Virtualizáció
Az általános meghatározás szerint a virtualizáció a szoftveralkalmazások leválasztása a fizikai hardvertől . Ez az szétválasztás a fizikai hardver megosztásán túl lehetővé teszi, hogy az alkalmazás virtuális gépen (VM) vagy virtuális környezetben telepített konténereken fusson. Ez azt is lehetővé teszi, hogy több szoftveralkalmazás vagy microservice ugyanazon a hardvert megsztva használja. Virtuális gépek (VM) esetén az alkalmazás leválasztása a hardverről a hypervisor által történik. A telekom hálózatok virtualizációja sorám a virtualizáció előnyei között érdemes megemliteni a cellák közötti terheléselosztást, vagy a központosított koordinációt. A tényleges hardver erőforrásokat biztosító fizikai hardver a “host” és a rajta futó virtuális gépek pedig “guest”-ek.
Virtualizált Small Cella
A virtualizált small cella funkciókat platformszolgáltatások és hálózatmanagement támogatják.
A vezeték nélküli platformszolgáltatások olyan funkciók, amelyek egyetlen példányként telepíthetóek a központi virtuális környezetben, ugyanakkor szolgáltatást nyújtanak az összes központi small cella számára. Ilyen szolgáltatások az időzítés, például az NTP vagy a PTP, a felügyeleti funkciók, interfész management funkciók. Egy központi virtualizált szolgáltatás a SON is.
A több virtuális gépből álló platform támogatásához keretrendszerre van szükség. Ez a keretrendszer tartalmaz egy orchestrator és egy management funkciót, ahol a management funkció két feladatot lát el: az L1-managelése, és a virtualizált rendszer managelése. Itt a virtuális gépek számára elérhető hardver, tároló és I/O erőforrások leltárját, és a virtuális gépek ezekhez az erőforrásokhoz való hozzárendelését kell érteni. Az orchestrator a hálózati policy-k szerinti felügyeleti funkciókat végzi és összegyűjti a virtualizációs keretrendszerrel kapcsolatos állapot információkat, melyeket továbbít a hálózati vezérlés felé.
Functional Split
A különböző 3GPP-kompatibilis felosztások segítik a mobilszolgáltatókat a dinamikus architektúra tervezésében és kialakításában. Míg vidéki alkalmazás esetén a felsőbb szintű felosztások (azaz #2 vagy #6 felosztás)a kívánatosabbak, a sűrű városi területeken az alacsonyabb szintű felosztások (#7 vagy #8 felosztás) az optimálisak. Míg a felsőbb szintű felosztások nem ideális fronthaul-t (FH) is használnak, az alacsonyabb szintű felosztásoknak közel ideális FH-kat kell használniuk. Ezek a felosztások változtathatóak, ha a hálózati feltételek megváltoznak. A különböző protokoll rétegek az FH tulajdonságától és a rendszer kialakításától függően különböző hálózati komponensekben (RU, DU, CU) helyezkednek el.
A funkciók felosztási lehetőségei a hálózat telepítési forgatókönyvekkel és/vagy a tervezett használati esetekkel kapcsolatos tényezőtől függenek. Ezek közül három tényező:
- Aalkalmazásokonkénti specifikus QoS támogatása a kínált szolgáltatásoknak (pl. alacsony késleltetés, nagy adatsebesség) és valós/nem valós idejű szolgáltatásoknak megfelelóen.
- Felhasználói sűrűség és terhelési igény támogatása.
- Különböző képességű transport hálózatok, az ideálistól a nem ideálisig
Functional Split a Small Celláknál
A small cellák esetén a #6-os szintű felosztás a leggyakoribb Ez a felosztás a MAC protokol réteget válaztja el a PHY rétegtől, általában a BBU-t a RU-ból.
1.Ábra. Functional Split
A #6. szintű funkcionális felosztást a small celláknál nFAPI-nak (hálózati FAPI) interfésznek is nevezik, amely lehetővé teszi az Open-RAN small cellás hálózatokban bármely gyártó S-CU/S-DU számára, hogy bármilyen más gyártó small cellás rádióegységéhez (S-RU) csatlakozzon. A FAPI egy belsó interfész ami nyilt API-kat használ, hogy a szolgáltatók a különböző gyártók S-DU és S-CU egységeit kombinálhassák egyazon hálózaton belül.
2.Ábra. FAPI and nFAPI interfaces
Split a MAC és PHY Protokolok Között
A MAC-PHY felosztási opció a small cellás funkcionalitás MAC-szintű virtualizálását javasolja a Small Cell Forum által meghatározott FAPI/nFAPI interfészek használatával. A MAC-PHY osztott architektúra a következő funkcionális összetevőkkel rendelkezik:
- Központi small cella: tartalmazza az L2 és a magasabb szintű funkciókat
- Remote small cella: RF és PHY protokol funkciókat tartalmaz
- Fronthaul: Interfész a központi és remote small cella funkciók között
A központi small cella a virtualizált platformon a fronthaul kapcsolat jellemzői alapján az edge, far-edge vagy a központi felhőben telepíthetó. Ebben az architektúrában a renote small cella a virtualizált központosított small cella, távoli fizikai hálózati funkciójaként működik.
3.Ábra. Virtualized small cell function for MAC-PHY option
Ebben az architektúrában egy vagy több virtualizált small cella konfigurálható a virtuális környezetben, és a virtualizált small cella funkciók működhetnek egy vagy több MNO hálózaton, amelyek támogatják az single vagy multi-carrier konfigurációkat. Az MNO-k szolgáltatási képességeitől függően a remote S-RU-k beállíthatók Carrier Aggregation vagy CoMP támogatására. Több remote S-RU is konfigurálható egyetlen MNO-hoz, valamint multi-tenancy vagy multi-operátoros hálózati megosztás is konfigurálható ebben az architektúrában.
Control Plane and User Plane: A virtualizált small cella „control plane stack” támogatja az S1-AP interfészt a „core network” felé, és az RRC control üzeneteket X1-C control plane interfészen keresztül a remote small cellák felé. Bár az X1-C-t korábban a 3GPP tanulmányozta, ez jelenleg nem szabványosított interfész. A user plane forgalom a centralizált architektúra esetén a virtualizált small cellán haladhat keresztül, vagy egy másik virtuális gépen (VM) de ugyanabban a virtuális környezetben haladhat át.
Szolgáltatások – A small cellás szolgáltatások alkalmazás szolgáltatásoknak minősülnek, mint például a platformszolgáltatások ( RRM és a SON ). A szolgáltatások virtualizálása biztosítja a skálázhatóság és a szolgáltatások telepítési rugalmasságának közös virtualizációs előnyeit, valamint az energiafogyasztás hatékonyságát és a több gyártótól származó szolgáltatások egyszerű integrációját.
Management – A management magában foglalja a PNF (Physical Network Function) managementet. Ez kezelheti a PNF erőforrásokat és szolgáltatásokat a VNF-példányok között. A management látja el a konfigurációt és a hibakezelést is. Az összegyűjtütt rendszeres performance mérések a performance management szervernek kerölnek továbbítasra ahol azok feldolgozása uán a hálózati kontroller (RIC) döntést hoz az esetleges beavatkozásokról vagy módosításokról ha szükséges.
Remote Small Cell Radio
A remote small cella rádióegység általában egy single cell rádióból áll MIMO-val vagy anélkül, hozzá tartozó transport interfészel.
4.Ábra. Remote Small Cell Unit
A Remote Small Cellás Rádió egy vagy akár több virtualizált small cellához kapcsolódhat az nFAPI interfészeken keresztül. Ezzel több a single cell radio configurálható a small cella virtualizált PNF manager által Carrier Aggregation vagy CoMP funkciókra. Ugyanakkor két vagy több virtualizált small cella is kapcsolható ugyanahoz a Remote Small Cellához, igy akár két vagy több MNO is képes ugyanazt a Remote Small Cellát használni 4G LTE vagy 5G NR adat/beszéd kapcsolatra.