On the Merits of Migrating From Legacy Circuit-Switched Cellular Infrastructure to a Fully Packet-Based RAN Architecture

Sherif, S.; Ellinas, Georgios; Hadjiantonis, A.; Dorsinville, R.; Ali, M.A.

doi:10.1109/jlt.2009.2022507

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“…Experimental result shows that the scheme is feasible and good time synchronization accuracy about 20 nanoseconds can be reached.When access networks are applied as backhaul networks from cell site to mobile switching center, time synchronization is usually required to be provided [1] [2]. Ethernet Passive Optical Network (EPON), as a suitable backhaul from cell site to mobile switching center, doesn't have an inborn accurate time synchronization scheme.…”

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confidence: 99%

Implementation of EPON Systems Supporting Accurate Time Synchronization

Wang

et al. 2011

2011 Third International Conference on Communications and Mobile Computing

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In this paper factors affecting accuracy of time synchronization in EPON are analysed and the scheme of time synchronization in EPON based on IEEE1588v2 protocol is designed and implemented by FPGA. Experimental result shows that the scheme is feasible and good time synchronization accuracy about 20 nanoseconds can be reached.When access networks are applied as backhaul networks from cell site to mobile switching center, time synchronization is usually required to be provided [1] [2]. Ethernet Passive Optical Network (EPON), as a suitable backhaul from cell site to mobile switching center, doesn't have an inborn accurate time synchronization scheme.There have been studies [3][4] about clock synchronization schemes, but implementing a low-cost accurate time synchronization scheme still cause great interest to people. In order to support accurate time synchronization in EPON, we propose a scheme based on a precision time protocol known as IEEE1588v2. We analyze several factors which affect time synchronization performance, such as dynamic bandwidth allocation and message transmission interval. We designed an EPON system based on FPGA including IEEE1588v2 function modules and prove that the time synchronization scheme is feasible and good time synchronization accuracy about 20 nanoseconds can be reached through experiment. II. The time synchronization schemeIn order to achieve a low-cost accurate time synchronization scheme in EPON, we propose an idea of supporting a precision time protocol as IEEE1588v2 through a special service with high quality of service (QOS) requirement which is processed in OLT and ONU's hardware. We use Master and Slave to stand for the function modules in OLT and ONU which deal with clock management, generate and process the packets used by IEEE1588v2 protocol. The Master gets its real time clock from a parent clock reference and the Slave delivers its synchronized clock from Master's clock to wireless nodes connected to it through certain interfaces, such as 1PPS. The scheme is shown in Fig. 1. Fig.1. the time synchronization scheme In order to analyze the factors which affect the time accuracy, an IEEE1588v2 interaction process is shown in Fig. 2. At first the Master transmits the sync message and at 2 s T the Slave receives the message. Then the Master transmits a follow up message indicating the exact transmitting time 1 m T of the sync message. At 3 s T the Slave sends out a Delay-Req message to the Master and the time of receipt is 4 m T . Then the Master transmits a Delay-Req response message indicating 4 m T and the Slave receives it at 6 s T . The formulas computing difference between the Master and Slave's clocks could be obtained as follows: 2 1 _ s m T T O ffs e t M S D e la y − = + (1) 4 3 _ m s T T O ffse t S M D ela y − = − + (2) Where Offset stands for the time difference between the master and slave, MS_Delay stands for the line delay from the master to the slave and SM_Delay stands for the line delay from the slave to the master. Here we assume the MS_Delay and SM_Delay ar...

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Implementation of EPON Systems Supporting Accurate Time Synchronization

Wang

et al. 2011

2011 Third International Conference on Communications and Mobile Computing

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“…At the initial rollout of 3G systems, mobile operators reuse as much as possible the backhaul infrastructure from legacy 2G systems. As commented before, the infrastructure in legacy systems is mostly based on TDM solutions, which are not appropriate to meet capacity requirements of emerging broadband communication systems [26], [27]. Therefore, considering the huge impact that backhaul has on operating and capital expenditures, mobile operators are carefully reviewing their cellular backhaul strategies before making further network infrastructure upgrades.…”

Section: Backhaul As New Network Bottleneckmentioning

confidence: 99%

Contribution to resource management in cellular access networks with limited backhaul capacity

Galeana Zapién

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La interfaz radio de los sistemas de comunicaciones móviles es normalmente considerada como la única limitación de capacidad en la red de acceso radio. Sin embargo, a medida que se van desplegando nuevas y más eficientes interfaces radio, y de que el tráfico de datos y multimedia va en aumento, existe la creciente preocupación de que la infraestructura de transporte (backhaul) de la red celular pueda convertirse en el cuello de botella en algunos escenarios. En este contexto, la tesis se centra en el desarrollo de técnicas de gestión de recursos que consideran de manera conjunta la gestión de recursos en la interfaz radio y el backhaul. Esto conduce a un nuevo paradigma donde los recursos del backhaul se consideran no sólo en la etapa de dimensionamiento, sino que además son incluidos en la problemática de gestión de recursos. Sobre esta base, el primer objetivo de la tesis consiste en evaluar los requerimientos de capacidad en las redes de acceso radio que usan IP como tecnología de transporte, de acuerdo a las recientes tendencias de la arquitectura de red. En particular, se analiza el impacto que tiene una solución de transporte basada en IP sobre la capacidad de transporte necesaria para satisfacer los requisitos de calidad de servicio en la red de acceso. La evaluación se realiza en el contexto de la red de acceso radio de UMTS, donde se proporciona una caracterización detallada de la interfaz Iub. El análisis de requerimientos de capacidad se lleva a cabo para dos diferentes escenarios: canales dedicados y canales de alta velocidad. Posteriormente, con el objetivo de aprovechar totalmente los recursos disponibles en el acceso radio y el backhaul, esta tesis propone un marco de gestión conjunta de recursos donde la idea principal consiste en incorporar las métricas de la red de transporte dentro del problema de gestión de recursos. A fin de evaluar los beneficios del marco de gestión de recursos propuesto, esta tesis se centra en la evaluación del problema de asignación de base, como estrategia para distribuir el tráfico entre las estaciones base en función de los niveles de carga tanto en la interfaz radio como en el backhaul. Este problema se analiza inicialmente considerando una red de acceso radio genérica, mediante la definición de un modelo analítico basado en cadenas de Markov. Dicho modelo permite calcular la ganancia de capacidad que puede alcanzar la estrategia de asignación de base propuesta. Posteriormente, el análisis de la estrategia propuesta se extiende considerando tecnologías específicas de acceso radio. En particular, en el contexto de redes WCDMA se desarrolla un algoritmo de asignación de base basado en simulatedannealing cuyo objetivo es maximizar una función de utilidad que refleja el grado de satisfacción de las asignaciones respecto los recursos radio y transporte. Finalmente, esta tesis aborda el diseño y evaluación de un algoritmo de asignación de base para los futuros sistemas de banda ancha basados en OFDMA. En este caso, el problema de asignación de base se modela como un problema de optimización mediante el uso de un marco de funciones de utilidad y funciones de coste de recursos. El problema planteado, que considera que existen restricciones de recursos tanto en la interfaz radio como en el backhaul, es mapeado a un problema de optimización conocido como Multiple-Choice Multidimensional Knapsack Problem (MMKP). Posteriormente, se desarrolla un algoritmo de asignación de base heurístico, el cual es evaluado y comparado con esquemas de asignación basados exclusivamente en criterios radio. El algoritmo concebido se basa en el uso de los multiplicadores de Lagrange y está diseñado para aprovechar de manera simultánea el balanceo de carga en la intefaz radio y el backhaul.

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