Какви функции на BBU поддържат мащабируемостта на мрежата?

Модулна хардуерна архитектура на BBU за вертикално и хоризонтално мащабиране

Съвременното телекомуникационно оборудване разчита на архитектури на базови станции (BBU), които поддържат два взаимодопълващи се подхода за мащабиране: вертикално мащабиране — подобряване на отделните единици чрез добавяне на допълнителна процесорна мощност, и хоризонтално мащабиране — разполагане на повече BBU-възли в мрежата, за да се разпредели натоварването и да се увеличи капацитетът.

Модули за гореща подмяна и гъвкавост на шасито за постепенно увеличаване на капацитета

Операторите сега могат да заменят или инсталират хардуерни компоненти като карти за процесори и радиоинтерфейсни блокове, без да спират услугите, благодарение на модули, които могат да се заменят на място и поддържат гореща подмяна. Каква е предимството? Бързо разширяване на капацитета при нужда. Просто включете нова карта за процесор и пропускливостта ще нарасне почти веднага с около 40 %. Съвременните шасита са проектирани със стандартни слотове и адаптивни системи за задна платформа, които работят с всевъзможни различни модули, включително ускорители за криптиране и интерфейси за фронтхол.

Разширение на CPU/FPGA/GPU и оптимизация на ширината на лентата за памет за работни натоварвания с висока изчислителна сложност

Съвременните базови широколентови блокове (BBU) трябва да отговарят както на изискванията за 5G-Advanced, така и на спецификациите за Open RAN, което означава, че те обединяват различни типове изчислителна мощност. Например, програмируемите логически матрици (FPGA) се използват за изпълнение на изключително бързи задачи по обработка на сигнали, където всяка микросекунда има значение. Графичните процесори (GPU) се включват, когато става дума за прилагане на изкуствен интелект в задачи като формиране на лъч и борба с интерференции. А многопроцесорните централни процесори (CPU) управляват всички операции в равнището на управление и координират всичко зад кулисите. Когато става дума за памет, производителите прибягват до технологиите DDR5 и HBM3, които позволяват прехвърляне на данни със скорости, надхвърлящи 1 терабайт в секунда. Такава пропускливост е абсолютно необходима за поддържане на големи системи с множество входове и множество изходи (MIMO) и за удовлетворяване на изискванията за реалновременна обработка във връзката „фронтхол“ (fronthaul). Възможно е и благодарение на няколко умни оптимизации — например разделяне на кеш-паметта, така че критичните базови функции да не бъдат забавени; интелигентно разпределение на паметта между различните процесорни сокети според принципите на архитектурата NUMA; и вградена хардуерна компресия, която намалява трафика по връзката „фронтхол“ с около 35 %. Всички тези компоненти, работещи заедно, гарантират поддържане на латентността под 5 милисекунди и осигуряват изключително стабилна производителност на 5G New Radio дори когато базовите станции обработват непрекъснат поток от данни с пропускливост 200 гигабита в секунда.

Интеграция на BBU с облак-ориентирани и програмируеми мрежи (SDN/NFV)

Разделяне на контролния план и динамично оркестриране чрез управление на BBU, поддържащо SDN

Мрежи с определено чрез софтуер управление (SDN) променят начина, по който управляваме базовите станции (BBU), като отделят функциите за управление от самата обработка на данни. Това създава система, при която интелигентните контролери извършват централно основната част от логическото мислене, но позволяват на самите BBU да вземат локални решения относно насочването на данните и управлението на радиоресурсите. Благодарение на наличните открити интерфейси за програмиране на приложения (API) операторите на мрежи сега могат да коригират разпределението на спектъра в реално време, да превключват между различни методи на модулация според нуждите и да пренасочват баланса на натоварването между клетъчните сектори в зависимост от текущата ситуация с трафика. Когато мрежата се задръсти по време на пиковите часове, тези SDN-системи влизат в действие почти мигновено, пренасочвайки капацитета на мрежата далеч от претоварените зони, без да е необходимо ръчно конфигуриране на настройките. Резултатът? По-малко просто стоящи периоди и по-малко главоболия за техниците. Според последен отраслов доклад от 2024 г. компаниите, които прилагат този подход, обикновено постигат намаляване с около една третина в общите си разходи за управление на мрежата в сравнение с по-старите методи, които силно разчитаха на отделни устройства.

Виртуализирани базови функции и автоматизирано управление на жизнения цикъл с NFV

Виртуализация на мрежовите функции (NFV) променя начина, по който телекомуникационните компании управляват инфраструктурата си. Вместо да разчитат на скъпо собствено оборудване за базови станции (BBU), операторите сега изпълняват базови функции чрез обикновени комерсиални сървъри. Такива неща като обработка на сигнали, кодиране на канали и протоколите от втория слой работят като леки виртуални мрежови функции или облачно-нативни алтернативи. Цялата система се управлява автоматично чрез платформи като Kubernetes и ONAP, които осигуряват всичко – от първоначалната конфигурация до мащабирането при нужда, диагностицирането на проблеми и прилагането на поправки – всичко това чрез централизирани табла за управление. Когато трафикът изведнъж нарасне, тези NFV системи могат бързо да създадат копия на виртуалните BBU и да ги разпределят между различни групи сървъри. А когато търсенето намалее, те просто изключват неизползваните ресурси, за да спестят енергия. Според резултатите от проучването Cloud RAN Benchmark от миналата година този гъвкав подход намалява капитализираните разходи с около 50 %, като все пак осигурява почти перфектно време на работа – 99,999 %. Това, което прави NFV наистина забележителна, обаче, е скоростта, с която се извършват актуализациите. Компаниите могат да внедрят нови функции в хиляди локации за минути, а не за седмици, което означава по-бързи цикли на иновации без прекъсване на услугите за клиентите.

Форми на BBU, осъзнаващи разгъването, и съгласуваност с инфраструктурата

BBU конфигурации тип „сайдкар“ срещу стоечно монтирани BBU за разпределена и централизирана vRAN

Изборът на правилния формат на BBU има голямо значение при съгласуване на хардуерния дизайн с начина, по който се извършва разграждането и с ограниченията, съществуващи в инфраструктурата. BBU-та от тип „sidecar“ са тези малки, енергийно ефективни устройства, които се монтират непосредствено до антените на място. Те намаляват забавянето на сигнала, което ги прави подходящи за приложения, изискващи изключително надеждни връзки с минимално време на закъснение – например услуги URLLC или задачи за обработка на данни на ръба (edge computing) в разпръснати vRAN конфигурации. От друга страна, BBU-та, монтирани в стойка, централизират цялата базова обработка в централни хабове. Този подход намалява необходимото пространство — понякога до около 40 % — и улеснява управлението на топлината, резервните захранващи системи и рутинните проверки. Повечето оператори на мрежи предпочитат версиите, монтирани в стойка, тъй като те по-добре поддържат мащабирането и позволяват споделяне на ресурси между различни зони. Но не забравяйте и за вариантите „sidecar“! Те продължават да играят критична роля там, където разполагаемото пространство е ограничено, или в труднодостъпни места. И двата подхода работят добре с технологиите SDN и NFV, така че всичко се интегрира гладко в съвременните мрежи, базирани в облака.

Оптимизация на ресурсите, задвижвана от изкуствен интелект, в мащабируеми кластери от BBU

Изкуственият интелект е променил начина, по който управляваме кластерите BBU, като ги премества от просто реагиране на проблеми към проактивно и адаптивно поведение. Ключови показатели за производителност в реално време – като нивата на трафика, броя на едновременно свързаните потребители, ефективността на използването на спектъра и данните от мониторинга на хардуера – се подават в системи за машинно обучение. Тези системи могат да предвиждат необходимата мощност до 48 часа напред, което автоматично мащабира нагоре или надолу виртуалните базови функции за обработка според нуждите. Специализирани техники за подсилващо обучение постоянно подобряват начините, по които изчислителната мощност се разпределя между различните части на мрежата, както и управлението на широчината на лентата и настройките за захранване. Този подход намалява загубите на енергия с около 22 %, тъй като интелигентно изключва оборудването, което не се използва активно. При балансирането на товарите между сървърите автоматизацията помага да се повиши общата степен на използване с около 30 %. Това прави разширяването на пуловете BBU значително по-лесно при непрекъснатото нарастване на трафика в мрежите 5G. Резултатът е практически инфраструктура, която се поправя сама. Тя спира компаниите да закупуват прекалено много оборудване още в началото, поддържа забавянето под 5 милисекунди за важни приложения и справя неочаквани върхове в трафика, без да е необходимо човешко вмешателство.