IAB 5G spiegato: accesso e backhaul in un unico collegamento

Ogni rete 5G è fatta di celle, e ogni cella deve in qualche modo essere collegata alla rete core. Per decenni, quel collegamento ha quasi sempre significato cavo in fibra ottica. L'IAB, acronimo di Integrated Access and Backhaul, cambia questa assunzione, e sta diventando uno degli elementi costitutivi chiave delle reti 5G flessibili, private e capaci di operare in mesh.

Questo articolo spiega cos'è davvero l'IAB, come è costruito e qual è il suo rapporto con le reti mesh, un tema che approfondiamo nel nostro articolo gemello, Guida alle reti mesh: come i nodi auto-organizzanti eliminano i single point of failure.

In parole semplici, l'Integrated Access and Backhaul (IAB) è una funzionalità del 5G che consente a una cella di collegarsi alla rete core in modalità wireless invece che tramite un cavo fisico in fibra ottica. Gestisce sia le connessioni degli utenti (il collegamento di accesso) sia l'instradamento dei dati verso la rete core (il collegamento di backhaul) sulla stessa identica frequenza radio.

Per capire perché questo è importante, conviene partire dal problema che risolve.

Il 5G ha bisogno di più celle, e la fibra non può sempre seguirle

Le frequenze 5G più alte, in particolare le bande a onde millimetriche, percorrono distanze più brevi rispetto alle frequenze usate dalle generazioni precedenti di reti mobili. Per ottenere la stessa copertura, una rete 5G ha bisogno di una densità di celle molto più alta, disposte più vicine tra loro.

Questo crea un problema molto pratico. Ognuna di quelle celle ha tradizionalmente bisogno di un collegamento in fibra verso la rete core, e posare nuova fibra è un po' come ristrutturare una cucina: raramente è rapido, economico o semplice come si sperava. In molte situazioni reali, è semplicemente impossibile: un sito temporaneo, una nave, un'area disastrata o un perimetro operativo mobile non vedranno mai uno scavo per la fibra.

Accesso e backhaul, sulla stessa radio

Ogni cella 5G ha due compiti: un modo per parlare con i dispositivi degli utenti finali, chiamato collegamento di accesso, e un modo per inoltrare quel traffico verso la rete core, chiamato collegamento di backhaul. Tradizionalmente questi sono stati trattati come due compiti separati, che richiedono due tipi di connessione distinti.

L'idea centrale dell'IAB è smettere di trattarli come separati. Invece di richiedere una connessione dedicata in fibra o a microonde solo per il backhaul, un nodo IAB usa la stessa radio 5G per gestire entrambi i compiti, servendo gli utenti e ritrasmettendo via etere il proprio traffico di backhaul.

Pensate a un corridoio in un ufficio. I dipendenti lo usano per spostarsi tra le stanze, e gli addetti alle consegne usano esattamente lo stesso corridoio per portare le forniture. Un corridoio, due scopi diversi, nessun bisogno di costruirne un secondo solo per tenerli separati. L'IAB fa la stessa cosa con lo spettro radio.

Una rete IAB è generalmente costruita attorno a due tipi di celle.

Pensate al Donor come all'unica cella della rete che ha ancora un cavo fisico che la raggiunge. Formalmente chiamato gNB Donor, è il punto fisso con una linea stabile e diretta verso la rete core.

Tutte le altre celle non hanno alcuna fibra. Sono i nodi IAB, e ciascuno si collega in modalità wireless, direttamente al Donor o a un altro nodo IAB un passo più vicino ad esso, estendendo la catena verso l'esterno.

Ciò che fa funzionare ogni nodo IAB è il fatto che svolge due ruoli contemporaneamente. Verso il nodo che lo precede nella catena si comporta come un normale dispositivo utente che chiede una connessione: questo ruolo logico è chiamato MT, o Mobile Termination.

Verso gli utenti e i nodi a valle, lo stesso nodo IAB si comporta come una stazione base, servendoli direttamente: questo ruolo è chiamato DU, o Distributed Unit. In pratica, ogni nodo "chiede" connettività da un lato e la "fornisce" dall'altro allo stesso tempo, ed è esattamente questo che permette alla catena di estendersi verso l'esterno un salto alla volta.

Perché tutto questo venga instradato correttamente serve un livello aggiuntivo nello stack protocollare della rete, chiamato BAP, o Backhaul Adaptation Protocol. Il suo compito è capire, a ogni salto, in quale direzione deve proseguire un dato, soprattutto quando un singolo nodo IAB ha più di un percorso possibile verso il Donor. Funziona un po' come un centro di smistamento pacchi: ogni collo in arrivo viene letto, abbinato alla sua destinazione e instradato lungo il percorso più sensato, senza che nessuno debba tracciare in anticipo l'intero viaggio.

Non esattamente, ed è un punto di confusione comune che vale la pena chiarire subito: l'IAB è una tecnologia di backhaul, non una topologia di rete. Che un'implementazione IAB si comporti come una mesh dipende interamente da come è progettata.

IAB a percorso singolo. Nel design più semplice, ogni nodo IAB ha esattamente una rotta verso il Donor, formando una catena. Funziona, ed evita del tutto la fibra, ma eredita la stessa debolezza di qualsiasi rete a stella: se un collegamento della catena si guasta, ogni nodo a valle perde la connettività. Il Donor, e ogni nodo intermedio, diventa un potenziale single point of failure.

IAB in mesh. In un design più resiliente, i nodi IAB sono dispiegati con più di un percorso possibile verso il Donor, attraverso altri nodi IAB o, nelle configurazioni più avanzate, attraverso Donor aggiuntivi. È questo che fa davvero comportare la rete come una mesh: se un collegamento si guasta, la rete può reinstradare automaticamente il traffico su un percorso alternativo, esattamente il comportamento self-healing descritto nel nostro articolo sulle reti mesh.

In sintesi: l'IAB rende possibile il backhaul wireless. La topologia mesh, costruita sopra l'IAB, è ciò che rende quel backhaul resiliente.

L'IAB è stato originariamente sviluppato per risolvere un problema di densificazione: come aggiungere capacità alle reti 5G pubbliche nelle aree urbane più trafficate senza uno scavo per la fibra per ogni nuova cella. Ma le stesse proprietà che lo rendono utile lì, nessun cablaggio richiesto, rapidità di dispiegamento, facilità di estensione, lo rendono altrettanto rilevante ovunque una rete debba raggiungere un luogo che la fibra non può facilmente seguire: installazioni temporanee, aree operative mobili, ambienti con infrastruttura fissa limitata o assente, e reti 5G private che devono crescere o spostarsi senza una reinstallazione completa ogni volta. E ogni volta che un sito cresce, prima o poi qualcuno pone la stessa domanda: chi paga il nuovo cavo? Con l'IAB, quella domanda non si pone.

Se state valutando una rete 5G privata, l'IAB è il dettaglio che determina silenziosamente quanto costerà installare la vostra rete, e con quanta facilità potrà crescere in seguito. Un design che dipende dalla fibra per ogni cella è un design che diventa più costoso, e più lento da dispiegare, ogni volta che l'area di copertura cambia. L'IAB rimuove questo vincolo e, combinato con una vera topologia mesh, rimuove anche il single point of failure.

• L'IAB (Integrated Access and Backhaul) consente a una cella 5G di gestire sia le connessioni degli utenti sia il backhaul sullo stesso collegamento wireless, eliminando la necessità di una connessione in fibra dedicata.
• Una rete IAB è composta da un gNB Donor fisso, collegato in fibra, e da nodi IAB wireless che estendono la rete verso l'esterno, ciascuno dei quali agisce sia da dispositivo utente (MT) sia da stazione base (DU).
• Il livello protocollare BAP gestisce l'instradamento all'interno della catena IAB, funzionando in modo molto simile a un centro di smistamento pacchi.
• L'IAB è una tecnologia di backhaul, non una topologia. Può essere implementato come una semplice catena a percorso singolo, oppure con percorsi ridondanti che lo fanno comportare come una vera rete mesh.
• Un IAB ridondante e in mesh elimina il single point of failure che un semplice design a catena porterebbe con sé.