CU + DU + RU: новая архитектура сотовых сетей
Два главных тренда, которые ведут за собой развитие сотовых сетей – это виртуализация и открытая архитектура (Open RAN). Обе они предполагают иной подход к архитектуре сети радиодоступа и появление новых элементов и терминов.
Сразу скажу, что эта статья будет больше интересна моим коллегам и сильно увлекающимся читателям. Все новые термины – не разработка какого-то одного производителя или альянса, а строго регламентированные документами 3GPP, закреплённые в релизах 14 и 15. Пора с ними познакомится, так как их появление – вопрос 1 или 2-х лет.
Что было?
Начнём с того, что вспомним из чего состоит современная базовая станция. Первое, что заметно невооружённым глазом – это панельные антенны. Вертикальные серые или белые столбики можно увидеть практически в любом городском квартале. Через них передаётся сигнал сотовой связи.
Рядом с антеннами также часто легко заметить радиомодули или RRU. Это прямоугольные или квадратные блоки, устанавливаемые в непосредственной близости от панельных антенн. Их задача состоит в обработке радиосигнала на низком (физическом) уровне.
Ещё один важный элемент базовой станции – это системный модуль или BBU. Как правило, он устанавливается в термошкафе или в термобоксе и скрыт от глаз обывателя. Хотя бывают BBU и в уличном исполнении. Тогда он может быть установлен рядом с RRU.
Задача системного модуля состоит в обработке сигнала на верхнем уровне. В частности, организация работы технологий MIMO, разнесённого приёма, защитного кодирования. Кроме того, BBU переупаковывает данные для отправки их к центру сети и осуществляет общее управление станций.
То есть современная станция – это BBU+RRU с подключёнными антеннами. В новой архитектуре в структуре базовой станции выделяют уже 3 модуля: CU + DU + RU.
Что это такое и как соотносится со старыми компонентами?
Начнём с RU. Под этим сокращением скрывается не русский след, как могли бы подумать в госдепе, а привычный нам радиомодуль)) Зачем его переименовывать? В зависимости от принципа деления функций старых элементов между новыми RU может или полностью совпадать по функционалу с RRU, или брать на себя часть функций BBU.
Например, RU может брать на себя некоторые вычислительно сложные функции физического уровня. То есть RRU может “поумнеть”, что снизит нагрузку на интерфейс к следующему элементу – DU.
DU – distributed unit – распределённый блок. По сути, это часть системного модуля, выделенная в отдельный элемент. DU выполняет верхние функции физического уровня и нижние уровни сетевого. Зачем понадобилось выделять это в отдельный элемент станет понятно дальше.
CU – centralized unit – центральный модуль. Это также часть бывшего BBU, которая решает задачи верхнего сетевого уровня, взаимодействия с центром сети, а также управления всеми подключёнными DU и RU.
Зачем всё это нужно?
Согласитесь, что всё это сложно. В тренд на упрощение архитектуры, который наблюдался в течение многих десятилетий, это никак не укладывается. Но за таким усложнением скрыт глубокий смысл, который, как оказалось, очень важен для производителей и сотовых операторов.
Главное, что даёт новая архитектура – это возможность гибко перераспределять функции базовых станций между физическим оборудованием. Давайте на примерах.
В самом простом варианте BBU=DU+CU, а RRU=RU. То есть никто не мешает производителям оборудования оставить всё как было и сотовые операторы даже ничего не заметят. Но можно и по-другому.
Один из вариантов предполагает, что радиомодули будут выполнять функции RU+DU. Это будет единый блок, к которому будут подключены антенны с одной стороны и CU по оптике с другой стороны. Причём CU будет обслуживать не 3, а сразу несколько десятков умных радиоблоков.
Тогда у оператора на месте базовых станций будут лишь радиоблоки и антенны без термошкафов, а центральные модули (CU) будут работать на одной узловой станции с подключением к оптическому кольцу. Да, аккумуляторам тут места нет. Но некоторые операторы в других странах уже давно их не устанавливают.
То есть новая архитектура позволяет придумать множество новых вариантов устройства сети базовых станций, которые бы позволили мобильным операторам сэкономить на аренде или объёмах закупаемого железа.
Ещё один важный плюс – это разделение железа и программного обеспечения в Open RAN. То есть CU, DU, RU в открытой архитектуре – это программы, которые могут работать на железе любого производителя. В теории: блок CU – производитель 1, DU – производитель 2, RU – производитель 3, но всё это должно работать на ПО производителя 4.
Главное понимать, что новая архитектура не обязательно должна отвечать концепции Open RAN. Но Open RAN в большинстве случаев полагается на новую архитектуру. То есть, в итоге, всё это сильно смешано и идёт нога в ногу. По духу обе эти идеи соответствуют друг другу, хотя они родились в разное время и для разных целей.
Как я говорил в начале, очень скоро термины CU, DU, RU будут всё чаще встречаться в работе сотовых сетей. Все новые производители Open RAN стараются подогнать свою продукцию под эту терминологию. Как говорится, спрашивайте в магазинах🙂