《CRAN新型网络架构研究及试验》.ppt

2011年3月,课题名称：C-RAN新型网络架构研究及试验,中国移动集团级重点联合研发项目开题汇报报告,二、立项背景和意义,为了解决我公司在移动互联网快速发展所带来的对无线接入网的多方面的挑战（能耗，建设和运维成本，选址，频谱资源），追求未来可持续的业务和利润增长,大量的基站机房导致高额的投资运维成本,数据流量增速远高于收入增长,潮汐效应导致基站利用率低,能耗随基站数量迅速增加,基站是中国移动能耗的主要来源,无线接入网需要创新的解决方案，以满足高容量、低成本、低能耗、易运维的需求,三、课题研究目标,C-RAN新技术原型机开发及外场试验基于开放平台的C-RAN GSM/TD-S/TD-LTE多模原型机基于开放平台的TD-LTE-A原型机及外场试验平台GSM/TD-SCDMA/TD-LTE载波池方案及试验GSM:研究GSM集中化部署和载波池动态调整可行性方案,推动厂商产品功能研发和验证TD-SCDMA:6001000载波方案，实验室测试TD-LTE：载波池方案研究基带拉远传输方案及试验GSM/TD-SCDMA/TD-LTE基带拉远传输方案研究测试方案GSM/TD-SCDMA载波池方案测试（广东公司）载波池试验基带拉远试验GSM C-RAN规模应用研究（湖南公司）载波池试验基带拉远试验,研究报告,测试方案,四、研究总体框架,GSM/TD-SCDMA/TD-LTE载波池方案及试验（研究院）,研究面向绿色演进的集中化、协作化、云计算化的C-RAN无线接入网构架，实施方案及外场试验,总体目标,C-RAN 新技术原型机开发及外场试验（研究院）,GSM/TD-SCDMA载波池方案测试（广东）,现网试验,测试报告,基带拉远传输方案及试验（设计院，研究院）,GSM C-RAN规模应用研究（湖南）,现网试验,测试报告,三模原型机,外场试验,研究报告,测试方案,前沿研究,方案论证,外场试验,五、项目的难点及解决方案,基于开放平台的GSM/TD-SCDMA/TD-LTE多模样机开发开放平台上的实时处理能力解决：面向开放平台开发实时信号处理算法面向1000载波的大容量基带池方案高速、大带宽、低延迟、可扩展的构架解决：借鉴IT产业DCN技术，设计新型BBU互联构架C-RAN集中化部署的的基带拉远传输方案GSM基带拉远的接口标准不统一GSM/TD-SCDMA/TD-LTE共站情况下传输方案的制定各基带拉远传输方案是否满足相应系统的性能要求解决：探索新的基带拉远传输方案，制定统一的GSM基带拉远接口标准解决：多方面对各种传输方案进行比较分析，不同场景情况下的适用解决方案GSM设备支持C-RAN集中化尚有功能欠缺现有GSM分布式基站对环形组网、载波调度等功能支持情况有限GSM BBU容量较低，尚难以形成较大规模载波池解决：推动厂家及时开发相应功能TD-LTE设备支持C-RAN集中化的功能尚未开发载波池功能尚不具备解决：推动厂家及时开发相应功能,六、主要技术方案和关键技术-总体,基于开放平台的GSM/TD-S/TD-LTE多模样机GSM/TD-S/TD-LTE实时信号处理算法面向1000载波的大容量基带池高速、大带宽、低延迟、可扩展的BBU互联构架C-RAN集中化部署的的基带拉远传输方案基带拉远传输方案（压缩/WDM/OTN）统一的网络管理功能GSM集中化部署方案通过设备规范明确要求和实验室测试，推动厂商功能研发研究多BBU级联的载波池共享方案，突破现有单个BBU容量限制广东：GSM光纤直驱组网方式、CPRI over OTN，彩光直驱，基带共享技术湖南：基带资源动态共享，RRU多级级联和环形组网，多RRU共小区技术TD-LTE设备支持集中化的部署方案环路保护，载波调度功能,GSM载波池方案研究,集中化部署相关基于多载波分布式基站的的多级级联、环网倒换研究单BBU容量提升和多BBU间级联,载波池共享和调度载波动态调整方案，包括调整门限设置、基站配置等基于典型场景的成本节省分析,六、主要技术方案和关键技术-2.1,面向1000载波的大容量基带池,Fat-tree/Clos网络架构首次应用到BBU互联领域，通过低成本的交换互联设备实现大规模的BBU互联，满足高带宽的需求，并且具备良好的扩展性，方便增量扩容。ECMP(Equal Cost Multipath Protocol)路由协议可以有效利用Fat-tree的网络特性，在网络拓扑内有效实现各路径的负载均衡；RSVP(Resource Reservation Protocol)协议实现每个中间节点(路由器)完成路径以及资源预留，解决同一条流的报文不同路径、避免路径拥塞导致丢包，保证低延迟的网络要求基于Fat-tree/Clos网络架构实现1000载波的大规模互联架构设计以及原想系统开发,192.168.0.1,192.168.2.3,ECMP(多重等价路径)流程Hash空间0,1,如果接口带宽用完，则该端口推出Hash空间Hash(src,dst,src_port,dst_port),RSVP(资源预留)流程本地处理超过警戒阈值，触发RSVP，通过单独的负载均衡协议确定dst向dst发起RSVP，路由器为其预留带宽及路径Dst收到后原路径进行确认反向RSVP建立,Routing Table192.168.2.0 255.255.255.0 Port0192.168.2.0 255.255.255.0 Port1,六、主要技术方案和关键技术-2.2,六、主要技术方案和关键技术-3.1,基带拉远传输方案研究背景：基带拉远架构相比传统无线接入网具有减少机房数量，大幅降低运维成本；组成基带资源池，应对“潮汐效应”；协作式多点传输，提高频谱效率、能量效率等优势；研究内容描述基带拉远方案分析与对比，接口标准的完善性分析基带拉远传输承载方案分析，包括光纤直连方案、WDM方案（彩光直驱方案、增加WDM设备方案）、PON方案、PTN方案评估各传输方案应用于GSM/TD-SCDMA/TD-LTE系统的的可行性对比分析各传输方案在时延、带宽、成本、可维护性、设备成熟度、适用场景等方面的特点评估各传输方案在试验网中的性能目前进展已启动基带拉远方案与传输方案的梳理工作预计输出成果基带拉远传输承载方案分析报告基带拉远接口标准基带拉远测试总结报告,光纤直驱方案,彩光直驱方案,CWDM方案,UniPon方案,原理：RRU到BBU采用光纤点到点直连，RRU和BBU采用普通白光模块。特点：光纤需求随站点数线性增加，占用光纤较多，电信级网管不足无需传输设备，可实现快速部署，适合光纤资源丰富的地区或者小规模C-RAN汇聚,原理：RRU到BBU采用不同的波长复用到同一光纤内（彩光原理），RRU和BBU采用彩光模块，波长复用/解复用采用无源设备。特点：彩光模块成本稍高，对光纤需求极大降低，适合光纤紧张地区的小规模或中、大规模C-RAN集中化部署,原理：BBU到RRU以WDM设备传输，RRU和BBU采用普通光模块，传输链路需要OTU（波长转换单元）和复用解复用设备。特点：增加了WDM/OTN传输设备成本，同样对光纤需求极大降低，适合大规模C-RAN汇聚,原理：BBU与RRU之间的传输借助PON技术实现，融合有线与无线传输，链路需要OTU、复用解复用设备。特点：可最大化重用现有PON接入技术，节省主干光纤，适合大中城市室内环境覆盖，以及低密度郊区覆盖,六、主要技术方案和关键技术-3.2,无线网络集中运维管理：支持多个物理站点基带资源集中配置管理；拉远RRU支持环境监控功能测试多级RRU级联配置功能：多级RRU级联配置功能测试；RRU级联组网下的站点配置测试；RRU环网保护功能BBU集中维护功能：BBU故障倒换测试；BBU不中断业务的扩容功能测试C-RAN组网环境下基本业务性能测试：语言业务测试、数据业务测试C-RAN组网环境下网络质量KPI指标测试：无线接入性统计测试；呼叫建立成功率统计测试；掉话率统计测试；切换成功率统计测试；语音信道拥塞率统计测试；语音质量样本比例统计测试,六、主要技术方案和关键技术-4.1,第一阶段选定东莞凤岗联泰制衣作为C-RAN试点，建设1个BBU集中点，共下挂4个RRU覆盖整个厂区。重点测试：CRAN网络的集中运维管理，多级RRU级联配置功能，C-RAN组网环境下的业务性能等,广东GSM C-RAN试验方案介绍,湖南GSM C-RAN试验区域介绍,本次试点共选择10个物理站点(14个逻辑站点)，其中9个站点为现有基站，3个站点 900/1800M共站址站点，1个站点为2011年规划新建站点。本次试点无线设备总规模预计为3套BBU及37套RRU。试点区域LAC编码为29579和58294。,本次试点选取湖南省长沙市岳麓区岳麓山东南侧天马山附近湖南师大、中南工大以及周边住宅小区等区域进行GSM网络C-RAN方案的试点工作，以验证该创新组网方案的优势。,岳麓山,天马山汇聚节点,六、主要技术方案和关键技术-5.1,试点前网络拓扑图,试点后网络拓扑图,湖南GSM C-RAN试点选择9个现网站点（其中3个站点为900/1800M共站址），一个900M新建站，共三个接入环，选择天马山传输汇聚节点做为BBU汇聚机房。,六、主要技术方案和关键技术-5.2,七、专利检索情况（TODO）,根据中国移动研发项目管理办法第十九条规定：为推动自有专利实施和尽量降低专利风险，对集团级重点项目，尤其是业务类或预计形成企业标准的项目，应在开题时开展自有和他人相关专利的调查与分析，并对项目可能涉及的他人专利提出初步的应对策略。本部分应对目前课题涉及领域的专利分布情况进行检索和阐述，包括我公司的专利和其他申请人在此领域的专利现状等内容,八、本课题的创新点和专利点,基于开放平台的TD-LTE实时信号处理和传统面向DSP的实时信号处理不同，面向开放平台的TD-LTE实时信号处理需要特别设计的信号处理流程，充分利用CPU的构架特点（Cache和SSE指令）的并行化处理算法大规模基带池可扩展的BBU互联构架采用大量廉价的BBU通过互联构成大容量、高扩展性、冗余备份、可扩展的BBU互联构架大规模基带池BBU互联构架下的路由方案C-RAN集中化部署的的基带拉远传输方案不同场景下基带拉远传输实现方案GSM/TD-SCDMA/TD-LTE共小区情况下传输配置方案OTN/WDM满足BBU/RRU接口时延抖动传输性能的技术方案,九、已有的研究工作积累和取得的研究成果-1,C-RAN TD-LTE原型机在开放平台上的实时处理已初步具备每1ms子帧上行接收时延控制在900us;下行发送525usBBU-RRU的系统集成正在进行中IBM提供实时操作系统；中兴提供TD-LTE RRU/GSM RRU；大唐提供TD-S RRU，基带处理已经完成，目前与商用RRU进行集成。已经在10年12月的IMIC上演示商用GSM手机与原型基站的通信，以及TD-S/TD-LTE的基带处理演示,C-RAN原型机数字基带演示,已有研究成果已在实验室对部分厂商设备级联、环网功能进行了初步验证针对GSM C-RAN应用方案和技术要求完成初步分析项目产出研究报告：GSM载波池方案研究报告企标要求：输出相应技术要求至分布式基站企标规范测试报告：实验室完成各厂商功能测试,GSM载波池方案研究,九、已有的研究工作积累和取得的研究成果-2.1,单个BBU容量受限于背板容量,BBU之间无法调度处理资源,处理资源未被虚拟化，难以分配,BBU互联构成大容量基站,BBU间光交叉互联实现资源共享,处理资源虚化，按需调度,面向大规模BBU互联的虚拟化载波池,借鉴数据中心(DCN)技术,实现高容量/低成本/可扩展/电信级的集中化基带池,高速互联架构(拓扑及路由),虚拟化,负载均衡,系统级容灾,高容量网络架构设计方案,研究院面向大规模BBU互联的解决方案,容量：,互联：,共享：,九、已有的研究工作积累和取得的研究成果-2.2,基于Fat-Tree的架构在现有基站产品应用,已有TD-S主流基站产品均不支持BBU互联，目前C-RAN集中部署采用BBU堆叠无法实现BBU之间载波资源共享通过对各厂家主设备的架构分析，率先在ZTE基站平台给出大规模互联方案，并被厂家认可并应用。,现有基站主设备应用进展与ZTE合作，基于已有基站产品形态，应用CMRI提出的Fat-tree互联架构完成大规模基带池产品原型设计面向LTE的下一代互联架构原型系统目前各类互联IO接口(RapidIO/FibreChannel/Infiniband/Ethernet)成本过高，不适用LTE系统，与Intel合作建立基于LightPK的低成本大规模基带互联系统，已完成系统设计,中兴ZXSDR B8300,大唐EMB5116,华为DBBP530,九、已有的研究工作积累和取得的研究成果-2.3,基带拉远传输方案及适用场景,九、已有的研究工作积累和取得的研究成果-3.1,对现网多个厂家的现有技术能力，主要遵循的技术标准，每种标准的技术内容进行调研分析。对多种传输解决方案适用场景进行分析，从带宽、时延、成本、维护等多方面对各个方案进行比较。提出集中化部署的基带拉远传输方案测试方案。,基带拉远传输承载方案对比分析,九、已有的研究工作积累和取得的研究成果-3.3,C-RAN组网方案与传统组网网络拓扑对比,传统组网方案,BBU集中部署,远端RRU/天线保持不变,光纤承载高速IQ数据,光纤承载低速回传数据,九、已有的研究工作积累和取得的研究成果-4.1,基于C-RAN部署方案,接入环622M,6G18级级联,1.25G光口 6级级联,核心层10G,汇聚环10G,汇聚环10G、,GSM采用SDH承载6个左右站成环保护；占用一对光纤；,传统承载方式,RRU到BBU采用光纤点到点直连，光纤需求随站点数线性增加，占用光纤较多，电信级网管不足无需传输设备，可实现快速部署，适合光纤资源丰富的地区或者小规模C-RAN汇聚,光纤直驱承载方式,BBU到RRU以WDM设备传输，RRU和BBU采用普通光模块，传输链路需要OTU（波长转换单元）和复用解复用设备。增加了WDM/OTN传输设备成本，对光纤需求极大降低，适合大规模C-RAN汇聚,WDM承载方式,九、已有的研究工作积累和取得的研究成果-4.2,GSM C-RAN承载方案,设备条件现有TD-SCDMA四期设备已经具备集中化基带池部署条件主要TD-S厂商都有支持100个左右载波的大容量BBU珠海C-RAN验证了多项关键技术光纤环路保护技术远端无线模块供电技术集中化基带池载波调度技术,珠海试点区域地图,珠海TD-SCDMA网络C-RAN试点成功,九、已有的研究工作积累和取得的研究成果-5,大幅降低总体能耗,降低单站建设成本1/3,71%,29%,十、外部合作伙伴委托方案说明,根据中国移动研发项目管理办法第二十三条规定：研发项目涉及与他人合作或委托开发时，研发项目承担单位应对合作伙伴选择方案及其合作方式进行严格审核，尽量避免单厂家介入核心技术，促进形成对我公司有利的多厂家交叉持有的专利局面；对于单厂家委托开发项目要研究制定有利于我公司的技术方案，并在合同中明确知识产权归属及知识产权相关的权利义务，适时应用我公司自有知识产权研究制定专利许可方案,基于开放平台的GSM/TD-S/TD-LTE原型机的合作伙伴IBM、中兴、北京邮电大学、Intel、华为、清华（Intel资助）组成两只平行团队，其中团队一采用交叉授权方式，取得关键知识产权大规模基带池的合作伙伴中兴：基于现有BBU产品扩展采用我公司大规模基带互联方案，已申请专利GSM/TD-S/TD-LTE载波池方案的合作伙伴中兴、华为、爱立信、诺西C-RAN集中化部署功能将写入我公司设备规范及部署指导意见C-RAN集中化部署的的基带拉远传输方案的合作伙伴中兴、华为、爱立信、诺西、阿尔卡特朗讯,十一、项目研究产出（TODO）,说明：标准化组织成果指标准化组织工作的输出成果计划，包括涉及的标准组织，在每个组织中的具体的成果（包括主导文稿数、主导立项数、主导和参与标准项目的计划完成率、计划推动和跟踪的具体标准组织工作内容、计划达成的其他具体结果等方面的内容），相关技术方向的研究报告等,十二、联合项目分工（TODO）,TD-LTE原型机开发及外场试验,十三、项目研究进度计划,子项目一研究院,子项目二研究院,子项目三设计院研究院,2011 Q1,2011 Q3,2011 Q2,2011 Q4,TD-S大规模载波池方案,子项目五湖南公司,子项目四广东公司,基带拉远传输方案,GSM/TD-S原型机开发和集成,实验室测试,GSM集中化 方案初步研究,载波池调度方案研究,厂商研发,方案测试验证推广,GSM光纤直驱、CPRI over OTN的现网验证,GSM彩光直驱现网验证,GSM基带资源共享现网验证,十四、项目关键技术决策点及完成时间计划,说明：总部对集团级项目建立技术决策点监控机制，及时讨论和解决研发工作中需要决策的各项技术问题，并通过决策流程提高研发的有效性和及时性。本部分填写项目的技术决策点、简要描述及完成时间，应在研究周期内均匀分布。,十五、项目企业绩效贡献情况预测,