Réseaux C-RAN ET SCN basés sur RapidIO

Le protocole RapidIO continue d'offrir une excellente qualité de service (QoS) et une évolutivité avec la latence la plus faible des réseaux traditionnels ainsi que des réseaux d'accès radio cloud (C-RAN) et à petites cellules (SCN).

Introduction

Le réseau d'accès radio sans fil doit continuer à évoluer de manière significative pour répondre aux exigences de QoE des utilisateurs finaux pour le trafic de données vidéo et mobile. Souvent, les modifications du réseau d'accès sont déterminées par les normes de l'industrie, qui évoluent pour répondre aux demandes des utilisateurs finaux. Par exemple, le débit du réseau sans fil et l'efficacité spectrale devraient augmenter d'un facteur d'environ 10 et 4, respectivement, entre HSPA+ et LTE-Advanced (LTE-A) dans les années à venir. Afin d'améliorer la QoE, les protocoles sans fil sont également améliorés pour réduire la latence du réseau. Par exemple, LTE et LTE-A prendront en charge environ 10 ms de latence, contre 150 ms sur GSM.

Bien que les utilisateurs finaux exigent une meilleure QoE en termes de bande passante accrue et de réactivité plus rapide, la charge sur le réseau varie à mesure que les utilisateurs se déplacent dans différentes cellules tout au long de la journée. Pour répondre à cette demande variable, les normes 4G basées sur LTE et LTE-A ont intégré des fonctions telles que l'indication de charge et le rapport d'état des ressources, en utilisant l'interface X2 entre différents eNodeB dans la station de base. De plus, les paramètres de gestion de la qualité de service (QoS) continuent d'évoluer, et il est prévu qu'ils puissent être pris en charge via l'interface X2 entre les nœuds de type eNodeB, en plus du support existant pour la transmission à faible latence et l'échange d'informations. sur les interférences. Cet article examine comment RapidIO prend en charge les solutions évolutives à faible latence dans les réseaux traditionnels ainsi que le cloud et le SCN, tout en prenant en charge plusieurs flux de données et en répondant aux nouvelles exigences du réseau d'accès.

Flux de données dans les réseaux d'accès radio

Dans les architectures RAN traditionnelles et nouvelles, les stations de base comprennent plusieurs cartes de traitement qui se connectent via des liaisons CPRI dédiées aux unités radio au sommet de la tour. Les liaisons par fibre optique permettent de transmettre une puissance maximale à la radio avec une perte minimale sur une distance raisonnable. Cette capacité est particulièrement utile dans une nouvelle architecture RAN distribuée, où un grand nombre d'unités radio sont connectées via fibre aux unités de bande de base. Dans cette architecture, chacun des nœuds radio dessert plusieurs utilisateurs dans une configuration de petite cellule ou de macrocellule.

Dans les architectures traditionnelles et distribuées, le protocole RapidIO connecte plusieurs unités de traitement (par exemple, DSP, SoC, ASIC et FPGA) sur des cartes de canal ou de bande de base. Le protocole garantit une transmission avec une latence minimale, d'environ 100 ns, entre les nœuds de traitement.

Dans une architecture RAN typique, les données sont transmises entre la bande de base et la radio à l'aide du protocole CPRI, une fois le traitement du signal associé à une interface radio donnée terminé. Dans une architecture distribuée, le protocole CPRI peut entraîner une mise en œuvre coûteuse de la gestion de la charge et du contrôle des interférences, car, par définition, le protocole CPRI n'offre pas une fonction de commutation standardisée, basée sur des paquets et à faible latence, qui peut être utilisée pour distribuer le trafic des radios entre plusieurs cartes de bande de base. Dans ce cas, RapidIO devrait offrir les meilleures performances de sa catégorie.

Dans le réseau d'accès, on distingue deux flux importants : l'émission du mobile vers la station de base (flux montant) et la réception au niveau du mobile depuis la station de base (flux descendant). En cas d'erreur de transmission, une retransmission peut être nécessaire selon le schéma de demande de répétition automatique hybride (HARQ) dans le cadre du protocole LTE/LTE-A. La synchronisation HARQ, d'environ 4 ms, est effectivement bien inférieure à la latence aller-retour de LTE/LTE-A. Si la structure d'interconnexion entre les nœuds de traitement prend en charge la capacité de contrôle de flux et de tolérance aux pannes plus élevée, les retransmissions HARQ peuvent être davantage réduites, ce qui réduit la latence. Cela représente un point de différenciation pour les fabricants d'équipement d'origine (OEM) et se traduit finalement par une meilleure QoE pour l'utilisateur final.

Pour prendre en charge le transfert, l'équilibrage de charge et la gestion des interférences, les flux importants mentionnés ci-dessus comprennent également l'échange d'informations sur le transfert, la qualité du canal et l'indication de charge entre les différentes unités de traitement de la station de base. L'échange d'informations entre les unités de bande de base nécessite une prise en charge avec une latence déterministe minimale et une livraison garantie. De cette manière, la demande sur le réseau et les interférences entre différents utilisateurs peuvent être identifiées avec précision et rapidité. Cela contribue également à un transfert fiable à faible latence lorsque les utilisateurs traversent la frontière d'une cellule à une autre.

Fonctions E/S rapides pour les réseaux d'accès radio

Le protocole RapidIO hautes performances a été introduit il y a près de dix ans en tant que norme de communication de données ouverte basée sur les paquets. Depuis lors, de nombreux équipementiers et fournisseurs de puces dans le monde ont fourni des millions d'appareils basés sur RapidIO pour répondre aux exigences de connectivité des stations de base sans fil 3G/4G dans l'accès radio et d'autres réseaux. 

Le protocole RapidIO et les formats de paquets sont spécifiés dans une hiérarchie architecturale à trois couches. Le protocole prend en charge les liaisons à courte, moyenne et longue portée sur ou entre les cartes. La norme prend en charge les liaisons fibre et câble. Le tableau 1 résume les principales fonctionnalités de RapidIO applicables aux réseaux d'accès C-RAN et SCN traditionnels et émergents.

RapidIO dans les réseaux C-RAN et SCN de nouvelle génération

Pour répondre aux exigences des réseaux C-RAN et SCN, en particulier en ce qui concerne la gestion fiable de la charge et des interférences ainsi que les transferts sécurisés, les équipementiers développent des conceptions de stations de base tirant parti des capacités d'interconnexion RapidIO et des progrès que ce protocole a réalisés dans les SoC, les mémoires et les composants. du sous-système radio. En ce qui concerne l'interconnexion, deux fonctions importantes doivent être prises en compte : RapidIO EP (End-Point) et la matrice de commutation RapidIO. Avec l'intégration d'EP dans SoC, la latence la plus faible entre les applications peut être offerte. Grâce à un protocole de commutation par paquets à faible latence et à haut débit, les applications peuvent être exécutées et partitionnées sur plusieurs unités de calcul en bande de base. 

Pour prendre en charge la latence plus faible, il est également possible de colocaliser plusieurs unités de traitement en bande de base pour obtenir un grand nombre de petites cellules sur un site. Dans ce cas, l'interface X2 est locale au cluster de bande de base. L'échange d'informations avec des transmissions déterministes et des latences minimales permet au cluster de bande de base de contrôler l'échange de données entre l'ensemble approprié d'unités radio et les unités de bande de base au moment approprié, tout en minimisant ou en évitant les interférences même pour les utilisateurs qui se trouvent à la périphérie d'une cellule . Avec un cluster d'unités de bande de base, vous pouvez virtualiser et partager des unités de traitement. Cela permet à la capacité de traitement moyenne des unités de calcul d'atteindre la capacité totale d'un groupe de cellules à un instant donné, au lieu d'atteindre à tout moment la capacité d'une cellule spécifique.

Résumé

Les matrices RapidIO sont aujourd'hui utilisées dans de nombreux systèmes de réseau d'accès radio sans fil, car RapidIO offre une excellente qualité de service et une faible consommation d'énergie. 

Par conséquent, les matrices RapidIO sont parfaitement adaptées aux normes qui nécessitent une communication de données sur l'équilibrage de charge et la gestion des interférences, car RapidIO offre un routage de paquets standard, des transmissions déterministes et une faible latence. 

Les solutions basées sur RapidIO simplifient la mise en œuvre et l'évolution des interfaces complexes nécessaires au développement des réseaux C-RAN et SCN.