云无线接入网络 (C-RAN)

云无线接入网 (C-RAN) 是一种新架构，已在无线接入网中开发和实施，以模仿云计算。C-RAN 的一个关键优势是能够为大型网络扩展网络功能，并且它同时支持主动和被动无线技术，同时提供实时的虚拟化可能性。

C-RAN 是无线通信系统中的一项新发展，它将使用最新的 CPRI、粗波分复用或密集波分复用，以及毫米波 (mm-Wave) 通过长距离传输信号。C-RAN 中的“C”可以表示“集中式”，也可以表示“协作式”。

在传统的 RAN 中，基站连接到用户，这是 RAN 的目标。然而，在 C-RAN 架构中，基带单元 (BBU) 不再放置在每个基站的本地；取而代之的是，它们被转移到一个中央控制与处理站，称为BBU 酒店。

为当前工作提供基础的 BBU 酒店通过一条高速光纤连接到网络，因此在这种情况下，可以选择尽可能大的小区距离。这种云计算环境基于开放式硬件和网络互连，直接控制现场内的光纤和互连。

C-RAN 是 5G 和物联网等未来无线系统发展的基本要素。基于 C-RAN 进步带来的易于部署和实施以及实现的可扩展性，从 LTE 到 5G 网络的迁移主要取决于以下因素。此外，C-RAN 形成了一个可行且易于管理的解决方案，非常适合容纳不断连接到网络的大量用户。

C-RAN 的组成部分

C-RAN 网络由三个主要组成部分构成

1. BBU 酒店：这是一种站点模型，作为中心枢纽提供或处理数据。还应注意，BBU 的设计使得单个基带单元可以堆叠在一起，形成所谓的“BBU 堆栈”。但是，BBU 堆栈不必互连；相反，可以根据网络需求动态分配 BBU 堆栈内的资源。这些单元之间的互连是双向的，并需要高带宽、低延迟的通信模式。这些进程驻留在 BBU 中，涵盖所有物理层、MAC 层和网络层功能。BBU 还控制和处理所有资源，并且可以从实现的 n-LOS 方案中大大受益，该方案可减少运营和管理负担。
2. 远程射频单元 (RRU) 网络：RRU 通常被称为射频头，是连接无线设备（如手机或笔记本电脑）到接入点的传统网络。物理层的函数集成在 BBU 中，而 MAC 层函数则在 RRU 中执行。这种结构也最大程度地减少了 RRU 到 BBU 的流量负载，因为 C-RAN 系统中的大部分处理是在物理层完成的。
3. 前传或传输网络：这也称为移动交换中心，它充当 BBU 与 RRU 之间的连接层。为此，它依赖于光纤、蜂窝或毫米波 (mmWave) 通信。在物理层，RRU 处理物理层功能，而网络的其他层则由 BBU 处理。总的来说，RRU 的主要负载是信号处理；它们的主要作用与用户相关的功能有关。

C-RAN 中的虚拟化概念

C-RAN：与 P-SWCNs 相反，C-RAN 网络中的 BBU 池进行了虚拟化。它的工作原理如下：

• BBU 池是一个虚拟节点，在图表中用虚线表示，连接它们的线是虚拟链路。
• 该池位于一个物理 VM 上，这意味着它具有一定的 CPU 消耗。
• RUs 连接到 BBU，BBU 将任务分组并将其分配给不同的虚拟机。

这项技术提供了多项优势，包括：

1. 成本降低：例如，需要建造的结构更少，维护需求也更少。
2. 时间效率：此外，通过这种方法可以缩短部署和扩展所需的时间。
3. 可扩展性：可获得的可扩展性是，可以添加或删除 BBU，因为虚拟机比物理机更容易打开和关闭。

BBU 在 C-RAN 中的实施带来了灵活性、可扩展性和效率的提高，这意味着它成为现代无线网络需求的可靠解决方案。

C-RAN 的优势

1. 高级技术的实现

• C-RAN 使新技术的使用更加容易；这意味着网络运营商能够应用新技术，从而在电信行业日益激烈的竞争中处于更有利的地位。

2. 资源虚拟化

• 通过采用 C-RAN 方法，资源可以虚拟化，这将使集中式资源池化变得更加容易，从而优化网络中可用资源的利用。

3. 边缘服务部署便利化

• 它还将实现服务在网络边缘的部署，并通过 C-RAN 实现的低延迟来增强向最终用户的服务交付。

4. 可行的资源共享

• 实施 C-RAN 的另一个优势是其中资源的可共享性，与传统网络相比，这使得资源分配更加灵活和高效。

5. 改进的资源利用率和减少骨干服务器压力

• C-RAN 通过将处理负载分配给可用资源来优化资源，从而减轻了密集型骨干服务器的压力，从而提高了网络容量。

6. 增强用户满意度

由于使用了更多的资源和改善了网络密度，C-RAN 提供了更好的整体服务质量和用户体验，这是显而易见的。

7. 增强的可扩展性

• 由于 C-RAN 允许创建通用的集中式无线设备和分布式远程无线设备，因此只需提供更多空间即可扩展其支持的无线连接数量，以满足不断增长的需求，从而适应连接的增加。

8. 提高能源效率

• 据观察，C-RAN 中处理资源的集成可实现低功耗和低能源消耗。RRH 可以集成在一起，与基站相比功耗更低，而集中式架构的 CPU 可以进一步提高能源效率。

9. 较低的延迟

• C-RAN 成为应用广泛的网络优化以实现低延迟和提高应用程序（例如视频流和在线游戏）的 QoS 的基础。

10. 简化的网络管理

• C-RAN 提供了一个蓝图，其中硬件设备的控制是集中式的，从而便于控制、部署和管理网络，从而降低成本并提高效率。

C-RAN 的缺点

1. 高带宽要求

• 与 C-RAN 相关的担忧包括需要非常高的带宽来适应 CPU 和 RRH 之间实时数据交换；这可能会通过增加延迟而大大损害系统的性能。

2. 高昂的硬件和维护成本

• C-RAN 中的大型中央基带处理单元 (BBU) 需要购买大量高端处理器、存储设备和其他相关设备，这些设备会产生高昂的资产和维护成本。

3. 单点故障

• C-RAN 的这种概念在中央处理单元 (CPU) 存在单点故障问题。它还可能导致完全故障，并对组织的网络的造成严重后果，导致停机和服务中断。

4. 安全性担忧

• C-RAN 结构使网络面临很高的网络攻击风险，因为其硬件是集中式的。Baker IPC 通信称，中央处理单元 (CPU) 中的最薄弱环节可能会被攻破，这是一个巨大的安全威胁。

5. 有限的覆盖范围

• C-RAN 适用于交通密度非常高的地区，例如市中心和交通流量大的地区，但对于交通流量低或非城市地区可能不适用，因为射频头数量稀少。

6. 干扰问题

• 在 C-RAN 中，在同一地点安装多个 RRH 可能会导致干扰问题，因为它会阻碍信号可见性，导致系统性能下降。这是应监测以防止其降低网络质量的干扰问题之一。

结论

总而言之，C-RAN 的实施带来了许多好处，例如能够实现先进技术、更好地利用资源以及轻松管理网络架构；然而，也存在挑战。这意味着由于高带宽要求、更高的硬件成本压力和安全挑战，它相对复杂。此外，特定区域人口过多的问题也引起了人们对单点故障和干扰的担忧。然而，C-RAN 仍然是管理无线网络日益增长需求的合适选择，因为它具有可扩展性、能源效率和更好的部署能力等特性，同时，也需要妥善的管理来克服其缺点。