Podział funkcjonalny gNB-DU i gNB-CU w sieciach 5G
Dziś przyjrzymy się szczegółowo dwóm kluczowym elementom architektury sieci 5G: gNB-DU (Distributed Unit) oraz gNB-CU (Centralized Unit). Oba komponenty odpowiadają za różne zadania w ramach systemu dostępu radiowego (gNB – gNodeB) i umożliwiają elastyczniejsze wdrożenia, skalowalność oraz optymalizację sieci nowej generacji.
Definicje i podstawowe funkcje
W sieci 5G gNB nie jest już jednym zwartym elementem, jak miało to miejsce w sieciach starszej generacji. Został on podzielony logicznie na dwie jednostki: DU i CU. Ten podział ma na celu poprawę wydajności, łatwiejsze zarządzanie zasobami oraz możliwość wdrażania funkcji blisko użytkownika (edge computing).
Podział warstw protokołów
Warstwy protokołów w architekturze 5G są podzielone pomiędzy CU a DU zgodnie z ich zakresem działania. Dzięki temu możliwa jest centralizacja sterowania oraz rozproszenie funkcji przesyłania danych. Przekłada się to na większą elastyczność oraz mniejsze opóźnienia w działaniu sieci.
| Warstwa protokołu | Jednostka odpowiedzialna | Opis funkcji |
|---|---|---|
| RRC (Radio Resource Control) | CU | Zarządzanie połączeniami radiowymi, mobilnością i konfiguracją |
| PDCP (Packet Data Convergence Protocol) | CU (częściowo DU) | Kompresja nagłówków, szyfrowanie i retransmisje |
| RLC (Radio Link Control) | DU | Segmentacja, retransmisje i buforowanie danych |
| MAC (Medium Access Control) | DU | Rozdział zasobów i kontrola dostępu do medium |
| PHY (Physical Layer) | DU | Transmisja sygnałów radiowych |
Rozdział odpowiedzialności
CU działa w roli nadrzędnej i kontroluje jednocześnie wiele jednostek DU. Jest odpowiedzialna za obsługę sygnalizacji oraz sesji użytkownika. DU natomiast realizuje funkcje związane z warstwą fizyczną i niskopoziomową transmisją danych. Taki podział ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia niskich opóźnień i dużej przepustowości.
- gNB-CU – odpowiada za logikę sterującą, zarządzanie mobilnością oraz integrację z rdzeniem sieci (Core Network).
- gNB-DU – realizuje szybką transmisję danych, blisko urządzenia użytkownika (UE), co pozwala na minimalizację opóźnień.
Korzyści z rozdzielonej architektury
Podział gNodeB na CU i DU przynosi szereg zalet projektowych i operacyjnych. Przede wszystkim umożliwia centralne zarządzanie zasobami, co przekłada się na lepszą efektywność i łatwiejsze skalowanie sieci. Dodatkowo rozproszenie funkcji DU pozwala wdrażać je blisko użytkowników końcowych, co znacząco skraca ścieżkę sygnału.
- Elastyczność wdrożeniowa – CU może być scentralizowana, a DU rozmieszczone geograficznie.
- Oszczędność zasobów – centralizacja umożliwia agregację funkcji sterujących i ich optymalizację.
- Niższe opóźnienia – DU umieszczone blisko użytkowników obsługuje warstwę fizyczną i MAC.
- Skalowalność – CU może obsługiwać wiele DU, co ułatwia rozbudowę sieci.
Interfejsy i współpraca CU z DU
Komunikacja pomiędzy CU i DU realizowana jest poprzez interfejs F1, który został zdefiniowany przez 3GPP. Składa się on z dwóch części:
- F1-C – kanał sygnalizacyjny służący do przesyłania informacji sterujących i konfiguracji między CU a DU.
- F1-U – kanał użytkownika odpowiedzialny za przesyłanie danych użytkowników końcowych.
Standard F1 zapewnia elastyczne podejście do komunikacji wewnętrznej, niezależnie od fizycznej lokalizacji komponentów, co pozwala np. na wirtualizację CU lub DU.
Wirtualizacja i funkcje sieciowe
W architekturze 5G bardzo istotną rolę odgrywa wirtualizacja funkcji sieciowych (NFV). Zarówno CU, jak i DU mogą być implementowane jako funkcje programowe działające w środowiskach chmurowych. Pozwala to operatorom dostosowywać topologie sieci do lokalnych potrzeb i dynamicznie je skalować w zależności od obciążenia.
Dzięki temu można:
- Automatyzować wdrażanie nowych instancji CU/DU.
- Wydzielać zasoby per DU w zależności od ruchu w danym regionie.
- Zarządzać jakością usług z poziomu chmury (QoS-aware orchestration).
Przykład zastosowania
W miejskich wdrożeniach 5G operator może umieścić CU w centralnym data center, a DU rozmieszczać na stacjach bazowych w różnych dzielnicach. W ten sposób zapewnione są szybkie reakcje systemu na lokalne potrzeby, a jednocześnie cała logika sterująca pozostaje scentralizowana i łatwa do zarządzania. To podejście zmniejsza potrzebę duplikowania zasobów logicznych na każdej stacji bazowej.
Podsumowanie
Architektura podziału gNB na gNB-DU i gNB-CU to fundament elastycznych, wydajnych i skalowalnych sieci 5G. Dzięki niej możliwe jest centralne zarządzanie i rozproszone dostarczanie usług, co przekłada się na lepszą jakość, niższe opóźnienia i większą kontrolę nad ruchem sieciowym. Integracja z NFV i chmurą dodatkowo wzmacnia te korzyści, otwierając drogę do w pełni adaptacyjnych sieci przyszłości.
Jeśli interesuje Cię kontynuacja tego tematu, poznaj także sposób działania interfejsu NG pomiędzy CU a siecią rdzeniową.
