В последнее время интерес к мобильным сетям заметно вырос. На мой взгляд, это связано с повсеместным использованием этих сетей, а также со значительными архитектурными и технологическими изменениями последних лет, которые открывают новые области применения: возможность подключения по сети LTE устройств с низким энергопотреблением (CIOT — сотовый интернет вещей), появление пятого поколения мобильной связи (5G), активное использование технологий виртуализации в мобильных сетях, внедрение частных сетей LTE/5G, рост числа виртуальных операторов. В рамках этой статьи коротко обсудим пять главных тем 2021 года.
- Децентрализация мобильной сети
Объем мобильного трафика постоянно растет. Традиционный подход построения сети с централизацией шлюзов обработки трафика (SPGW/GGSN) уходит в прошлое, в новых проектах операторы уже используют или планируют использовать архитектуру построения ядра сети с разделением на функции управления и обработки трафика (СUPS — control user plane separation) , описанную спецификациями 3GPP R14 в 2017 году (www.3gpp.org/cups).
При использовании такой архитектуры оператор размещает функцию управления (SPGW-C) на центральном сайте, а функции обработки трафика (SPGW-U) не только на центральном, но и на региональных сайтах, т.е. ближе к абонентам. Это уменьшает задержки, что улучшает качество сервиса, а также снижает затраты на транспортную сеть оператора, так как большие объемы трафика уже не нужно передавать на центральный сайт. Разделение шлюза на две функции и использование новых технологий обработки трафика при реализации SPGW-U позволяет обеспечить более высокую производительность.
- Использование облачных технологий
Сети операторов связи, включая функции обработки трафика (SPGW/GGSN), уже много лет реализованы в виде программного обеспечения, работающего в виртуальных машинах. Для управления виртуальной инфраструктурой операторы часто выбирают решение Openstack. Программное обеспечение, разработанное с использованием облачных технологий (Container, Kubernetes), является более перспективным. Сегодня использование производителем облачных технологий при запуске 5G, а также в новых проектах на существующей сети является обязательным требованием большинства операторов связи.
- Частные сети
Технологии LTE/5G обеспечивают хорошее покрытие, качество сервиса, мобильность, высокие скорости передачи данных, низкие задержки, подходят для пакетных и голосовых услуг, подключения устройств. Использование частной сети даёт дополнительные преимущества, такие как повышение безопасности за счет изолированности сети, снижение задержек при передаче данных, возможность использования на удаленном объекте с ограниченным каналом связи. Крупные компании уже используют частные сети, построенные на основе технологии LTE.
В стандарт 5G заложены значительные функциональные и архитектурные улучшения такие как работа в нелицензионном диапазоне, поддержка “Time Sensitive Networking” и “5G LAN-type Service”, обеспечение низких задержек, сетевой слайсинг и другие , что делает пятое поколение еще более привлекательными для использования в частных сетях. Сегодня все больше и больше компаний внедряют либо тестируют частные сети. В новых проектах, в основном, используется решения на основе 5G.
- 5G SA
Спецификации 3GPP (www.3gpp.org/release-15) описывают два варианта архитектуры 5G. В 5G NSA (non-standalone) базовые станции LTE и 5G подключаются к существующему ядру сети LTE. Такой вариант проще, быстрее и дешевле реализовать за счет переиспользования существующей инфраструктуры.
В варианте 5G SA (Standalone) вся сеть состоит из новых сетевых функций 5G, т.е. требуется строительство новой инфраструктуры. Стоит отметить , что все преимущества нового поколения мобильной связи доступны именно в этой архитектуре.
В мире запущено почти две сотни сетей 5G, большая часть которых работает по архитектуре NSA. Сегодня подготовка сети и запуск 5G SA является задачей наивысшего приоритета для всех операторов связи.
- Open RAN
На протяжении многих лет архитектура радиоподсистемы не меняется и представляет собой моновендорное решение, состоящие из радиомодулей и системного модуля , соединенных по интерфейсу CPRI. Open RAN (www.o-ran.org/) – это совершенно новая архитектура, основанная на открытых интерфейсах и виртуализации, преимуществом которой является снижение стоимости инфраструктуры. В базовой станции, построенной по принципу Open RAN, сетевые функции DU (distributed unit) и CU (centralized unit) выполнены в виде программного обеспечения, которое работает в виртуальной машине, или в виде контейнеров на серверах, а за счет использования открытых интерфейсов между RU (radio unit), DU и CU базовая станция может включать компоненты от разных производителей.
Стоит отметить сложности реализации новой архитектуры: требуется построение компактных граничных ЦОД-ов для размещения сетевых функций DU и CU, сложность реализации виртуализированного DU, так как на нем выполняются ресурсоемкие процессы, необходимость обеспечить низкие задержки на транспортной сети (Fronthaul) между RU и DU.
В мире запущено несколько сетей с использованием архитектуры Open RAN, и многие операторы тестируют и рассматривают эту архитектуру для строительства сетей 5G и в новых проектах LTE.
