CPRI
A CPRI (Common Public Radio Interface) a vezeték nélküli kommunikációs hálózatok nyílt specifikációja, amely meghatározza az baseband unit (BBU-k) és a remote rádió unit (RRU-k) közötti transport interfész kritériumait.
A CPRI szabványosított keretet biztosít a mobil távközlési hálózatok számára azáltal, hogy meghatározza a kulcsfontosságú belső interfészek kritériumait a rádió egység (RE) és a rádió egység controller (REC) között.
A CPRI a rádió egység az RRU (vagy RRH) és a REC a baseband egység (BBU) közötti soros interfészként nagy sebességű kapcsolatot biztosít a rádiós bázisállomás ezen részei között.
A CPRI az OSI modell Layer 1. és 2. fedi le. Az Layer 1. támogatja a bázisállomások elektromos és optikai interfészeit, a Layer 2. pedig a megnövekedett rugalmasságot és méretezhetőséget. A specifikáció első változata (CPRI v1.0) a rádiós bázisállomások interfészének meghatározása mellett meghatározta a transport és vezérlési funkciók (user plane, control plane) mechanizmusait és a szinkronizálási módszereket.
A CPRI specifikációt 2004-ben öt berendezésgyártóból álló konzorcium dolgozta ki: Nokia, Huawei Technologies, Ericsson, NEC és Nortel. Nortel 2009-ben kilépett a konzorciumból.
CPRI Architektúra
A CPRI architektúrája egy rádiós bázisállomásból áll, amely egy rádió egységre (RE) és egy vezérlőrészre (REC) van felosztva, a közöttük lévő interfészt meghatározó CPRI kapcsolattal. Mind a REC, mind az RE egy control modulból, egy szinkronizálási modulból és egy user plane-ből áll Mindez az OSI protokol Layer 2.-ben helyezkedik el.
Az OSI protokol Layer 1.-ben a CPRI specifikáció meghatározza, hogyan történjen az időosztásos multiplexelés (TDM). Ez azért fontos, mert a specifikáció több antenna és vivő digitalizált I/Q bitjeinek TDM-jén alapul, fázis- és kvadratúra minták formájában. Ennek ellenére a CPRI nem hatékony a sávszélességben, bár a hatékonyság javítható CPRI tömörítéssel, a CPRI teljesítmény minimális csökkenése mellett. A CPRI támogatja mind az elektromos, mind az optikai interfészt, típusú átvitelt.
CPRI Előnyei
A CPRI bizonyítottan hasznos az RU és a BBU közötti fronthaul interflszeknél a vezeték nélküli hálózatok több generációján keresztül. A CPRI előnyei a következők:
-
- Rugalmas és méretezhető specifikáció a vezeték nélküli rádiós bázisállomásokhoz.
-
- A bázisállomások gyártói egyetlen közös protokollt használhatnak.
-
- Széles rádióbázisállomás portfóliót támogat, így könnyen adaptálható többféle telepítési forgatókönyvhöz.
-
- A specifikációk ingyenesek és nyilvánosak.
-
- Ötleteket és javaslatokat tehet bármely gyártó vagy szolgáltató a specifikációk javítására.
- Hatékony és rugalmas interfészt biztosít több vezeték nélküli szabványhoz, mint a GSM a WCDMA és az LTE-t.
eCPRI
2017-ben került kiadásra az eCPRI 1.0 CPRI specifikáció. 2019-ben megjelent az eCPRI v2.0. Ez a specifikáció intelligens CPRI megvalósítást biztosít a sávszélesség igény minimalizálása érdekében, és lehetővé teszi az új és a régebbi berendezések együttműködését ugyanabban az Ethernet-alapú fronthaul hálózatban. Ezenkívül a frissített specifikáció tovább bővíti az eCPRI rugalmasságát az eCPRI eszközök közötti fronthaul transport hálózathoz.
Az eCPRI kifejlesztéséhez az vezetett, hogy a CPRI soros interfészével magas adatsebesség nem érhető el költséghatékonyan, még legalább 3 az 1-hez arányú CPRI-tömörítés mellett sem. Például amennyiben az 5G MIMO (multiple input, multiple output) technológiát használ több adat egyidejű átvitelére, akkor az nagyon magas, akár több száz Gbps-os CPRI adatsebességet igényel.
A CPRI ezen hátránya egy új funkcionális felosztási opció, az eCPRI kifejlesztéséhez vezetett. Az eCPRI lehetőséget biztosít a BBU egyes funkcióinak felosztására és áthelyezésére az RRU-ba, hogy csökkentse a BBU és az RRU közötti transport terhelését.
A frissített specifikáció nagyobb hálózati átviteli sebességet, jobb hatékonyságot és jobb összeköttetést biztosít kevesebb optika mellett. Ezenkívül jó egyensúlyt biztosít az 5G alacsony késleltetése és nagy megbízhatósági követelményei között. Ezenkívül, mivel az eCPRI egy nyitott interfész, a szolgáltatók együtt dolgozhatnak jobb és gyorsabb 5G hálózat létrehozásán.
A CPRI-t és az eCPRI-t kifejlesztő konzorcium továbbra is mindkét specifikáció finomításán dolgozik. Ahogy fejlődik, az eCPRI várhatóan megfelelő opcióvá válik minden olyan hálózat számára, amely dedikált optikai kapcsolattal rendelkezik fronthaulban, beleértve az 5G alkalmazásokat is.
eCPRI Előnyei
Az eCPRI mint a hagyományos CPRI továbbfejlesztése számos előnnyel jár a gyyártók és szolgáltatók számára. Ezek az előnyök:
Adatsebesség: Amint azt már észrevetted, amikor egy új kommunikációs technológia megjelenik, a technológia egyik legkritikusabb jellemzője a „nagy adatátviteli sebesség”. A CPRI elég nagy adatsebességet tud szállítani. A legújabb CPRI opcióval körülbelül 25 Gbps sebességet tud hordozni a 10-es CPRI opcióval (lásd ezt a megjegyzést). De az 5G-vel még nagyobb áteresztőképességre lesz szükségünk. Szerintem az 5G átviteli sebesség korai szakaszában a CPRI megfelelő lehet az adatsebesség szempontjából, de egyre nehezebb lesz elérni a szükséges adatsebességet a CPRI-vel.
Kompatibilitás/interoperabilitás: a gyártók között: Amennyire emlékszem, az iparágban sokan izgatottak voltak a közös specifikáció miatt, amikor a CPRI korai koncepcióját tárgyalták. De valahogy a megvalósítás bizonyos részében gyártóspecifikus lett. Természetesen sok volt a közös vonás, mert van egy közös specifikáció a CPRI-re vonatkozóan, de a végső megvalósítás nem volt 100%-ban kompatibilis/interoperábilis a gyártók között. Az eCPRI várhatóan szigorúbbá válik a kompatibilitás tekintetében. Nagy valószínűséggel nagymértékben kompatibilis, mivel a PHY/MAC adathordozó az anynet-en alapul. Ez segíthet csökkenteni a szállítói bezárkózást és elősegítheti a versenyt.
Alacsonyabb sávszélességi követelmények: Az eCPRI támogatja az adatok hatékonyabb tömörítését és kibontását, ami csökkenti az átvitelhez szükséges sávszélességet. Ez segíthet a költségek csökkentésében és a hálózati erőforrások hatékonyabb felhasználásában.
Elosztott architektúra: Az eCPRI egy elosztottabb hálózati architektúrát támogat, ami nagyobb rugalmasságot tesz lehetővé a rádióberendezések elhelyezésében. Ez segíthet optimalizálni a hálózati teljesítményt és csökkenteni a várakozási időt.
Skálázhatóság: Az eCPRI nagyobb méretezhetőséget támogat, mint a CPRI, így egyszerűbb új rádióegységek hozzáadása és a hálózat bővítése. Ez különösen hasznos lehet gyorsan növekvő hálózatokban vagy olyan területeken, ahol nagy a felhasználói igény.
Alacsonyabb késleltetés: Az eCPRI alacsonyabb késleltetést támogat, mint a CPRI, ami különösen fontos a valós idejű alkalmazásoknál, mint például a hang és a videó. Ez segíthet a felhasználói élmény minőségének javításában.
eCPRI Kihívásai
Komplexitás: Az eCPRI egy összetett technológia, amelynek tervezése, megvalósítása és karbantartása speciális készségeket és ismereteket igényel. Ez növelheti a telepítés költségeit, és megnehezítheti a kisebb szolgáltatók számára az átvételt.
Együttműködés: Bár az eCPRI-t úgy tervezték, hogy jobban átjárható legyen, mint a CPRI, továbbra is előfordulhatnak kompatibilitási problémák a különböző gyártók berendezései között. Ez kihívásokat jelenthet azon kezelők számára, akik több forrásból származó berendezéseket szeretnének integrálni.
Költség: Míg az eCPRI hosszú távon költséghatékony lehet, a technológia frissítése kezdeti telepítési költségekkel jár. Ez kihívást jelenthet azoknak az üzemeltetőknek, akik amúgy is szűkös költségvetéssel dolgoznak.
Korlátozott visszamenőleges kompatibilitás: az eCPRI nem kompatibilis visszafelé a CPRI-vel, ami azt jelenti, hogy az üzemeltetőknek esetleg le kell cserélniük meglévő infrastruktúrájukat a technológia alkalmazásához. Ez költséges és időigényes lehet.
Adatbiztonság: Az eCPRI megköveteli, hogy az adatokat nyilvános interneten keresztül továbbítsák, ami biztonsági kockázatot jelenthet. Fontos, hogy az üzemeltetők gondoskodjanak a megfelelő biztonsági intézkedésekről, amelyek megvédik az adatokat a jogosulatlan hozzáféréstől vagy lehallgatástól.
CPRI vs eCPRI Protocol Stack
1.Ábra. CPRI and eCPRI Protocol Stack
CPRI Protocol Planes
Control Plane: A hívásfeldolgozáshoz használt adatfolyam vezérlése.
Management Plane: Kezelési információk a CPRI kapcsolat és az RE üzemeltetéséhez, adminisztrációjához és karbantartásához.
User Plane: Azok az adatok, amelyeket át kell vinni a rádiós bázisállomásról a mobilállomásra és fordítva. Ezeket az adatokat IQ adatok formájában továbbítják.
Synchronization: Adatfolyam, amely szinkronizálási és időzítési információkat továbbít a REC és az RE között. A vezérlési és felügyeleti sík egyetlen információáramlásra lesz leképezve a CPRI hivatkozáson keresztül.
eCPRI Prtotocol Planes
C&M Plane: Irányítási és menedzsment adatáramlás az üzemeltetéshez, adminisztrációhoz és csomópontok karbantartása.
User Plane: A user plane által lefedett adatfolyamok:
a) A rádiós bázisállomástól a felhasználói felé továbbítandó adatfolyam.
b) Egyéb eCPRI-folyamatok, amelyeket más folyamatok és protokollok nem fednek le.
c) Valós idejű ellenőrzési adatok.
Synchronization Plane: Mivel az eCPRI-t Open RAN architektúrában az eszközök különböző gyártóktóltől származnak, ezért az adatok karbantartása érdekében bevezették a Synch plane-t az eszközök közötti szinkronizálási időzítési információk biztosítására.
CPRI vs eCPRI
A CPRI interfészek a 3GPP nyílt szabvány ajánlásai alapján kidolgozott interfészek, de a gyártók alkalmazzák saját technológiájukat is, valamint belső információkat is az eszközeik között. Ezért a CPRI nem tekinthető teljesen nyílt interfésznek és emiatt nem is támogatja az Open RAN architektúrát. Az 5G hálózat által igényelt magasabb adatsebesség elérése is csak költséges módon támogatható a CPRI interfészekkel. Mindezek és még néhány ok miatt is a CPRI fejlesztésre szorult, így a szabvány alkotók kidolgozták az enhanced CPRI-t (eCPRI).
Az eCPRI már támogatja mind az 5G hálózatok által megkívánt magas adatsebességet, mind az Open RAN technológia nyílt interfészek iránti igényét, valamint a #7-es funkcionális felosztást is, mely lehetővé teszi a PHY prtokol szétválasztását ezzel a hálózati eszközök virtualizálását (NFV) támogatja. Az eCPRI számos előnnyel bír az elődjének tekintett CPRI-hez képest. Ezek az előnyök fentebb részletesen bemutatásra kerültek.