El protocolo RapidIO sigue ofreciendo una excelente calidad del servicio (QoS) y escalabilidad con la latencia más baja en las redes tradicionales, así como en las de acceso de radio en la nube (C-RAN) y de pequeñas células (SCN).
Introducción
La red inalámbrica de acceso de radio debe seguir evolucionando significativamente para cumplir los requisitos QoE de los usuarios finales en cuanto al tráfico de datos móviles y de vídeo. A menudo, los cambios en la red de acceso vienen determinados por los estándares de la industria, que evolucionan para satisfacer las exigencias de los usuarios finales. Por ejemplo, se prevé que el caudal y la eficiencia espectral de la red inalámbrica aumenten por un factor aproximado de 10 y 4, respectivamente, entre HSPA+ y LTE-Advanced (LTE-A) en los próximos años. Con el objetivo de mejorar la QoE, también se mejoran los protocolos inalámbricos para reducir la latencia de la red. Por ejemplo, LTE y LTE-A admitirán unos 10 ms de latencia, en comparación con los 150 ms en GSM.
Aunque los usuarios finales exigen una mejor QoE en términos de más ancho de banda y una capacidad de respuesta más rápida, la carga en la red varía a medida que los usuarios se desplazan por diferentes células a lo largo del día. Para cubrir esta demanda variable, los estándares 4G basados en LTE y LTE-A han incorporado funciones como la indicación de carga y la generación de informes sobre el estado de recursos, utilizando la interfaz X2 entre diferentes eNodeB en la estación base. Además, los parámetros de gestión de la calidad del servicio (QoS) continúan evolucionando, y se prevé que puedan contar con el soporte a través de la interfaz X2 entre nodos tipo eNodeB, además del soporte ya existente por parte de la transmisión de baja latencia y el intercambio de información sobre interferencias. En este artículo se examina cómo RapidIO soporta soluciones escalables de baja latencia en las redes tradicionales, así como en la nube y SCN, a la vez que admite varios flujos de datos y cumple nuevos requisitos en la red de acceso.
Flujos de Datos en Redes de Acceso de Radio
En las arquitecturas RAN, tanto tradicionales como nuevas, las estaciones base incluyen múltiples tarjetas de procesamiento que se conectan a través de enlaces CPRI específicos con las unidades de radio en lo alto de la torre. Los enlaces de fibra óptica permiten transmitir un máximo de potencia a la radio con un mínimo de pérdidas a una distancia razonable. Esta capacidad es especialmente útil en una nueva arquitectura de RAN distribuida, en la que un elevado número de unidades de radio se conectan a través de fibra con las unidades de banda base. En esta arquitectura, cada uno de los nodos de radio presta servicio a varios usuarios en una configuración de pequeñas células o macrocélula.
En ambas arquitecturas, la tradicional y la distribuida, el protocolo RapidIO conecta múltiples unidades de procesamiento (p. ej. DSP, SoC, ASIC y FPGA) en las tarjetas de canal o de banda base. El protocolo garantiza una transmisión con latencia mínima, de 100 ns aproximadamente, entre los nodos de procesamiento.
En una arquitectura RAN típica, los datos se transmiten entre la banda base y la radio mediante el protocolo CPRI, una vez terminado el procesamiento de señal relacionado con una interfaz de radio determinada. En una arquitectura distribuida, es posible que el protocolo CPRI comporte una implementación costosa de la gestión de cargas y del control de interferencias, puesto que, por definición, el protocolo CPRI no ofrece una función de conmutación estandarizada de baja latencia, basada en paquetes, que se pueda utilizar para distribuir el tráfico desde las radios entre varias tarjetas de banda base. En este caso, se espera que RapidIO ofrezca el mayor rendimiento de su clase.
En la red de acceso se distingue entre dos flujos importantes: la transmisión desde el móvil hasta la estación base (flujo de enlace ascendente) y la recepción en el móvil de la estación base (flujo de enlace descendente). En caso de error de transmisión, puede ser necesaria una retransmisión según el esquema de solicitud de repetición automática híbrida (HARQ) como parte del protocolo LTE/LTE-A. La temporización HARQ, de unos 4 ms, es efectivamente muy inferior a la latencia de ida y vuelta de LTE/LTE-A. Si la estructura de interconexión entre los nodos de procesamiento soporta la capacidad superior de control de flujo y de tolerancia a fallos, se pueden minimizar aún más las retransmisiones HARQ, lo que da por resultado una latencia más baja. Esto representa un punto de diferenciación para los fabricantes de equipos originales (OEM) y, finalmente, se traduce en una mejor QoE para el usuario final.
Para soportar el traspaso, el equilibrado de cargas y la gestión de interferencias, los flujos importantes referidos arriba también incluyen el intercambio de información sobre el traspaso, la calidad del canal y la indicación de carga entre las diferentes unidades de procesamiento en la estación base. El intercambio de información entre las unidades de banda base requiere un soporte con una latencia determinista mínima y una entrega garantizada. De este modo, se pueden identificar, de forma precisa y rápida, la demanda en la red y las interferencias entre varios usuarios. Esto también contribuye a un traspaso fiable con baja latencia cuando los usuarios cruzan la frontera de una célula a otra.
Funciones Rapid IO para Redes de Acceso de Radio
El protocolo RapidIO de alto rendimiento se introdujo como estándar de comunicación de datos abierta basada en paquetes hace ya casi diez años. Desde entonces, numerosos OEM y proveedores de chips en todo el mundo llevan suministrando millones de dispositivos basados en RapidIO para cumplir los requisitos de conectividad de estaciones base inalámbricas 3G/4G en redes de acceso de radio y de otro tipo.
El protocolo RapidIO y los formatos de paquetes están especificados en una jerarquía arquitectónica de tres capas. El protocolo soporta enlaces de corto, mediano y largo alcance en o entre tarjetas. El estándar soporta enlaces de fibra y de cable. La tabla 1 resume las características claves de RapidIO aplicables a redes de acceso tanto tradicionales como emergentes de tipo C-RAN y SCN.
RapidIO en las Redes C-RAN Y SCN de Nueva Generación
Para cumplir los requisitos de redes C-RAN y SCN, especialmente en lo concerniente a la gestión fiable de cargas y de interferencias así como a traspasos seguros, los OEM están desarrollando el diseño de estaciones de base aprovechando las funciones de interconexión de RapidIO y los progresos que este protocolo ha logrado en SoC, memorias y componentes del subsistema de radio. Respecto a la interconexión, cabe considerar dos funciones importantes: RapidIO EP (End-Point) y la estructura de conmutación de RapidIO. Con la integración de EP en SoC se puede ofrecer la latencia más baja entre aplicaciones. Con un protocolo de conmutación de baja latencia y alto caudal, basado en paquetes, las aplicaciones se pueden ejecutar y particionar entre múltiples unidades de computación de banda base.
Para soportar la latencia más baja, también es posible ubicar varias unidades de procesamiento de banda base juntas para alcanzar un número elevado de células pequeñas en un mismo sitio. En este caso, la interfaz X2 es local para el clúster de banda base. El intercambio de información con transmisiones deterministas y latencias mínimas permite al clúster de banda base controlar el intercambio de datos entre el conjunto apropiado de unidades de radio y las unidades de banda base en el momento apropiado, a la vez que minimiza o evita interferencias incluso para los usuarios que se encuentran en el límite de una célula. Con un clúster de unidades de banda base se pueden virtualizar y compartir unidades de procesamiento. Esto permite que la capacidad media de procesamiento de las unidades de computación alcance la capacidad total de un grupo de células en un momento determinado, en vez de alcanzarla de una célula específica en todo momento.
Resumen
Las estructuras de RapidIO se están utilizando hoy en día en muchos sistemas de redes inalámbricas de acceso de radio, ya que RapidIO ofrece una excelente QoS y un bajo consumo de energía.
Por lo tanto, las estructuras de RapidIO encajan perfectamente con estándares que requieran la comunicación de datos sobre el equilibrado de cargas y la gestión de interferencias, ya que RapidIO ofrece un enrutamiento de paquetes estándar, transmisiones deterministas y baja latencia.
Las soluciones basadas en RapidIO simplifican la implementación y la evolución de las interfaces complejas, necesarias para el desarrollo de las redes C-RAN y SCN.
