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高级无线研究平台:系统工程方法如何加速无线研究

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各位早上好,非常感谢您的介绍,感谢各位教授的邀请。今天跟大家介绍一下“高级无线研究平台:系统工程方法如何加速无线研究”,这是美国的项目。我们第一次在美国之外进行项目的介绍,非常感谢有这样的机会,我今天跟大家说一下在过去几年发生的一些工作,我们做了什么、我们成就了一些什么。特别是有一些项目在中国有一些合作。

和大家介绍一下我们的议程,首先介绍(英文)的总体介绍,我们的愿景是什么?介绍一下我们的测试平台,我们今年有了这样的测试平台,介绍一下细节和部署方案。我们会谈一下它对我们各位观众的相关性是什么。这是我们的项目,我们设定了一个公共和私有合作的项目,是国家自然基金会和工业联合体,他们各方各出了5000万美元来进行开发,开发像城市级的平台研究。我们主要是针对无线的研究,看一下在云当中这种无线的技术应该怎么部署,也就是无线到边缘、到云,然后是回传技术等等。

这是我们的一个动机,我们为什么启动这样的项目。我其实也是项目的负责人,我们有专门的一些责任来看一下这个项目的实现,当然也得到了国家自然基金会大力的帮助,还有工业联合体大力的支持。我们把资源都集中在一起,还有相应资金的支持,要支持小岛的测试床,做非常早的研究。特别是竞争前的研究、开发式研究,要加速美国在5G上面的领导地位,还有其他的5G之后技术当中的领导地位。

我们做的是,这个规模其实是前所未有的,我们要解决各式各样的挑战,特别是这种挑战的规模是非常大的,等会儿我会谈一下其中一些重要的挑战。我们也希望把它在我们的全市范围内进行运用,我们同时也需要这种高速的光纤来支持我们的项目和城市的应用。我想提一些数据,我们有一些城市规模的平台已经得到了一些相关资金的支持,我们一共筹措了2500万美元现金加实物的捐赠。我们整个平台其实已经计划去建立,然后已经计划在3年之内来进行这样的实施。

这是我们的创始会员,这上面有20多个公司,它们多少我们的创始会员。我们可以看到所有的公司大多数都是在移动通讯领域的一些公司,还包括手机的运营商,还有包括手机的生产商,他们都致力于能够建立一个更大范围的网络。这样的话,我们能够更好地完成整个项目。

在继续我深入地去讲项目之前,我会提一下我们整个高级无线研究平台指导的原则,如何能够更好地去取得成功。第一,可复制性。所谓可复制性就是平台的建立也好、维护也好,还有整个标准也好,我们能够达到一致。这样不管是对任何客户和任何相关的研究,如果一个研究一旦开始,我们就可以更好地去利用现有的研究,来继续发展高级无线研究平台。同时,这个就成了在我们学术会议呢,其实这个话题一直是成为争议的话题。因为我们的平台能够更好地去解决问题,解决什么问题呢?就是减少我们重复研究的情况。

其他的我想讲一下,比如说我们这样的平台其实是可以编程的,这样我们能够通过编程能够更好地去适应以后可能会发生的新的变化,以及新的API的变化,我们都可以把相关的配置和我们现有的项目进行结合。比如说我们对一个提供一个解决方式,我们可能会有一定的灵活性。比如说,如果说随着科技不断的变化,我们可以把不同的层级叠加上去,同时能够给客户更好、更灵活的软件或者是平台。

另外一个大家可以自己看一看,这个我想告诉大家的就是最大的问题,尤其是针对我们研究平台的最大问题,那就是我们的稳定性和创新性的平衡。如果说我们搭建了一个平台,如果它非常前沿、非常有创新性,但是我们能够在大规模的范围内进行实施的话,其实我们会更担心它的稳定性,这就是稳定性和创新性的一个平衡、权衡、可用性的关系。

平台本身就是一个研究性的实验平台,所以我们在进行这样的平台搭建或者是部署的时候,我们要不断地权衡这两者的关系,能够更好地达到持续性或者是可用性,以及更好地进行其他系统对接性、稳定性的展现。

除此之外,大家也可以考虑一下我们在进行基础构架搭建的时候考虑的因素。比如说,我们要考虑它的可配置性,以及将这个软件配置到我们这个平台过程中,可能出现搭建基础设施或者是基础网络架构时候的一些问题。还有考虑到它的稳定性,因为我们可以看到其实在项目上投入大笔的资金,我们希望在5年之后已经研发出来这样的平台,我们不会使这个平台会过时,我们希望能够与时俱进不断变化,我们把稳定性、创新性放在比较重要的位置上。

COSMOS是我们这个平台所涉及到的一个方面,这个平台其实是能够使我们更好地搭建开放的软件定义无线通讯试验台,为城市范围内部署做准备。这个除了我们的一个研究人员,还有来自于不同大学的研究人员,包括哥伦比亚大学、纽约大学等等,都参与到我们的项目当中。在这个项目中有一个非常让大家兴奋的研究,那就是中间平台的系统,这个系统是我们的大难题,在这个波当中我们用了赫兹。IBM和(英文)在这块做了很多研究,他们提供了相关的实施方案,以及可部署的方案在这个平台上。

在带宽上,我们也是做了一个扩展,最基础的带宽已经为我们这样的平台所拓展。同时还看到,我们有一个试验云,我们是搭建了一个试验室,我们可以把试验云以及相关的带宽拓展的平台融合在一起,这样可以提升网络传输速度以及光纤传输的速度。这样的话,可以更好地让我们在城市范围内部署做准备。

我们整个团队其实也是由大学的研究团队,以及我们各种的研究院的一些研究团队组成的,所以我们研发的团队是非常强大的。

我们要搭建的第二个平台,其实就是我们的高级无线平台,下面的一个RENEW的平台,这个平台它也是可配置的生态系统的平台,尤其是为下一代端到端无线通讯和无线网络所搭建的平台。平台的员工位于美国的各个地方,是世界最大的可编程的网络基础设施,这个城市的公民现在在这块已经在试运行了。在这个研究当中最大的阻碍和最需要创新的地方就是(英文),这是由(英文)大学的一些研究人员,他们一直致力于研发的,他们在(英文)一直在做一些相关的研究,也发布了很多论文。这个(英文)其实是一个多功能的端到端可编程的平台,现在我们的这个平台研究才刚刚起步,我们的项目也刚刚起步。

在这里有一个叫RIS可定义的软件,无线通讯的模块,这个模块每一个单元都是非常小的,而且在一个非常小的体积当中其实都可能包含数以百计的单元以及模块。而且我们有不同的光谱域,这个光谱域大概的范围是50赫兹到380赫兹。这个平台如果搭建起来,其实可以解决很多相关的技术难题。

这个就是我刚才要讲的两大平台,就是我们现在正在研究的,现在我会谈一些相关的细节。对于COSMOS这个平台呢,我们是以网络和电脑驱动的,是无线的连接。我们现在在使用5G的技术来运营到我们的项目当中,这也是我们的愿景。它的带宽非常大,可以运用这个网络进行计算,同时可以在每一个这样的地方进行部署。除此之外,它有很多计算的能力也是相当强大的。

除此之外,除了我刚才讲的不同的平台之外,我们也会搭建一个不同的应用,以及这样的服务。比如说我们在纽约本地的一些大学,他们可以更好地将我们的服务以及应用,运用到他们实际工作和城市运营管理当中。比如说一些智能城市,包括一些智能汽车等等的领域也可以运用到我们相关的技术。我们也和很多小型公司进行了合作,使我们这样的需求更好地被了解到。然后我们基于用户的需求来做一些相关技术的研发,我对这块也是非常期待的。

还有一个,我们计划性的或者是城市规划相关的部署。我们在城市规划部署当中,我们运用到了很多光纤的连接,尤其是一些城市的一些相关网络光纤连接。我们在做试验的时候运用了最新技术,我们选择了不同城市的地址,我们会运用到光纤的连接。这样的话,比如说曼哈顿大街等等或者是其他的大街,我们将大街的地图呈现在电脑上,然后我们再把城市的相点连接起来,这样根据不同的城市点知道怎么样更好地规划这个城市相关的网络,以及部署城市相关光纤的连接,使城市智能社区的功能更好地发挥,能够把我们的网络或者是计算、光纤更好地部署在不同的城市、不同城市的地域。

这个是整个系统的架构,这也是一个端到端的网络架构,而且整个架构也是可以进行编程的。所以如果说您是关于云部署的一个研究员,不管是无线的平台,还是基于用户的平台,你都可以使用最基础的架构,然后在这个基础架构上来进行编程。有一个非常显著的特点,它的无线通讯的云。我们可以利用计算机或者是利用远程网络的资源,更好地去部署在无线音频信号当中,可以一直把它连到终端电脑云当中,我们可以用CPU,以及我们可以用其它的比如说GPU等等作为它的主设备,然后连接到终端当中。它也是可以编程的,这样可以更好地去适应我们未来网络的发展。

还有一个应用的关键技术就是mmWave,这就是中间平台。这是我们的试验平台新的技术,它可以用不同CU合作或者是和不同的CU之间来搭建一个平台,我们可以提供毫米级的波。这样一个毫米级的波大概有64个无线和8束相关网络波。这个波在我们研发过程当中也遇到很多问题,我们现在正在积极解决相关的问题。

还有一个,光纤网。这个光纤网是我们运用了光纤X的网络,我们在编程的时候将不同的(英文)图运用到更广泛的渠道当中。比如说,我们在核心数据中心就会部署光纤网络。这样的话,我们可以用不同的(英文)图搭建到数据当中。新型的(英文)图真实情况是没有的,中心主轴可以作为一个部署。可以靠近一点看哥伦比亚大学的校园具体的部署,两个平行线(英文)的一个大街,然后在左边是哥伦比亚大学。还有有绿色的点,纽约城市当地政府也提供了非常好的准入区,可以到这些城市建筑的楼顶上进行部署,也可以把我们光线连接能够返回到边缘设备。

接下来还有其他一些平台,这是我们使命的宣言,我要表彰一下我们的团队,感谢他们,特别是项目后台的一些人员。我其实仅仅是一个信使,其实还有很多幕后的英雄,大量团队的精神,他们其实会告诉你们他们有非常漫长的过程才到达了现在。我们会提供一个城市规模性现实的实验室来进行各式各样的新点子的尝试。RENEW是全球首个全球第一的实验室,我们把这个平台开放出来,像软件、硬件都可以开放,在座的你们也可以用,还有整个行业也可以使用,在美国可以用,全球的人都可以用。这个团队他们声称这是全球第一个可编程的大规模(英文)网络平台,是3.5级赫兹的,是5级波段的低延时的,这是第一天得到了这样的参数。

我们说到了,这将是最大的一个编程的测试床,三三个平方公里的面积。在左边是盐湖城(音)的城中心,在右边是犹他州大学的校园,中间是1.5英里的区域。我们这么大的区域,我们会有机站、计算机集群部署,所有这些都是可编程的。第二个照片是光线部署环形的情况,在项目当中会得到升级。还有一些有一些私人的投资者,还有当地城市投资者购买。

技术构架,端对端的软件定义。我们是知识广域的研究,你可以带自己的设备来。我们的原则就是建筑快的方法,我们提供的仅仅是一个最基本的东西或者是起始点,使用者也可以把它作为一个乐高的积木块,你可以搭起你的积木,这是一个基线的供应,你可以在基线上面进行蛙跳,找到你自己的解决方案。我们有大的工业联合体可以使用这样的平台,你还可以带你自己的设备来,这是带你自己设备研究的方案,把这个设备带到大型的端对端的性能当中。在城市规模当中会发生什么样的结果?这是我们的功能图,有很多的SDR,这是一个机站,有很多块都在这里了。他们有多带宽的天线到6级赫兹,还有可编程的RF的交换器、过滤器,可以在不同的频段当中进行交换,后面还有连接,这是多个高性能的SDR机。当地计算机、边缘计算机,还有计算机在机站这里,还有是我们的控制器。我们早前想到了这个部署的规模是前所未有的,首屈一指。可编程带宽的SDR,这里我们其实已经说过。100级BPS私有光线网络,还有回传的网络,接近边缘的这是一个小城市规模,还有同步的(英文)网络,还有非常精准的时间协议。他们另外在像这样回传的节点或者是同步当中,我们可以测量一下它的无线电的信号,确保有非常精准的时间来确保这些样本都是可以使用的。它的计算机的储存也是非常大的,容量是非常大的。(英文)云有5000个这样的盒,这是它的市中心,还有非常大的数据中心。确实在数据网络当中得到非常大的运算能力。

前面我说到3.5-3.65赫兹,我们有5G服务运营供应商接入。这是频段的情况,像频谱接入的系统等等,在这方面做了很多的工作。这其实讲的是许可和非许可频段并存的情况,像这样的交融的系统可以使用不同的频段,别人不用的话可以再用。这当然仅仅是小小的亮点。刚刚是我们预知的可能性。

基本的架构。底端是基础架构,是物理和虚拟的资源。不同的技术是有互补性的,不同的技术都放到这个平台上,我们会有一个统一的服务框架,所有的这些都是在PAWR的框架下,都是开元的。对其他的平台来说或者对其他的测试在欧洲、美国、亚洲,都是可以对他们开元。

接下来对大家来说它意味着什么呢?如果你是研究者的话,我们这个测试床比如说你是来自于基金会的或者是融资机构,我们确实给你提供一个研究的规模,能够进行设备的端对端平台的研究,可以探讨无线云到边缘的研究。我们在需求侧和供应侧之间弥补它的差距。还有从国际的层面来说,我们向美国、欧洲、亚洲,我们可以找到一个联合体,可以联合起来共享学习经验、共享数据。所以呢,各位也可以利用,这确实是一个非常大的平台。

大家如果有问题的话,大家都可以问我,非常感谢大家的聆听。