Які функції BBU підтримують масштабованість мережі?

Модульна апаратна архітектура BBU для вертикального та горизонтального масштабування

Сучасне телекомунікаційне обладнання ґрунтується на архітектурі блоку базової смуги (BBU), яка підтримує дві взаємодоповнюючі стратегії масштабування: вертикальне масштабування — підвищення потужності окремих одиниць за рахунок додаткових обчислювальних ресурсів — та горизонтальне масштабування — розгортання додаткових вузлів BBU в мережі для розподілу навантаження та збільшення її пропускної здатності.

Модулі з підтримкою гарячої заміни та гнучкість шасі для поступового нарощування потужності

Оператори тепер можуть замінювати або встановлювати апаратні компоненти, такі як плати процесорів та радіоінтерфейсні блоки, без зупинки роботи сервісів завдяки модулям, що підлягають заміні на місці й підтримують гарячу заміну. У чому перевага? Швидке розширення потужності за потреби. Достатньо просто вставити нову плату процесора, і пропускна здатність зросте приблизно на 40 % майже миттєво. Сучасні конструкції шасі оснащені стандартними слотами та адаптивними системами магістралі, сумісними з усіма типами різних модулів, включаючи, наприклад, прискорювачі шифрування та інтерфейси фронтхолу. Ця гнучкість дозволяє компаніям створювати саме те, що потрібно, не обмежуючись обладнанням одного виробника, а також економить цінне місце в серверних стійках. Промислові випробування показали, що функції гарячої заміни скорочують час простою під час технічного обслуговування приблизно на 90 % порівняно зі старими системами, в яких усе було жорстко зафіксовано з першого дня.

Розширення CPU/FPGA/GPU та оптимізація пропускної здатності пам’яті для обчислювально навантажених завдань

Сучасні базові блоки обробки сигналів (BBU) повинні відповідати вимогам 5G-Advanced та специфікаціям Open RAN, тому вони поєднують різні типи обчислювальних потужностей. Наприклад, програмовані логічні інтегральні схеми (FPGA) виконують надшвидкі завдання обробки сигналів, де важлива кожна мікросекунда. Графічні процесори (GPU) застосовуються там, де потрібно задіяти штучний інтелект для таких завдань, як формування променя та усунення проблем з перешкодами. А багатосокетні центральні процесори (CPU) керують усіма операціями площини керування й координують роботу всіх компонентів «за кulisами». Щодо пам’яті, виробники переходять до технологій DDR5 та HBM3, які забезпечують швидкість передачі даних понад 1 терабайт на секунду. Така пропускна здатність є абсолютно необхідною для підтримки масштабних систем з багатьма входами та виходами (MIMO) й задоволення вимог до обробки фронтхол-трафіку в режимі реального часу. Цього також досягають за допомогою розумних оптимізацій — наприклад, розділення простору кеш-пам’яті, щоб критичні функції базової смуги не уповільнювалися, розумного розподілу пам’яті між різними сокетами згідно з принципами NUMA та вбудованого апаратного стиснення, що скорочує обсяг фронтхол-трафіку приблизно на 35 %. Усі ці компоненти, працюючи разом, забезпечують затримку менше 5 мілісекунд і стабільну продуктивність 5G New Radio навіть тоді, коли базові станції обробляють постійні потоки даних обсягом 200 гігабітів на секунду.

Інтеграція BBU з хмарно-орієнтованими та програмованими мережами (SDN/NFV)

Розділення площини керування та динамічне оркестрування за допомогою управління BBU на основі SDN

Програмно-визначена мережа (SDN) змінює спосіб керування базовими станціями, відокремлюючи функції керування від безпосередньої обробки даних. Це створює систему, у якій розумні контролери централізовано виконують більшість логічних операцій, а самі базові станції при цьому можуть приймати локальні рішення щодо передачі даних та керування радіоресурсами. Завдяки наявності відкритих інтерфейсів програмування застосунків (API) оператори мереж тепер можуть оперативно коригувати розподіл смуги пропускання, міняти методи модуляції за потребою та перерозподіляти навантаження між секторами комірок у реальному часі залежно від поточної ситуації в трафіку. Коли навантаження зростає під час годин пік, такі SDN-системи починають діяти практично миттєво, перенаправляючи ємність мережі від перевантажених ділянок без необхідності ручного налаштування параметрів. Результат? Менше простоїв і менше проблем для техніків. За даними недавнього галузевого звіту 2024 року, компанії, що впровадили цей підхід, зазвичай скорочують загальні витрати на керування мережею приблизно на третину порівняно зі старішими підходами, які значною мірою покладалися на окремі пристрої.

Віртуалізовані базові функції та автоматизоване керування життєвим циклом із використанням NFV

Віртуалізація функцій мережі (NFV) змінює спосіб, у якому телекомунікаційні компанії експлуатують свою інфраструктуру. Замість того щоб покладатися на дороге спеціалізоване обладнання BBU, оператори тепер виконують базові функції за допомогою звичайних серверів, доступних у комерційному продажу. Такі процеси, як обробка сигналів, кодування каналів та протоколи рівня 2, реалізуються як легкі віртуальні мережеві функції або хмарні нативні альтернативи. Усю систему автоматично керують за допомогою платформ, таких як Kubernetes та ONAP, які забезпечують налаштування, масштабування операцій у разі потреби, усунення несправностей та встановлення оновлень — все це здійснюється через централізовані панелі керування. Коли трафік раптово зростає, ці системи NFV швидко створюють копії віртуальних BBU й розподіляють їх між різними групами серверів. А коли попит знижується, вони просто вимикають невикористані ресурси, щоб зекономити електроенергію. Згідно з результатами дослідження Cloud RAN Benchmark минулого року, такий гнучкий підхід скорочує капітальні витрати приблизно наполовину, одночасно забезпечуючи практично ідеальну безперервність роботи — 99,999 %. Однак справжньою перевагою NFV є швидкість розгортання оновлень. Компанії можуть розгорнути нові функції в тисячах локацій протягом кількох хвилин замість того, щоб чекати тижнями, що дозволяє прискорити цикли інновацій без перерв у наданні послуг для клієнтів.

Форм-фактори BBU з урахуванням розгортання та відповідність інфраструктурі

Конфігурації BBU типу «сайдкар» порівняно з рейковими для розподіленого та централізованого vRAN

Вибір правильного форм-фактора BBU має велике значення під час узгодження конструкції апаратного забезпечення з особливостями його розгортання та обмеженнями інфраструктури. BBU типу «сайдкар» — це невеликі енергоощадні пристрої, які розташовуються безпосередньо поруч із антенами на місці встановлення. Вони скорочують затримку сигналу, що робить їх ідеальними для застосувань, які вимагають надзвичайно надійних з’єднань із мінімальним часом затримки, наприклад, для послуг URLLC або завдань граничних обчислень (edge computing) у розподілених архітектурах vRAN. З іншого боку, стаціонарні BBU, що встановлюються в серверних стійках, концентрують усю базову обробку сигналів у централізованих вузлах. Такий підхід дозволяє скоротити необхідне простір іноді до 40 %, а також спрощує управління тепловідведенням, резервними джерелами живлення та проведенням регулярного технічного обслуговування. Більшість операторів мереж віддають перевагу версіям BBU у вигляді стаціонарних модулів у стійках, оскільки вони краще масштабуються й дозволяють спільно використовувати ресурси між різними зонами. Проте не слід забувати й про модулі типу «сайдкар»! Вони й надалі відіграють критичну роль у місцях із обмеженим простором або в важкодоступних локаціях. У будь-якому разі обидва типи добре інтегруються з технологіями SDN і NFV, забезпечуючи гладке взаємодіяння всередині сучасних хмарних мереж.

Оптимізація ресурсів за допомогою ШІ у масштабованих кластерах BBU

Штучний інтелект змінив спосіб керування кластерами BBU, перенісши їх від просто реагування на проблеми до проактивного та адаптивного підходу. Ключові показники ефективності в реальному часі — такі як рівень трафіку, кількість користувачів, одночасно підключених до мережі, ефективність використання спектра та дані моніторингу апаратного забезпечення — надходять у системи машинного навчання. Ці системи можуть прогнозувати потребу в потужності на термін до 48 годин наперед, після чого автоматично масштабують віртуальні базові станції вгору або вниз за необхідності. Спеціальні техніки навчання з підкріпленням постійно покращують розподіл обчислювальної потужності між різними частинами мережі, а також управління пропускною здатністю й налаштуваннями живлення. Такий підхід скорочує втрати енергії приблизно на 22 %, оскільки обладнання, яке мало використовується, розумно вимикається. Щодо балансування навантаження між серверами, автоматизація допомагає підвищити загальну ступінь використання ресурсів приблизно на 30 %. Це значно спрощує розширення пулу BBU у міру подальшого зростання трафіку 5G. У результаті ми отримуємо, по суті, інфраструктуру, яка сама себе виправляє. Вона запобігає надмірним попереднім закупівлям обладнання компаніями, забезпечує затримку менше 5 мілісекунд для критично важливих додатків і справляється з несподіваними піками трафіку без необхідності втручання людини.