Бузина М.В., Бузина Е.Е., Исаев М.Д.
Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток
UDN КАК СЦЕНАРИЙ РАЗВЕРТЫВАНИЯ СЕТИ 5G
Аннотация
С ростом популярности умных устройств и широким распространением мобильного интернета, трафик мобильных данных резко увеличивается. Исходя из существующих 4G сетей, трудно удовлетворить требованиям к пропускной способности 5G за счет повышения спектральной эффективности и выделения большего частотного ресурса. Поэтому альтернативой служит увеличение беспроводных точек доступа (AP), с меньшей плотностью покрытия, что является наиболее эффективным способом улучшения системы, с точки зрения пропускной способности, за счет большей нагрузки на макро- элементы сети.
Ключевые слова: технология, сети радиодоступа, данные, трафик, покрытие, спектральная плотность.
Keywords: technology, radio access networks, data, traffic, coverage, spectral density.
Существует три сценария для использования сетей 5G :
1. Улучшенные возможности мобильного широкополосного доступа (eMBB), которые нацелены на людей, ориентированых на примеры использования доступа к мультимедийному контенту, услугам и данным. Этот сценарий будет воплощаться с новыми областями применения, а также требованиями в дополнение к существующей мобильной широкополосной связи для приложений, для повышения производительности и все более бесшовного покрытия сети.
2. Сверхнадежные и с низкой задержкой связи (URLLC), например: случаи использования имеют строгие требования к возможностям, таким как сверхнизкая задержка и более высокая доступность. Некоторые примеры включают беспроводное управление промышленным производством или производственные процессы, удаленная медицинская хирургия, автоматизация распределения в умной сети, безопасность перевозки, и т.д.
3. Охарактеризованы случаи использования массивных машинных коммуникаций (mMTC) с помощью очень большого количества подключенных устройств, которые обычно передают относительно низкий объем данных, не чувствительных к задержке. Устройства должны быть недорогими, но имеют очень длительное время работы от батареи.
Для сценария (eMBB) он охватывает целый ряд случаев, включая и точку доступа, которая имеет различные требования. Для случая точки доступа, т. е. для области с высокой плотностью пользователей, необходима очень высокая пропускная способность, в то время как требование к мобильности низкая и скорость передачи данных пользователя выше, чем у широкого охвата территории. Для обширного пространства покрытия, бесшовный охват и удобное средство с высокой подвижностью, с улучшенной скоростью передачи данных пользователя, в сравнении с существующими скоростями передачи данных.
На основе вышесказанных трех сценариев, несколько ключевых возможностей производительности определяются МСЭ-R, и ожидается, что он будет в три раза выше по сравнению с IMT-Advanced для eMBB. И IMT-2020, как ожидается, будет поддерживать пропускную способность 10 Мбит/с/м2, например, час пик. Таким образом, энергоэффективность сети должна быть повышена за счет коэффициента, по крайней мере, такой же высокий, как и предусмотренное увеличение пропускной способности IMT-2020 относительно к IMT-Advanced для eMBB. Стандарт IMT-2020 будет в состоянии обеспечить 1 мс по воздуху задержка, способная поддерживать службы с очень низкими требованиями к задержке. IMT-2020 также ожидается, что это позволит обеспечить высокую мобильность до 500 км/ч с приемлемым качеством обслуживания (QoS). Это предусмотрено, в частности, для высокоскоростных поездов.
Наконец, ожидается, что IMT-2020 будет поддерживать плотность соединения до 1 миллиона соединения/км2, например в сценариях mMTC. Среди всех этих требований, пропускная способность данных, как емкость трафика области и опытных пользователей данных является наиболее важным для сетей 5G. Мы видим, что в 5G ожидается поддержка пропускной способности до 10 Мбит/с/м2 на площади и 1 Гбит/с на пользователя. Для этого внедряется структура сотовой сети по технологии UDN.
Сценариями развертывания UDN, такие как: офис, квартира, собрание под открытым небом, стадион, метро и железнодорожный вокзал, включают в себя следующее:
1. Очень высокая плотность пользователей: учитывая офис в качестве примера, предполагается площадь для каждого работника 2 м × 2 м, соответствуя плотность потребителя 0.25 человек в м2;
2. Очень высокое требование к плотности движения: под открытым небом, например, почти все люди хотели бы поделиться видеоклипами со своими друзьями через приложения для мобильных телефонов в момент захватывающего шоу. Это приведет очень высоко требование к плотности движения, которое достигнет почти 10 Мбит/с / м2;
3. Очень высокая задержка для покрытия территорий: все эти сценарии ограничены емкостью, поэтому плотность покрытия будет велика.
Другой ключевой момент заключается в том, что тип точек доступа в UDN диверсифицирован (достаточно большой набор различных элементов связи, используемых для передачи данных). Небольшой базовой станции, ретрансляционной станции, распределенных удаленных радиомодулей (rrh) и пользовательского оборудования (УЭ) может выступать в качестве точки доступа в UDN. Однако макро- БС в традиционной сотовой сети является доминирующей единицей для подключения пользователей.
Кроме вышеуказанных характеристик, используется более высокая частота спектра и более широкая ширина полосы частот, гетерогенное и нерегулярное развертывание, гибкий обратный путь (протоколы для метрики, транспорный уровень сети), более высокая мобильность пользователей — также очевидные различия между UDN и традиционными сотовыми сетями.
В отчете МСЭ-R M. 2320, UDN продвигается как одна из технологических тенденций и отвечает высоким требованиям к пропускной способности 5G:
1. Усовершенствования сетевой архитектуры и процедур протокола: оптимизация данных и пути контроля, управление мобильностью и процедура сигнализации. Эти усовершенствования уменьшат сквозную задержку и накладные расходы;
2. Предотвращение помех и координация между ячейками: управление помехами и другой механизм координации между клетками увеличит всю систему пропускной способности и гарантия связи между пользователями;
3. Энергоэффективность: включая энергосбережение сети и энергосбережение источников связи (точек доступа);
4. Супер самоорганизующаяся сеть (SON): это позволит освободить нагрузку операторов для сети, а также оптимизацию и повышение гибкости развертываний.
Т.е. UDN будет работать, как автономная система, которая будет оптимизирована для точек связи в час пик, где будет наблюдаться самый высокий рост трафика. Основное понятие UDN включает в себя технологии радиодоступа (RATs), интеграцию малых ячеек/ взаимодействие и беспроводную обратную связь. Чтобы соответствовать требованиям типовых сценариев и справляться с техническими проблемами, технология визуализации сот, управление помехами и технология подавления, совместный доступ и технология обратной связи, важные научные направления в UDN. Технология визуализации ячеек включает в себя ориентированные на пользователя виртуальные сотовые технология. UDN является основной технологией для удовлетворения требования сверхвысокой плотности объема движения.
Литература:
- ITU-R M.2083, “IMT Vision – Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond,” October 2015.
- Cheng-Xiang Wang, Fourat Haider, et al., “Cellular architecture and key technologies for 5G wireless communication networks,” IEEE Communications Magazine, Vol.52, no. 5, pp.122-130, May 2014.
- Поздняев А. С., Власов А. И. Становление и развитие образовательного сегмента национальной нанотехнологической сети в современных экономических условиях.// Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия: Приборостроение. 2010. № S. С. 178–187.
- Дшхунян В.Л., Шаньгин В.Ф. Электронная идентификация: Бесконтактные электронные идентификаторы и смарт-карты. Серия: Информационная безопасность. Москва , 2004 г., 696с.