阿里云云栖社区TB|5G网络打破专有系统的桎梏
随着技术的不断变迁 ， 专有无线接入网络的时代正在逐渐消失 。 运营商希望能在降低成本的同时增加灵活性 ， 其需要易于部署且经济实惠的网络和网络组件 ， 这也导致整个行业从4G专用硬件和专有软件开始转向安装在COTS硬件平台上的开放软件栈 。
4G的专有组件
从核心网和RAN的角度来看待无线网络的话 ， 核心网包括骨干网、城域网和区域网(图1) 。 早期 ， 网络使用固定交换机和路由器来传输数据 ， 如今核心网在RAN的边缘聚合数据 ， RAN将聚合的数据传输到无线电塔 。
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图1.无线网络由连接到聚合网络和网络核心的无线接入网组成
4G网络在1GHz至4GHz的频带上运行 ， 每座发射塔都配备了一个基带单元(BBU) ， 从核心网收集数据 ， 并将其传送到远程无线电单元(RRU) 。
4G在很大程度上是通过运行专有软件栈的自定义硬件来实现的 ， 这种方法对于4G网络来说是可以接受的 ， 但是考虑到5G以及所需成本 ， 运营商已经着手开发开源解决方案 。 5G的目标是可互换的COTSARM或运行开源软件栈的x86服务器 。
5G网络
5G网络与4GLTE有本质上的不同 ， 频段上 ， 5G覆盖了从6GHz到300GHz的频段 。 由于频率越高 ， 信号传播过程中的衰减也越大 ， 所以5G网络的基站密度将更高 。
5G将4GBBU拆分为无线单元(RU)、分布式单元(DU)和集中式单元(CU)(图2) 。 解耦这些功能为运营商带来了很大的灵活性 ， 因为它们可以根据需要将RU、DU和CU部署在不同的位置 ， 例如 ， 要求低边缘延迟的网络可以将RU、CU和DU一起部署在边缘 ， 这将最大限度地提高远端连接用户应用程序的性能 。 另外 ， 一个DU可以为多个RU提供服务 ， 从而降低了网络成本 ， 同时在可接受的最大延迟范围内提供了足够的性能 。 针对不同的市场和地区 ， 运营商可以部署不同的架构 。
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图2.在5G网络中 ， 可以将BBU分解为RU、DU和CU
下图更深入地展示了5G网络的硬件和互连 。
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【阿里云云栖社区TB|5G网络打破专有系统的桎梏】图3.5G网络将基带单元分为RU ， DU和CU
5GRU包含一个RF发射器和一个LOPHY模块 ， 通常作为一个为数据包管理优化的FPGA或ASIC实现 ， 它可以提供小于1毫秒的延迟 ， RU和DU之间就是前传 。
DU的无线数据包通过前传链路与RU进行往返传输 。 DU的主要组成部分是无线链路控制器(RLC)、媒体访问控制器(MAC)和HIPHY 。 MAC集成了与RLC通信的软件和与PHY通信的硬件模块 。 它可以整合诸如GPU或FPGA之类的硬件加速器 ， 并且可以在延迟小于5毫秒的情况下运行 。 DU通过F1中传接口连接到CU 。 一个DUCOTS实现将包括一个带有硬件加速PCIe卡的服务器机箱和一个开源的MAC/RLC栈 。
CU由一个控制平面(CP)和一个用户平面(UP)组成 。 该配置与LTE类似 ， 使得5G网络与4GLTE网络的集成整合更加容易 ， 另外它还为5GRAN配置提供了灵活性 。 CP和UP作为CU的一部分连接在CUbox中 ， 它们可以以大约10毫秒的延迟运行 。
RAN智能控制器(RIC)位于CU的上游 ， 该功能将无线网络虚拟化为一系列可由上游核心控制器访问的功能 。
向开放的转变
RU、DU和CU包含SDN或虚拟RAN(vRAN)所需的所有功能和接口 。 但是 ， 核心的网络编排和自动化层确实需要软件来管理流程 。 LTE网络通过专有的硬件和软件来管理此任务 。 由于5G的成本限制 ， 运营商开始寻找利用COTS硬件的标准化开源方案 。 于是 ， 出现了这几个关键的开源项目：AkrainoEdgeStack、O-RAN联盟、ONAP和OCP ， 另外近期也新成立了一个组织叫OpenRAN政策联盟 。
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