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5G基于C-RAN的中心组网架构
2019-06-26 10:41:23.0 来源: 人民邮电报

    传统电信网络架构设计理念中信令和数据路由通过核心网到接入网贯通实现,接入网节点彼此之间不需要进行业务互联,而基于用户的移动性对于实时信令交互能力提出了更高的需求,接入网节点之间彼此需要打通接口实现信令交互以及数据传输,例如3G网络中Iur接口可实现RNC之间的信令和数据交互;4G网络基站之间通过X2接口互联可实现移动性管理指令、基站配置更新、基站负荷状态以及用户面数据等信息的动态交互。伴随数据业务的爆发式发展,从资源调度协调、处理负荷分担、干扰抑制、机房站址规划、绿色节能等方面都对新型接入网架构提出了更高的需求。

    面向5G电信网络的新型架构主要设计理念,使得庞大的接入网面向集中化、协作化、 云化和绿色节能。集中化指基带处理单元物理部署更加集中,同时对分布各处的射频单元的管控更加集中;而协作化指基带处理设备的交互更加密切,更好地赋能载波聚合、COMP、多连接、无线资源动态管理、无缝移动性管理等技术;云化指接入网侧更加贴近内容访问处理以及虚拟化能力;绿色节能指依托集中式架构,利用C-RAN集中化、协作化、云化能力进一步降低整体机房和载频配置,优化无线利用率,提升机房效能比,降低整体功耗,具备这些特征的接入网架构设计被称为C-RAN。

    如果追溯C-RAN的历史其实由来已久,并不完全是5G时代才提出的新鲜概念,在2G-3G-4G大规模网络建设时期,C-RAN组网一直是业内探索实践的课题,但受限于现网机房改造、传输扩容以及通用硬件能力等综合因素,并没有大规模部署实施。随着产业链条的不断成熟升级、通用硬件与软件解耦概念的提出,以及5G网络对于时延和稳定性更高的应用需求,C-RAN以全新的设计理念和特征再次成为业界关注的热点,普遍认为C-RAN组网架构对于5G核心城区高话务区域等典型场景提供了具有相当优势的解决方案。

    在C-RAN中传统接入网的基带处理单元BBU可以被重构为CU(Centralized Unit,集中式单元)和DU(Distributed Unit,分布式单元)两个功能实体,CU单元处理无线高层协议栈功能,而DU部署更贴近射频模块,DU单元主要实现实时性需求较高的层和物理层功能。CU-DU的分离设计理念不仅可以实现协议栈的虚拟切分,降低信令交互时延,同时可以推动传统“黑盒”专用通信设备网元面向开源软件和通用硬件解耦转型,CU单元可以将通用的硬件处理器“汇聚”在物理机房,这一架构可以实现资源最大化利用、处理负荷分担、缓解潮汐话务效应、降低能耗,同时也能利用这种架构特点推动主设备厂商设备硬件与使用权限(License)解耦,进一步降低投资成本。另外,集中汇聚式CU架构可以降低传统单基站节点的退服率,提供更可靠的服务保障。设备软硬件解耦实现了业务的解放,而协议栈切分推动产业链条不断细分和标准化。依托通用硬件的计算处理能力,IT软件企业可以根据标准协议提供通信服务能力,变成电信领域的“新玩家”。运营商也可以通过编程来实施部分设备功能,充分践行运营Devops的理念。

    当然,5G以C-RAN组网结构部署时仍需要考虑一些网络运维中实际问题和场景。首先,CU/DU的分离架构使得传输资源开销很大,不仅需要提前对于物理传输机房进行规划、预留,同时需要引入一些新技术(例如WDM〈彩光〉技术与CPRI接口压缩技术)以解决前传网络光纤资源消耗过多的问题。其次,对于C-RAN架构适用的部署场景需提前进行甄选评估,例如在CU单元集中部署的前提下,核心城区中话务密度较高、平均站间距较小且机房资源受限的区域,可以采取将DU单元集中部署的方式,甚至较激进的组网方式可将CU与DU进行合设,例如高校园区、大型演出场馆都是这样的典型场景;而对于话务较稀疏、平均站间距较大等区域,DU可以采取分布式的部署方式,例如郊县、山区等场景。最后,C-RAN将基带处理单元集中式部署到一个物理机房中,也可能存在运维中的安全隐患,比如在机房断电等特殊情况下,传统部署模式只影响单基站的信号覆盖,而集中式部署有可能影响一大片区域的信号覆盖,类似的问题需要在网络规划和日常运维阶段予以关注。

    值得一提的是,在C-RAN架构中,云化这一特征也是其重要设计理念之一,其主要涵盖两方面的意义,一方面可推动部分核心网功能以及内容访问源下沉到接入网侧,并结合接入网边缘计算的能力,实现无线资源的灵活调配,缩短业务访问时延,提升用户体验;另一方面可通过软件编程实现网元虚拟化功能,类似核心网NFV/SDN设计理念,不同的虚拟化网元提供差异化的服务能力,并根据业务规模、QoS、路由参数等诸多因素调整配置网络资源,构建网络拓扑,提供针对垂直行业业务的接入网切分能力。

    任何新技术带来的潜在产业革命都不能过分乐观,我们仍然需要清醒地认识到C-RAN之路还需要面对很多实际的问题,比如前文提及的基站机房利旧改造、传输机房扩容选址、机房安全维护、部署场景规划等。C-RAN标准化之路也仍然任重道远,但我们依然对C-RAN这朵绚烂的“云之花”充满了期待。

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