent 4G LTE pour la couverture et 5G pour la capacité de remplissage. Avoir des réseaux superposés pour chaque génération de RAN n'est pas souhaitable dans cette configuration. Un réseau de transport qui fait converger les transports 4G et 5G est plus économique et plus simple à utiliser.

Embrasser les architectures RAN Cloud

Avec l’arrivée de 5G, de plus en plus d’opérateurs souhaitent migrer vers des architectures Cloud RAN (C-RAN) flexibles. C-RAN permet aux opérateurs de répondre aux différentes exigences des applications en localisant le stockage et les ressources de calcul à la base du site de la cellule, dans des concentrateurs centralisés à des centaines de kilomètres ou entre les deux. Par exemple, les opérateurs peuvent prendre en charge des applications sensibles au temps de latence à l'aide de centres de données MEC (Multi-access Edge Computing) situés plus près du site de la cellule serveur.

Positionnement flexible des fonctions RAN
Figure 1: Positionnement flexible des fonctions RAN

Cette flexibilité est rendue possible par les divisions fonctionnelles 5G qui divisent le traitement en bande de base entre différents éléments, notamment l’unité radio (RU), l’unité distribuée (DU) et l’unité centralisée (CU). Ces fractionnements créent deux segments de transport: fronthaul, entre RU et DU, et mi-parcours, entre le DU et le CU.

Développement du protocole eCPRI pour 5G Fronthaul

Dans 4G LTE, les réseaux fronthaul reposent sur des protocoles semi-propriétaires tels que CPRI et OBSAI. Cependant, ces protocoles ne sont pas rentables pour 5G en raison de son utilisation de bandes spectrales beaucoup plus grandes (plusieurs centaines de MHz) et de MIMO massives. Le groupe de coopération CPRI a créé un protocole CPRI amélioré (eCPRI) qui adapte la bande passante autour de 10x de manière plus efficace que le CPRI 4G et nécessite donc moins de ressources de transport.

eCPRI est une interface empaquetée qui peut être encadrée dans Ethernet pour tirer parti des réseaux Ethernet omniprés qui existent déjà. Toutefois, en raison de la nature temporelle du trafic fronthaul, qui requiert une latence unidirectionnelle d’environ 100 µsec, de nouvelles technologies sont nécessaires pour optimiser les efforts Ethernet afin de le rendre déterministe et limité dans le temps.

Mise en réseau rapide pour Fronthaul

Le groupe de travail de l'IEEE sur les réseaux sensibles au temps (TSN) a publié une nouvelle norme qui concerne le TSN pour la liaison directe (IEEE 802.1CM). Cette norme permet une connectivité déterministe pour les flux fronthaul au sein de réseaux Ethernet pontés omniprés et flexibles. Ces réseaux Ethernet TSN assureront le transport déterministe des flux eCPRI 4G CPRI et 5G en contrôlant la planification du trafic, la synchronisation de synchronisation et la fiabilité du système.

Les réseaux Ethernet sont un support partagé. Il est donc important de hiérarchiser les paquets fronthaul par rapport aux autres paquets de priorité inférieure. Le groupe de tâches TSN a répondu à ce besoin avec une norme qui permet aux paquets de liaison directe de préempter d’autres paquets (IEEE 802.1Qbu - préemption de trames) et de garder sous contrôle les délais de mise en file d’attente des paquets.

Éviter les réseaux superposés coûteux via le transport convergent de tout le trafic mobile
Figure 2: éviter les réseaux superposés coûteux grâce au transport convergent de tout le trafic mobile

Les réseaux Ethernet TSN fourniront une connectivité de première ligne entre les unités de ressources du site de cellules et les unités de données du site de MEC. Dans la mesure où 4G et 5G coexisteront, les MEC serviront de concentrateurs 4G / 5G C-RAN. Mais comme les radios 4G utilisent le protocole CPRI, les données radio, de contrôle et de gestion numérisées sous-jacentes doivent être encapsulées sur Ethernet avant de pouvoir être transmises sur le réseau Ethernet TSN. Les nouveaux commutateurs de paquets TSN effectueront cette fonction d'encapsulation / décapsulation de manière normalisée (IEEE 1914.3 RoE) et la combineront avec 5G eCPRI pour optimiser la capacité de transport.

En utilisant ces approches basées sur des normes pour améliorer Ethernet, les opérateurs obtiendront un réseau déterministe capable de répondre aux exigences strictes en matière de liaison frontale. Ils bénéficieront également de la flexibilité, de l’efficacité du trafic et de l’ouverture des réseaux Ethernet par paquets grâce à une technologie bien comprise.

Initialement publié par Hector Menendez sur le blog Nokia

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