5G依赖灵活的运行时解决方案的5个原因

作者:Tomas Hedqvist

当运营商开始部署5G网络时,灵活性是保持低成本和缩短部署时间的关键。5G部署要比前几代复杂得多,我们必须在如何设计、部署和配置网络和网络设备方面具有更大的灵活性。运行时平台和底层硬件是启用这种灵活性的关键组件。

以下是您需要为5GRAN应用程序提供一个灵活的运行时平台的五个原因:

1 - 4G和5G互通

虽然4G是以单片方式设计的,从第一天开始就定义和部署了无线和核心网络,但5G是针对独立(SA)场景和非独立(NSA)场景指定的,其中来自不同代的RAN和核心互通。 这为我们提供了许多不同的部署选项,这些选项已经由例如3GPP指定和研究(这里有一个很好的总结)

大多数运营商将利用互通的可能性来杠杆现有投资,节省资本支出并缩短产品上市时间,同时能够增加5G NR功能,以提高人口稠密地区的容量和数据速率,并为新用例铺平道路。 然后他们可以依次连接5G核心并增加5G NR容量。

它需要灵活性以实现逐步方法,为现有基础架构添加5G功能,而无需为每个步骤进行重大设计。

2 - 增加复杂性

增加密度和新技术增加了RAN的复杂性。 更多热点和小型小区,多跳技术和设备到设备通信创建了具有多样化资源需求的高度异构网络,并且诸如大规模MIMO,协调多点和波束成形之类的空中接口的新技术提供了更加复杂的控制 需要更多处理的面。

随着各种部署方案和可行的空中接口技术的高度转变需求,单个硬连接的解决方案将无法满足所有需求。 虽然很有可能为每种情况使用不同的平台,但它背离经济合理性。 精心设计的平台需要扩展和灵活,因此可以用于任何类型的部署,并处理各种连接密度和吞吐量方案。

3 - 新用例

5G增加了根本不同的新用例。除了增强型移动宽带,5G还应该适应超可靠和低延迟通信和大规模机器类型通信(这在ITU IMT-2020中有详细说明)。在这三者中,存在许多服务方案,每种方案对连接密度,吞吐量,延迟和可靠性的要求具有根本不同的组合。

根据gNB的部署位置,需要根据其上下文进行配置和优化。例如,物联网环境中的部署将需要与住宅区中的部署不同的配置。超可靠的机器类型通信需要对堆栈进行严格的实时处理,并将资源需求从非实时域转移到实时域。

依赖于实时关键功能的特定硬件实现的解决方案将难以适应不同的实时需求,但是允许为高性能实时和非实时域分配资源的解决方案仅使用软件配置,将灵活且经济高效。

4 – C-RAN 演进

中央单元(CU)和分布式单元(DU)之间的功能划分是吞吐量,延迟,复杂性和灵活性之间的权衡。 对于非理想的前传,运营商需要考虑诸如DU和CU之间的距离如何影响延迟以及带宽需求的因素,然后再决定可以使用哪些分割选项。

正如我们所预期的那样,前传技术的进步可以减少延迟并增加带宽,它将使功能从无线电站点移动到中心局,最终进入云端。 这意味着无线电站点和中心局的运行时可能需要改变它们在实时和非实时功能之间的平衡。

同样,拥有硬连线实时域的解决方案将不是一种经济高效的解决方案。

5 – 规范的演进

移动网络在不断发展,5G的第一阶段不是终端站。 即使5G开始为部署做好准备,4G仍在继续发展,因此我们可以预期5G将继续发展很长一段时间。 我们不知道将来的规范是什么样的,或者对运行时的要求是什么,但我们知道移动网络将继续发展。 3GPP版本16的工作正在进行中,之后,我们将看到新版本增加了新功能和新要求。 确切地说,未来绘图板上的规格和功能将如何影响未来的运行时当然不可能知道,但是当他们这样做时,我们可以肯定他们会这样做,灵活性对于5G网络的投资是一个很好的保障。

运行时平台的灵活性

那么你如何实现这种灵活性呢?当然有很多答案和工程师一样,但是应该适用一些通用指南。

一个严重依赖硬件实现的解决方案总是比软件解决方案灵活得多,特别是如果它运行在通用多核CPU上。然而,软件解决方案在灵活性方面可能非常不同,有时性能要求会牺牲灵活性。

Linux是软件堆栈中更高层的“需要”运行时,对许多来说,它是运行时灵活性的缩影,但它无法在响应时间和低响应时间方面提供具有所需性能的确定性运行时。抖动用于基带和无线电中的时间关键功能。这还包括Linux的实时修补版本。另一方面,符合POSIX标准的RTOS可以为时间关键功能提供灵活的运行时环境,但它不提供生态系统,熟悉程度,在大多数情况下也不提供Linux功能。它还必须在许多核心上很好地扩展,以便在5G RAN设备中使用。遗憾的是,大多数操作系统在每个核心的性能开始急剧下降之前只能扩展到四个核心。裸机环路可能能够提供所需的性能,并且应该可以扩展(假设它确实需要进行任何系统调用),但它缺乏适当操作系统所带来的灵活性,可移植性和可调试性。

这里没有灵丹妙药,但基于软件的Linux加速可能是最接近它的。从本质上讲,加速Linux解决方案允许时间关键和非时间关键功能共享同质多核SoC。在分区核心集上运行的实时执行程序为时间关键函数提供确定性运行时,Linux为具有宽松时序要求的函数提供运行时。通过将核心动态分配到实时和Linux域,它可以为具有不同实时要求的功能提供非常灵活的资源分配。

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