應科院於電訊業界高層論壇上就5G時代的智慧出行發表意見

  • 應科院於2018年6月12日參加由香港通訊業聯會舉辦的「香港5G業論壇2018」(Hong Kong 5G Industry Forum 2018)。該論壇旨在探討香港的5G發展路線圖,以及相關生態系統中不同持份者如何發揮其重要角色,以支援政府的智慧城市和5G發展計劃。應科院首席科技總監楊美基博士在論壇上發表專題演講,介紹5G 流動車聯網(C-V2X)技術。

    香港特區政府通訊事務管理局辦公室通訊事務副總監(電訊)梁仲賢先生,於論壇上以「準備迎接5G時代」為題發表演說,內容涉及多個重要議題,包括:可供使用的5G頻譜、以拍賣方式指配5G頻譜的建議、各種頻段的使用,以及確保順利和非干擾性地引入5G服務的相關措施等。他亦談到使用C波段3.4〜4.2 GHz頻譜,該等頻譜現正被其他服務商使用,例如用作衛星電視廣播用途,以及讓香港的兩個遙測、跟踪及控制站用以監控圍繞著地球運行的12顆香港的人造衛星。值得一提的是,應科院和羅德與施瓦茨公司合作,最近為通訊事務管理局進行了一項可行性研究,探討如何讓衛星廣播電視和5G服務可以並存於3.5 GHz頻段的有效措施。

    至於應科院的楊美基博士則在其演說中主要探討「聯網車」生態系統的最新發展,並分享了全球5G汽車協會等行業組織的一些觀點。他更講解了應科院與業界伙伴合作開發的智能移動解決方案的軟硬件架構,更透露應科院的流動車聯網(C-V2X)系統已可支援3GPP版本14(以LTE為基礎的車聯網),亦會支援即將推出的15版本以配合5G標準的演變。

    該論壇並設有小組討論,探討關於「流動通訊業如何協助推動香港的5G和智慧城市的創新發展」。論壇的講者和參與討論的嘉賓包括了來自亞太和其他地區的業界領袖,好像韓國SK電訊,華為,香港智慧城市聯盟,中國移動,香港電訊,數碼通,和記黃埔和全球移動通訊協會等。

    新一代通訊網絡圖像小冊子 (2017)

  • 點擊以下圖像觀看詳細資料:

    新一代小基站

  • C-RAN是一種集中化,基於雲端的新型基站網絡架構,運營商可以利用C-RAN提升服務質量、降低設備成本、降低運營成本和降低能耗。應科院正在開發一種靈活及高性能的 C-RAN 解決方案以滿足工業需求。

    主要特性

    靈活的 C-RAN 結構

    應科院的C-RAN結構是基於標準的FAPI PS-PHY接口,便於集成商業PS軟件。 FAPI接口是由小基站聯盟提出的一個標準接口,很多LTE/LTE-A基站都採用PS與PHY的接口作為商業解決方案。服務器與遠端單元之間的任務分配由集中化程度和減少回傳吞吐量所決定。應科院的物理層處理提供了靈活的結構,可以根據不同的需求進行部署。

     多基站協作處理

    我們的C-RAN解決方案提供了一個新型的集中化基帶處理能力,可以實現更先進的多基站處理算法。比如多點協助處理、小區間干擾消除,以及有源天線波束選擇,在小基站及異構網絡拓撲中降低了基站之間的干擾,並且提升了頻譜的利用率。這對增加系統的頻譜利用率很有意義。

    伺服器端的負載均衡

    C-RAN的處理器集中化使計算資源動態分佈。每個基站的處理實體都是在伺服器的處理器中動態分組和分佈。在處理流量低的時候,系統可以關閉多餘的處理器,或者切換到其他處理器中,以支援其他應用。這樣就可以降低能量消耗和提升計算單元的硬體的利用率。

     

    應科院靈活的C-RAN結構,具有集中化的PHYPS協助功能

     

    應科院 C-RAN 參考設計

    這項目計劃開發一個 C-RAN 的參考設計,包括基帶池和基本 L2 / L3 協議棧功能,以實現端到端網路,支援以下功能:

    (1)   多個小區的載波聚合(CA),提供網路帶寬靈活配置及更高吞吐量;

    (2)  動態小區合併和分裂以降低營運費用和優化網絡表現;

    (3)   先進的MIMO技術,以提高頻譜效率和可靠性。該研發成果包括 (a) DL 和 UL 收發器 L1 鏈路仿真平台; (b) 商用級 C-RAN 基帶池的參考設計和; (3) 完善的測試平台,驗證 3GPP 標準的要求。

     

    應科院 C-RAN 規格

    參數 C-RAN物理層規範
    Standard 3GPP release 10
    Bandwidth 5 , 10, 15, 20 MHz
    Duplexing FDD, TDD (All UL-DL configuration and special sub-frame configuration)
    # of users 256 users per sector
    16 UEs/TTI
    Cell Size Up to 10 km
    Mobility Up to 160 km/h
    Throughput DL: 300Mbps per sector
    UL: 150Mbps per sector
    UE support Category 1 to 6
    Synchronization GPS, 1588v2
    Advanced features CA
    4×4 MIMO
    Beam-forming (TM7 and TM8)

    C-RAN

    核心網軟件 (EPC)

  • 應科院開發的 EPC 遵循 3GPP 標準的演進分組核心軟件。EPC是LTE 網絡中的核心網絡組件。該創新的LTE核心網架構在部署和擴展中具高度靈活性,能部署在很多不同的應用場景,包括未來向網絡虛擬化演進的 LTE 網絡。

    主要功能及優點

    移動管理單元(MME

    • 终端(UE )移動性和會話管理、NAS 安全、認證、跟蹤區域列表管理、移動切換(S1、X2)、尋呼等
    • 嵌入 HSS/PCRF(若打開計費功能,則無此功能)
    • 冗餘備份:N+1

    數據包網關(SGW PGW)

    • 移動性錨點、用戶數據包過濾、數據包轉發、專用數據承載通道、帶寬控制(AMBR、MBR)、計費(用量記錄)、能支援 IPv4、IPv6、IPv4/v6 等
    • 配置選項:通過配置,可以將 SGW 和 PGW 合併(用於小型網絡)或分開部署
    • 冗餘備份:1+1

    系統管理

    • CLI/Telnet 管理主控台
    • HTTP Web 介面
    • 硬體系統管理、刀片、機架、冗餘備份管理等
    • LTE EPC 軟件業務管理、網絡配置等

    控制平面處理器

    • 基於 Intel x86
    • 操作系統:Redhat Linux 或 运营商级 Windriver Linux

    數據平面處理器

    • 基於 Cavium 58xx/68xx
    • 操作系統:Cavium Simple Executable + Cavium Linux/Carrier Grade Windriver Linux

     

    LTE 機器類型通訊基帶技術

  • 本項目旨在開發和研究LTE機器類型通訊(MTC)基帶技術,以滿足將來市場對機器類型通訊應用日益增長的需求。不同於常規的使用者與使用者之間的通訊,MTC側重於無需使用者的輔助的設備之間的通訊。市場預計LTE機器類型通訊會有十分廣闊的應用前景,例如用來打造智慧城市的基礎設施,用於跟蹤和監視系統,用於計費和付費系統等等。但同時,開發MTC技術將面臨諸多技術挑戰,例如減少使用者終端的成本,增強系統的覆蓋能力,處理巨大的終端設備接入量,優化不同資料類型的流量。

    本項目旨在提供LTE MTC終端的解決方案和技術支持。本項目成果包括:

    (1)支持基礎LTE-R9終端 和MTC 終端的基帶和MAC層仿真平台

    (2)LTE MTC終端的參考設計

    (3)LTE MTC 終端測試設施以核實和驗證3GPP標準要求

    (4)一個LTE MTC基帶技術的專利申請。 LTE MTC終端基帶和MAC層的主要技術包括:(1)LTE-R9 UE模型(2)低功耗Cat 0終端設計(3)單天線,單層傳輸和接收(4)TDD,FDD和HD- FDD模式(5)分集處理的覆蓋範圍擴展(6)TTI Bundling,SPS和QoS調度。

    Cat 0 MTC UE原型指標

    Parameter Specification
    Silicon Freescale BSC9132
    Standards 3GPP Release 12 (software upgrade to support upcoming Release 13)
    Bandwidth 1.4, 3, 5, 10, 15, 20MHz
    Duplexing FDD, TDD (All UL-DL configuration and special sub-frame configuration)
    MIMO DL: 2×2, 4×2
    UL: 1×2, 2×2
    Category Support UE category 0 to 4
    MTC R12 category 0 UE
    (Software upgrade to support upcoming R13 eMTC features)
    Pro-Se R12 Pro-Se (D2D)
    (Software upgrade to support upcoming R13 ePro-Se (eD2D))

     

    應科院的機器類型通訊終端原型機在2015年上海世界通訊大會現場演示

    4G 及下一代的移動網絡功能虛擬化

  • 網絡功能虛擬化(Network Functions Virtualization,NFV)是電訊行業的一個主要趨勢。網絡功能虛擬化主要是將網路設備的軟件與硬件解耦,網絡功能以軟件實現,並部署在通用的硬件平台上。它提供顯著的靈活性,以提供不同的服務,包括4G,WiFi和下一代服務的基礎設施。另外,它减少了資本支出(CAPEX)和運營支出(OPEX)

    應科院在NFV的研發重點

    應科院提供一系列的LTE核心網絡軟件。應科院目前正在研發LTE核心網絡軟件的網絡功能虛擬化(NFV),包括:

    • 性能優化:在虛擬化平台上,不像直接在硬件上運行,性能和吞吐量都會受到影響。應科院除了優化網絡通訊協定棧,也分析NFV的基礎設施造成的性能樽頸,進一步定位和解決性能問題。
    • 高可用性(HA):HA是以往都是基於專門的硬件平台上實現的,在NFV的環境下,我們將會使用軟件的方法實現HA功能。
    • 開放式平台和標準:專注於開放標準(如OPNFV、ONP)和架構(如ETSI NFV架構)。

     

    本項目旨在研發將LTE網絡子系統(EPC, Smallcell網關,安全網關,WiFi/LTE融合網關)整合成為虛擬網絡功能的形式,整合後的NFV服務將可以部署到主流的開放標準NFV平台(包括WindRiver,Open Platform NFV –OPNFV)且可以由主流NFV編排器 (Orchestrator)管理,以達到運營商級別的傳輸性能和高可靠性。本項目吸引了國際大型設備商參與合作,並致力於項目完成後將項目成果商用部署。

    項目成果:

    (1)虛擬化演進分組核心(EPC)軟件

    (2)虛擬化LTE小小區網關軟件

    (3)虛擬化安全網關軟件

    (4)虛擬化WiFi / 4G融合網關軟件

    (5)虛擬化LTE小小區管理軟件

    (6)虛擬化網絡協議棧軟件

    (7)(a)系統集成和驗證,(b)NFV平台建立增強,和集成

     

    應科院與業界合作

    應科院正在積極和業界在NFV技術上合作:

     

    NFV 白皮書

    Network Functions Virtualization (NFV) for Next Generation Networks (NGN)

    開放型無線寬頻創新平台

  • 應科院已經開發了多項LTE技術(如基帶,射頻系統和核心網絡軟件),成為在提供LTE技術的領導者之一。本項目利用應科院在LTE核心技術方面的競爭力,通過結合應科院和第三方的技術和產品,開發一個開放式無線寬頻創新平台(WIP),為系統開發、集成和商業化驗證提供一個可配置的網絡環境。

    本项目成果包括:

    (1)在室內和室外環境部署LTE小基站網絡,支持自組織網絡功能;

    (2)部署WiFi接入點和WiFi / LTE彙聚網關,支持不同的策略控制下的流量卸載性能;

    (3)有源天線系統波束成型功能的實現與測試;

    (4)本專案也將開發互通性測試工具,協助系統互聯互通測試和應用試驗。

    展望未來,該WIP將演進成為一個開放的5G創新平台,包括C-RAN,移動邊緣計算,基於網絡功能虛擬化(NFV)的EPC,和應用(例如VR,IoV管理)等先進技術。

    用於車聯網的車內網關軟件

  • 車聯網(IoV)是新興技術和行業發展趨勢,全球擁有巨大的市場潛力,尤其在中國和亞太地區。 IOV主要由兩大通信部分組成:(i)V2X(IEEE 802.11p)和(ii)無線回傳(3G / LTE),能使數據分享到不同應用系統如導航,車輛狀態監控,遠程診斷,信息娛樂系統,路線規劃和車隊管理等。

    車內網關是推動車聯網(IoV)應用系統旳關鍵。它連接車輛不同零組件部分和骨幹網絡的電子控制器(ECU),利用車載診斷(OBDii)接口,去存取和共享車輛信息和數據。還通過V2X(802.11p)和無線回傳(IP / LTE)接口,提供了車輛、道路基礎設施和互聯網應用之間的IP網路連接和通信。

    該項目就車內網關進行可行性研究,並提供車內網關軟件參考設計。同時也構建概念演示(PoC)系統,展示不同網關功能包括車輛狀態監測、ECU信息和數據共享、提供互聯網和網絡連接等。驗証不同技術重點和實現方式,包括

    (1)網關軟件設計的可擴展性和靈活性,支持多廠商標準協議,接口和型號(IP/LTE/802.11p/Wifi/CAN/OBDii),

    (2) 提供數據安全和設備驗証等。

    該項目是應科院新IoV技術路線的起動項目。PoC系統將被用於探索IoV / V2X市場,與客戶和合作夥伴包括本地產業、大學和政府部門等作討論和合作。項目團隊透過與NXP和南洋理工大學(NTU)合作,將網關原型集成到他們在新加坡的“智能交通項目”試驗平台,展示不同的網關功能。

     

    物聯網設備管理和應用平台

  • 該計劃項目專注於研究開發物聯網(IoT)管理平台和解決方案的架構及應用。對於只發生,或在原型階段缺乏的質量,如缺乏可靠性,擴展性及安全性,MAP能提供有效的解決方案

    每一個路燈都是一個獨立單元,有自己的太陽能電池板和蓄電池(沒有任何連線),無法遠程監控。採用WSN技術後,所有的太陽能路燈就能組成一個局域傳感器網絡,再加上一個IoT網關設備和無線寬帶接入網如LTE,太陽能路燈就能被IoT管理平台遠程管理並控制.IoT管理平台帶來的直接好處是能監視路燈組件(如太陽能電池板,蓄電池,電流等)狀態,並可以遠程控制路燈(如開/關,調光等)。

    另外,IoT解決方案還能帶來多方面的好處,如節能,環保,降低維護費用等。事實上,這個項目結束後,只要找到感興趣的行業合作夥伴,類似性質的應用視頻監控,河道管理,水質監控等)可以很快開發出來。

    項目成果包括:

    1)一個商業級的IoT管理平台,能靈活並可靠地管理不同類型的IoT設備;

    2)基於IoT管理平台之上的太陽能/風能設備管理應用(太陽能路燈管理,綠色能源設備組件管理)。

    FastGate網絡通訊協議棧

  • 高性能數據包處理軟件和SDN轉發平面解決方案

    行業挑戰

    隨著 WiFi、3G 和 LTE 的發展,無線數據流量也需求激增。這對無線接入網絡基礎設備(如 WiFi 接入控制器、LTE EPC)的 性能提出了嚴峻的要求,因為設備在對數據包進行複雜的協議處理(L2/L3 隧道、包分類、IPsec、QoS 控制等)的同時,還必須不斷提高吞吐能力。

    網絡設備供應商面臨的主要挑戰包括更高的數據吞吐率以及擴容能力。然而,目前市場上很難找到這樣一個高性價比的網絡通訊協議棧軟件平台,既具備高性能和可擴展性,又滿足定制不同網絡基礎設備的需求。

    FastGate網絡簡介

    FastGate 網絡是精心設計的網絡流程框架,包含可用於構建高性能網絡設備的軟件模組。FastGate 網絡的獨特性包括:

    基於多核的可擴展性
    FastGate 框架支援無鎖的並行包處理,在多核處理器上可實現線性擴展能力。多核通訊(MCC)可實現核間的可靠通訊和無鎖同步。

    可二次開發
    FastGate 框架包含標準的二 / 三層包處理模組,可輕鬆地以分離方式支援定制包處理模組。FastGate 能夠大大的降低研發成本,縮短產品發佈週期。

    性能優越
    FastGate可以極低的延遲實現線速包處理(「介面的物理限制」)並能線性擴展,充分使用硬體的介面和包處理能力。FastGate至少可達10倍於Linux內核協議棧的性能,且更可靠更具可擴展性。

    技術創新
    FastGate 核心實現包含諸多創新的設計和技術,以此為基礎,達到了高性能、可擴展性和可配置性的最佳平衡。

    硬體平台無關
    FastGate 不僅可支援各種網絡硬體平台,供應商定制功能如 Cavium POW 常被使用,但 FastGate 使其更簡單。 FastGate還可與Linux 兼容。

    FastGate應用案例

    FastGate 已經被大量網絡設備用作數據平面,將來會得到更廣泛的應用。

    無線基礎設備
    LTE EPC、WiMAX ASN-GW 以及 WiFi 接入控制器,這類接入 / 核心網關設備都要對用戶數據包進行複雜的處理(如連接 QoS、移動、隧道)。應科院 的 LTE EPC、WiMAX ASN-GW 和 WiFi+4G 融合網關全部是基於 FastGate 架構開發出來的。

    安全設備
    運營級安全網關 / 防火牆,可支援超過 50萬用戶。應科院的 IPsec 安全網關就是一個實例。

    交換路由設備
    FastGate 的二層 / 三層快速路徑協議可支援諸如 VLAN、幹線、橋接和路由等功能的線速包轉發。

    軟件定義網絡(SDN)/ 網絡虛擬化
    網絡虛擬化(如 SDN/OpenFlow)已經成為數據中心網絡架構的趨勢,FastGate軟件架構非常適合應用在基於 SDN 的網絡設備研發。

    FastGate架構

    • 快速路徑(FastPath)- 專注于數據包處理轉發, 以達到最高性能
    • 慢速路徑(SlowPath)- 管理協議狀態、運行管理
    • 核間通訊(MCC)- 實現核間、快 / 慢路徑間及Linux 內核間的無鎖和可靠通訊
    FastGate high level architecture
    應科院 FastGate 架構

    軟硬體平台

    • 數據平面處理器
      • Cavium 58xx/68xx 系列
      • 操作系統:Cavium Simple Executable + Cavium Linux/Carrier Grade Windriver Linux
    • 硬體平台
      • Radisys ATCA 7220, 7240(Cavium 58XX/68XX)

    授權

    應科院 FastGate 提供了兩種授權方案:
    • OEM 授權:僅提供二進制 + 技術支援 / 版本升級
    • 源代碼授權:提供完整源代碼包