5G前传网络之损伤仿真测试（5G Fronthaule, eCPRI, RoE, 25GbE）

与4G技术相比，5G网络带来了更低的延迟、更大的灵活性和更高的带宽，更极致的用户体验。为了实现这些改进，5G前传网络使用了与上一代网络不同的硬件和网络协议，利用eCPRI，RoE（Radio Over Ethernet）等替代了CPRI专用接口。

虽然技术转变带来了更多的通用性、可扩展性和成本效益的网络，但从电路交换网络或时分复用线路转移到Ethernet以太网网络意味着5G前传网络现在会将受到以太网在数据包层面的损伤困扰。
5G前传网络设备制造商（NEM）、网络基础设施提供商（NIP）和服务提供商（SP）为了提供最佳的用户体验，就需构建真实的应用场景在实验室内来仿真测试他们的设备和应用如何应对这些网络损伤。确保5G前传网络的部署成功降低业务开通风险，在实验室中进行严苛的测试非常有必要。

网络损伤仿真测试对于5G前传网络的重要性

移动网络技术从3G到4G仅是为技术进化过程，但向5G网络的转移将是一场真正意义的技术革命。5G使用的基础设施和协议与以前的网络有着质的差别。其中一个重要体现在于5G前传网络中通过以太网分组交换网络使用eCPRI（增强型通用公共无线电接口），而不是4G中使用的通过电路交换或专线网络使用CPRI。这为网络运营商提供了许多优势，包括能够在多个供应商的COTS硬件上构建和扩展基础设施，并充分利用NFV虚拟网络功能，推动产业链的开放解耦。

然而，以太网在数据包层面上存在网络障碍，因以太网技术并不是原生支持端到端定时和同步。5G以太网前传网络可以使用eCPRI来承载控制面和数据面报文，同时依靠SyncE(同步以太网)和PTP(精确时间协议)来实现全网的定时同步。

5G架构的变化使得前传网络研发人员将关注到以太网损伤带来的影响，并面临通过PTP同步时间的挑战，5G NEM、NIP和SP现在需要测试以太网损伤对其基础设施、协议和应用的负面影响。而由于5G前传网络的时序要求非常严格，这些测试至关重要。只有了解损伤对网络的影响，才能确保网络提供最佳的用户体验。这意味着NEM必须在非完美的负面环境中测试他们的设备，以验证他们是否符合相关标准，并确保协议对延迟、抖动和数据包丢失等损伤缺陷具有强大适应功能。. 

运营商将强调网络设计，以确保端到端定时对不对称延迟、数据包和链路丢失等负面压力情况具有强大的稳定性。这将作为设备验收测试的一部分，或向SP保证网络在次优运行条件下留有足够的余量。SP必须将测试带到实验室，了解他们的应用在他们与NIP签订的SLA限制下的表现。确保你的网络满足用户期望的最有效和最具成本效益的方法是在你将网络或应用部署到现网前，在实验室进行所有这些测试。

可重复、可靠的实验室测试的重要性

• 由于有些网络损伤事件只会随机发生，而且难以复现，因此通常没有办法在现网中可靠地或重复地测试损伤
• 真正测试和了解损伤将如何影响您的网络的唯一方法是在实验室进行测试。要做到这一点，需要一种可靠的、可重复的方法来模拟相关的网络损伤
• 通过使用网络仿真器，您可以分别和重复地测试特定的损伤，并获得网络系统各部分对损伤的真实反应--无论是单独的负面压力环境网络损伤还是组合式的正面+负面压力环境
• 此外，网络损伤仿真仪还能提供实时的统计分析数据，以验证设备或应用程序的行为

测试中需要关注的协议字段

5G网络依靠eCPRI在前端网络中传输数据，依靠PTP和SyncE实现精确的端到端时序。特别是PTP容易受到非对称时延和抖动的影响，而eCPRI则容易出现较大的时延和丢包。这就意味着它们都需要进行彻底的测试，以确保前端网络的性能符合预期。

 
 

eCPRI

与4G网络中CPRI上运行的专有协议不同，5G fronthaul网络使用更标准化的eCPRI协议。eCPRI负责传输用户数据，并控制分布单元(DUs)和无线单元(RU)之间的数据流。它还控制数据如何在RU和5G天线之间移动。 eCPRI的任何问题都会影响数据传输，可能导致用户数据或控制信息的丢失，降低语音质量，或完全失去连接。这意味着eCPRI很容易受到网络损伤的影响。作为前沿网络的重要组成部分，5G设备运营商和制造商必须严格测试eCPRI在其网络设置中如何应对损伤。其中一个例子是测试在网络拥堵时发生的情况，在这种情况下，低优先级流量会在较短或较长的时间内被丢弃。

时间相关协议

在5G网络中，天线有专门的传输窗口。相邻的天线必须协调在这些窗口内进行广播，避免干扰，并确保蜂窝塔之间的正确交接。这意味着5G前传网络有非常严格的端到端定时要求。两种定时协议有助于维持5G前沿网络中的定时同步。

• - PTP 传输绝对时间和时延数据--将两者结合起来，以计算PTP本地时钟的准确 "time of day"
• - SyncE 从SyncE时钟主站向整个网络的SyncE从站时钟转发精确的频率信息

虽然这些协议对于前传网络来说是新的，但它们是在其他类型的网络中已经很成熟的协议。PTP在网络上发送包含定时信息的消息。为了使这一信息有用，PTP感知的网络元素必须能够准确计算出PTP主时钟何时发送消息，以及消息到达所需的时间。然后它可以从PTP消息中看到的时间中减去这个延迟。

 
依靠这样的延迟计算意味着延迟、重复或丢弃的数据包会导致错误的读数。这意味着PTP特别容易受到抖动和不对称损伤的影响。不对称损伤会对从属时钟理解时序的方式产生很大影响--导致PTP从属时钟的时序漂移，以及影响网络稳定性和可用性的同步问题。
SyncE在5G前沿网络中也用于同步定时，但它的工作方式与PTP不同。SyncE不是通过以太网帧发送定时信息，而是通过其信号频率传输信息。这意味着它不能受到数据包缺陷的影响。

然而，任何测试解决方案都必须能够转发SyncE，以准确测试5G前沿网络设备在不同条件下的运行情况，并测试SyncE时钟的小频率偏移。只有在受控的实验室环境中严格测试损伤，才能准确看到它将如何影响定时协议及其保持5G fronthaul网络同步的能力。

将网络损伤仿真纳入到5G前传网络的系统验证中

为了真正了解抖动、丢包、延迟、重复和错序对协议和组件的影响，OEM和网络运营商将需要一种定义明确、可重复的方法来模拟网络流量和损伤效应。
至关重要的是，需要能够支持在5G前沿网络中轻松测试eCPRI和PTP的解决方案。因此，在评估解决方案时，要确保它们能够提供。

• - 对要受损的数据流进行精细控制
• - 能够注入抖动、丢弃、延迟和重复的数据包
• - DU和RU之间的同步转发
• - 高端口密度（独立的8个端口或机箱解决方案中的48个端口）
• - 支持10G和25G速度连接到5G前传网络中的DU和RU
• - 支持100G的汇聚线路
• - 双向交通和减损模拟器
• - 全面的脚本和自动化功能，实现可重复的测试
• - 广泛的统计数据，让您可以衡量损伤的影响

这些功能对于测试损伤如何影响5G前传网络中使用的网络协议和功能至关重要。

Chimera-100G提供了全面的损伤仿真类型支持

在Xena Networks，我们不断地与NEM、SIP和SP合作，以确保我们的网络损伤仿真解决方案Chimera不断调整，以适应5G fronthaul基础设施的测试需求。它提供高端口密度，支持高达100G的线速测试，可以有效测试5G fronthaul网络硬件和协议的损伤。Chimera还提供了一种灵活的方式来测试细粒度的损伤效果，因为它可以作为一个独立的硬件单元，也可以作为我们的流量生成解决方案Valkyrie的附加组件。 

确保即使在最坏的情况下也能提供正确的用户体验

有了正确的网络仿真器，你就可以模拟受损情况，了解网络设备在选定场景下的表现。一旦你知道你的设备在受损时的表现，你就可以找到最终用户体验受损的临界点，并进行必要的调整，以确保永远不会达到临界点。更重要的是，您可以重复这些测试，以长期持续改进网络的性能。