Fronthaul w sieciach 5G
Podobnie jak pamięci masowe danych, tak samo komunikacja sieciowa coraz szerzej wykorzystuje technologię chmury (zintegrowanych urządzeń zdalnych). W chmurowej sieci radiowej kluczowe funkcje (cyfrowe, przetwarzanie i pasmo podstawowe) pozostają w lokalizacji centralnej, podczas gdy urządzenia radiowe (anteny, wzmacniacze) znajdują się w innym miejscu. W takiej sieci wysokowydajne przetwarzanie pozwala na wirtualizację kluczowych funkcji. W razie potrzeby można uruchomić dowolną funkcję wymaganą przez dowolną liczbę stacji bazowych. Sieci te odznaczają się niższymi kosztami i będą nabierać coraz większego znaczenia w środowisku miejskim. Najpierw jednak będą wymagały szybkiego, wydajnego i taniego elementu Fronthaul. Problem prędkości Fronthaul to sieć, która łączy centralne jednostki pasma podstawowego ze zdalnymi jednostkami radiowymi. Obecne sieci Fronthaul są zbyt powolne. Ośmioantenowy system 4G wymaga szybkości transmisji Fronthaul rzędu 5 Gb/s, ale zaawansowane systemy 4G wymagają większej liczby anten i szybkości około 1 Tb/s. Systemy 5G nowej generacji będą wymagały jeszcze większych prędkości, które byłyby trudne do osiągnięcia. Obecnie sieci Fronthaul nie pozwalają na zwiększenie wydajności (multipleksowanie statystyczne) w przypadkach, w których część anten ma więcej użytkowników, a część mniej. Jednym z potencjalnych rozwiązań jest tzw. podział funkcjonalny. Pozwala on na przenoszenie niektórych wcześniej scentralizowanych funkcji do jednostek zdalnych, zmniejszając w ten sposób wymagane prędkości sieciowe. Takie systemy są również bardziej elastyczne i wydajne. W ramach finansowanego przez UE projektu iCIRRUS badano podziały funkcjonalne, w tym ewentualne punkty podziału. Zespół zaprezentował możliwości i wyzwania wynikające z zastosowania technologii Ethernet w częściach Fronthaul zaawansowanych sieci komórkowych 4G i 5G. Prace koncentrowały się na wyzwaniach związanych z pakietowym charakterem Ethernetu oraz opóźnieniami pracy w trybie pakietowym (np. buforowanie i kolizje portów). Znaczenie podziałów funkcjonalnych Krótko mówiąc, naukowcy z powodzeniem obsługiwali sieć testową 4G operatora za pośrednictwem sieci Ethernet, w różnych warunkach technicznych. Do innych ważnych rezultatów należy udana eksploatacja opartej na oprogramowaniu sieci 4G, przekazywanie sygnałów gotowych do pracy w sieci 5G oraz demonstracja węzłów agregacji sieci Ethernet. „Wszystko to oznacza, że dostrzegliśmy i wykazaliśmy, jak ważne są podziały funkcjonalne”, mówi kierownik projektu profesor Nathan Gomes. „Mają one duże znaczenie w pewnych scenariuszach, na przykład w różnych technikach radiowych”. Głównym osiągnięciem zespołu było stworzenie mapperów ethernetowych, które przetwarzają dane z różnych podziałów funkcjonalnych na pakiety Ethernet. Rozwiązanie to pomaga zademonstrować potencjał Fronthaul w zakresie pracy w sieci Ethernet. Innym rezultatem było opracowanie techniki wypełniania luk (FUSION), którą zademonstrowano w sieci Fronthaul Ethernetu o przepustowości 100 GB/s. W ramach projektu zrealizowano również kilka innych ściśle technicznych, ale ważnych celów. „Nasze badania nad wyodrębnianiem parametrów wydajności przy użyciu sond Ethernet były pierwszymi, jakie kiedykolwiek przeprowadzono na sieciach Fronthaul”, kontynuuje Profesor Gomes. „Prace te mają duży potencjał, ale pozostaje jeszcze wiele do zrobienia, aby móc dokonać walidacji proponowanych technik”. W szczególności użyte w projekcie sygnały nie były podłączone do pełnej sieci 5G i ważne będzie przetestowanie tego rodzaju sieci. Udoskonalenia powstałe dzięki projektowi zostaną zastosowane w sieciach typu end-to-end oraz w przekrojowej optymalizacji sieci. W przyszłości zdolność monitorowania i optymalizacji Fronthaul będzie miała istotne znaczenie dla sieci wirtualnych i programowych. Omawiane prace wywrą wpływ przede wszystkim na nowe sieci Fronthaul. Dzięki pracom wykonanym w ramach inicjatywy iCIRRUS, przyszłe sieci Fronthaul będą w jakiś sposób oparte na sieci Ethernet, ale również łatwe w optymalizacji i szybsze. Inne finansowane przez UE projekty, w tym 5G-PICTURE, będą kontynuowały prace rozpoczęte w projekcie iCIRRUS.
Słowa kluczowe
iCIRRUS, Fronthaul, Ethernet, 5G, podział funkcjonalny, chmurowa sieć radiowa
