Madero: 5G: A nova face do transporte móvel


Madero

Por Andrés Madero *

Com os lançamentos 5G acelerados em todo o mundo é fácil ser atraído para os serviços os serviços avançados que serão oferecidos na próxima década, a dúvida é sobre quando, quais e quando começarão a ser disponibilizados. Ou seja, a chave dessa discussão é a compreensão das fases dos serviços 5G. As redes 5G da Fase 1 inicial são baseadas nos primeiros padrões que já foram ratificados e oferecem suporte a serviços de banda larga móvel aprimorada (eMBB). Estes são construídos usando a arquitetura não autônoma (NSA), que utiliza novos rádios 5G e, em alguns casos, novas bandas de frequência, mas baseados no núcleo móvel 4G existente. Os serviços atuais do eMBB são, portanto, versões essencialmente mais rápidas dos serviços 4G disponíveis anteriormente.

Os serviços 5G da Fase 2 utilizarão o resultado de outras atividades de padronização, incluindo a arquitetura autônoma (SA), que adiciona o novo núcleo 5G. A mudança para a arquitetura SA, combinada com mais inovações na rede de acesso ao rádio (RAN) e na arquitetura de transporte, permitirá que as operadoras móveis comecem a introduzir novos tipos de serviços, como comunicações ultraconfiáveis de baixa latência, o que trará a nova era de serviços móveis avançados que antes não eram possíveis em redes móveis.

Tem havido muita discussão em torno desses possíveis novos tipos de serviços, e é claro que é difícil prever exatamente quais serão os killer apps para o 5G – talvez suporte para jogos de realidade aumentada ou aplicativos industriais e agrícolas avançados, ou talvez um novo app que ninguém tenha pensado ainda se tornará realidade quando a infraestrutura e as capacidades entrarem em vigor. Quaisquer que sejam os aplicativos decisivos que levarão o 5G adiante na próxima década, muito trabalho precisa ser feito dentro das redes móveis para nos mover dos serviços relativamente simples de 5G da Fase 1 para os recursos muito mais avançados da Fase 2.

Próximos passos à medida que o mercado avança para a Fase 2

Hoje há no mundo 166 operadoras com redes 5G implementadas de acordo com o mapa 5G da Ookla. As atualizações 5G SA começaram a ser enviadas em meados de 2020 e analistas do setor que acompanham as implantações de 5G SA mostram que, a partir do primeiro trimestre de 2021, quatro dessas operadoras já começaram a operar redes SA ao vivo. Obviamente estão em estágios iniciais das implementações de 5G SA, mas prevê-se que o número de operadoras executando o 5G SA comece a aumentar significativamente ao longo de 2021 e 2022.

No geral, à medida que o mercado se prepara para esses serviços 5G mais avançados, existem quatro grandes atividades acontecendo nas redes móveis:

  1. Expansão da pegada 5G RAN – Independentemente das mudanças necessárias para os serviços da Fase 2, as operadoras móveis estão expandindo agressivamente sua pegada RAN 5G por meio da adição de antenas 5G às macrocélulas 4G existentes e da adição de novas células 5G pequenas para expandir a cobertura dos serviços eMBB da Fase 1 inicial.
  2. Migração contínua para o núcleo 5G SA – como mencionado anteriormente, as operadoras de telefonia móvel continuarão a migrar do núcleo NSA baseado em 4G para o núcleo 5G SA dedicado.
  3. Modernização do controle de rede e da arquitetura de orquestração – arquiteturas 5G, como fatiamento de rede e computação de borda de vários acessos (MEC), exigem controle em todos os domínios da rede desde o núcleo até a RAN, passando pela rede de transporte. Isso requer um ambiente avançado de controle de rede multidomínio, para o qual a maioria das operadoras está trabalhando agora.
  4. Preparo da rede de transporte – para suportar as demandas mais elevadas que o 5G impõe na rede de transporte, as operadoras de rede estão modernizando e rearquitetando suas redes de transporte óptico.

Observando a rede de transporte móvel e suas funções de controle e orquestração associadas, há um nível considerável de atividade em muitos domínios dentro da rede para apoiar o terceiro e quarto itens acima. 5G requer a nova arquitetura xHaul com domínios front-//mid-//backhaul, o que é uma mudança expressiva em relação às redes predominantemente backhaul usadas em 4G. Os operadores estão no processo de determinar qual combinação desses domínios precisam inicialmente e ao longo do tempo à medida que migram para os serviços da Fase 2. Além da mudança para esta nova arquitetura existem outras tendências no domínio de rede óptica que estão mudando a forma como as redes de transporte móvel são construídas:

A mudança para abertura

Aproveitando os aprendizados do mundo do centro de dados, as redes de transporte estão começando a abraçar a abertura e a desagregação. A mudança para uma rede aberta e desagregada, quebra a abordagem tradicional de um fornecedor para um domínio de rede, dividindo a rede em blocos funcionais, que podem utilizar uma abordagem de melhor qualidade utilzando produtos de vários fornecedores.

No mundo das redes ópticas, essa tendência cria um sistema de linha aberta de um fornecedor que transporta canais de mais de um fornecedor, em vez da abordagem fechada tradicional, na qual o sistema de linha e todos os canais são do mesmo fornecedor. Essa abordagem quebra o aprisionamento do fornecedor e permite ciclos de inovação mais rápidos na rede. As redes de transporte móvel estão começando a usar essa abordagem, com organizações como o Telecom Infra Project (TIP), ajudando na coordenação e na padronização de unidades.

O TIP também está conduzindo a desagregação na camada IP da rede de transporte ainda mais rapidamente, desagregando funções clássicas de roteador em redes móveis, como de gateway de site de célula no “gateway desagregado de site de células” (DCSG). O DCSG divide o roteador em hardware de caixa branca aberta e um software do sistema operacional de rede. As implementações do DCSG estão agora em andamento, com testes de rede ao vivo e implantações iniciais de rede nas principais operadoras móveis em todo o mundo.

Fatiamento de rede e MEC

Para habilitar os perfis de serviços paralelos exigidos no 5G sem forçar toda a rede a ser projetada ao nível do serviço de mais alta qualidade, o conceito de fatiamento é usado para segmentar a rede e apoiar economicamente diferentes classes de serviço. Esse fatiamento impacta todos os recursos da rede desde a RAN através da rede de transporte até o núcleo. Consequentemente, a rede de transporte desempenha um papel importante de apoio na fatia completa de ponta a ponta. As  redes de transporte usarão os mecanismos existentes para criar dinamicamente fatiamentos rígidos (de capacidade fixa) e suaves (de capacidade variável) de forma semelhante a qualquer outra exigência de transporte de dados. O verdadeiro desafio para as operadoras de rede é o gerenciamento dessas fatias por meio da rede de transporte, como parte de uma fatia mais ampla de ponta a ponta com RAN e componentes principais e mapear a exigência de serviço para recursos de fatiamento específicos.

Fortemente acoplado ao conceito de fatiamento está o movimento em direção ao MEC, que impulsiona os recursos de computação e armazenamento, essencialmente capacidades de centro de dados, para mais perto do cliente, seja por meio de redes fixas ou móveis. Mais uma vez, do ponto de vista da rede de transporte, essa tendência está em grande parte relacionada ao gerenciamento/controle de rede e à vinculação com funções de orquestração de rede que impulsionam a automação da rede de transporte para oferecer apoio à implementação de recursos MEC.

Até o momento, a MEC está mais avançada em termos de implementação do que de fatiamento, embora isso seja principalmente em redes fixas e não móveis até agora. Nestas aplicações, as operadoras de centro de dados estão usando os locais existentes do centro de dados para oferecer recursos de computação e armazenamento às operadoras e aos clientes corporativos.

Nas redes móveis, a MEC está planejada para futuros serviços de baixa latência da Fase 2 e, potencialmente, também para a virtualização de funções RAN, com hardware RAN dedicado sendo substituído por software em localizações da MEC. Certamente, uma área interessante para continuar a observar!

Obtendo o rendimento subjacente adequado

Além das novas mudanças arquitetônicas com xHaul, fatiamento e MEC, as operadoras de rede estão se concentrando em garantir que a rede óptica subjacente esteja pronta para as demandas de alto desempenho do 5G. As redes ópticas sempre ofereceram suporte às redes móveis com uma função de backhaul resiliente e de alta capacidade que atende às demandas de desempenho necessárias para a geração específica de tecnologia móvel. O 5G aumenta esses requisitos com exigências de sincronização muito mais rígidas, maiores exigências de capacidade e operação de baixa latência.

Devido à velocidade fixa da luz, há apenas um escopo limitado para redução da latência dentro da rede de transporte e, portanto, a MEC é necessária para a mudança de etapa no desempenho de latência que alguns serviços 5G irão requerer. No entanto, quando possível, as operadoras móveis estão usando opções de latência mais baixa dentro da rede de transporte para apoiar a mudança para a MEC.

A sincronização abrange a complexa tarefa de fornecer tempo e sincronização de relógios de rede centralizados para torres de células dentro de limites muito restritos. O 5G traz novas técnicas de rádio dentro da RAN, que exigem que a rede de transporte ofereça tempo e sincronização muito precisos, às vezes para níveis de nanossegundos de precisão. Paralelamente às demandas mais altas, há também uma tendência de se afastar totalmente da temporização baseado em satélite em favor da baseada em rede ou de um híbrido de ambos. As operadoras também estão melhorando o desempenho de sincronização de suas redes de transporte, o que é uma tarefa considerável.

Pode parecer óbvio que, conforme o tempo passa e os usuários usam cada vez mais dados, as redes de transporte móvel precisam aumentar a quantidade de tráfego de/para cada site de célula. Espera-se que o 5G impulsione o crescimento significativo da largura de banda por intermédio do aumento do uso de dados por usuário e da proliferação de “usuários” com a comunicação máquina a máquina da Internet das Coisas. Consequentemente, algumas operadoras móveis estão avaliando novas abordagens radicais, como o uso de novas ópticas ponto a multiponto, que podem aumentar de forma expressiva a largura de banda para cada site de célula e reduzir de maneira drástica o custo da rede.

Resumo

A rede de transporte óptico sempre desempenhou um papel fundamental na sustentação das redes móveis, e a mudança para o 5G aumenta de modo considerável a importância da rede de transporte na rede ponta a ponta e no desempenho do serviço. A mudança para o 5G está impulsionando grandes mudanças na rede de transporte com novas arquiteturas, maiores demandas de desempenho e novas abordagens que impulsionarão a inovação mais rápida. Esta migração ainda se encontra em estágios iniciais, com mudanças consideráveis nos próximos anos, à medida que as ofertas de serviço 5G começam a se expandir para novos serviços de Fase 2.

*Andrés Madero, CTO da Infinera para America Latina e Caribe

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