Программно-определяемая мобильная сеть

На протяжении XX века развитие телекоммуникационных технологий определялось развитием аппаратного обеспечения: большинство функций реализовывались с помощью специализированного оборудования. В начале 2000-х годов массовые процессоры стали достаточно дешёвыми, чтобы обеспечить коммерческое внедрение таких технологий, как программно-определяемое радио (SDR) и софтсвитчи. Программно-определяемая мобильная сеть развивает эти тенденции в сторону проектирования мобильных сетей, перенося практически все сетевые функции в программное обеспечение.

Термин «программно-определяемая мобильная сеть» впервые появился в открытых публикациях в начале 2014 года: его независимо использовали компания Lime Microsystems, и исследователи из Университета Оулу (Финляндия)^[1].

Мобильные сети на основе специализированного оборудования имеют следующие ограничения:

• Их возможности по обновлению крайне ограничены, а при внедрении новых стандартов часто требуется полная замена оборудования.
• Модули не масштабируются по производительности и ёмкости, поскольку эти параметры определяются аппаратной реализацией.
• Для обслуживания специализированного оборудования и связанного с ним программного обеспечения требуется обучение персонала мобильного оператора у конкретного поставщика.
• Как правило, обслуживание и поддержка осуществляются только одним производителем, что приводит к эффекту замкнутости на поставщика.

Программно-определяемое радио является важной составляющей программно-определяемых мобильных сетей, поскольку заменяет протокол-зависимое радиооборудование цифровыми приёмопередатчиками, не зависящими от используемого протокола. Если ранее цифровые радиосистемы часто применяли программируемые логические интегральные схемы (FPGA) или специализированные цифровые сигнальные процессоры (DSP) для обработки сигналов, то подход SDMN переносит всю работу с радиосигналами на центральные процессоры общего назначения. Оборудование SDMN также разрабатывается с открытыми интерфейсами, что позволяет производить его разными компаниями.

SDMN избегает применения компонентов, специализированных по функциям или доступных только у одного поставщика. Это относится как к аппаратным, так и к программным частям сети.

Телефонные коммутаторы в таких сетях полностью программные, включая программное транскодирование речевых кодеков.

Разрабатывается новая архитектура SDN для систем беспроводного распределения (WDS), устраняющая необходимость в многоуровневой рассылке маршрутной информации и позволяющая таким сетям легко масштабироваться. Основная идея — разделение управления сетью и передачи данных по разным полосам частот: управление и обмен служебной информацией осуществляется в одном диапазоне, передача пользовательских данных — в другом.

Подход SDMN имеет следующие преимущества по сравнению с аппаратными мобильными сетями:

• Аппаратные компоненты SDMN изначально не зависят от конкретного протокола, поэтому обновление возможно только за счёт программного обеспечения, включая смену технологических поколений; в сетях радиодоступа это может производиться локально по отдельным площадкам.
• Из-за открытости и массовости аппаратных платформ:
  • SDMN-оборудование может обслуживаться разными вендорами, что снижает эксплуатационные расходы.
  • SDMN-оборудование доступно для производства по всему миру, что уменьшает расходы на изготовление.
• Использование распространённых операционных систем и средств программной разработки:
  • Персонал обучается быстрее, поскольку знаком с используемыми программными платформами.
  • Многие аспекты SDMN контролируются готовыми инструментами, входящими в состав типовых операционных систем.
• Сетевые компоненты SDMN работают на стандартных компьютерах: масштабирование вычислительных ресурсов достигается просто добавлением мощности.