Узлы O-RAN
На рис. 1 показан общий вид узлов, определенных альянсом O-RAN.Синие элементы определены 3GPP и адаптированы спецификациями O-RAN (добавляется O-), а оранжевые - это элементы, определенные O-RAN.(интерфейсы между элементами явно не показаны на этом рисунке - они представлены подробнее далее)
Рис. 1. Объекты, определенные O-RANК отдельным элементам относятся следующие:
-
O-Cloud:платформа облачных вычислений, включающая узлы физической инфраструктуры для размещения функций O-RAN;вспомогательные программные компоненты (например, система упроавления, мониторинг виртуальных машин, среда выполнения контейнеров и т.п.), функции управления и оркестрации.
-
O-RU(удаленный блок O-RAN): логический узел, на котором размещается уровень низкого физического уровня (например, FFT / IFFT, PRACH) и RF на основе LLS (разделение нижнего уровня);
-
O-DU(распределенный блок O-RAN): логический узел, на котором размещены уровни RLC (управление радиоканалом) / MAC (управление доступом к среде) / высокий PHY на основе LLS;
-
O-CU-CP(O-CU-Control Plane - плоскость управления центральным блоком O-RAN): логический узел, на котором размещены RRC (управление радиоресурсами) и CP (плоскость управления) PDCP (протокол конвергенции пакетных данных);
-
O-CU-UP(O-CU-User Plane - пользовательская плоскость): логический узел, на котором размещены SDAP (протокол адаптации служебных данных) и UP (пользовательский уровень) часть PDCP;
-
Near-RT RIC(интеллектуальный контроллер RAN в режиме близкого к реальному времени или nRT RIC): логический узел, обеспечивающий управление / оптимизацию элементов и ресурсов RAN в режиме почти реального времени посредством детального сбора данных и действий по E2.Контроллер nRT RIC может включать рабочий процесс AI / ML.
-
Non-RT RIC(Интеллектуальный контроллер RAN не в реальном времени или NRT RIC): логический узел, обеспечивающий управление без Real Time, а также оптимизацию элементов и ресурсов RAN, контроль процессов AI / ML и управление приложениями / функциями на основе политик в nRT RIC;
-
xApp: приложение, предназначенное для работы на nRT RIC, состоящее из одного или нескольких микросервисов.xApp не зависит от nRT RIC и может предоставляться третьей стороной.
-
SMO(Service and Management Orchestration): система, поддерживающая оркестрацию компонентов O-RAN, которая включает NRT RIC.
Различные блоки, как правило, могут быть предоставлены отдельными поставщиками, что позволяет создать экосистему игроков, разрабатывающих только CU или DU, или только xApps или RIC и т.д. В этом заключается преимущество концепции O-RAN.
Архитектура O-RAN
Давайте теперь посмотрим на общую архитектуру O-RAN (рис. 2), где объекты, представленные на рис. 1, соединены интерфейсами в соответствии со спецификацией O-RAN Alliance [11].
Рис. 2. Общая архитектура O-RANКак и раньше, синие объекты определяются 3GPP (оба включают функциональные возможности, предоставляемые синими полями, а также интерфейсы, такие как F1 и E1), в то время как оранжевые элементы и интерфейсы определяются O-RAN Alliance.Прежде всего остановимся на оранжевых интерфейсах:
-
Интерфейс A1: между NRT RIC и nRT RIC, через который NRT RIC предоставляет nRT RIC контроль политиками, дополнительной информацией и обновлениями модели машинного обучения.
-
Интерфейс E2:фактически доступ в O-RU, O-DU, O-CU.С его помощью мы можем контролировать, что происходит в этой подсистеме, используя сообщения мониторинга, приостановки, переопределения, управления и выполнения действий, исходящих от xApps / nRT RIC, и получать сбор данных и обратную связь от этих объектов.
-
Интерфейсы O1 и Open-Fronthaul M-plane: обычныйинтерфейсFCAPS (Fault, Configuration, Accounting, Performance, Security) с конфигурацией, реконфигурацией, регистрацией, безопасностью, производительностью, обменом деталями мониторинга с отдельными узлами, такими как O-CU-UP, O-CU-CP, O-DU, O-RU, а также nRT RIC.
-
Интерфейс O2:служит для управления ресурсами платформы и рабочей нагрузкой (например, масштабированием ресурсов и FCAPS).
На рисунке также показаны три контура управления, а именно первый контур управления, работающий в режиме реального времени, где выполняются действия в масштабе времени ниже 10 мс, например, планировщик находится в O-DU и не является предметом спецификации O-RAN Alliance. Затем у нас есть контур управления в режиме, близком к реальному времени, с синхронизацией от 10 мс до 1 с, в котором работают такие функции, как управление трафиком, управление мобильностью и управление помехами.Наконец, самый внешний контур управления касается операций не в реальном времени продолжительностью более 1 секунды, с функциями оркестровки и оптимизации, а также с включением моделей машинного обучения.
Варианты реализации O-RAN
На рис. 3 и 4 показаны различные варианты реализации архитектуры O-RAN на основе [11].Обратите внимание, что узел E2 - это логический узел, завершающий интерфейс E2, для NR это O-CU-CP, O-CU-UP, O-DU или любая комбинация, разрешенная O-RAN Alliance.
Рис. 3. Параметры агрегирования O-RAN: дезагрегированные сетевые функции (слева);Агрегированные O-CU-CP, O-CU-UP и O-DU(справа)В левой части рис. 3 показана полностью дезагрегированная архитектура (идентичная рис. 2), где nRT RIC имеет соединения E2 с каждым отдельным O-CU и O-DU, которые затем становятся отдельными узлами E2.Такие узлы можно агрегировать по-разному.Один примерный вариант показан в правой части рисунка 3, где O-CU и O-DU объединены вместе и они вместе обрабатываются и вызываются как один узел E2, к которому существует только одно соединение E2 (и одиночное соединение O1).
Рис. 4. Параметры агрегирования O-RAN: агрегированный nRT RIC, O-CU-CP, O-CU-UP (слева), агрегированный по всем узлам (справа)Следующий набор параметров на рис. 4 показывает другой способ комбинирования различных функциональных элементов.Левая часть этого рисунка представляет объединение nRT RIC вместе с O-CU, что означает, что интерфейс E2 для управления O-CU является внутренним, и от этого объединенного узла есть обычный интерфейс E2 только к O-DU.Наконец, правая сторона рис. 4 представляет вариант, в котором все узлы (кроме SMO) объединены вместе, таким образом, интерфейс E2 является полностью внутренним, имеется только одно соединение O1 и всегда присутствует интерфейс A1.
Резюме
В этом посте обсуждаются узлы и интерфейсы, определенные O-RAN Alliance.Предоставленные варианты реализации визуализируют одно из преимуществ O-RAN, а именно гибкость реализации с открытой архитектурой O-RAN.Эти варианты, с одной стороны, обеспечивают гибкость в реализации и различных конфигурациях поставщиков, но цена, которую приходится платить за это разнообразие, заключается в том, что нужен способ идентификации внутренних узлов, которые вы хотите контролировать, т.е. для этого требуются интерфейс E2 и интерфейс O1. чтобы иметь возможность фиксировать все эти различные параметры и инкапсулировать элементы управления, например, только для O-DU.
Обратите внимание, что O-RAN Alliance совсем недавно выпустила новый набор спецификаций вместе со значительными обновлениями существующих [12].
Аббревиатуры
5GC 5G Core Network
5QI 5G QoS Indicator
AMF Access and Mobility Function
API Application Programming Interface
CA Cell Association
CN Core Network
CP Control Plane
CU Central Unit
D/A Digital to analog
DU Distributed Unit
FCAPS Fault, Configuration, Accounting, Performance, Security
FH Fronthaul
gNB next-generation NodeB
I/F Interface
LLS Lower-Layer Split
MAC Medium Access Control
MANO Management and Orchestration
MBB Mobile Broadband
Mgmt Management
ML Machine Learning
NG-RAN Next Generation RAN
nRT near Real Time
O-CU-CP O-RAN Central Unit Control Plane
O-CU-UP O-RAN Central Unit User Plane
O-DU O-RAN Distributed Unit
O-eNB O-RAN evolved NodeB
ONF Open Networking Foundation
O-RAN Open RAN
O-RU O-RAN Radio Unit
OSC O-RAN Software Community
PDCP Packet Data Convergence Protocol
PHY Physical Layer
PM Performance Measurements
QoS Quality of Service
R/W Read/Write
RA Resource Allocation
RAN Radio Access Network
RFE Radio Front-End
RIC RAN Intelligent Controller
RLC Radio Link Control
RRC Radio Resource Control
RRM Radio Resource Management
RT Real-Time
RU Remote/Radio-Unit
SDAP Service Data Adaptation Protocol
SD-RAN Software Defined RAN
SM Spectrum Management
SMO Service Management and Orchestration
S-NSSAI Single - Network Slice Selection Assistance ID
SON Self-Organizing Networks
TS Traffic Steering
UE User Equipment
UPF User Plane Function
xApp Application to be placed at nRT RIC
Линки на источники
[1]O-RAN ALLIANCE (o-ran.org)
[2]3GPP
[3]Open Networking Foundation
[4]SD-RAN Open Networking
Foundation
[5]Telecom Infra Project | Global
Community Connectivity collaboration
[6]OpenRAN Telecom Infra
Project
[7]Home Open RAN Policy
Coalition
[8]O-RAN Software Community
[9]O-RAN Virtual Exhibition
[10]Open RAN Small Cell
Forum
[11] O-RAN.WG1.O RAN Architecture Description v03.00, O-RAN
Architecture Description, November 2020
[12]O-RAN ALLIANCE Introduces
Minimum Viable Plan Towards Commercial O-RAN Solutions and 28 New
O-RAN Specifications Released Since November 2020