云原生开放式 RAN 的机遇
采用基于开放式无线接入网 (RAN)1的分离式网络架构为部署这些新模型的通信服务提供商 (CoSP) 带来了新的机遇和挑战。这种分离式网络架构由基于封闭式设备的 RAN 部署发展而来，可帮助运营商转向更加灵活和可扩展的基于软件的解决方案。分离式 RAN 解耦了软硬件，将整体部署分解成无线单元 (RU)、分布单元 (DU) 和集中单元 (CU) 三种功能组件。必要时，运营商可以独立分布各功能，从而适应网络需求的变化并优化部署和管理成本。
除 3GPP 标准分离之外，O-RAN 联盟也在推进 RAN 软件的云化，并基于此促进容器化网络功能 (CNF) 的落地。对于采纳这一转型的 RAN 工作负载而言，Kubernetes 是较为理想的容器编排平台。
在开放式 RAN 的这一系列发展中，涌现了一套支持跨供应商互操作的开放式接口。它们拓展了运营商可提供的解决方案生态系统，也加快了相关新服务的上市速度。
得益于这些变化以及 RAN 软硬件的解耦，移动运营商得以获得更出色的基础设施、平台和功能组件。
开放式 RAN 对云原生平台的要求
出色的云原生平台是成功的一大要素。云原生容器平台要能提供 RAN 工作负载所需的特性和功能，同时保持移动网络要求的韧性和性能。开放式 RAN 部署的要求包括：
- 实时内核：对于有着严格低时延确定性要求的工作负载，Linux® 内核要能在微秒 (μs) 间完成中断处理和进程调度。
- 定时和同步：传输网的时钟同步对于采用时分双工 (TDD) 的无线通信十分重要，这样才能避免干扰，并处理蜂窝基站间的切换通话以及其他与频率和时间相关的事务。而帮助实现这一重要功能的关键之一就是 ITU-T 精确时间协议 (PTP)。
- 硬件和软件加速：由于前向纠错 (FEC) 功能需要分流到现成的加速器，因此现场可编程门阵列 (FPGA)、SmartNIC、GPU 和其他硬件加速组件对开放式 RAN 基础设施至关重要。
- CPU 隔离：对于需要长时间占用 CPU 的工作负载或 DU 和 CU 用户平面 (CU-UP) 等低时延网络应用而言，能将工作负载限制在特定 CPU 十分关键。
- NUMA 感知：满足各种服务质量 (QoS) 所需的资源，如 CPU、单根 I/O 虚拟化 (SR-IOV) 虚拟功能 (VF) 和其他设备资源等，需要在同一非统一内存访问 (NUMA) 节点上对齐。
Red Hat 面向云原生开放式 RAN 的技术
面向大规模 RAN 部署的云原生平台
Red Hat OpenShift 容器平台已面向核心网和 RAN 工作负载进行集成和优化。经 Kubernetes Operator 增强后，平台原生支持以下功能：
- 配置 Red Hat Enterprise Linux CoreOS 的实时内核
- 错误、配置、计帐、性能和安全 (FCAPS)
- 经验证的 Operator，以实现：
• PTP 时间同
• SR-IOV 管理
• 操作系统 (OS) 管理
• CPU 隔离
• 节点生命周期管理
• 云原生虚拟化 / OpenShift 虚拟化 (KubeVirt)
• NUMA 感知
• FEC 和 FPGA 加速器
• 日志、指标和警报
为了解决实际 RAN 部署的规模问题，云平台需扩展至跨多个接入网的多集群部署。这种方法提供了灵活性，支持自动化，并能从数据中心集中管理。服务提供商已在测试和现场试验中顺利运用这些功能。首批测试实验室和现场试验部署已经成功验证了该灵活部署模式以及分布式集群的可行性。
Red Hat Kubernetes 高级集群管理是一款集中管理和运维解决方案，支持：
- OpenShift 集群的零接触配置，适用于云、虚拟化和从单节点部署到多节点集群的裸机部署
- 跨云和本地虚拟化裸机集群的 OpenShift 多集群管理和运维
- 跨多集群部署的特性、功能和应用合规管理
- 基于 GitOps 的现代化运维模式
利用 GitOps 实现 RAN 的自动化和运维
GitOps 是一种运维模式，其中基础设施、平台和工作负载的事实来源均为 Git 存储库。该库可追踪对配置进行的任何变更，并生成记录历史。由此，支持 GitOps 的工具可以部署、运行并管理集群、Operator 和工作负载，为大规模 RAN 部署提供一种现代化的运维模式。
OpenShift 容器平台提供 OpenShift GitOps Operator (ArgoCD)、OpenShift 管道 (Tekton) 和 OpenShift Serverless (Knative) 等原生 GitOps 功能。
蓬勃发展的合作伙伴生态系统
得益于各方的深入合作，开放式 RAN 一方面加速了创新，另一方面也在利用这些创新。 Red Hat 的合作伙伴生态系统利用相关产品的同时也加强了相关产品，这样才能提供端到端开放式 RAN 解决方案所需的硬件、Operator 和应用服务。相关合作伙伴一直是助力客户、实现共赢的开源社区参与者。他们各具优势，能以创新、有影响力的方式支持通信服务提供商在当下乃至未来的 RAN 部署。
以下是为这一事业贡献重要力量的部分杰出合作伙伴：
英特尔提供新一代至强® 系列处理器、硬件加速器、网络适配器，以及经认证的 OpenShift Operator，用于在 OpenShift 容器平台上使用 vRAN 硬件加速器。
- 第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器提供 20 至 36 个内核和强大配置，可适应严苛的环境。
- 英特尔® FPGA PAC N3000 和英特尔® vRAN 专用加速器 ACC100 可加速 L1 前向纠错从 CPU 周期中的分流。
- 英特尔® 以太网 800 系列适配器则能利用包分类优化和近线速性能来加速 vRAN。
- 经认证的 OpenShift Operator：
• 面向无线 FEC 加速器的 OpenNESS Operator 可在英特尔® FPGA PAC N3000 或英特尔® vRAN 专用加速器 ACC100 设备上提供单根 IO 虚拟化 (SR-IOV) 前向纠错 (FEC) 编程。这些虚拟功能 (VF) 设备可用于在 OpenShift 容器平台上运行关键 RAN 工作负载。
• 面向英特尔® FPGA PAC N3000 的 OpenNESS Operator 可利用用户可编程映像刷新 PAC N3000 并更新板载 NIC 卡固件。
Altiostar 提供 4G 和 5G 开放式虚拟化 RAN (Open vRAN) 软件。该软件支持开放接口，可实现无线接入基带功能虚拟化，以建立分离式的多供应商、Web 规模及基于云的移动网络。开放式 vRAN 软件提供：
- 面向微基站和宏基站 4G 和 5G 网络的通用虚拟化软件
- 基于每个用例的承载信道软件编程能力（根据创建网络切片的需要）
- 不同运维任务的自动化，如新基站整合（自动调试）及故障检测和自动恢复（自愈）等，以进一步降低运维开支
此外，我们的生态系统合作伙伴 NEC、Tech Mahindra 和 IBM 也提供了网络编排和管理软件解决方案用于开放式 RAN 的部署。
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如欲进一步了解支持开放式 RAN 部署的 Red Hat 产品组合，请访问 Red Hat Kubernetes 高级集群管理、面向 GitOps 的 Red Hat OpenShift、Red Hat OpenShift 容器平台和 “为您的 5G 之路保驾护航” 网络研讨会。