ORAN专题系列-1：什么是开放无线接入网O-RAN「建议收藏」

2022-07-31 15:39:03 浏览数 (1)

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

这篇文章将回答如下几个问题：什么是无线接入网RAN? 什么是开放无线接入网ORAN? ORAN与5G的关系? ORAN提出的动机？ORAN的参与方？以及ORAN的技术目标？ORAN联盟的组织架构

目录

1. 什么是无线接入网RAN (Radio Access Network)

2. 什么是O-RAN：Open RAN

3. ORAN与5G的关系

4. ORAN与4G的关系

5. ORAN开放的动机

6. ORAN联盟的各个参与方

7. ORAN的技术目标

8. ORAN联盟的组织架构：

9. 其他相关联的概念：

10. 本系列快速概览

专题一：O-RAN的总体架构与概述

专题二：非实时运行的智能控制器和A1接口

专题三：近实时运行的智能控制器和E2接口

专题四：O-RU FrontHaul接口

专题四-1： FrontHaul管理进口

专题四-2： FrontHaul同步面接口

专题四-3： FrontHaul控制面接口

专题四-3：L1-High与L1-Low的接口：eCPRI

专题四-4：L2与L1-High的接口：nFAPI

专题五：开放的F1/W1/E1/X2/Xn接口

专题六：云化和编排工作组。

专题七：O-RAN的硬件白盒化

专题八：协议栈参考设计工作。

专题九：数据传输工作组。

专题十：O-RU的软件、硬件设计

1. 什么是无线接入网RAN (Radio Access Network)

终端设备，如手机、电脑、智能终端等通过网络连接起来的通常方式有两种：

  • 一种方式称为“有线”：如网线、光纤、有线电视线。
  • 另一种方式称为“无线”：如果WiFi，WiMax，蓝牙，ZigBee，卫星通信，还有我们常听到的2G, 3G, 4G, 5G。

广义上讲，能够把无线终端连接通过无线的方式连接到网络中的设备组成的网络，都称为无线接入网RAN。为了进一步区分各种无线接入网，需要对无线接入网进一步的划分。

划分方法1：

  • 专用无线接入网：特定的行业或部门面向内部服务而建立的无线接入网。如公安、军队、企业。
  • 公众无线接入网：由电信运营商面向公共服务而建立起来的无线接入网，如2G/3G/4G/5G.

划分方法2：

  • 利用免费的无线频谱接入：如WiFi，蓝牙。
  • 使用授权的无线频谱接入：如2G/3G/4G/5G。

O-RAN中的RAN, 是指电信运营商如果中国移动、中国联通，中国电信，提供的2G/3G/4G/5G等公众无线接入网，我们暂称为狭义上的无线接入网RAN。后续提到的RAN就是这种狭义上的无线接入网。

无线接入RAN只为无线终端通过无线电磁波的方式连接到网络提供了手段，但如果终端要想相互间通信，还需要上图中的核心网。当然，核心网除了确保无线终端之间能够相互通信，还提供了计费、移动管理、与其通信网络互通、与互联网互通等功能。核心网和无线接入网共同组成公众移动/无线通信网。

2. 什么是O-RAN：Open RAN

这里的O，是open，开放的意思。O-RAN就是开放无线接入网。

开放，是相对封闭而言的，因此要了解开放的含义，先了解什么是封闭的无线接入网。

以上图中的简化的4G和经典的5G网络架构为例，说明

封闭的含义：

  • 上述接入网设备的硬件是设备商家设计的专有硬件设备。
  • 上述接入网设备的软件包括底层软件，操作系统软件和基站的应用软件，也是由各自的硬件设备厂家提供。
  • 上述接入网设备，如4G: 网管 BBU RRU 天线，5G: 网管 CU DU AAU, 通常由单一设备商提供。比如华为提供自己的RAN系统设备, 诺基亚提供自己的RAN系统设备。

开放的含义：

  • 接入网的非实时性应用软件与专用硬件分离，如网管，CU，脱离专用硬件，在通用的X86的Linux服务器上运行。
  • 接入网的实时性要求高的软件与硬件依然强绑定，如DU或AAU，但需要提供可定制化的配置接口，便于第三方软件或设备可以配置专用软硬件设备的功能。
  • 让更多的第三方软件和硬件厂家参与进来，大家遵循统一的接口标准，让无线接入网中的不同软件实体，能够实现互联互通，打破单一设备厂家的垄断。

3. ORAN与5G的关系

由于原先2G/3G/4G的接入网是封闭，且网络已经建成，对现有的网络改造是相当困难的，因此ORAN不会在2G/3G/4G的现有网络上实施。

5G网络处于建网的初期，因此ORAN首要的实施部署的目标是5G RAN系统中的各个网元：网管、CU、DU和AAU。

ORAN是在5G 3GPP已有的各个网元接口协议基础之上进行了扩展，以支持新的开放性的要求，ORAN协议包括两部分：（1）4G/5G的3GPP协议；（2）ORAN为 开放性和自能性目标新增加的协议和规范。

4. ORAN与4G的关系

ORAN并不打算在纯4G的网络上实施，但考虑到在5G实施和部署的过程中，在较长的一段时间内是4G 5G的混合组网,即NSA. 因此，ORAN要想在5G上实施，是无法完全绕开4G的.

ORAN也对4G进行适当的扩展。与5G扩展的区别在于, 5G RAN的所有网元是全面的开放，而对于4G, 只开放了BBU。

5. ORAN开放的动机

商业动机：

动机之一：ORAN首先由中国移动等运营商提出来的，最初是想通过把RAN系统中非实时的应用软件从专用硬件上剥离开来，降低整个RAN系统设备一次性投入的成本CAPEX。

动机之二：通过非实时软件的“云化”, 降低整个RAN系统的运营成本OPEX。

动机之三：通过实现RAN系统中各个网元的网络功能虚拟化NFV，非常方便的重构已有的网络部署。

动机之四：应用软件与专用设备分离、剥离后，运营商可以引入更多的第三方软硬件的开发商，打破设备商的垄断。

政治动机：

我们知道，目前全球主流的5G系统设备提供商，就剩下仅存的几家：华为、爱立信、诺基亚、中兴等。其中两家中国的，两家欧洲小国的，其他两家还都是与中国建立和合资公司，在5G时代，没有一家美国公司能够提供5G的成套系统设备了。

随着美国对华为公司以及对整个中国全方位打击的不断升级，ORAN的技术方案，也成为美国政府试图打破中国通信公司在5G技术上绝对领先地位的一种政治手段。目前，ORAN背后的主要推动力量成为了美国政府。

6. ORAN联盟的各个参与方

ORAN各个参与方组成了一个利益共同体，称为ORAN联盟

  • 运营商：最初发起：美国AT&T、中国移动、德国电信、日本NTT DOCOMO以及法国Orange； 后来加入：印度Bharti Airtel、中国电信、韩国SKT和KT、新加坡Singtel、西班牙Telefonica和澳大利亚Telstra等。
  • 设备供应商：如爱立信、诺基亚、中兴通讯、（目前华为并没有参与）
  • 芯片制造商：如ARM，ADT, BROADCOM，ANALOG DEVICES，Qualcomm、Samsung， XILINX等。
  • 软件供应商: Microsoft等。

7. ORAN的技术目标

(1) 开放

  • 所有RAN网元的接口开放
  • RAN网元的硬件参考设计开源
  • RAN软件代码开源

(2) 智能

  • 网络操作管理的自驱动：ORAN应该能够利用新的基于学习的技术来自动化操作网络功能并减少运营成本。
  • 全面的网元级智能：利用新兴的深度学习技术，将智能嵌入RAN体系结构的每一层。
  • 全面的嵌入式智能：智能应用于嵌入式设备内部的组件级和网络级，实现动态的本地无线资源分配，优化网络范围的效率。
  • 闭环自动化：结合标准化的南向接口，人工智能优化的闭环自动化是可以实现的，并将为网络运营开创一个新纪元。

8. ORAN联盟的组织架构：

由AT&T、中国移动、德国电信、NTT DOCOMO和Orange于2018年2月成立，于2018年8月作为德国的实体成立。管理架构包括一个由15家运营商组成的运营委员会和一个由斯坦福大学教授Sachin Katti博士和中国移动无线技术首席科学家Chih Lin I博士共同主持的技术指导委员会。剩余的成员由每个技术工作组的主席和联合主席组成。工作组由操作员和贡献者组成。

  • 工作组1: 用例和总体架构工作组。它全面负责O-RAN体系结构和用例场景，以及不同工作组的任务的划分、跨工作组的技术协调。
  • 工作组2: 非实时运行的智能控制器和A1接口工作组。支持非实时智能无线资源管理、高层过程优化、RAN中的策略优化，并为近实时（Near RealTime）无线智能控制器(RIC: RAN Intelligent Controller)提供AI/ML(人工智能/机器学习)模型。
  • 工作组3：近实时RIC和E2接口工作组。定义一个基于近实时无线电智能控制器（RIC）的体系结构，实现对RAN元素和资源的近实时控制和优化。
  • 工作组4：开放前传（fronthaul）接口工作组。提供真正的开放前传接口，可以实现多供应商的DU-RRU互操作性。FrontHaul（前向回传）主要是从BBU（Building Base band Unit：基带处理单元）到RRU（Radio Remote Unit：射频拉远单元）或RRH（Remote Radio Head：射频拉远头）之间的连接。
  • 工作组5：开放的F1/W1/E1/X2/Xn接口工作组。为这些3GPP定义的接口提供完全可操作的多供应商配置文件规范，是对3GPP现有接口规范的增强。
  • 工作组6：云化和编排工作组。推动RAN软件与底层硬件平台的剥离与脱钩，并提供相关的技术和参考设计，使通用的商用硬件平台能够用于RAN部署的所有网元，包括CU和DU。
  • 工作组7：白盒硬件工作组。这个工作组的目标是规范化、标准化、并发布一个完整的参考设计，以孵化一个实现分离的软硬件平台。
  • 工作组8：协议栈参考设计工作。开发O-RAN中央单元（O-CU）和O-RAN分布式单元（O-DU）的软件架构、设计，以及相应的发布计划。（没有包括AAU）
  • 工作组9：数据传输工作组。关注传输层，包括传输设备、物理介质和与传输网络相关联的控制/管理协议。

9. 其他相关联的概念：

X-RAN:

xRAN成立于2016年，目标是用开放、可替代的标准化设备，替代传统的基于硬件的RAN。

该工作组侧重于三个方面：将RAN控制平面与用户平面耦合，构建使用COTS硬件的模块化eNodeB软件堆栈，以及公开南向和北向接口。

该工作组主要的构成是运营商，包括AT&T、Verizon、德国电信（DT）、KDDI、NTT、SKT、Telstra。

斯坦福大学教授兼xRAN论坛主任Sachin Katti表示，该工作组专注于网络架构和开发相关规范，专注于分解堆栈并定义可互操作的接口。

http://www.xran.org

电信基础设施项目TIP的OpenRAN

Telecom Infra Project是2016年由Facebook、Intel、诺基亚、德国电信和SK电信联合成立，其使命是分解软件和硬件，其成员包括500多家互联网公司、电信运营商、厂商和系统集成商。

2017年11月，沃达丰将其软件定义RAN项目贡献给TIP，并创建了OpenRAN工作组，该工作组的目标是开发基于GPPP和分解软件的RAN技术。

C-RAN: Cloud RAN

从4G到5G，基站覆盖密度大幅增加，导致站点获取难度、建网成本急剧提升，另外基站密集部署导致同频干扰严重，蜂窝边界用户体验大幅下降，C-RAN（ 云无线接入网）建网模式应运而生。

C-RAN通过BBU集中建网，减少站点侧设备和电源，从而降低站点获取难度，从而实现租金、能耗、机房等成本；这样的集中协同还可以大幅提升蜂窝边界处的性能，这已成为无线未来建网的重要模式。

V-RAN:

虚拟无线接入网(vRAN), 关注无线接入网功能的虚拟化。

Open VRAN

在2018年2月举行的全球移动通信大会上，思科发布了新的名为Open vRAN的新的开放虚拟化无线接入（vRAN）计划。

Open vRAN的目标是组件基于通用处理平台（GPPP）和分解软件的开放式模块化RAN架构，以支持不同的应用案例。

Open vRAN工作组的成立是为了支持这些类型的新的部署架构，思科的Open vRAN是关于如何在运营商网络中部署和构建用于前传的IP网络。

10. 本系列快速概览

专题一：O-RAN的总体架构与概述

它全面负责O-RAN体系结构和用例场景，以及不同工作组的任务的划分、跨工作组的技术协调。

  1. 《ORAN专题系列-1：什么是开放无线接入网O-RAN》ORAN专题系列-1：什么是开放无线接入网O-RAN_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客
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  4. 《ORAN专题系列-15：2020年最新O-RAN商业和技术进展深入观察-2》ORAN专题系列-15：2020年最新O-RAN商业和技术进展深入观察-2_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客
  5. 《ORAN专题系列-3：O-RAN的OAM操作维护管理架构》ORAN专题系列-3：O-RAN的OAM操作维护管理架构_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客

专题二：非实时运行的智能控制器和A1接口

支持非实时智能无线资源管理、高层过程优化、RAN中的策略优化，并为近实时（Near RealTime）无线智能控制器(RIC: RAN Intelligent Controller)提供AI/ML(人工智能/机器学习)模型。

专题三：近实时运行的智能控制器和E2接口

定义一个基于近实时无线电智能控制器（RIC）的体系结构，实现对RAN元素和资源的近实时控制和优化。

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  4. 《ORAN专题系列-11：5G O-RAN RIC的PaaS和SaaS是封闭与开放的融合》ORAN专题系列-11：5G O-RAN RIC的PaaS和SaaS是封闭与开放的融合_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客

专题四：O-RU FrontHaul接口

提供真正的开放前传接口，可以实现多供应商的DU-RRU互操作性。FrontHaul（前向回传）主要是从BBU（Building Base band Unit：基带处理单元）到RRU（Radio Remote Unit：射频拉远单元）或RRH（Remote Radio Head：射频拉远头）之间的连接。

专题四-1： FrontHaul管理进口

  1. 《ORAN专题系列-18：5G O-RAN FrontHaul前传接口互操作性测试规范IOT概述与总体架构》ORAN专题系列-18：5G O-RAN FrontHaul前传接口互操作性测试规范IOT概述与总体架构_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客
  2. 《ORAN专题系列-16：5G O-RAN FrontHaul前传接口的网络配置管理协议netconf》ORAN专题系列-16：5G O-RAN FrontHaul前传接口的网络配置管理协议netconf_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客
  3. 《ORAN专题系列-17：5G O-RAN FrontHaul前传接口的网络配置管理与Yang数据建模语言》ORAN专题系列-17：5G O-RAN FrontHaul前传接口的网络配置管理与Yang数据建模语言_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客
  4. 《ORAN专题系列-19：5G O-RAN FrontHaul前传接口M Plane互操作性测试IOT规范》ORAN专题系列-19：5G O-RAN FrontHaul前传接口M Plane互操作性测试IOT规范_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客
  5. 《ORAN专题系列-20：5G O-RAN 通过TR-069协议实现一体化小基站的自动配置和安装》ORAN专题系列-20：5G O-RAN 通过TR-069协议实现一体化小基站的自动配置和安装_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客

专题四-2： FrontHaul同步面接口

专题四-3： FrontHaul控制面接口 专题四-3：L1-High与L1-Low的接口：eCPRI

专题四-4：L2与L1-High的接口：nFAPI

专题五：开放的F1/W1/E1/X2/Xn接口

为这些3GPP定义的接口提供完全可操作的多供应商配置文件规范，是对3GPP现有接口规范的增强。

专题六：云化和编排工作组。

推动RAN软件与底层硬件平台的剥离与脱钩，并提供相关的技术和参考设计，使通用的商用硬件平台能够用于RAN部署的所有网元，包括CU和DU。

专题七：O-RAN的硬件白盒化

这个工作组的目标是规范化、标准化、并发布一个完整的参考设计，以孵化一个实现分离的软硬件平台。

  1. 《ORAN专题系列-4：一文说透什么是5G O-RAN的硬件白盒化》ORAN专题系列-4：一文说透什么是5G O-RAN的硬件白盒化_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客
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  3. 《ORAN专题系列-5：5G O-RAN 一体式小基站硬件白盒化的参考架构》https://blog.csdn.net/HiWangWenBing/article/details/10686910
  4. 《ORAN专题系列-6：5G O-RAN 分体式小基站Option6硬件白盒化的参考架构》ORAN专题系列-6：5G O-RAN 分体式小基站Option6硬件白盒化的参考架构_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客
  5. 《ORAN专题系列-7：5G O-RAN 分体式小基站Option7硬件白盒化的参考架构》ORAN专题系列-7：5G O-RAN 分体式小基站Option7硬件白盒化的参考架构_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客
  6. 《ORAN专题系列-8：5G O-RAN 分体式小基站Option8硬件白盒化的参考架构》ORAN专题系列-8：5G O-RAN 分体式小基站Option8硬件白盒化的参考架构_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客
  7. 《ORAN专题系列-9：5G O-RAN 分体式小基站Option7-8硬件白盒化的参考架构》ORAN专题系列-9：5G O-RAN 分体式小基站Option7-8硬件白盒化的参考架构_文火冰糖（王文兵）的博客-CSDN博客

专题八：协议栈参考设计工作。

开发O-RAN中央单元（O-CU）和O-RAN分布式单元（O-DU）的软件架构、设计，以及相应的发布计划。（没有包括AAU）

专题九：数据传输工作组。

关注传输层，包括传输设备、物理介质和与传输网络相关联的控制/管理协议。

专题十：O-RU的软件、硬件设计

  1. 《ORAN专题系列-？》：5G O-RU的白盒化硬件选型与参考设计
  2. 《ORAN专题系列-？》：5G O-RU的RFIC芯片选型与芯片详解
  3. 《ORAN专题系列-？》：5G O-RU的FPGA的功能与参考设计
  4. 《ORAN专题系列-？》：5G Fronthual Gateway的白盒化硬件选型与参考设计
  5. 《ORAN专题系列-？》：5G Fronthual Gateway的FPGA的功能与参考设计
  6. 《ORAN专题系列-？》：5G O-RU的平台软件功能与参考设计
  7. 《ORAN专题系列-？》：5G O-RU的软件安全架构
  8. 《ORAN专题系列-？》：5G O-RU的管理软件的功能与参考设计
  9. 《ORAN专题系列-？》：5G O-RU的simulator

发布者：全栈程序员栈长，转载请注明出处：https://javaforall.cn/127961.html原文链接：https://javaforall.cn

5g 微服务 系统架构

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