Radio and baseband unit virtualization : pushing the boundaries of future mobile networks

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Kist, Maicon
• Orientador(a): Rochol, Juergen
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Redes móveis; Rádio definido por software; virtualização; Processamento de sinais; 5G
• Palavras-chave em Inglês: Functional split; Network function virtualization
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/213713

As redes móveis atuais são baseadas em uma arquitetura fechada e inflexível tanto no front-end de rádio quando no núcleo da rede. A dependência com o hardware dificulta o desenvolvimento de novos padrões, impõe desafios na implantação de novas tecnologias de acesso que maximizam a capacidade e cobertura da rede e impede o provisionamento de serviços que podem realmente se adaptar à diferentes tráfegos de rede. Devido a essas limitações, espera-se que a futura rede 5G seja baseada na arquitetura de centralização de banda-base. Nessa arquitetura, os recursos computacionais de processamento são centralizados e hardwares de processamento banda-base são substituídos por versões implementadas em software. Apesar da arquitetura de centralização de banda-base trazer muitas oportunidades para as futuras redes 5G, sua implantação não é livre de desafios. Dentre os diversos desafios existentes, destacam-se os mais importantes (i) uma tecnologia de acesso para todos os serviços, (ii) área de cobertura da rede é limitada, e (iii) grande largura de banda na rede de fronthaul. Para resolver esses desafios, expande-se as fronteiras das redes móveis com o AIRTIME. AIRTIME é um protótipo que integra virtualização de BBUs e RRHs para realizar uma solução flexível e adaptável na qual a infraestrutura física da rede de acesso pode ser virtualizada e especializada para qualquer tipo de tecnologia. A camada de virtualização de RRHs dessa proposta permite que várias tecnologias de acesso heterogêneas coexistam em cima da mesma RRH física. Nossa proposta utiliza técnicas de processamento de sinais avançadas para dividir e abstrair uma front-end de rádio em múltiplos front-end virtuais. AIRTIME resolve os desafios da centralização de banda-base ao mesmo que tempo em que habilita um controle sem precedentes de qualquer aspecto da rede de acesso. A metodologia empregada para mostrar a viabilidade dessa proposta é através de um protótipo que foi avaliado em uma rede experimental 5G em que uma RRH é virtualizada em duas vRRHs que provêm conectividade para serviços com requisitos diferentes. Nós também realizamos análises matemáticas para obter a largura de banda e processamento necessários para diferentes distribuições de vBBUs, assim como simulações para obter o número máximo de vBBUs que podem compartilhar um fronthaul com largura de banda limitada. Os resultados mostram que AIRTIME é capaz de multiplexar diversas redes de acesso virtuais em uma única rede física e permitindo que as redes virtualizadas sejam personalizadas para serviços específicos. Além disso, AIRTIME aumenta a programabilide, flexibilidade e a escalabilidade necessárias nas futuras redes móveis 5G, ao mesmo tempo que cataliza inovações em um número de áreas, da inclusão de tecnologias de acesso especializadas em determinados serviços, até o gerenciamento de data centers e recursos da rede de fronthaul.