Technologia 5GZabójca czy Przyjaciel?

SON Evolution dla sieci komórkowych 5G



Wprowadzenie

SON (Self-Organizing Networks) został pierwotnie pomyślany jako zestaw wbudowanych funkcji zapewniających, że dzięki 3GPP Release 8, Long-Term Term Evolution (LTE) będzie dostarczany możliwie jak najbardziej efektywnie pod względem kosztów w zakresie wdrażania, obsługi i konserwacji . Innymi słowy, system LTE został zaprojektowany z zestawem funkcji "samoorganizacji", dzięki czemu powstała sieć wymagała minimalnej interwencji człowieka, aby zminimalizować wydatki operacyjne. Koncepcja zrodziła się z bardzo realnej potrzeby ograniczenia kosztów wdrożenia, eksploatacji i utrzymania LTE, zwłaszcza gdy musi współistnieć z już złożonym ekosystemem systemów radiowych obsługiwanych przez różnych operatorów (w tym Global System for Mobile Communications (GSM) oraz starsze sieci Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)). Przewidywano, że dzięki SON typowy operator będzie w stanie dodać LTE bez konieczności rozbudowy swojego personelu operacyjnego podczas zarządzania istniejącymi dotychczasowymi sieciami dostępu radiowego (RAN). W erze 5G Mobile małe komórki i techniki grupowania powinny być normalnymi przypadkami referencyjnymi. W tym ewoluującym krajobrazie opartym na małych komórkach, algorytmy SON do automatycznej interferencji i kontroli równoważenia obciążenia są niezbędne, ale muszą działać znacznie szybciej w zakresie wykrywania sieci, sprawdzania kondycji sieci, przetwarzania algorytmów i dostosowania sieci niż w 4G ze względu na wyższe oczekiwania dotyczące jakości doświadczenia (QoE) w 5G. Ostatecznie, dla 5G, istnieje zapotrzebowanie na bardziej zdecentralizowane podejście do gromadzenia i zarządzania informacjami SON na poziomie Cluster i Int er-Cluster, aby algorytmy SON działały lokalnie i terminowo, wspierając 5G QoE. Wraz z pojawieniem się 5G i pojęcia małych sieci opartych na klastrach pojawiły się nowe możliwości, które wcześniej nie były możliwe w 4G. W miarę jak sieć staje się bardziej zdecentralizowana w 5G, perspektywa prowadzenia algorytmów SON z perspektywy urządzenia / użytkownika staje się możliwa, dostosowując zachowanie sieci do wymagań kontekstów użytkownika i żądań treści. Dla SON oznacza to, że informacje o urządzeniu obejmujące radio, sieć, kontekst / profil użytkownika i żądania treści będą w stanie sterować zachowaniem każdego klastra małych komórek; gdzie zachowanie sieci jest dostosowywane, gdy obsługiwane serwery poruszają się w obrębie klastrów i między nimi, zgodnie z ich zmianami zapotrzebowania. Takie podejście jest bardziej stosowne i szybsze niż tradycyjne podejście do SON za pomocą zarządzania konfiguracją (CM) i zarządzania wydajnością (PM) oraz okazjonalnie zarządzanie błędami (FM), z których wszystkie muszą być znacząco przetworzone i dostosowane do wdrożeń wielu dostawców lub znacząco skonsolidowane i zinterpretowane w przypadku informacji śledzenia, w celu uzyskania wartości SON. Również informacje optymalizacyjne pochodzące z urządzeń działających w tym rozwiniętym krajobrazie 5G mogą być wykorzystywane nie tylko do optymalizacji sieci 5G, ale także do napędzania urządzeń aby dostosować się do warunków sieciowych w sposób bardziej terminowy i pół-autonomiczny, w którym część optymalizacji sieci LTE jest faktycznie wykonywana przez same urządzenia. Wreszcie, istnieją możliwości dla małych sieci 5G, ze względu na ich dostosowany lokalny projekt, do przekazywania informacji o sieci, takich jak "gdzie idę" i "co mój użytkownik będzie chciał robić dalej", co jest początkiem wejście wymagane dla sieci SON, aby uczynić je wyprzedzającymi w odpowiedzi na potrzeby urządzenia. Jednak, aby zrozumieć wyzwania i wymagania dla 5G SON, najpierw musimy docenić dziedzictwo SON i odkryć, gdzie wszystko się zaczęło; co prowadzi nas do następnej części.

SON w UMTS i LTE

Do głównych komponentów SON należą:

Self-Configuration: Podczas dodawania nowego elementu do RAN, konfiguracja własna zapewnia funkcjonalność plug-and-play dla wdrożeń stacji bazowej i automatyczne planowanie oparte na parametrach radiowych. Po zainstalowaniu komórki sieć automatycznie ją wykrywa i rejestruje to w sieci. Komórka pobiera parametry konfiguracyjne i oprogramowanie, aby ustanowić łączność i działać. Gdy komórka jest aktywna, sąsiadujące komórki dostosowują swoje parametry zgodnie z potrzebami, aby zoptymalizować lokalną wydajność RAN. Samooptymalizacja: Podczas bieżącej pracy w sieci funkcje samooptymalizacji dostosowują sieć ustawienia w odpowiedzi na warunki sieciowe w czasie rzeczywistym lub zapotrzebowanie na ruch w celu optymalizacji wydajności. Funkcja samooptymalizacji obejmuje:

•  Optymalizacja listy sąsiadujących komórek do precyzyjnej regulacji RAN;
•  Ograniczanie zakłóceń między warstwami sieci;
•  Równoważenie obciążenia w celu optymalizacji przydziału ruchu do określonych elementów RAN;
•  Oszczędność energii dzięki selektywnemu włączaniu i wyłączaniu elementów RAN na podstawie obciążenia ruchem.

Samoleczenie: W odpowiedzi na awarię RAN lub awarię, samoleczenie umożliwia płynną kompensację sieci poprzez automatyczną zmianę ustawień aktywnych elementów. Wymagania SON w 3GPP zostały opracowane w celu zminimalizowania kosztów i złożoności i zostały oparte na priorytetowym zestawie algorytmów. 3GPP zdefiniowało trzy podejścia architektoniczne. Rozproszony SON (D-SON) definiuje podejście, gdy funkcjonalność SON jest wdrażana w stacji bazowej (BS), podczas gdy scentralizowany SON (C-SON) definiuje podejście, gdy funkcjonalność SON jest wdrażana na poziomie kontrolera sieciowego lub w jakimś systemie wsparcia operacyjnego (OSS) ) powyżej tego poziomu.

D-SON jest najlepiej przystosowany do przypadków użycia SON, które wymagają szybkiego cyklu automatyzacji i mogą pomieścić stosunkowo niewielki zasięg geograficzny, podczas gdy C-SON to lepsze podejście do automatyzacji konfiguracji i algorytmów, takich jak optymalizacja pokrycia i pojemności gdzie wymagany jest większy zasięg geograficzny i akceptowalny jest wolniejszy cykl automatyzacji. trzecia koncepcja architektury SON, Hybrid SON (H-SON), łączy najlepsze cechy D-SON i C-SON, wykorzystując interfejs Northbound (Itf-N) między algorytmami D-SON i OSS i obsługuje oba typy algorytmów zsynchronizowanych w scentralizowanej lokalizacji. W tych podejściach architektonicznych zdefiniowano również trzy grupy przypadków użycia algorytmów. Od czasu wydania TS32.500, 3GPP widział kolejne funkcje SON dodane, głównie fragmentarycznie, do standardów, w następujący sposób: Wersja 8 dotyczyła koncepcji SON, eNB Self-Configuration i Automatic Neighbor Relations

•  Automatic Neighbor Relations (ANR), automatycznie zarządzający najlepszym zestawem sąsiadów dla każdej komórki w czasie.
•  Automatyczne przypisywanie identyfikatora komórki fizycznej (PCI), automatyczne przypisywanie i optymalizowanie planu PCI dla komórek LTE.
•  Automatyczna inwentaryzacja, automatycznie umożliwiająca dodawanie nowych urządzeń do aktualizacji zapasów operatora.
•  Automatyczne pobieranie oprogramowania. Wersja 9 dotyczyła procedur optymalizacji sieci zdefiniowanych w przypadkach użycia SON
•  Mobility Robustness and HO Optimization (MRO), automatycznie wykrywające mobilność i wydajność przełączania oraz odpowiednio dostosowując parametry sterowania, aby zoptymalizować relacje z sąsiadami w celu prawidłowego działania i zminimalizować występowanie wczesnych, późnych lub nieprawidłowych przekazy.
•  RACH Optimization (RO), optymalizacja parametrów kanału dostępu losowego (RACH) dla szybkiej i niezawodnej operacji RACH.
•  Optymalizacja równoważenia obciążenia (LBO), automatycznie wykrywające obciążenie prądowe o częstotliwości radiowej (RF) na nośnik i dostosowujące odciążenie, wyzwalając parametry, aby odpowiednio wyważyć komórkę ruchu do komórki, aby zredukować hotspoty i tam, gdzie to możliwe, zwiększyć wykorzystanie mniej ruchliwych sąsiadów lub zamknięcie innej komórki. Zwykle obejmuje to dostosowanie parametrów histerezy, parametrów zasobów itp.
•  Koordynacja interferencji międzykomórkowych (ICIC), wykrywanie interferencji międzykomórkowej i regulacja mocy, przesunięć kanałów i parametrów anteny w celu ograniczenia efektów interferencji, takich jak rozszerzenie zakresu komórek (CRE) użytego do zastosowania przesunięcia odchylenia w celu faworyzowania odciążenia małych komórek z makra.
•  Badanie na Home eNodeB SON (TR32.821).
•  Samoleczenie (TR32.823). Wersja 10 zawierała Overlaid Networks (odniesienia do aktualizacji standardów do różnych specyfikacji 36.x, np. TS36.331)
•  Optymalizacja pokrycia i pojemności (CCO), połączenie wcześniejszych algorytmów pokrycia i pojemności, aby zrównoważyć oba aspekty działania w celu uzyskania bardziej holistycznego podejścia do optymalizacji usług.
•  Rozszerzony ICIC (eCIC) (na aktualizacje do różnych specyfikacji 36.x, np. TS36.331), przyjął podejście "prawie puste" (ABS), aby oznaczyć zasoby komórek makr jako użyteczne dla małych komórek, gdy makro jest lekko ładowane.
•  Wykrywanie i kompensacja przestojów komórek (CoD / C), zdolność do wykrywania przerw w działaniu komórek i uśpienia komórek oraz dostosowywania sąsiednich komórek w celu skompensowania tych wyłączeń, jeśli to możliwe, poprzez dostosowanie parametrów mocy i anteny nie dotkniętych komórek i dostosowanie do sąsiada listy komórek z listami nr zawierającymi dotknięte komórki.
•  Minimalizowanie testów napędu (MDT), zestawianie i wyprowadzanie wydajności systemu RF za pomocą informacji z raportu pomiarowego gromadzonych przez sieć, a nie autonomicznego systemu testowania napędu (TS37.320).
•  Zarządzanie polityką SON (TS32.521 i TS32.522).
•  Definicja samoleczenia SON (TS32.541).
•  Wprowadzono badanie oszczędności energii (TR32.826).

Wersja 11 dotyczyła sieci heterogenicznych (aktualizacje specyfikacji CM i PM w 32 seriach)

•  Zautomatyzowane zarządzanie siecią.
•  Rozwiązywanie problemów.
•  Wielowarstwowa technologia dostępu radiowego (RAT) Het-Nets, regulacja parametrów przekazywania komórek, aw szczególności parametrów przekazywania Inter RAT (IRAT) do zarządzania sterowaniem ruchem wielowarstwowym i multi-RAT w celu optymalizacji całościowej warstwy multi-RAN i wydajność multi-RAT prezentowana UE, na przykład dla MRO (aktualizacje specyfikacji radiowych serii 25 i 36).
•  Aktualizacje oszczędzania energii (aktualizacje specyfikacji radiowych serii 25 i 36). Wersja 12 Sieci samoorganizujące się (SON) - aspekty OAM
•  Zwiększona wydajność operacyjna (integracja OPE: Trace, PM i Network Resource Models (NRM)).
•  Ulepszone scentralizowane zarządzanie zasięgiem i optymalizacja wydajności (NMCCO) (TR32.836).
•  Połączenie eNB wielu dostawców z siecią (MUPPET) Badania nad następną generacją SON dla UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Terrestrial Radio Access i LTE (aktualizacje wymagań SON TS32.501 i przepływy P&C wielu dostawców TS32.508 i TS32.509, formaty danych).
•  Zidentyfikuj ulepszenia SON i nowe funkcje potrzebne do wdrożeń opartych na aktywnych antenach i oceń korzyści i wpływ zidentyfikowanych rozwiązań.
•  W przypadku małych komórek przed-Rel-12 (TR37.822, SON następnej generacji):
- Zidentyfikuj wszelkie luki między istniejącymi SON a dalszymi ulepszeniami potrzebnymi specjalnie dla małych komórek.
- Zmniejsz wysiłki związane z planowaniem sieci dla małych komórek.
- Zwiększenie wysiłków związanych z optymalizacją sieci, w tym aspektów takich jak odporność na mobilność i równoważenie obciążenia.
- LTE-HRPD (High Rate Packet Data in 3GPP2) SON RAT.
- Udoskonalenia operacji, administracji i zarządzania (OAM) aspektów funkcji SON Load Mobility Load Balancing (LB).
- Wydajność energetyczna Dodatki do monitorowania napędów Algorytmy oszczędzania energii (ES) TS32.314 (S1-AP) TS32425 (PM).

Dwie grupy robocze wniosły wkład badawczy do tej fazy rozwoju SON w 3GPP, a mianowicie Socrates do pracy wykonanej dla Rel-8 do Rel-11, oraz Semafour, który do tej pory dostarczał głównie dane do SON Rel-12 i Next Generation. Niektóre z kluczowych algorytmów SON
- ANR, MRO i CCO - zostały zademonstrowane dla UMTS jako rozwiązania rozproszone i scentralizowane. Systemy UMTS / LTE, SON Self-Optimization (SO)

Jeśli chodzi o regulację optymalizacji sieci, systemy SON mogą zazwyczaj dostosowywać listy sąsiadów, parametry sąsiadów (histereza w różnych trybach), ustawienia RACH, moc, moce odniesienia, wysokość anteny i azymut oraz zasoby zbiorcze, takie jak elementy kanału, szybki pakiet dostępu ( HSPA) Kody i bloki zasobów fizycznych (PRB). Wszystkie kluczowe algorytmy SON zostały z powodzeniem wdrożone przez większość kluczowych dostawców stacji bazowych dla rozwiązań LTE jako D-SON: optymalizacja ANR, PCI, MRO i RACH (RACH). Kilku dostawców usług oprogramowania opracowało również rozwiązania SON Centralized LTE (C-SON) i frameworks. Modernizacja SON do UMTS okazała się jednak bardziej problematyczna, ponieważ OSS i protokoły nie zostały zaprojektowane z myślą o SON, z powrotem w 3GPP Rel-4 do Rel-7 etapów ewolucji. Algorytmy CCO i Mobility Load Balancing (MLB) są ulubionymi algorytmami rozwiązania C-SON, ponieważ wymagają więcej informacji o zasięgu komórki do działania, co jest łatwiej dostępne ponad poziom eNodeB. Innym obszarem, w którym zauważalne jest pobieranie SON, jest konfiguracja własna, czyli SC, stacji bazowych. Ma to kluczowe znaczenie dla wdrożeń makr LTE, gdzie umiejętności personelu są ograniczone w tej stosunkowo nowej technologii i mają kluczowe znaczenie dla znaczącego i rosnącego rynku małych komórek zarówno dla LTE, jak i UMTS. W przypadku tych bardzo tanich stacji bazowych nie tylko brakuje personelu, ale stacji bazowej, która kosztuje mniej niż pół godziny dowolnego członka personelu operacyjnego czas nie jest opłacalny robić cokolwiek innego. Tutaj SC-SON jest niezbędny i został powszechnie przyjęty w sposób zgodny ze standardami. Aby wesprzeć wprowadzenie SON, 3GPP zdefiniował architekturę, dzięki której scentralizowany algorytm mógłby zostać poinformowany o parametrach granicznych algorytmu rozproszonego i jego dostosowaniu poprzez dodatki do interfejsu północnego z systemu Operations and Maintenance Center (OMC), zwanego Itf -N, aby wspierać standardowe rozwiązania H-SON. Interfejsowe punkty odniesienia (IRP) w tym interfejsie i powiązanych usługach informacyjnych (IS) zostały zdefiniowane dla polityki SON i niektórych konkretnych algorytmów, takich jak ANR, MRO i CCO. Rozwiązania hybrydowe były postrzegane przez niektóre z wczesnych badań jako najlepsze implementacje przypadków i idealne metody łączenia kilku algorytmów SON razem w holistycznym rozwiązaniu SON dla sieci. Socrates zaproponował kilka ram integracji, a zdefiniowana przez 3GPP polityka SON Itf-N w dużej mierze opiera się na pracach tego projektu w tej dziedzinie. IRP SON Itf-N są idealnym sposobem na włączenie rozwiązania H-SON, tak aby operator mógł połączyć i dopasować portfolio rozproszonych i scentralizowanych algorytmów SON. Z wybranego zestawu dostawców rozwiązań programowych i dostawców sprzętu, potencjalnie z ich własnymi projektami algorytmów. Jednak podczas gdy producenci sprzętu wspierali definicję tych interfejsów z operatorami i pracownikami naukowymi, nie otworzyli Itf-N i rzadko zdają sobie sprawę z ponad 50% zgodności standardów OSS w swoich elementach sieciowych i ofertach OSS. Rozwiązania SON Hybrid były więc trudne do wdrożenia i jeszcze bardziej wdrożone przez wielu dostawców. Jest to sprzeczne z naturalnymi atutami każdej firmy, która indywidualnie niezmiennie lepiej radzi sobie z niektórymi aspektami nowej technologii niż inne. To nieco ograniczyło potencjalny rynek SON. Kolejnymi ograniczeniami dla dotychczasowej ewolucji SON była konieczność przechowywania dużych ilości danych i przekształcania ich wiele razy, aby uzyskać pewną spójność wśród dostawców dla każdego algorytmu SON, na którym działał. Wynika to z faktu, że typowe dane źródłowe dotyczące śladów, CM i PM nie są szczególnie podzielone na segmenty ani dobrze ustrukturyzowane pliki. Wymusiło to kosztowne wdrożenie i orkiestrację bardzo dużych baz danych, które muszą obsługiwać zarówno zakres hurtowni danych na dużą skalę, jak i częstotliwość transakcji o wysokiej szybkości, aby ułatwić użyteczną wydajność SON. W związku z tym, chociaż wdrożenie UMTS i LTE SON było dość powszechne, nie zostało ono tak szeroko i otwarcie wdrożone, jak przewidywały i przewidywały standardy. Jednym z wniosków z doświadczenia UMTS i LTE SON jest to, że algorytmy SON zapewniają wartość zarządzania kosztami życia sieci, ale bez otwartych, dobrze zdefiniowanych informacji o sieci hosta, postęp nie jest tak szybki, jak mógłby być.

Potrzeba SON w 5G

Przyszłe trendy użytkowania w ciągu następnych 10+ lat obejmują dodanie bardziej chmury obliczeniowej, automatyzację domu / samochodu i dalszy rozwój dostarczania treści medialnych online, a nie naziemną transmisję radiową i tak dalej. Tak więc wzrost wykorzystania prawdopodobnie zwiększy popyt na większą liczbę połączeń i większą ilość danych przy niższych opóźnieniach usług i szybszym dostarczaniu treści. Aby zwiększyć pojemność i / lub doświadczenie użytkowania, 5G ma trzy wymiary radiowe, które może rozwinąć, więcej dostępnego widma, wyższe poziomy ponownego wykorzystania komórek (zagęszczanie) i ulepszoną wydajność widmową oraz zarządzanie zasobami radiowymi. Istnieją pewne ulepszenia w projektowaniu modemu / modulacji, ale są one już prawie optymalne w LTE. Co więcej, system 5G, z perspektywy holistycznej, będzie wymagał lepszej integracji systemu radiowego w synergii z siecią dosyłową i powiązanymi treściami internetowymi i serwerami aplikacji. Udostępnienie 5G w taki sposób, aby użytkownicy rzeczywiście czuli, że są bezproblemowo podłączeni do zawsze dostępnego i pozornie nieograniczonego kanału do Internetu w dowolnym momencie, z dowolnego miejsca, opiera się nie tylko na dostępnych podstawowych funkcjach blokowych, ale także na tym, że można je teraz montować, monitorować i zarządzać w sposób dynamiczny i optymalny. Z samą mnogością opcji połączeń i konfiguracji, które mogą być dostępne na etapie 5G, SON nie jest już dobrym mechanizmem oszczędzania kosztów (jak w LTE), ale teraz musi być obowiązkowy; blok wiążący oprogramowanie, który jest niezbędny do dynamicznego rozpoznawania i dostosowywania sieci w miarę jej rozwoju, aby zapewnić bezproblemowe doświadczenie celowany przez 5G w sposób autonomiczny. Aby to zrobić, oprócz propagowania funkcji, które SON już zdefiniował w starszych generacjach mobilnych w stosunku do 5G, oraz włączenia nowych funkcji do sterowania nowymi funkcjami 5G RAN, istnieją architektoniczne problemy SON dla 5G, które wymagają szczególnej uwagi. Przy potencjalnie znacznie bardziej agresywnym ponownym użyciu komórki w 5G, będzie o wiele więcej małych komórek i prawdopodobnie będą one wielousługowe z potencjalnie jednoczesnymi możliwościami 5G, LTE, WiFi i mmWave na pokładzie. Aby sprostać ewoluującemu krajobrazowi holistycznej komunikacji bezkolizyjnej 5G, nieuchronnie wymaga się wyższego stopnia złożoności systemu SON z większą ilością źródeł danych, które mają być skoordynowane i rzędu wielkości komórek, aby je zoptymalizować w sposób skoordynowany, w postaci małe komórki. Do czasu LTE małe komórki były prawie wyłącznie rozmieszczane jako hotspoty w granicach istniejących komórek. Przewiduje się, że w przypadku 5G całe warstwy małych komórek zostaną rozmieszczone. Sposób, w jaki te małe komórki mają być eksploatowane, nie jest jeszcze szczegółowy, ale istnieją opcje dotyczące ich uwzględnienia. Albo warstwa małych komórek może być traktowana jako grupa pojedynczych komórek sąsiadujących z makro, albo mogą być traktowane zbiorczo jako pojedyncza wirtualna komórka makra przez inne makrokomórki. Rozważenie obszaru pokrycia zapewnionego przez klaster małych komórek jako jednej "wirtualnej komórki makro" oznacza, że proces przekazywania jest zarządzany w sposób zbiorowy, który jest możliwy tylko wtedy, gdy małe komórki są połączone ze sobą za pomocą czegoś w rodzaju systemu Virtual SON, gdzie wszystkie małe komórki obsługują instancję SON i łączą się, aby zaprezentować światu zewnętrznemu jako klaster. To znacznie upraszcza problemy graniczne małych komórek / makrokomórek, które występują przy czystym wypełnianiu małych komórek. Możliwości w klastrze małych komórek istnieją w celu zwiększenia równoważenia obciążenia między technologiami, ponieważ sprzęt RAT bezprzewodowy / mobilny jest kolokowany w małej komórce, a ulepszanie małych komórek w celu wymiany WiFi, a także informacji o przepustowości mobilnej i zasięgu umożliwi lepszą kontrolę sterowania ruchem i oszczędność energii. Także wtedy, gdy istnieją warstwy przylegania małe komórki, a następnie przekazanie między klastrem małych komórek Komórka krawędzi będzie taka, jaka jest dzisiaj, ale przekazanie między komórkami, które nie znajdują się na granicy klastra, będzie mogło odbyć się bez ograniczeń sąsiedniego makra (tj. z podobnym zasilać sąsiednie komórki). Jeśli chodzi o łagodzenie zakłóceń, jeśli małe komórki są włączone z podobnym powiadomieniem o użyciu ramek, ponieważ prawie puste ramki pomocnicze (ABS) są dziś ogłaszane z witryn makr, to algorytmy SON przeznaczone do obsługi granic makro / małych komórek mogą być ponownie - stosowane do powiadamiania się nawzajem o niskich możliwościach interferencji, w 5G w klastrze małych komórek. Podobnie, jeśli dynamiczna alokacja widma jest dozwolona dla połączonej małej komórki RAT, to poprzez monitorowanie zapotrzebowania mobilnego w sieci bezprzewodowej i mobilnej na małą komórkę z wieloma nośnikami, wtedy można przełączyć nośniki na zapotrzebowanie punkt wyjścia klastra i statystyki PM ruchu wstecznego. Jeśli połączymy to podejście w synergii z funkcją SON, która jest w stanie komunikować się z routerami (kontrola routera jest realizowana na Platformie NFV), a następnie, gdy port wyjściowy klastra jest przeciążony, możemy poprosić kontroler routera o przydzielenie lub powiadomienie swojego kierownictwa o dynamicznym żądaniu większej ilości zasobów jako alternatywnego rozwiązania przeciążenia. Znajomość typu komórki źródłowej i priorytetu ruchu ze statystyk wydajności BS po zestawieniu w klastrze komórek mogłaby kształtować ruch zgodnie z potrzebami w dostępnym transporcie wstecznym i wpływać na dynamiczne ustawienia sieci dosyłowej poprzez połączenie z kontrolkami NFV.

Ewolucja w kierunku HetNets Dominujących Małych Komórek

Obecnie trwa już kilka programów badawczych dla przyszłych systemów SON. Semafour / 3GPP (patrz wcześniej) wykonał wiele prac przygotowawczych w zakresie zaproponowania wymagań dla SON nowej generacji, a niektóre projekty już eksperymentują ze sposobami, aby dostać się do "Universal Heterogeneous SON". Wszystkie obecne oferty SON dostarczają jakiejś formy ANR i PCI, a wiodący dostawcy sprzętu drobnokomórkowego, tacy jak Huawei (SONmaster), Qualcomm (Ultrason) i Cisco (QuantumSON), udostępniają różne oferty małych komórek z multi-RAT. (UMTS, LTE i WiFi) możliwości. Wszystkie te oferty obsługują systemy D-SON do kontroli własnej mocy, z pewną koordynacją C-SON dla ICIC (ABS, CRE), i zalecają pewien stopień ortogonalności łącza w górę między małą komórką a makrokomórką. Wszyscy ci dostawcy stosują znormalizowane parametry sterowania dla wspomnianych funkcji SON dostosowanych do małych komórek. Jednak Cisco i inni komentują, że SON będzie działać dobrze tylko wtedy, gdy każda rozpatrywana komórka zostanie dostosowana do wiedzy, nie tylko ze strony sąsiadujących sąsiadów, ale również dzięki skoordynowanej optymalizacji całościowego środowiska każdej komórki. W typowym środowisku wielu małych producentów oznacza to, że każda instancja SON musi być zasilana powszechnie uporządkowanym zestawem danych źródłowych i kontrolowana wspólnym zestawem danych konfiguracyjnych. Jednak wsparcie wielu dostawców jest zwykle proponowane jako pewna forma funkcjonalności "współdziałania" lub "bramy". Jest to zbyt powolne i uciążliwe dla małej komórki o rozmiarze 5G, w której rośnie liczba parametrów starszych systemów, a także trzeba dodać potencjalnie inny interfejs radiowy dla samego 5G. Niektóre proponowane ulepszenia małych komórek następnej generacji to w zasadzie tylko nieznaczne ulepszenia już zdefiniowanych algorytmów, ale o ulepszonych możliwościach koordynacji i orkiestracji, ale jeśli standardy źródłowe i konfiguracyjne byłyby rzeczywiście zgodne z usługami informacyjnymi i formatami już opisanymi w standardach, to multi- problem koordynacji dostawców byłby znacznie zmniejszony. Jednak takie podejście wymaga nie tylko znacznie lepszej zgodności usług informacyjnych i formatów wśród dostawców 5G, ale także bardziej rozproszonego podejścia architektonicznego do orkiestracji, które jest obecnie bardzo scentralizowane hierarchicznie i tak trudne do skalowania. Ponadto wymagane jest bardziej zlokalizowane podejście klastrowe do SON małych komórek z peeringiem klastra, jak wspomniano wcześniej. Jakakolwiek forma wirtualizacji / dystrybucji SON nie jest jeszcze w standardach, ale prawdopodobnie dobrze wykorzysta podejście zastosowane do zmieniających się standardów, takich jak SDN / NFV. Niektórzy operatorzy już stosują to podejście, na przykład podejście Qualcomm "Neighborhood SON" i Cisco "Gateway PCI" do zarządzania grupą małych komórek, ale te techniki są nadal zastrzeżone i idealnie powinny ewoluować w kierunku wielu dostawców standardowe podejście do ewolucji 5G. W Korei Korea Telecom wykazała już, że wirtualizacja jest nie tylko wykonalna, ale bardzo skuteczna dla LTE w celu zmniejszenia zapotrzebowania na zabezpieczenia protokołu internetowego (IPsec), poprawy wydajności X2, zmniejszenia wymagań S1 i bardziej efektywnego koordynowania wielu punktów (CoMP). Obecnie ci dostawcy działają w oparciu o niektóre zasadniczo nieidealne założenia w dotychczasowych systemach, takich jak dedykowanie widma małym komórkom (ogranicza koncepcję widma dynamicznego przewidzianego przez 5G) i dostosowanie parametrów polaryzacji między częstotliwościami (wymaga więcej wysiłku kontrolnego w UE i sieci ). Zastosowanie tych technik jest więcej niż zadowalające, ale rzeczywiście dla 5G należy to bardziej formalnie zdefiniować z myślą o makro i małych komórkach, używając SON jako kleju, aby skutecznie dostosować te kontrolki; na przykład, dodając "dynamiczne badanie wszystkich częstotliwości" w zależności od obciążenia wykrytego przez system SON, jako część maksymalnej pojemności system SON mógłby dostarczyć wskazówek do systemu sterowania, który zarządza okresem wyszukiwania między częstotliwościami i obsługiwanymi operatorami według każdego systemu. W ten sposób zamiast obsługi stałych przydziałów częstotliwości do obsługi wdrożeń w małych komórkach przylegających do systemu makro i operowania ustalonym założeniem przydzielania grupy częstotliwości F1… FN do makro i grupy częstotliwości FN + 1… FM do małych SON może wprowadzić automatyczne wykrywanie koordynacji częstotliwości, aby dynamicznie zmieniać ten układ w zależności od obciążenia, a tym samym zwiększyć pojemność i wzorce użytkowania. Podejście to jest szczególnie przydatne do pracy w małych komórkach w domu i na obszarach handlowych oraz w przedsiębiorstwach, które mają wymagania dotyczące dobowych wzorców użytkowania.

W kierunku nowej architektury SON dla 5G

W starszych systemach SON idealnym rozwiązaniem jest wdrożenie D-SON na każdej stacji bazowej / komórce, a następnie C-SON do wdrożenia na poziomie OSS sieci w N x miejscach komórkowych z interfejsem północnym łączącym D ?SON do C-SON synchronizowanego jako H-SON. W ten sposób mamy najlepsze z obu światów, z modelem H-SON, z obydwoma szybko reagującymi algorytmami D-SON z zakresem o głębokości kilku komórek działających na stacjach bazowych i algorytmach C-SON działających w wielu komórkach witryny zsynchronizowane z wejściem / wyjściem z D-SON. Proponuje się tutaj 5G dalszą ewolucję SON o nazwie V-SON (Virtual SON), gdzie algorytmy D-SON są nadal rozmieszczane lokalnie w lokacji komórki dla komunikacji BS o niskim opóźnieniu, ale środowisko V-SON działa na Maszyna wirtualna (VM), która jest kolokowana z / lub zintegrowana z BS lub routerem w witrynie BS. V-SON można dalej włączyć dzięki dodaniu systemu ontologii danych SON do katalogowania, zarządzania i automatycznej optymalizacji widoku dostępnych danych mobilnych, stacji bazowych i kontekstu chmurowego. Dane te obejmowałyby dane CM / PM jak poprzednio, ale także pochodne wersje podsumowujące tych samych danych, które mogą być obsługiwane znacznie szybciej niż surowe dane CM / PM. Ponadto, wraz z ewolucją sieci mobilnej w znacznie bardziej zorientowaną na treść 5G sieć, rekordy oparte na surowym elemencie sieci mogą być dodatkowo uzupełniane o informacje kontekstowe uzyskane z sieci, które również obejmują zachowanie tych sieci (lub ponownie sumaryczną wartość Wersja bazowa tam). Takie informacje można następnie dostosowywać i dostosowywać (na bieżąco), aby efektywniej i terminowo sterować algorytmami SON. Ostatecznie zdolność sieci 5G do połączenia odpowiednich, bogatych, różnorodnych źródeł danych, które opisują składowe elementy sieci (NE) i ich interakcję, umożliwia ustalanie minimalnie dopasowanego zestawu danych, który śledzi sieć i umożliwia Algorytmy SON do adaptacji, aby utrzymać optymalizację i organizację. Aby zebrać odpowiednie podsumowane informacje o metadanych do napędu V-SON, proponuje się, aby jednostki te obsługiwały protokół metadanych (MDP), który rozumie ontologię informacji SON i członka NE NRM, i obsługuje MDP do:

•  sondować wymagane informacje z UE, BS lub źródeł w chmurze; •  współpracować z BS, które jest skonfigurowane do sterowania przez punkt odniesienia CM / PM z wbudowanym interfejsem MDP - zestaw rozwiązań (IPR-SS); •  przekazywać swoje dane i uzyskiwać informacje SON (wyniki, dostosowania, trendy) w sposób selektywny do innych serwerów obsługujących MDP za pomocą wdrożeń V-SON, które mogą obsługiwać algorytmy obejmujące wiele stacji bazowych, co zmienia podejście D-SON jako " Koncepcja klastra komórkowego.

W ten sposób OSS jest nadal wymagany dla początkowych opcji konfiguracji każdej stacji bazowej i wdrożenia V-SON, SDN / NFV. Ale sieć jest efektywnie obsługiwana przez V-SON, który kontroluje SC, SO i SH sieci za pomocą skryptu zapisanego w konfiguracji warunków brzegowych V-SON dostarczonych przez OSS oraz konfiguracji wdrożenia V-SON na dostępnych maszynach wirtualnych przy użyciu pochodnych metadanych. Wszystkie zwykłe, oparte na chmurze, dostępne od ręki urządzenia IT korzystają z wirtualizowanej infrastruktury sieciowej, która może być realizowana dla SON, dlatego algorytmy mogą być wdrażane szybciej niż obecnie są na zamówienie platform SON. Oczywiście, istnieją pewne ograniczenia wydajności przy adaptacji maszyn wirtualnych, ale są one zrównoważone przez fakt, że teraz V-SON zarządzający witryną komórkową musi jedynie zarządzać swoimi danymi i przesyłać wyniki. W spłaszczonej architekturze V-SON 5G przewiduje się, że serwer metadanych (serwer obsługujący MDP i V-SON) może być skonfigurowany do zarządzania klastrem lub klastrami M, w zakresie N komórek pod jego zasięgiem za pomocą odpowiednich algorytmów X SON do optymalnego działania tych klastrów. Jednak same klastry mogą być również dynamiczne, zgodnie z ograniczeniami każdego rozmiaru klastra maszyn wirtualnych, który obsługuje serwery metadanych z uruchomionymi algorytmami V-SON. Inne serwery metadanych mogą być skonfigurowane z innymi algorytmami V-SON w celu automatycznego zarządzania komórką grupowania i grupowania klastrów, albo okresowo, albo wyuczone na bieżąco w trybie dziennym. W ten sposób wymagania dotyczące przechowywania / bazy danych zmniejszają się z dotychczasowych systemów, ponieważ każdy komponent rozproszony przechowuje tylko to, czego potrzebuje dla swojego poziomu algorytmu i konsultuje się z innymi partnerami, jeśli potrzebuje dalszych informacji z sąsiedniego miejsca komórki i / lub klastra komórek do tego to zarządza. Ponadto, jeśli V-SON może komunikować się z innymi rówieśnikami zarówno na poziomie komórki, jak i klastra komórkowego i jest powiadamiany o trendach z innych sąsiednich V-SON, wtedy, gdy dany obszar zachowuje się dobrze, może się wycofać i wyłączyć sama w sposób energooszczędny. Również w przypadku tego rodzaju chmury V-SON profilowanie wydajności i obciążenia ruchem może być wykorzystane do potencjalnego programowania i uczenia się reagowania na wzorce ruchu i żądania RAT w znacznie bardziej elastyczny sposób. Na koniec przewiduje się, że urządzenia UE będą mogły być skonfigurowane do informowania V-SON o użytecznych informacjach surowych i pochodnych, aby pomóc w sterowaniu algorytmami V-SON w stacjach bazowych i klastrach komórkowych, umożliwiając im interfejs MDP w kierunku V -Synowie. Pożądane jest również, aby UE same operowały pewnym stopniem sterowania V-SON, bezpośrednio przetwarzając generowane przez nie surowe informacje oraz z innych sąsiednich UE. Jednostki V-SON oparte na UE powinny weryfikować otrzymane informacje o źródle SON i selektywnie reagować na ich bezpośrednie otoczenie komórek. Selektywność opierałaby się na zestawie zasad SON pobieranym okresowo z sieci.

Zalecenia SON 5G

•  5G będzie musiało zarządzać znacznie większą liczbą komórek niż w starszych systemach, a większość z nich będzie oparta na małych komórkach.
•  5G będzie potrzebować rozproszonego środowiska V-SON, aby poradzić sobie z ilością komórek, złożonością i różnorodnością wymaganych interfejsów radiowych i konfiguracji, aby zapewnić płynne i nieograniczone połączenie internetowe.
•  Niezbędna jest standaryzacja odpowiedniej ontologii, protokołu metadanych i towarzyszenie IRP-SS dla 5G.
•  Zapewnienie stacji bazowych i małych komórek zgodnych z IRP-SS i interfejsem protokołu Metadata spowoduje otwarcie rynku V-SON na konkurencję, innowacje i zoptymalizowane wykorzystanie systemu 5G.
•  Rozszerzalny protokół metadanych jest niezbędny, aby umożliwić wydajne wykorzystanie chmurowych zestawów danych dla SON.

Wnioski

Proponowana architektura 3GPP dla SON w Rel-12 / Rel-13 prawdopodobnie będzie w stanie rozwiązać takie problemy, jak mobilność ping-ponga pomiędzy RAT-ami i warstwami, i przejść w kierunku bardziej uniwersalnego heterogenicznego SON-a, który jest dobrze zrównoważony pod względem obciążenia i energooszczędny , ze stabilnymi, wielosieciowymi, samodzielnymi funkcjami plug-and-play. Każda stacja radiowa obsługująca 5G prawdopodobnie będzie obsługiwać wiele RAT na raz, w wielu sektorach. W przypadku tego rodzaju bazy podstawowej inteligentny system AAS staje się niemal niezbędny, aby móc zarządzać wynikowym złożonym wzorcem promieniowania z miejsca, aby uzyskać maksymalny zasięg i pojemność. Aby optymalnie zarządzać tak złożonym sprzętem, wymagane jest SON SO; Aby skutecznie rozwijać produkt, niezbędne jest zarządzanie oprogramowaniem. Jedną z opcji jest to, że podobnie jak ewolucja dekodera na rynku mediów, małe komórki mogą z czasem ewoluować, aby stać się urządzeniami czysto radiowymi i ograniczonymi komponentami pasma podstawowego, tak jak obecne zdalne głowice radiowe (RRH) z ich zarządzaniem zasobami radiowymi (RRM) komponent cytowany w biurze zdalnej lokalizacji z wieloma innymi RRM w małych komórkach w sposób podobny do obecnych jednostek makr pasma podstawowego (BBU). Najprawdopodobniej będzie to wykonywane na podstawie klastra na komórkę i współbieżne z ich funkcjonalnością SON. Alternatywnie małe komórki mogą ewoluować, aby pozostać zintegrowane Urządzenia RRH / BBU, ale każdy ze zdecentralizowanym, w pełni elastycznym iw pełni zlokalizowanym, ewoluowalnym serwerem metadanych, który uruchamia RRM i SON razem jako małe, zdecentralizowane i zintegrowane jednostki serwera. Jednak trudne problemy z zarządzaniem warstwami małych komórek wielo-RAT, często w postaci klastrów drobnokomórkowych, w kontekście istniejących rozwiązań makro z ich wypełnieniem w małych komórkach, będą wymagały wprowadzenia rozwiniętych architektur SON. Wymagana jest kombinacja nowych technologii, takich jak usługi / przetwarzanie w chmurze, C-RAN przekształcił się w małe komórki i zaawansowane rozwiązania, takie jak Metadata Processing / V-SON, obsługujące nie tylko jeden algorytm na urządzenie, ale niektóre algorytmy na wielu urządzeniach. Nawet te rozwinięte koncepcje architektury się nie powiodą jeśli wymagana wymiana informacji jest po prostu znormalizowana, ale będą musiały być przestrzegane przez nowych dostawców małych komórek 5G. Dzięki uniwersalnym porozumieniom, że małe komórki mogą być znacznie bardziej rozpowszechnione w 5G niż wcześniejsze generacje urządzeń mobilnych, operatorzy będą musieli pochodzić od wielu dostawców, aby nadążyć za wymogami roll-outu, a zautomatyzowany roll-out będzie wymagał SON to w sposób efektywny kosztowo. Główne skutki proponowanej ewoluującej architektury będą ukierunkowane na podejmowanie decyzji lokalnych (gdzie i kiedy to konieczne) ze zmniejszoną sygnalizacją sterowania między węzłami i ich funkcje SON. Wynika to głównie z zastosowania zasad metadanych do podsumowania nieprzetworzonych strumieni danych w wyniki oparte na wartościach w sposób zautomatyzowany i inteligentny przy użyciu technik uczenia maszynowego. Architektura skutkuje szybszym, bardziej ukierunkowanym i skoordynowanym SON, umożliwiającym rekonfigurację każdej technologii dostępu radiowego i warstw komórek w zależności od zapotrzebowania abonenta. Użytkownik doświadcza zatem bezproblemowego, wszechobecnego doświadczenia w zakresie treści / usług, podczas gdy architektura 5G V-SON optymalizuje i organizuje interfejsy między dostępnymi zasobami radiowymi w przejrzysty sposób.