異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)成本效益分析研究

湯懌

【摘要】 本文基于用戶、基站（包括宏觀和微觀）、回程（包括微波和光纖）、數(shù)據(jù)中心考慮，采用多個(gè)空間點(diǎn)流程分析C-RAN系統(tǒng)的部署成本。本文先基于網(wǎng)絡(luò)總部署成本得出平均部署單個(gè)數(shù)據(jù)中心成本公式，然后使用能通過流量需求和解碼器質(zhì)量定位數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)處理模型為平均部署單個(gè)數(shù)據(jù)中心成本公式提供其所需參數(shù)，最終發(fā)現(xiàn)C-RAN比DRAN更有成本效益。

【關(guān)鍵字】 無線網(wǎng)

一、引言

無線通信技術(shù)迅猛發(fā)展， 出現(xiàn)了蜂窩網(wǎng)絡(luò)、 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)、 無線 Mesh 網(wǎng)、 無線傳感器網(wǎng)和 3G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等多種類型的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和使用帶來了廣闊的研究領(lǐng)域和新的技術(shù)挑戰(zhàn)，多種類型網(wǎng)絡(luò)融合構(gòu)成的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)逐漸成為發(fā)展趨勢(shì)。 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的性能優(yōu)于單一網(wǎng)絡(luò)，有利于改善系統(tǒng)容量問題，降低系統(tǒng)設(shè)備的部署成本。如何構(gòu)建異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)，滿足用戶的數(shù)據(jù)傳輸需求，在提供帶寬、延時(shí)等網(wǎng)絡(luò)性能保證的同時(shí)，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的總代價(jià)最小，是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)中的關(guān)鍵問題。

同時(shí)，在高速發(fā)展的移動(dòng)業(yè)務(wù)和日益競(jìng)爭激烈的環(huán)境下，移動(dòng)運(yùn)營商面臨著許多方面的問題，比如，能耗的增加、建設(shè)和運(yùn)維成本的不斷增長、頻譜資源的缺乏、業(yè)務(wù)流量的快速上漲等。為了能夠解決這些問題同時(shí)又追求未來業(yè)務(wù)的可持續(xù)增長，根據(jù)已有的網(wǎng)絡(luò)條件和各方面技術(shù)進(jìn)步的趨勢(shì)，在現(xiàn)有的無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）中融合云計(jì)算的設(shè)想，提出了面向綠色的新型無線接入網(wǎng)構(gòu)架Cloud-Radio Access Network（C-RAN）[1]。

目前，業(yè)界對(duì)C-RAN的量化研究還集中在生產(chǎn)量和節(jié)能方面的提升上，對(duì)C-RAN在部署成本方面的限制方面的研究很少，而這個(gè)限制在部署C-RAN的時(shí)候卻是十分重要的[2]。

鑒于此，本文通過建立計(jì)算網(wǎng)絡(luò)部署成本的理論構(gòu)架和提供處理成本信息和它對(duì)基站強(qiáng)度的依賴性的復(fù)雜度模型對(duì)對(duì)C-RAN分和布實(shí)現(xiàn)的LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署成本進(jìn)行了比較分析，這將對(duì)發(fā)展下一代高性能、低成本接入網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

三、系統(tǒng)部署成本模型

典型的服務(wù)供應(yīng)商所產(chǎn)生的部署成本可以被廣泛的歸類為設(shè)備成本、生產(chǎn)能力成本和基礎(chǔ)設(shè)施成本。

1、設(shè)備成本Ci（ in $/devise）表示在i層部署設(shè)備的花費(fèi)。

？ C0=0，l ayer0為用戶層，C0表示供應(yīng)商的花銷，用戶層的產(chǎn)品都由用戶自己購買，所以供應(yīng)商不用花錢。

？ C1為部署一個(gè)基站集群的設(shè)備成本，該基站集群包括一個(gè)宏基站和一個(gè)λ1m微基站。

？ C2為回程節(jié)點(diǎn)上的設(shè)備成本，它是C2MW和C2OF的線性組合，C2MW和C2OF分別是微波回程設(shè)備和光纖回程設(shè)備的設(shè)備成本。

2、基本容量成本

由于我們模型中所有的點(diǎn)處理都是固定的，為了使計(jì)算簡單，將高層上的一個(gè)點(diǎn)的初始點(diǎn)定為o。則，生產(chǎn)能力成本為將i層的x點(diǎn)連接到i+1層的o點(diǎn)所需要的容量需求。這項(xiàng)成本用Ai，i+1g（‖x‖），Ai，i+1>0是能提供某一容量（或數(shù)據(jù)速率）的基礎(chǔ)成本，g（‖x‖）是‖x‖的函數(shù)，‖x‖定義了基礎(chǔ)費(fèi)用與距離的關(guān)系，為了簡單起見，并且包含所有可能的多項(xiàng)成本的增加速率，g（‖x‖）可以定義為冪函數(shù)形式，即g（‖x‖）=‖x‖βi，i+1，該公式中‖x‖為點(diǎn)0∈Φi+1和x∈Φi點(diǎn)的距離。βi，i+1≥0成本增長的指數(shù)基數(shù)。比如，設(shè)βi，i+1=1，Ai，i+1g（‖x‖）=Ai，i+1‖x‖則，這表明生產(chǎn)成本與距離成線性增長。注意到基本成產(chǎn)成本Ai，i+1包含很多不同的部分，比如連通成本等。

3、基礎(chǔ)設(shè)施成本

基礎(chǔ)設(shè)備成本被定義為確定i層的點(diǎn)x與i+1層的點(diǎn)o是的關(guān)聯(lián)性的成本。它被定義為，Bi，i+1h（‖x‖），B，i+1>0在數(shù)量級(jí)上與Ai，i+1類似（定義為一個(gè)特定安裝類型的基本花銷）。h（‖x‖）是兩點(diǎn)之間距離‖x‖的函數(shù)。為了計(jì)算簡單，定義h（‖x‖）=‖x‖θi，i+1，θi，i+1≥0，表示隨著距離的基礎(chǔ)設(shè)施基本花銷的增長速度。

4、數(shù)據(jù)處理模型

本段中的分析是將通過操作通訊基礎(chǔ)設(shè)施所需要成本，與用多種回程處理C-RAN系統(tǒng)中的信息所需要的成本聯(lián)系起來。這項(xiàng)關(guān)于成本的建模旨在研究網(wǎng)絡(luò)部署成本上的信息處理效益。通訊基礎(chǔ)設(shè)備跨越了多個(gè)層，由基站層和回程層所組成。另外，數(shù)據(jù)中心層也能處理所有的流入和流出傳輸。這項(xiàng)處理要求豐富的計(jì)算資源，這些計(jì)算資源決定于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)化和操作制度。

C-RAN系統(tǒng)的支出主要集中在數(shù)據(jù)中心層。如果數(shù)據(jù)中心提供的計(jì)算資源太少，就會(huì)產(chǎn)生計(jì)算停止。在這種情況下，盡管通道質(zhì)量滿足要求，傳輸也無法被成功譯碼。相反，如果這個(gè)系統(tǒng)供應(yīng)過量，它在大多數(shù)情況下都不會(huì)被充分利用，這就降低了集中化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

四、計(jì)算部署成本

在一個(gè)密集的城市環(huán)境下，路徑損耗大約為4，也就是說，【27】中的數(shù)據(jù)表明纖維回程的容量成本與距離之間呈線性相關(guān)，也就是說，距離越遠(yuǎn)，所需要的容量就越大，成本就越高， β1，2=1。

五、計(jì)算結(jié)果分析

上圖表示部署C-RAN數(shù)據(jù)中心的部署成本要比DRAN中部署大強(qiáng)度的數(shù)據(jù)中心的部署成本要低。因此，C-RAN使得集中化資源的利用更充分。

B、總成本與α之間的關(guān)系

圖3說明觀察到當(dāng)C-RAN基站設(shè)備成本與DRAN基站設(shè)備成本接近時(shí)，部署成本會(huì)增加。

C、部署成本與用戶強(qiáng)度λ0之間 的關(guān)系

D、表示部署成本與p的關(guān)系

圖5表示當(dāng)微波回程和纖維回程都存在（0

六、結(jié)論

本文分析了基于C-RAN的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和分布實(shí)現(xiàn)的LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的成本效益。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠計(jì)算網(wǎng)絡(luò)部署成本的理論構(gòu)架和提供處理成本信息和它對(duì)基站強(qiáng)度的依賴性的復(fù)雜度模型。基于此，再輔以其他一些基礎(chǔ)成本，最終計(jì)算、分析、比較分散式異構(gòu)LTE網(wǎng)絡(luò)與基于C-RAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的部署成本。最終得出如下結(jié)論：1、基于C-RAN的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的成本要比標(biāo)準(zhǔn)的LTE部署成本低，具有更高的成本效益；2、運(yùn)用混合回程技術(shù)的部署方案要比用單一回程部署的方案更具有經(jīng)濟(jì)效益3、微基站圍繞宏基站的分布范圍對(duì)C-RAN網(wǎng)絡(luò)的部署成本影響很大。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 唐雄燕，周光濤.面向云服務(wù)的寬面向云服務(wù)的的彈性泛在寬帶網(wǎng).寬帶通信與物聯(lián)網(wǎng)前沿技術(shù)研討會(huì)論文集，2013，9.

[2] C-RAN無線接入網(wǎng)綠色演進(jìn)白皮書.中國移動(dòng)通信研究院，北京，2010，3.