提议了生龙活虎种选取家庭基站手艺进行高速移动场景覆盖的解决方案,预计后年全球数据量将达到35ZB

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摘要:家庭基站(FemtoCell)技术具有组网高效灵活、成本低廉等特点,可以用于快速扩展网络覆盖,提升网络容量,为用户提供更好的业务体验,具有广泛的应用前景。高速移动场景下的网络覆盖,如高速铁路,已成为3G无线网络建设的重要组成部分。本文在对高速移动场景下的网络覆盖问题进行研究和分析的基础上,提出了一种采用家庭基站技术进行高速移动场景覆盖的解决方案。该方案可以改善或解决高速铁路场景下移动覆盖中移动性管理、网络容量受限及车厢穿透损耗等问题,有效提升高速移动场景下终端用户的业务体验。

这是一个数据急剧膨胀的时代。随着数字化转型的不断推进,更新的技术和平台也在不断涌现,从而导致了数据的爆炸。我们可以看到在数据链条上大量的数据在终端产生之后会转移到我们的云核心或者边缘的数据中心,对于数据存储的难度和管理难度都大幅度增长,如何应对这一问题,成为业界关注的重点。

关键词:家庭基站;高速移动;
覆盖;2010年上海市科委重点项目(No.10511500402)

秉承着赋能定制化、开放且可扩展的数据中心架构的核心使命,西部数据公司
(NASDAQ:
WDC)日前宣布推出分区存储技术,旨在为云和超大规模数据中心架构师融合创新与行业标准,从而设计出高效的存储层,帮助用户在ZB级容量的存储时代保持具有竞争力的总体拥有成本,实现更大的规模效益。

1、引言

随着自动驾驶技术、IoT、智慧城市的落地以及未来5G的普及,数据量正在疯狂的增长。据IDC一组数据显示,全球在2010年正式进入ZB时代,并以40%的速度增长着,预计2020年全球数据量将达到35ZB,也间接意味着全球数据将进入ZB时代。

TD-SCDMA作为我国自主研发的3G移动通信系统,经过多年的大规模网络建设,网络覆盖已经日趋成熟。近几年,随着国内高速铁路的不断发展,高速移动场景下的无线网络覆盖已经成为TD-SCDMA网络建设的重要组成部分,在高速移动场景下为终端用户提供无缝的覆盖、更高的系统容量和数据速率,已经成为移动通信领域的重大挑战之一。

不仅如此,IDC报告指出,预计从2023年起,企业、机器、工业、消费、科学等领域每年产生的数据量将高达103
ZB*。

依托2010年上海市科委重点项目(No.10511500402),作者针对高速移动场景下的网络覆盖解决方案进行了研究和分析,提出了采用TD-SCDMA
FemtoCell技术进行高速移动场景覆盖的解决方案。本文包括以下章节内容:第二节对高速移动通信场景进行了介绍,并给出了该场景下移动通信的业务量需求分析,以及高速场景下网络覆盖的难点问题介绍;第三节总结了现有的高速移动场景覆盖方案;第四节提出了基于FemtoCell的覆盖解决方案,给出关键技术问题的分析,并对需要进一步研究的细节给出了说明;第五节总结全文。

然而,在ZB大数据的时代,根据应用所采用的定制化仍然是停留在系统的层面,它的定制化的能力和需求并没有延展到我们的硬件部件当中,HDD、SSD存储数据、转移数据的管理方式仍然是在部件层面实现,通过部件层面存储期的固件来管理数据的存放。

2、高速移动场景介绍

这样的存储架构效率低下,并且在面对越来越多的工作负载、应用和数据集时,可能会产生巨大的资源需求和成本开销,因此针对下一代数据发展,我们需要新的数据中心结构:可编程的去集群化基础架构。

2.1 高速移动通信场景

由于越来越多的数据具有顺序写入的特性,例如视频、物联网/边缘数据、监控,以及可以分组或“分区化”成更大数据块(如大型人工智能/机器学习数据集)的数据,这使我们可以加速推广分区存储设备,对工作负载进行合理优化,从而提高性能和效率,更早的实现总体拥有成本的降低。

高速铁路作为一种安全可靠、快捷舒适、超大运量、低碳环保的运输方式,已经成为世界铁路发展的重要趋势。截至目前,中国大陆投入运营的高速铁路已达6920公里,营业里程居世界第一位,在建的高速铁路达到一万公里以上。时速350公里的北京至天津、武汉至广州、郑州至西安、上海至南京等高速铁路已开通运营,运营速度世界最高。上海市的磁悬浮高速铁路时速更是达到了431公里。高速铁路的线路规模和时速都在不断提升当中,高速移动场景已经成为3G移动通信重要的组网场景,受到越来越多的关注。

分区存储架构分区存储架构赋能应用层、主机和存储互相协调数据存放位置,以充分利用在SMR
HDD上可以实现的最大存储容量,以及在融入新兴分区命名空间 标准的NVMe
SSD上可以实现的更好的耐久性和可预测的低延迟和QoS性能。

跟普通场景相比,高速移动场景下的移动网络覆盖通常有以下特点:

ZNS是NVMe标准规划内的新特性,也是对SMR技术的补充,它让开发人员在共同的软件堆栈下可以不分存储介质类型有效的调用SMR和ZNS。预计到2023年,西部数据公司将在SMR上提供50%的HDD
容量,而客户可以利用其SMR应用开发成果涵盖高容量ZNS
SSD。SMR和ZNS也将通过提供智能化应用架构成为当前和未来ZB级数据时代的关键基石。

a)
高速移动场景下的终端用户都集中分布在车内,全部用户随着列车运行同步运动。

IDC基础架构系统、平台与技术集团副总裁Ashish
Nadkarni表示:“毫无疑问,我们的行业需要凝聚一心,寻求一种创造性的新方式来设计并构建面向未来的基础架构,以便更智能及高效地优化工作负载、存储和计算基础架构。预计到2022年,HDD和SSD的总金额将达到IT基础架构总支出的27%,我们认为,对于云和超大规模数据中心客户来说,SMR、和ZNS
SSD是其优化基础架构、实现更大规模经济效益的良机。”

b)
用户在无线网络中的切换、小区重选等行为都非常集中,无线网络资源的使用呈突发性;短时间内频繁的小区间切换、重选等,对网络KPI指标有一定的影响。

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c)
高速的移动使得用户经过一个小区的时间往往很短,信令、业务时延对用户在无线网络中的移动性能影响很大。

d)高速移动场景下的车体通常具有较大的穿透损耗:对于TD-SCDMA常用频段,高速列车车厢穿透损耗通常在15~20
dB,上海磁悬浮高速列车(最高时速达431 公里)车厢穿透损耗在30~35
dB。这对无线网络的连续覆盖、终端功耗都提出了较高的要求。

e)高速移动场景下,多普勒效应明显,产生的多普勒频偏对业务质量影响较大。

f) 高速移动场景下,终端用户数据业务的潜在需求较大。

高速移动场景下无线网络覆盖必然需要结合上述特点进行规划和设计,最大程度上保证终端用户的业务需求,提升用户体验。

2.2 高速移动通信场景业务需求

随着国内TD-SCDMA网络规模和用户规模的扩大,TD-SCDMA终端用户对数据业务的需求也呈较大上升趋势,终端用户潜在地希望在各种环境下都能得到较好的业务体验。对于高速移动场景,这里基于一系列假设给出终端用户业务需求分析:

假设条件: 高速列车每列16节车厢,每节车厢乘客50人。

1)乘客语音通信需求:16×50×0.02×0.8=12.8 erl其中,移动用户渗透率80%,
每个用户话务量0.02 erl。

2)乘客数据通信需求:16×50×0.384×0.25×0.25×0.8=15.36
Mbps其中,每位乘客通信容量0.384
Mbps,收敛比4:1,数据通信使用率为25%,移动用户渗透率80%。

考虑到双向开行,以每小区覆盖最多2辆车计算,每小区通信量需求如下表所示:

表1 业务需求统计

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