Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с CRAN .

C-RAN (Cloud-RAN) , иногда называемая централизованной-RAN , представляет собой архитектуру для сотовых сетей. Впервые он был представлен China Mobile Research Institute в апреле 2010 года в Пекине, Китай [1], через 9 лет после того, как он был раскрыт в патентных заявках [2] [3], поданных компаниями США. Проще говоря, C-RAN - это централизованная архитектура на основе облачных вычислений для сетей радиодоступа, которая поддерживает 2G, 3G, 4G и будущие стандарты беспроводной связи. Его название происходит от четырех букв «C» в основных характеристиках системы C-RAN: «Чистая, централизованная обработка, совместное радио и облачная сеть радиодоступа в реальном времени». [4]

Фон [ править ]

Традиционные сотовые сети или сети радиодоступа (RAN) состоят из множества автономных базовых станций (BTS). Каждая BTS покрывает небольшую область, тогда как групповая BTS обеспечивает покрытие непрерывной области. Каждая BTS обрабатывает и передает свой собственный сигнал к мобильному терминалу и от него , а также пересылает полезные данные к мобильному терминалу и от него и обратно в базовую сеть через транзитное соединение . Каждая BTS имеет собственное охлаждение, обратный транспорт, резервную батарею, систему мониторинга и т. Д. Из-за ограниченных спектральных ресурсов операторы сети «повторно используют» частоту среди различных базовых станций, что может вызвать помехи между соседними сотами.

В традиционной сотовой архитектуре есть несколько ограничений. Во-первых, строительство и эксплуатация каждой BTS обходятся дорого. Закон Мурапомогает уменьшить размер и мощность электрической системы, но вспомогательные средства BTS также не улучшаются. Во-вторых, когда к системе добавляется больше BTS для повышения ее пропускной способности, помехи между BTS становятся более серьезными, поскольку BTS находятся ближе друг к другу и все больше из них используют одну и ту же частоту. В-третьих, поскольку пользователи мобильны, трафик каждой BTS колеблется (так называемый «эффект прилива»), и в результате средний коэффициент использования отдельных BTS довольно низок. Однако эти ресурсы обработки нельзя использовать совместно с другими BTS. Следовательно, все BTS предназначены для обработки максимального трафика, а не среднего трафика, что приводит к потере ресурсов обработки и мощности во время простоя.

Эволюция архитектуры базовой станции [ править ]

Макро-базовая станция All-in-One [ править ]

В сотовых сетях 1G и 2G базовые станции имеют архитектуру «все в одном». Аналоговые, цифровые и силовые функции были размещены в одном шкафу размером с холодильник. Обычно шкаф базовой станции размещался в специальном помещении вместе со всеми необходимыми вспомогательными устройствами, такими как питание, резервная батарея, кондиционирование воздуха, наблюдение за окружающей средой и оборудование для транзитной передачи. Радиочастотный сигнал генерируется радиочастотным блоком базовой станции и распространяется по парам радиочастотных кабелей до антенн наверху башни базовой станции или других точек крепления. Эта универсальная архитектура в основном использовалась при развертывании макросот.

Распределенная базовая станция [ править ]

Для 3G архитектура распределенных базовых станций была представлена Ericsson , Nokia , Huawei и другими ведущими поставщиками телекоммуникационного оборудования. В этой архитектуре функциональный блок радиосвязи, также известный как удаленная радиоголовка ( RRH ), отделен от цифрового функционального блока или блока основной полосы частот (BBU) оптоволокном. Цифровые сигналы основной полосы частот передаются по оптоволокну с использованием Open Base Station Architecture Initiative ( OBSAI ) или Common Public Radio Interface ( CPRI).) стандарт. RRH можно установить наверху мачты рядом с антенной, уменьшая потери по сравнению с традиционной базовой станцией, где радиочастотный сигнал должен проходить по длинному кабелю от шкафа базовой станции к антенне на вершине мачты. Оптоволоконная линия между RRH и BBU также обеспечивает большую гибкость в планировании и развертывании сети, поскольку они могут быть размещены на расстоянии нескольких сотен метров или нескольких километров. Большинство современных базовых станций теперь используют эту несвязанную архитектуру.

C-RAN / Cloud-RAN [ править ]

C-RAN можно рассматривать как архитектурное развитие вышеупомянутой системы распределенных базовых станций. Он использует преимущества многих технологических достижений в системах беспроводной, оптической и ИТ-связи. Например, он использует последний стандарт CPRI, дешевое грубое или плотное мультиплексирование с разделением по длине волны ( CWDM / DWDM).), и mmWave, чтобы обеспечить передачу сигнала основной полосы частот на большие расстояния, что обеспечивает крупномасштабное централизованное развертывание базовых станций. Он применяет новейшую технологию сети центра обработки данных, чтобы обеспечить низкую стоимость, высокую надежность, малую задержку и высокую пропускную способность межсоединения сети в пуле BBU. Он использует открытые платформы и технологию виртуализации в реальном времени, основанную на облачных вычислениях, для достижения динамического распределения общих ресурсов и поддержки мультивендорных и мультитехнологических сред. [5]

Обзор архитектуры [ править ]

Архитектура C-RAN имеет следующие характеристики, которые отличаются от других сотовых архитектур:

  1. Крупномасштабное централизованное развертывание: позволяет множеству RRH подключаться к централизованному пулу BBU. Максимальное расстояние может составлять 20 км в оптоволоконном канале для систем 4G (LTE / LTE-A) и даже большее расстояние (40–80 км) для систем 3G (WCDMA / TD-SCDMA) и 2G (GSM / CDMA).
  2. Встроенная поддержка технологий совместной радиосвязи: любой BBU может разговаривать с любым другим BBU в пуле BBU с очень высокой пропускной способностью (10 Гбит / с и выше) и низкой задержкой (уровень 10us) [ необходима ссылка ] . Это возможно благодаря объединению BBU в пуле. Это одно из основных отличий от BBU Hotelling или базовых станций; в последнем случае BBU различных базовых станций просто сгруппированы вместе и не имеют прямой связи между ними, чтобы обеспечить координацию физического уровня.
  3. Возможность виртуализации в реальном времени на основе открытой платформы: это отличается от традиционных базовых станций, построенных на проприетарном оборудовании, где программное и аппаратное обеспечение закупается у отдельных поставщиков. Напротив, пул BBU C-RAN построен на открытом оборудовании, таком как серверы на базе процессоров x86 / ARM и интерфейсные карты, которые обрабатывают оптоволоконные соединения с RRH и межсоединения в пуле. Виртуализация в реальном времени гарантирует, что ресурсы в пуле могут динамически выделяться программным стекам базовых станций, например функциональным модулям 4G / 3G / 2G от разных поставщиков, в зависимости от нагрузки на сеть. Однако, чтобы удовлетворить строгие требования к синхронизации систем беспроводной связи, производительность в реальном времени для C-RAN находится на уровне 10 микросекунд, что на два порядка лучше, чем уровень миллисекунд в режиме реального времени.производительность, обычно наблюдаемая в средах облачных вычислений.

Подобная архитектура и системы [ править ]

KT, оператор связи в Республике Корея, представил систему центра облачных вычислений (CCC) в своих сетях 3G (WCDMA / HSPA) и 4G (LTE / LTE-A) в 2011 и 2012 годах. [6] Концепция CCC в основном то же самое, что и C-RAN.

SK Telecom также развернула Smart Cloud Access Network (SCAN) и Advanced-SCAN в своей сети 4G (LTE / LTE-A) в Корее не позднее 2012 года. [7]

В 2014 году Airvana (теперь CommScope) [8] представила OneCell [9], систему малых сот на основе C-RAN, предназначенную для предприятий и общественных мест. [10]

Конкурирующие архитектуры в развитии сотовой сети [ править ]

Все-в-одном BTS [ править ]

Одним из основных альтернативных решений, решающих аналогичные проблемы RAN, является небольшая универсальная уличная BTS. Благодаря достижениям в полупроводниковой промышленности все функциональные возможности BTS, включая RF, обработку основной полосы частот, обработку MAC и обработку на уровне пакетов, теперь могут быть реализованы в объеме <50 литров. Это делает систему компактной и устойчивой к атмосферным воздействиям, снижает сложность выбора и строительства площадки BTS, устраняет необходимость в кондиционировании воздуха и, таким образом, снижает эксплуатационные расходы.

Однако, поскольку каждая BTS по-прежнему работает самостоятельно, она не может легко использовать алгоритмы совместной работы для уменьшения помех между соседними BTS. Также относительно сложно обновить или отремонтировать, потому что универсальные блоки BTS обычно устанавливаются рядом с антенной. Больше блоков обработки в менее защищенных средах также подразумевает более высокую частоту отказов по сравнению с C-RAN, в которой RRU развернут только на открытом воздухе.

Преимущество Cloud RAN заключается в его способности реализовывать функции LTE-Advanced, такие как Coordinated MultiPoint (CoMP), с очень низкой задержкой между несколькими радиоголовками. Однако экономическая выгода от таких усовершенствований, как CoMP, может быть сведена на нет более высокими затратами на транспортировку для некоторых операторов.

Маленькая ячейка [ править ]

Основная конкуренция между малой сотой и C-RAN происходит в двух сценариях развертывания: покрытие внешней точки доступа и покрытие внутри помещения.

Академические исследования и публикации [ править ]

Как один из многообещающих путей развития архитектуры сотовых сетей будущего, C-RAN привлекла высокий академический исследовательский интерес. Между тем, поскольку встроенная поддержка кооперативной радиосвязи встроена в архитектуру C-RAN, она также позволяет использовать множество продвинутых алгоритмов, которые было трудно реализовать в сотовых сетях, включая совместную многоточечную передачу / прием, сетевое кодирование и т. Д.

В октябре 2011 года в Германии прошел 27-й форум Wireless World Research Forum , когда China Mobile пригласили выступить с презентацией C-RAN.

В августе 2012 года в Куньмине, Китай, прошел семинар IEEE C-RAN 2012 .

CRC Press опубликовала книгу «Зеленые коммуникации: теоретические основы, алгоритмы и приложения», в которой есть 11-я глава «C-RAN: структура зеленой RAN». [11]

В декабре 2012 года в Калифорнии, США, прошла конференция IEEE GlobalCom 2012, Международный семинар по облачным станциям и крупномасштабным совместным коммуникациям .

Европейский комитет Frame Project 7 имеет спонсоров и в настоящее время занимается решением многих проблем, связанных с развитием архитектуры сотовой сети. Многие из этих проектов использовали C-RAN как одну из будущих архитектур сотовых сетей, как, например, проект Mobile Cloud Network [12] .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Китайский мобильный исследовательский институт. «1-й Международный семинар C-RAN» . Архивировано из оригинального 26 апреля 2010 года . Проверено 21 апреля 2010 года .
  2. ↑ Патент США. Прил. 60286850 (подана 26.04.2001), «Способ и устройство для использования интерферометрии несущих для обработки сигналов с несколькими несущими»
  3. ^ Шаттил, Стив (2002-04-24), US 7430257: Подуровень с несколькими несущими для канала прямой последовательности и кодирования с множественным доступом
  4. ^ Китайский мобильный исследовательский институт (2011). C-RAN: Дорога к зеленому RAN (PDF) . K.Chen et al. Архивировано из оригинального (PDF) 31 декабря 2013 года . Проверено 31 декабря 2013 .
  5. ^ Помпили, Дарио; Хаджисами, Абольфазл; Вишванатан, Харихарасудхан (2015). «Динамическое предоставление и распределение в облачных сетях радиодоступа (C-RAN)». Ad Hoc сети . 30 : 128–143. DOI : 10.1016 / j.adhoc.2015.02.006 .
  6. ^ Korean Telecom. «Korea Telecom планирует первую в мире коммерческую Cloud-RAN» . Архивировано из оригинала на 2012-12-16 . Проверено 31 декабря 2012 года .
  7. ^ SK Telecom. «Первое в мире приложение Advanced-SCAN» . Архивировано из оригинала на 2013-12-15 . Проверено 12 декабря 2013 .
  8. ^ http://www.commscope.com/Solutions/Indoor-Small-Cells-and-C-RAN/
  9. ^ http://www.commscope.com/Solutions/OneCell-C-RAN-Small-Cell-System/
  10. ^ Джонс, Дэн. «Airvana вернулась с бизнес-сотой 4G Cloud RAN» . Легкое чтение . Дата обращения 19 июня 2015 .
  11. ^ Зеленые коммуникации: теоретические основы, алгоритмы и приложения . CRC Press. 2012. с. 840.
  12. ^ "Мобильная облачная сеть" .

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный сайт C-RAN в China Mobile Research Institute
  • веб-сайт первого международного семинара C-RAN на китайском языке
  • ASOCS утверждает, что C-RAN - это превосходная реализация
  • ASOCS и ARM объявляют об облачном эталонном дизайне
  • asocs и Windriver (INTC) популяризируют виртуальные базовые станции
  • Определения CommScope: что такое C-RAN?
  • Виртуализация ячеек с помощью малых ячеек C-RAN