IAB je funkce 5G NR, která umožňuje bezdrátovým uzlům využívat rádiové spektrum jak pro přístupové spoje k uživatelským zařízením, tak pro bezdrátové přenosové spoje (backhaul), čímž vytváří síť s vlastním přenosem (self-backhauling), která snižuje potřebu optických vláken.

Popis

Integrated Access and Backhaul (IAB, Integrovaný přístup a přenos) je klíčová architektonická inovace v 5G New Radio (NR), která umožňuje jednomu rádiovému uzlu současně fungovat jako přístupový bod pro uživatelská zařízení (UE) a jako přenosový (relay) uzel pro provoz backhaulu. IAB uzel se skládá ze dvou logických komponent: mobilní terminace (IAB-MT) a distribuované jednotky (IAB-DU). IAB-MT funguje jako UE vůči svému nadřazenému uzlu (dalšímu IAB uzlu nebo IAB donoru) a navazuje bezdrátový přenosový spoj. IAB-DU funguje jako gNB-DU vůči svým podřízeným uzlům (kterými mohou být UE nebo další downstream IAB uzly) a poskytuje rozhraní pro rádiový přístup. IAB donor je gNB, který poskytuje síťový přístup IAB uzlům a obsahuje centrální jednotku (CU), která řídí celou IAB topologii.

Provoz je založen na sofistikovaném rozdělování a multiplexování zdrojů. Časové, frekvenční a prostorové zdroje jsou dynamicky přidělovány mezi přístupové a přenosové spoje, aby se zabránilo vlastní interferenci a optimalizovala se kapacita. Toto řídí IAB donor CU prostřednictvím aplikačního protokolu F1 (F1-AP) přes backhaulové RLC kanály. Klíčové protokoly jsou upraveny: IAB-MT používá pro připojení směrem vzhůru zásobník rozhraní NR Uu (SDAP, PDCP, RLC, MAC, PHY), zatímco IAB-DU používá pro připojení k donorové CU zásobník rozhraní NR F1, přičemž backhaulový RLC kanál slouží jako transportní síťová vrstva. Směrování v IAB síti je topologicky-aware, přičemž donorová CU spravuje vytváření BH RLC kanálů a BAP (Backhaul Adaptation Protocol) směrování pro efektivní hop-by-hop přeposílání dat uživatelské roviny.

Scénáře nasazení jsou flexibilní a podporují vícekrokové topologie (strom, mesh) pro rozšíření pokrytí hluboko do interiérů nebo do odlehlých oblastí. IAB uzel pro obě funkce využívá stejné 5G NR spektrum a vlnové formy, což zajišťuje jednotné a spektrálně efektivní rádiové rozhraní. Mezi klíčové technické výzvy, které řeší, patří správa topologie, výběr trasy, objevování a integrace nových IAB uzlů a robustní správa zdrojů pro zvládnutí kumulativního zpoždění a kapacitních omezení vícekrokových bezdrátových cest. IAB je základním kamenem pro rychlé a nákladově efektivní zhušťování sítí 5G.

K čemu slouží

IAB byl vytvořen, aby vyřešil kritickou ekonomickou a logistickou výzvu poskytování vysokokapacitního optického backhaulu ke každé malé buňce v husté 5G síti. Pokládání optických vláken ke každé lampě veřejného osvětlení, semaforu nebo fasádě budovy pro ultra-husté sítě (UDN) je neúměrně drahé a časově náročné. IAB poskytuje bezdrátové řešení s vlastním přenosem, které operátorům umožňuje rychle nasazovat uzly tam, kde je k dispozici pouze napájení a místo pro instalaci, a pro konektivitu využívat již licencované rádiové spektrum.

Historicky se pro bezdrátový backhaul používaly mikrovlnné spoje, ale ty pracovaly ve vyhrazených, často drahých pásmech spektra s odděleným vybavením. IAB tuto funkci integruje přímo do standardu 5G NR a pro přístup i backhaul používá stejnou hardwarovou základnu (baseband) a RF hardware. To dramaticky snižuje náklady na nasazení, složitost získávání lokalit a čas uvedení na trh. Je to motivováno zejména potřebou nasazení rozšířeného mobilního širokopásmového přístupu (eMBB) a masivního IoT v městských kaňonech, stadionech, továrnách a na dočasných akcích.

IAB navíc umožňuje flexibilní síťové topologie, které se mohou samy organizovat a samy hojit. V konfiguraci mesh poskytuje odolnost proti výpadkům spojů tím, že nabízí alternativní cesty. Řeší tak omezení předchozích přenosových (relay) technologií v LTE, které byly často méně integrované a neefektivní. Tím, že je IAB od Release 16 nativní součástí standardu 5G NR, zajišťuje interoperabilitu mezi dodavateli, efektivní využití spektra prostřednictvím dynamického sdílení zdrojů a bezproblémovou integraci s 5G Core sítí, což činí zhušťování sítí v éře 5G ekonomicky životaschopným.

Klíčové vlastnosti

• Bezdrátový vlastní přenos (self-backhaul) využívající stejné 5G NR spektrum a rádiové rozhraní
• Dvoufunkční IAB uzel s komponentami IAB-MT (pro backhaul) a IAB-DU (pro přístup)
• Podpora vícekrokových (strom, mesh) síťových topologií pro rozšířené pokrytí
• Dynamický multiplex zdrojů (čas/frekvence/prostor) mezi přístupovými a přenosovými spoji
• Správa topologie a tras zajišťovaná centrální jednotkou (CU) IAB donoru
• Integrované směrování prostřednictvím vrstvy Backhaul Adaptation Protocol (BAP)

Související pojmy

• IAB-MT – Integrated Access and Backhaul Mobile Termination
• IAB-DU – IAB Distributed Unit
• NR – New Radio

Definující specifikace

• TS 23.401 (Rel-19) — Evolved Packet System (EPS) Stage 2 Description
• TS 23.501 (Rel-20) — 5G System Architecture Stage 2
• TS 24.501 (Rel-19) — 5G NAS Protocols Specification
• TS 28.314 (Rel-20) — Management and Orchestration - Plug and Connect
• TS 28.531 (Rel-20) — Management and Orchestration
• TS 28.540 (Rel-20) — 5G Network Resource Model (NRM) Management
• TS 28.875 (Rel-19) — Study on IAB Node Management
• TS 29.272 (Rel-19) — Diameter Interfaces for MME/SGSN
• TS 33.401 (Rel-19) — EPS Security Architecture
• TS 33.501 (Rel-20) — 5G Security Architecture and Procedures
• TR 33.824 (Rel-17) — Security Study for NR Integrated Access & Backhaul
• TR 33.938 (Rel-19) — 3GPP Cryptographic Inventory for 5G
• TS 36.304 (Rel-19) — UE Idle Mode Procedures in E-UTRA
• TS 36.331 (Rel-19) — LTE RRC Protocol Specification
• TS 36.413 (Rel-19) — S1 Application Protocol (S1AP)
• … a dalších 29 specifikací

📖 Anglický originál a plná specifikace: IAB na 3GPP Explorer