Vad var det xHaul var nu igen?

xHaul är benämningen på fronthaul-, midhaul- och backhaul-nätverk med kopplingar mellan basstationer, till corenätverket och till datacentren där slutanvändardata och innehåll finns. 5G kommer att stödja tre viktiga användningsområden, som alla bygger på nätverksskivning. Alla tre har sina specifika krav på nätverksprestanda när de mobila tjänsterna korsar fronthaul, midhaul och du gissade rätt, backhaul. 

  • enhanced Mobile Broadband (eMBB), som kräver ökad trådbunden kapacitet
  • massive Machine-Type Communications (mMTC) som kräver analysbaserad automatisering för att kunna koppla ihop miljoner – eller snarare miljarder – nya maskiner på ett optimalt sätt (tänk dig ett enormt sakernas internet)
  • ultra-reliable Low-Latency Communications (urLLC), som kräver Multi-access Edge Computing (MEC) och deterministisk paket-optisk transport för att kunna uppnå extremt låg och deterministisk latens. 

Både mobil- wholesaleoperatörer måste kunna garantera att varje ”nätverksskiva” presterar felfritt under hela livscykeln. Vad gäller den trådbundna delen krävs det särskilda trafikhanteringsfunktioner i fronthaul-, midhaul- och backhaul-nätverken. Det räcker knappast att bara höja kapaciteten för att stödja 5G-tjänster. I backhaul-nätverket är latenskraven inte lika stringenta som i fronthaul- och midhaul-nätverken. Kapacitetsökningen är betydande: från 1 GbE för dagens 4G till 10 GbE eller högre för 5G.

I backhaul-nätverket är latenskraven inte lika stringenta som i fronthaul- och midhaul-nätverken. Kapacitetsökningen är betydande: från 1 GbE för dagens 4G till 10 GbE eller högre för 5G.

Var finns xHaul nu igen?

När det gäller 4G kopplar fronthaul-nätet samman Remote Radio Heads (RRHs) med avlägsna centraliserade/molnbaserade basbandsenheter. Backhaul, å sin sida, kopplar basbandsenheterna tillbaka till 4G Evolved Packet Core (EPC). När det gäller 5G kopplas New Radio (NR) till basbandsenheterna, som disaggregeras och virtualiseras till centraliserade enheter (CUs) och distribuerade enheter (DUs). För 5G-backhaul, där operatörerna än så länge fokuserar på att leverera nya eMBB-tjänster, gäller i princip detsamma som för 4G. Trafikvolymerna är dock mycket högre, på grund av att 5G NR har högre prestanda och bandbredd.

Bild 1: Utveckling från 4G till 5G xHaul-nätverk

Backhaul tillhandahålls över 1 GbE, 10 GbE och 100 GbE, liksom nyare 25 GbE, 50 GbE och även 400 GbE i sällsynta fall. Avstånden är vanligtvis under hundra eller några hundra kilometer. För längre avstånd används DWDM-optik, koherent och icke-koherent, som ofta är inpluggningsbar. 

Latenskraven för backhaul är inte alls lika stringenta som för fronthaul och midhaul, och ligger oftast på 10 ms till 300 ms. I normalfallet är backhaul-nätverket Ethernet-baserat (med IP-trafik). Det kan dock även använda svartfiber, mikrovågor eller nya Integrated Access Backhaul (IAB), när tillgång till optisk fiber saknas eller är för dyr. Varje backhaul-teknik har sina fördelar och sin plats, så en mix av alla kommer att användas för 5G.

5G Non-Stand-Alone (NSA) och 5G Stand-Alone (SA)

3GPP tweet skärmbildI december 2017 togs ett stort steg mot 5G. 3GPP-gruppen godkände 5G NR-specifikationerna och kapplöpningen inleddes. Nu kunde industrin börja tillverka standardbaserade 5G NR-enheter så snart dessa var färdigdesignade. Det gav operatörerna möjlighet att testa trådlös prestanda och anpassa sig till standardkraven. De kunde utföra RF-modellering och -planering och slutligen utföra installationer i torn, master och byggnader.

5G NR kopplas först och främst till befintliga 4G EPC-nätverk. Här får slutanvändare – människor och maskiner – 5G-prestanda trådlöst, men över den trådbaserade nätverksdomänen pratar vi fortfarande 4G-prestanda. Denna konfiguration kallas 5G Non-Stand-Alone (NSA) och det är den som de flesta av dagens 5G-användare möter. Detta är en slags ”pre-5G” och ett sinnrikt sätt att påskynda utplaceringen av 5G NR. Samtidigt pågår en uppgradering av core- och xHaul-nätverk. 3GPP Release-16, nyligen godkänd, och Release-17 ligger till grund för den storskaliga och kommersiella lanseringen av den nya standardbaserade tekniken.

5G NSA är i första skedet riktat mot eMBB-användarfall, främst videorelaterade, som kommer att stå för nästan 76 % av alla trafik 2025, enligt en färsk Ericsson Mobility Report. 5G NSA inkluderar dock inte nätverksskivning, ramverk för 5G Quality of Service (QoS) och inte heller ultralåg latens. Med andra ord, dagens eMBB är lite som ett 4G på steroider och det de flesta konsumenter kommer att mötas av tills dess att det trådbundna corenätverket också uppgraderats.

I 5G SA, alltså äkta 5G, är 5G NR-enheterna kopplade till ett corenätverk. Detta ersätter dagens 4G EPC som används för 5G NSA och det ger den kapacitet från slutpunkt till slutpunkt som man kan förvänta sig av full 5G. Detta bygger på nätverksskivning både i de trådlösa och trådbaserade delarna och ett 5G QoS-ramverk som möjliggör urLLC och mMTC. Flera ledande operatörer har redan gått ut med kommersiellt tillgängliga 5G SA-tjänster. Det kommer dock att ta flera år för varje operatör att rulla ut just sitt 5G-nät. Start- och slutpunkter skiljer sig år mellan företagen, som också har olika affärsmodeller.

5G+Non-Stand-Alone+%28NSA%29+vs.+5G+Stand-Alone+%28SA%29+Modes

Bild 2: 5G Non-Stand-Alone (NSA) jämfört med 5G Stand-Alone (SA)

När det gäller 5G NSA handlar backhaul framför allt om högre kapacitet. En enda 5G-slutanvändare kan kräva upp till tio gånger så mycket bandbredd som en jämförbar 4G LTE-slutanvändare. Med andra ord kan en enda 5G-smartphone kräva lika mycket trådlös kapacitet som minst tio 4G LTE-smartphones. Men hur mycket en enskild 5G-slutanvändare verkligen behöver beror givetvis på en rad faktorer. Det kan gälla mobilens prestanda, trådlöst spektrum som används och hur mycket prestanda operatörerna tillhandahåller. Men du förstår ju vart vi är på väg.

Med andra ord kan en enda 5G-smartphone kräva lika mycket trådlös kapacitet som minst tio 4G LTE-smartphones

Wholesaleoperatörer spelar en nyckelroll

Mycket av strålkastarljuset när det gäller 5G riktas mot mobiloperatörerna och det är inte så konstigt, eftersom det är de vi köper mobila tjänster av. Men vi får inte glömma bort alla de wholesaleoperatörer som erbjuder koppling mot basstationer i alla dess storlekar (från små till macro), till operatörer som inte har trådaccess till basstationerna.

Wholesaletjänster inom backhaul är ganska vanligt, särskilt i Nordamerika. Wäven wholesaleoperatörer måste uppgradera sina nätverk så att de kan leverera den 5G-prestanda som krävs (för exempelvis latens, kapacitet, tidshantering och synkronisering) till sina operatörskunder – och det arbetet pågår redan. Eftersom 5G har öppen, standardbaserad fronthaul och midhaul, kan wholesaleoperatörer bygga ut sina portföljer med konnektivitetstjänster även på detta område.

Cienas nya routerportfölj för 5G

Nätverksskivningsroutrarna 5164, 5166 och 5168Med öppna, standardbaserade xHaul-nätverk kommer både mobil- och wholesaleoperatörer att kunna konvergera trafik över 4G/5G C-RAN och D-RAN i en gemensam trådbaserad infrastruktur. Det leder till konvergerade xHaul-nätverk som är enklare och mer kostnadseffektiva att äga och driva. Vi hade allt detta i åtanke när vi tog fram våra nya nätverksskivningsroutrar 5164, 5166 och 5168. Samtliga är baserade på Adaptive IPTM, ett annorlunda och bättre sätt att bygga standardbaserade IP-nätverk, från access- till stadsnät. De är automatiserade, öppna och slimmade. 

Marknaden rör sig mot konvergerade xHaul-nätverk för 4G och 5G och dessa tillhandahålls av Ciena.