Open RAN标准的背景

Open RAN从字面上理解，Open是开放的意思，RAN则是无线接入网Radio Access Network的缩写。因此，Open RAN的含义即是开放的无线接入网。

我们知道，在传统的蜂窝无线接入网（RAN）中，一般都使用的是专有网络设备，这些设备又来自于少数特定的网络设备商，比如说爱立信，华为，中兴，诺基亚等。这些无线网络建设一直是运营商网络综合成本（TCO）的最主要部分，大致占比在 60％～70％。

上图是一个关于Open RAN部署动机的调查。可以看出，28%的运营商的诉求是降低成本；21%的运营商希望解除单一供应商的锁定，引入新Vendor；15%的运营商想要借此增强网络部署的灵活性。

随着软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的兴起，全球移动网络运营商一直在推动5G采用Open RAN架构，期望解除被“锁定”在专有RAN设备上的限制。以允许任何组织创建可以互操作的RAN产品，从而支持更多的新的供应商进入这个市场以降低成本。在这样的背景下，运营商主导的 Open RAN 标准联盟应运而生.

Open RAN标准机构

当前，有两个主要的开放式RAN标准化机构：O-RAN联盟和电信基础设施项目（TIP）。但是，它们并不是开放式RAN标准化运动的全部。

O-RAN:

2016 年，AT＆T 带领众多海外运营商成立了 X－RAN 联盟，目标是用开放可替代的标准化设备替代传统的基于硬件的 RAN。该联盟侧重于三个方面：将 RAN 控制平面与用户平面耦合，构建使用 COTS 硬件的模块化 eNodeB 软件堆栈，以及公开南向和北向接口。X－RAN 和 C－RAN 通常被认为是 O－RAN 的前身。2018年，五个电信运营商AT＆T，中国移动，德国电信，NTT DOCOMO和Orange一起创立了O-RAN。其他组织也加入了成员的行列，但是却没有一家是RAN顶级供应商。这是为什么，相信大家都懂。

O-RAN联盟中有9个小组，它们可以帮助定义RIC（RAN Intelligent Controller）智能控制器体系结构、实时和非实时功能、接口的使用以及元素之间的相互协作方式，还包括云化和编排，硬件白盒化标准以及X-Haul传输标准等的推进。

TIP:

与O-RAN联盟不同，TIP的成员组织包括诺基亚Nokia和三星研究美国公司Samsung Research America，它们都是顶级RAN供应商。传统设备商中的爱立信，华为和中兴都没有参与。同时还包括从服务提供商和技术合作伙伴到系统集成商和其他连接利益相关者。TIP的核心活动是为重要用例创建高级技术要求，试和验证网络元素，产品和配置，并最终分享用于测试技术的商业部署的最佳实践。

TIP工作组并没有对开放网络的内外部接口进行严格规范的定义，他们属于务实行动派，积极鼓励各运营商和设备商进行Open RAN网络的实际部署，并在外场进行互操作测试。这也是为什么我们大多听到的是关于O-RAN的消息。

可以说，O-RAN联盟是先进行标准制定，而TIP则是验证部署，再谈标准。虽然O-RAN和TIP这两个组织的成员以及开放RAN策略都不尽相同，但其目标和产品方案都是推动RAN的开放，解除被“锁定”在专有RAN设备上的限制。

在2020年2月份，两者携起手来，共同在欧洲成立了开放测试和集成中心（OTIC），共享资源来进行Open RAN标准的研究和推进。

Open-RAN标准化工作

那么Open-RAN的标准化主要体现在哪些方面？Open RAN标准化包括有关网络控制器，管理和编排框架以及连接RAN基础结构中所有网络元素的接口的工作。其中RAN智能控制器（RIC）负责实施策略并使网络自动化。部分连接开放式RAN基础架构的接口是从3GPP标准借用的。

网络控制器的开放标准

在O-RAN联盟的文档中，RAN智能控制器（RAN Intelligent Controller）是基于开放标准的RAN的关键组件，RIC可以使Open RAN支持不同硬件（RU/服务器）和软件（DU / CU）组件之间的互操作性以及实现最佳用户QoS的理想资源优化的关键要素。最初将RIC定义为仅用于5G Open RAN，但业界意识到，对于具有Open RAN的网络现代化方案，RIC除了5G外还需要支持2G，3G和4G Open RAN。

RAN智能控制器由一个非实时控制器Non-Real-time RIC（支持要求> 1s延迟的任务）和一个接近实时控制器Near-Real Time RIC（延迟1s）组成。

非实时RIC（Non-Real-time RIC）是一种逻辑功能，这意味着它是软件，而不是硬件。它存在于服务管理和编排（SMO）系统中。功能包括网络中所有网络元素的配置管理，设备管理，故障管理，性能管理和生命周期管理。它类似于旧网络中的元素管理（EMS）以及分析和报告功能。

接近实时的RIC（Near-Real Time RIC）也是逻辑功能。它在其中存在的应用程序层和非实时RIC之间进行通信，而基础结构层则在其中包括开放式中央单元（O-CU）和开放式分布式单元（O-DU）之间进行通信。在此模型中，O-CU具有分解的控制平面和用户平面，以增加体系结构的灵活性。

非实时RIC的主要目标是通过为近实时RIC功能提供基于策略的指导，模型管理和扩展信息来支持智能RAN的优化。同时，非实时RIC可以使用数据分析和AI / ML训练/推断来确定RAN的优化操作，针对这些优化操作利用SMO服务，例如O-RAN节点的数据收集和供应服务

标准化管理与编排SMO

如前所述，非实时RIC存在于SMO框架中，该框架是多个管理服务的组合。它不仅可以支持RAN，还可以进行网络核心管理，传输管理和网络切片管理。从O-RAN的角度来看，SMO终止O1，O2接口和A1接口（在非实时RIC中）.

在非实时RIC之外，SMO的关键方面包括管理和编排开放云（O-Cloud）以及包含用于O-RAN网络元素的FCAPS服务。FCAPS代表故障，配置，计费，性能，安全性；它们是用于维护和保护O-RAN虚拟网络功能（VNF）的各种管理类别。

O-Cloud是承载RIC，CU和DU的物理RAN节点的集合；软件组件，例如操作系统和运行时环境；和SMO。需要明确的是，SMO正在从内部管理和编排O-Cloud。

因此，我们可以说，O-RAN的SMO至少包括：

• A1终端（REST客户端）
• O1 NetConf / YANG终端（NetConf-Client）
• O1 VES终端（HTTP / REST / VES服务器-也称为VES收集器）

接口开放标准

开放式RAN体系结构中有多个接口在起作用，下图描述了O-RAN联盟为其开放RAN体系结构标准化的接口。

从上图可以看出，这些接口包括：

• 开放的前传接口

开放式前传接口连接O-DU和开放式无线电单元（O-RU）。它分为管理平面（M-Plane）和控制用户同步平面（CUS-Plane）。

• M平面将O-RU连接到O-DU，并且仅可选地将O-RU连接到SMO。O-DU使用M-Plane管理O-RU，而SMO可以为O-RU提供FCAPS服务。
• CUS-Plane是多功能的。控制和用户方面分别传输控制信号和用户数据。其余方面在多个RAN设备之间同步活动。

• A1接口

A1接口可在两个RIC之间进行通信，并支持策略管理，数据传输和机器学习管理。该数据专门用于在近实时RIC中辅助AI和机器学习的模型训练。

• O1和O2接口

O1接口将SMO连接到RAN管理网元，包括近实时RIC，O-CU，O-DU，O-RU和开放式演进NodeB（O-eNB，4G RAN的硬件）。被管理网元通过O1接口接收管理和编排功能。SMO依次通过O1接口从受管网元接收数据以进行AI模型训练。

O2接口是SMO与它所驻留的O-Cloud进行通信的方式。连接到O-Cloud的网络运营商可以通过重新配置网络元素，更新系统或使用O1或O2接口来操作和维护网络。

• X2和Xn接口

X2接口分为X2-c和X2-u接口，其中前者用于控制平面，后者用于用户平面。两者最初都是由3GPP设计的，用于在4G网络的eNB之间或eNB与5G网络的en-gNB之间发送信息。在O-RAN联盟的文档中，该接口具有相同的原理和协议。在上图中，这两个X2接口都从体系结构外部进入，表明它们正在接入另一个部署。这里的Xn，包括下面要说的NG，F1和E1接口都是从3GPP标准中采用。

Xn接口也分为控件和用户子类型-Xn-c和Xn-u。它们在下一代NodeB（gNB）之间，ng-eNB（能够连接到5G核心的4G节点）之间或两种不同类型之间传输控制和用户平面信息。

• NG接口

NG控制和用户平面接口将O-CU控制平面（O-CU-CP）和O-CU用户平面（O-CU-UP）连接到5G核心。控制平面信息进入5G接入和移动性管理功能（AMF），该功能从用户设备接收连接和会话信息。用户平面信息进入5G用户平面功能（UPF），该功能处理路由，转发和隧道传输的许多方面。

• F1接口

F1接口（分为控制和用户平面）将O-CU-CP和O-CU-UP连接到O-DU。它交换有关频率资源共享和其他网络状态的数据。一个O-CU可以通过F1接口与多个O-DU通信。

• E1和E2接口

E1接口也是基于3GPP。它连接两个分类的O-CU用户和控制平面，在两个O-CU平面之间传输配置数据和容量信息。配置数据确保两个平面可以互操作。容量信息是从用户平面发送到控制平面的，包括用户平面的状态。

Open RAN的未来

Open RAN标准化机构的共同目标是实现RAN设备的白盒化，为新供应商创造空间，并为单供应商的解决方案提供替代方案，同时新的供应商也会为该领域带来创新的潜力，并降低了市场竞争的价格。

来自市场研究公司Dell’Oro Group的最新报告表示，在2020-2025年的预测期内，Open RAN的累计投资（包括硬件、软件和固件，不包括服务）预计将达到100亿美元，预计将占据整体RAN市场的10%以上。

而且在过去的六个月里，关于Open RAN的总体态度已经发生了明显的改变。因此，现在的疑问不再是Open RAN是否会发生，更多的问题在于Open RAN到来的时间和范围。