ユースケースとリファレンスアーキテクチャ
5G O-RAN は、ベンダーと事業者間の相互運用性、柔軟性、革新を実現する、オープンで細分化された無線アクセス ネットワーク アーキテクチャです。フロントホールは、xHaulアーキテクチャの中で最も要求の厳しいセグメントであり、5Gネットワークで導入される超低レイテンシのワークロードを確実に提供および維持するために、高度なパフォーマンスと機能性が求められます。5G O-RANの主な特徴の1つは、さまざまなユースケースやアプリケーション向けに差別化されたQoSとネットワークネットワークスライシングを提供する複数のサービスクラスをサポートしていることです。
このソリューションは、 O-RAN Xhaul Packet Switched Architectures and Solutions technical specification [O-RAN.WG9です。XPSAAS-R003-v08.00] には、xHaul プレーンのサービスの側面と要件が定められています。
xHaul は、フロントホール(FH)、ミッドホール(MH)、バックホール(BH)セグメントで構成されており、それぞれ O-RAN 無線ユニット(O-RU)、分散ユニット(O-DU)、集中ユニット(O-CU)に接続します。
フロントホールネットワークセグメントを活用して、制御、データ(eCPRI)、管理トラフィックフロー用のRANの図(図1)ではRUとDUとも呼ばれるO-RUとO-DU間のレイヤー2接続を可能にし、フロントホールネットワークのRAN要素間の時間と周波数の同期を提供します。
RANの進化には、分散型インフラストラクチャ、集中型インフラストラクチャ、仮想化インフラストラクチャなど、4G向けのさまざまなアーキテクチャが含まれており、5Gの非集約型O-RANと共存する必要があります。これらの多様なエコシステムは、O-DUやO-CUなどのコンポーネントの配置に柔軟性を提供します。
このJVDは、考えられるすべてのシナリオを網羅しているわけではありません。ただし、O-RANスプリット7.2xと密接に連携しており、O-RUはCSRに接続し、O-DUはHSRインフラストラクチャ内でO-CUと同じ場所に配置されます。適切なサービスを拡張することで、ミッドホールセグメントとバックホールセグメント間の分離をサポートするために、追加の挿入ポイントを実装することができます。
図2は、O-RAN Allianceが提案する4Gと5Gの同時サポートについて、ITU-Tに従ったRANの導入シナリオをまとめたものです。
を同時にサポートするためのRAN導入シナリオ
5Gインフラストラクチャは、O-RUとO-DU間の厳しいレイテンシバジェットをサポートする必要があります。この目標を達成するために、フロントホールセグメントをサポートするトランスポートネットワーク要素(TNE)の数は最小限に抑えられ、ほとんどの場合、1つまたは2つのホップに制限されます。このため、スパイン&リーフトポロジーが理想的です。ただし、所定のレイテンシ バジェットを達成できる場合は、リング アーキテクチャを活用できます。トランスポート要件については、O-RAN WG9 技術仕様(O-RAN.WG9です。XTRP-REQ-v01.00)は、フロントホールの片道レイテンシ予算を最大100μsとするガイドラインを提供します。このバジェットには、ファイバー配線(~4.9μs/km)とトランジットノードで発生する遅延が含まれています。このJVDの目的は、O-RUからO-DUまでの許容範囲内(ノードあたり約≤10μs)のレイテンシ性能を備えたソリューションを提供することです。ACX7000シリーズのプラットフォームは、通常、ネットワークの輻輳シナリオを含む低レイテンシのワークロードで≤6μsをサポートします。
サービスレベル目標(SLO)を満たすために、5GトランスポートネットワークQoSは、フロントホールトラフィックの特性とモバイルバックホールサービスアプリケーションのスペクトルをサポートできる必要があります。参照される CoS スケジューリング モデルは、次の表に示すように、3GPP によって定義されたサービス タイプをサポートするように構築されています。これらのサービス階層は、O-RAN WG1 技術仕様(O-RAN)で説明されているように、ネットワークスライシング アーキテクチャの一部として実現される可能性があります。WG1です。Slicing-Architecture-R003-v11.00)を参照してください。 ネットワークスライシングはこの検証の範囲外ですが、基盤となるサービス属性は、実行可能なCoSモデルを開発する上で重要な考慮事項です。
| サービスタイプの | 特性 |
|---|---|
| eMBB(イーMBB) | 5G拡張モバイルブロードバンドの取り扱いに適したスライス。 |
| URLLCの | 超高信頼・低遅延通信の処理に適したスライス |
| V2X | V2Xサービスの取り扱いに適したスライスです。 |
| MIoT/mMTC | 大規模なIoTおよび/または大規模なマシンタイプの通信の処理に適したスライス |
フローベースの 5G QoS モデルは、ベアラベースの 4G LTE QCI モデルと比較して、よりきめ細かい制御と柔軟性を提供します。5G では、ベアラー全体に 1 つの QoS 値を割り当てるのではなく、同じベアラー内の差別化されたフローによって個々の QoS 要件を提供できます。これにより、よりきめ細かなQoS管理が可能になり、さまざまなアプリケーションやサービスがそれぞれのニーズに基づいてカスタマイズされた処理を受けることができます。また、ネットワークが個々のフローのQoSパラメータを動的に調整できるため、リソース割り当てが最適化され、ユーザーエクスペリエンスが向上します。
4G LTE QCI モデルから 5G QoS 識別子(5QI)モデルに移行する場合、トラフィックの定義と処理に類似点がいくつかあります。しかし、5Gでは、非常に低い遅延と高い帯域幅を必要とするフローに特化して、新しいカテゴリが導入されています。これらは、5G フロントホール セグメントの O-RU と O-DU 間のユーザー プレーンとコントロール プレーンのトラフィック ストリームにとって非常に重要です。O-RANアーキテクチャは、ユーザープレーンとコントロールプレーンのトラフィックを分離し、5Gネットワークの効率性とパフォーマンスを向上させます。ユーザープレーンのトラフィックには低遅延の高速ユーザーデータの送信が含まれ、コントロールプレーンのトラフィックはUPFをサポートするために必要なシグナリングと調整を管理します。両方のトラフィックストリームは、オープンフロントホール(OFH)インターフェイスを介してeCPRIプロトコルを使用して転送され、O-RUとO-DU間の標準化された効率的な通信経路を確保します。
5Gには、超高信頼低遅延通信(URLLC)を必要とする特定の5Gアプリケーションの厳しい要件を満たすために、遅延が重要な保証ビットレート(GBR)フローカテゴリがいくつか新たに組み込まれています。自動運転、遠隔手術、産業オートメーションなどのミッションクリティカルなサービスをサポートする技術の進歩に伴い、ネットワークのパフォーマンス機能で適切に分類することが最も重要になります。
高帯域幅と超低遅延という特性を持つ5Gフロントホールアクセスデバイスは、最適なパフォーマンスと信頼性を確保するために、ユーザーと制御トラフィックストリームをサポートするeCPRIベースのフローに最高の優先度を割り当てる必要があります。つまり、サービス プロバイダは、通常、音声またはビデオのトラフィック用に最も優先度の高いキューが予約されている既存の CoS 設計を再考する必要があるかもしれません。
3GPPでは、5QIからQoSの特性マッピングが定義されており、これを参照して適切なCoSモデルを構築できます。リソースは、遅延クリティカル GBR、GBR、または非 GBR に分類されます。3GPP 5QIモデルの詳細については、 ETSI TS-23.501の詳細を参照してください。
O-RAN 5QI/QCI 例示的グループ化モデルは、 図 3 に示され、O-RAN [O-RAN.WG9です。XPSAAS-R003-v08.00] では、一般的な QCI および 5CI QoS フロー特性を、遅延バジェットに基づいて 4 つの例示的なグループにグループ化しています。
QoS スキーマは携帯電話会社によって異なります。JVDは、特定の設計を推奨として認定しようとはしません。主な目的は、xHaulネットワークによって提供されるさまざまなサービス全体にわたる、重要および重要でないトラフィックフローに基づいて、決定論的な動作を実証することです。CoSソリューションは、タイムセンシティブネットワーク(TSN)プロファイルとトランスポートCoS特性とともに、ここで説明する例示的なモデルをサポートできることがさらに証明されるはずです。
Time Sensitive Networking(TSN)フロントホールプロファイル
IEEE 802.1CM 規格は、フロントホールのタイムセンシティブネットワーキング(TSN)を形式化し、5Gおよび高度なモバイルネットワークのフロントホールネットワークが厳格なレイテンシ、ジッター、および信頼性の要件を満たすことを保証します。正確な同期やトラフィックシェーピングなどのTSN原理を適用して、リモート無線ヘッドとベースバンドユニット間の低遅延および低ジッター通信を維持します。この規格は、携帯電話会社がネットワークパフォーマンスを強化し、新しい高精度アプリケーションをサポートし、将来の進歩に備えて拡張可能で柔軟なインフラストラクチャを確保するのに役立ちます。この規格は、CPRIとeCPRIの両方のトラフィックフローに適用されます。
JVDの目標は、802.1CMセクション8.1で概説されているTSNプロファイルAと一致しており、ユーザープレーンに高優先度クラスを割り当て、コントロールプレーンと管理プレーンのデータに低優先度クラスを割り当てる絶対優先モデルに従います。フロントホール トラフィックは常に非フロントホール トラフィックよりも優先され、両方で最大フレーム サイズは 2000 オクテットが推奨されます。
O-RANは、TSNプロファイルAをアーキテクチャ内で定義し、フロントホールネットワークで確定的な通信を確保し、リモート無線ユニット(RRU)と集中型ベースバンドユニット(BBU)を接続します。プロファイルAは、高精度の同期とトラフィックシェーピングを備えた超低遅延および低ジッターに推奨され、最も要求の厳しい5Gアプリケーションに適しています。 図4は、O-RAN WG9で定義されており、TSNプロファイルAのパケットの動作を示しています。
802.1CMはさらに、エクスプレスフレームプリエンプションでTSNプロファイルBを定義します。O-RAN。WG9です。XPSAAS-R003-v08.00 は、ポート速度>1 Gbps の最小限のメリットを示しています。 表 2 は、ポート速度に基づくキューイング遅延の違いの概要を示し、関連するファイバー到達距離を計算しています。各プロファイルには、キューイング遅延に影響を与える参照フレーム サイズが含まれています。プロファイル B のフレーム サイズはプリエンプションにより小さくなりますが、これはフレームが 155 バイトより大きい場合に限ります。155 バイトより下のフレームはプリエンプトされません。
| ポートスピード | TSNプロファイルA: 2,020バイトのキューイング遅延 |
TSNプロファイルB: 155バイトのキューイング遅延 |
差(μs) | 差 (ファイバー) |
|---|---|---|---|---|
| 1Gbps | 16.160マイクロ秒 | 1.240マイクロ秒 | 14.920マイクロ秒 | 3,045メートル |
| 10Gbps | 1.616マイクロ秒 | 0.124μs | 1.492マイクロ秒 | 304メートル |
| 25Gbps | 0.646マイクロ秒 | 0.050マイクロ秒 | 0.596マイクロ秒 | 122メートル |
| 50Gbps | 0.323マイクロ秒 | 0.025マイクロ秒 | 0.298マイクロ秒 | 61メートル |
| 100Gbps | 0.162μs | 0.012マイクロ秒 | 0.149マイクロ秒 | 30メートル |
| 200Gbps | 0.081マイクロ秒 | 0.006マイクロ秒 | 0.075マイクロ秒 | 15メートル |
| 400Gbps | 0.040マイクロ秒 | 0.003マイクロ秒 | 0.037マイクロ秒 | 8メートル |
10 Gbps 以降では、プロファイル B のフレーム プリエンプションのメリットは、公称リターンのポイントまで減少します。推奨されるプロファイルAは、JVDソリューションで活用され、複数のプライオリティキューを含み、それぞれに(キュー間で)プリエンプティブ機能があります。LLQは、優先度の低いフレームでの優先度のデキュー化をサポートしており、遅延の影響を受けやすいトラフィックの配信を保証します。
O-RANプライオリティキューイングモデル
O-RAN/3GPPは、トランスポートネットワークの要件に対応するために、最低6つのキューをサポートする2つの共通QoSプロファイルを提案します。これらのプロファイルには、単一のプライオリティ キュー(PQ)または複数のプライオリティ キューが含まれます。
単一PQモデル(図5)では、PTPやeCPRIなどの超低遅延フローを処理するための優先キューが定義されています。このキューは、他のすべてのキューに先んじて処理されます。優先度の低いキューは、重み付け均等化キューイング(WFQ)として処理されます。
2つ目のO-RANトランスポートコアQoSモデル(図6)では、複数の優先キューをサポートする階層と、優先順にデキューする機能が利用されています。プライオリティ キューは、プライオリティの低いキューが枯渇するのを防ぐために、レート制限する必要があります。
これまでのJVD、 5G CSR、シームレスなセグメントルーティング のための5G検証済み設計、 および5Gフロントホールサービスクラス では、シングルプライオリティキューモデルを活用していました。ストリクト ハイ キューは、O-RU と O-DU 間の eCPRI など、最も重要なトラフィック フロー用に予約されており、優先度の低いキューが枯渇するのを防ぐようにシェーピングされています。
Junos OS Evolvedリリース23.3R1によると、ACX7000ファミリーは、低レイテンシ、ストリクト高、高、中高、中低、低の6つの優先度をサポートしています。各プライオリティ キューは、プライオリティの低いキューをプリエンプトできます。LLQを特徴とするこのJVDの主な焦点は、マルチプライオリティキューモデルの検証です。
推奨されるレイテンシ予算
5G xHaulインフラストラクチャでは、特にフロントホールセグメントにおいて厳しいレイテンシ予算が定められています。総予算要素には、ファイバー長、トランジットネットワークデバイス、トランスポート設計が含まれます。O-RANでは、最大100μsのフロントホールの一方向レイテンシが義務付けられています。
通常、これは、ファイバー距離を考慮しないと、デバイスあたり≤10μsに相当します。通信事業者は一般的に、デバイスごとのトランジットレイテンシを~6μsの範囲でさらに短縮するソリューションを求めています。これにより、ネットワーク全体の到達範囲を拡大できます。これは、以前の4Gアーキテクチャの要件からの大規模なパラダイムシフトです。エンドツーエンドのxHaul RUからEPCへの接続は、≤10ミリ秒と予想されます。
マルチ PQ モデルを利用する場合は、可能な限り高い優先度として G.8275.2 PTP 非対応を配置することを推奨します。ただし、O-RAN では、各トランジット ノードでバウンダリークロック モードを使用して、G.8275.1 PTP プロファイルを優先して、PTP を認識せずに展開することを推奨しています。PTP 対応では、このような正確な遅延要件がないため、このトラフィックは優先度の低いキューに配置できます。したがって、最も優先度の高いトラフィックが eCPRI に与えられます。JVDで使用されるトラフィッククラスについては、「ソリューションアーキテクチャ」セクションで説明しています。
トランスポートアーキテクチャは、トラフィックの優先順位を保証しながら、遅延予算の整合性を維持できる必要があります。以下の表は[O-RAN.WG9です。XPSAAS-v08.00] は、重要なトラフィック タイプに対して適切なホップ単位のレイテンシおよびホップ単位のパケット遅延変動予算を定義しており、5G JVD QoS モデルを開発し、トラフィック クラスを提供する上で重要な参照ポイントとなります。この表には、 模範 的なグループ化に基づくトラフィック クラスのアライメントが含まれています。
| トラフィックタイプ | 、パケットサイズ | 、ホップ単位のレイテンシ | 、ホップ単位のPDV |
|---|---|---|---|
| PTP(非対応モード)1 | ~100 バイト | 定数、平均 | ~0.5 μs) |
| CPRI(RoE) | ~1500 バイト | ~1-20 μs | ~1-20 μs |
| eCPRI CUプレーン | ~1500 バイト | ~1-20 μs | ~1-20 μs |
| アグレッシブ タイマーを使用した OAM | ~100 バイト | ~1 ミリ秒 | ~1 ミリ秒 |
| 5QI/QCI グループ 1(低レイテンシ U プレーン) | 変数 | ~1 ミリ秒 | ~1 ミリ秒 |
| 低遅延のビジネストラフィック | 変数 | ~1 ミリ秒 | ~1 ミリ秒 |
| ネットワーク制御:タイマーの緩和によるOAM、IGP、BGP、LDP、RSVP、PTP認識モード(T-TC/T-BC) | 変数 | ~5 ミリ秒 | ~1 から 3 ミリ秒 |
| O-RAN/3GPP、CプレーンおよびMプレーン) | 変数 | ~5 ミリ秒 | ~1 から 3 ミリ秒 |
| 5QI/QCI グループ 2(中程度の遅延の U プレーン) | 変数 | ~5 ミリ秒 | ~1 から 3 ミリ秒 |
| 5QI/QCI グループ 3(残りの GBR U プレーン) | 変数 | ~10 ミリ秒 | ~5 ミリ秒 |
| ビジネストラフィックの保証 | 変数 | ~10 ミリ秒 | ~5 ミリ秒 |
| 5QI/QCI グループ 4(残りの非 GBR U プレーン) その他のトラフィック タイプ(ベスト エフォート) |
変数 | ~10 から 50 ミリ秒 | ~5 から 25 ミリ秒 |
(1)PTP非対応モードは対象外となり、推奨されなくなります。
規制上の利益
- ETSI 3GPPフォーラム(第3世代パートナーシッププロジェクト)
- O-RANアライアンス
- メトロイーサネットフォーラム(MEF)
- IEEE P802.1CM
- eCPRI仕様