バックホール
モバイルトラフィックの RAN からコアへの転送
バックホール
輸送用語では、バックホールとは、行先地で取得した新しい貨物を搭載して出発地に戻る車両を指します。この概念の有用性は、現代の電気通信の主力であるモバイルバックホールネットワークでも同様に明らかです。
5G ネットワーキングは、前例のない方法でバックホールの定義に挑戦しています。テクノロジーが新しいプロトコル、ラインレート、メディアの種類の出現により変化し続ける中、VIAVI は効率的なサービスアクティベーションとパフォーマンス管理のための包括的なバックホールテストソリューションを提供しています。テストプロセスの自動化、同期テストルーチン、オンボード端面検査機能により、サービスライフサイクル全体にわたってバックホールのパフォーマンスを保護します。
ワイヤレスバックホールとは
バックホールは、無線アクセスネットワーク（RAN）とモバイルネットワークのコアネットワークを接続するために使用されるネるトランスポートインフラを言い表す一般用語です。セルタワーの位置とプロバイダーハブの間のこの重要なリンクは、ワイヤレスネットワークインフラの中心となる構成要素です。
MIMOテクノロジー、RAN 仮想化、およびスプリットアーキテクチャモデルの開発により、従来のバックホールの定義を拡張するフロントホールとミッドホールが生まれました。バックホール、フロントホール、ミッドホールを組み合わせたアーキテクチャは、x-haul としても知られ、バックホール要素は、コアネットワークへの接続リンクによって区別されます。
バックホールネットワークが重要な理由
バックホールネットワークの重要性は、5G RANの革新と新しいポータブル型デバイス製品が、5G の機会を最適化するために発表されるにつれ、時には低く評価されることもあります。バックホールのパフォーマンス、容量、信頼性は、5G 接続、モノのインターネット（IoT）や加入者数の継続的な増加によってもたらされるトランスポート需要を満たすために不可欠です。パケット損失、大きいレイテンシ、キャリアジッターは、バックホールの準備が整っていない場合に予想される厄介な兆候のほんの一部です。
ネットワークと WiFi バックホールに関連するユーザーエクスペリエンスの問題を回避するために、通信事業者は帯域幅を増やし、サービスの完全性を保証するための革新的なソリューションを探し続けてきました。モバイルバックホールのテストと監視の実践は、サービスレベルが起動時に検証され、継続的に評価および最適化されるに伴いさらに重要性を増しています。一方、トラブルシューティング機能により、さまざまな新しいバックホールトランスポートモードでのサービスの中断は最小限に抑えらています。
バックホールネットワークに対する 5G の影響
5G の現在の影響はこれまでの影響とは異なりますが、モバイルテクノロジーが新世代になるたびに、バックホールネットワークへの圧力は高まっています。ユースケースの多様性、MIMO、ネットワークスライシングは、5G のバックホールに目に見える形で影響を与えています。ネットワークの高密度化とミリ波のカバレッジ容量の減少により、5Gバックホールの課題はさらに深刻化しています。
ピークスループットと最大 10Gbps のダウンロード速度では、「バックホール」する必要があるデータ負荷と場所数は飛躍的に増加します。拡張モバイルブロードバンド（eMBB）、大規模マシンタイプ通信（mMTC）、超高信頼性低レイテンシ通信（urLLC）などの主要な 5G ユースケースは、フロントホールセグメントとミッドホールセグメント内のネットワークスライシングとネットワーク機能の仮想化（NFV）により可能となります。
5G のフロントホールおよびミッドホールの構成は、ユースケースのレイテンシ、帯域幅、同期要件に合わせて調整できます。これにより、5Gバックホールリンクのレイテンシ負担が軽減され、5G ユースケースの要件を動的にサポートするために容量、スペクトラム効率、サービスオーケストレーションに重点が移されました。
バックホールテクノロジー
一世代前に同軸ケーブルが最初にモバイルネットワークをコアに接続して以来、バックホールテクノロジーは、通信時代を定義したトランスポートメディアの進化と持続的なトラフィックの増加を反映してきました。新しいインフラと伝送プロトコルの継続的な採用により、バックホールネットワークは需要の一歩先を進んできました。
時分割多重（TDM）テクノロジーは 1980 年代に生まれ、同軸ケーブルでの初期のバックホール転送モードを確立しました。回線交換またはポイントツーポイントバックホールとも呼ばれる TDM 方式は、カスタマーサービスを個別のタイムスロットに分割します。これらの時間割り当てはネットワークを通じて切り替えられ、各サービスの帯域幅とパフォーマンスの要求を確実に管理します。TDM バックホール方式が正しく機能するには、正確なタイミングが必要です。
テキストや音声などの基本的なサービスが LTE や 5G を介したワイヤレスデータ配信によって目立たなくなるにつれ、接続指向の回線交換トランスポートテクノロジーの拡張性は低下しています。バックホールの展開は、包括的なモバイルネットワークアーキテクチャに合致するパケットベースのアプローチに移行しました。とはいえ、世界中には依然としてバックホールに TDM を使用している地域が数多くあります。
パケットベースのイーサネットは、5G のバックホールを効果的にサポートします。ファイバーベースのイーサネットの導入によりビットレートとリンク距離が増加し、帯域幅の制限が緩和されました。イーサネットには TDMバックホールの正確な周波数同期がないため、長距離バックホールリンクを含むイーサネット同期に対処するために、高精度時間プロトコル（PTP）が IEEE によって開発されました。この忠実度は、超低レイテンシレベルの正確なタイミングに依存する無人自動車のような 5G ユースケースには不可欠です。
無線モバイルバックホールのオプションの中で、マイクロ波バックホールは、本質的に展開コストが少なく、干渉や物理的中断に対して比較的耐性があるため、主力のテクノロジーとして浮上しています。リースされたマイクロ波スペクトラムを使用すると、最小限の投資で複数のサービスを無線でバックホールできます。直交振幅変調（QAM）、無線リンク結合、およびその他の革新的技術が、マイクロ波バックホール容量を最適化するために採用されています。5G ネットワークの要件に適合した高い拡張性と効率性を備えたマイクロ波バックホールは、10Gb ワイヤレスバックホールを実現する構成要素です。ファイバーが利用できない地域では、マイクロ波バックホールは依然として広く使用されています。
パッシブ光ネットワーク（PON）は、電力供給のないファイバー、スプリッター、コンバイナーを利用したポイントツーマルチポイントのファイバーネットワーク構成を指します。ファイバー・トゥ・ザ・ホーム（FTTH）およびファイバー・トゥ・ザ・ビルディング（FTTB）アプリケーションに一般に導入されている、PON テクノロジーの利点は、フロントホールおよびバックホールネットワークアプリケーションでも認識されつつあります。
受動構成要素で構成される共有ファイバーモデルを利用する PON ネットワークは、5G に必要な 10 Gbps の速度と低レイテンシを実現できます。PON スプリットは、リモートラジオヘッドへの 5Gベースバンド配信の論理的なソリューションとして認識されています。PON 要素は、テクノロジーの進歩に伴い、モバイルバックホールネットワークに組み込まれ続けるでしょう。
残念ながら、5G に関連した高周波数の導入は、カバレッジが限られており費用がかかります。ファイバー展開は、コストと時間に関して重要な要素となっています。ファイバーの敷設に要する高いコストと長い時間に対する 1 つの代替手段は、無線スペクトラムの一部をファイバーの代わりに基地局のバックホール接続に使用する統合アクセスバックホール（IAB）です。5G スペクトラムも貴重なリソースですが、通信事業者は、カバレッジの穴を塞いだり、高速道路に沿ってカバレッジを拡大したり、あるいはコンサートやスポーツイベントなどの意図的に一時的なイベントにさえ使用する代わりに、その一部を進んで短期間使用する可能性があります。
共通バックホールネットワークの問題とは
バックホールネットワークは、他の有線および無線ネットワークと同じパフォーマンスのリスク要因に対して脆弱です。ファイバーのリンクは、予期せぬ物理的損傷、気象現象、セキュリティ侵害（盗聴）の影響を受けます。イーサネットのバックホールセグメントは、容量とコストの点で優れていますが、ネットワークのタイミングと同期情報を含める必要があります。ネットワークの同期が不十分だと、隣接するタワーが相互に干渉し、通話が切断され、データスループットが低下します。ワイヤレスネットワークは、干渉、伝送距離の制限、見通し線（LoS）の問題の影響を受けやすいです。バックホールの問題が軽減されない場合、レイテンシ、ジッター、パケット損失として現れ、ユーザーエクスペリエンスや満足度に影響を与える可能性があります。
既存のモバイルバックホールの問題に加えて、スモールセルの増加、スループットの要求、5G の出現によってもたらされる大規模なトラフィックの課題がハードルを引き上げ続けています。これらの問題は広く認識されていますが、5G モバイルのバックホールソリューションは通信事業者によって異なります。「スーパーセル」でのバックホールアグリゲーション、ミリ波の無線バックホールや無数の総合的なソリューションは検討に値します。
バックホールをテストする必要がある理由
初期世代のモバイルバックホールテクノロジーは、予測可能な方法でマクロセルインフラをサポートするように設計されていました。TDM がイーサネット/IP に移行し、スモールセルが従来のマクロセルモデルに取って代わるにつれ、基地局のアーキテクチャとトラフィック管理戦略もそれに合わせて順応してきました。これらの漸進的な変更により、モバイルバックホールのテスト戦略は、「1 回で完了」の検証アプローチから、継続的なパフォーマンス監視に基づく哲学に変わりました。
厳しいスループットとレイテンシ要件を伴う 5G のユースケースでは、過去には存在が許されたエラーの余地がなくなりました。人工知能（AI）や拡張現実（AR）などのデータ集約型アプリケーションをサポートするにはビットエラー率（BER）とパケット損失を極めて低く保つ必要がありますが、パケットベースのイーサネットはバックホールのデータフローを簡素化しました。バックホールテストとパフォーマンスメトリックスの経時的な監視により、潜在的な問題を迅速に回避し、トラブルシューティングを早めることができます。
ネットワークのタイミングと同期
モバイルバックホールネットワークがパケットベースのネットワークに移行すると、これらのネットワーク上で信頼性の高いクロック同期を提供することが非常に重要な要件になりました。IP ネットワーク全体にわたり同期信号をネットワークエッジの多様なデバイスに配信するには、PTP/IEEE 1588v2 などのパケットベースの同期技術が必要です。基地局で同期が欠如すると、RF干渉を引き起こし、その結果、通話品質の低下、ハンドオフ中の通話の中断の増加、過剰な通話セットアップ時間、帯域幅の低下、およびスペクトラムの非効率的な使用が生じます。無線通信事業者はこれらすべての重要な顧客品質問題で競争し、スペクトラムライセンスの取得に数百万ドルから数十億ドルも支払っているため、ネットワークの厳密な同期が彼らにとっていかに重要であるかは容易にわかります。
幸いなことに、新しい方法では、バックホールおよびフロントホールのテストに使用されるのと同じフィールド測定器で簡単に同期テストを行えます。GPS テストアプリケーションは、可視衛星の数とそれぞれの信号強度をチェックすることで、アンテナの正しい位置を検証します。PTP/IEEE 1588v2 テストは、基地局からグランドマスターへの信頼性の高い接続を保証し、PTP、同期イーサネット、および 1pps/10MHz/BITS/SETS クロック信号の遅延、遅延変動、時刻エラー、ワンダー、および周波数オフセットをチェックすることにより、バックホールネットワークが同期を適切に配信できるかどうかを確認します。
バックホールネットワークをテストする手順
バックホールテクノロジーがますます複雑になり、需要が加速するにつれて、バックホールテストに対する包括的なライフサイクルアプローチがより論理的でコスト効率が高いものとなりました。バックホールのパフォーマンス要件は、構想段階から迅速、安全、経済的に展開する必要があるモバイルソリューションや設計へと急速に移行しています。
サービス対象者
明確にサービス対象者を設定することは、顧客満足への道の第一歩です。新しいサイトにはそれぞれ、サービス内容合意書（SLA）、カバレッジ目標、バックホール利用予測が独自に組み合わされており、最終的にバックホールアーキテクチャ、容量、およびテスト要件を決定する要素となります。
これらの明確に定義された目的に加えて、ターンアップ前に端面検査と適合性認定を完了することは、導入のもう 1 つのマイルストーンを満たします。VIAVI の FiberCheck サイドワインダーのような革新的なハンドヘルド型ソリューションは、ユーザーフレンドリーなハンドヘルドデバイスの完全自律型マルチファイバー検査および端面認証試験機能により、モバイルバックホールテストとファイバー認証試験をサポートします。
サービスアクティベーション
サービスアクティベーションは、完成した基地局で実際のサービスレベルとパフォーマンスのベースラインを初めて確認する際のバックホールテストの重要な段階です。自動テストツールは、RFC 2544 および Y.1564 仕様に基づいて、バックホールファイバー リンクの特性評価とイーサネットサービスのターンアップを効率化します。スループット、フレーム損失、レイテンシの問題を迅速に診断することで、トラブルシューティングを速め、バックホールの問題によりサイト認証が遅延するのを防ぐことができます。VIAVI MTS 5800は、タイミングと同期だけでなく、複数のネットワークレイヤーやプロトコルの種類をテストすることができるため、バックホールセグメントをテストするのに最適なツールです。
バックホール保証/パフォーマンス管理
バックホールの劣化による経済的影響は壊滅的なものになる可能性があるため、すべてのバックホールリンクの継続的なパフォーマンス管理と重要評価指標 (KPI) のトレンドを把握することが必須となってきています。自動ファイバー監視ソリューション、トランスポート保証オプション、および新世代のマイクロプローブが連携して動作し、障害、劣化、セキュリティ侵入を即座に検知し、アラームを生成します。5G の規格を満たすために最適な伝送テクノロジーを組み合わせたハイブリッドバックホールの展開では、10GB ワイヤレスバックホールの高度なテストおよび監視ソリューションはもう一つの重要なテスト要素です。
5G X-Haul の将来
通信事業者が 5G 展開を非スタンドアロンモードからスタンドアロンモードに徐々に変革するにつれて、eMBB を超える大いに期待されているユースケースが可能になります。5G NRと 5G コアネットワークの接続、Massive MIMO、ネットワークスライシング、およびミリ波伝送は、5G テクノロジーの可能性を最大限に引き出します。
5G サービスが 5G 需要を促進するにつれて、将来の x-haul ネットワークへの影響は大きくなります。スタンドアロンモードの単一の 5G ユーザーは、一般的な LTE ユーザーの最大 10 倍の帯域幅を消費します。この課題にプロアクティブに対処するには、既存のイーサネットおよびワイヤレスバックホールリンクを単純に増やすことを補完する、既存の枠にとらわれない考え方が必要となります。オープン RAN 規格はソリューションの一部で、相互運用性、コンバージェンス、市場競争を通じて効率を推進します。
従来のバックホールテクノロジーを設定変更が可能なフロントホール、ミッドホール、およびバックホールセグメントに分割することにより、x-haul は目の前の作業と同等のソリューションを生み出しました。量子ネットワークなどの新しいイノベーションは、5G x-haul 技術を、1世紀前に採石場に砂利を積戻し（バックホール）していた過積載のトラックに少し似たものにする可能性があります。モバイルバックホールネットワークの広さ、柔軟性、ライフサイクルを効果的にテストおよび監視することで、将来の世代でもサービスレベルと満足度を保証し続けることができます。
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