2023-01-16|閱讀時間 ‧ 約 13 分鐘

5G O-RAN Near-RT RIC 介紹

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

文章連結：https://hackmd.io/@thc1006/S1ocMQxoi

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！

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

圖源：O-RAN.WG3.RICARCH-v03.00

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 通常歸類在和 CU 在同樣的位置

圖源：https://arxiv.org/pdf/2202.01032.pdf

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

圖源：Near_RT_RIC_for_ONS (PDF)

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)。

Non-RT RIC 透過 A1 介面連接 Near-RT RIC

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。

Near-RT RIC 內部組件

Near-RT RIC Platform （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

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：

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。

Subscription manager 合併訂閱

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。