eng
Выпуск #5/2020
Г.Фокин
ЭВОЛЮЦИЯ СЕТЕВОЙ АРХИТЕКТУРЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ В СЕТЯХ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
ЭВОЛЮЦИЯ СЕТЕВОЙ АРХИТЕКТУРЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ В СЕТЯХ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Просмотры: 2605
УДК 621.396.969.36, DOI: 10.22184/2070-8963.2020.90.5.24.29
Приводится анализ эволюции сетевой архитектуры и процедур позиционирования устройств в сетях подвижной радиосвязи 2G – 5G с использованием базовых станций сети радиодоступа и дополнительной инфраструктуры. Из анализа следует, что развитие методов сетевого позиционирования вместе с эволюцией сетевой архитектуры 2G – 5G влечет за собой совершенствование процедур обмена данными для сбора и обработки первичных измерений при определении местоположения устройств. Показана тенденция к виртуализации архитектуры сетевого позиционирования как в плоскости пользователя, так и в плоскости управления, что способствует снижению задержки в предоставлении услуг геолокации.
Приводится анализ эволюции сетевой архитектуры и процедур позиционирования устройств в сетях подвижной радиосвязи 2G – 5G с использованием базовых станций сети радиодоступа и дополнительной инфраструктуры. Из анализа следует, что развитие методов сетевого позиционирования вместе с эволюцией сетевой архитектуры 2G – 5G влечет за собой совершенствование процедур обмена данными для сбора и обработки первичных измерений при определении местоположения устройств. Показана тенденция к виртуализации архитектуры сетевого позиционирования как в плоскости пользователя, так и в плоскости управления, что способствует снижению задержки в предоставлении услуг геолокации.
Теги: 5g cellular networks of mobile radio communication e-utran geolocation geran positioning in mobile radio networks utran геолокация позиционирование в сетях подвижной радиосвязи сотовые сети подвижной радиосвязи
ЭВОЛЮЦИЯ СЕТЕВОЙ АРХИТЕКТУРЫ позиционирования в сетях подвижной радиосвязи
Г.Фокин, к.т.н., доцент СПбГУТ
им. проф. М.А.Бонч-Бруевича / grihafokin@gmail.com
УДК 621.396.969.36, DOI: 10.22184/2070-8963.2020.90.5.24.29
ВВЕДЕНИЕ
Эволюция сетей подвижной радиосвязи (СПРС) продолжается уже несколько десятилетий, и согласно плану развития IMT-2020 очередное поколение СПРС будет отличаться от предыдущего как на техническом, так и на уровне услуг. Среди новых услуг связи, которые должны поддерживать сети 5G, есть приложения, требующие подключения большого количества устройств непосредственной радиосвязи друг с другом D2D (Device-to-Device), Интернета вещей (IoT), Интернета подвижных вещей (Internet of Vehicles, IoV), а также межмашинного взаимодействия М2М [1].
Вместе с появлением новых услуг связи в СПРС развиваются и технологии сетевого позиционирования, которые решают задачу определения местоположения (ОМП) абонента или устройства в сценариях, когда использование глобальных навигационных спутниковых систем невозможно и/или нецелесообразно.
Совокупность новых сценариев использования СПРС позволяет рассматривать экосистему 5G как инфраструктурную основу цифровой экономики, в которой потенциал новых приложений в различных сферах жизнедеятельности основан не только на услугах связи, но и на возможностях сетевого позиционирования устройств, образующих сеть.
Использование данных о местоположении (МП) позволяет реализовать всевозможные услуги геолокации, а также существенным образом усовершенствовать возможности установления и ведения радиосвязи, в частности, управление сетевой организацией на основе данных о МП позволяет повысить связность и эффективность распределения ресурсов гетерогенных сетей в составе перспективной экосистемы 5G [2].
Настоящее исследование посвящено анализу эволюции сетевой архитектуры позиционирования устройств в СПРС 2G – 4G с целью выявления тенденций их развития в сетях 5G.
НОВЫЕ СЦЕНАРИИ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СПРС 5G
На рис.1 представлены новые сценарии построения и функционирования сетей радиодоступа 5G [1]. С одной стороны, усовершенствованный радиоинтерфейс 5G с планируемым к использованию диапазоном частот миллиметровых волн (ММВ), многоэлементными антенными системами Massive MIMO и способностью адаптивного диаграммообразования (ДО) Beamforming открывают новые возможности для повышения точности определения местоположения (ОМП) известными дальномерными и угломерными методами. С другой стороны, данные геолокации о местоположении (МП) абонентских устройств могут быть использованы для эффективного построения сетей радиодоступа 5G с летающими и подвижными сотами, при функционировании радиостанций в сверхплотных радиосетях UDN (Ultra-Dense Networks), в том числе в режиме пространственного уплотнения одновременных передач SDMA (Space-Division Multiple Access). Таким образом, и новая архитектура построения сверхплотных сетей 5G, и новый радиоинтерфейс с Massive MIMO и Beamforming позволяют пересмотреть сценарии использования известных моделей и методов сетевого позиционирования в приложениях геолокации в СПРС [2].
Интерес к вопросам сетевого позиционирования в СПРС 5G обусловлен также перспективой функционирования радиостанций в сверхплотных радиосетях с адаптивным ДО в режиме Beamforming, которое, вследствие высокой вероятности наличия радиолиний прямой видимости LOS (Line of Sight), сможет компенсировать физические ограничения на дальность связи. Необходимым условием для адаптивного диаграммообразования является знание относительного местоположения соседних станций, являющихся источниками радиоизлучения. Осведомленность о местоположении в зарубежных источниках получила название Location Awareness и уже признана средством повышения показателей функционирования сети радиодоступа 5G [3].
ЭВОЛЮЦИЯ АРХИТЕКТУРЫ И ПРОЦЕДУР СЕТЕВОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ 2G – 4G
На рис.2 представлена эволюция архитектуры и процедур системы сетевого позиционирования в гетерогенной СПРС 2G – 5G [4]. Ключевыми элементами системы сетевого позиционирования в СПРС являются объект, клиент и сервер. Объект позиционирования – абонентский терминал или устройство; сервер выполняет сбор и обработку измерений для позиционирования объекта; клиент представляет собой сетевой элемент, который отправляет в сеть запрос на позиционирование для получения оценки местоположения объекта и может быть представлен как самим объектом, так и субъектом третьей стороны. Архитектура системы позиционирования в СПРС включает сеть радиодоступа RAN (Radio Access Network) и ядро сети CN (Core Network).
В СПРС 2G/GSM сеть радиодоступа GERAN (GSM EDGE Radio Access Network) включает в себя базовую приемопередающую станцию (БС) и контроллер базовой станции BSC (Base Station Controller). Сервисный центр позиционирования SMLC (Serving Mobile Location Center) выполняет функции сервера сбора и обработки измерений для оценки местоположения. SMLC может быть как отдельно стоящим устройством, так и входить в состав BSC.
В начале сеанса позиционирования клиент отправляет запрос на позиционирование в шлюзовой центр позиционирования GMLC (Gateway Mobile Location Center) в ядре сети CN. GMLC получает данные о текущем МП объекта в домашнем регистре HLR (Home Location Register). Затем GMLC отправляет запрос на позиционирование в центр мобильной коммутации MSC (Mobile Switching Center), который переправляет его в контроллер BSC и сервисный центр позиционирования SMLC. После получения запроса на позиционирование SMLC выполняет сбор первичных измерений от БС и их вторичную обработку для оценки местоположения объекта. В итоге данные о МП отправляются клиенту.
В СПРС 3G/UMTS сеть радиодоступа UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) и архитектура системы позиционирования похожа на таковую в сети 2G. Контроллер радиосети RNC (Radio Network Controller) выполняет те же функции, что и BSC. Отличие заключается в том, что GMLC переправляет запрос на позиционирование в MSC и узел обслуживания абонентов GPRS SGSN (Serving GPRS Support Node). Модуль измерения местоположения LMU (Location Measurement Unit), появившийся в сетях 3G UMTS, по запросу RNC осуществляет сбор измерений. LMU может быть как отдельно стоящим устройством, так и в составе базовой станции – NodeB.
В СПРС 4G/LTE сеть радиодоступа E-UTRAN (Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network) и архитектура системы позиционирования существенно отличаются от таковой в сетях 2G и 3G. Контроллер БС из сети радиодоступа исключен, его функциональность интегрирована в БС eNodeB (сокращенно – eNB). Если в СПРС 2G и 3G позиционирование осуществляется с использованием обмена сообщениями только в плоскости управления CP (Control Plane), то в СПРС 4G поддерживается позиционирование с использованием обмена сообщениями как в плоскости управления CP, так и в плоскости пользователя UP (User Plane).
Стандарт LTE поддерживает протокол позиционирования LPP (LTE Positioning Protocol), который служит для обмена сообщениями между сервером и объектом и используется как в CP, так и в UP. В плоскости управления CP обмен сообщениями позиционирования осуществляется поверх каналов управления с использованием протокола LPP и протокола обмена между сервером и БС eNB – LPPA (LPP Annex). Клиент инициирует сеанс позиционирования отправкой запроса в GMLC. Затем узел управления мобильностью MME (Mobility Management Entity) получает запрос от GMLC и передает его в E-SMLC, где выбирается подходящий метод позиционирования, выполняется обработка измерений и оценка МП объекта.
В плоскости пользователя обмен сообщениями позиционирования по каналам передачи данных осуществляется с использованием протокола SUPL (Secure User Plane Location). UE и eNB отправляют данные измерения на платформу SLP (SUPL Location Platform) через шлюзы S-GW и P-GW. После сбора данных позиционирования SLP вычисляет МП объекта и отправляет его клиенту [4].
АРХИТЕКТУРА И ПРОЦЕДУРЫ СЕТЕВОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ 5G
В отличие о СПРС предыдущих поколений, в сетях 5G сформулированы определенные сценарии позиционирования и количественные требования к ним в виде ключевых показателей функционирования KPI [2].
Рассмотрим вариант архитектуры системы сетевого позиционирования в СПРС 5G, показанный на рис.3 [4]. В СПРС 5G архитектура и процедуры системы сетевого позиционирования включают в себя множественные технологии радиодоступа RAT (Radio Access Technology), граничное облако и облако управления. Гетерогенная сеть радиодоступа RAT может включать БС с различными зонами обслуживания разнообразных стандартов, например LTE, 5G NR, Wi-Fi, что влияет на выбор метода позиционирования. Так, внутри помещений вероятен сценарий позиционирования в СРД Wi-Fi. На улице БС макро-, микро-, пико- и фемтосоты с многоантенными системами Massive MIMO позволяют оценивать углы прихода сигналов AOA (Angle of Arrival). Кооперативное позиционирование повышает точность относительного ОМП, сверхплотное распределение UDN опорных БС повышает вероятность радиосвязи в условиях наличия прямой видимости и, таким образом, улучшает точность ОМП.
Граничное облако (Edge Cloud) располагается на границе СРД для поддержки позиционирования в плоскости пользователя UP и включает виртуальный конвергентный шлюз VCGW (Virtual Converged Gateway) и мобильный граничный вычислительный сервер MEC (Mobile Edge Computing). Шлюз VCGW работает в пользовательской плоскости UP и реализует функции управления качеством обслуживания QoS в разнородных СРД. Также VCGW интегрирует в себе функции традиционного шлюза, например S-GW и P-GW в LTE.
Концепция мобильных граничных вычислений MEC (Mobile Edge Computing) призвана справиться с возрастающими требованиями по вычислительной обработке от UE. По сравнению с концепцией облачных вычислений Cloud Computing, подход MEC позволяет снизить задержки на передачу в ЦОД для обработки и способствует решению задач ОМП в режиме реального времени. Облако управления (Control Cloud) реализует функции в плоскости управления. В отличие от архитектуры систем позиционирования в СПРС 2G–4G, сетевые элементы системы позиционирования (MME, HSS, E-SMLC в LTE) в СПРС 5G исключены из ядра сети. Их функции реализуются виртуальными машинами [4].
На рис.2 и 3 показано, что процедуры позиционирования в плоскости управления выполняются следующим образом: клиент отправляет запрос на позиционирование на виртуальный шлюз местоположения VLGW (Virtual Location Gateway), который осуществляет сбор первичных сведений об объекте. Данные об объекте UE поступают через модуль VMM (Virtual Manage Module). Далее выбирается подходящая технология RAT, производится сбор измерений от разных опорных БС и АТ, после чего выполняется их обработка. Результирующая оценка МП возвращается клиенту.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обзор новых сценариев построения и функционирования сетей радиодоступа 5G показал следующее. С одной стороны, вместе с совершенствованием радиоинтерфейса, в частности, с использованием более широких полос частот, систем Massive MIMO и миллиметрового диапазона радиоволн открываются новые возможности для повышения точности позиционирования. С другой стороны, возможности определения местоположения устройств становятся востребованными для эффективного построения и функционирования сети радиодоступа, в частности, при непосредственной радиосвязи устройств друг с другом, а также в условиях сверхплотных радиосетей.
Анализ эволюции архитектуры СПРС 2G – 4G показывает совершенствование сетевой организации и процедур позиционирования вследствие увеличения числа технологий радиодоступа RAT в гетерогенной сети.
Ведущими тенденциями развития технологий позиционирования в СПРС 5G являются следующие. Во-первых, множественные технологии радиодоступа RAT в гетерогенной сети могут быть совместно использованы для решения задачи ОМП. Во-вторых, облачные и граничные вычисления, основанные на концепции SDN и виртуализации сетевых функций NFV привносят гибкость в архитектуру СПРС; необходимость в отдельных элементах сетевого позиционирования при этом отпадает, их функционал может быть реализован программно. В-третьих, разделены функции плоскости управления CP и плоскости пользователя UP. Позиционирование может быть реализовано как в CP, так и в UP, в зависимости от предъявляемых требований KPI; CP и UP и дополняют друг друга; в режиме реального времени ОМП может быть реализовано в UP для снижения задержки.
ЛИТЕРАТУРА
Agiwal M., Roy A., Saxena N. Next Generation 5G Wireless Networks: A Com-prehensive Survey // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2016. Vol. 18. No. 3. P. 1617–1655.
del Peral-RosadoJ.A., Raulefs R., López-Salcedo J.A., Seco-Granados G. Survey of Cellular Mobile Radio Localization Methods: From 1G to 5G // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2018. Vol. 20. No. 2. P. 1124–1148.
Taranto R. Di, Muppirisetty S., Raulefs R., Slock D., Svensson T., Wymeersch H. Location-Aware Communications for 5G Networks: How location information can improve scalability, latency, and robustness of 5G // IEEE Signal Processing Magazine. 2014. Vol. 31. No. 6. P. 102–112.
Liu Y., Shi X., He S., Shi Z. Prospective Positioning Architecture and Technologies in 5G Networks // IEEE Network. 2017. Vol. 31. No. 6. P. 115–121.
Г.Фокин, к.т.н., доцент СПбГУТ
им. проф. М.А.Бонч-Бруевича / grihafokin@gmail.com
УДК 621.396.969.36, DOI: 10.22184/2070-8963.2020.90.5.24.29
ВВЕДЕНИЕ
Эволюция сетей подвижной радиосвязи (СПРС) продолжается уже несколько десятилетий, и согласно плану развития IMT-2020 очередное поколение СПРС будет отличаться от предыдущего как на техническом, так и на уровне услуг. Среди новых услуг связи, которые должны поддерживать сети 5G, есть приложения, требующие подключения большого количества устройств непосредственной радиосвязи друг с другом D2D (Device-to-Device), Интернета вещей (IoT), Интернета подвижных вещей (Internet of Vehicles, IoV), а также межмашинного взаимодействия М2М [1].
Вместе с появлением новых услуг связи в СПРС развиваются и технологии сетевого позиционирования, которые решают задачу определения местоположения (ОМП) абонента или устройства в сценариях, когда использование глобальных навигационных спутниковых систем невозможно и/или нецелесообразно.
Совокупность новых сценариев использования СПРС позволяет рассматривать экосистему 5G как инфраструктурную основу цифровой экономики, в которой потенциал новых приложений в различных сферах жизнедеятельности основан не только на услугах связи, но и на возможностях сетевого позиционирования устройств, образующих сеть.
Использование данных о местоположении (МП) позволяет реализовать всевозможные услуги геолокации, а также существенным образом усовершенствовать возможности установления и ведения радиосвязи, в частности, управление сетевой организацией на основе данных о МП позволяет повысить связность и эффективность распределения ресурсов гетерогенных сетей в составе перспективной экосистемы 5G [2].
Настоящее исследование посвящено анализу эволюции сетевой архитектуры позиционирования устройств в СПРС 2G – 4G с целью выявления тенденций их развития в сетях 5G.
НОВЫЕ СЦЕНАРИИ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СПРС 5G
На рис.1 представлены новые сценарии построения и функционирования сетей радиодоступа 5G [1]. С одной стороны, усовершенствованный радиоинтерфейс 5G с планируемым к использованию диапазоном частот миллиметровых волн (ММВ), многоэлементными антенными системами Massive MIMO и способностью адаптивного диаграммообразования (ДО) Beamforming открывают новые возможности для повышения точности определения местоположения (ОМП) известными дальномерными и угломерными методами. С другой стороны, данные геолокации о местоположении (МП) абонентских устройств могут быть использованы для эффективного построения сетей радиодоступа 5G с летающими и подвижными сотами, при функционировании радиостанций в сверхплотных радиосетях UDN (Ultra-Dense Networks), в том числе в режиме пространственного уплотнения одновременных передач SDMA (Space-Division Multiple Access). Таким образом, и новая архитектура построения сверхплотных сетей 5G, и новый радиоинтерфейс с Massive MIMO и Beamforming позволяют пересмотреть сценарии использования известных моделей и методов сетевого позиционирования в приложениях геолокации в СПРС [2].
Интерес к вопросам сетевого позиционирования в СПРС 5G обусловлен также перспективой функционирования радиостанций в сверхплотных радиосетях с адаптивным ДО в режиме Beamforming, которое, вследствие высокой вероятности наличия радиолиний прямой видимости LOS (Line of Sight), сможет компенсировать физические ограничения на дальность связи. Необходимым условием для адаптивного диаграммообразования является знание относительного местоположения соседних станций, являющихся источниками радиоизлучения. Осведомленность о местоположении в зарубежных источниках получила название Location Awareness и уже признана средством повышения показателей функционирования сети радиодоступа 5G [3].
ЭВОЛЮЦИЯ АРХИТЕКТУРЫ И ПРОЦЕДУР СЕТЕВОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ 2G – 4G
На рис.2 представлена эволюция архитектуры и процедур системы сетевого позиционирования в гетерогенной СПРС 2G – 5G [4]. Ключевыми элементами системы сетевого позиционирования в СПРС являются объект, клиент и сервер. Объект позиционирования – абонентский терминал или устройство; сервер выполняет сбор и обработку измерений для позиционирования объекта; клиент представляет собой сетевой элемент, который отправляет в сеть запрос на позиционирование для получения оценки местоположения объекта и может быть представлен как самим объектом, так и субъектом третьей стороны. Архитектура системы позиционирования в СПРС включает сеть радиодоступа RAN (Radio Access Network) и ядро сети CN (Core Network).
В СПРС 2G/GSM сеть радиодоступа GERAN (GSM EDGE Radio Access Network) включает в себя базовую приемопередающую станцию (БС) и контроллер базовой станции BSC (Base Station Controller). Сервисный центр позиционирования SMLC (Serving Mobile Location Center) выполняет функции сервера сбора и обработки измерений для оценки местоположения. SMLC может быть как отдельно стоящим устройством, так и входить в состав BSC.
В начале сеанса позиционирования клиент отправляет запрос на позиционирование в шлюзовой центр позиционирования GMLC (Gateway Mobile Location Center) в ядре сети CN. GMLC получает данные о текущем МП объекта в домашнем регистре HLR (Home Location Register). Затем GMLC отправляет запрос на позиционирование в центр мобильной коммутации MSC (Mobile Switching Center), который переправляет его в контроллер BSC и сервисный центр позиционирования SMLC. После получения запроса на позиционирование SMLC выполняет сбор первичных измерений от БС и их вторичную обработку для оценки местоположения объекта. В итоге данные о МП отправляются клиенту.
В СПРС 3G/UMTS сеть радиодоступа UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) и архитектура системы позиционирования похожа на таковую в сети 2G. Контроллер радиосети RNC (Radio Network Controller) выполняет те же функции, что и BSC. Отличие заключается в том, что GMLC переправляет запрос на позиционирование в MSC и узел обслуживания абонентов GPRS SGSN (Serving GPRS Support Node). Модуль измерения местоположения LMU (Location Measurement Unit), появившийся в сетях 3G UMTS, по запросу RNC осуществляет сбор измерений. LMU может быть как отдельно стоящим устройством, так и в составе базовой станции – NodeB.
В СПРС 4G/LTE сеть радиодоступа E-UTRAN (Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network) и архитектура системы позиционирования существенно отличаются от таковой в сетях 2G и 3G. Контроллер БС из сети радиодоступа исключен, его функциональность интегрирована в БС eNodeB (сокращенно – eNB). Если в СПРС 2G и 3G позиционирование осуществляется с использованием обмена сообщениями только в плоскости управления CP (Control Plane), то в СПРС 4G поддерживается позиционирование с использованием обмена сообщениями как в плоскости управления CP, так и в плоскости пользователя UP (User Plane).
Стандарт LTE поддерживает протокол позиционирования LPP (LTE Positioning Protocol), который служит для обмена сообщениями между сервером и объектом и используется как в CP, так и в UP. В плоскости управления CP обмен сообщениями позиционирования осуществляется поверх каналов управления с использованием протокола LPP и протокола обмена между сервером и БС eNB – LPPA (LPP Annex). Клиент инициирует сеанс позиционирования отправкой запроса в GMLC. Затем узел управления мобильностью MME (Mobility Management Entity) получает запрос от GMLC и передает его в E-SMLC, где выбирается подходящий метод позиционирования, выполняется обработка измерений и оценка МП объекта.
В плоскости пользователя обмен сообщениями позиционирования по каналам передачи данных осуществляется с использованием протокола SUPL (Secure User Plane Location). UE и eNB отправляют данные измерения на платформу SLP (SUPL Location Platform) через шлюзы S-GW и P-GW. После сбора данных позиционирования SLP вычисляет МП объекта и отправляет его клиенту [4].
АРХИТЕКТУРА И ПРОЦЕДУРЫ СЕТЕВОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ 5G
В отличие о СПРС предыдущих поколений, в сетях 5G сформулированы определенные сценарии позиционирования и количественные требования к ним в виде ключевых показателей функционирования KPI [2].
Рассмотрим вариант архитектуры системы сетевого позиционирования в СПРС 5G, показанный на рис.3 [4]. В СПРС 5G архитектура и процедуры системы сетевого позиционирования включают в себя множественные технологии радиодоступа RAT (Radio Access Technology), граничное облако и облако управления. Гетерогенная сеть радиодоступа RAT может включать БС с различными зонами обслуживания разнообразных стандартов, например LTE, 5G NR, Wi-Fi, что влияет на выбор метода позиционирования. Так, внутри помещений вероятен сценарий позиционирования в СРД Wi-Fi. На улице БС макро-, микро-, пико- и фемтосоты с многоантенными системами Massive MIMO позволяют оценивать углы прихода сигналов AOA (Angle of Arrival). Кооперативное позиционирование повышает точность относительного ОМП, сверхплотное распределение UDN опорных БС повышает вероятность радиосвязи в условиях наличия прямой видимости и, таким образом, улучшает точность ОМП.
Граничное облако (Edge Cloud) располагается на границе СРД для поддержки позиционирования в плоскости пользователя UP и включает виртуальный конвергентный шлюз VCGW (Virtual Converged Gateway) и мобильный граничный вычислительный сервер MEC (Mobile Edge Computing). Шлюз VCGW работает в пользовательской плоскости UP и реализует функции управления качеством обслуживания QoS в разнородных СРД. Также VCGW интегрирует в себе функции традиционного шлюза, например S-GW и P-GW в LTE.
Концепция мобильных граничных вычислений MEC (Mobile Edge Computing) призвана справиться с возрастающими требованиями по вычислительной обработке от UE. По сравнению с концепцией облачных вычислений Cloud Computing, подход MEC позволяет снизить задержки на передачу в ЦОД для обработки и способствует решению задач ОМП в режиме реального времени. Облако управления (Control Cloud) реализует функции в плоскости управления. В отличие от архитектуры систем позиционирования в СПРС 2G–4G, сетевые элементы системы позиционирования (MME, HSS, E-SMLC в LTE) в СПРС 5G исключены из ядра сети. Их функции реализуются виртуальными машинами [4].
На рис.2 и 3 показано, что процедуры позиционирования в плоскости управления выполняются следующим образом: клиент отправляет запрос на позиционирование на виртуальный шлюз местоположения VLGW (Virtual Location Gateway), который осуществляет сбор первичных сведений об объекте. Данные об объекте UE поступают через модуль VMM (Virtual Manage Module). Далее выбирается подходящая технология RAT, производится сбор измерений от разных опорных БС и АТ, после чего выполняется их обработка. Результирующая оценка МП возвращается клиенту.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обзор новых сценариев построения и функционирования сетей радиодоступа 5G показал следующее. С одной стороны, вместе с совершенствованием радиоинтерфейса, в частности, с использованием более широких полос частот, систем Massive MIMO и миллиметрового диапазона радиоволн открываются новые возможности для повышения точности позиционирования. С другой стороны, возможности определения местоположения устройств становятся востребованными для эффективного построения и функционирования сети радиодоступа, в частности, при непосредственной радиосвязи устройств друг с другом, а также в условиях сверхплотных радиосетей.
Анализ эволюции архитектуры СПРС 2G – 4G показывает совершенствование сетевой организации и процедур позиционирования вследствие увеличения числа технологий радиодоступа RAT в гетерогенной сети.
Ведущими тенденциями развития технологий позиционирования в СПРС 5G являются следующие. Во-первых, множественные технологии радиодоступа RAT в гетерогенной сети могут быть совместно использованы для решения задачи ОМП. Во-вторых, облачные и граничные вычисления, основанные на концепции SDN и виртуализации сетевых функций NFV привносят гибкость в архитектуру СПРС; необходимость в отдельных элементах сетевого позиционирования при этом отпадает, их функционал может быть реализован программно. В-третьих, разделены функции плоскости управления CP и плоскости пользователя UP. Позиционирование может быть реализовано как в CP, так и в UP, в зависимости от предъявляемых требований KPI; CP и UP и дополняют друг друга; в режиме реального времени ОМП может быть реализовано в UP для снижения задержки.
ЛИТЕРАТУРА
Agiwal M., Roy A., Saxena N. Next Generation 5G Wireless Networks: A Com-prehensive Survey // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2016. Vol. 18. No. 3. P. 1617–1655.
del Peral-RosadoJ.A., Raulefs R., López-Salcedo J.A., Seco-Granados G. Survey of Cellular Mobile Radio Localization Methods: From 1G to 5G // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2018. Vol. 20. No. 2. P. 1124–1148.
Taranto R. Di, Muppirisetty S., Raulefs R., Slock D., Svensson T., Wymeersch H. Location-Aware Communications for 5G Networks: How location information can improve scalability, latency, and robustness of 5G // IEEE Signal Processing Magazine. 2014. Vol. 31. No. 6. P. 102–112.
Liu Y., Shi X., He S., Shi Z. Prospective Positioning Architecture and Technologies in 5G Networks // IEEE Network. 2017. Vol. 31. No. 6. P. 115–121.
Отзывы читателей
