O-RAN Near-RT RIC 介紹

Near-RT RIC 概述

  • 是開放基站(O-RAN) 架構中,專為網路智慧化而設計創新元件,用於促進無線電資源管理(RRM)。
  • 支援第三方控制應用程式 xApp 部屬。
  • 藉由收集 E2 介面提供的數據,透過 Non-RT RIC 提供 Near-RT RIC 的網路資源智慧分配 AI/ML模型以及 Policy,來進一步優化 RAN(如: RAN 對網路元件(elements)的即時控制、即時網路資源分配智慧化。)達成 QoS 管理、連接管理和無縫切換(handover)控制

Near-RT RIC 架構圖

  • 基本上所有實體 (CU, DU, eNB) 都可以作為 E2 節點 (E2 Node)。
  • O-RAN 架構兼容 5G 和 LTE。所以這邊要注意,此處顯示的 E2 Node 的定義包含 CU/DU (5G NR) 以及 LTE eNB (O-eNB)

    5G NR 系統中,基地台稱為 gNB(Next. Generation Node B)
    LTE 系統中,基地台稱為 eNB(Evolved Node B)

RIC 部屬位置

  • 非即時智慧控制器(Non-RT RIC),被部屬在服務管理與編排(SMO) 當中。
  • 近即時智慧控制器(Near-RT RIC),部屬在歸類於網路邊緣(edge of the network) 的部分,通常歸類在和 CU 在同樣的位置。


可以看到兩個 RIC 部屬的位置是不同的
Near-RT RIC 位在圖中央 REC(Radio Edge Cloud) 的地方

Near-RT RIC 閉迴路控制(Control Loop Control)

  • 這項功能引入了數據驅動(data-driven)的閉控制,可以自動優化網路資源和 RAN 的切片、負載平衡、切換、調度策略(Policy) 等…,這項功能實現了網路智慧化。
  • Near-RT RIC 閉迴路的決策時間週期為(10ms-1s)
  • Near-RT RIC 通常會連結多個 RAN Node,因此閉控制會影響成百上千個用戶設備(UE) 的 QoS。

Near-RT RIC 介面

  1. A1介面:SMO 當中的非即時智慧控制器(Non-RT RIC),透過 A1 介面連接 近即時智慧控制器(Near-RT RIC) ,Non-RT RIC 會提供 Near-RT RIC 用於智慧「管理、分配」網路資源的 ML(機器學習)模型,以及提供即時優化 RAN 控制的決策(Policy)。



  2. O1介面:SMO 透過 O1介面連接 Near-RT RIC,O1介面是用於實現 RAN 的 FCAPS 管理、軟體管理(SW management)、檔案管理(File Management) 等相關功能。
    名詞解釋:FCAPS 是(Fault, Configuration, Accounting, Performance, Security)的縮寫

  3. E2介面:近即時智慧控制器(Near-RT RIC),藉由收集 E2 介面提供的細粒數據(fine-grained data),然後透過 (closed-loop control) 閉環迴路控制,來進一步優化對 RAN 的決策及控制,如下列兩項:
    • RAN 對網路元件(elements)的即時控制
    • 即時網路資源分配智慧化
    名詞解釋:細粒數據(fine-grained data):E2 Node 從 UE 端獲得的那些更詳細、精細的數據,這些數據是用來優化 RAN。

    E2 舉例講解
    你把他想成 E2 Node 透過 E2 interface 向 Near-RT RIC 送出「我需要大量網路資源」的指令。當 Near-RT RIC 收到來自 E2 Node 的指令,就會依照 Non-RT RIC 提供的資源分配策略(Policy),來智慧分配網路資源給 E2 Node。

Near-RT RIC 內部組件


(圖片經裁切)
可以看到 Near-RT RIC 內部有好幾個組件,以下會逐個介紹

Near-RT RIC xApp 介紹

  • xApps 支援通過標準化介面(E2,A1 etc.,)來進行無線電資源管理Radio Resources Management (RRM)。
  • xApps:設計用在 Near-RT RIC 上運行的APP。 它可能由一個或多個微服務(containers)組成。
  • 所以可以在 Near-RT RIC 上同時運行多個 xApp
  • xApps 提供數據監控,xApps 在被 Onboard 後,會自動去識別自己該使用什麼資料,以及該提供什麼資料,而後將其營運管理與維護(OAM)資訊和控制資訊,通知給 Near-RT RIC 平台來啟用相關功能。
  • xApp 提供用來調整 RAN 的參數
  • xApp 接收 RAN 的數據,並通過 E2介面發送控制指令。
  • xApps 具備描述符(descriptor) 提供基本資訊 如:
    • xApp for LCM (Life-Cycle Management) 的基本資訊
    • xApp 的配置資訊
    • xApp 負載過重時的自動縮放(OpenShift)
    • xApp 不健康時的自動修復

圖解 Near-RT RIC xApp 微服務架構

左圖 Near-RT RIC platform,右圖 docker container
有沒有發現相似之處(左圖紅框對比右圖),雖然這樣敘述不夠精確,但就兩張圖比對而言,你應該就知道,在架構上 xApp 是如何部屬到 Near-RT RIC platform 上的了。

Near-RT RIC 內部組件功能介紹

  1. 訊息傳遞基礎設施(Messaging infrastructure):
    是 Near-RT RIC 內,不同組件的通用訊息傳遞系統,讓內部各功能組件的訊息能互相溝通。

  2. 資料庫與相關的共享資料層(Database and related SDL (Shared Data Layer):
    1. 這個組件是用於資料儲存(允許讀取資料庫及寫入 RAN/UE 資訊)。
      主要是寫入來自 RAN/UE 的資訊,但其實任何資訊都可以儲存到資料庫。(開放讓特殊的 use cases,儲存特定資訊)
    2. SDL 啟用無狀態應用(stateless application processes):
      在某些工作程序時,伺服器不會一直 recall 用戶狀態,因為這樣可以減少資源消耗。
      延伸閱讀(無狀態程序介紹文章)
      Stateful and Stateless Applications and its Best Practices
      Kubernetes 那些事 — Stateless 與Stateful

  3. 衝突緩解(Conflict Mitigation):
    解決來自多個 xApp 的潛在重疊或衝突情況,下列兩種情況:
    1. 直接衝突:兩個/多個 xApps 請求不同的設置來控制目標。
      例如:A 和 B 是 xApps A 和 B,A 要求 C 向左走,B 要求 C 向右走。衝突緩解會來解決下一步,要採取什麼行動。
    2. 間接衝突:影響相同結果的兩個/多個參數可能會發生衝突。
      例如:xApps A 包含天線參數(傾斜角度、增益等…),xApps B 包含天線測量偏移,他們雖然是兩個不同的控制點,但兩者都會影響邊界的換手及邊界大小,所以"衝突緩解"需要調解實際應用時的潛在衝突。
      延伸閱讀(無狀態程序介紹文章):天線與微波傳播

  4. xApp 訂閱管理 (Subscription manager):
    合併來自不同 xApp 的訂閱,同時也統一 xApp 的數據分發。
    當兩個或多個 xApp 訂閱在同一個 E2 Node 時,xApp 訂閱管理會將他們合併成一個訂閱。


  5. 管理功能(Management Function):
    • Near-RT RIC 的 FCAPS 管理
    • 實現 xApp 的 LCM(Life-Cycle Management)
    • 負責錯誤日誌記錄和指標收集,來監控並收集 Near-RT RIC 內部狀態,這些狀態可以傳輸到外部系統,做進行進一步評估。

  6. 安全(Security):
    • 為 xApps 提供資安解方,防止第三方的惡意 xApp 濫用無線電網路資訊,或是對 RAN 的控制能力造成影響。
    • 資安在 O-RAN 架構中非常重要,因為 O-RAN 開源、開放介面(open interface) 的關係,現在人人都可以製造惡意 xApp。

      課外補充:台灣金官會和 NCC 就有要求,如果企業要部屬 5G 專網,會需要有資安長或是資安維運計畫。

  7. AI/ML support:
    • 處理 xApps 的 Data pipeline、Training 資料和效能監控。
    • Data pipeline 的數據輸入包括:
      • 通過 E2 介面收集的 E2 Node 數據
      • 通過 A1 介面的豐富資訊
      • 來自 App 的資訊
      • 通過 訊息傳遞基礎設施 從 Near-RT RIC 資料庫檢索出來的數據
    • Data pipeline 提供數據給 Near-RT RIC 中的 AI/ML 作為 Training 用

    課外補充:把 Data pipeline 當成是處理資料流的系統
    延伸閱讀:什麼是 Data Pipeline

  8. xApp 儲存庫功能(xApp Repository Function)
    • 根據 A1 Policy 的類型和運營商 Polices ,選擇用於 A1 訊息路由的 xApp
    • 執行訪問控制,控制 A1-EI types for xApps based on operator policies
      //怕翻譯錯誤,提供有關A1-EI Design 的資料

  9. xApp 管理(xApp management):
    Near-RT RIC 具備 xApps 自動生命週期管理的服務(LCM)和 API,執行從 Onboard 到部署和終止期間的(FCAPS)故障、配置、會計、性能、安全,以及跟蹤和日誌紀錄。
    在 RIC 當中是通過 Kubernetes 基礎設施上的包裝器(wrappers)完成的。

其他參考資料

hctsai@linux.com

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