Backhaul

En términos de transporte, backhaul describe un vehículo que regresa a su punto de origen con una nueva carga adquirida en el sitio externo. La utilidad de este concepto es igual de clara para las redes backhaul móvil, el caballito de batalla de las telecomunicaciones modernas.

Las redes 5G ponen en tela de juicio la definición de backhaul como nunca antes. A medida que la tecnología sigue cambiando con protocolos, velocidades de transmisión de datos y tipos de medios nuevos, VIAVI ofrece soluciones completas de pruebas de backhaul para lograr una activación del servicio y una gestión del rendimiento eficientes. La automatización del proceso de prueba, las rutinas de pruebas de sincronización y las características integradas de inspección de la fibra óptica resguardan el rendimiento de backhaul durante todo el ciclo de vida del servicio. 

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¿Qué es el backhaul inalámbrico?

Backhaul es un término general que describe la infraestructura de transporte que se utiliza para conectar la red de acceso por radio (RAN) y el núcleo de una red móvil. Este enlace vital entre la ubicación de la antena celular y el hub del proveedor es un componente central de la infraestructura de red inalámbrica. 

El desarrollo de la tecnología MIMO, la virtualización de las redes RAN y los modelos de arquitectura segmentada han generado el fronthaul y el midhaul, que amplían la definición tradicional de backhaul. Las arquitecturas combinadas de backhaul, fronthaul y midhaul también se las conoce como x-haul y, entre ellas, el componente de backhaul se destaca por su enlace de conexión al núcleo.

¿Por qué las redes backhaul son importantes?

A veces, se resta importancia a las redes backhaul, ya que se descubren innovaciones en las redes RAN 5G y ofertas de nuevos dispositivos portátiles para optimizar las oportunidades de la tecnología 5G. El rendimiento, la capacidad y la confiabilidad de backhaul son fundamentales para satisfacer las demandas de transporte que conlleva la conectividad 5G, la Internet de las cosas (IoT) y el aumento continuo de suscriptores. La pérdida de paquetes, una latencia elevada y las fluctuaciones de las portadoras son solo algunos de los síntomas problemáticos que pueden esperarse cuando la red backhaul no se ha preparado. 

Para evitar problemas en la experiencia del usuario relacionados con la red y el backhaul de WiFi, los operadores han buscado de manera continua soluciones innovadoras para aumentar el ancho de banda y garantizar la integridad del servicio. Las prácticas de pruebas y monitorización de backhaul móvil han adquirido mayor relevancia, ya que los niveles de servicio se verifican en la puesta en marcha y se evalúan y optimizan de manera constante. Por otro lado, las capacidades de solución de problemas minimizan la interrupción del servicio a través de una variedad de modos de transporte backhaul emergentes. 

El impacto de la tecnología 5G en las redes backhaul

Cada nueva generación de tecnología móvil ha puesto más presión sobre las redes backhaul, aunque el impacto actual de la tecnología 5G no se compara con ninguna versión anterior. La diversidad de casos de uso, la tecnología MIMO y la segmentación de redes han tenido una influencia concreta en el backhaul para la tecnología 5G. La densificación de la red y la menor capacidad de cobertura de la onda milimétrica agravan los desafíos de la red backhaul 5G. 

Con un rendimiento pico y velocidades de descarga de hasta 10 Gbps, deben "transportarse de vuelta" (o, en inglés, backhauled) cargas de datos exponencialmente superiores desde muchísimas más ubicaciones. Cada uno de los casos de uso principales de la tecnología 5G, entre ellos, la banda ancha móvil mejorada (eMBB), la comunicación masiva entre máquinas (mMTC) y las comunicaciones de latencia baja ultraconfiables (urLLC), se convierten en realidad por medio de la segmentación de redes y la virtualización de funciones de red (NFV) dentro de los segmentos fronthaul y midhaul. 

La configuración de fronthaul y midhaul 5G puede adaptarse según cuáles sean los requisitos de latencia, de ancho de banda y de sincronización del caso de uso. Gracias a esto, los enlaces de backhaul 5G ya no tienen tanta carga en cuanto a la latencia, y el foco ahora se ha puesto en la capacidad, la eficiencia del espectro y la organización de servicios para que los requisitos del caso de uso de la tecnología 5G se admitan de manera más dinámica.

Tecnologías backhaul

Desde que el cable coaxial conectó por primera vez las redes móviles al núcleo ya hace una generación, la tecnología backhaul ha imitado la evolución de los medios de transporte y el incremento persistente del tráfico que han definido la era de las telecomunicaciones. La adopción constante de nuevos protocolos de infraestructura y de transmisión ha hecho que las redes backhaul estén siempre por delante de la demanda. 

TDM/Punto a punto

La tecnología de multiplexación por división de tiempo (TDM) surgió en la década de 1980 y sentó el primer antecedente del modo de transferencia backhaul a través del cable coaxial. Los métodos de TDM, también conocidos como conmutación de circuitos o backhaul de punto a punto, dividen los servicios al cliente en intervalos de tiempo discontinuos. Estas distribuciones de tiempo se transmiten por conmutación a través de la red para gestionar de manera confiable el ancho de banda y las demandas de rendimiento de cada servicio. Es necesario que la temporización sea precisa para que el método de backhaul de TDM funcione correctamente.

Dado que los servicios básicos, como los mensajes de texto y de voz, se han visto eclipsados por el envío de datos inalámbricos mediante las tecnologías LTE y 5G, la capacidad de ampliación de las tecnologías de transporte de conmutación de circuitos orientadas a las conexiones ha disminuido. La implementación del backhaul ha mutado a un enfoque basado en paquetes que se alinea con la arquitectura de la red móvil general. Ahora bien, aún existen muchas regiones del mundo que todavía usan la TDM para backhaul.

Ethernet

La tecnología Ethernet basada en paquetes en efecto admite el backhaul para la tecnología 5G. Las tasas de bits y las distancias de enlace han aumentado con la llegada de la Ethernet basada en fibra óptica y se han reducido las limitaciones en el ancho de banda. Puesto que la Ethernet no cuenta con la sincronización precisa de la frecuencia que tiene el backhaul de TDM, el IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ha creado el protocolo de tiempo de precisión (PTP) para abordar la sincronización de la Ethernet, y se incluyen los enlaces backhaul de larga distancia. Esta exactitud es esencial para los casos de uso de la tecnología 5G como los automóviles sin conductor que dependen de una temporización precisa y un nivel de latencia ultrabajo.

A medida que el backhaul de fibra óptica transiciona a la Ethernet y las nuevas instalaciones se multiplican, las soluciones compactas de pruebas que admiten tanto las tecnologías backhaul heredadas como las emergentes ofrecen versatilidad y eficiencia en las pruebas. El Probador de redes portátil MTS 5800 incorpora la caracterización avanzada de la fibra óptica, la activación, la temporización y sincronización de la red y capacidades de solución de problemas para las conexiones Ethernet y de backhaul de TDM. Las características integradas de prueba de temporización/sincronización comprueban el cumplimiento de los estándares del protocolo PTP del IEEE.

Microondas

Entre las opciones de backhaul móvil inalámbrico, el backhaul de microondas ha surgido como una tecnología fundamental por sus costos de implementación inherentemente bajos y una inmunidad relativa a la interferencia o la interrupción física. El espectro de microondas alquilado puede usarse para transportar de vuelta múltiples servicios por radio con una inversión mínima. Se han empleado la modulación de amplitud en cuadratura​ (QAM), la unión de enlaces de radio y otras innovaciones para optimizar la capacidad del backhaul de microondas. Con una alta capacidad de ampliación y una eficiencia compatible con los requisitos de las redes 5G, el backhaul de microondas es un componente que hace posible el backhaul inalámbrico de 10 Gb. En las zonas donde la fibra óptica no está disponible, el backhaul de microondas aún se utiliza en gran medida.

PON

Una red óptica pasiva (PON) hace referencia a una configuración de red de fibra óptica de punto a multipunto que utiliza la fibra óptica, los splitters y los combinadores con ausencia de alimentación. Los beneficios de la tecnología PON, que generalmente se usa en aplicaciones como la fibra hasta el hogar (FTTH) y la fibra hasta la acometida del edificio (FTTB), ahora se concretan para las aplicaciones de redes fronthaul y backhaul.

Las redes PON que utilizan un modelo de fibra óptica compartida construido a partir de componentes pasivos pueden alcanzar la velocidad de 10 Gbps y la latencia baja requeridas para la tecnología 5G. La segmentación de redes PON se ha reconocido como una solución lógica para la distribución de la banda base de la tecnología 5G a los cabezales de radio remotos. Los elementos PON seguirán incorporándose a las redes de backhaul móvil a medida que la tecnología mejora.

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Backhaul de acceso integrado (IAB)

Las implementaciones de alta frecuencia asociadas con la tecnología 5G, lamentablemente, tienen una cobertura limitada y son costosas. La implementación de la fibra óptica es un factor de mucha importancia con respecto al costo y al tiempo. Una alternativa al alto costo y a la cantidad de tiempo que lleva instalar la fibra óptica es el backhaul de acceso integrado (IAB), donde parte del espectro inalámbrico se utiliza para la conexión backhaul de las estaciones base en lugar de la fibra óptica. Aunque el espectro de la tecnología 5G también sea un recurso valioso, las portadoras podrían estar dispuestas a usar una parte de este durante un breve período a cambio de cubrir un hueco en la cobertura, o ampliar la cobertura a lo largo de una carretera, o incluso para los eventos que, por naturaleza, son temporales, como un concierto, un evento deportivo, etc.

¿Cuáles son los problemas comunes de la red backhaul?

Las redes backhaul son vulnerables a los mismos factores de riesgo del rendimiento que cualquier otra red cableada e inalámbrica. Los enlaces de fibra óptica son pasibles de daños físicos no intencionados, eventos climáticos y fallos de seguridad (intrusiones). Si bien los segmentos de backhaul de Ethernet son superiores en cuanto a capacidad y costo, deben contener información de temporización y sincronización de la red. Cuando la sincronización de la red es deficiente, ocasiona la interferencia entre antenas adyacentes, llamadas cortadas y una menor capacidad de datos. Las redes inalámbricas son susceptibles a tener problemas de interferencia, de limitaciones de distancia de transmisión y de línea de visión (LoS). Un problema de backhaul no resuelto puede manifestarse como latencia, fluctuaciones o pérdida de paquetes que afecta la experiencia del usuario y los niveles de satisfacción.

Además de los problemas ya existentes del backhaul móvil, la multiplicación de small cells, las demandas de capacidad y los desafíos de un tráfico masivo que conlleva el surgimiento de la red 5G siguen aumentando las exigencias. Si bien estos inconvenientes están ampliamente reconocidos, las soluciones backhaul móvil de la tecnología 5G varían según el operador. Merecen ser tenidos en consideración el agregado de backhaul a las superestaciones o "super cells", el backhaul inalámbrico en la onda milimétrica y una cantidad ilimitada de soluciones integrales.

¿Por qué usted debería realizar pruebas de backhaul?

Las generaciones anteriores de la tecnología backhaul móvil se crearon para admitir la infraestructura de macroestaciones de manera predecible. Dado que la TDM ha mutado a la tecnología Ethernet/IP y las small cells reemplazan el modelo de macroestación tradicional, la arquitectura de las estaciones base y las estrategias de gestión de tráfico se han adaptado de manera acorde. Estos cambios graduales han modificado las estrategias de las pruebas de backhaul móvil de un enfoque de verificación por única vez a una filosofía basada en la monitorización continua del rendimiento. 

Los casos de uso de la tecnología 5G con estrictos requisitos de rendimiento y de latencia han eliminado cualquier margen de error que pudiera haber existido antes. La tecnología Ethernet basada en paquetes ha agilizado el flujo de los datos backhaul, aunque las tasas de error de bits (BER) y la pérdida de paquetes deben permanecer excepcionalmente bajas para admitir aplicaciones de uso intensivo de datos como la inteligencia artificial (IA) y la realidad aumentada (RA). Las pruebas de backhaul y la monitorización de las métricas de rendimiento con el tiempo pueden rápidamente mantener a raya posibles problemas y acelerar la solución de problemas.  

Temporización y sincronización de redes
Cuando las redes backhaul móvil pasaron a ser redes basadas en paquetes, brindar una sincronización cronometrada confiable a través de estas redes se convirtió en un requisito sumamente importante. Las técnicas de sincronización basada en paquetes como el PTP/IEEE 1588v2 son obligatorias para enviar señales de sincronización en las redes IP a distintos dispositivos en el perímetro de la red. La falta de sincronización en la estación base deriva en la interferencia de RF que, a su vez, ocasiona la degradación de la calidad de las llamadas, el aumento en el corte de las llamadas durante las transferencias, tiempos de configuración de llamadas excesivos, menor ancho de banda y un uso ineficiente del espectro. Ya que las portadoras inalámbricas compiten en todos estos problemas de calidad importantes para los clientes y pagan millones o miles de millones de dólares para adquirir licencias de espectro, es fácil ver cómo la sincronización rigurosa de la red es fundamental para ellas.

Por suerte, las nuevas metodologías ofrecen pruebas de sincronización simples en los mismos instrumentos de campo que se utilizan para realizar pruebas de backhaul y fronthaul. Las aplicaciones de prueba de GPS verifican la posición correcta de las antenas al comprobar la cantidad de satélites visibles y las intensidades de señal respectivas. La prueba PTP/IEEE 1588v2 asegura la conexión confiable de las estaciones base a los relojes maestros (grandmasters) y califica la red backhaul para un envío adecuado de la sincronización al comprobar el retardo, la variación del retardo, el error de tiempo, la oscilación y el desfase de la frecuencia de PTP, la Ethernet síncrona y las señales de reloj de 1 pps/10 MHz/entrada en BITS/SETS.

Pasos para realizar pruebas en una red backhaul

A medida que la tecnología backhaul se hace cada vez más compleja y la demanda se acelera, el enfoque del ciclo de vida completo para las pruebas de backhaul se ha hecho más lógico y accesible en cuanto a los costos. Los requisitos de rendimiento de backhaul pasan rápido de su concepción a las soluciones y diseños móviles que deben implementarse de manera rápida, segura y económica. 

Objetivos del servicio

Los objetivos del servicio definitivos son el primer paso para lograr la satisfacción del cliente. Cada nuevo sitio tiene una combinación única de acuerdo de nivel de servicio SLA, metas de cobertura y proyecciones de utilización de backhaul que, en definitiva, marcan el ritmo de los requisitos de backhaul en cuanto a arquitectura, capacidad y pruebas. 

Junto con estos objetivos bien definidos, la inspección de la fibra óptica y su calificación completadas antes de la puesta en marcha cumple con otro hito de la implementación. Las soluciones portátiles innovadoras como el FiberChek Sidewinder de VIAVI admiten las pruebas de backhaul móvil y la certificación de fibra óptica con una inspección multifibra completamente independiente y capacidades de certificación de terminaciones en un dispositivo portátil y fácil de usar. 

Activación del servicio

La activación del servicio es una fase importante de pruebas de backhaul cuando la estación base completada permite vislumbrar por primera vez los niveles de servicio y puntos de partida de rendimiento reales. Las herramientas de prueba automatizadas agilizan la caracterización del enlace de fibra óptica de backhaul y la puesta en marcha del servicio Ethernet basadas en las especificaciones RFC 2544 e Y.1564. Un diagnóstico rápido de la capacidad, de la pérdida de tramas y de los problemas de latencia puede acelerar la solución de problemas y evitar que un problema de backhaul retrase la certificación del sitio. La solución MTS 5800 de VIAVI es una herramienta ideal para probar segmentos de backhaul, ya que ofrece la capacidad de probar múltiples capas de la red y tipos de protocolos, así como también la temporización y la sincronización.

Garantización/Gestión del rendimiento de backhaul

El futuro del X-haul 5G

A medida que los operadores transforman de manera gradual sus implementaciones de la tecnología 5G del modo no independiente al independiente, se posibilitarán los casos de uso tan esperados además de la eMBB. La conexión de la tecnología 5G NR a las redes centrales 5G, la tecnología MIMO masiva, la segmentación de redes y una transmisión de onda milimétrica desbloquean todo el potencial de la tecnología 5G.

A medida que los servicios 5G impulsan la demanda de dicha tecnología, el impacto en las futuras redes x-haul será considerable. Un único usuario de tecnología 5G en modo independiente consume hasta 10 veces el ancho de banda de un típico usuario de LTE. Para abordar este desafío de manera proactiva, el pensamiento innovador deberá complementar la simple multiplicación de los enlaces de backhaul Ethernet e inalámbrico ya existentes. Los estándares de redes RAN abiertas son parte de la solución, impulsan la eficiencia por medio de la interoperabilidad, la convergencia y la competencia de mercado.

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Al dividir la tecnología backhaul tradicional en segmentos de fronthaul, midhaul y backhaul configurables, x-haul ha creado una solución igual a la tarea en cuestión. Las innovaciones recientes como las redes de Internet cuántico podrían hacer que la tecnología 5G x-haul se asemeje un poco a los camiones sobrecargados que llevaban de regreso grava a la cantera hace un siglo. Las pruebas y la monitorización eficaces para la gran variedad de redes backhaul móvil, su flexibilidad y su ciclo de vida continuarán garantizando niveles de servicio y satisfacción para las futuras generaciones.