5G O-RAN Near-RT RIC 介紹
2023/01/16閱讀時間約 12 分鐘
5G O-RAN 當中的 RIC 是啥物咧？
RIC 是 RAN Intelligent Controller 的縮寫，顧名思義就是 RAN 的智慧控制器；而在 O-RAN 架構(O-RAN Architecture)當中有兩個 RIC 分別是
- Non-RT RIC （非即時智慧控制器）
- Near-RT RIC（近即時智慧控制器）
本文將著重於介紹 Near-RT RIC
阿你說他智慧？是智慧在哪裡？
秀吉報你知，今天就是要深入淺出的帶你了解， RIC 是如何讓網路得以智慧化的！
秀吉報你知，今天就是要深入淺出的帶你了解， RIC 是如何讓網路得以智慧化的！
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。
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
- 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)。
- 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 - 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。
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
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
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
- 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。 - 資料庫與相關的共享資料層(Database and related SDL (Shared Data Layer)：
- 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） - 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：
解決來自多個 xApp 的潛在重疊或衝突情況，下列兩種情況：
- 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。 - 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：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。
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。
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
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
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。
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
- Understanding O-RAN: Architecture, Interfaces, Algorithms, Security, and Research Challenges
- O-RAN.WG3.RICARCH-v03.00
- O-RAN: Disrupting the Virtualized RAN Ecosystem
- O-RAN ALLIANCE Specifications
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