A.1.5. От чрезвычайно плотных транспортных сценариев до подвижных сетей
В основе упомянутого выше каждого электронного устройства, должны быть беспроводные соединения, будущие сценарии в радиокоммуникациях дадут начало ситуациям, где огромное число устройств расположено в физической близости (в космической области, относительно охвата радиодиапазонов), производя независимое движение с различными моделями, и необходимо разделить то же самое объединение радио-ресурсов, чтобы создать некоторый тип топологии сети.
Эти ситуации появляются из статических и устройств с низкой мобильностью, как в устройствах инфраструктуры коммуникаций, которые должны улучшить индустриальную автоматизацию; или связанные домашние мультимедийные системы и датчики, где доходы ожидаются из-за увеличения беспроводного движения данных, улучшая пользовательский опыт в пределах понятия связанного с проживанием. Также высокое плотное движение происходит в сценариях высокой подвижности, таких как общественные события (или запланированные или неожиданные), и во многих других, таких как умные города, упомянутые выше, так же как офисы, умные ячеистые сети и умное измерение. В любой из этих ситуаций число соперников за радио-ресурсы может быть потенциально намного выше, чем управляемые традиционной беспроводной архитектурой, протоколами и процедурами.
Такие чрезвычайные ситуации часто не происходят, но могут случиться, и в некоторых случаях могут произойти в регулярной операции, например на стадионах, в магазинах одежды (где могут существовать тысячи признаков RFID), или в огромном складе некоторой компании. Во всех случаях необходимость поддержания очень эффективной возможности соединения, используя радиосвязи, может обеспечить существенную добавленную стоимость, поскольку это может решить много проблем. Когда рассматривают возможность высокой подвижности и устройства, которые появляются и исчезают из сети очень быстро, в смеси диапазонов частот, радио-технологий и конфигураций, технические вызовы могут быть замечательными. Действительно, когда сотни или тысячи устройств используют те же самые радио-ресурсы, текущие системы просто не работают.
Рис. 3. Мобильные Сети для подключения транспортных средств,
умных объектов, датчиков, людей: Sense ‑ Чувство; Relay ‑ Передача; Access ‑ Доступ
Фактически огромное число перемещений связных устройств в определенных областях, или вызовов к централизованным услугам или получение информации от датчиков в их среде, увеличивает интерес в развитии эгоистичных для данного случая динамических стратегий конфигурации сети. Популярный термин для описания этой ситуации есть “мобильные сети”, где среди других должны быть развиты многие новые понятия в кодировании сети, передаче, самоорганизации или авантюристическом кэшировании.
A.2. Новые парадигмы для архитектуры сети: ультрагибкая ran
Очевидно, что понятия для развития будущих Сетей и Терминалов уже развиваются. Архитектура сетей становится к более гибкой, развиваясь к понятию Облачной RAN, основанной на технологиях, таких как распределенные антенные системы и развивающиеся далее к тому, что можно назвать “ультрагибкими RAN”. Это не будет также означать, что роль Оператора также разовьется? Фактически, операция Мобильной Сети, которая традиционно была основана на единственном владельце Ядра и Радио-инфраструктур Доступа, который является в то же самое время поставщиком обслуживания для его клиентов, имеет тенденцию становиться распространяемой в действительной операции распределенных услуг RAN, открывая дверь для Виртуальных Операторов как поставщиков обслуживания, Поставщиков Радио-Ресурса, которые имеют спектр и управляют его доступом, поставщики RAN, имеющие инфраструктуру, и т.д. Этот сценарий для Сетей Инфраструктуры ‑ в принципе, база ультрагибкого будущего RAN и в технологии, и в операции.
Взрывное увеличение требования к пропускной способности от пользователей мобильной коммуникации привело к более плотному развертыванию, вовлекающему растущее число Базовых Станций (BS). У них есть высокий расход энергии, и капитала, и эксплуатационных расходов (CAPEX и OPEX), связанных с арендной платой участка, расходы на кондиционирование и т.д. BS имели размеры для пиковых нагрузок трафика, которые увеличиваются в 100 раз каждые 10 лет, в то время как практически предлагаемое развитие изменяется решительно и географически, и по времени. Фактические измерения сообщают, что 50 % участков производят 10 % дохода, в то время как 20 % BS несут 50 % развития. На вершине этого уменьшается средний доход на пользователя. С другой стороны, пригодность волокна уже ‑ требование для многих операторов, в городских областях, где 90 % участков в плотных областях имеют волоконную связь в наличии, 96 % которой в пределах расстояния короче чем 10 км к центральному офису, который сегодня соединяет десятки участков [PIZ2012].
При развертывании RAN к настоящему времени очевидно, что монтаж меньших ячеек в областях, где инфраструктура может обеспечить необходимую возможность соединения обратного транзита, является текущим естественным развитием радио-инфраструктуры сети доступа. Стоимость его развертывания в зависимости от количества данных, с которыми они могут обращаться, начинает быть конкурентоспособной по сравнению с другими решениями. Но эти маленькие ячейки также потребуют новых методов для конфигурации, управления и оптимизации. Ожидается самоконфигурация таких элементов сетей доступа, так же как скоординированное поведение среди групп маленьких ячеек вместе с соседними участками сети. Маленькие ячейки изменяют классическое понятие ячеистой сети от традиционных геометрических подходов для охвата и анализа зоны действия и изменяют также понятия управления ресурсом, такие как "сосед" для "партнера" ячейки.
Идя на один шаг далее в развитии инфраструктуры сети, использование Распределенных Антенных Систем (DAS) для мобильного доступа в маленьких областях, главным образом ‑ но не только ‑ в закрытом помещении, в значительной степени устранит понятие "ячейки". Это произойдет, по крайней мере, в том смысле, что ячейки не будут устойчивым проектированием зоны действия, созданной некоторыми излучающими элементами от единственного места, но динамическим набором положений, которым связь обслуживания предоставлена комбинацией сигналов, произведенных в совместной манере от нескольких распределенных антенн.
Новый подход, который создают Сети Радиодоступа (RAN), но еще более эффективный, упоминается как Облачая-RAN (C-RAN), централизованная обработка, совместное радио, вычисление облака в реальном времени и чистая система RAN [NGMN2013]. В C-RAN BS расколота на дешевые отдаленные Радио-блоки (RU) и основана на программном обеспечении Цифрового Блока (DU), инсталлированная на Виртуальной Машине (VM). RU и DU связаны низким временем ожидания и высокой полосой пропускания оптической сетью прямого транзита (fronthaul). Каждый центральный офис, составленный Информационным центром (DC), совокупностью VM многократных DU в так называемое DU-объединение, которое может иметь различные Технологии Радиодоступа (RAT), как показано на рис. 4.
Рис. 4 – Архитектура Облачной RAN
C-RAN приносит в RAN преимущества облака: разделение ресурса, эластичность, по требованию и "оплата счетов в срок". Основанный на виртуальной технологии в реальном времени, C-RAN минимизирует CAPEX и затраты OPEX, соединяя многократные DU в центральный офис. Это позволяет быстрое, гибкое и оптимизированное развертывание и модернизацию RAN, поддерживая модели оплаты по факту потребления. Это также ослабляет гибкую и по требованию адаптацию ресурсов к неравномерному трафику. Помимо этого, централизованная обработка большой группы RU также позволяет эффективную операцию сокращения интерференции между ячейками и Скоординированные Многоточечные (CoMP) механизмы передачи и приема, и ослабляет мобильность между RU.
Чтобы сделать будущие Мобильные Сети жизнеспособными с экономической точки зрения, они должны обеспечивать больше и стоить меньше ‑ обе метрики, являющиеся одинаково важными. Гибкие понятия архитектуры как Облачное RAN адресовали эти вызовы, хотя во многих случаях усилие по исследованию выдвигает на первый план аспект только повышение эффективности. Однако, за пределами 4-G мобильной беспроводной службы обеспечения в 2020 горизонте времени также потребует рентабельных технологий для условия повсеместного охвата и гибкого управления централизованными ресурсами.
С этой целью двойной стоимостной эффективности в памяти понятие Облачной RAN должно быть расширено, чтобы включать не только RAN, но также и функциональные возможности EPC (Развитое Ядро Пакета) в том, что можно было назвать Виртуальной Сетью.
Виртуальную Сеть относят к способности разделения и/или объединения основных физических ресурсов (например, участки, стойки, основные карты полосы) или логические элементы (например, RAN и узлы EPC) в сети, и это обычно связывается с понятиями определенной программным обеспечением организации сети (SDN) облачных услуг. Некоторые операторы считают Виртуальную Сеть как фундаментальный инструмент для того, чтобы сделать сеть управляемой, и рычаг для модификации (открытия) инфраструктуры мобильной сети экосистемы, не устраняя объединение технологий повышения эффективности как CoMP или управление интерференцией, которое не обязательно является первичной целью.
В настоящее время, первый шаг в виртуализации сети путешествий вовлекает только BS. Объединение основной полосы частот многих BS, чтобы поддержать способности обработки, позволяют передовые особенности, которые требуют напряженной синхронизации между участками и обмена большими количествами информации. Большинство общих подходов должно снова использовать функциональное подразделение, принятое для выполнения открытого интерфейса между обрабатывающим блоком в основной полосе частот и обрабатывающим радио-блоком в пределах базовой станции, поскольку это предложено в соответствии с Открытой Основной Станционной Инициативой Архитектуры [OBSAI] или в Общей Общественной спецификации Радио Интерфейса [CPRI].
Однако, этот подход усиливается при наличии низкой цены и инфраструктуры трафика высокой скорости, чтобы связать единицу основной полосы частот и отдельный радио-блок. Скорости данных CPRI много больше 1 Gbps, к сожалению, делают это предположение среднесрочно нереалистичным, даже рассматривая методы сжатия данных, которые, как ожидается, позволят сократить скорости данных порядка 3:1 или 2:1. CPRI, разработанные для коротких связей внутри участка и основанные на простой дискретизации сигнала в основной полосе частот IQ, определенно не адекватен для базовой виртуальной станции в реалистических сценариях развертывания. Поэтому, открытой областью исследования является разработка “оптимизированного пропускной способностью прямого транзита” базового станционного разделения, которое могло быть выполнено в слое PHY, но прежде, чем сигнального поколения IQ, или разделение слоев протокола и назначение их к различным участкам. Физическая сеть слоя кодирования (PLNC) является сильным кандидатом в этом подходе.
Будущие шаги в процессе виртуализации сети могли быть основаны на двух главных требованиях:
- Поддержка мобильной сети функционирует между различными местоположениями, чтобы приспособиться к различным вариантам развертывания.
- Поддержка различных наборов функциональных возможностей посредством программного обеспечения через те же самые универсальные аппаратные средства.
Рис. 5. Понятие виртуальной Сети и функциональная мобильность
Роль Операторов, как также ожидается, разовьется, от потока RAN разделением подходов к полному виртуальному понятию операции. Фактически, операция мобильных сетей, которая традиционно была основана на единственном владельце Базовых и инфраструктур Радиодоступа, который является в то же самое время поставщиком обслуживания для его клиентов, имеет тенденцию становиться распространяемой в виртуальной операции разделенных RAN услугами, открывая дверь для объединенной архитектуры с Виртуальными Операторами Сети как поставщиками обслуживания, Поставщики Радио-Ресурса, которые имеют спектр и управляют его доступом, поставщиками RAN, имеющими инфраструктуру и т.д. Это окажет большое влияние на развитие новых интегрированных и гибких услуг, основанных на RANaaS (RAN как Сервис). Сценарий Инфраструктуры Сетей ‑ в принципе база для ультрагибких будущих RAN и в технологии, и в операции.
Среди знания поддержки, требуемой для развития этой сети, есть такие же для радиоканала. Требование для робастного и эластичного беспроводного доступа требует, чтобы к особенностям канала распространения обратились в более полной манере чем прежде, когда выход их строя связи мог быть принят пользователем до некоторой степени. Определенное планирование сети участка будет иметь тенденцию использоваться намного больше, чем в настоящее время, чтобы обеспечить адекватный доступ в случаях, которые ранее рассматривали бы как выбросы плохой эффективности, на которые не обращали внимания. Благодаря широко распространенной пригодности вычислительной мощности физические инструменты распространения, которые используют цифровой ландшафт и строящие карты, будут использоваться в пределах эксплуатационных сетей, чтобы лучше оптимизировать распределение ресурсов и гарантировать правильный доступ в худших случаях и в квазиреальном времени. Очевидно, будет требоваться дальнейшее продвижение законности и точности таких инструментов и будет проводиться исследование в этой области, чтобы найти подходящий обмен между временем вычисления и точностью. Кроме того, возможно распределенный характер узлов бросает вызов традиционной ячеистой модели с понятиями, такими как стационарность и затенение, становящееся менее хорошо определенным, чем прежде. Это призывает, чтобы радиоканал, моделируя исследование, ушел бы от подходов центральных базовых станций и принял во внимание целый новый диапазон понятий.