5G Open RAN到底是什么?

  來源：SDNLAB（譯者：大臉肥飛貓）

  傳統(tǒng)上，蜂窩無線接入網(wǎng)(RAN)使用的專有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來自少數(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商，但隨著無線通信行業(yè)的發(fā)展，這種模式已不能很好地滿足需求，反而使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商(MNO)被“鎖定”在專有RAN上，處處受到限制。

  后來，軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)的興起為網(wǎng)絡(luò)核心帶來了更大的靈活性和更高的成本效率。然而，RAN仍然是單一供應(yīng)商系統(tǒng)。

  近年來，全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商一直在推動(dòng)5G采用Open RAN架構(gòu)(也稱為O-RAN)。Open RAN架構(gòu)有望在促進(jìn)創(chuàng)新的同時(shí)使5G網(wǎng)絡(luò)更加靈活，但也帶來了額外的技術(shù)復(fù)雜性和測(cè)試要求。

  本文探討了5G實(shí)現(xiàn)Open RAN架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)、原理、結(jié)構(gòu)組件以及對(duì)Open RAN組件進(jìn)行一致性和互操作性測(cè)試的重要性。

  O-RAN聯(lián)盟

  O-RAN聯(lián)盟由25個(gè)MNO和近200個(gè)來自無線領(lǐng)域的貢獻(xiàn)組織組成，自2018年成立以來，一直在開發(fā)開放的、智能的、虛擬化和可互操作的RAN規(guī)范。

  電信基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目(TIP)是一個(gè)獨(dú)立的聯(lián)盟，由來自基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備領(lǐng)域的數(shù)百名成員組成，該項(xiàng)目負(fù)責(zé)維護(hù)一個(gè)Open RAN項(xiàng)目，以定義和構(gòu)建基于通用硬件中立的硬件和軟件定義技術(shù)的2G、3G和4G運(yùn)行解決方案。今年早些時(shí)候，TIP還發(fā)起了Open RAN政策聯(lián)盟，這是TIP旗下一個(gè)獨(dú)立的小組，致力于促進(jìn)政策以加速和刺激Open RAN技術(shù)的采用和創(chuàng)新。

  2020年2月，O-RAN聯(lián)盟和TIP宣布了一項(xiàng)合作協(xié)議，以聯(lián)合開發(fā)可互操作的Open RAN技術(shù)，包括信息共享、參考規(guī)范以及開展聯(lián)合測(cè)試和集成工作。

  O-RAN聯(lián)盟為5G定義了O-RAN體系架構(gòu)，并定義了一個(gè)5G RAN架構(gòu)，該架構(gòu)將RAN分為幾個(gè)部分，分別稱為O-RAN無線電單元(O-RU)、分發(fā)單元(O-DU)和集中式單元(O-CU)。開放的、可互操作的標(biāo)準(zhǔn)定義了這些單元之間的接口，這些標(biāo)準(zhǔn)使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商首次能夠混合和匹配來自多個(gè)不同供應(yīng)商的RAN組件。O-RAN聯(lián)盟已經(jīng)創(chuàng)建了30多個(gè)規(guī)范，其中許多規(guī)范定義了單元之間的接口。

  互操作接口是Open RAN的核心原則

  互操作接口使較小的供應(yīng)商可以快速引入自己的服務(wù)，還使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以采用多供應(yīng)商進(jìn)行部署，并允許其自定義網(wǎng)絡(luò)以滿足自己的需求。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以選擇他們想要在其網(wǎng)絡(luò)中使用的產(chǎn)品和技術(shù)，而不考慮供應(yīng)商。因此，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商將有機(jī)會(huì)構(gòu)建更穩(wěn)健且更具成本效益的網(wǎng)絡(luò)。

  通過為MNO創(chuàng)建一個(gè)更具競(jìng)爭(zhēng)力的供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)，使較小的供應(yīng)商能夠快速推出服務(wù)，還將提高成本效率，從而降低5G網(wǎng)絡(luò)部署的成本。之前被“鎖定”在專有RAN中的運(yùn)營(yíng)商談判能力有限，而開放的環(huán)境使競(jìng)爭(zhēng)更加公平，刺激市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)并降低成本。

  創(chuàng)新是Open RAN的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。開放接口的發(fā)展刺激了創(chuàng)新，讓更小、更靈活的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可以開發(fā)和部署突破性技術(shù)，這不僅創(chuàng)造了更多創(chuàng)新的潛力，也加快了突破性技術(shù)發(fā)展的速度，因?yàn)樾」就却蠊拘袆?dòng)得更快。

  一個(gè)值得注意的例子是fronthaul——C-RAN(Cloud-RAN)架構(gòu)的傳輸網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)將蜂窩站點(diǎn)上的RRH與一定距離外的集中式基帶控制器的基帶單元(BBU)連接起來。在O-RAN聯(lián)盟參考體系結(jié)構(gòu)中，IEEE無線電以太網(wǎng)(RoE)和開放增強(qiáng)公共無線電接口(eCPRI)協(xié)議可以在O-RAN fronthaul規(guī)范接口之上使用，以替代帶寬密集型和專有的CPRI。

  通過使用以太網(wǎng)，運(yùn)營(yíng)商可以采用虛擬化技術(shù)，使用現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在物理節(jié)點(diǎn)之間切換前端傳輸，虛擬化的網(wǎng)絡(luò)元素允許更多的定制。

  下圖顯示了無線協(xié)議棧的各層以及4G LTE RAN和5G Open RAN的主要架構(gòu)組件。由于所需的總帶寬和所涉及的天線較少，因此BBU和RRH之間的CPRI數(shù)據(jù)速率足以滿足LTE的需求。在5G中，大規(guī)模的多輸入/多輸出(MIMO)、更高的數(shù)據(jù)速率和天線數(shù)量的增加意味著在接口上來回傳遞的數(shù)據(jù)更多。另外，請(qǐng)注意，LTE RAN的主要組件BBU和RRH在O-RAN架構(gòu)中被O-CU、O-DU和O-RU取代，如下所述。

4G LTE RAN與5G O-RAN的主要組件顯示，BBU被O-RU、O-DU和O-CU取代，這在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中提供了更大的靈活性

  Open RAN體系架構(gòu)

  如上文所述， Open RAN體系架構(gòu)的一個(gè)核心原則是開放性，特別是以開放的、可互操作的接口的形式，使MNO能夠構(gòu)建具有多家供應(yīng)商技術(shù)的RAN。O-RAN聯(lián)盟還致力于在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候整合開源技術(shù)，并最大限度地利用現(xiàn)成的通用硬件和商用芯片，同時(shí)盡量減少專有硬件的使用。

  如O-RAN聯(lián)盟所述，Open RAN的第二個(gè)核心原則是整合更高的智能。網(wǎng)絡(luò)日益復(fù)雜，需要將人工智能(AI)和深度學(xué)習(xí)相結(jié)合，才能創(chuàng)建自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)。通過將AI嵌入RAN體系結(jié)構(gòu)，MNO可以越來越多地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的自動(dòng)化，并將運(yùn)營(yíng)成本降至最低。人工智能還通過動(dòng)態(tài)資源分配、流量控制和虛擬化幫助MNO提高網(wǎng)絡(luò)效率。

  用于5G O-RAN的三個(gè)主要組件是O-CU、O-DU和O-RU。

  * O-CU負(fù)責(zé)協(xié)議的分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(PDCP)層。
  * O-DU負(fù)責(zé)所有基帶處理、調(diào)度、無線電鏈路控制(RLC)、媒體訪問控制(MAC)和物理層(PHY)的上部。
  * O-RU是負(fù)責(zé)底層物理層處理的組件，包括無線電發(fā)送器和接收器的模擬組件。

  其中。O-CU和O-DU這兩個(gè)組件可以虛擬化。O-CU是RAN的組件，它始終是集中化和虛擬化的，通常運(yùn)行在基于x86的計(jì)算機(jī)上。O-DU通常是一個(gè)虛擬化組件，O-DU的虛擬化需要以FPGA或GPU形式提供一些硬件加速幫助。目前，O-RU虛擬化的前景還很遙遠(yuǎn)，但是O-RAN聯(lián)盟的一個(gè)工作組正在計(jì)劃使用現(xiàn)成的組件實(shí)施白盒無線電。白盒可以在沒有專有技術(shù)或組件的情況下構(gòu)建O-RU。

  互操作性測(cè)試要求

  盡管Open RAN為MNO提供了許多好處，但要使其正常工作意味著必須采用嚴(yán)格的測(cè)試要求。Open RAN和分布式RAN要求單獨(dú)測(cè)試RAN的每個(gè)組件是否符合標(biāo)準(zhǔn)，并測(cè)試組件的組合是否有互操作性。

  為什么要同時(shí)測(cè)試一致性和互操作性?在O-RAN時(shí)代，必須確定組件是否獨(dú)立地符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，以及它們是否作為一個(gè)單元一起工作。跳過一致性測(cè)試步驟，僅執(zhí)行互操作性測(cè)試，就像飛機(jī)制造商使用未經(jīng)測(cè)試的零件制造飛機(jī)，然后只檢查它能否飛行。

  通常首先要進(jìn)行一致性測(cè)試，以確保所有組件都符合單元之間的接口規(guī)格。單獨(dú)測(cè)試每個(gè)組件都需要模擬周圍網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試設(shè)備，以確保該組件符合接口協(xié)議的所有功能。

  獨(dú)立地進(jìn)行組件一致性測(cè)試有幾個(gè)好處。一方面，一致性測(cè)試允許進(jìn)行負(fù)面測(cè)試以檢查組件對(duì)無效輸入的響應(yīng)，單獨(dú)的互操作性測(cè)試無法提供這一功能。另外，一致性測(cè)試還使測(cè)試工程師能夠執(zhí)行互操作性測(cè)試期間無法控制的協(xié)議功能。

  O-RAN聯(lián)盟開放前傳接口工作組制定的一致性測(cè)試規(guī)范包含多個(gè)部分，其中包含許多測(cè)試類別，可測(cè)試幾乎所有的5G O-RAN元素。

  5G O-RAN的互操作性測(cè)試類似于4G RAN的互操作性測(cè)試。但是，5G O-RAN的一致性測(cè)試有很大不同，需要更多的設(shè)備。下圖顯示了O-RAN一致性測(cè)試規(guī)范中的測(cè)試設(shè)備無線電。

對(duì)O-RAN一致性規(guī)范進(jìn)行測(cè)試需要為Open RAN 5G網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)部分配備仿真器

  Open RAN發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，在提高效率、降低成本和增加創(chuàng)新方面帶來了顯著的好處。然而，測(cè)試和驗(yàn)證多供應(yīng)商的Open RAN并非易事。

  英文原文鏈接：https://www.5gtechnologyworld.com/why-5g-o-rans-need-compliance-and-interoperability-testing/