Arsitektur 5G: Radio Access Network

Kami sekarang menggambarkan RAN dengan membuat sketsa peran yang dimainkan setiap base station. Ingatlah bahwa teknik penjelasan ini kira-kira seperti menggambarkan Internet dengan menjelaskan cara kerja router — semoga bisa memberikan gambaran yang cukup walaupun tidak sepenuhnya lengkap.

• Pertama, setiap base station menetapkan saluran nirkabel untuk UE pelanggan saat dihidupkan atau saat serah terima saat UE aktif. Saluran ini dilepaskan ketika UE tetap idle selama jangka waktu yang telah ditentukan. Menggunakan terminologi 3GPP, saluran nirkabel ini dikatakan menyediakan bearer service. Istilah bearer secara historis telah digunakan dalam telekomunikasi (termasuk teknologi kabel awal seperti ISDN) untuk menunjukkan saluran data, yang bertentangan dengan saluran yang membawa informasi signaling.

Gambar 8. Base Station detects (and connects to) active UEs

• Kedua, setiap base station membuat konektivitas “3GPP Control Plane” antara UE dan komponen Mobile Core Control Plane yang sesuai, dan meneruskan lalu lintas signaling di antara keduanya. Lalu lintas signaling ini memungkinkan otentikasi UE, pendaftaran, dan pelacakan mobilitas.

_images/Slide04.png Figure 9. Base Station establishes control plane connectivity between each UE and the Mobile Core.

• Ketiga, untuk setiap UE aktif, base station membuat satu atau lebih tunnel antara komponen Mobile Core User Plane yang sesuai.

_images/Slide05.png Figure 10. Base station establishes one or more tunnels between each UE and the Mobile Core’s User Plane.

• Keempat, base station meneruskan paket control dan user plane antara Mobile Core dan UE. Paket-paket ini masing-masing disalurkan melalui SCTP/IP dan GTP/UDP/IP. SCTP (Stream Control Transport Protocol) adalah transportasi alternatif yang andal untuk TCP, yang dirancang untuk membawa informasi singnaling (control) untuk layanan telepon. GTP (berasal dari (General Packet Radio Service) Tunneling Protocol) adalah protokol tunneling khusus 3GPP yang dirancang untuk dijalankan di atas UDP.

Selain itu, perlu dicatat bahwa konektivitas antara RAN dan Mobile Core berbasis IP. Ini diperkenalkan sebagai salah satu perubahan utama antara 3G dan 4G. Sebelum 4G, internal jaringan seluler berbasis sirkuit, yang tidak mengherankan mengingat asal-usulnya sebagai jaringan telekomunikasi voice.

_images/Slide06.png Figure 11. Base Station to Mobile Core (and Base Station to Base Station) control plane tunneled over SCTP/IP and user plane tunneled over GTP/UDP/IP.

Fifth, each base station coordinates UE handovers with neighboring base stations, using direct station-to-station links. Exactly like the station-to-core connectivity shown in the previous figure, these links are used to transfer both control plane (SCTP over IP) and user plane (GTP over UDP/IP) packets.

Kelima, setiap base station mengoordinasikan serah terima UE dengan base station tetangga, menggunakan hubungan langsung dari stasiun ke stasiun. Persis seperti konektivitas stasiun-ke-inti yang ditunjukkan pada gambar sebelumnya, tautan ini digunakan untuk mentransfer paket bidang kontrol (SCTP over IP) dan bidang pengguna (GTP over UDP/IP).

_images/Slide07.png Figure 12. Base Stations cooperate to implement UE hand over.

Sixth, the base stations coordinate wireless multi-point transmission to a UE from multiple base stations, which may or may not be part of a UE handover from one base station to another.

Keenam, stasiun pangkalan mengoordinasikan transmisi multi-titik nirkabel ke UE dari beberapa stasiun pangkalan, yang mungkin atau mungkin bukan bagian dari serah terima UE dari satu stasiun pangkalan ke stasiun pangkalan lainnya.

_images/Slide08.png Figure 13. Base Stations cooperate to implement multipath transmission (link aggregation) to UEs.

The main takeaway is that the base station can be viewed as a specialized forwarder. In the Internet-to-UE direction, it fragments outgoing IP packets into physical layer segments and schedules them for transmission over the available radio spectrum, and in the UE-to-Internet direction it assembles physical layer segments into IP packets and forwards them (over a GTP/UDP/IP tunnel) to the upstream user plane of the Mobile Core. Also, based on observations of the wireless channel quality and per-subscriber policies, it decides whether to (a) forward outgoing packets directly to the UE, (b) indirectly forward packets to the UE via a neighboring base station, or (c) utilize multiple paths to reach the UE. The third case has the option of either spreading the physical payloads across multiple base stations or across multiple carrier frequencies of a single base station (including Wi-Fi).

Takeaway utama adalah bahwa base station dapat dilihat sebagai forwarder khusus. Dalam arah Internet-ke-UE, ia memecah paket-paket IP keluar menjadi segmen-segmen lapisan fisik dan menjadwalkannya untuk transmisi melalui spektrum radio yang tersedia, dan dalam arah UE-ke-Internet ia merakit segmen-segmen lapisan fisik menjadi paket-paket IP dan meneruskannya ( melalui terowongan GTP/UDP/IP) ke bidang pengguna hulu Mobile Core. Juga, berdasarkan pengamatan kualitas saluran nirkabel dan kebijakan per pelanggan, ia memutuskan apakah akan (a) meneruskan paket keluar langsung ke UE, (b) meneruskan paket secara tidak langsung ke UE melalui stasiun pangkalan tetangga, atau (c) memanfaatkan beberapa jalur untuk mencapai UE. Kasus ketiga memiliki opsi untuk menyebarkan muatan fisik di beberapa stasiun pangkalan atau di beberapa frekuensi pembawa dari satu stasiun pangkalan (termasuk Wi-Fi).

Note that as outlined in Chapter 2, scheduling is complex and multi-faceted, even when viewed as a localized decision at a single base station. What we now see is that there is also a global element, whereby it’s possible to forward traffic to a different base station (or to multiple base stations) in an effort to make efficient use of the radio spectrum over a larger geographic area.

Perhatikan bahwa sebagaimana diuraikan dalam Bab 2, penjadwalan adalah kompleks dan multi-segi, bahkan jika dilihat sebagai keputusan lokal di satu stasiun pangkalan. Apa yang sekarang kita lihat adalah bahwa ada juga elemen global, di mana dimungkinkan untuk meneruskan lalu lintas ke stasiun pangkalan yang berbeda (atau ke beberapa stasiun pangkalan) dalam upaya untuk memanfaatkan spektrum radio secara efisien di wilayah geografis yang lebih besar.

In other words, the RAN as a whole (i.e., not just a single base station) not only supports handovers (an obvious requirement for mobility), but also link aggregation and load balancing, mechanisms that are familiar to anyone who understands the Internet. We will revisit how such RAN-wide (global) decisions can be made using SDN techniques in a later chapter.

Dengan kata lain, RAN secara keseluruhan (yaitu, tidak hanya satu base station) tidak hanya mendukung serah terima (persyaratan yang jelas untuk mobilitas), tetapi juga agregasi tautan dan penyeimbangan beban, mekanisme yang akrab bagi siapa saja yang memahami Internet. Kami akan meninjau kembali bagaimana keputusan RAN-wide (global) seperti itu dapat dibuat dengan menggunakan teknik SDN di bab selanjutnya.