Podejście hybrydowe do problemu sieci 5G backhaul

Pomimo postępów na drodze do wdrożenia sieci 5G wydajność sieci typu backhaul nadal stanowi poważny problem. W ramach projektu SANSA udało się ją poprawić dzięki hybrydowej sieci satelitarno-naziemnej.

Gospodarka cyfrowa

Wielu ekspertów zwraca uwagę na niezdolność obecnych sieci backhaul do wspierania sieci 5G, które powinny od 2020 r. umożliwić nastanie ery internetu rzeczy. Kwestia ta, nazywana wyzwaniem 5G backhaul, wynikła z używania komórek o ultragęstym i ciężkim ruchu, niezbędnych do wspierania sieci o fali 5G milimetrów (mmW). Te zagęszczone sieci mają bardzo wysokie wymagania w zakresie przepustowości, opóźnień, dostępności i efektywności energetycznej/kosztowej, a obecne systemy backhaul w żaden sposób nie spełniają tych wymogów. Ana Pérez-Nera, koordynatorka projektu SANSA, podkreśla: „Jeśli chcemy, aby ludzie mieli odpowiedni dostęp do sieci 5G, paradygmat backhaul musi ulec całkowitej zmianie, aby stał się o wiele bardziej elastyczny i dynamiczny, a także aby użytkownicy mogli korzystać z różnych infrastruktur, które posiada 5G, w tym radiowych, światłowodowych i satelitarnych”. Ponadto 5G ma zapewnić ciągłość usług zarówno na najgęściej, jak i najsłabiej zaludnionych obszarach, a także podczas przemieszczania się. Więc jak dokładnie możemy to osiągnąć? „Znaczącą rolę odegra wykorzystanie komunikacji satelitarnej w sieciach 5G”, mówi prof. Pérez. Profesor Pérez i reszta konsorcjum SANSA pod przewodnictwem CTTC opracowuje nowatorską hybrydową, naziemno-satelitarną sieć backhaul, opartą na dwóch głównych komponentach. Pierwszym z nich jest zestaw inteligentnych anten o zaawansowanych możliwościach kształtowania wiązki mmW. Anteny te są stosowane w naziemnych węzłach sieci przesyłu wstecznego, aby umożliwić rekonfigurację topologii sieci, ponowne wykorzystanie częstotliwości oraz łagodzenie zakłóceń przestrzennych. Drugim elementem jest hybrydowy menedżer sieci (HNM), który umożliwia efektywne i dynamiczne wykorzystanie wszystkich zasobów sieci, zarówno naziemnych, jak i satelitarnych, w celu zwiększenia przepustowości i efektywności energetycznej. „Razem komponenty te mogą realizować funkcje wykrywania alarmów sieciowych (takie jak awarie łącza lub zatory komunikacyjne), rekonfiguracji topologii sieci, routingu rozproszonego, równoważenia obciążenia, klasyfikacji ruchu, a także zarządzania energią i funkcji buforowania w trybie offline”, wyjaśnia Profesor Pérez. „Inteligentne techniki antenowe zapewniają rozwiązania w zakresie samoczynnego wskazywania, podczas gdy rekonfigurowalna sieć zmniejsza potrzebę planowania sieci i tworzenia nadmiarowych zasobów w celu rozwiązania problemu awarii lub przeciążenia łączy”. Uczestnicy projektu SANSA proponują również hybrydowy, satelitarno-naziemny system buforowania, który przyczyni się do znacznych oszczędności pasma w sieciach backhaul. Co ciekawe, ważną rolę w tym systemie odgrywają satelity, zapewniające efektywne umieszczanie treści w najnowocześniejszych pamięciach podręcznych, dzięki ich szerokiemu zasięgowi i możliwościom multicastingu. Symulacje wskazują na znaczną poprawę wskaźników wydajności, takich jak zagregowana wydajność widmowa sieci (9x), zagregowana przepustowość (50%), szybkość dostarczania pakietów, opóźnienie (35%) oraz efektywność energetyczna (do 37%). Testy obu komponentów wykazały również zdolność systemu SANSA do skutecznego reagowania na zmiany w profilach ruchu.  Przed realizacją projektu SANSA zapewnienie kompatybilności między łącznością naziemną i satelitarną było problematyczne. Zarówno łączność 5G, jak i łączność satelitarna są niezbędne do pracy na wysokich częstotliwościach, co sprawia, że współistnienie w tym samym paśmie jest bardzo trudne do osiągnięcia. „Dzięki SANSA jesteśmy teraz pewni, że satelity odegrają kluczową rolę w różnych przypadkach użycia 5G. Jednak sukces satelitów komunikacyjnych w sieciach 5G będzie w dużej mierze zależał od ich zdolności do zapewnienia kosztów na bit porównywalnych z systemami naziemnymi, a także przepustowości wystarczającej do obsługi szerokiego zakresu usług 5G, w tym offloadingu i tworzenia kopii zapasowych. Właśnie dlatego będziemy nadal poprawiać możliwości satelitów poprzez wykorzystanie nowych możliwości, jakie w niedalekiej przyszłości będzie oferował segment satelitów, charakteryzujący się dużym nakładaniem się satelitów GEO i nie-GEO”, podsumowuje Prof. Pérez.