eng
DOI: 10.22184/2070-8963.2023.109.1.36.46
Во второй части статьи представлен краткий обзор материалов, разработанных исследовательской группой ETSI ISG F5G, в которых определены общие принципы построения сетей фиксированной связи пятого поколения F5G на ближайшую перспективу. Рассмотрены требования к сетям F5G и их базовые характеристики: расширенный фиксированный широкополосный доступ eFBB, сквозное оптоволоконное соединение FFC и гарантированное надежное предоставление услуг GRE. Приведена архитектура сетей F5G, включающая три плоскости, и перечислены типовые сценарии услуг, которые будет поддерживать новая сетевая инфраструктура на базе концепции "Волокно до всего и всюду" FTTE.
Во второй части статьи представлен краткий обзор материалов, разработанных исследовательской группой ETSI ISG F5G, в которых определены общие принципы построения сетей фиксированной связи пятого поколения F5G на ближайшую перспективу. Рассмотрены требования к сетям F5G и их базовые характеристики: расширенный фиксированный широкополосный доступ eFBB, сквозное оптоволоконное соединение FFC и гарантированное надежное предоставление услуг GRE. Приведена архитектура сетей F5G, включающая три плоскости, и перечислены типовые сценарии услуг, которые будет поддерживать новая сетевая инфраструктура на базе концепции "Волокно до всего и всюду" FTTE.
Теги: european telecommunications standards institute fiber to the everything/everywhere fifth generation fixed networks fixed broadband full-fiber connection guaranteed reliable experience industrial specifications research group etsi isg f5g архитектура "волокно до всего и всюду" ftte гарантированное надежное предоставление услуг gre европейский институт стандартизации телекоммуникаций etsi исследовательская группа промышленных спецификаций etsi isg f5g расширенный фиксированный широкополосный доступ efbb сети фиксированной связи пятого поколения f5g сквозное оптоволоконное соединение ffc
ПОКОЛЕНИЯ СЕТЕЙ фиксированной связи F1G−F5G. Часть 2
А.В.Росляков, д.т.н., заведующий кафедрой сетей и систем связи ПГУТИ / arosl@mail.ru
УДК 621.391, DOI: 10.22184/2070-8963.2023.109.1.36.46
Во второй части статьи представлен краткий обзор материалов, разработанных исследовательской группой ETSI ISG F5G, в которых определены общие принципы построения сетей фиксированной связи пятого поколения F5G на ближайшую перспективу. Рассмотрены требования к сетям F5G и их базовые характеристики: расширенный фиксированный широкополосный доступ eFBB, сквозное оптоволоконное соединение FFC и гарантированное надежное предоставление услуг GRE. Приведена архитектура сетей F5G, включающая три плоскости, и перечислены типовые сценарии услуг, которые будет поддерживать новая сетевая инфраструктура на базе концепции "Волокно до всего и всюду" FTTE.
Введение
Построение сетей мобильной связи 5G, а также реализация перспективных сетевых приложений (облачные вычисления XaaS, приложения дополненной/виртуальной реальности, голографические и тактильные коммуникации, Интернет вещей и др.) требуют соответствующего развития сетей фиксированной связи, так как они должны обеспечить высокоскоростную, качественную и надежную передачу разнообразного трафика. Поэтому в последние годы некоторые международные организации по стандартизации в области телекоммуникаций инициировали исследовательские работы по определению ближайших и отдаленных перспектив развития сетей фиксированной связи.
Так, МСЭ-Т в 2018−2020 годах провел исследование "Сеть 2030" (Network 2030) по изучению возможностей и принципов построения фиксированных сетей связи на период до 2030 года и позже [1−2]. В 2020 году под эгидой Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI) была создана специальная исследовательская группа промышленных спецификаций ISG F5G (Industry Specification Group Fixed 5G Networks), в состав которой вошли представители 20 организаций и компаний, в том числе ПАО "Ростелеком". Задачей данной группы является подготовка материалов для разработки стандартов перспективных сетей фиксированной связи [3]. В рамках первого этапа исследования (2020−2021 гг.) было проведено разграничение пяти поколений сетей фиксированной связи F1G−F5G с определением их отличительных количественных и качественных характеристик, которые рассмотрены в первой части статьи [4]. В данной ее части приведен краткий обзор других промежуточных результатов исследования [5−14], доступных на сайте группы ETSI ISG F5G [15], в которых определены архитектура и базовые принципы построения сетей фиксированной связи пятого поколения на ближайшую перспективу, а также представлен обширный набор типовых сценариев использования сетей F5G.
Требования к сетям F5G
Для построения фиксированных сетей пятого поколения F5G необходимо определить и количественно оценить требования, необходимые для реализации текущих и будущих сетевых услуг и приложений.
Все требования к сетям F5G исследовательская группа ETSI разделила на три группы: сети, услуги и эксплуатация (операционная деятельность) (табл.1). В каждой группе определен перечень требований, предъявляемых услугами и приложениями, и качественные и количественные показатели (метрики) этих требований. Следует учитывать, что не все требования должны выполняться одновременно и что для каждого приложения и варианта использования сетей F5G может потребоваться различная комбинация этих требований.
На рис.1 представлены основные проблемы перехода от сетей F4G к сетям F5G и их количественные оценки, определенные исследовательской группой ETSI.
Направления реализации сетей F5G
Решение указанных выше проблем перехода от сетей F4G к сетям F5G планируется реализовать в трех направлениях (рис.2):
1. Расширенный фиксированный широкополосный доступ eFBB (Enhanced Fixed Broadband)
eFBB позволит удовлетворить потребности в высокоскоростных и высокопроизводительных коммуникациях, а также в высокой спектральной эффективности. По сравнению с широкополосным оптическим доступом в сетях F4G, F5G дополнительно увеличивает пропускную способность более чем в 10 раз с использованием технологии доступа 10G-PON. Это позволит для каждого абонента иметь симметричную гигабитную пропускную способность восходящего и нисходящего потоков. Для улучшения покрытия в сетях помещений пользователей можно использовать новую беспроводную технологию Wi-Fi 6. В сочетании с технологией доведения волокна до комнаты FTTR (Fiber-To-The Room) как частные, так и бизнес-пользователи смогут получить гарантированный гигабитный широкополосный доступ. 10G-PON станет доминирующей технологией широкополосного доступа, она обеспечит полное покрытие гигабитным доступом до помещения клиента, а ее совместимость с технологией GPON обеспечит плавную миграцию сети.
Магистральные технологии с высокой пропускной способностью, такие как 100G Ethernet и оптические транспортные сети OTN (Optical Transport Network), развертываются на узлах доступа для реализации транзитного соединения с большой пропускной способностью для сетей доступа и обеспечения возможностей гигабитной полосы пропускания "из конца в конец" (E2E). Узлы оборудования со спектральным уплотнением каналов хWDM перемещаются из магистральной сети в узлы сети доступа и напрямую соединяются с оборудованием оптического линейного терминала OLT для реализации полностью оптоволоконных соединений E2E. Емкость сетей OTN постоянно расширяется. На базе одной длины волны уже реализованы скорости 200 и 400 Гбит/с, а использование оптических C- и L-диапазонов позволяет реализовать передачу со скоростями более 40 Тбит/с через одно волокно. Таким образом, технология OTN обеспечит высокоскоростные подключения центров обработки данных и даже соединения между серверами внутри центра обработки данных.
2. Сквозное оптоволоконное соединение FFC (Full-Fiber Connection)
FFC позволит удовлетворить потребности пользователей сетевых услуг в расширении возможностей подключения со значительной зоной охвата территории, большим числом подключений и высоким трафиком на единицу площади. Оптическая сеть доступа F4G в основном решила проблему подключения помещений пользователя (многоквартирные здания или отдельные дома) по оптоволокну. F5G использует полное покрытие оптоволоконной инфраструктурой для поддержки повсеместных коммуникаций, включая домашние соединения, соединения машин и соединения между каждой комнатой, поддерживая различные вертикальные промышленные приложения. Количество подключений будет увеличено более чем в 100 раз, что позволит наступить эре подключения конечных устройств пользователя по оптическому кабелю. Это будет реализовано с использованием каскадных PON-систем для обеспечения максимально возможного оптического соединения с пользователем новых оптоволоконных инфраструктур.
В домене домашнего доступа F5G расширяет возможности традиционной технологии FTTH внедряя оптоволокно в каждую комнату FTTR и обеспечивает полную оптическую инфраструктуру для приложений "умного дома" и "умной жизни". В сочетании с беспроводной технологией Wi-Fi 6 FTTR может покрыть домашнюю среду гигабитным широкополосным доступом без мертвых зон.
В сфере бизнес-услуг сквозные оптические соединения на базе технологии OTN обеспечат услуги высококачественных частных линий. Технология OTN может в дальнейшем сочетаться с сетями PON для реализации широкого охвата частными линиями через оптоволокно с конфигурацией "точка − множество точек", обеспечивая высококачественные услуги премиум-класса частных линий для малых и средних предприятий и офисов (SOHO) с быстрой инсталляцией.
Полномасштабное развертывание сетей 5G увеличит количество мобильных площадок (базовых станций и малых сот) на порядок. Транспортные сегменты xHaul мобильных сетей 5G требуют большой пропускной способности, широкого покрытия и низкой задержки, которые можно обеспечить только за счет доступа и транспортировки трафика по оптоволокну. Распределение мобильных сайтов 5G будет накладываться на оптическую распределительную сеть ODN (Optical Distribution Network) на базе технологии FTTH. Следовательно, архитектуры распределенной (DRAN − Distributed RAN) и облачной (CRAN − Cloud RAN) сетей радиодоступа RAN (Radio Access Network) в 5G и развертывание макро-, микро- и опорных сайтов могут использовать сети ODN для переднего (Front) или заднего (Back) сегментов xHaul.
В области корпоративного доступа F5G заменят традиционные "медные" локальные сети Ethernet на PON. Внедрение LAN с использованием PON (POL) может снизить затраты на кабель и обслуживание, поскольку ODN дешевле и не требует обслуживания по сравнению с обычной сетью Ethernet.
Оптический доступ в дальнейшем проникнет и в производственные системы промышленных предприятий, соединяя машины и промышленных роб
А.В.Росляков, д.т.н., заведующий кафедрой сетей и систем связи ПГУТИ / arosl@mail.ru
УДК 621.391, DOI: 10.22184/2070-8963.2023.109.1.36.46
Во второй части статьи представлен краткий обзор материалов, разработанных исследовательской группой ETSI ISG F5G, в которых определены общие принципы построения сетей фиксированной связи пятого поколения F5G на ближайшую перспективу. Рассмотрены требования к сетям F5G и их базовые характеристики: расширенный фиксированный широкополосный доступ eFBB, сквозное оптоволоконное соединение FFC и гарантированное надежное предоставление услуг GRE. Приведена архитектура сетей F5G, включающая три плоскости, и перечислены типовые сценарии услуг, которые будет поддерживать новая сетевая инфраструктура на базе концепции "Волокно до всего и всюду" FTTE.
Введение
Построение сетей мобильной связи 5G, а также реализация перспективных сетевых приложений (облачные вычисления XaaS, приложения дополненной/виртуальной реальности, голографические и тактильные коммуникации, Интернет вещей и др.) требуют соответствующего развития сетей фиксированной связи, так как они должны обеспечить высокоскоростную, качественную и надежную передачу разнообразного трафика. Поэтому в последние годы некоторые международные организации по стандартизации в области телекоммуникаций инициировали исследовательские работы по определению ближайших и отдаленных перспектив развития сетей фиксированной связи.
Так, МСЭ-Т в 2018−2020 годах провел исследование "Сеть 2030" (Network 2030) по изучению возможностей и принципов построения фиксированных сетей связи на период до 2030 года и позже [1−2]. В 2020 году под эгидой Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI) была создана специальная исследовательская группа промышленных спецификаций ISG F5G (Industry Specification Group Fixed 5G Networks), в состав которой вошли представители 20 организаций и компаний, в том числе ПАО "Ростелеком". Задачей данной группы является подготовка материалов для разработки стандартов перспективных сетей фиксированной связи [3]. В рамках первого этапа исследования (2020−2021 гг.) было проведено разграничение пяти поколений сетей фиксированной связи F1G−F5G с определением их отличительных количественных и качественных характеристик, которые рассмотрены в первой части статьи [4]. В данной ее части приведен краткий обзор других промежуточных результатов исследования [5−14], доступных на сайте группы ETSI ISG F5G [15], в которых определены архитектура и базовые принципы построения сетей фиксированной связи пятого поколения на ближайшую перспективу, а также представлен обширный набор типовых сценариев использования сетей F5G.
Требования к сетям F5G
Для построения фиксированных сетей пятого поколения F5G необходимо определить и количественно оценить требования, необходимые для реализации текущих и будущих сетевых услуг и приложений.
Все требования к сетям F5G исследовательская группа ETSI разделила на три группы: сети, услуги и эксплуатация (операционная деятельность) (табл.1). В каждой группе определен перечень требований, предъявляемых услугами и приложениями, и качественные и количественные показатели (метрики) этих требований. Следует учитывать, что не все требования должны выполняться одновременно и что для каждого приложения и варианта использования сетей F5G может потребоваться различная комбинация этих требований.
На рис.1 представлены основные проблемы перехода от сетей F4G к сетям F5G и их количественные оценки, определенные исследовательской группой ETSI.
Направления реализации сетей F5G
Решение указанных выше проблем перехода от сетей F4G к сетям F5G планируется реализовать в трех направлениях (рис.2):
1. Расширенный фиксированный широкополосный доступ eFBB (Enhanced Fixed Broadband)
eFBB позволит удовлетворить потребности в высокоскоростных и высокопроизводительных коммуникациях, а также в высокой спектральной эффективности. По сравнению с широкополосным оптическим доступом в сетях F4G, F5G дополнительно увеличивает пропускную способность более чем в 10 раз с использованием технологии доступа 10G-PON. Это позволит для каждого абонента иметь симметричную гигабитную пропускную способность восходящего и нисходящего потоков. Для улучшения покрытия в сетях помещений пользователей можно использовать новую беспроводную технологию Wi-Fi 6. В сочетании с технологией доведения волокна до комнаты FTTR (Fiber-To-The Room) как частные, так и бизнес-пользователи смогут получить гарантированный гигабитный широкополосный доступ. 10G-PON станет доминирующей технологией широкополосного доступа, она обеспечит полное покрытие гигабитным доступом до помещения клиента, а ее совместимость с технологией GPON обеспечит плавную миграцию сети.
Магистральные технологии с высокой пропускной способностью, такие как 100G Ethernet и оптические транспортные сети OTN (Optical Transport Network), развертываются на узлах доступа для реализации транзитного соединения с большой пропускной способностью для сетей доступа и обеспечения возможностей гигабитной полосы пропускания "из конца в конец" (E2E). Узлы оборудования со спектральным уплотнением каналов хWDM перемещаются из магистральной сети в узлы сети доступа и напрямую соединяются с оборудованием оптического линейного терминала OLT для реализации полностью оптоволоконных соединений E2E. Емкость сетей OTN постоянно расширяется. На базе одной длины волны уже реализованы скорости 200 и 400 Гбит/с, а использование оптических C- и L-диапазонов позволяет реализовать передачу со скоростями более 40 Тбит/с через одно волокно. Таким образом, технология OTN обеспечит высокоскоростные подключения центров обработки данных и даже соединения между серверами внутри центра обработки данных.
2. Сквозное оптоволоконное соединение FFC (Full-Fiber Connection)
FFC позволит удовлетворить потребности пользователей сетевых услуг в расширении возможностей подключения со значительной зоной охвата территории, большим числом подключений и высоким трафиком на единицу площади. Оптическая сеть доступа F4G в основном решила проблему подключения помещений пользователя (многоквартирные здания или отдельные дома) по оптоволокну. F5G использует полное покрытие оптоволоконной инфраструктурой для поддержки повсеместных коммуникаций, включая домашние соединения, соединения машин и соединения между каждой комнатой, поддерживая различные вертикальные промышленные приложения. Количество подключений будет увеличено более чем в 100 раз, что позволит наступить эре подключения конечных устройств пользователя по оптическому кабелю. Это будет реализовано с использованием каскадных PON-систем для обеспечения максимально возможного оптического соединения с пользователем новых оптоволоконных инфраструктур.
В домене домашнего доступа F5G расширяет возможности традиционной технологии FTTH внедряя оптоволокно в каждую комнату FTTR и обеспечивает полную оптическую инфраструктуру для приложений "умного дома" и "умной жизни". В сочетании с беспроводной технологией Wi-Fi 6 FTTR может покрыть домашнюю среду гигабитным широкополосным доступом без мертвых зон.
В сфере бизнес-услуг сквозные оптические соединения на базе технологии OTN обеспечат услуги высококачественных частных линий. Технология OTN может в дальнейшем сочетаться с сетями PON для реализации широкого охвата частными линиями через оптоволокно с конфигурацией "точка − множество точек", обеспечивая высококачественные услуги премиум-класса частных линий для малых и средних предприятий и офисов (SOHO) с быстрой инсталляцией.
Полномасштабное развертывание сетей 5G увеличит количество мобильных площадок (базовых станций и малых сот) на порядок. Транспортные сегменты xHaul мобильных сетей 5G требуют большой пропускной способности, широкого покрытия и низкой задержки, которые можно обеспечить только за счет доступа и транспортировки трафика по оптоволокну. Распределение мобильных сайтов 5G будет накладываться на оптическую распределительную сеть ODN (Optical Distribution Network) на базе технологии FTTH. Следовательно, архитектуры распределенной (DRAN − Distributed RAN) и облачной (CRAN − Cloud RAN) сетей радиодоступа RAN (Radio Access Network) в 5G и развертывание макро-, микро- и опорных сайтов могут использовать сети ODN для переднего (Front) или заднего (Back) сегментов xHaul.
В области корпоративного доступа F5G заменят традиционные "медные" локальные сети Ethernet на PON. Внедрение LAN с использованием PON (POL) может снизить затраты на кабель и обслуживание, поскольку ODN дешевле и не требует обслуживания по сравнению с обычной сетью Ethernet.
Оптический доступ в дальнейшем проникнет и в производственные системы промышленных предприятий, соединяя машины и промышленных роб