Virtualizált Small Cellák Functionális Split Opciói

A virtualizáció már egy ideje ismert a mobil központi hálózatokban (core network) és a macro cellás hálózatokban (cloud RAN), azonban a virtualizáció előnyei még kevésbé ismertek a small cellás hálózatokban.

A virtualizációval kapcsolatos szabványok rendszerezésének nagyobb részét az ETSI végzi, beleértve a virtualizációs use case-ek (felhasználási példák) meghatározását. Ezek közül különösen a #6 számú use case „A mobil bázisállomás virtualizálása” érdekes a small cellás hálózat számára. Érdemes a virtualizációs use case-ek bevezetésével megnézni, hogy ezek hogyan hatnak a small cella különböző rétegeinek és funkcióinak virtualizálására.

A small cella virtualizáció során a small cellát két részre osztható:

Egy központi small cella több remote small cellához is kapcsolódhat. A small cellás protocol layerek és funkciók fentről lefelé irányuló felosztása során fokozatosan több funkció kerül át a remote small cellából a központi small cellába. Ezek a small cella felosztási pontok a következő protokol layerek között helyezkednek el:

A felosztási pontok legfontosabb meghatározója a fronthaul interfész késleltetés és sávszélesség követelményei. A fronthaul késleltetési besorolását meghatározó intervallumok:

A virtualizált small cella felosztási pontok

Szolgáltatások

Ez a funkcionális split a virtualizált small cella protokol funkcióit valasztja el a szolgáltatás funkcióktól. A small cellás szolgáltatások alkalmazás szolgáltatásoknak minősülnek, mint például a tartalom gyorsítótárazás vagy platformszolgáltatások. Ezek magukban foglalják az RRM-et és a SON-t. A szolgáltatások virtualizálása a skálázhatóság és a szolgáltatás telepítések rugalmasságának előnyeit biztosítja, valamint az energiafogyasztás hatékonyságát és a különböző gyártóktól származó szolgáltatások egyszerű integrációját. Ez a felosztást az összes fronthaul késleltetési besorolással (ideális, közel ideális, szubideális és nem ideális) támogatja. A sávszélesség követelmények az S1 backhaulénál lazábbak lehetnek. Ez viszonylag ritkán alkamazott felosztások közé tartozik, hiszen ha a központi small cella is virtualizált akkor a szolgáltatás funkcióval együtt is elhelyezhető a virtuális környezetben.

RRC-PDCP

Ez a funkcionális split a virtualizált small cella RRC és PDCP protokolok között valasztja el a small cella funkciókat. Az RRC virtualizálása megkönnyíti a jelszint mérési riportok központi rendszerezését , valamint a mobilitás management algoritmusok testreszabását az üzleti követelményeknek megfelelően. Ez a felosztás, elválasztást biztosít a control plane és user plane között, lehetővé téve, hogy a user plane IP-csomagjai közvetlenül juthassanak el a céljukhoz anélkül, hogy áthaladnának a központi virtualizált platformon. Ezt a megoldás az összes fronthaul késleltetési besorolás (ideális, közel ideális, szubideális és nem ideális) támogatja. A sávszélesség követelmények sokkal lazábbak lehetnek, mint az S1 backhaulnál. Ez a felosztási mód az alacsony késleltetést igénylő use case-ek támogatására alkalmasabb.

PDCP-RLC

Ez a funkcionális split a virtualizált small cella RLC és PDCP protokolok között valasztja el a small cella funkciókat. A PDCP és RRC layerek virtualizálása előnyt jelent a remote small cellák közötti mobilitásnál, amennyiben a remote small cellák ugyanazt a központi small cellát használják virtualizált funkcióikhoz mert ezáltal szükségtelenné válik közöttük az adat forwarding funkció. Ezt a megoldás az összes fronthaul késleltetési besorolás (ideális, közel ideális, szubideális és nem ideális) támogatja. A fronthaul sávszélesség követelményei hasonlóak az S1 backhaul követelményeihez. Ez a felosztási mód az alacsony késleltetést igénylő use case-ek támogatására alkalmasabb.

RLC-MAC

Ez a funkcionális split a virtualizált small cella RLC és MAC protokolok között valasztja el a small cella funkciókat. A virtualizáció következő szintje az RLC réteg funkcióinak áthelyezése a remote cellából a központi small cellába. Ez növeli a skálázható funkciók számát, és a load balance-ot is, de bonyolultabbá is teszi azt, mivel a DL RLC réteg szorosan kapcsolódik mind a MAC-hoz, mind az scheduler-hez. Ezért flow control szükséges az RLC és a MAC szétválasztásánál. Ezt a felosztást az ideális, a közel ideális és a szubideális fronthaul támogatja megfelelően, és egy S1 backhaulhoz hasonló fronthaul sávszélességet igényel. Ez a felosztási mód az összetettebb koordinálást igénylő use case-ek támogatására alkalmasabb.

MAC Split

Ez a funkcionális split a virtualizált small cella MAC protokolján belül valasztja el a funkciókat. A DL RLC és MAC rétegek szétválasztásának alternatív módja a MAC felosztása. Itt a MAC layer nagy része a központi small cellán virtualizálódik, de a HARQ scheduling a remote small cellában marad. A scheduling funkció virtualizálásának előnye a remote small cellák közötti gyorsabb és pontosabb koordináció. Ez a megoldás és ugyanazokat a fronthaul késleltetési és sávszélességi követelményeket eredményezi. Ez a felosztási mód az összetettebb koordinálást igénylő use case-ek támogatására alkalmasabb.

MAC-PHY

Ez a funkcionális split a virtualizált small cella PHY és MAC protokolok között valasztja el a small cella funkciókat. A small cella funkciók további virtualizálásának eredménye, hogy a központi small cella az LTE HARQ ciklusban is részt vesz, ahol a remote small cellának 4 ms ideje van az UL sub-frame fogadására és DL-en a válaszadásra. Ez a felosztás funkcionálisan egyszerű, mivel az összes L3 és L2 funkció a központi small cellában, az PHY L1 pedig a remote small cellában található. A HARQ ciklus szigorú késleltetési korlátozásokat követel meg a fronthaulon. Ezért ez a megoldás a HARQ interleaving technikával ideális és közel ideális fronthaul-al is támogatható, egyébként csak ideális fronthaul-al. A HARQ interleaving hátránya azonban, hogy csökkenti a maximális adatsebességet. A fronthaul sávszélesség követelményei hasonlóak az S1 backhaulhoz. Ez a felosztási mód kínálja a legmegfelelőbb egyensújt a koordinációt és adatsebességet is igénylő use case-ek számára.

PHY

Ez a funkcionális split a virtualizált small cella PHY protokolján belül valasztja el a funkciókat. Ez a megoldás az PHY L1 funkciók virtualizálását is a központi small cellába helyezi, ami az erőforrás megosztásban és a adatforgalom elosztásban további előnyt jelent. A PHY protocol felosztására több opció is létezik, amelyek különböző előnyöket eredményeznek a központi cellában, és eltérő fronthaul sávszélesség igényeket támasztanak. Minél több PHY funkció van virtualizálva, annál nagyobb a fronthaul sávszélesség igény. A támogatott fronthaul latency megegyezik a MAC-PHY felosztáséval, (ideális és közel ideális) HARQ interleaving használatával egyébként csak ideális fronthaul latency támogatott. Ez a felosztási mód a nagy adatsebességet igénylő use case-ek támogatására alkalmasabb.

Melyik felosztási pont a legalkalmasabb a Small Celláknál?

A fenti estek mindegyikének megvan az előnye és hátránya egyaránt. Ahogy látható, minél több funkció kerül virtualizálásra a small cellában annál nagyobbak a fronthaul iránti követelmények mind latency mind sávszélesség terén. Viszont minél több funkció kerül virtualizálásra a small cellában annál nagyobb a központosítás miatti flexibilitás és gyorsaság, átláthatóbbak és koordinálhatóbbak a funkciók.

A leggyakrabban alkalmazott felosztási opció a MAC-PHY az összes lehetőség közül mivel ez kínálja a legjobb egyensújt a fronthaul követelmények és az adatsebesség között. Ma a legtöbb gyártó és SW fejlesztő is ezt a felosztási pontot tartja referenciának. Ettől eltérő megoldások is támogatottak természetesen, mint például a PHY split, ami a 7.x felosztási opció, ahol az “x” a PHY protocolon belüli felosztási lehetőségeket szimbolizálja. Attol függően, hogy hol történik a felosztás a PHY-n belül lehet 7-1 vagy 7-2 vagy 7-3 opció. Ezekről az opciókról egy másik írásban lesz szó részletesen.