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5G基于C-RAN的中心組網架構

2019-06-20  來源:人民郵電報  作者:張陽

傳統電信網絡架構設計理念中信令和數據路由通過核心網到接入網貫通實現,接入網節點彼此之間不需要進行業務互聯,而基于用戶的移動性對于實時信令交互能力提出了更高的需求,接入網節點之間彼此需要打通接口實現信令交互以及數據傳輸,例如3G網絡中Iur接口可實現RNC之間的信令和數據交互;4G網絡基站之間通過X2接口互聯可實現移動性管理指令、基站配置更新、基站負荷狀態以及用戶面數據等信息的動態交互。伴隨數據業務的爆發式發展,從資源調度協調、處理負荷分擔、干擾抑制、機房站址規劃、綠色節能等方面都對新型接入網架構提出了更高的需求。

面向5G電信網絡的新型架構主要設計理念,使得龐大的接入網面向集中化、協作化、 云化和綠色節能。集中化指基帶處理單元物理部署更加集中,同時對分布各處的射頻單元的管控更加集中;而協作化指基帶處理設備的交互更加密切,更好地賦能載波聚合、COMP、多連接、無線資源動態管理、無縫移動性管理等技術;云化指接入網側更加貼近內容訪問處理以及虛擬化能力;綠色節能指依托集中式架構,利用C-RAN集中化、協作化、云化能力進一步降低整體機房和載頻配置,優化無線利用率,提升機房效能比,降低整體功耗,具備這些特征的接入網架構設計被稱為C-RAN。

如果追溯C-RAN的歷史其實由來已久,并不完全是5G時代才提出的新鮮概念,在2G-3G-4G大規模網絡建設時期,C-RAN組網一直是業內探索實踐的課題,但受限于現網機房改造、傳輸擴容以及通用硬件能力等綜合因素,并沒有大規模部署實施。隨著產業鏈條的不斷成熟升級、通用硬件與軟件解耦概念的提出,以及5G網絡對于時延和穩定性更高的應用需求,C-RAN以全新的設計理念和特征再次成為業界關注的熱點,普遍認為C-RAN組網架構對于5G核心城區高話務區域等典型場景提供了具有相當優勢的解決方案。

在C-RAN中傳統接入網的基帶處理單元BBU可以被重構為CU(Centralized Unit,集中式單元)和DU(Distributed Unit,分布式單元)兩個功能實體,CU單元處理無線高層協議棧功能,而DU部署更貼近射頻模塊,DU單元主要實現實時性需求較高的層和物理層功能。CU-DU的分離設計理念不僅可以實現協議棧的虛擬切分,降低信令交互時延,同時可以推動傳統“黑盒”專用通信設備網元面向開源軟件和通用硬件解耦轉型,CU單元可以將通用的硬件處理器“匯聚”在物理機房,這一架構可以實現資源最大化利用、處理負荷分擔、緩解潮汐話務效應、降低能耗,同時也能利用這種架構特點推動主設備廠商設備硬件與使用權限(License)解耦,進一步降低投資成本。另外,集中匯聚式CU架構可以降低傳統單基站節點的退服率,提供更可靠的服務保障。設備軟硬件解耦實現了業務的解放,而協議棧切分推動產業鏈條不斷細分和標準化。依托通用硬件的計算處理能力,IT軟件企業可以根據標準協議提供通信服務能力,變成電信領域的“新玩家”。運營商也可以通過編程來實施部分設備功能,充分踐行運營Devops的理念。

當然,5G以C-RAN組網結構部署時仍需要考慮一些網絡運維中實際問題和場景。首先,CU/DU的分離架構使得傳輸資源開銷很大,不僅需要提前對于物理傳輸機房進行規劃、預留,同時需要引入一些新技術(例如WDM〈彩光〉技術與CPRI接口壓縮技術)以解決前傳網絡光纖資源消耗過多的問題。其次,對于C-RAN架構適用的部署場景需提前進行甄選評估,例如在CU單元集中部署的前提下,核心城區中話務密度較高、平均站間距較小且機房資源受限的區域,可以采取將DU單元集中部署的方式,甚至較激進的組網方式可將CU與DU進行合設,例如高校園區、大型演出場館都是這樣的典型場景;而對于話務較稀疏、平均站間距較大等區域,DU可以采取分布式的部署方式,例如郊縣、山區等場景。最后,C-RAN將基帶處理單元集中式部署到一個物理機房中,也可能存在運維中的安全隱患,比如在機房斷電等特殊情況下,傳統部署模式只影響單基站的信號覆蓋,而集中式部署有可能影響一大片區域的信號覆蓋,類似的問題需要在網絡規劃和日常運維階段予以關注。

值得一提的是,在C-RAN架構中,云化這一特征也是其重要設計理念之一,其主要涵蓋兩方面的意義,一方面可推動部分核心網功能以及內容訪問源下沉到接入網側,并結合接入網邊緣計算的能力,實現無線資源的靈活調配,縮短業務訪問時延,提升用戶體驗;另一方面可通過軟件編程實現網元虛擬化功能,類似核心網NFV/SDN設計理念,不同的虛擬化網元提供差異化的服務能力,并根據業務規模、QoS、路由參數等諸多因素調整配置網絡資源,構建網絡拓撲,提供針對垂直行業業務的接入網切分能力。

任何新技術帶來的潛在產業革命都不能過分樂觀,我們仍然需要清醒地認識到C-RAN之路還需要面對很多實際的問題,比如前文提及的基站機房利舊改造、傳輸機房擴容選址、機房安全維護、部署場景規劃等。C-RAN標準化之路也仍然任重道遠,但我們依然對C-RAN這朵絢爛的“云之花”充滿了期待。

關鍵詞:C-RAN 云化 接入網 架構設計

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