O-RAN tabanlı yeni nesil haberleşme sisteminin benzetimi ve başarım analizi

Abstract

Son yıllarda, mobil operatörlerin Radyo Erişim Ağı (RAN) mimarilerinin verimliliğini, zekasını ve satıcı firma bağımsızlığını arttırma çabaları, Açık Radyo Erişim Ağı (O-RAN) kavramını hücresel mobil ağlarda öne çıkaran ve üzerinde yoğun araştırmalar yapılan bir alan haline getirmiştir. O-RAN, RAN işlevlerini açık hale getirip sanallaştırmayı ve optimize etmeyi amaçlamaktadır. Bu bağlamda, birden fazla satıcının sağladığı ayrıştırılmış ağ bileşenlerinin açık arayüzlerle bağlandığı sanallaştırılmış RAN çözümlerini desteklemektedir. O-RAN, beyaz kutu donanımları ve çeşitli satıcılardan temin edilen açık kaynaklı yazılım bileşenlerinin uyum içinde çalışmasını sağlayan, standartlaşmış bir ara bağlantı yapısına dayalıdır. Bu mimari, modüler bir baz istasyonu yazılım yığınını, farklı üreticilerin ana bant ve radyo ünitesi bileşenleriyle sorunsuz bir şekilde entegre eden, kullanıma hazır donanımlar üzerinde çalıştırır. O-RAN mimarisinin, farklı ağ politikaları ve ağ senaryoları açısından analiz edilmesi, yeni nesil ağlar için büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, O-RAN mimarisi ve sağladığı avantajlar ayrıntılı bir şekilde ele alınmıştır. Ayrıca O-RAN mimarisi için yeni bir hücre değişim algoritması tasarlamış ve farklı hücre değişim algoritmaları ile birlikte hücre değişim performans analizi ve benzetimi gerçekleştirilmiştir. Gerçekçi analizler yapılabilmesi için bir kampüs ağı tasarlanmış ve farklı senaryolar ile hücre değişim algoritmalarının performansları karşılaştırılmıştır. O-RAN mimarisi için önerilen hibrit hücre değişim algoritması, Referans Sinyal Alınan Güç (RSRP) ve Hizmet Kalitesi (QoS) temelli hücre değişim algoritmaları ile karşılaştırılmıştır. Yapılan analizler sonucunda, O-RAN için geliştirilen hibrit hücre değişim algoritmasının daha iyi performans sergilediği tespit edilmiştir. Son olarak, bulanık mantık yaklaşımının O-RAN hücre değişimi üzerindeki etkisi incelenmiş ve hibrit hücre değişim algoritması ile karşılaştırılmıştır. Bulanık mantık ile istasyonların kapasiteleri daha homojen dağıtılmıştır. RSRP politikadaki blok oranı %16,23’ten sırası ile hibrit ve bulanık mantık yaklaşımıyla %7,15 , %6,25’e düşürülmüştür.In recent years, efforts by mobile operators to increase the efficiency, intelligence and vendor independence of Radio Access Network (RAN) architectures have made the Open Radio Access Network (O-RAN) concept prominent in cellular mobile networks and an intensively researched area. O-RAN aims to open, virtualize and optimize RAN functions. In this context, it supports virtualized RAN solutions where disaggregated network components from multiple vendors are connected with open interfaces. O-RAN is based on a standardized interconnection structure that enables white-box hardware and open-source software components from various vendors to work in harmony. This architecture runs a modular base station software stack on ready-to-use hardware that seamlessly integrates baseband and radio unit components from different vendors. Analyzing the O-RAN architecture in terms of different network policies and network scenarios is of great importance for next-generation networks. In this thesis, the O-RAN architecture and its advantages are discussed in detail. In addition, a new cell change algorithm has been designed for the O-RAN architecture and cell change performance analysis and simulation have been performed with different cell change algorithms. In order to make realistic analyses, a campus network has been designed, and the performances of cell change algorithms have been compared with different scenarios. The hybrid cell change algorithm proposed for the O-RAN architecture has been compared with Reference Signal Received Power (RSRP) and Quality of Service (QoS) based cell change algorithms. As a result of the analyses, it has been determined that the hybrid cell change algorithm developed for O-RAN has better performance. Finally, the effect of the fuzzy logic approach on O-RAN cell change has been investigated and compared with the hybrid cell change algorithm. The capacities of the stations have been distributed more homogeneously with fuzzy logic. The block ratio in the RSRP policy has been reduced from 16.23% to 7.15% and 6.25% with the hybrid and fuzzy logic approaches, respectively.