Европейская кооперация в области научно-технического исследования

————————————————

EURO-COST

————————————————

Source: COST IC1004

Date: 10-Dec-2013

Editor: Prof. Narcis Cardona

Chairman of COST IC1004

iTEAM Research Institute

Universitat Politecnica de Valencia

ncardona@iteam.upv.es

Cost ic1004 Белая книга о научных вызовах мобильных коммуникаций 5-g Руководящее резюме

Эта Белая Книга представляет обзор исследований Европейского COST Акции IC1004 о будущем после 4G Мобильной технологии Коммуникаций.

Темп роста беспроводного доступа данных будет огромен в ближайшие годы, главным образом, потому что вторая революция ожидается на стороне терминала, в котором мобильная передача данных будет включать любое устройство, не только те, которые несут люди. В ближайшем будущем механизмы, датчики, транспортные средства, умные города и устройства здоровья будут связаны без проводов, и загрузят сети различными трафиками пакетов данных, устанавливая новые определенные требования. Новые сценарии, которые будут подключены через это массивное число устройств к Мобильным Системам коммуникаций, могут быть приняты во внимание, так как новое поколение беспроводных сетевых объектов, сгруппированных в локальных или широких областях, в которых необходимы координация и элементы коммуникации ‑ так же как и новые группы мобильных функций.

Среднесрочные транспортные средства станут интегрированными частями радиосети доступа не только узлами терминалов и принесут пользу сетям через их способность передавать по линии связи на другие транспортные средства или пассажирам. После технологий 4G, транспортные средства ожидают увеличение четырех главных применений радиокоммуникаций: развлекательно-информационная передача пассажирам, окружение транспортных служб, трафик безопасности и эффективность трафика.

После технологий 4G роль пригодных и внедренных устройств в жизни людей должны будет революционизировать контроль здоровья, здоровый образ жизни и уход за престарелыми. Беспроводное окружение Тела предназначено, чтобы дать людям в ближайшем будущем расширенное и интуитивное взаимодействие с окружающими технологиями. Это взаимодействие должно быть поддержано сетью тела имплантированными или окружающими устройствами, работающими в коротковолновом диапазоне, вокруг и в человеческом теле и способное обмерять здоровье и другие данные в реальном времени.

Городская окружающая среда, как ожидают, использует в своих интересах беспроводные технологии в нескольких ключевых применениях, которые уже являются базой текущего Умного Городского развертывания: оптимизация транспортировки в городах, предложения персонифицированных услуг гражданам и дает улучшенное управление Сообщества и социального обеспечения.

В дальнейших разработках от объекта к объекту и другие типы возможных соединений датчиков, мобильные коммуникации в ближайшие годы, как ожидается, приведут к сценарию, в котором каждое электронное устройство будет связано без проводов. Эти будущие сценарии в радиокоммуникациях дают начало ситуациям, где огромное число устройств расположено в физической близости, производя большое количество независимого перемещения с различными требованиями, и в то же самое время необходимо распределять то же самое объединение радио-ресурсов. Число соперников за радио-ресурсы в таких ситуациях может потенциально быть намного выше чем управляемые традиционной беспроводной архитектурой, протоколами и процедурами, таким образом Сети Радиодоступа должны развиться к новым парадигмам.

Понятие Облачные Сети Радиодоступа уже разрабатывается как потенциальное развитие Мобильной архитектуры сети, и в будущем оно может быть расширено, чтобы включать не только Радиодоступ но также и Ядро функциональных возможностей, в том, что упомянуто в этой статье как Сеть Виртуализации. Это понятие относится к способности объединения основных физических ресурсов или логических элементов в сети, и оно использует в своих интересах текущие технологии Определенных программным обеспечением Услуг Организации сетей и Облаков.

В дополнение к развитию технологии Радиосети Спектр ‑ ключ для будущего Радиосвязей. Системы Радиодоступа, услуги и применения должны быть более эффективными в терминах использования энергии и спектра, уменьшающего сигнальную нагрузку, время ожидания, обогащая пользовательский опыт и максимизируя эффективность спектра. Некоторые подходы уже рассматриваются для будущих сетей, таких как авантюристический доступ, познавательное радио, и первичное использование в разделенных полосах, среди других полос, но интенсивный обзор таких полос, где и как Спектр используется или разделен, требуются для успешного развертывания после технологий 4G.

В этой статье проанализирован исследовательский взгляд COST IC1004 на будущее Сетей Радиодоступа, согласно предположению о трех фактах: беспроводные терминалы разовьются, чтобы получить любое связное устройство, сети доступа должны изменить свою архитектурную базу в ближайшие годы и стратегии использования спектра должны быть повторно проанализированы, чтобы гарантировать эффективную ближайшую возможность соединения массивов беспроводных транспортных сценариев.

В результате такого анализа статья идентифицирует список соответствующих научных вызовов для наступающих лет:

- Архитектура организации сети радиодоступа должна закончить свое развитие от потока распределенных антенных систем и радио-ресурсов, разделяющихся на Облака RAN и Виртуальные модели Сети Доступа.

- Имеется много стимулирующих требований для будущих пригодных и внедренных устройств, чтобы допустить Беспроводные коммуникации к Окружающей среде Тела, и предложить пользователям расширенный набор применений к здоровью, возможности соединения и ухода за престарелыми.

- Выполнение массивного MIMO в радиодоступе улучшит отношение стоимости/эффективности в мобильных сетях, но требует, чтобы обзор небольшого количества текущих технологий сделал понятие выполнимым в его полной степени.

- В транспортных коммуникациях есть тенденция, чтобы преобразовать автомобили к движущейся эстафете, в дополнение к другим транспортным применениям, но остаются открытыми некоторые вызовы в возможности соединения, модели распространения и антенных системах.

- Эффективный, универсальный и эластичный беспроводный доступ для будущих сетей требует новых подходов к управлению Спектром, первоначально основанном на сплаве разделения, авантюристического доступа, познавательного радио и понятии знания местоположения.

- Изменение парадигмы обязано создавать осведомленность о физическом слое сети, чтобы обеспечить намного более эффективные сети, в которых важным компонентом будет физическое кодирование слоя сети.

Оглавление

Руководящее резюме 1

A. Будущие новые сценарии для телекоммуникаций 5

A.1. Вторая революция терминалов: вне интерфейсов пользователя 5

A.1.1. Краткий обзор 5

A.1.2. Управление будущим автомобилем, ведомым мобильной базовой станцией 6

A.1.3. Умные города, имеющие чувства 7

A.1.4. Тело подключается без проводов для сохранения здоровья и здорового образа жизни 9

A.1.5. От чрезвычайно плотных транспортных сценариев до подвижных сетей 10

A.2. Новые парадигмы для архитектуры сети: ультрагибкая RAN 11

A.3. Упростить, чтобы улучшить: экологичная, эффективная и вездесущая широкополосная сеть 15

A.4. Шире и более широкие связи, но, где и как в Спектре? 16

B. Вызовы исследования 17

Вызов 1. Прокладывание пути к новой парадигме архитектуры RAN: От Облака до Виртуализации 17

Вызов 2. Предоставление Технологий для Беспроводных Сетей Окружающей среды Тела 18

Вызов 3. Оптимальное Развертывание Массивных Сетей MIMO 19

Вызов 4. Представление и эксплуатация окружающей радио-среды средств передвижения 20

Вызов 5. Максимизация эффективности спектра, гарантируя беспроводную универсальность доступа и гибкость 20

Вызов 6. Знание состояния физического слоя для мультискачковых сетей (сетей переприема) 21

Вызов 7. Моделирование, тестирование, стандартизация будущих беспроводных сценариев 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ 23

ПРИЗНАНИЕ 23

Список сокращений

BAN: Body Area Network ‑ Сеть Области Тела

BS: Base Station ‑ Базовая станция

CAPEX: Capital Expenditure ‑ Капиталовложение

CoMP: Coordinated Multi-Point ‑ Скоординированный Многоточечный

C-RAN: Cloud-RAN ‑ Облачная - RAN

CSI: Channel Status Indicator ‑ Индикатор Статуса Канала

DAS: Distributed Antenna System ‑ Распределенная Антенная Система

DC: Data Centre ‑ Информационный центр

DU: Digital Unit ‑ Цифровой Блок

eNB: Evolved Node B ‑ Развитый Узел B

EPC: Evolved Packet Core ‑ Развитое Ядро Пакета

IoT: Internet of Things ‑ Интернет Вещей

ITU: International Telecommunications Union ‑ Международный Телекоммуникационный Союз

M2M: Machine to Machine ‑ От Машины к Машине

MIMO: Multiple-Input Multiple-Output ‑ Многократный вход - многократный выход

MME: Mobility Management Entity ‑ Мобильный Объект Управления

OECD: Organization for Economic Co-operation and Development ‑ Организация для Экономического Сотрудничества и Развития

OPEX: Operational Expenditure ‑ Эксплуатационные Расходы

OTA: Over-The-Air ‑ Технология для передачи и приема информации о конфигурации, относящейся к приложению в беспроводных системах связи

QoS: Quality of Service ‑ Качество Обслуживания

RAN: Radio Access Network ‑ Сеть радиодоступа

RANaaS: RAN as a Service ‑ RAN как сервис

RAT: Radio Access Technology ‑ Технология радиодоступа

RRM: Radio Resource Management ‑ Управление Радио-Ресурсом

RU: Radio Unit ‑ Радиоблок

SDN: Software-Defined Networking ‑ Определенная программным обеспечением Организация сети

SGW: Serving Gateway ‑ Обслуживание Входа

SLA: Service Level Agreement ‑ Соглашение о Сервисном обслуживании

SMS: Short Message Service ‑ Обслуживание Короткого Сообщения

TDD: Time Division Duplex ‑ Дуплекс с временным разделением

VM: Virtual Machine ‑ Виртуальное Устройство

VNO: Virtual Network Operator ‑ Виртуальный Оператор Сети

WBE: Wireless Body Environment ‑ Беспроводная Окружающая среда Тела

WBEN: Wireless Body Environment Network ‑ Беспроводная Сеть Окружающей среды Тела

WLAN: Wireless Local Area Network ‑ Беспроводная Локальная сеть

WMAN: Wireless ‑ Беспроводной доступ данных

WPAN: Wireless Personal Area Network ‑ Область Беспроводной Личной Сети

WSN: Wireless Sensors Network ‑ Беспроводная Сеть Датчиков

ВВЕДЕНИЕ

Мобильные Коммуникации развиваются по экспоненте, чтобы позволить любому электронному беспроводному устройству соединяться с Интернетом. Поскольку смартфоны стали революцией в опыте беспроводного пользователя, ожидается вторая революция на стороне терминалов и будущий темп роста трафика будет огромен из-за расширения мобильной передачи данных на устройства, транспортные средства, датчики и умные объекты.

Беспроводные Сети Окружающей среды Тела (WBENs), как ожидается, обеспечат новые функциональные возможности и применения в повседневной жизни людей, такие как спорт, досуг, игра и социальные сети. Автомобили станут движущимися узлами, передавая возможность соединения их пассажирам, чтобы обеспечить развлекательно ‑ информационную передачу и расширенные услуги, такие как соединения с автомобильными датчиками и с дорожной инфраструктурой, чтобы улучшить транспортную безопасность и эффективность. Города достигнут парадигмы, чтобы стать Умными, оказывая оптимизированные услуги для транспортировки и управлению логистикой для персон и сообщества. Это будет обязательно означать определение местонахождения огромного числа устройств, которые производят независимое движение на различных принципах.

Все эти гетерогенные беспроводные устройства должны быть связаны друг с другом в массивном движущемся сценарии данных, который можно назвать Беспроводным Интернетом Вещей.

Понятия, согласно которым были развернуты текущие Сети Радиодоступа (RAN) и Терминалы, основаны на развитии Ячеистого понятия Сетей, и быстро приближаются к своим пределам масштабируемости. RAN в настоящее время обеспечивают подоптимальное использование спектра и энергии (биты/джоуль), потому что они основаны на неподвижном распределении спектра и иерархической инфраструктуре сети. В ближайшие годы, новые терминалы, устройства, применения и услуги прильют на рынок, вынуждая RAN предложить чрезвычайные уровни пропускной способности, емкости, охвата и вездесущности. Они поднимают много научных вызовов, включая фундаментальный обзор базисного потока RAN, приводя к Ультрагибкой архитектуре, чрезвычайно эффективным Технологиям Радиодоступа и новым подходам для более умной стратегии Управления Спектром.

Область статьи должна проанализировать потенциальные сценарии для мобильных беспроводных услуг в и после 2020 и идентифицировать технологические вызовы, которые лучше всего подходят для навыков исследования и интересов участников COST IC1004. Статья организована в двух секциях: Секция A описывает представление COST IC1004 о будущих сценариях для систем Радиосвязей. Секция B суммирует научные вызовы и вызовы технологии, возникающие из таких сценариев, и будет занятием в ближайшие годы.