Przewodnik Vertiv po technologii 5G

Sieci 5G, których zaletą będzie zwiększenie przepustowości i obniżenie latencji, będą o wiele gęstsze niż obecne architektury 3G i 4G. To oznacza, że w sieci będzie działać więcej stacji bazowych, a każda z nich będzie wyposażona w większą niż obecnie ilość sprzętu. Są to znaczące różnice. Operatorzy nie tylko rozbudowują istniejące sieci, ale również tworzą nowe oparte na architekturach 3G i 4G.

Różnice te manifestują się na różne sposoby. Zwiększenie ilości sprzętu IT w całej sieci wymaga zapewnienia wyższej poziomu ochrony środowiska pracy takich wrażliwych urządzeń elektronicznych. Wiąże się to ze stosowaniem wzmocnionych szaf i obudów oraz dedykowanego zarządzania temperaturą i wilgotnością. W tradycyjnych sieciach telekomunikacyjnych, takich jak 3G i 4G, stosowanie klimatyzacji precyzyjnej nie było konieczne, poza lokalizacjami w ekstremalnych strefach klimatycznych, ponieważ wymagały one minimalnego sprzętu IT w przestrzeni dostępowej. W przypadku sieci 5G sytuacja jest inna.

Powszechne wdrażanie systemów IT w całej sieci stanowi kolejne utrudnienie. Sprzęt teleinformatyczny wymaga znacznie więcej energii i dlatego zazwyczaj jest zasilany prądem przemiennym, natomiast funkcjonujące sieci i urządzenia telekomunikacyjne polegają na zasilaniu prądem stałym. Dodatkowo w wielu częściach świata wykorzystywane są alternatywne źródła energii, które również wytwarzają prąd stały. Rozwiązanie tych kwestii jest możliwe z odpowiednim partnerem. Vertiv posiada bogatą, unikalną wiedzę specjalistyczną zarówno w dziedzinie IT, jak i telekomunikacji, i pomaga operatorom poruszać się po nieznanych architekturach zasilania.

Proces wdrażania IT i zasilania prądem przemiennym w centralach telekomunikacyjnych trwa od kilku lat. Przestrzeń dostępowa to kolejny obszar wymagający zmian pod kątem 5G. Stacje bazowe przechodzą znaczne zmiany i są modernizowane w celu obsługi 5G i nowych zasobów IT. Obiekty te przeszły wiele zmian od architektury RAN, przez D-RAN, C-RAN, aż po architekturę Cloud-RAN, czyli zwirtualizowaną siecią komórkową, która płynnie przenosi obciążenia pomiędzy obiektami i obszarami geograficznymi.

Architektury te ewoluowały, aby sprostać wymaganiom sieci. Przeniesiono sprzęt z podstawy stacji na maszt i do scentralizowanych węzłów, by obsługiwać zapotrzebowanie na wyższa przepustowość i niższą latencję.

Pierwsze makrostacje bazowe z architekturą radiowej sieci dostępowej (RAN) składały się z masztu komórkowego i anteny wraz ze wszystkimi powiązanymi urządzeniami, które instalowano u podstawy masztu i łączono z anteną kablem koncentrycznym. Tego rodzaju obiekty wymagały stosowania wielu obudów lub większych osłon chroniących potrzebny sprzęt.

Rozproszona sieć dostępu radiowego (D-RAN) spowodowała przeniesienie transceiverów (RRH) z podstawy do górnej części masztu obok anteny i zastąpienie kabla koncentrycznego światłowodem. Pozostała część sprzętu pozostała u podstawy. Architektura D-RAN zmniejszyła wymagania co do zasilania i zwiększyła przepustowość sieci poprzez zmniejszenie odległości między anteną a radiem (zmniejszając straty sygnału). Umieszczenie transceiverów RRH na maszcie przełożyło się również na mniejszą powierzchnię zajmowaną przez sprzęt u podstawy masztu.

W ostatnich latach najbardziej przełomową zmianą było wdrożenie scentralizowanej sieci dostępu radiowego (C-RAN). Pojawiły się architektury C-RAN obsługujące 4G. Spowodowały one przeniesienie sprzętu z masztów komórkowych do scentralizowanych obiektów obsługujących wiele lokalizacji. Pozwoliły na zmniejszenie fizycznych rozmiarów masztów i przyniosły inne korzyści związane z monitorowaniem i serwisowaniem sprzętu. Obecnie wiele obiektów 4G wykorzystuje architektury C-RAN, ale migracja do 5G wymaga ponownej oceny projektu stacji bazowej telefonii komórkowej.

U podstaw korzyści płynących z 5G leży możliwość przetwarzania danych jak najbliżej użytkownika, a pierwszym takim miejscem, do którego mają dostęp operatorzy, są stacje bazowe w masztach telefonii komórkowej. Architektura C-RAN spowodowała usunięcie sprzętu obliczeniowego z tych obiektów. Sytuacja nie odwróci się natychmiast — scentralizowane obiekty C-RAN nadal będą odgrywać swoją rolę w 5G — ale zauważymy, że do masztów komórkowych zacznie powracać coraz więcej sprzętu IT i powstanie otwarta sieć dostępu radiowego (O-RAN), a także pojawią się nowe wyzwania związane z jej wdrażaniem.

Panuje przekonanie, że globalna kampania wdrożeniowa 5G jest związana z istniejącymi stacjami bazowymi. Jednak w rzeczywistości wdrażanie technologii 5G odbywa się w centralach, w lokalizacjach naziemnych oraz w środowiskach IT na obrzeżach sieci. Sieci 5G są znacznie gęstsze i bardziej złożone niż poprzednie generacje, a ich wdrożenie jest pod każdym względem wyzwaniem.

Ich wdrażanie zakłada modernizację istniejących instalacji w centralach w celu obsługi serwerów IT wymaganych do obsługi ruchu 5G. Tradycyjne centrale to obiekty zasilane wyłącznie prądem stałym, charakteryzujące się obciążeniem cieplnym rzędu 2–3 kW i nie wymagające specjalistycznego chłodzenia. 5G zmienia wszystko. Usunięto miedziane kable oraz przełączniki sieciowe i zastąpiono je szafami serwerowymi, dodatkowymi systemami zasilania prądem stałym i/lub systemami zmiennoprądowych zasilaczy UPS oraz jednostkami chłodzenia precyzyjnego do zarządzania obciążeniem cieplnym.

Od dziesięcioleci są to fundamentalne różnice między architekturami telekomunikacyjnymi i IT. Telekomunikacja wykorzystuje do obsługi sieci zasilanie prądem stałym i nie wymaga specjalnego chłodzenia. Centra przetwarzania danych i obiekty IT wykorzystują zasilanie prądem przemiennym do obsługi serwerów, których elektronika jest bardziej wrażliwa na ciepło i do prawidłowej pracy wymaga bardziej zaawansowanego chłodzenia.

W przypadku 5G podział ten zaciera się. W tradycyjnych środowiskach telekomunikacyjnych instaluje się coraz więcej sprzętu IT, co powoduje całkowitą zmianę profilu zasilania i chłodzenia tych obiektów. W większości przypadków problem nie sprowadza się wyłącznie do wyboru zasilania prądem przemiennym albo stałym. Obiekty te ewoluują a bezpieczna instalacja i efektywne zarządzanie hybrydowymi instalacjami zasilania wymaga specjalistycznej wiedzy. Firma Vertiv, posiadająca kilkudziesięcioletnie doświadczenie zarówno w obsłudze infrastruktury telekomunikacyjnej i centrów danych, oferuje rozwiązania dla obu środowisk: AC i DC.

Najpowszechniejszym podejściem jest łączenie różnych systemów zasilania: prądem stałym dla niektórych elementów obiektu i systemów zasilania awaryjnego UPS dla serwerów. Konfiguracje te zawsze wymagają precyzyjnego chłodzenia. Sprzęt IT wymaga chłodzenia, a to skutkuje zwiększeniem zapotrzebowania na zasilanie. To jeden z powodów, dla którego całkowite zużycie energii przez 5G jest wyższe niż 4G, mimo że jest ona bardziej wydajna w przeliczeniu na gigabajt.

SmartRow i SmartAisle, zaprojektowane dla środowisk centrów danych, można skonfigurować do obsługi mieszanych środowisk AC/DC, chociaż obie te strefy są zazwyczaj odseparowane ze względów bezpieczeństwa. W centralach telefonicznych najczęściej stosuje się rozwiązania SmartRow i SmartAisle składające się z 10–20 szaf rack oraz obejmujące system separacji strefy gorącej i zimnej w celu zapewnienia efektywności energetycznej.

Uzupełnieniem tego tradycyjnego modelu podstawowego/dostępowego jest rozwijający się brzeg sieci, niezbędny do obsługi sieci 5G. Zasoby brzegowe zapewniają dodatkową moc obliczeniową bliżej użytkownika końcowego — warunek niezbędny dla korzystania z aplikacji wymagających niskich opóźnień i dużej przepustowości, zapewnianych przez 5G. Mogą być one stosowane w masztach nadawczych lub w innych obiektach dostępowych.

Rozwiązania brzegowe są wdrażane w centrach danych od kilku lat. Obecnie obecnie operatorzy telekomunikacyjni implementują własne zasoby przetwarzania brzegowego, a czasami wykorzystują istniejące systemy przetwarzania na krawędzi sieci lub usługi chmurowe, aby zaspokoić potrzeby związane z technologią 5G.

Takie Brzegowe centra danych są zaawansowanymi technologicznie obiektami, mającymi mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia pełnej funkcjonalności 5G. Vertiv™ SmartMod™ to modułowe rozwiązanie, które spełnia tę potrzebę i jest najczęściej wdrażane jako centrum danych o mocy 100 kW, z maksymalnie 10 szafami o mocy 10 kW każda. SmartMod posiada oddzielne pomieszczenia dla sprzętu IT, systemów zasilania i akumulatorów oraz obejmuje klimatyzację precyzyjną dla wszystkich systemów.

5G powoduje, że operatorzy telekomunikacyjni potrzebują wiedzy specjalistycznej wykraczającej poza dotychczasowe wymagania. Sieci 5G są hybrydą zasobów telekomunikacyjnych i centrów danych, łączą sprzęt i architektury AC i DC w sposób nieznany większości operatorów. Doświadczenie w obu obszarach ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji wdrożenia technologii 5G.

Vertiv posiada szeroką wiedzę i doświadczenie w zakresie sprzętu i architektury zarówno dla centrów danych, jak i telekomunikacji. Wspieramy te konwergentne branże niezrównaną wiedzą fachową i zintegrowanymi rozwiązaniami oraz likwidujemy przeszkody jakie napotykają operatorzy.

5G wymusza zmiany w sieci dostępowej i są one niemal tak samo głębokie, co zmiany obserwowane w centralach. Standardowe stacje bazowe 3G lub 4G w masztach komórkowych obsługują obciążenia rzędu 5 kW. W obiektach 5G obciążenia te wynoszą 20–40 kW. Tak duży wzrost mocy i wydajności obliczeniowej wymaga znacznej modernizacji istniejących obiektów.

Ograniczona przestrzeń w takich obiektach była czynnikiem, który spowodował przenoszenie nadajników w górne części masztów komórkowych, a obecnie maszty te mieszczą dziesiątki nadajników. Często na masztach umieszczane są również prostowniki, takie jak NetSure™ serii IPE, które pozwalają operatorowi zasilać wieżę prądem przemiennym i zapewniają oszczędności okablowania, ponieważ przewody prądu przemiennego są tańsze niż kable do prądu stałego.

5G może stać się globalną technologią, ale jej wdrażanie nie odbywa się w tym samym tempie i w ten sam sposób na całym świecie. Chiny i Korea Południowa znalazły się w czołówce wyścigu do 5G i pociągnęły za sobą resztę regionu Azji i Pacyfiku.

Operatorzy w tej części świata szybciej wdrażali nowe sieci i sprzęt sieciowy, przeprowadzając w razie potrzeby modernizacje obiektów. Byli również bardziej otwarci na architekturę wysokonapięciowych systemów DC, co nie jest zaskakujące, biorąc pod uwagę, że wielu z nich w tym regionie korzystało już z tej technologii w centrach danych.

W Stanach Zjednoczonych przyjęto strategię nieco bardziej konserwatywną niż w Azji i ważną rolę odegrała modernizacja obiektów 4G do 5G. Nie ma zgody wśród dostawców. Najwięksi operatorzy decydują się na pełne wdrożenie i zaspokajanie obecnych i przyszłych potrzeb, a mniejsi operatorzy wybierają mniejsze wdrożenia w celu zminimalizowania inwestycji kapitałowych.

Zaskakuje sytuacja w Europie, gdzie wdrożenie 5G odbywa się z rocznym opóźnieniem w porównaniu do Azji i USA. Nieustannie pojawiają się nowe problemy, w tym ciągłe opóźnienia w przydziale częstotliwości.

Od tej reguły odstaje Francja i Finlandia, gdzie wdrażanie rozpoczęto wcześnie i przydzielono częstotliwości, ale w większości krajów przetargi na pasma jeszcze się nie odbyły. Prognozuje się, że około 70–80% przydziałów nastąpi do końca 2021 roku.

W Europie sieć 5G rozwija się powoli, ale tego powolnego startu nie należy mylić z brakiem działań. Prekursorzy rozwijają się w szybkim tempie i nawet operatorzy, którzy nadal czekają na przydział częstotliwości, intensywnie przygotowują obiekty, by móc działać błyskawicznie, gdy nadejdzie ich czas.

Wielu europejskich operatorów odsprzedaje swoje maszty komórkowe firmom zarządzającym masztami, by zdobyć kapitał potrzebny na inwestycje 5G. A następnie dzierżawią je od takich firm.

Zmiany te rodzą potrzebę inteligentnego zarządzania energią w obiektach — operatorzy telekomunikacyjni płacą wyłącznie za czas korzystania z danego masztu. Vertiv oferuje rozwiązania do pomiaru i zarządzania energią w obiektach, z których korzysta wielu dzierżawców.

W Europie obowiązują przepisy dotyczące dopuszczalnej liczby instalowanych masztów komórkowych, więc operatorzy znajdują inne sposoby na uzyskanie odpowiedniej gęstości sieci 5G. Operatorzy wdrażają wiele nakładających się na siebie małych komórek. Umożliwiają one operatorom wdrożenie niektórych instalacji bez zasilania rezerwowego i przenoszenie obciążeń na sąsiadujące komórki.

Wyzwanie dla Europy: obsługa komunikacji głosowej przez sieci 5G Niektóre sieci 4G w regionie nie są przystosowane do obsługi połączeń głosowych i w tym celu wykorzystuje się starsze sieci 2G i 3G. Wielu operatorów planuje wyłączyć obiekty 3G i do transmisji głosowych wykorzystywać starszą technologię 2G.

Wolniejszy rozwój sieci w Europie pozwolił operatorom skupić się w większym stopniu na zużyciu energii, emisjach i ogólnym wpływie ich sieci na środowisko. Kwestie te są traktowane priorytetowo na całym kontynencie, a firmy telekomunikacyjne są świadome problemów związanych z 5G.

Europejscy operatorzy telekomunikacyjni od dawna stosują hybrydowe systemy zasilania i prognozuje się, że takie rozwiązania będą nadal stosowane dla obsługi 5G i minimalizowania śladu węglowego tych sieci.

Tak jak prognozowano, inwestycje i rozwój na Bliskim Wschodzie oraz w Afryce skoncentrowały się na bogatszych krajach i ośrodkach miejskich.

Sieci 5G, zapewniające wykładniczy wzrost prędkości i ilości transmitowanych danych, zapoczątkują rozwój licznych nowych, zaawansowanych i coraz bardziej wartościowych aplikacji we wszystkich dziedzinach życia. Kiedy zaczynamy polegać na tych rozwiązaniach, coraz większego znaczenia nabiera niezawodność i bezpieczeństwo sieci.

Sieć 5G stanowi bezprecedensowe wyzwanie dla współczesnych operatorów telekomunikacyjnych, którzy muszą zmodernizować setki tysięcy istniejących obiektów, zbudować tyle samo nowych lokalizacji i zarządzać ogromnym wzrostem zużycia energii, związanym z rosnącą liczbą systemów IT działających w sieci.

Powszechne wdrażanie IT w przestrzeni telekomunikacyjnej staje się głównym problemem w kategoriach zasilania i ochrony sieci 5G. Więcej sprzętu IT w obiektach podstawowych, dostępowych i na obrzeżach sieci oznacza więcej zasilania prądem przemiennym w środowiskach zasilanych tradycyjnie prądem stałym, a ta koncepcja jest obca dla większości operatorów telekomunikacyjnych. Posiadają oni ponad stuletnie doświadczenie w dziedzinie zasilania prądem stałym i prąd przemienny jest dla nich nowym zagadnieniem. Stanowi dodatkową komplikację, której nie można ignorować.

Powstający model jest hybrydą tradycyjnych architektur telekomunikacyjnych i centrów danych. Vertiv, dysponujący unikalną wiedzą specjalistyczną w obu branżach, współpracuje z operatorami na całym świecie i wdraża rozwiązania infrastrukturalne, które wychodzą na przeciw tym często sprzecznym interesom i gwarantują niezawodne oraz wydajne działanie sieci 5G.