打破专有系统的桎梏:5G网络的开放之路
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随着技术的不断变迁,专有无线接入网络的时代正在逐渐消失。运营商希望能在降低成本的同时增加灵活性,其需要易于部署且经济实惠的网络和网络组件,这也导致整个行业从4G专用硬件和专有软件开始转向安装在COTS硬件平台上的开放软件栈。 4G的专有组件 从核心网和RAN的角度来看待无线网络的话,核心网包括骨干网、城域网和区域网(图1)。早期,网络使用固定交换机和路由器来传输数据,如今核心网在RAN的边缘聚合数据,RAN将聚合的数据传输到无线电塔。 图1.无线网络由连接到聚合网络和网络核心的无线接入网组成 4G网络在1GHz至4GHz的频带上运行,每座发射塔都配备了一个基带单元(BBU),从核心网收集数据,并将其传送到远程无线电单元(RRU)。 4G在很大程度上是通过运行专有软件栈的自定义硬件来实现的,这种方法对于4G网络来说是可以接受的,但是考虑到5G以及所需成本,运营商已经着手开发开源解决方案。5G的目标是可互换的COTS ARM或运行开源软件栈的x86服务器。 5G网络 5G网络与4G LTE有本质上的不同,频段上,5G覆盖了从6GHz到300GHz的频段。由于频率越高,信号传播过程中的衰减也越大,所以5G网络的基站密度将更高。 5G将4G BBU拆分为无线单元(RU)、分布式单元(DU)和集中式单元(CU)(图2)。解耦这些功能为运营商带来了很大的灵活性,因为它们可以根据需要将RU、DU和CU部署在不同的位置,例如,要求低边缘延迟的网络可以将RU、CU和DU一起部署在边缘,这将最大限度地提高远端连接用户应用程序的性能。另外,一个DU可以为多个RU提供服务,从而降低了网络成本,同时在可接受的最大延迟范围内提供了足够的性能。针对不同的市场和地区,运营商可以部署不同的架构。 图2.在5G网络中,可以将BBU分解为RU、DU和CU 下图更深入地展示了5G网络的硬件和互连。 图3. 5G网络将基带单元分为RU,DU和CU 5G RU包含一个RF发射器和一个LO PHY模块,通常作为一个为数据包管理优化的FPGA或ASIC实现,它可以提供小于1毫秒的延迟,RU和DU之间就是前传。 DU的无线数据包通过前传链路与RU进行往返传输。DU的主要组成部分是无线链路控制器(RLC)、媒体访问控制器(MAC)和HI PHY。MAC集成了与RLC通信的软件和与PHY通信的硬件模块。它可以整合诸如GPU或FPGA之类的硬件加速器,并且可以在延迟小于5毫秒的情况下运行。DU通过F1中传接口连接到CU 。一个DU COTS实现将包括一个带有硬件加速PCIe卡的服务器机箱和一个开源的MAC/RLC栈。 CU由一个控制平面(CP)和一个用户平面(UP)组成。该配置与LTE类似,使得5G网络与4G LTE网络的集成整合更加容易,另外它还为5G RAN配置提供了灵活性。CP和UP作为CU的一部分连接在CU box 中,它们可以以大约10毫秒的延迟运行。 RAN智能控制器(RIC)位于CU的上游,该功能将无线网络虚拟化为一系列可由上游核心控制器访问的功能。 向开放的转变 RU、DU和CU包含SDN或虚拟RAN(vRAN)所需的所有功能和接口。但是,核心的网络编排和自动化层确实需要软件来管理流程。LTE网络通过专有的硬件和软件来管理此任务。由于5G的成本限制,运营商开始寻找利用COTS硬件的标准化开源方案。于是,出现了这几个关键的开源项目:Akraino Edge Stack、O-RAN联盟、ONAP和OCP,另外近期也新成立了一个组织叫OpenRAN政策联盟。 Akraino Edge Stack Akraino Edge Stack于2018年推出,专注于为网络边缘开发开放式软件栈,现已成为LF Edge计划的一部分。该组织强调模块化设计,支持软件组件的重用。这些堆栈被称为Akraino蓝图,服务于边缘云基础架构的各个子集,包括企业边缘、over-the-top-edge、供应商边缘和运营商边缘。当安装在“裸机”服务器上时,该蓝图将机器转换为特定于应用程序的设备。 Akraino致力于打造可加速RAN部署的5G电信设备,目前正在开发多个运营商的蓝图。该组织最近发布了Akraino无线电边缘云(REC)蓝图,为管理、编排和自动化层提供了与vRAN交互的基本组件。 REC在Linux CentOS发行版上运行,与管理和监视软件一起工作,这些软件包含在Kubernetes中并由Kubernetes管理。堆栈将裸机服务器虚拟化,以便将其抽象为软件服务。上层控制层可以调用这些API,从而使其能够与网络层的数据平面进行交互。 O-RAN联盟 O-RAN联盟致力于实现一个开放、智能的RAN。联盟正在开发开放式虚拟化网络元素,如开放式DU和开放式CU。与Akraino一样,重点在于构建可重用和标准化的模块化参考设计。这种方法不仅加快了集成和部署的速度,而且还使开发人员可以跳过编写通用功能的代码块,从而使他们腾出时间进行创新。 O-RAN的工作与Akraino蓝图的开发紧密相关,其思想是Akraino的蓝图对硬件层进行抽象,然后O-RAN / ONAP软件栈在该层之上运行并与API进行交互(图4)。 图4.开放的5G网络由O-RAN、ONAP和Akraino软件组件组成 O-RAN解决的关键软件开发之一是RAN智能控制器(RIC),RIC在5G核心的RAN控制器与接入网之间提供了接口,从而实现了策略驱动的闭环自动化。RIC是将RU、DU和CU转换为vRAN的接口部件,可提供更快、更敏捷的服务部署和可编程性。 (编辑:温州站长网) 【声明】本站内容均来自网络,其相关言论仅代表作者个人观点,不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利,请及时与联系站长删除相关内容! |