セルラーネットワークは、莫大なコストと長い建設時間のため、非常に保守的な構造です。 通信規格の変更は定期的に行われますが、新しい規格（たとえば、2Gから3G）への移行には、多くの場合、まだリソースを使い果たしていない新しい投資と機器の交換が必要です。 現在、新世代のネットワークを開始するには、SDRおよびSDNアプローチのおかげですべてが簡単になっています。
SDR（Software-Defined Radio） -ソフトウェア定義の無線サブシステム。
SDN（ソフトウェア定義ネットワーク） -ソフトウェア構成のネットワーク構築。
簡単に言えば、これは鉄の仮想化に多少似ています。機能の変更は、重要な部分を交換することではなく、ソフトウェアの部分を変更することによって発生します。 Lemを読んだ場合、大雑把な類似性は彼の巧妙な構造の再構築であり、同一の要素が複雑なスキームを構成しています。 各要素の役割は、構造ではなく、構造内の位置と他の要素からのデータによって決定されました。 この場合にのみ、プログラムブロックはコンポーネントとして機能し、基本的なメカニズムとしては機能しません。
これらのアプローチが実際のネットワークでどのようにアプリケーションを見つけるかを説明します。
どちらのアプローチについても、すでにHabréで何度も書いています。 既存のモバイルネットワークから継承したすべての機能を保持する必要がある、主要な通信事業者のネットワークがSDRとSDNの実装に課している機能について説明します。
背景
まず、少し歴史。 当初（よくあることですが）、SDRの概念は軍隊の腸で生まれ、老朽化した無線通信プロトコルを迅速に置き換えることを目的としていました。 サポートされているプロトコルと範囲はアナログ機器に実装されており、変更を行うには複合体全体を完全に物理的に置き換える必要がありました。 無線信号のデジタル-アナログ変換への移行により、デジタルユニットのソフトウェアを変更するだけで、新しいプロトコルと標準に切り替えることができました。
長年、このアプローチは、変換を担当するデジタルユニットのパフォーマンスに非常に高い要求を課していたため、事業者のモバイルネットワークに実装することは困難でした。 しかし、ムーアの法則はその有効性を証明し、コンピューティングシステムの能力は、GSM / UMTS / LTEモバイルネットワークに組み込まれたアルゴリズムを処理するのに十分な値に達しました。 これにより、純粋なSDRシステムに切り替えて、コンパクトで効率的なベースステーションを取得できるようです。 ただし、ここでは、使用されるスペクトルと、さまざまな規格のモバイルネットワークに必要な出力に関連する2番目の問題が発生しました。
たとえば、現在ロシアでは、Big Threeの各オペレーターは次の範囲のモバイルネットワークを持っています。
3 GPPバンド
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通信規格
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範囲 UL、MHz
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範囲 DL、MHz
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バンド20
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LTE 800
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832-862
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791-821
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バンド8
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GSM 900-> UMTS 900
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880〜915
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925-960
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バンド3
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GSM 1800-> LTE 1800
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1710〜1785
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1805〜1880
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バンド1
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UMTS 2100
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1920-1980
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2110-2170
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バンド7
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LTE 2600
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2500-2570
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2620-2690
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単一の送信機でこの周波数スペクトル全体を閉じることは技術的に解決可能な作業ですが、同時に、既存のネットワークで使用するための機器は質量次元の特性には完全に不適切です。 この制限を考慮すると、SDRアーキテクチャへの切り替え時の標準ソリューションは次のようになります。複数の無線モジュールが共通のプロセッサユニットに接続され、それぞれが特定の周波数範囲のEM放射の作成を保証します。
各標準の専用プロセッサユニットから、1つのプロセッサユニットでのすべての標準の仮想化への進化この場合に作成される通信標準は、プロセッサユニットと、一部の標準を他の標準に変更するためのオペレータの戦略によって決まります。 プロセッサユニットから無線送信機へのインターフェイスも標準化されており、すべてのメーカーがCPRIプロトコルを実装するための独自のオプションであるCommon Public Radio Interfaceを提供しています。 CPRIプロトコルの最新の実装は、プロセッサユニットからかなり離れた場所にある無線送信機の接続を可能にする、例えば無線中継線などのトランスポートネットワーク用機器のメーカーによってもサポートされています。
ＳＤＲ概念のこの実施形態は、必要なプロセッサユニットの数を大幅に削減し、同時にすべてのモバイルネットワーク標準から１つのトランスポートネットワークへのトラフィック集約を提供する。
きょう
モバイルネットワークの基地局の機器でのSDRコンセプトの実装例：
3つの標準ネットワーク（GSM / UMTS / LTE）用の3つの基地局がありました。
現在：共通のプロセッサユニットを備えた送信機とアンテナのレベルでのみ標準を分離次に、マルチスタンダードGSM / UMTS / LTE無線ネットワークからトラフィックを受信するための、オペレーターの最も単純化されたネットワークアーキテクチャを想像してみましょう。 3GPPの推奨事項、およびそれに応じた主要機器メーカーの提案によると、R8リリースネットワークの最も単純化されたアーキテクチャは次のとおりです。
同時に、「オペレータ側のモバイルネットワークの標準機器」ボックス内の各ノードは、特定のインターフェイス、ボード、元のサブラックなどを備えた機器のラック全体（および複数の場合が多い）を表します。 異なるノードのサプライヤは異なる製造業者であり、機器は異なる世代に属し、さらにはネットワーク開発の時代ですらあります。 このような「動物園」の運営は困難な作業であり、さらに、資格のあるエンジニアが、さまざまなメーカーのさまざまな機器を操作した経験が必要です。 このようなアーキテクチャを最適化するために特別に作成されたSDNの概念を思い出してください。
現在、頭字語SDNはソフトウェアで構成されたトランスポートネットワークを意味します。 ただし、モバイルネットワークでは、この概念が「仮想化」アルゴリズム（モバイル仮想化）と組み合わされ、モバイルネットワーク構築のための新しいアーキテクチャ（モバイルSDN）が生まれます。 モバイルSDNネットワークの設計で使用される基本的なアプローチは、トランスポートネットワークの場合と同じです。
- 信号レベル（トラフィック制御プロトコル、トランスポート層のシグナリングプロトコルなど）とユーザートラフィックの分離。
- 強力なサーバープラットフォーム上で必要なプロセスを仮想化することにより、信号処理に必要なプロセッサー能力と、ユーザートラフィックを渡すためのインターフェース容量を提供します。
新しいアーキテクチャは、実際には、すべての種類の多様なモバイルネットワーク機器（BSC / RNC / MSC / MSS / SGSN / GGSN / MMEなど）を、すべての機能が仮想化された共通のHWプラットフォームに置き換えることを意味します。 SDRおよびSDNアプローチを使用してネットワークを構築する場合、オペレータ機器の観点から次の図を取得できます。
モバイルSDNの原理に基づいて構築されたモバイルネットワークは、SDRの原理に基づいて構築された無線ネットワークで補完され、最新のモバイルネットワークを作成して、標準から標準（GSM-UMTS-LTE-LTE Adv -...）に簡単に切り替えて、最新のサービスを提供できます最短時間。
つまり、すぐに新しい機器ラックを設置する必要はなく、新しい標準で導入された新しい機能を実装するためにライブネットワークとの統合について困惑することはありません。 プラットフォームで仮想マシンを使用してソフトウェアの更新を実行するだけで十分であり、新しい機能は使用可能です。
この記事で説明されている概念は、現在、産業実装のさまざまな段階にあります。 SDRは既成概念と呼ぶことができます。主要メーカーの基地局の最新モデルはすべてこのスキームに従って実装されているため、共通のプロセッサユニットを使用して、特定の範囲の無線送信機を複数の規格で同時に動作させることができます。 近年建設中のすべてのBeelineモバイルネットワークは、無線アクセス機器の観点からこのアプローチを使用しています。
モバイルネットワーク（ただし、トランスポート）におけるSDNの概念は、勢いを増しているにすぎません。 大手機器メーカーは、サードパーティの実稼働サーバーに基づいて、または独自の開発を使用して、さまざまな機能の仮想化の実験を開始しています。
たとえば、最近
のテストゾーンのレビューで言及されたNSNの新しいタイプのコントローラーは、純粋なSDNプラットフォームです。 確かに、ベースステーションが接続されているネットワーク要素-BSC / TRC / RNCのみを仮想化するように設計されており、すべての機能を同時に実行することはできません（各論理機能には専用のHWモジュールが必要です）が、単一のハードウェアプラットフォームはすでに重要なステップですオペレーターのネットワーク最適化の側。
標準のRNCプラットフォーム（独立したラック）がありました。
なった-SDNプラットフォームRNC（8ラックユニット）：
2番目の例として、Ciscoのテストゾーンで最近テストされたソリューション-ユニバーサルサーバープラットフォームCisco UCS-Unified Computing Systemを紹介します。 実際、これはブレードサーバーであり、仮想マシンを使用して、任意のオペレーティングシステム、特にCisco機器（Cisco IOS、StarOSなど）で使用される任意のアプリケーションを実行できます。 私たちの研究室では、ネットワークソリューションをテストしました。「Cisco HomeNodeB Gateway」、「Cisco Wi-Fi Access Gateway」、SecGW、DHCP Server、AAA、SGSN、PCEFなど、多数の必要なネットワーク要素を同じサーバーで同時にエミュレーションします。
実験室の状況では、SDNコンセプトの機能と実行可能性はすでに確認されており、現在、メーカーは、最新のモバイルネットワークで生成される膨大なトラフィックを処理するために必要なレベルのパフォーマンスを提供するよう取り組んでいます。