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title: O-RAN E2 介面與 E2GAP 深度解析（2025 版）
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# O-RAN E2 介面與 E2GAP 架構全覽（2025 版）

隨著 O-RAN（Open RAN）對 5G/6G 網路架構的推動，Near-RT RIC（近即時 RAN 智慧控制器）與 RAN 節點之間的 E2 介面成為關鍵組件。本篇文章將根據最新 O-RAN 規範（WG3 E2AP v3.0 及後續草案）全面介紹 E2 介面的邏輯架構與協定設計，並探討 E2GAP（E2 通用原則）與 E2AP（E2 應用協議）的關係，說明常用 E2 服務模型的功能與資料流程，以及 xApp 的運作流程與典型用例，同時對應 3GPP Rel-18 中相關的趨勢與規範。以下內容條理清晰、技術詳盡，以期提供 5G/6G 通信研究人員完整的 O-RAN E2 介面最新洞察。

## Near-RT RIC 與 E2 node 的邏輯架構與介面規範

![image](https://hackmd.io/_uploads/H1FmnYwGeg.png)

*圖 1：Near-RT RIC 與 E2 node 的互動流程*

Near-RT RIC 通常與 gNB-O-DU、gNB-O-CU-CP 等 E2 節點之間通過 E2 介面進行通信。* 在 O-RAN 架構中，RAN 被拆分為多個功能單元（O-RU、O-DU、O-CU-CP、O-CU-UP 等），其中 **E2 節點**（E2 Node）主要指支援 E2 介面的 O-DU 或 O-CU-CP。Near-RT RIC 作為集中式控制器，與這些 E2 節點建立雙向連接，通過 E2 介面進行控制指令下發與資訊收集。E2 介面的邏輯結構圖所示：在 *E2 Setup* 過程中，E2 節點會將其支援的 RAN 功能清單（RAN Function）及對應的 E2 服務模型（E2SM）通知 RIC。完成連接後，近即時 RIC 和 RAN 節點之間可互相交換 E2 協議消息，實現事件報告和參數控制等功能。

E2 介面根據 O-RAN WG3 E2AP v3.0 規範定義了四大類基本服務（程序）：

* **E2 Report**：當 E2 節點收集到符合訂閱條件的效能數據或事件時，通過 `RIC Indication（報告）` 消息將資料發送給 RIC。xApp 可以在訂閱請求中指定感興趣的指標類型和週期（固定時間間隔或事件觸發）。如規範所述，“Report 程序由 xApp 訂閱觸發，基於週期或事件設定計時器，E2 節點在定時器觸發時發送報告”。
* **E2 Insert**：E2 節點主動向 RIC 傳送 `RIC Indication（插入）` 消息，以通報突發事件或異常情況。此程序通常用於將 RAN 節點內部或外部事件（如連接丟失、UE 移動手動等）即時通知 RIC。Insert 程序可以在事件發生瞬間或經過一定延遲後才發送進一步資訊。
* **E2 Control**：Near-RT RIC 或 xApp 向 E2 節點下發 `RIC Control Request（控制請求）`，指示 RAN 節點對特定參數或功能進行調整。例如，RIC 可根據策略要求修改參數或觸發切換行為。RAN 節點收到控制請求後執行相應操作，並回傳 `RIC Control Acknowledge（控制確認）` 結果。這種雙向控制流程使得 xApp 能夠靈活調節無線參數：如文中所述，「通過 Control Request，xApp 可以控制呼叫處理、資源分配、切換控制等功能」。
* **E2 Policy**：Near-RT RIC 以訂閱方式下發策略，指定 E2 節點在遇到特定條件時自動遵循的管理規則。例如，可以定義當網路負載過高時，DU 自主緊縮資源使用的策略。政策程序由 RIC 發起 `RIC Subscription Request`，其內容包含觸發條件與應遵循的策略。此後，RAN 節點在運行時根據此策略自主執行管理措施，無需進一步由 RIC 發送控制指令。

透過上述程序，E2 介面支援將 RAN 數據（通過 E2 Indication）從 RAN 傳遞至 RIC，並將控制指令（通過 E2 Control Request）從 RIC 發送至 RAN。E2AP v3.0 協定詳細規定了這些消息的格式與握手流程。在最新的規範更新中，E2AP v3.0 新增了「RIC Service Query」和「RIC Subscription Modification」等功能的 Stage-3 信令細節，與 E2GAP（Stage-2）中的相應架構描述相輔相成（後述）。

## E2GAP 架構概覽與 E2AP 協定比較

在 O-RAN 架構文檔中，**E2 General Aspects and Principles (E2GAP)** 定義了 Near-RT RIC 的整體架構與 E2 介面原則（Stage-2），而 **E2 Application Protocol (E2AP)** 則描述了具體的訊令協定（Stage-3）。簡言之，E2GAP 闡明 *何種* 功能和流程被支持，而 E2AP 則定義 *如何* 以訊息形式具體實現這些功能。例如，在 O-RAN Release 3 中，E2GAP v3.00 引入了 RIC 服務查詢（RIC Service Query）和訂閱修改（RIC Subscription Modification）的 Stage-2 架構描述；隨後，E2AP v3.00 在 Stage-3 層面定義了對應的信令流程與訊息欄位。換句話說，E2GAP 中的一次流程（如查詢可用的 RIC 服務）會對應到 E2AP 中相應的 RIC Service Query 訊息集。

**E2GAP 服務模型與生命週期管理**：E2GAP 規範中還闡述了 E2 介面的高階服務模型。除了上述查詢和訂閱修改程序，E2GAP 定義了 RIC 訂閱的建立、更新與刪除生命週期（依據 xApp 與 E2 節點之間的協商而動態調整），以及 RAN 功能（如 E2 節點端的模組）在 E2 介面中的註冊/註銷流程。這意味著，Near-RT RIC 可以通過對 RIC 服務的查詢掌握當前的訂閱狀態，並根據運行時需要動態修改訂閱條件。同時，當新的 RAN 功能（或新的 E2 節點）上線時，E2節點會在 E2 Setup 時通知 RIC；對應地，當功能移除或軟件升級時，RIC 也能透過針對 RAN 功能的管理程序進行相應同步。總之，E2GAP 與 E2AP 的關係是：E2GAP 為整體框架、流程和服務提供架構圖示，E2AP 則將這些流程拆解成具體的 ASN.1 編碼消息，形成可被實現的協議。

## E2 Terminations 架構詳解

在 Near-RT RIC 系統內部，**E2 Termination**（E2 終端器）模組負責與 RAN 節點之間建立和維護 E2 連接。簡而言之，E2 Termination 是位於 RIC 中的一個智慧代理，接收來自 gNB/CU/DU 的 E2AP ASN.1/SCTP 訊息，並將其轉換為 RIC 內部使用的格式，再傳遞給對應的 xApp；同樣地，它也將 xApp 發出的控制訊息轉換回 ASN.1 發往 RAN。。如 µONOS SD-RAN 文件所述，E2T 在南向實現了 E2AP 協議棧（ASN.1 over SCTP），在北向提供封裝好的 Protobuf API。具體流程為：E2T 接收來自網路的 ASN.1 訊息後，先轉換為內部的 Protobuf 物件，再透過 gRPC 送往相應的 xApp；xApp 通過相同介面提交操作請求時，E2T 將其轉換回 ASN.1 格式並發送至 RAN 節點。這種轉換機制也可通過插件機制擴展到不同的 E2 服務模型。

在系統部署方面，通常會以多個獨立實例形式部署 E2 Termination，以提供高可用性和可擴展性。這些終端器共同工作，由專門的 **E2 管理者（E2 Manager）** xApp 負責監控和協調。根據開發者文檔的描述，E2 Termination 被視作一種 RAN 功能，為 E2 管理者 xApp 提供全局流程與服務（如全局連接管理、總體告警等）。在實踐中，E2 管理者 xApp 通常會發出來自 SMO 的配置更新，並透過 E2 Termination 下發到各個 E2 節點，並且收集來自各個 E2T 的狀態資訊做集中管理。

另一個重要組件是 **E2 訂閱管理（E2 Subscription Management）** 服務。它負責處理所有 xApp 的訂閱請求，並在收到 E2Indication（包含 KPM 或 RC 等訊息）時，根據訂閱清單將消息分發給相應的 xApp。具體而言，當 xApp 透過 RIC 訂閱某個 E2 服務時，E2 訂閱管理記錄訂閱條件（如感興趣的指標類型、UE 篩選條件等）；當 E2 Termination 接收到相應的 Indication 後，訂閱管理會檢查該訊息是否符合任一 xApp 的訂閱條件，並將消息轉發給所有匹配的 xApp。這樣可以讓各個 xApp 自由地訂閱不同的效能指標或事件，而 RIC 平台負責將原始資料精準地路由至各個消費者，提高系統效率。

## Near-RT RIC 與 SMO 的互動模式

![image](https://hackmd.io/_uploads/HJwpstvfxx.png)

*圖 2：O-RAN 架構與 E2 介面*

在 O-RAN 架構中，Near-RT RIC 和 SMO（服務和管理編排，通常包含 Non-RT RIC）之間通過標準化的北向介面進行交互。主要介面包括 **A1 介面**和 **O1 介面**。如 RIMEDO Labs 的分析所述，Near-RT RIC 向 SMO 提供 A1 和 O1 兩個北向介面，用以接收策略、AI/ML 模型和配置指令。其中，**A1 介面**允許 Non-RT RIC 向 Near-RT RIC 下發 RAN 優化策略（Policy）和機器學習模型（ML model）。這些策略可以包括對 xApp 的控制參數（如不同服務類別的 QoS 目標）和對行為的指引。文中指出，“Near-RT RIC 對 E2 節點的控制，是由 Non-RT RIC 通過 A1 提供的策略和數據驅動”。換言之，Non-RT RIC 根據全局網路視圖和長期優化目標計算出策略，通過 A1 下發到 Near-RT RIC，後者再在本地時間尺度運用這些策略對 E2 節點做出具體控制。

**O1 介面**則用於 SMO 對 RIC 和 RAN 的維運管理。例如，SMO 可通過 O1 配置新的 RAN 功能、更新 RIC 配置或收集維運指標。Near-RT RIC 通常被視為一個「O-RAN 管理元素（Managed Element）」，允許 O1 對其進行統一配置。具體來說，SMO 可以使用 O1 來安裝或啟用特定的 RAN 功能模組，或設定 RAN 節點（如 gNB DU/CU）的參數，而 Near-RT RIC 內部的操作會反映到 E2 節點之上。雖然目前 O1 主要用於 RAN 配置，但未來也可能擴展到直接管理 Near-RT RIC 本身的生命週期（如 xApp 上線/下線）。

此外，Near-RT RIC 內部維護了一套 **資料庫**，例如 **R-NIB（Radio-Network Information Base）**，用於存儲 RAN 拓撲與狀態信息。SD-RAN 文檔指出，R-NIB 會跟蹤所有 E2 節點及其關係信息。這意味著 Near-RT RIC 始終保有最新的 RAN 拓撲與功能清單，SMO 可通過 O1 或 A1 查詢這些信息，以進行更高層的資源編排與故障排除。簡而言之，SMO（包含 Non-RT RIC）與 Near-RT RIC 通過這些介面形成了一個完整的閉環：SMO 訂定策略與配置，Near-RT RIC 執行策略並反饋網路狀態，而兩者共同實現端到端的網路管理。

## 常用 E2 服務模型功能與資料流程

在 E2 協議框架下，**E2 服務模型（E2SM）** 定義了多種專門的 RAN 功能交互模型。最常用的有 **E2SM-KPM（Key Performance Measurement）** 和 **E2SM-RC（RAN Control）** 等。下面分別說明其功能與數據流：

* **E2SM-KPM（關鍵效能度量）**：用於從 RAN 收集效能指標，如吞吐量、時延、干擾度量等。典型流程如下：首先，在 E2 Setup 過程中，E2 節點會通告其支持的指標類型和度量項。然後，xApp 向 RIC 提交 KPM 訂閱請求，指定需要收集的具體效能指標以及報告類型（週期性或事件觸發）。當滿足條件時，E2 節點按照訂閱要求通過 `RIC Indication (REPORT)` 消息持續向 RIC 發送數據流。例如，文中提到「E2 節點會使用類型為 report 的 Indication 消息來傳送所選定的 KPM 指標」。在 O-RAN 最新版本中（如 E2SM-KPM v6.00），還擴充了更多指標容器，包括 DU、CU-UP、CU-CP 等不同組件的下行/上行傳輸量，以及 UE 和小區層級的數據。總之，KPM 模型使 Near-RT RIC 能夠即時獲取細粒度的網路效能度量，作為 xApp 做出優化決策的輸入。

* **E2SM-RC（RAN 控制）**：提供對 RAN 無線參數的控制能力，例如調整連接管理、功率控制或切換條件等。使用時，xApp 會生成控制請求（`RIC Control Request`），通過 E2AP 的 Control 程序下發給相應的 E2 節點。目標是讓 xApp 影響無線資源管理（RRM）行為。正如文中所述，「RAN 控制服務模型通過 E2 控制程序實現對 RAN 的控制功能」，xApp 通常根據 RAN 狀況發出這些控制。舉例來說，xApp 可能根據 UE 的信號質量或負載情況修改切換閾值，或在高流量時更改資源分配策略。E2 節點收到 Control 請求後執行動作，並返回 `RIC Control Acknowledge` 作為反饋。在 E2SM-RC v7.00 中，還新增了對大規模 MIMO 和波束成形等先進技術的支持，以及服務層面的錯誤報告機制，使 xApp 能夠對最新的 5G 特性進行調控。

> 備註：除了上述兩種模型外，O-RAN 還有 **E2SM-CCC（Cell Configuration & Control）**、**E2SM-NI（Network Interfaces）**、**E2SM-LLC（Lower Layers Control）** 等專用模型，用於 celler 配置、網路介面監測以及下層協定控制等。這些模型類似地定義了專門的訂閱與控制流程，並將對應的訊息載荷封裝在 E2AP 的控制或報告消息中。

## xApp 運作流程與典型用例

在 Near-RT RIC 中，**xApp** 是實現具體 RAN 控制/優化邏輯的單元。一般而言，xApp 的運作流程包括：**註冊登陸**、**建立 E2 訂閱**、**事件處理與控制命令下發**、**非活性取消**等階段。流程可概括為：第一，當 xApp 上線並被部署到 Near-RT RIC 時，它會註冊到 RIC 平台並取得必要的目標 E2 節點資訊。然後，xApp 發送一個 `RIC Subscription Request`，在其中指定所關注的事件觸發條件與期望執行的動作（例如定期接收 KPM 指標，或監控特定報警觸發後執行控制）。Near-RT RIC 接收到訂閱請求後，通過 E2 控制程序向目標 E2 節點建立訂閱。完成後，E2 節點根據訂閱條件開始向 RIC 反饋 E2 Indication 消息（REPORT 或 INSERT），xApp 則可在 RIC 平台透過內部 API 獲取這些數據。

接著，xApp 根據收到的數據進行分析與決策。若決策產生控制需求，xApp 會構建 `RIC Control Request`，通過 RIC 下發給對應的 E2 節點。E2 節點執行調整後，以 `RIC Control Acknowledge` 反饋結果。整個過程往返形成 xApp 操作的閉環：利用訂閱數據進行推理，再通過控制命令作用於 RAN，進而影響後續的 RAN 狀態和 E2 回報。

**代表性用例**如下：

* **QoE 優化**：某 QoE 相關的 xApp 可能訂閱用戶層級的吞吐量、時延等 KPM 指標，並結合機器學習模型預測用戶體驗。當檢測到 QoE 下降趨勢時，xApp 會生成控制命令（如動態調整緩衝策略或重選服務小區）來優化效能。此過程中，KPM 報告提供了所需的效能數據；而根據決策下發的 RIC Control 則實際調整了 RAN 參數。
* **異常偵測**：xApp 連續監控 RAN 指標（例如 UE 的 SINR、負載等），判斷是否存在網路異常（如干擾劇增或節點失效）。一旦檢測到異常模式，xApp 可以向 SMO 或維運系統報警，甚至執行預設的錯誤恢復流程（如切換到備用頻段）。這類應用依賴 E2 Indication 的即時度量數據，但一般不需要立即下發控制命令。
* **切換控制（Handover Control）**：為了改善移動效能，xApp 會訂閱 UE 測量報告或 RAN 中的事件（通常通過 E2 Insert 程序來捕捉）。根據測量結果和預定策略，xApp 決定是否需要重新配置切換閾值或引導 UE 切換目標小區。此時，xApp 透過發送 RIC Control 指令修改小區間切換參數或觸發手動切換。正如前文所示，「xApp 通過 CONTROL Request 可以控制切換、移動性等功能」，從而實現精細化的切換優化。

這些用例展示了 xApp 如何通過 E2 介面進行關鍵任務：
```
訂閱網路情況 → 收集數據 → 分析處理 → 下發控制指令
```
隨著 O-RAN 平台 API 的擴展（例如新增 E2 Query 服務、訂閱動態調整等），xApp 可以更靈活地管理其與 E2 節點之間的交互流程。

## 補充：3GPP Rel-18 規範對應

在 3GPP Release-18（5G-Advanced）中，也可看到與 O-RAN 類似的趨勢。Rel-18 著眼於將 5G 系統推向更高智慧與高效能的方向。根據 3GPP 文件，Rel-18 的重要改進包括增強物聯網與網路切片能力，以及引入人工智慧/機器學習（AI/ML）支援。其中 **網路切片**（Network Slicing）是重要議題之一（如上摘錄中的 “Network Slicing”），與 O-RAN 中對於多供應商多切片部署的目標相契合。此外，Rel-18 強調 AI/ML 在 RAN 中的應用，這與 O-RAN 通過 A1 介面下發 ML 模型以優化 Near-RT RIC 的想法相呼應。在虛擬化方面，3GPP 持續推進 NG-RAN 的雲化與功能拆分，使得未來 RAN 能更加靈活地在雲端或邊緣部署。這些趨勢與 O-RAN 的理念一致，即利用開放介面與虛擬化架構支持多廠商網路功能的動態協調與彈性運行。總體而言，3GPP Rel-18 規範與 O-RAN 的發展互為補充：O-RAN 提供開放可編程的框架，而 3GPP 通過新功能和標準化要求來推動該框架在未來 5G-Advanced 網路中的實際應用。

## 參考資料清單

* O-RAN WG3 E2 Application Protocol (E2AP) v3.00 – 2023年3月
* O-RAN WG3 E2 General Aspects and Principles (E2GAP) v7.00 – 2024年11月
* O-RAN WG3 Near-RT RIC Architecture v7.00 – 2024年11月
* O-RAN WG3 Use Cases and Requirements v8.00 – 2024年11月
* O-RAN WG3 E2 Service Model (E2SM) – KPM v6.00 – 2024年11月
* O-RAN WG3 E2 Service Model (E2SM) – RAN Control v7.00 – 2024年11月
* 3GPP TR 21.918 (Release 18 Description) – 2022年3月
