Światłowody podstawą bezprzewodowych sieci 5G
Szacuje się, że do 2020 roku ilość ruchu w sieciach mobilnych wzrośnie tysiąckrotnie w porównaniu z 2010 rokiem. Sieci piątej generacji, których zadaniem będzie skuteczna obsługa tej nawałnicy danych mobilnych, będą potrzebowały rozwiązań sieci dosyłowych fronthaul oraz przesyłu wstecznego backhaul dostosowanych do potrzeb stawianych przez nowoczesne sposoby dostępu do sieci oraz mobilne sieci szkieletowe, aby skutecznie radzić sobie ze zwiększonym ruchem. Nowa technologia mobilna będzie miała znaczący wpływ zarówno na bezprzewodowe, jak i przewodowe elementy infrastruktury sieciowej. W związku z tym wyzwaniem, finansowany przez Unię Europejską projekt 5G-XHaul zaprezentował połączone rozwiązanie sieciowe integrujące nowatorskie technologie optyczne oraz bezprzewodowe w celu zaoferowania kompleksowych usług transportowych w sieciach. „Elastyczne rozwiązania bezprzewodowe, a także połączenia światłowodowe charakteryzujące się olbrzymią wydajnością, są kluczem do opracowania dynamicznych architektur fronthaul oraz backhaul. Do tej pory nie było jednak zgody co do tego, jak powinno wyglądać skuteczne połączenie obu tych technologii”, stwierdza profesor Eckhard Grass, koordynator projektu. Najlepsze elementy obu podejść W ramach projektu 5G-XHaul udało się osiągnąć skuteczne połączenie technologii optycznych i bezprzewodowych, co pozwoliło na rozwiązanie kluczowych wyzwań w zakresie interoperacyjności. Zaprezentowana architektura jest zgodna sieciami mobilnymi 5G – zarówno istniejącymi, jak i tymi, które pojawią się na rynku w najbliższej przyszłości. Jednocześnie pozwala na obsługę użytkowników końcowych, a także usług. Fizyczna architektura rozwiązania 5G-XHaul obejmuje hybrydową platformę opartą na sieciach optycznych, obejmującą zarówno aktywne, jak i pasywne elementy. W przypadku sieci bakchaul, naukowcy zastosowali technologię WDM – zwielokrotniania w dziedzinie długości fali, a dodatkowo wdrożyli także rozwiązanie pozwalające na elastyczne i dokładne przydzielanie przepustowości sieci, określane nazwą „sieci optycznej współdzielonego czasu” (time-shared optical network, TSON). Elastyczna sieć optyczna stanowi idealny przykład rozwiązania opartego na dynamicznych ramkach, obsługującego różnorodne zakresy wymagań dotyczących przepustowości oraz opóźnień wynikające z zastosowania różnych systemów radiowych sieci dostępowych. W przypadku sieci fronthaul zespół zastosował technologię WDM w sieci optycznej, która nie zawiera żadnych aktywnych elementów – pasywnej sieci optycznej (passive optical network, PON). Rozwiązanie WDM-PON oparte na autonomicznym dostosowywaniu długości fali pozwala na obsługę ruchu typu fronthaul oraz backhaul przy pomocy fal o różnej długości. W celu rozszerzenia sieci światłowodowej naukowcy zastosowali również szereg rozwiązań i technologii sieci radiowych. W ramach projektu naukowcy skupili się na rozwiązaniach wykorzystujących technologię transmisji wieloantenowej MIMO, pasmo milimetrowe, a także technologie działające w paśmie poniżej 6 GHz. Technologie wykorzystujące pasmo milimetrowe używają dużo wyższych częstotliwości w porównaniu z sieciami 4G oraz Wi-Fi. W kontekście rozwiązania 5G-XHaul zostały wykorzystane do przesyłu wstecznego z niewielkich komórek do głównych węzłów. Wirtualizacja kluczem do wdrożenia sieci 5G Wdrożenie sieci 5G będzie wymagało szerokiego zastosowania wirtualizacji zarówno na poziomie sieci szkieletowej, jak i na urządzeniach brzegowych. Kluczowymi technologiami, które pozwolą na osiągnięcie tego celu, są sieci definiowane programowo (SDN) oraz wirtualizacja funkcji sieci. Elastyczna warstwa kontrolna proponowana w ramach projektu 5G-XHaul pozwala na budowanie infrastruktury możliwej do podziału na elementy kontrolowane niezależnie przez różnych operatorów. Zdefiniowana programowo sieć umożliwi elastyczną, programową rekonfigurację wszystkich funkcji sieci przy jednoczesnym zapewnianiu prognozowania zapotrzebowania na przepustowość w czasie i przestrzeni. W celu zapewnienia bardziej skutecznych sposobów zarządzania i kontroli sieci, naukowcy zaproponowali mechanizm opierający się na zmniejszaniu przekazywania sygnałów. „Architektura sieci definiowanych programowo opracowana w ramach projektu 5G-XHaul pozwala na automatyczną realizację wielodomenowych usług łączności w sieciach transportowych 5G w ciągu zaledwie kilku sekund”, dodaje koordynator techniczny projektu 5G-XHaul, dr Daniel Camps. Testy terenowe wykorzystujące nowoczesne technologie optyczne oraz bezprzewodowe opracowane w ramach projektu 5G-XHaul, sterowane przez warstwę kontrolną opartą na technologii SDN przeprowadzone w Bristolu zaprezentowały możliwości architektury projektu. Zarówno funkcjonalność, jak i osiągi w ramach testów udowodniły możliwość zastosowania rozwiązania opracowanego przez zespół 5G-XHaul do budowy sieci piątej generacji. Wyniki projektu są szczególnie istotne dla sieci przyszłości, które będą musiały być w pełni dynamiczne i zdolne do automatycznego zarządzania w celu zapewnienia obsługi miliardów podłączonych do nich urządzeń. „Nasze innowacyjne rozwiązanie sieciowe pozwala na elastyczne łączenie niewielkich komórek z siecią szkieletową. Wykorzystując mobilność użytkowników, rozwiązanie umożliwia dynamiczną alokację zasobów sieciowych do przewidywanych i rzeczywistych miejsc, w których występuje większy ruch. Taki rodzaj dynamicznej alokacji stanowi odpowiedź na potrzeby użytkowników”, podsumowuje profesor Grass.
Słowa kluczowe
5G-XHaul, 5G, bezprzewodowe, backhaul, sieć optyczna, fronthaul, WDM, pasywna sieć optyczna, sieci definiowane programowo (SDN), fale milimetrowe, wirtualizacja funkcji sieci
