5G RAN的開放之路

更新時間 : 2021-09-30 20:06:39

2021年7月24日，由江蘇省未來網絡創新研究院主辦、SDNLAB承辦的2021中國5G網絡創新論壇上，多家機構談到了RAN發展進展，我們對此進行整理，以饗讀者。

截至2021年4月，全球68個國家162個運營商推出了5G服務。近期數據顯示，國內已經建成5G基站91.6萬個，5G連接數已經超過3.65億，5G共建共享基站超過40萬個，已建成全球最大的5G SA網絡。

5G標準持續演進，R17已經凍結，下一個五年的5G-Advanced已經啟動，6G架構和關鍵技術已經在布局。但是，反觀5G基站的建設進展，在國內，5G尚未實現全國覆蓋，基站規模遠遠沒達到全覆蓋的程度。此外特定領域特定行業的2B2C應用，如智慧工廠、智慧交通，對5G覆蓋的廣度和深度提出了比4G時代更加苛刻的要求。在5G的發展路徑圖中，基站將占據重要地位。

工信部推出了5G應用“揚帆”行動計劃（2021-2023）年，提出5G覆蓋水平不斷提升，每萬人擁有5G基站數超18個（按照全國13億人口規模，需要建設5G基站234萬個），建成超過3000個5G行業虛擬專網。未來基站建設規模巨大。

5G RAN

圖1：RAN在5G（R15）全景圖中的位置。RAN通過N2接口與AMF通信，通過N3接口與UPF交互。

5G RAN新需求
在業務與技術的雙重驅動下，5G無線網絡的架構也正在發生巨大變化。從模型驅動到數據驅動；從宏觀規劃到精準管控，從網絡業務分域自治到網業協同、網隨業動，從封閉系統到敏捷定制、生態開放。管理、控制及無線資源調度都逐步引入AI，提升RAN接入能力。基于云網融合的基礎設施，將定制網絡和AI能力產品化對外輸出。無線智能管理從傳統的OAM的FCAPS進一步演進支持智能無線切片管理，無線數據分析、意圖策略管理、AI模型訓練/推理等智能特性。

傳統基站軟硬件綁定，硬件高度定制化，不支持網絡功能的虛擬化，無法滿足未來網絡智能化、動態化、協同化的要求。5G基站必須要走開放化的道路，匹配各種網絡拓撲，適用業務密集區與業務稀疏區的不同要求，能夠應用于室外和室內場景，支持多運營商共享；能夠面向更加復雜杜多樣的行業市場，需要通過智能化網絡快速引入新能力，靈活滿足行業客戶的各種需要，為運營商拓展新的商業模式創造必要的技術條件；需要進一步降低成本，包括設備采購成本，運維成本，降低5G業務的使用門檻。

此外，從5G知識產權發展來看，截至2021年2月，在5G專利申請數量方面，華為以15.39%的比例占據全球第一，高通以11.24%排名第二，中興以9.81%排名第三。絕大部分技術仍然由少數傳統CT大所主導。聚焦到RAN的建設，站點建設成本仍然居高不下。通過RAN的開放，構建5G發展的良好生態，降低技術門檻，共同繁榮5G產業生態。

對于運營商來說，需要提升議價權，降低部署成本（5G基站數量多得多，必須降低成本）。通過RAN的開放，分化市場，引入更多的供應商，激勵軟硬件創新。電信運營商可以獲得RAN的控制權，經南向接口解決不同組件的互操作性，經北向接口開發豐富的應用和服務。統一運管平臺，標準南向接口，APP式智能管控，基帶系統軟硬解耦，基帶硬件通用，實現前傳接口開放，射頻白盒發展。

開放5G RAN的組織推進
國際國內，多個組織在共同推進5G RAN的開放工作。

O-RAN聯盟：由運營商主導，于2018年2月發起成立，由C-RAN聯盟（以中國企業為主）和xRAN論壇（以美日韓和歐洲企業為主）合并而成。該組織推動RAN接口開放化、硬件白盒化、軟件開源化、網絡智能化，打破傳統封閉的RAN架構，降低RAN部署成本，提升RAN敏捷性和加速創新。主要工作是開發標準，作為3GPP標準的補充，包括9大工作組，確保多個供應商設備相互操作。

TIP（Telecom Infra Project 電信基礎設施項目）Facebook 于2016年發起成立，目前已有超過500家成員，包括運營商、設備上、芯片商、IT商和系統集成商。關注基站軟件和硬件的具體實施，采用O-RAN制定的標準通過開源軟件和開放的通用硬件來模塊化地建立基站，引入AI/ML相關技術，對RAN系統進行智能化地控制。

OSA：（OpenAirInterface 軟件聯盟）成立于 2014 年，由歐洲 EURECOM 公司創建，是法國的一家非營利軟件基金會，其推出的OAI（Open Air Interface）開源軟件系統，通過軟件無線電（SDR）的方式實現通信系統。

OS-RAN聯盟（開源無線電聯盟），在科技部高技術研究發展中心指導下，由北京郵電大學聯合10家創始單位發起成立，是國家重點研發計劃“基于開源生態的無線協作環境”項目孵化的開源組織，致力于聯合國內開源無線產業各方，推動中國開源無線技術研究、技術社區建設、開源產業發展。

5G RAN的開放體系

3GPP R15引入了CU和DU分離的RAN架構，定義了CU-CP（控制面）和CU-UP（用戶面）之間的E1接口，以及CU與DU之間F1接口。
O-RAN進一步開放前傳接口，在管理層和RAN引入了非實時RIC和近實時RIC控制器，新增了A1、E2、O1、O2等接口。

在5G RAN的開放之路上，有5個層面的開放。
1、架構開放
1）開放的云平臺，區域云和邊緣云，區域云上可以承載RIC，邊緣云可以承載CU、DU。
2）多功能云基站，基于開放云平臺的基站，可以實現多種網絡功能的部署，實現資源的統一管理和編排。

2、功能開放
按照處理功能、實時性要求、功能模塊之間的關系，將基站BBU拆分為DU和CU，將RRU與天線融合為AAU，引入無線控制器RIC，包括非實時部分和近實時。非實時RIC一般作為網管SMO的一部分，近實時RIC作為基站系統內部組成部分。

3、接口開放：
1）前傳接口的開放，DU和RU間前傳接口的用戶面、控制面、管理面和同步面的開放；基站設備間接口的開放，包括CU-DU間F1接口、CU-CP和CU-UP間E1、基站間X2/Xn接口的開放。
2）控制接口的開放，在基站控制面構建開放的標準化接口，基站功能滿足3GPP標準，利用開放接口對基站進行配置和管理，非實時RIC和近實時RIC間采用A1接口、近實時RIC和CU/DU間采用E2接口。

4、數據開放：
R15引入了NWDAF（數據感知分析網元），通過手機用戶連接管理、移動性管理、會話管理、接入的業務等信息，對不同類型用戶進行評估和分析，構建用戶畫像，確定用戶的移動軌跡和業務使用習慣，以及預測用戶行為，5G網絡基于分析和預測數據，優化用戶移動性管理參數和無線資源管理參數等。
網絡感知產生包大小、周期等大數據信息構建業務特征，無線智能控制實時預測無線SLA、OoE滿足狀態，并基于預測利用無線業務保障策略優化能力進行調度策略優化，實時保障用戶業務體驗。面向行業OT對無線網絡的差異化、定制化能力要求，通過開放API接口面向業務應用提供網絡和管理能力開放，使能第三方應用的部署，從而構建開放無線智能應用生態。
終端參數的定制或優化，預測用戶行為，優化用戶移動性管理參數和無線資源管理參數；網絡切片的優化，構建網絡切片畫像，優化網絡切片資源分配和網絡切片選擇策略；業務路徑優化，構建業務畫像，確定業務的QoE和業務路徑、5G QoS等內在關聯，優化業務路徑（優化UPF選擇）、業務路由（優化URSP）、5G邊緣計算、業務對應5G QoS等。
另一方面，通過數據開放，業務可以主動感知網絡，預測無線空口狀態（如用戶速率、時延、抖動）從而實時調整，例如云游戲、VR的碼率優化，更好的匹配網絡狀態，保障用戶流暢的業務體驗。RIC的xAPP應用，通過獲取外部MEC應用的業務時長、業務周期等信息來進一步優化其無線資源的配置。對于外部應用APP，需要獲取無線側的信息（如小區信息、QoS參數、UE手機位置）進一步優化其業務性能。

5、運營模式開放
5G RAN支持多運營商接入，支持多業務接入，多租戶接入。通過切片技術以及虛擬化技術。將不同要求的功能模塊部署到不同的位置，實現QoS優化。支持多運營商共建共享基站資源，降低建網成本。近實時RIC中包含多個xAPP，xAPP可以由第三方獨立部署，通過AI推理模型和策略與不同的RAN功能關聯。
國內，三大運營商基于開放式架構，將網絡能力進一步拆分、組合、封裝，形成產品支撐千行百業的發展。
電信基于開放架構制定了云改數轉戰略，為行業客戶打造一體化定制融合服務，推出了“致遠、比鄰、如翼”三類服務模式，實現云網一體、按需定制。其推出的自研小站，綜合考慮了藍牙/UWB等多種接入方式，支持高精度定位算法，BBU采用全云化架構，支持無線網絡能力開放為行業客戶提供室內定位，網絡能力動態調度等服務。
移動基于開放架構推出了“優享、專享、尊享”三種模式，構建了5G專網產品體系1.0，支撐5G專網產品體系和重點客戶發展。
中國聯通發布了CUBE-Net3.0 網絡創新工程合作伙伴計劃，開展全方位網絡創新。

開放5G RAN的部署路徑
結合技術發展及市場應用需求，開放5G RAN的部署并不是一蹴而就的，在由江蘇省未來網絡創新研究院主辦，SDNLAB承辦的“2021中國5G網絡創新論壇”上，中國移動研究院無線與終端技術研究所王桂珍嘉賓的演講獲知，開放智能的無線接入網的構建可劃分為三個階段
第一階段：針對現有的具備條件的硬件設施進行升級，依托無線開放接口和智控組件（RIC），打通基站、UPF、MEC等網元，實現基本的云網協同，降低基站建設成本。
第二階段：構建無線云，統一承載云集站、無線智能組件、邊緣計算等多種能力，北向支持SaaS應用，向行業客戶、特定用戶提供”云網融合的一站式綜合服務，降低無線網絡及邊緣云服務成本。
第三階段：基于移動的網絡云和移動云進行基站云化部署，形成無線網+移動云的云網一體服務方案。實現無線服務能力整體上云，云網資源統一編排，打造向客戶提供差異化云網融合的綜合服務能力。

開放5G RAN部署情況
日本樂天：2020年開始使用ALtiostar、Airspan、諾基亞等公司的產品推出了多供應商開放網絡。諾基亞開放其接口支持ALtiostar的軟件，軟件運行于Quanta的通用硬件，虛擬環境來自Cisco
DOCOMO：2019年9月基于O-RAN開放前傳和X2首次實現了多供應商4G、5G基站互操作，2020年9月引入5G O-CU/DU,以及O-RU，2021年3月退出Open RAN生態系統，與合作伙伴一起推動向海外電信運營商提供Open RAN。

歐洲，德國電信、Orange、西班牙電信和沃達豐 2021年5月聯合發布了《Open RAn系統的優先技術要求清單》，計劃從2022年開始大規模部署Open RAN。分步實施，階段部署，確保開放RAN與同類最佳的傳統RAN解決方案達到同等水平。其中沃達豐已于2021年6月開始啟動部署歐洲首個Open RAN商用網絡（農村場景）。

截至2021年第一季度，全球已有23家運營商公開聲明在網絡中采用無線云網絡。預計到2025年，全球運營商無線云網絡將覆蓋52.5%的用戶。

需要解決的問題
接口規范尚未成熟。不同廠商的研發進度不同支持的特性不同，對標準規范的理解不同，跨廠商基站設備間的互通性測試工作、解耦工作需要長期進行下去。可以引入DevOps的理念，快速迭代，推進技術快速研發及上線、反饋，通過構建技術閉環快速推進產品演進。
運營商技術要求更高。5G NR的開放、解耦要求最終由運營商將各個模塊通過標準化協議組裝起來，形成完整的功能體，對外提供服務。
網絡設備軟件模塊升級面臨挑戰。對于O-RAN開放、解耦架構體系，如何順利、平滑的進行網絡設備的升級、不同廠商的設備是否可以獨立升級還是需要整體打包升級，都是亟須解決的問題。參考操作系統，將多家廠商設備及驅動融合在一起，可以獨立升級，利用分層的思想上層應用體驗更好。
網絡安全問題更加嚴峻。開放，解耦使得模塊間的通信機會增多，技術細節更加透明，當產生規模成為更大的價值網絡后，完全問題不容忽視。O-DU和O-RU來自不同廠家時，O-DU不能完全控制O-RU，需要通過更高層來輔助管理，這會帶來通過前傳接口向O-DU北向系統發起中間人攻擊的風險；近實時RIC與gNodeB之間尚未有明確的功能界限劃分，可能會造成決策沖突、網絡不穩定，攻擊者可以利用惡意的xAPP故意觸發與gNodeB相沖突的RRM決策而導致服務拒絕。此外，在O-RAN規范中也已經指出xAPP之間存在直接沖突、間接沖突、隱式沖突，沖突會導致網絡不穩定或性能下降，攻擊者就可能會利用這個漏洞來攻擊網絡，令網絡存在安全風險。

來源：SDNLAB《5G RAN的開放之路》 https://www.sdnlab.com/25162.html

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