O-RAN 科普教育

Google Distributed Cloud (GDC) 助力企業 AI 應用與數位轉型 在過去，企業多半會將應用服務架設在 公有雲(Public Cloud Region) 上來運行，因為那邊有最多的計算資源、最強的資訊處理能力。 而近年來，產業積極導入各種 AI 應用，期望藉此實現數位轉型，並創造更多價值；隨著企業加速導入 AI 應用，對於伺服器（計算資源）彈性部署(低延遲) 的需求也逐漸浮現。因此，公有雲無法協助產業解決所有問題，因為除了 彈性部署(低延遲) 的需求之外，如產業需要處理敏感/機密資料，就還需要 注意關於 數位主權 在地合規 等…的法規限制 。 我國關於 資料在地化 的法規 就有像是： 個人資料保護法 電子支付機構業務管理規則 人體生物資料庫管理條例 醫療機構電子病歷製作及管理辦法 所以為了因應這些需求及挑戰，Google Cloud 推出了硬體+軟體的解決方案組合叫做： Google Distributed Cloud (GDC)  這次 Google I/O Extended Kaohsiung 2024 的演講，主要介紹 GDC 引入了哪些 Google I/O 2024 提及的新技術，以及 Google Cloud Next '24 關於 GDC 的更新。讓我們在此快速回顧一下今天演講內容吧！ 這次 GDC 的升級，就是專為佈署 AI 應用來設計，讓 GDC 支援了 NVIDIA GPU ，並提供兩種佈署選項： 在邊緣端、Air Gap(斷網)端，使用 NVIDIA L4 GPU（高能源效率） 在資料中心、營運端，使用 NVIDIA H100 GPU（高效能） 除此之外， GDC 也搭載了 GKE Enterprise ， 支援 SR-IOV、多網路(Multiple Networking) 。上述功能除了能優化應用的網路效能之外，也提高了應用的可擴展性和故障冗餘(redundancy)。 在 GDC 的 PaaS Stack， 大家最期待的 VectorDB, Vector Search 功能，在 GDC 上面也都支援了 （VectorDB 使用 Google 自家 AlloyDB）。 除此之外，GDC 也支援了 Dataproc ，讓企業可以進行 大規模數據 的管理/處理。現在 GDC 提供了各式各樣的管理服務，我們已經不

一台應變網路行動車，整合了這麼多的設備 這次數位發展部moda（Ministry of Digital Affairs）緊急派出的「應變網路行動車」，其連接的是盧森堡的 SES 中軌衛星通訊系統。而截至去年(2023年)，SES 公司前前後後也發射了 20顆衛星上去，衛星高度大約在海拔 8,000 Km。也正因為這個高度相較於定軌衛星(約 36,000 Km) 而言，距離地面更近，因此 SES 中軌衛星的延遲時間大約僅有定軌衛星的四分之一，這樣的延遲時間在緊急通訊面前，可說是綽綽有餘！ 這套 SES 中軌衛星通訊系統還蠻方便的。首先，中軌衛星會先與合作的地面站連接（這次我猜應該還是和台灣微軟 Azure 合作），以獲得網路存取。一旦中軌衛星成功獲取網路存取，隨後便開始向行動車傳輸網路訊號。 那基本上「行動車」會裝有兩組天線，以便於執行切換 (handover) 操作。（實際運作時，一支主要用來通訊，另一支追蹤下一顆衛星） 傳統搭載的是 可轉動的碟盤天線 ，但這次安裝在「應變網路行動車」上的似乎是 新型的相位陣列天線(Phased Array Antennas) ！！！（下圖紅框） 紅框-我猜是最新相控陣列天線（傳統為可轉動式碟盤天線） 藍框-看起來像電信基地台的Micro Cell，可以提供災區網路服務。 回到正題，當行動車上的天線成功追蹤到衛星，並測量通訊品質符合標準，便會建立連線，開始接收來自衛星的訊號。但由於衛星訊號使用的頻段非常高（Ka：26.5–40GHz），因此衛星傳下來的訊號是無法直接與地面網路系統對接，所以天線後端會連接 SES 它們家基頻處理的裝置（下圖紅色虛線框處），用於進一步將衛星訊號降頻，然後經過一系列類比/數位轉換和訊號處理步驟。 最終訊號會變成封包，並以 IP 的形式連接地面網路系統（如：5G O-RAN基地台、Wi-Fi CPE、乙太網路），就可以應用在像是跨國工廠或是災害現場等......場景(scenario)。 > 當然這套系統也支援接收 X band、C band、Ka band、Ku band。 紅框-SES系統（包含降頻設備和訊號處理設備 藍框-地面網路系統。 補充一下，衛星向「應變網路行動車」提供網路訊號之前，必須先與其他國家或合作網路供應商的地面站進行連接，以此來接取網路，中軌衛星成功獲取網路存取之後，即可向行動車

本文整理並逐一說明目前電信產業雲原生轉型，可能會面臨到的眾多挑戰，此外，說明為何電信產業已經引入了雲原生技術，卻仍舊無法真正地享受到雲原生轉型所帶來的各項好處。期望鼓勵更多莘莘學子投入 O-RAN 領域研發新議題，以助我國在半導體領域之外，再創國際新巔峰！ Cloud RAN Automation 發展的現況和議題 1. 命令式機制在 RAN Automation 中的缺點 目前，要實現 RAN Automation，會需要先制定用於優化 Policy 以及觸發執行 Policy 的門檻(threshold) 。這些 Policy 可以用來自動調整 Network Function 的 Configuration 參數，以俾提高網路的效能，或讓佈署在 O-Cloud 上的 NFs 可以根據資源的負載狀況自動進行 scale-out、scale-in。 但由於目前的 NFs 仍是採用經典的 CNF、VNF，因此需要撰寫 helm chart 或 docker compose 來執行用於優化 Policy。然而，helm chart 和 docker compose 這些工具都還屬於命令式機制(imperative programming)，這是一種開發人員早已制定好，明確要求 RAN 需執行的步驟，而非根據即時情況自動做出的決定；綜合以上所述，我們了解目前要實現 RAN Close loop Automation ，可以說是非常繁瑣。 2. 採用 Helm chart 部署 RAN 的侷限性 使用 Helm chart 部署 O-RAN 時存在一些侷限性。例如 Helm chart 的可重複利用率較低，因為它通常是針對特定使用場景來定制的，而且通常只會在 Day 1 部署時使用。而 RAN 這種東西，是需要長期維護的，而且部署在不同的使用場景(Scenario) 的 RAN，就必須有不同的 Helm chart，並且當服務需要升級時，就還會需要使用另一組 Helm chart 來進行升級和管理。 以台灣任一電信業者為例，它們通常會需要佈署大量的 RAN（基地台）在不同地點，因此僅 Day 1 的部署就會生成大量的 Helm chart。並且隨著時間的推移，管理和維護這些 Helm chart 的成本都會變得非常高昂。 用熱力學的概念來總結的話，就是說，想用 He

SDR Platform 指的是用來實現軟體無線電（Software Defined Radio，SDR）的硬體和軟體系統，SDR Platform 可以用來實現各種衛星的操作功能，（如：遙測接收、遙控指令傳輸和頻譜監測...）總而言之 SDR Platform 是一種靈活、高效益的衛星與地面接收站通訊的解決方案。 而軟體無線電(SDR) 呢，它是一種使用軟體來控制 RF 訊號處理的無線電。它比傳統無線電靈活度還要高，並且適應性更強，因為通常傳統無線電都是為了連接特定頻率，或是特定調製方案(modulation scheme)的來專門進行設計的。 以下簡介通用無線電系統的硬體設備及其職責： 通用無線電系統的 Physical Layer 處理和硬體設備示意圖 資料來源：A Software-Defined Baseband for Satellite Ground Operations 上圖最左邊橘色的部分，即是無線電系統前端的接收天線。無論你是用 Phased array、Control Plane Receiver 或是 User plane Receiver 一旦接收衛星通訊訊號之後，必然需要再進行後端處理，讓衛星訊號得以轉換成地面行動通訊訊號以供使用。 由於不同軌道的衛星會使用不同的通訊頻段（如：X, S, Ka, Ku band ...），所以傳統無線電系統的設計方式，會依據不同的頻段來設計 專門的接收器 、專門的 Up/Down Converter ，甚至可以說專為特定頻段 專門 設計了整套無線電系統 。 地面接收站接收到特定頻段之後，就會需要進行降頻處理，藉由將高頻的衛星通訊訊號降到中頻或是基頻，最後再經過基頻的系統處理，（上圖右邊藍色部分）將訊號轉換成 OSI 第三層（TCP/IP的網路層） 的 IP，後端就可以透過像是 Gateway 等設備，再介接電信基站、Wi-Fi Router、乙太網路，以供使用！ 基於硬體 的衛星地面接收站整體運行的架構圖 資料來源：A Software-Defined Baseband for Satellite Ground Operations 像這類傳統基於硬體的衛星地面接收站，就會需要針對不同的衛星頻段（如：X band, S band ）來設計不同硬體和處理方式，雖然它看起來是一套系統，但是其實整合度不是很好，

O-RAN 架構由哪些組件組成？ (What components makes up the O-RAN architecture?) Ans: SMO、Non-RT RIC、Near-RT RIC、O-CU-CP、O-CU-UP、O-DU、O-RU、eNB、O-cloud OAM 功能的管理服務是什麼？ (What are the Management Services of OAM function?) Ans: FCAPS Management OAM 功能有哪些特點？ (What are the Management features of OAM function?) 追蹤並快速識別發出警報通知的組件所在以及警報的內容 (Trace and quickly identify problems) 監控狀態(Monitoring Status) 自我修復(Self-healing) OAM function 連接哪些介面？ (Which interfaces are connected to the OAM function? ) O-Cloud: Via O2-IMS interface and O2-DMS interface O-RU: Via Open FH M-Plane interface. Other (Managed Elements；MEs): Via O1interface. 您認為 OAM 的哪些 feature/function 更重要？ 原因又是什麼呢？ (Do you think which feature/function of OAM is more important? And what is the reason?) Ans: Alarm notifications，因為它可以幫助服務供應商快速識別 O-RAN NF 發生了什麼問題。 搜尋開源平台（O-RAN SC 或 ONAP）是否可用於支援 OAM 功能？ (Survey the open-source platform (O-RAN SC or ONAP) is available for OAM function?) 是的，MANO(ONAP)、NMS（上述的管理與編排系統在 O-RAN 中稱為 SMO）支持 OAM OAM 與 SMO的交互workflow 示意圖

O-RAN 架構中所提及的 Onboarding package 是一個檔案，其中包含了部署網路功能 (Network Function；NF) 所需的全部資訊。（包含：NF 的軟體、設置檔案(Configuration files)、註冊檔案(Registration file)[註1]，和其他特定功能的工件(artifacts)） 注意事項：本文件著重於（網路功能）NF Onboarding Package 的介紹 當然 SMO 也有執行 xApp 和 rApp 的 Onboarding。   NF Onboarding Package Workflow 簡述 Onboarding Package 通常會以壓縮檔的格式（如：CSAR、ZIP）進行軟體交付(delivery)，就是將 NF Onboarding package 傳送至 SMO（服務與管理編排系統）[註2]，SMO 會透過 O2 介面連結 O-Cloud 並開始進行下一步的 NF 部屬。 參考資料： Ericsson ONAP xNF Onboarding SMO 會使用 Onboarding Package 中的資訊，來建立 NF 的部署計劃，而部署計劃指定了部署 NF 所需的資源（如：計算 (Compute)、儲存 (Storage) 和網路資源 (Network Resources)。除此之外，部署計劃還指定了部署 NF 需要執行的步驟（如：安裝軟體、配置 NF、啟動/執行 NF） 接下來，SMO 會執行部署計劃來部署 NF。一旦部署了 NF，SMO (NETCONF client) 就會記錄下所有部署的 NF 的資訊 (NETCONF server)。 使用 Onboarding Package 的優點： Onboarding Package 使 NF 的部署和管理都變得更加容易，因為 Onboarding Package 包含了部署 NF 所需的全部資訊，因此 SMO 不必辛苦從不同來源收集資訊，使部署過程更容易，同時也提高了部署過程的效率，更一致且更易於管理，且不容易出錯。 Onboarding Package 提高了 NF 部署的一致性，同時確保所有 NF 能以相同的方式部署，提高了 O-RAN 網路的魯棒性和效能。 註釋： [註1]：Onboarding package 其實也有一個

我國數位發展部的核心理念，即為「強化全民數位韌性」 摘要： 數位發展與全體國民的日常生活息息相關，我國數位發展部（以下簡稱數位部）成立的核心理念，即是為了 「強化全民數位韌性」 ，可是瑞凡 「數位韌性」 這個詞，對於全體民眾而言，似乎還太過遙遠，多數民眾對數位發展仍缺乏概念，也不了解數位到底如何發展？這乃是數位發展政策執行面上長久以來的痛點，因此，為了以俾日後社會全面數位化發展順利， 數位發展專有名詞 的 科學普及教育 實為勢在必行。 本篇文章以民眾日常生活中一定會接觸到的 行動通訊基地台 為題，並針對於我國數位發展的最新應用技術  O-RAN  來進行科普介紹，帶領讀者了解什麼是  O-RAN ？以及數位部是如何 應用  O-RAN 強化我國數位韌性 ，實現「科技島」願景，就讓我們接著看下去吧 ~ 前言： 行動通訊的高速演進，促進社會朝向全面數位化發展，現代人的生活無論求學、工作、娛樂，都早已離不開行動通訊，但當你在享受數位發展帶來生活便利的同時，有沒有想過數位發展究竟是透過什麼樣的工具來實現。本文將會分為三個部分進行科普，首先簡介行動通訊概論及其演進歷史，而後帶領讀者了解為 促進我國數位發展、強化數位韌性 背後的重要功臣「 O-RAN 」究竟是什麼，以及為何我們需要  O-RAN ？最後說明  O-RAN 強化我國數位韌性的應用案例 。 行動通訊概論及其演進歷史簡介： 在了解什麼是  O-RAN  之前，我們先來了解什麼叫做 (RAN ， Radio Access Network) 。 所謂的  RAN  就是 「無線電接取網路」，聽到這個專有名詞，大家可能還是很模糊。 我們換成另一個日常生活稱呼 「基地台」 ，大家應該就比較耳熟能詳，而就是  RAN  它發出了 4G 、 5G 的無線電訊號（如：手機、智慧手錶 等…）接收到訊號後，並與  RAN  互相收發訊號、交換資訊，就實現我們所謂的無線上網啦！ 圖(一) RAN 的基本架構，需包含 RU (射頻單元) 和 BBU (基帶單元)，才能組成完整的 RAN 「什麼是 O-RAN？敢是路邊攤个黑輪？這是啥可以吃嗎？」 讀者對於  RAN  有初步的瞭解後，現在就可以詢問「 O-RAN  是什麼？ 為何會需要它呢？ 」下圖 ( 二 ) 可以看到，在過去  RAN  的所有軟 / 硬體組件及介面，都是專有設備