異構無線網絡成本效益分析研究

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）、數據中心考慮，采用多個空間點流程分析C-RAN系統的部署成本。本文先基于網絡總部署成本得出平均部署單個數據中心成本公式，然后使用能通過流量需求和解碼器質量定位數據中心的數據處理模型為平均部署單個數據中心成本公式提供其所需參數，最終發現C-RAN比DRAN更有成本效益。

【關鍵字】 無線網

一、引言

無線通信技術迅猛發展， 出現了蜂窩網絡、 Ad hoc 網絡、無線局域網、 無線 Mesh 網、 無線傳感器網和 3G 移動通信網絡等多種類型的網絡，對網絡的建設和使用帶來了廣闊的研究領域和新的技術挑戰，多種類型網絡融合構成的異構無線網絡逐漸成為發展趨勢。 異構無線網絡的性能優于單一網絡，有利于改善系統容量問題，降低系統設備的部署成本。如何構建異構無線網絡，滿足用戶的數據傳輸需求，在提供帶寬、延時等網絡性能保證的同時，使網絡設備的總代價最小，是網絡規劃和建設中的關鍵問題。

同時，在高速發展的移動業務和日益競爭激烈的環境下，移動運營商面臨著許多方面的問題，比如，能耗的增加、建設和運維成本的不斷增長、頻譜資源的缺乏、業務流量的快速上漲等。為了能夠解決這些問題同時又追求未來業務的可持續增長，根據已有的網絡條件和各方面技術進步的趨勢，在現有的無線接入網絡（RAN）中融合云計算的設想，提出了面向綠色的新型無線接入網構架Cloud-Radio Access Network（C-RAN）[1]。

目前，業界對C-RAN的量化研究還集中在生產量和節能方面的提升上，對C-RAN在部署成本方面的限制方面的研究很少，而這個限制在部署C-RAN的時候卻是十分重要的[2]。

鑒于此，本文通過建立計算網絡部署成本的理論構架和提供處理成本信息和它對基站強度的依賴性的復雜度模型對對C-RAN分和布實現的LTE異構網絡部署成本進行了比較分析，這將對發展下一代高性能、低成本接入網絡具有重要意義。

二、系統架構

三、系統部署成本模型

典型的服務供應商所產生的部署成本可以被廣泛的歸類為設備成本、生產能力成本和基礎設施成本。

1、設備成本Ci（ in $/devise）表示在i層部署設備的花費。

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

？ C1為部署一個基站集群的設備成本，該基站集群包括一個宏基站和一個λ1m微基站。

？ C2為回程節點上的設備成本，它是C2MW和C2OF的線性組合，C2MW和C2OF分別是微波回程設備和光纖回程設備的設備成本。

2、基本容量成本

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

3、基礎設施成本

基礎設備成本被定義為確定i層的點x與i+1層的點o是的關聯性的成本。它被定義為，Bi，i+1h（‖x‖），B，i+1>0在數量級上與Ai，i+1類似（定義為一個特定安裝類型的基本花銷）。h（‖x‖）是兩點之間距離‖x‖的函數。為了計算簡單，定義h（‖x‖）=‖x‖θi，i+1，θi，i+1≥0，表示隨著距離的基礎設施基本花銷的增長速度。

4、數據處理模型

本段中的分析是將通過操作通訊基礎設施所需要成本，與用多種回程處理C-RAN系統中的信息所需要的成本聯系起來。這項關于成本的建模旨在研究網絡部署成本上的信息處理效益。通訊基礎設備跨越了多個層，由基站層和回程層所組成。另外，數據中心層也能處理所有的流入和流出傳輸。這項處理要求豐富的計算資源，這些計算資源決定于移動網絡的參數化和操作制度。

C-RAN系統的支出主要集中在數據中心層。如果數據中心提供的計算資源太少，就會產生計算停止。在這種情況下，盡管通道質量滿足要求，傳輸也無法被成功譯碼。相反，如果這個系統供應過量，它在大多數情況下都不會被充分利用，這就降低了集中化系統的經濟效益。

四、計算部署成本

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

五、計算結果分析

上圖表示部署C-RAN數據中心的部署成本要比DRAN中部署大強度的數據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之間的關系

圖3說明觀察到當C-RAN基站設備成本與DRAN基站設備成本接近時，部署成本會增加。

C、部署成本與用戶強度λ0之間 的關系

D、表示部署成本與p的關系

圖5表示當微波回程和纖維回程都存在（0

六、結論

本文分析了基于C-RAN的異構網絡和分布實現的LTE異構網絡的成本效益。本文設計了一個能夠計算網絡部署成本的理論構架和提供處理成本信息和它對基站強度的依賴性的復雜度模型。基于此，再輔以其他一些基礎成本，最終計算、分析、比較分散式異構LTE網絡與基于C-RAN異構網絡的部署成本。最終得出如下結論：1、基于C-RAN的異構網絡的成本要比標準的LTE部署成本低，具有更高的成本效益；2、運用混合回程技術的部署方案要比用單一回程部署的方案更具有經濟效益3、微基站圍繞宏基站的分布范圍對C-RAN網絡的部署成本影響很大。

參 考 文 獻

[1] 唐雄燕，周光濤.面向云服務的寬面向云服務的的彈性泛在寬帶網.寬帶通信與物聯網前沿技術研討會論文集，2013，9.

[2] C-RAN無線接入網綠色演進白皮書.中國移動通信研究院，北京，2010，3.