因為專題的緣故開始接觸5G O-RAN，因為是很新的技術，網路上的資料都很零碎，要完整了解架構得去看規格文件和論文，所以紀錄一下看過的論文並筆記。
https://arxiv.org/pdf/2202.01032.pdf
Understanding O-RAN: Architecture, Interfaces,Algorithms, Security, and Research Challenges
Introduction
為什麼需要ORAN架構？
當前的蜂窩狀的網路結構與RAN的元件結構相反，兩個架構互相影響雙方發展，RNA每一個元件都是單一的unit，也就是比較像是獨立的元件，目前的架構是一層一層的，導致以下三個影響：第一，限制RAN的重構當前的設備無法微調去支持多樣化的開發和traffic profiles。第二，限制network節點的配合。第三，部署RAN的供應商有限。
無線系統建於異構技術上，從大量的MIMO到network slicing以及ML，需要持續更新以及維護以符合市場需求。
MIMO（多重輸入多重輸出）：發射與接收端接使用多個天線，可改善通信品質。
network slicing（網路切片）：提供不同QoS服務，滿足各式需求。
解決方法
引用C-RAN的技術，利用集中式數據和控制路徑來實現更精細的信號處理和負載平衡技術，同時通過多工計算資源來降低成本
fronthaul（前傳網路）：基頻與無線電元件之間的連接，為最佳化的關鍵。
如此可以達成分散、虛擬、software-based、藉由開放和標準的interface連接等等特性，也方便更多的開發商一起運作。
O-RAN Alliance
標準化一個架構以及一組interface，以分散、分類、虛擬、軟體為基礎，達成彈性的部署，並且以cloud-native為原則，增加RAN的彈性以及可重構性。
cloud-native（雲原生）：在軟體開發初始，就使用以雲端為基礎的設施，並結合開發原則與方法，達成快速建置、測試、部署、維運，也能有效率並容易更新調整。
O-RAN KEY ARCHITECTURAL PRINCIPLES
A. Disaggregation
gNB分為CU、DU和RU（在O-RAN規範中稱為O-CU、O-DU和O-RU）。CU進⼀步分為兩個邏輯組件，CP and UP。
RURU執行快速傅里葉變換 (FFT) 和cyclic prefix addition/removal operations。並且能夠以比較低成本且簡易的方式去部屬。
DUDU負責Medium Access Control (MAC) and Radio Link Control (RLC) layers，這三層的操作通常是緊密同步的，因為 MAC 層使用在 RLC 層的data buffered為physical layer生成Transport Blocks(TB)。
CU最後，CU 單元（CP 和 UP）實現 3GPP stack的更高層，即無線電資源控制（RRC）層，並有兩塊邏輯元件，並分成Control Plane(CP)及User Plane(UP)，並且利用切分的方法讓其實現多function的功能。它管理連接的週期(連線時間)；Service Data Adaptation Protocol（SDAP），它管理Quality of Service（QoS）；和分組數據聚合協議Packet Data Convergence Protocol（PDCP)，它負責空中接口的重新排序、分組複製和加密等。
B. RAN Intelligent Controllers and Closed-Loop Control
在O-Ran的RIC下，利用了兩個邏輯控制來控制RIC，透過大量的資料以及指標給AI分析以及ML訓練，能夠提供決策在RAN上，並擁有了自動優化的特性，例如切割Ran、負載平衡、網路交互(連線)、編排策略等等。
Non-Real-Time RIC(non-RT RIC)是服務管理(Service Management)及SMO編排的元件，，補充了RT RIC，以實現智能RAN操作和。non real time RIC為RT RIC 提供指導、豐富信息和 ML 模型管理。non real time RIC可以影響SMO操作，這使non real time RIC能夠間接管理連接到SMO的O-RAN架構的所有組件。
near-RT RIC功能，(i)資料庫其中包含有關RAN的訊息，並用作xApp之間的共享數據；(ii)傳遞消息的設施可以橫跨不同平台以及組件，還支持將RAN元素訂閱到xApp；(iii)開放接口和API 的終端，以及(iv)衝突解決機制，以協調多個xApp對同一RAN功能的控制。
C. Virtualization
O-RAN架構的第三個原則是引⼊額外的組件，⽤於管理和優化網絡基礎設施和營運，涵蓋從邊緣系統到虛擬化平台。ORAN的架構具體來說，(i) 解耦(decoupling)硬件和軟件組件；(ii)O-RAN基礎設施的硬件能力標準化；(iii)在不同租⼾之間共享硬件，以及 (iv)RAN功能的⾃動部署和實例化。
D. Open Interfaces
描述連接O-RAN架構的多個不同組件的開放接⼝的且基於3GPP的技術規範。
O-RAN OPEN INTERFACES
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A. E2 Interface
E2 interface連接near-RT RIC and E2 nodes，E2 nodes包含Distributed Unit,Central Unit和enb，在特定週期或是事件來傳送資料給near real time ric。E2在邏輯上又被分成兩個協議，一個是E2 Application Protocol(AP)和E2 Service Model(SM)。E2AP⽤於協調near RT RIC和E2 nodes的相互通信，且E2AP可以將訊息嵌⼊不同的E2SM，讓near real time RIC執行特定的功能。
由這張圖可以看到，near real time ric和E2 nodes建立SCTP(Stream Control Transmission Protocol)連線。
E2AP提供的四種服務:E2 Report: E2的節點傳送資料給near real time RIC，Report的傳輸時機是週期性傳出還是event trigger由near RT RIC中xApp決定。
E2 Insert: E2的節點告知near real time RIC特定事件發生。
ex:A UE signaling the possibility to perform a handover.
E2 Control: 分成RIC Control Request and RIC Control Acknowledge，control procedure會影響E2節點的RAN function的參數，所以就會影響到它的功能。
E2 Policy: 指定E2需要遵守的event trigger和無線電傳輸的政策。
E2 Service Models(i)E2SM KPM: E2 nodes傳送給near real-time RIC指定的KPM(key performance measurement)，不同的KPM消息從不同的E2 nodes⽣成。
(ii)E2SM Network Interfaces(NI): near real time RIC可獲得E2節點在特定network interface上接收到的消息，並通過E2 report message將訊息回傳。E2 nodes也會通知near real-time RIC它支援哪些Interface。
(iii)E2SM RAN Control(RC): 通過E2控制程序實現控制功能。
B. O1 Interface
通常O-RAN-managed的元素都是從O1連到SMO與non-RT RIC，因此O1是個採用以及延伸標準操作與維護的開放介面。O1 interface不直接與 Non-RT RIC 相連，並負責FCAPS（Fault, Configuration, Accounting, Performance, Security）功能。
O1 interface支援Management Services (MnS)，包括O-RAN components life-cycle的管理、性能保證與KPI報告、軟體與檔案管理，如下圖。
四個MnS的詳細說明:1.Provisioning Management Service:允許SMO將配置傳給被管理的結點，節點也會更新外部的狀態給SMO，主要管理life-cycle和網路的功能，傳輸protocol使用REST/HTTPS和NETCONF(Network Configuration Protocol)。
2.Fault supervision Management Service: RAN的節點可以用來回報錯誤，也是使用REST API。SMO可在未告知的狀態下，監控節點的狀態。
3.Heartbeat MnS:管理虛擬和實體的網路功能，此管理服務多用來電控節點狀態和服務的可用性。
4.Performance Assurance Mns:節點報告performance狀態在real time或是一次傳送很多資料給SMO，如此可讓non real time RIC內的AI有更多的資料去分析。如果是一次回傳一堆資料，會用file transfer protocol SFTP，如果是real-time傳送，用WebSocket就可以達成了。
C. A1 Interface
連接non-RT RIC (or SMO)和near-RT RIC，A1提供的功能如下圖，利用JSON的schema撰寫資訊，透過A1AP protocol傳輸。non-RT和near-RT RIC皆具有一對HTTP client和server，用來交替使用於服務管理或是實際的資料傳輸。
功能說明:
- A1 Policy management: non real time RIC使用A1 policy management來驅動near RT RIC的功能實現RAN的意圖，透過QoS KPI定義所有用戶，再透過O1 interface的報告功能和A1 interface上的反饋達到監控的效果。non RT RIC還負責monitoring和管理生命週期。
- A1 Enrichment Information (EI) service: 提供RAN本身已經不再提供的資料、Near-RT RIC外部資訊，如capacity forecast, aggregate analytic。
- A1 ML Model Management: 更新Near-RT RIC的ML模型。
REST（Representational State Transfer表現層轉換）：有統一的API接口、無狀態，便於不同軟體、程式在網路中互相傳遞資訊，可更高效利用cache來提高回應速度。
O1與A1的分工：O1比起A1有比較低的即時性需求，O1 interface是將原有的設定標準化，並透過中央控管傳輸，設定O-RAN網路中的不同裝置。
A1 interface則是針對O-RAN突出的RIC進行設計，並根據即時性的要求，提供Non-RT RIC和Near-RT RIC之間的資料交換。
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