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随着技術的不斷變遷，專有無線接入網絡的時代正在逐漸消失。營運商希望能在降低成本的同時增加靈活性，其需要易于部署且經濟實惠的網絡和網絡元件，這也導緻整個行業從4G專用硬體和專有軟體開始轉向安裝在COTS硬體平台上的開放軟體棧。
4G的專有元件
從核心網和RAN的角度來看待無線網絡的話，核心網包括骨幹網、城域網和區域網(圖1)。早期，網絡使用固定交換機和路由器來傳輸資料，如今核心網在RAN的邊緣聚合資料，RAN将聚合的資料傳輸到無線電塔。
圖1.無線網絡由連接配接到聚合網絡和網絡核心的無線接入網組成
4G網絡在1GHz至4GHz的頻帶上運作，每座發射塔都配備了一個基帶單元(BBU)，從核心網收集資料，并将其傳送到遠端無線電單元(RRU)。
4G在很大程度上是通過運作專有軟體棧的自定義硬體來實作的，這種方法對于4G網絡來說是可以接受的，但是考慮到5G以及所需成本，營運商已經着手開發開源解決方案。5G的目标是可互換的COTS ARM或運作開源軟體棧的x86伺服器。
5G網絡
5G網絡與4G LTE有本質上的不同，頻段上，5G覆寫了從6GHz到300GHz的頻段。由于頻率越高，信号傳播過程中的衰減也越大，是以5G網絡的基站密度将更高。
5G将4G BBU拆分為無線單元(RU)、分布式單元(DU)和集中式單元(CU)(圖2)。解耦這些功能為營運商帶來了很大的靈活性，因為它們可以根據需要将RU、DU和CU部署在不同的位置，例如，要求低邊緣延遲的網絡可以将RU、CU和DU一起部署在邊緣，這将最大限度地提高遠端連接配接使用者應用程式的性能。另外，一個DU可以為多個RU提供服務，進而降低了網絡成本，同時在可接受的最大延遲範圍内提供了足夠的性能。針對不同的市場和地區，營運商可以部署不同的架構。
圖2.在5G網絡中，可以将BBU分解為RU、DU和CU
下圖更深入地展示了5G網絡的硬體和互連。
圖3. 5G網絡将基帶單元分為RU，DU和CU
5G RU包含一個RF發射器和一個LO PHY子產品，通常作為一個為資料包管理優化的FPGA或ASIC實作，它可以提供小于1毫秒的延遲，RU和DU之間就是前傳。
DU的無線資料包通過前傳鍊路與RU進行往返傳輸。DU的主要組成部分是無線鍊路控制器(RLC)、媒體通路控制器(MAC)和HI PHY。MAC內建了與RLC通信的軟體和與PHY通信的硬體子產品。它可以整合諸如GPU或FPGA之類的硬體加速器，并且可以在延遲小于5毫秒的情況下運作。DU通過F1中傳接口連接配接到CU 。一個DU COTS實作将包括一個帶有硬體加速PCIe卡的伺服器機箱和一個開源的MAC/RLC棧。
CU由一個控制平面(CP)和一個使用者平面(UP)組成。該配置與LTE類似，使得5G網絡與4G LTE網絡的內建整合更加容易，另外它還為5G RAN配置提供了靈活性。CP和UP作為CU的一部分連接配接在CU box 中，它們可以以大約10毫秒的延遲運作。
RAN智能控制器(RIC)位于CU的上遊，該功能将無線網絡虛拟化為一系列可由上遊核心控制器通路的功能。
向開放的轉變
RU、DU和CU包含SDN或虛拟RAN(vRAN)所需的所有功能和接口。但是，核心的網絡編排和自動化層确實需要軟體來管理流程。LTE網絡通過專有的硬體和軟體來管理此任務。由于5G的成本限制，營運商開始尋找利用COTS硬體的标準化開源方案。于是，出現了這幾個關鍵的開源項目：Akraino Edge Stack、O-RAN聯盟、ONAP和OCP，另外近期也新成立了一個組織叫OpenRAN政策聯盟。
Akraino Edge Stack
Akraino Edge Stack于2018年推出，專注于為網絡邊緣開發開放式軟體棧，現已成為LF Edge計劃的一部分。該組織強調子產品化設計，支援軟體元件的重用。這些堆棧被稱為Akraino藍圖，服務于邊緣雲基礎架構的各個子集，包括企業邊緣、over-the-top-edge、供應商邊緣和營運商邊緣。當安裝在“裸機”伺服器上時，該藍圖将機器轉換為特定于應用程式的裝置。
Akraino緻力于打造可加速RAN部署的5G電信裝置，目前正在開發多個營運商的藍圖。該組織最近釋出了Akraino無線電邊緣雲(REC)藍圖，為管理、編排和自動化層提供了與vRAN互動的基本元件。
REC在Linux CentOS發行版上運作，與管理和監視軟體一起工作，這些軟體包含在Kubernetes中并由Kubernetes管理。堆棧将裸機伺服器虛拟化，以便将其抽象為軟體服務。上層控制層可以調用這些API，進而使其能夠與網絡層的資料平面進行互動。
O-RAN聯盟
O-RAN聯盟緻力于實作一個開放、智能的RAN。聯盟正在開發開放式虛拟化網絡元素，如開放式DU和開放式CU。與Akraino一樣，重點在于建構可重用和标準化的子產品化參考設計。這種方法不僅加快了內建和部署的速度，而且還使開發人員可以跳過編寫通用功能的代碼塊，進而使他們騰出時間進行創新。
O-RAN的工作與Akraino藍圖的開發緊密相關，其思想是Akraino的藍圖對硬體層進行抽象，然後O-RAN / ONAP軟體棧在該層之上運作并與API進行互動(圖4)。
圖4.開放的5G網絡由O-RAN、ONAP和Akraino軟體元件組成
O-RAN解決的關鍵軟體開發之一是RAN智能控制器(RIC)，RIC在5G核心的RAN控制器與接入網之間提供了接口，進而實作了政策驅動的閉環自動化。RIC是将RU、DU和CU轉換為vRAN的接口部件，可提供更快、更靈活的服務部署和可程式設計性。
RIC與CU位于同一位置，它通過回程連接配接到核心網的編排和自動化堆棧，并通過中傳連接配接到CU和DU。它将運作在Akraino REC的藍圖之上，該藍圖經過優化以最大程度地減少了RIC和DU / CU之間的延遲(圖5)。Akraino REC與位于核心網邊緣的區域控制器內建在一起，可将REC全自動部署到邊緣站點。
圖5.可以使用Akraino Radio Edge Cloud(REC)藍圖實作O-RAN的RAN智能控制器(RIC)
ONAP
5G網絡将支援各種截然不同需求的應用程式。例如，移動裝置上的流媒體視訊對延遲沒有很大的需求，但可能需要具有很高的移動性;智能工廠不會移動，但要求盡可能低的延遲;自動駕駛汽車面臨着超高可靠性和超低延遲的雙重挑戰。當然還有一些其他的因素，包括帶寬和成本等。有效地服務于這些多樣化的應用程式需要虛拟化網絡的能力，這樣網絡就可以作為網絡切片的集合，每個網絡切片都可以動态地重新配置，以提供每個應用程式所需的服務品質。
到目前為止讨論的建構塊提供了一種建立網絡切片的方法，但是它們需要一個位于核心的頂級控制結構來編排和管理服務。ONAP是Linux基金會主辦的一個開源網絡項目，旨在解決這一需求。
ONAP對于5G部署至關重要，它支援網絡服務的編排、自動化和端到端生命周期管理。它非常複雜且計算量很大，僅運作一個ONAP執行個體就需要140個核心和140 GB的RAM。ONAP與RAN的接口如圖6所示。
圖6.軟體服務和接口構成了5G網絡核心
OCP
在網絡世界中建立互操作性需要标準化外形尺寸和接口。OCP的啟動就是為了建立硬體規範來實作這一标準化。OCP即将推出的規範之一是openEDGE機箱(圖7)。其低功耗要求和處理密度都針對電信和邊緣應用進行了優化。
圖7. 基于Open Compute Project标準設計的openEDGE機箱
OpenRAN政策聯盟
近日，31個國外知名營運商和技術公司在美國成立了Open RAN政策聯盟(OpenRAN Policy Coalition)，推廣開放概念RAN。
Open RAN政策聯盟的成員包括AT&T、亞馬遜網絡服務、Facebook、谷歌、IBM、英特爾、微軟、高通、樂天移動、三星電子美國、Telefonica、Verizon和沃達豐等。
Open RAN政策聯盟的目标是為其他緻力于技術标準的Open RAN組織(例如O-RAN聯盟和TIP項目)提供以政策為中心的支援。
5G有望帶來巨大的性能提升，從根本上改變全球通信，為電信營運商提供了創造新市場和消費者服務的機會。為了在5G中取得成功，營運商需要改進網絡裝置，使其具有靈活性、低成本和快速的上市時間。開放的5G硬體和軟體可以幫助其實作這些目标。
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原文釋出時間：2020-06-12
本文來自：“
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