Cloud RAN: облачная сеть радиодоступа

Для информационно-аналитического портала TAdviser написана статья об облачной сети радиодоступа.

***

Терминология

Существующие термины Cloud RAN и Centralized RAN (оба имеют аббревиатуру СRAN) часто используют один вместо другого.

RAN (Radio Access Network) – сеть радиодоступа для мобильной связи, состоящая из множества базовых станций (мачт, приёмопередающих антенн с радиочастью RRH (Remote Radio Head), базовых блоков BBU (Base Ban Unit).

Cloud RAN, или cloud-based RAN – сеть радиодоступа на основе облака – это виртуализованная сеть радиодоступа, которая координирует работу многих базовых станций, в которых базовые блоки BBU виртуализованы в облаке. При этом, базовые блоки BBU располагаются в ближайших дата-центрах граничной сети (Edge), в виде виртуализованных сетевых функций VNF (Virtual Network Function). Хотя в таком определении подразумевается некоторая централизация управления базовыми станциями, оно отличается от понятия Centralized RAN.

Centralized RAN – централизованная сеть радиодоступа, в которой предусматривается размещение BBU также в дата-центрах, но с использованием традиционной технологии co-location, а не виртуализации сетевых функций NFV (Network Function Virtualization). Такой подход используется, например, при радиопокрытии стадионов, бизнес-центров класса “А” и других мест с высоким трафиком.

С точки зрения экономики, сеть радиодоступа RAN – самая затратная часть мобильной сети связи. По оценкам экспертов, затраты на RAN составляют до 80% капитальных и до 60% операционных расходов оператора мобильной связи. И Cloud RAN, и Centralized RAN – это хорошие средства сокращения затрат на радиосеть.

В данной статье рассматривается Cloud RAN. Она более выгодна оператору при развёртывании сети радиодоступа. Начальные затраты на Cloud RAN, возможно, будут несколько выше, чем для Centralized RAN из-за необходимости перехода на NFV. Однако, многие операторы уже ведут проекты цифровой трансформации своих опорных сетей на базе NFV, поэтому виртуализация радиосети Cloud RAN будет хорошо «укладываться» в русло общего проекта цифровой трансформации на базе технологий виртуализации.

Другое название Cloud RAN сети радиодоступа оператора связи – MEC (Mobile Edge Computing).

Принцип

Cloud RAN – архитектура мобильной сети, которая хорошо подходит для решения проблемы роста расходов на сеть доступа, что до сих пор является одной из главных проблем в бизнесе оператора связи. Функции обработки вызовов в базовых блоках BBU в Cloud RAN могут гибко перераспределяться между виртуальными устройствами BBU. Для этого создаётся пул ресурсов (BBU Pool), который располагается в дата-центрах граничного облака. Гибкое перераспределения ресурсов между базовыми станциями сети доступа позволяет лучше адаптироваться к временным и сезонным изменениям трафика.

Например, в дневные часы большинство абонентов находятся на работе в бизнес-центрах, различных организациях и на предприятиях ближе к центру города. В рабочие часы трафик в этой области увеличивается, и там требуется больше ресурсов BBU. В жилых зонах в рабочие часы трафик невысок. Напротив, в вечернее, ночное и утреннее время, концентрация трафика пользователей в жилых зонах больше, чем в центре города.

При традиционном построении сети доступа, для каждой зоны потребуется количество ресурсов BBU из расчёта на максимальный трафик в определённые часы и дни недели. В другое время ресурсы BBU недозагружены. Это приводит к росту стоимости владения сети радиодоступа, поскольку количество BBU рассчитывается из максимальных значений.

В сети Cloud RAN, затраты на сеть доступа удаётся снизить за счёт двух основных факторов:

  • Виртуализация сетевых функций BBU, когда они реализуются не аппаратно, в выделенных устройствах, а программно, в виде VNF на виртуальных машинах. Это позволяет повысить загрузку процессоров стандартного вычислительного оборудования COTS (Commercial Off The Shelf), на котором они работают[1].
  • Миграция виртуальных машин, на которых работают VNF, между распределёнными дата-центрами граничной сети, что позволяет организовывать более оптимальную загрузку ресурсов BBU во времени.

Рисунок 1.Этапы перехода к Cloud RAN.

Поскольку стоимость ресурсов для виртуальных BBU ниже по сравнению с традиционной архитектурой, и нужно меньше самих BBU в количественном выражении, решение Cloud RAN может значительно снизить затраты на строительство и обслуживание сети радиодоступа.

Преимущества

Основные достоинства решения Cloud RAN:

  1. Более рациональное использование ресурсов BBU за счёт их работы на виртуальных машинах;
  2. Снижение операционных расходов за счёт автоматизации обслуживания виртуальной инфраструктуры BBU, быстрого внедрения новых сервисов программным путём;
  3. Гибкость перераспределения ресурсов BBU за счёт миграции виртуальных машин по распределённой структуре дата-центров. Таким образом, становится возможным перемещать виртуальные BBU в места с максимальной загрузкой трафика;
  4. Сеть радиодоступа можно быстро расширять, устанавливая только недорогие антенны с радиоблоками RRH. При этом BBU можно быстро создавать в виде VNF в дата-центрах на границе сети;
  5. Виртуальная сетевая инфраструктура NFV в виде распределённых дата-центров может использоваться совместно несколькими операторами, причем их ресурсы BBU будут логически разделены. Этим достигается ещё большая эффективность использования BBU.

Рисунок 2. Гибкость использования распределённых ресурсов BBU в Cloud RAN.

Сетевая нарезка (Network Slicing)

Виртуализированная сеть оператора, построенная на технологиях SDN/NFV, даёт возможность использовать технологию Network Slicing («нарезка сети»). Это означает, что оператору не нужно больше строить отдельную сетевую инфраструктуру для разных услуг и приложений. Ресурсы виртуализированной сети будут автоматически выделяться по запросу ресурсов от различных приложений (оркестрация).

Это также позволит гибко перераспределять распределённую вычислительную инфраструктуру центрального ядра опорной сети между различными технологическими сетями радиодоступа RAT (Radio Access Technology).

Например, в сети 5G возможна одновременная работа различных RAT на разных сетевых слоях (слайс), в отличие от сетей предыдущих поколений. Например:

Рисунок 3. Сетевая нарезка Network Slicing.

Причём для всех слайсов используется единая вычислительная и транспортная инфраструктура опорной сети оператора, как показано на рисунке.

Создавать разные сети RAT с отдельной сетевой инфраструктурой опорной сети оператора – очень дорого и нерационально. Однако, преимуществом технологии NFV является возможность создания единой вычислительной инфраструктуры ядра опорной сети оператора с реализацией NFV для разных технологий радиодоступа RAT. Это позволяет значительно сократить расходы при переходе к сети 5G, основой которой как раз и является единая вычислительная инфраструктура ядра сети и граничных сетей на основе NFV.

Оборудование Cloud RAN

Какие дата-центры используются в Cloud RAN? При слове «дата-центр» в воображении возникает примерно такая картина (см. рисунок ниже).

Рисунок 4. Один из дата-центров Google.

 

Однако, в настоящее время всё больше используется концепция распределённого программно-конфигурируемого дата-центра SDDC (Software-defined Distributed Data Center). SDDC представляет собой логический дата-центр, который распределён географически, и его компоненты могут представлять собой малогабаритные контейнерные и модульные дата-центры.

Рисунок 5. Малогабаритные контейнерные и модульные дата-центры в составе SDDC.

При помощи таких дата-центров, которые собираются предварительно на заводе и могут быстро развёртываться на местности, можно быстро создавать инфраструктуру для Cloud RAN. Она является частью виртуализированной инфраструктуры оператора на базе стандартного вычислительного оборудования COTS, на котором программно реализуются сетевые функции оператора.

Рисунок 6. Виртуализированная инфраструктура сети оператора.

 

Концепция CORD (Central Office Rearchitectured as Data-Center), «архитектура АТС в виде дата-центра», была разработана американским оператором AT&T. В настоящее время он является признанным лидером цифровой трансформации и уже виртуализовал около 70% своей сети с использованием дата-центров, подобных показанным на рис. 5.

Экономика

Компания Red Hat провела экономический анализ развёртывания RAN для типового мобильного оператора. Для расчета было принято число абонентов в 10 миллионов SIM-карт, которых обслуживают 12 тысяч базовых станций 4G (LTE). Для расчёта операционных затрат был принят период работы пять лет. Анализ показал, что развёртывание виртуализированной Cloud RAN (vRAN) даёт двукратную экономию в части капитальных затрат (САРЕХ).

Такой разрыв происходит из-за разницы в стоимости специализированного выделенного оборудования BBU традиционной сети RAN и стоимости стандартных серверов COTS, которые используются для виртуализации сетевых[2] функций BBU в Cloud RAN. Кроме того, экономию даёт и концентрация: BBU нужно размещать не на 12 тыс. базовых станций, а в гораздо меньшем числе распределённых дата-центров.

Операционные затраты в vRAN также значительно ниже, чем в традиционной RAN. Это происходит за счёт того, что для последней на площадках базовых станций нужно размещать больше оборудования. Кроме того, каждый BBU на 12 тысячах базовых станций требует выездного обслуживания квалифицированными специалистами. Напротив, виртуальные BBU можно обслуживать с центральной консоли управления в административном центре оператора.

Рисунок 7. Сравнение ТСО для традиционной RAN и Cloud RAN (источник: Rad Hat).

***

Cloud-RAN-architecture

About Алексей Шалагинов

Независимый эксперт
Gallery | This entry was posted in 5G, Cloud, Технологии and tagged , , , , , , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.