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title: O-RAN Near-RT RIC 介紹
tags: nycu MIRC104
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# O-RAN Near-RT RIC 介紹
> [name=蔡秀吉]<br/>[time=Jan 14 2022][color=#F4B400]
## Near-RT RIC 概述
- 是開放基站(O-RAN) 架構中的創新元件,用於實現**網路資源分配智慧化**,促進無線電資源管理(RRM)。
### 其他功能概述
- 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
![](https://i.imgur.com/bjl0KTV.png =60%x)
- 圖源:[O-RAN.WG3.RICARCH-v03.00](https://drive.google.com/file/d/1Cf3tRF_Mj1pbidRKcooDISe3TZ1uTrEz/view?usp=share_link)
- 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。
![](https://i.imgur.com/Vmvuhf1.png =50%x)
圖源:https://arxiv.org/pdf/2202.01032.pdf
![](https://i.imgur.com/EsN36xI.png =80%x)
圖源:[Near_RT_RIC_for_ONS (PDF)](https://wiki.o-ran-sc.org/download/attachments/10715420/Near_RT_RIC_for_ONS.pdf?version=1&modificationDate=1569917902737&api=v2)
> 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。
## 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)。
![](https://i.imgur.com/ft9tzXv.png =60%x)
2. **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。
> FCAPS 是(Fault, Configuration, Accounting, Performance, Security)的縮寫 [name=蔡秀吉]
3. **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
> 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。 [name=蔡秀吉]
#### 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
![](https://i.imgur.com/0Ac75bl.png =60%x)
(圖片經裁切)可以看到 Near-RT RIC 內部有好幾個組件,以下逐個介紹。
### 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
![](https://i.imgur.com/1Ok0sf8.png)
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
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。
>[Stateful and Stateless Applications and its Best Practices](https://www.xenonstack.com/insights/stateful-and-stateless-applications)
[Kubernetes 那些事 — Stateless 與Stateful](https://medium.com/andy-blog/kubernetes-那些事-stateless-與stateful-2c68cebdd635) [name=延伸閱讀(無狀態程序介紹文章)]
3. 衝突緩解(Conflict Mitigation):
解決來自多個 xApp 的潛在重疊或衝突情況。
- 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。
> [天線與微波傳播(有關天線參數和天線輻射邊界受影響的資訊)](http://cc.ee.ntu.edu.tw/~thc/course_emexp/note/Exp%20-%2004.pdf) [name=延伸閱讀]
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。
![](https://i.imgur.com/nCJHRLA.png =80%x)
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。
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。
> 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。[name=課外補充]
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。
> 把他當成是處理資料流的系統 [name=課外補充]
> 延伸閱讀:[什麼是 Data Pipeline](https://medium.com/bryanyang0528/data-data-pipeline-101-一-22654343e028)
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](https://wiki.o-ran-sc.org/display/RICP/A1-EI+Design?preview=/33292385/33292386/A1-EI_v2.pptx)
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。
## 注意事項
本文以譬喻、類比的方式進行科普,不精確處歡迎留言指教給予建議,互相交流。
## 其他參考資料
- [Understanding O-RAN: Architecture, Interfaces, Algorithms, Security, and Research Challenges](https://arxiv.org/pdf/2202.01032.pdf)
- [O-RAN.WG3.RICARCH-v03.00](https://drive.google.com/file/d/1Cf3tRF_Mj1pbidRKcooDISe3TZ1uTrEz/view?usp=share_link)
- [O-RAN: Disrupting the Virtualized RAN Ecosystem](https://ieeexplore.ieee.org/document/9579445)
- [O-RAN ALLIANCE Specifications](https://orandownloadsweb.azurewebsites.net/specifications)