C-LAN

C-RAN
CRAN과 혼동하지 마십시오.

C-RAN(Cloud-RAN)[1][2][3]은 때로 중앙집중식-LAN(Centralized-RAN(Centralized-LAN(Cloud-RAN)은 셀룰러 네트워크를 위한 아키텍처다. 간단히 말해, C-LAN은 2G, 3G, 4G 및 미래의 무선 통신 표준을 지원하는 무선 액세스 네트워크를 위한 중앙집중식 클라우드 컴퓨팅 기반 아키텍처다. C-LAN 시스템의 주요 특징인 "Clean, centralized processing, Collaborative radio, real-time Cloud Radio Access Network"[4]에서 유래되었다.

배경

전통적인 셀룰러 또는 무선 액세스 네트워크(RAN)는 많은 독립형 기지국(BTS)으로 구성된다. 각 방탄소년단은 좁은 영역을 커버하는 반면, 그룹 방탄소년단은 연속 영역을 커버한다. 각 BTS는 모바일 단말기로 자체 신호를 처리, 전송하고, 데이터 페이로드(Payload)를 모바일 단말기와 백홀을 통해 코어 네트워크로 전달한다. 각 방탄소년단은 자체 냉각, 역류 운송, 백업 배터리, 모니터링 시스템 등을 갖추고 있다. 제한된 스펙트럼 자원 때문에, 네트워크 운영자는 서로 다른 기지국들 사이의 주파수를 '재이용'하며, 이것은 인접한 셀들 사이에 간섭을 일으킬 수 있다.

전통적인 셀룰러 아키텍처에는 몇 가지 한계가 있다. 우선 방탄소년단 한 명당 제작과 운영에 비용이 많이 든다. 무어의 법칙은 전기 시스템의 크기와 파워를 줄이는 데 도움을 주지만, 방탄소년단의 지원 시설도 그다지 개선되지 않고 있다. 둘째, 용량 향상을 위한 시스템에 방탄소년단이 더 많이 추가되면, 방탄소년단이 서로 더 가깝고 같은 주파수를 사용하는 경우가 많아져 방탄소년단의 간섭이 더욱 심해진다. 셋째, 사용자가 모바일이기 때문에 각 방탄소년단의 트래픽이 변동('티데 효과'라고 불리며, 그 결과 개별 방탄소년단의 평균 이용률이 상당히 낮은 것으로 나타났다. 그러나 이러한 처리자원은 다른 방탄소년단과 공유할 수 없다. 따라서 모든 BTS는 평균 트래픽이 아닌 최대 트래픽을 처리하도록 설계되어 있어 유휴시 처리자원과 전력 낭비가 발생한다.

기지국 건축의 진화

올인원 매크로 기지국

1G와 2G 셀룰러 네트워크에서 기지국은 일체형 아키텍처를 가지고 있었다. 아날로그, 디지털, 전력 기능은 냉장고처럼 큰 단일 캐비닛에 보관되었다. 일반적으로 기지국 캐비닛은 전원, 예비 배터리, 에어컨, 환경 감시 및 백홀 전송 장비와 같이 필요한 모든 지원 편의 장치와 함께 전용실에 배치되었다. RF 신호는 기지국 RF 유닛에 의해 생성되며, RF 케이블 쌍을 통해 기지국 타워 또는 기타 장착 지점 상단에 있는 안테나까지 전파된다. 이 일체형 아키텍처는 대부분 매크로 셀 배치에서 발견되었다.

분산 기지국

3G에는 에릭슨, 노키아, 화웨이 등 통신장비 선도업체가 분산 기지국 아키텍처를 도입했다. 이 구조에서 원격 무선 헤드(RRH)라고도 하는 무선 기능 유닛은 디지털 기능 유닛 또는 섬유에 의해 베이스밴드 유닛(BBU)과 분리된다. 디지털 베이스밴드 신호는 OBSAI(Open Base Station Architecture Initiative) 또는 CPRI(Common Public Radio Interface) 표준을 사용하여 광섬유를 통해 전달된다. RRH는 안테나에 가까운 타워 상단에 설치할 수 있어 RF신호가 기지국 캐비닛에서 타워 상단의 안테나까지 긴 케이블을 통해 이동해야 하는 기존 기지국에 비해 손실이 적다. 또한 RRH와 BBU 사이의 섬유 연결은 수 백 미터 또는 수 킬로미터 떨어진 곳에 배치할 수 있기 때문에 네트워크 계획과 배치에 있어 더 많은 유연성을 허용한다. 대부분의 현대 기지국들은 현재 이 분리된 건축물을 사용한다.

C-LAN/클라우드-LAN

C-LAN은 상기 분산 기지국 시스템의 구조적 진화로 볼 수 있다. 그것은 무선, 광학, IT 통신 시스템의 많은 기술적 진보를 이용한다. 예를 들어 최신 CPRI 표준, 저비용 조밀파장 분할 멀티플렉싱(CWDM/DWDM) 기술, mmWave 등을 사용해 장거리 베이스밴드 신호를 전송해 대규모 중앙집중형 기지국 배치를 달성한다. 최신 데이터 센터 네트워크 기술을 적용하여 BBU 풀에서 저비용, 고신뢰성, 저지연, 고대역 인터커넥트 네트워크를 허용한다. 클라우드 컴퓨팅에 뿌리를 둔 개방형 플랫폼과 실시간 가상화 기술을 활용하여 동적 공유 리소스 할당을 달성하고 멀티벤더 멀티 기술 환경을 지원한다.[5]

아키텍처 개요

C-LAN 아키텍처는 다른 셀룰러 아키텍처와 구별되는 다음과 같은 특성을 가지고 있다.

  1. 대규모 중앙 집중식 구축: 많은 RRH가 중앙 집중식 BBU 풀에 연결되도록 허용. 최대 거리는 4G(LTE/LTE-A) 시스템의 경우 섬유 링크에서 20km, 3G(WCDMA/TD-SCDMA) 및 2G(GSM/CDMA) 시스템의 경우 훨씬 더 긴 거리(40km~80km)가 될 수 있다.
  2. Collaborative Radio 기술에 대한 기본 지원: BBU는 매우 높은 대역폭(10Gbit/s 이상)과 낮은 지연 시간(10us 수준)으로 BBU 풀 내의 다른 BBU와 대화할 수 있다.[citation needed] 이것은 풀에 있는 BBU의 상호연결에 의해 활성화된다. 이것은 BBU 핫텔링 또는 기지국 핫텔링과는 큰 차이점 중 하나이다. 후자의 경우, 서로 다른 기지국의 BBU는 단순히 함께 쌓이고 그 사이에 물리적인 층의 조정이 가능하도록 직접적인 연계가 없다.
  3. 개방형 플랫폼을 기반으로 한 실시간 가상화 기능: 이는 소프트웨어와 하드웨어가 밀접하게 공급되고 단일 벤더에 의해 제공되는 독점 하드웨어에 구축된 기존의 기지국과는 다르다. 이와는 대조적으로, C-LAN BBU 풀은 x86/ARM CPU 기반 서버와 같은 오픈 하드웨어와 RRH로의 섬유 링크와 풀의 상호 연결을 처리하는 인터페이스 카드를 기반으로 구축된다. 실시간 가상화를 통해 네트워크 부하에 따라 다른 벤더의 4G/3G/2G 기능 모듈처럼 풀의 리소스를 기지국 소프트웨어 스택에 동적으로 할당할 수 있도록 보장한다. 그러나, 무선 통신 시스템의 엄격한 타이밍 요건을 충족시키기 위해, C-LAN의 실시간 성능은 10초 마이크로초 수준으로, 클라우드 컴퓨팅 환경에서 흔히 볼 수 있는 밀리초 레벨의 '실시간' 성능보다 2배 더 우수한 규모다.

유사한 아키텍처 및 시스템

대한민국의 통신사업자인 KT는 2011년과 2012년 3G(WCDMA/HSPA)와 4G(LTE/LTE-A) 네트워크에 클라우드 컴퓨팅센터(CCC) 시스템을 도입했다.[6] CCC의 개념은 기본적으로 C-LAN과 동일하다.

SK텔레콤도 2012년 이전까지 4G(LTE/LTE-A) 네트워크에 스마트 클라우드 액세스 네트워크(SCAN)와 어드밴스트-SCAN을 구축했다.[7]

2014년 에어바나(현 CommScope)[8]는 기업 및 공공 공간을 위해 설계된 C-RAN 기반의 소형 셀 시스템인 [9]OneCell을 도입했다.[10]

IMT2000 3GPP - 셀룰러 네트워크 진화에서 경쟁하는 아키텍처

올인원 방탄소년단

RAN의 비슷한 과제를 해결하는 주요 대안 솔루션 중 하나는 소규모의 올인원 아웃도어 방탄소년단이다. 반도체 산업의 성과에 힘입어 이제 RF, 베이스밴드 처리, MAC 처리, 패키지 레벨 처리 등 방탄소년단의 모든 기능을 <50리터>의 양으로 구현할 수 있게 됐다. 이는 시스템을 작고 내후성 있게 만들고, BTS 부지 선택과 시공의 난이도를 낮추고, 에어컨 요구사항이 없어져 운영비가 절감된다.

다만 각 방탄소년단이 여전히 독자적으로 작업하고 있기 때문에 이웃한 방탄소년단 간의 간섭을 줄이기 위해 협업 알고리즘을 선뜻 활용할 수는 없다. 또한 BTS 일체형 유닛이 주로 안테나 근처에 탑재되기 때문에 업그레이드나 수리가 상대적으로 어렵다. 보호가 덜 된 환경에서 처리 장치가 더 많다는 것은 RRU만 실외에 배치한 C-RAN에 비해 높은 고장률을 의미하기도 한다.

클라우드 RAN의 장점은 여러 무선 헤드 간 대기 시간이 매우 짧은 CoMP(Corified MultiPoint) 등 LTE-Advanced 기능을 구현할 수 있다는 점이다. 그러나 CoMP와 같은 개선의 경제적 효익은 일부 사업자의 백홀 비용 증가에 의해 부정될 수 있다.

스몰 셀

소형 셀과 C-LAN 사이의 주요 경쟁은 야외 핫스팟 커버리지와 실내 커버리지의 두 가지 배치 시나리오에서 발생한다.

학술연구 및 간행물

미래 셀룰러 네트워크 아키텍처의 유망한 진화의 길 중 하나로 C-RAN은 높은 학술적 연구 관심을 끌었다. 한편, C-RAN 아키텍처에 내장된 협력 무선 기능의 기본적 지원 때문에, Cooperative Multi-Point Transmissing/Receiving, Network Coding 등 셀룰러 네트워크에서 구현하기 어려웠던 많은 고급 알고리즘도 가능하게 한다.

2011년 10월 독일에서 Wireless World Research Forum 27이 개최되었는데, 이때 China Mobile은 C-RAN 프레젠테이션을 위해 초청되었다.

2012년 8월, IEEE C-LAN 2012 워크숍이 중국 쿤밍에서 개최되었다.

CRC Press는 "그린 커뮤니케이션: 이론적 기초, 알고리즘 및 응용 프로그램"이며, 11번째 장으로 "C-LAN: A Green RAN Framework"[11]가 있다.

2012년 12월, IEEE GlobalCom 2012 컨퍼런스, 클라우드 기반 스테이션 및 대규모 협력 커뮤니케이션에 관한 국제 워크숍이 미국 캘리포니아에서 개최되었다.

유럽 위원회 프레임 프로젝트 7은 후원자를 보유하고 있으며 현재 셀룰러 네트워크 아키텍처 진화와 관련된 많은 문제를 다루고 있다. 이러한 프로젝트들 중 많은 수가 모바일 클라우드 네트워크[12] 프로젝트와 같은 미래의 셀룰러 네트워크 아키텍처 중 하나로 C-LAN을 채택했다.

참조

  1. ^ China Mobile Research Institute. "the 1st C-RAN International Workshop". Archived from the original on 26 April 2010. Retrieved 21 April 2010.
  2. ^ US Pat. Appl. 60286850 (filed 04-26-2001) "Carrier Interferometry를 사용하여 다중 반송파 신호를 처리하는 방법 및 장비"
  3. ^ Shattil, Steve (2002-04-24), US 7430257: Multicarrier sub-layer for direct sequence channel and multiple-access coding
  4. ^ China Mobile Research Institute (2011). C-RAN: The Road Toward Green RAN (PDF). K.Chen et al. Archived from the original (PDF) on 2013-12-31. Retrieved 2013-12-31.
  5. ^ Pompili, Dario; Hajisami, Abolfazl; Viswanathan, Hariharasudhan (2015). "Dynamic Provisioning and Allocation in Cloud Radio Access Networks (C-RANs)". Ad Hoc Networks. 30: 128–143. doi:10.1016/j.adhoc.2015.02.006.
  6. ^ Korean Telecom. "Korea Telecom plans world's first commercial Cloud-RAN". Archived from the original on 2012-12-16. Retrieved 31 December 2012.
  7. ^ SK Telecom. "World's First Application of Advanced-SCAN". Archived from the original on 2013-12-15. Retrieved 2013-12-12.
  8. ^ http://www.commscope.com/Solutions/Indoor-Small-Cells-and-C-RAN/
  9. ^ http://www.commscope.com/Solutions/OneCell-C-RAN-Small-Cell-System/
  10. ^ Jones, Dan. "Airvana Is Back With a 'Cloud RAN' 4G Biz Cell". Light Reading. Retrieved 19 June 2015.
  11. ^ Green Communications: Theoretical Fundamentals, Algorithms and Applications. CRC Press. 2012. p. 840.
  12. ^ "Mobile Cloud Network".

외부 링크