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Ethernet per 5G Fronthaul

5G promette di offrire velocità più elevate e supportare rivoluzionari nuovi casi d'uso, servizi e applicazioni che collegano persone e cose. Nessuna tecnologia RAN precedente avrebbe dovuto supportare una gamma così ampia di servizi con requisiti di capacità, latenza, sincronizzazione, affidabilità e connettività differenti.

Ethernet per 5G Fronthaul

Gli operatori non possono soddisfare queste aspettative costruendo il RAN 5G in isolamento da altri domini di rete, incluso il livello di trasporto. Oltre agli aggiornamenti del RAN - che includono la densificazione delle celle, più antenne (MIMO massivo) e l'uso di frequenze operative esistenti e nuove - gli operatori hanno bisogno di più fibre e nuove tecnologie di trasporto dei pacchetti che rispondono alle diverse applicazioni e ai corrispondenti requisiti di rete. Laddove possibile, i loro piani 5G dovrebbero sfruttare le reti di pacchetti esistenti per risparmiare sui costi e sulla velocità di implementazione.

5G non è stato progettato per funzionare in modo indipendente o sostituire le reti 4G esistenti. Piuttosto, le radio 5G sono state progettate per integrare le risorse esistenti. Ciò è dimostrato da una serie di configurazioni non standalone (NSA) nelle prime distribuzioni in cui le radio 5G si collegano alla rete core del pacchetto 4G e utilizzano 4G LTE per la copertura e 5G per il riempimento della capacità. Avere reti sovrapposte per ciascuna generazione di RAN non è auspicabile in questa configurazione. Una rete di trasporto che converge il trasporto 4G e 5G è più economica e più semplice da utilizzare.

Abbracciare le architetture RAN del cloud

Con l'avvento di 5G, più operatori sono interessati a passare a architetture flessibili Cloud RAN (C-RAN). C-RAN consente agli operatori di soddisfare i diversi requisiti delle applicazioni individuando le risorse di storage e calcolo alla base del sito di celle, in hub centralizzati a centinaia di chilometri di distanza o ovunque nel mezzo. Ad esempio, gli operatori possono supportare applicazioni sensibili alla latenza utilizzando i data center Multi-access Edge Computing (MEC) che si trovano più vicino al sito della cella di servizio.

Posizionamento flessibile delle funzioni RAN
Figura 1: posizionamento flessibile delle funzioni RAN

Questa flessibilità è abilitata attraverso le suddivisioni funzionali 5G che dividono l'elaborazione in banda base tra diversi elementi, tra cui l'unità radio (RU), l'unità distribuita (DU) e l'unità centralizzata (CU). Queste divisioni creano due segmenti di trasporto: fronthaul, tra UR e DU e midhaul, tra DU e CU.

Sviluppo del protocollo eCPRI per 5G Fronthaul

In 4G LTE, le reti di fronthaul si basano su protocolli semi-proprietari come CPRI e OBSAI. Tuttavia, questi protocolli non scalano in modo economico per 5G a causa del suo uso di bande spettrali molto più grandi (centinaia di MHz) e massicci MIMO. Il gruppo di cooperazione CPRI ha creato un protocollo CPRI (eCPRI) avanzato che ridimensiona la larghezza di banda su 10x in modo più efficace rispetto a 4G CPRI e quindi richiede meno risorse di trasporto.

eCPRI è un'interfaccia pacchettizzata che può essere inquadrata in Ethernet per sfruttare le onnipresenti reti Ethernet già esistenti. Tuttavia, a causa della natura sensibile al tempo del traffico di fronthaul, che ha un requisito di latenza unidirezionale di circa 100 μsec, sono necessarie nuove tecnologie per migliorare lo sforzo Ethernet per renderlo deterministico e vincolato al tempo.

Networking sensibile al tempo per Fronthaul

Il Task Group TSN (Time-Sensitive Networking) dell'IEEE ha pubblicato un nuovo standard che affronta TSN per fronthaul (IEEE 802.1CM). Questo standard abilita la connettività deterministica per i flussi di fronthaul all'interno di reti bridged Ethernet onnipresenti e flessibili. Queste reti Ethernet TSN forniranno il trasporto deterministico degli stream 4G CPRI e 5G eCPRI controllando la pianificazione del traffico, la sincronizzazione dei tempi e l'affidabilità del sistema.

Le reti Ethernet sono un mezzo condiviso, quindi è importante dare priorità ai pacchetti fronthaul rispetto ad altri pacchetti a priorità più bassa. Il TSN Task Group ha risposto a questa esigenza con uno standard che consente ai pacchetti front-air di prevenire altri pacchetti (preimpostazione di frame IEEE 802.1Qbu) e di tenere sotto controllo i ritardi dall'accodamento dei pacchetti.

Evitare le costose reti di sovrapposizione tramite il trasporto convergente di tutto il traffico mobile
Figura 2: evitare costose reti di sovrapposizione tramite il trasporto convergente di tutto il traffico mobile

Le reti Ethernet TSN forniranno la connettività di fronthaul tra le UR presso il sito cellulare e le DU presso il sito MEC. Poiché 4G e 5G coesisteranno, i MEC fungeranno da hub 4G / 5G C-RAN. Ma poiché le radio 4G utilizzano il protocollo CPRI, i dati radio, di controllo e di gestione digitalizzati sottostanti devono essere incapsulati su Ethernet prima di poter essere trasmessi sulla rete Ethernet TSN. I nuovi switch di pacchetto TSN eseguiranno questa funzione di incapsulamento / decapsulazione in modo standardizzato (Roe IEEE 1914.3) e combinarli con 5G eCPRI per massimizzare la capacità di trasporto.

Utilizzando questi approcci basati su standard per migliorare Ethernet, gli operatori avranno una rete deterministica in grado di soddisfare i severi requisiti di fronthaul. Otterranno inoltre la flessibilità, l'efficienza del traffico e l'apertura delle reti Ethernet a pacchetto in una tecnologia che è ben compresa.

Originariamente pubblicato da Hector Menendez su Nokia Blog

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