5G O-RAN Near-RT RIC 介紹

5G O-RAN 當中的 RIC 是啥物咧？

• Non-RT RIC （非即時智慧控制器）
• Near-RT RIC（近即時智慧控制器）

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

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)。

1. 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
2. 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。

Near-RT RIC 內部組件

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：

1. 　xApp for LCM (Life-Cycle Management) 的基本資訊
2. 　xApp 的配置資訊
3. 　xApp 負載過重時的自動縮放(OpenShift)
4. 　xApp 不健康時的自動修復

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)：

• 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

• 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

• 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。

• 處理 xApps 的 Data pipeline、Training 資料和效能監控。
• Data pipeline 的數據輸入包括：

1. 　通過 E2 介面收集的 E2 Node 數據
2. 　通過 A1 介面的豐富資訊
3. 　來自 App 的資訊
4. 　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

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