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Dynamically Reconfigurable Optical-Wireless Backhaul/Fronthaul with Cognitive Control Plane for Small Cells and Cloud-RANs

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Le fibre si intrecciano con il wireless 5G

La nuova rivoluzione wireless 5G richiederà soluzioni eterogenee e flessibili per aumentare la capacità della rete. Un progetto finanziato dall’UE ha dimostrato nuove soluzioni di trasporto mobile integrate end-to-end che dovrebbero contribuire a soddisfare le esigenze dei futuri casi d’uso 5G.

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Tecnologie industriali

Si prevede che il traffico mobile crescerà di 1 000 volte entro il 2020 rispetto al 2010. Le reti 5G che serviranno questa enorme ondata di dati mobili richiederanno soluzioni di fronthaul e backhaul allineate con le esigenze del nuovo accesso radio e delle reti principali mobili per far fronte a questo aumento di carico del traffico. Questa nuova tecnologia mobile influenzerà in modo significativo sia il fronte wireless che quello cablato dell’infrastruttura di rete. In vista di questa sfida, il progetto 5G-XHaul, finanziato dall’UE, ha proposto una soluzione di rete convergente che integra nuove tecnologie ottiche e wireless per offrire servizi di trasporto end-to-end. «Le soluzioni wireless flessibili e le interconnessioni ottiche ad altissima capacità sono estremamente necessarie per le architetture dinamiche di backhaul e fronthaul. Ma fino ad ora non c’era stato alcun consenso su come combinare efficacemente entrambe le tecnologie», osserva il coordinatore del progetto, il prof. Eckhard Grass. Ottenere il meglio da entrambi i fronti Il 5G-XHaul combina in modo efficiente tecnologie ottiche e wireless, affrontando sfide critiche di interoperabilità. L’architettura proposta rispetta sia le attuali che le prossime reti mobili 5G, rivolgendosi agli utenti finali e ai servizi operativi. L’architettura fisica 5G-XHaul è costituita da una piattaforma di rete ottica ibrida che combina elementi attivi e passivi. Per il backhaul, i ricercatori hanno implementato la tecnologia WDM (wavelength-division multiplexing, multiplazione a divisione di lunghezza d’onda) che supporta ulteriormente l’allocazione elastica e dettagliata della larghezza di banda definita come rete ottica condivisa nel tempo (TSON). Questa rete ottica elastica è un perfetto esempio di una soluzione basata su frame dinamici che supporta i diversi gradi di larghezza di banda e requisiti di latenza introdotti da varie distribuzioni di reti di accesso radio. Per il fronthaul, il team ha implementato la WDM su una rete ottica che non contiene componenti attivi (rete ottica passiva - PON). Questa soluzione WDM-PON basata sulla regolazione autonoma della lunghezza d’onda trasporta in modo trasparente il traffico mobile e il traffico di fronthaul attraverso diverse lunghezze d’onda. È stato inoltre implementato un ampio spettro di tecnologie di accesso radio per estendere la rete in fibra. I ricercatori si sono concentrati su massicci sistemi a entrate multiple e uscite multiple (multiple-input multiple-output, MIMO), spettro a onde millimetriche e tecnologie dello spettro sub-6 GHz. Le tecnologie a onde millimetriche utilizzano frequenze portanti molto più elevate rispetto al 4G e al WiFi e, nel contesto di 5G-XHaul, erano complementari per il backhauling di piccole celle al sito di macrocellule. La chiave della virtualizzazione verso il 5G La rete 5G richiederà la virtualizzazione sia al centro che ai margini della rete. La virtualizzazione delle funzioni di rete e la rete definita dal software (SDN) sono passi importanti in questa direzione. Il piano di controllo SDN flessibile proposto da 5G-XHaul consente all’infrastruttura di essere suddivisa in sezioni di rete, ognuna delle quali può essere controllata indipendentemente da un operatore diverso. Questa rete controllata tramite SDN consente la riconfigurazione flessibile e definita dal software di tutte le funzioni di rete, prevedendo al tempo stesso la domanda di traffico nello spazio e nel tempo. Per un controllo e una gestione della rete più efficaci, i ricercatori hanno proposto un meccanismo per ridurre la segnalazione. «L’architettura 5G-XHaul SDN consente la fornitura automatica di servizi di connettività multidominio nelle reti di trasporto 5G in pochi secondi», osserva il coordinatore tecnico 5G-XHaul, il dott. Daniel Camps. Una prova realistica a livello urbano, svolta a Bristol, che integra le nuove tecnologie ottiche e wireless 5G-XHaul e controllata dal piano di controllo SDN, ha illustrato l’architettura generale del progetto. La funzionalità e le prestazioni end-to-end di questa dimostrazione sul campo hanno verificato l’idoneità della soluzione 5G-XHaul per il 5G. I risultati del progetto sono particolarmente rilevanti per le reti future, che dovranno essere dinamiche e gestirsi automaticamente per accogliere miliardi di dispositivi connessi. «La nostra nuova soluzione di rete può collegare in modo flessibile le piccole celle alla rete principale. Sfruttando la mobilità degli utenti, consente l’allocazione dinamica delle risorse di rete agli hotspot previsti e quelli effettivi. Questa allocazione dinamica soddisfa le esigenze degli utenti», conclude il Prof. Grass.

Parole chiave

5G-XHaul, 5G, wireless, backhaul, rete ottica, fronthaul, multiplazione a divisione di lunghezza d’onda (WDM), rete ottica passiva (PON), rete definita dal software (SDN), onda millimetrica, virtualizzazione delle funzioni di rete

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