5G Open RAN到底是什么?

  來(lái)源：SDNLAB（譯者：大臉?lè )曙w貓）

  傳統上，蜂窩無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)(RAN)使用的專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò )設備來(lái)自少數的網(wǎng)絡(luò )設備制造商，但隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信行業(yè)的發(fā)展，這種模式已不能很好地滿(mǎn)足需求，反而使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商(MNO)被“鎖定”在專(zhuān)有RAN上，處處受到限制。

  后來(lái)，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(lái)了更大的靈活性和更高的成本效率。然而，RAN仍然是單一供應商系統。

  近年來(lái)，全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商一直在推動(dòng)5G采用Open RAN架構(也稱(chēng)為O-RAN)。Open RAN架構有望在促進(jìn)創(chuàng )新的同時(shí)使5G網(wǎng)絡(luò )更加靈活，但也帶來(lái)了額外的技術(shù)復雜性和測試要求。

  本文探討了5G實(shí)現Open RAN架構的優(yōu)勢、原理、結構組件以及對Open RAN組件進(jìn)行一致性和互操作性測試的重要性。

  O-RAN聯(lián)盟

  O-RAN聯(lián)盟由25個(gè)MNO和近200個(gè)來(lái)自無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域的貢獻組織組成，自2018年成立以來(lái)，一直在開(kāi)發(fā)開(kāi)放的、智能的、虛擬化和可互操作的RAN規范。

  電信基礎設施項目(TIP)是一個(gè)獨立的聯(lián)盟，由來(lái)自基礎設施設備領(lǐng)域的數百名成員組成，該項目負責維護一個(gè)Open RAN項目，以定義和構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宣布了一項合作協(xié)議，以聯(lián)合開(kāi)發(fā)可互操作的Open RAN技術(shù)，包括信息共享、參考規范以及開(kāi)展聯(lián)合測試和集成工作。

  O-RAN聯(lián)盟為5G定義了O-RAN體系架構，并定義了一個(gè)5G RAN架構，該架構將RAN分為幾個(gè)部分，分別稱(chēng)為O-RAN無(wú)線(xiàn)電單元(O-RU)、分發(fā)單元(O-DU)和集中式單元(O-CU)。開(kāi)放的、可互操作的標準定義了這些單元之間的接口，這些標準使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商首次能夠混合和匹配來(lái)自多個(gè)不同供應商的RAN組件。O-RAN聯(lián)盟已經(jīng)創(chuàng )建了30多個(gè)規范，其中許多規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商可以快速引入自己的服務(wù)，還使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商可以采用多供應商進(jìn)行部署，并允許其自定義網(wǎng)絡(luò )以滿(mǎn)足自己的需求。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(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)，而不考慮供應商。因此，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商將有機會(huì )構建更穩健且更具成本效益的網(wǎng)絡(luò )。

  通過(guò)為MNO創(chuàng )建一個(gè)更具競爭力的供應商生態(tài)系統，使較小的供應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(zhuān)有RAN中的運營(yíng)商談判能力有限，而開(kāi)放的環(huán)境使競爭更加公平，刺激市場(chǎng)競爭并降低成本。

  創(chuàng )新是Open RAN的另一個(gè)重要優(yōu)勢。開(kāi)放接口的發(fā)展刺激了創(chuàng )新，讓更小、更靈活的競爭對手可以開(kāi)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，因為小公司往往比大公司行動(dòng)得更快。

  一個(gè)值得注意的例子是fronthaul——C-RAN(Cloud-RAN)架構的傳輸網(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(lái)。在O-RAN聯(lián)盟參考體系結構中，IEEE無(wú)線(xiàn)電以太網(wǎng)(RoE)和開(kāi)放增強公共無(wú)線(xiàn)電接口(eCPRI)協(xié)議可以在O-RAN fronthaul規范接口之上使用，以替代帶寬密集型和專(zhuān)有的CPRI。

  通過(guò)使用以太網(wǎng)，運營(yíng)商可以采用虛擬化技術(shù)，使用現成的網(wǎng)絡(luò )設備在物理節點(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(wú)線(xiàn)協(xié)議棧的各層以及4G LTE RAN和5G Open RAN的主要架構組件。由于所需的總帶寬和所涉及的天線(xiàn)較少，因此BBU和RRH之間的CPRI數據速率足以滿(mǎn)足LTE的需求。在5G中，大規模的多輸入/多輸出(MIMO)、更高的數據速率和天線(xiàn)數量的增加意味著(zhù)在接口上來(lái)回傳遞的數據更多。另外，請注意，LTE RAN的主要組件BBU和RRH在O-RAN架構中被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 )架構中提供了更大的靈活性

  Open RAN體系架構

  如上文所述， Open RAN體系架構的一個(gè)核心原則是開(kāi)放性，特別是以開(kāi)放的、可互操作的接口的形式，使MNO能夠構建具有多家供應商技術(shù)的RAN。O-RAN聯(lián)盟還致力于在適當的時(shí)候整合開(kāi)源技術(shù)，并最大限度地利用現成的通用硬件和商用芯片，同時(shí)盡量減少專(zhuān)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 )日益復雜，需要將人工智能(AI)和深度學(xué)習相結合，才能創(chuàng )建自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)將AI嵌入RAN體系結構，MNO可以越來(lái)越多地實(shí)現網(wǎng)絡(luò )功能的自動(dòng)化，并將運營(yíng)成本降至最低。人工智能還通過(guò)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負責協(xié)議的分組數據匯聚協(xié)議(PDCP)層。
  * O-DU負責所有基帶處理、調度、無(wú)線(xiàn)電鏈路控制(RLC)、媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)和物理層(PHY)的上部。
  * O-RU是負責底層物理層處理的組件，包括無(wú)線(xiàn)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，通常運行在基于x86的計算機上。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，但是O-RAN聯(lián)盟的一個(gè)工作組正在計劃使用現成的組件實(shí)施白盒無(wú)線(xiàn)電。白盒可以在沒(méi)有專(zhuān)有技術(shù)或組件的情況下構建O-RU。

  互操作性測試要求

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

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

  通常首先要進(jìn)行一致性測試，以確保所有組件都符合單元之間的接口規格。單獨測試每個(gè)組件都需要模擬周?chē)W(wǎng)絡(luò )的測試設備，以確保該組件符合接口協(xié)議的所有功能。

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

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

  5G O-RAN的互操作性測試類(lèi)似于4G RAN的互操作性測試。但是，5G O-RAN的一致性測試有很大不同，需要更多的設備。下圖顯示了O-RAN一致性測試規范中的測試設備無(wú)線(xiàn)電。

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

  Open RAN發(fā)展勢頭強勁，在提高效率、降低成本和增加創(chuàng )新方面帶來(lái)了顯著(zhù)的好處。然而，測試和驗證多供應商的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/