无线接入网正在发展
近年来，开放式虚拟化无线接入网的发展势头非常强劲。全球各地都在紧锣密鼓地尝试，有些商用网络已经着手部署。
无线接入网 (RAN) 转型基于两个互补的概念。第一个是开放式 RAN，即，将 RAN 拆分成无线单元、分布式单元（靠近无线单元）和集中式单元。三者之间使用标准接口，意味着通信服务提供商 (CoSP) 可以更轻松地整合来自不同供应商的 RAN 设备。标准接口有助于避免供应商绑定，更轻松地实现网络创新。
RAN 转型的第二个概念是虚拟化技术。RAN 的计算组件不使用专用硬件，而是在通用硬件上的软件中执行。RAN 变得更加灵活，更容易引入创新。
开放式 RAN 和虚拟化技术有助于降低无线接入的成本，这是运营商网络中成本较高的一个组成部分。您可以只采用其中一种概念，但同时使用会带来更明显的优势。
行业内正在实施两项举措，推动 RAN 开放和虚拟化技术向前发展：
- RAN 联盟由德国电信、AT&T 和中国移动等运营商成立。英特尔也作出了相应贡献。O-RAN 联盟主要关注定义智能分离式 RAN 架构和标准化接口，目标是使运营商能够选择和集成优质 RAN 组件。
- OpenRAN 项目是电信基础设施项目 (TIP) 的一部分，主要目的是将软件与硬件分离，并基于 O-RAN 联盟架构和接口，将商用标准服务器用于虚拟化 RAN (vRAN) 工作负载。英特尔和德国电信都是电信基础设施项目的成员。
预计从长远来看，将通用服务器用于 vRAN 可能比使用专用硬件更加经济高效，而且更容易扩展。即使从短期来看，服务提供商也能获得灵活性、敏捷性和资源利用率方面的增量效益，这有助于证明改变架构的合理性。
多年来，虚拟化技术一直帮助推动高效的 IT 计算和存储资源利用率。采用 vRAN 有助于充分利用基带池化的优势。整合和集中基带处理减少了蜂窝基站所需的设备和需要前往蜂窝基站的次数。同时，还可以降低电力、占地和冷却成本。池化基带处理可以提升性能，减少蜂窝基站之间的时延，并减少连接到本地用户平面功能的时延。
vRAN 与多接入边缘计算 (MEC) 堪称天作之合。由于在网络边缘添加了用于托管 vRAN 处理的通用计算基础设施，因此有机会在同一硬件的边缘托管其他面向用户的工作负载。这使通信服务提供商能够利用边缘的创新应用来发展各自的业务。
在RAN 部署中采用虚拟化技术能够为通用云基础设施和通用云基础设施管理方法带来更多机会。通信服务提供商需要找到新的方法来管理高度分布式网络，包括优化其性能。需要开发新型运营模型，使用通用型自动化和管理框架来管理不断增加的复杂性，并实现更高效的部署和生命周期管理 (LCM)。
开放式虚拟化 RAN 堆栈消除了障碍，允许新的市场参与者带来创新。它还使通信服务提供商和电信设备制造商 (TEM) 可以更 轻松地定制 RAN，从而优化性能，提高资源利用率，包括使用 机器学习。采用标准化接口可以提高互操作性并引入竞争机制， 使通信服务提供商能够更轻松地整合多家供应商提供的解决方案， 而不必从一家供应商采购整个 vRAN 堆栈。
通信服务提供商在发展 RAN 的过程中会面临许多挑战。无线单元和基带单元 (BBU) 池之间的前传过程存在海量数据和严格的时序要求。
这些要求会限制基带单元池的距离。在许多情况下，传输网络不允许基带池化，这意味着需要在蜂窝基站部署虚拟基带单元 (vBBU)。vRAN 解决方案必须同时支持集中式和分布式虚拟基带单元部署方法，灵活适应各自的传输网络能力。
在本电子指南中，我们将向您介绍德国电信如何通过与英特尔以及其他开放式 RAN 提供商进行合作，推动 RAN 转型工作。我们还将介绍一些在德国电信解决方案中发挥作用的英特尔® 技术。
德国电信的开放式智能无线接入网平台
德国电信是一家知名的综合通信提供商，拥有 2.358 亿移动客户。对于德国电信的开放式 RAN 平台，推动系统设计和实施的重点领域有以下三个：
- 使用开放前传将无线单元从基带中解耦。德国电信正在与支持 O-RAN 联盟定义的开放前传的无线单元供应商通力合作，希望可以不使用前传网关就能够转换供应商特定的通用公共无线接口 (CPRI) 或 eCPRI 协议。
- 虚拟化基带解决方案以实现硬件和软件解耦。在软件方面，开放式 RAN 解决方案也可以将云基础设施和 RAN 协议堆栈解决方案解耦，从而兼容不同的供应商。
- 创建独立的管理和编排框架。
该系统的一个重要特征是能够有效测试分离式 RAN 组件的整合和互操作性。德国电信已经在柏林启动了开放测试与集成中心 (OTIC)，协助开放式 RAN 组件提供商开展商业化工作。开放测试与集成中心支持端到端 RAN 参考架构和互操作性测试。
在开放测试与集成中心环境中，德国电信结合了 O-RAN 联盟和 OpenRAN 计划。德国电信副总裁、网络试验负责人兼分离式 RAN 首席架构师 Petr Ledl 表示：“整体来看，这些计划之间存在一致性，它们是为了满足我们必须分离软件与硬件的需求。为此，我们需要协调它们之间相互沟通的方式，从而使供应商更容易提供各自的组件，满足整体解决方案的需求。”
公司正在与英特尔和 VMware 合作开发一个开放式智能 vRAN 平台。该平台基于 O-RAN 标准，能够适应当今的 LTE 和快速增长的 5G 网络基础设施。初始合作伙伴包括 Cohere Technologies 和 Mavenir。
该项目正在开发的开放式 RAN 将面向可部署的运营商级解决方案。开放式 RAN 平台的概念验证和试验是评估分布式和集中式基带处理方案的第一步。试验的动机是尽可能实现集中化。Ledl 说道：“集中化肯定更高效。池化资源有助于提高计算环境、功耗和整个生命周期管理的效率。”
该试验正在验证解决方案在计算占用空间、能效、基站容量和用户体验方面的效率。该试验目前正在实验室进行，计划在今年投放到试点运行。
英特尔、VMware 和德国电信正在合作开发基于英特尔® 技术的虚拟基带解决方案。
VMware 提供了云基础设施，并且正在解决如何尽量高效地在 底层基础设施中管理计算、存储和网络资源的挑战。VMware 还在开发一种近实时 RAN 智能控制器 (Near-RT RIC)，用于调度无线电资源。近实时 RAN 智能控制器将使用 O-RAN 开放接口作为具有增强功能的开放平台，从而使顶部的应用能够实时管理无线电资源。
Ledl 解释道：“目前，我们很难影响 RAN 的内部表现。我们购买的是一个由紧密集成的软件和专用硬件组成的大型单体。创新全都来自 RAN 软件供应商。但是，从长远来看，我们可能有机会推出新算法，托管在近实时 RAN 智能控制器上，从而影响 RAN 解决方案的表现。”
首先要研究的一个领域是基于开放前传的 RAN 解决方案的性能测试，方法是 7-2x 前传拆分，目标是了解支持 O-RAN 开放前传的传输网络的相关要求（如延迟容限）和设计。图 2 所示为德国电信考虑的几个 RAN 部署方案。
开放性是德国电信判断解决方案成功与否的标准之一。“我们是开放的，并且合作的对象也是开放式 RAN 解决方案领域的不同供应商。原则上，只要达到性能和效率标准，谁都可以提供解决方案组件。” Ledl 说道，“这个解决方案需要对挑战者开放，并且应该支持其他的部署选项。同时，我们也希望看到所有现有供应商基于 O-RAN 架构和规范而提出的解决方案。”
自动化的作用
由于开放式 RAN 中的硬件和软件组件会来自不同的供应商，因此组件的集成、测试和生命周期管理非常具有挑战性。德国电信面临的其中一个关键问题是如何有效管理解决方案。Ledl 表示：“我们正在开发的一个独立管理框架，使用的也是 O-RAN 定义的接口。我们目前有两个目标：首先，尽可能降低更换 vRAN 硬件或软件组件对管理系统的影响。更换组件提供商不应该要求更改管理和编排状态。”
“第二个目标是充分利用自动化。从集成式单体解决方案改用分离式解决方案时，复杂程度会增加。这一点毫无疑问。现在，我们需要承担更多集成工作，因为没有现成的集成解决方案可供使用。必须利用自动化来经济高效地管理完整解决方案。”
他认为测试是一项特殊的挑战。分离式 RAN 的优势之一是更容易应用频繁的、较小的软件更新，但这意味着需要进行更多测试。Ledl 解释道：“我们需要在持续集成/持续交付 (CI/CD) 的流程下调整新的测试方法。这在部署到生产环境之前的测试环境中尤为重要。通过引入 CI/CD 方法来推出和测试 RAN 系统，可以更快地用自动化方式实施 RAN 软件更改。分离还意味着组件之间采用新的接口，这也需要进行更多测试。基于这些假设，强大的自动化技术必不可少，自动化使测试具有可扩展性和敏捷性，从而满足效率需求。
为了进一步阐述自动化的概念，O-RAN 联盟概述了人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 在优化 RAN 方面的作用。用例包括流量导向、体验质量优化、基于服务质量的资源优化以及大规模多入多出 (MIMO) 优化。
除了研究人工智能/机器学习如何帮助优化资源外，德国电信还在研究人工智能在管理框架中的作用。Ledl 表示：“为了提高运营效率，我们正在研究闭环自动化。我们希望进行异常检测甚至问题预测，然后自动部署对策。在这方面，人工智能/机器学习将发挥重要作用。”
构建虚拟化无线接入网平台
针对德国电信的试验，英特尔提供了第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器、新款英特尔® vRAN 专用加速器 ACC100 和符合 O-RAN 标准的 FlexRAN 参考架构。
FlexRAN 参考架构
vRAN 软件是在 FlexRAN 软件架构的基础上构建的。FlexRAN 为英特尔® 架构上的基带处理提供了蓝图。vRAN 解决方案提供商可以使用 FlexRAN 作为基础来构建他们的技术，从而更快、更轻松地受益于 FlexRAN 中集成的优化技术。
在 FlexRAN 上构建的优势在于，它简化了尽量提高底层硬件平台的性能或效率所需的复杂编程任务。通过将 FlexRAN 用作 vRAN 软件和硬件之间的基础层，供应商可以专注于自己的增值解决方案。为了利用英特尔® 处理器、指令集增强和加速卡等底层硬件特性，FlexRAN 进行了预优化。
虚拟化 RAN L1 的其中一个重大挑战是遵守严格的传输时间间隔 (TTI) 时序约束。FlexRAN 使用操作系统的实时功能提供了相应的解决方案。完整的架构包括基带池化框架、网络切片框架以及用于 LTE、5G Sub6 和 5G 毫米波的参考物理层 (PHY) 管道，还包括 5G L2/L3 支持库（参见图 3）和测试功能。
FlexRAN 的其他主要特性包括：
- 优化大规模多入多出中频带管道以增加带宽。
- 支持超可靠低时延通信 (URLLC)，符合第三代合作伙伴计划（版本 16）。超可靠低时延通信结合了备受期待的一项 5G 功能，支持有保证的可靠性和时延水平。
- 可扩展平台设计适用于各种 RAN 部署，包括宏基站和室内基站、分布式 RAN 和农村基站。
- 灵活支持各种英特尔® 处理器、以太网适配器、英特尔® FPGA 和专用加速卡。
- 支持英特尔® 至强® 可扩展处理器家族中引入的英特尔® 高级矢量扩展 512 技术（英特尔® AVX-512）指令集，可以同时处理更多数据。FlexRAN 使 vRAN 供应商能够更轻松地将英特尔® AVX-512 优化技术纳入其解决方案。
FlexRAN 拥有强大的生态系统，在全球拥有 100 多个许可证持有者和实时部署（参见图 4）。
虚拟化无线接入网的硬件加速
在传统的 RAN 实施中，硬件加速通常用于 L1 处理中对性能高度敏感的部分。这种加速将被整合到定制 ASIC 中。
为了实现运营商级性能，vRAN 使用类似的方法，并在需要时用硬件加速器来辅助通用处理器。通过将加速硬件专用于性能密集型处理任务，系统处理器可用于增加的通道容量，并在网络边缘运行额外服务。
德国电信下一代 RAN 试验正在评估新的英特尔® vRAN 专用加速器 ACC100（参见图 5）。该设备专用于 RAN 堆栈处理中固有的计算密集型前向纠错 (FEC) 处理。FEC 保护通信免遭信道损害。英特尔® vRAN 专用加速器 ACC100 同时支持用于 4G 的 Turbo 编码和用于 5G/4G 的低密度奇偶校验 (LDPC)。
该加速器是一款低成本、低功耗、高性能的 4G 和 5G vRAN 专用解决方案。它与 FlexRAN 无缝集成，支持 BBDev 应用编程接口 (API)，能够集成 O-RAN 联盟社区的解决方案。
第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器
用于 RAN 的传统定制 ASIC 基于具有硬件加速功能的可编程数字信号处理 (DSP) 内核。
借助英特尔® 至强® 可扩展处理器家族中的英特尔® AVX-512 技术，英特尔® 通用芯片获得了新的指令集增强功能，可以显著提高数字信号处理操作的效率。
英特尔® AVX-512 技术使指令能够同时处理多达 512 位数据，从而加速信号处理应用的性能。FlexRAN 参考架构实施可以利用英特尔® AVX-512 技术来提高效率。
德国电信的试验所用的服务器基于第二代和第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器，并采用英特尔® AVX-512 指令。这些处理器还具有增强的 I/O 和安全性。此外，英特尔® 深度学习加速技术具备集成人工智能功能，可以帮助加速网络边缘的人工智能工作负载，包括之前讨论的网络优化和自动化工作负载。
在 RAN 部署中，第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器可用于托管集中式基带处理、用于实时 RAN 功能的虚拟分布式单元 (vDU) 和面向用户的边缘应用。
将来，德国电信会有更多处理器可供选择，满足 vRAN 实施要求。英特尔正在推出针对网络优化的 SKU，专用于需要更高每瓦性能的基础设施用例。这些用例包括 vRAN 和网络边缘工作负载、无线核心网和安全设备。
对于空间较小的边缘环境，包括 vRAN 站点和安全设备，下一代英特尔® 至强® D 处理器将提供更高的集成水平，例如集成网络知识产权。英特尔® 至强® D 处理器可以支持经济高效、加强的 vDU 部署。
结论
通信服务提供商正在为各种 5G 和边缘服务设计 RAN 基础设施。英特尔正在与德国电信等全球知名运营商密切合作，帮助他们开展 vRAN 市场试验，许多早期的商用 vRAN 部署都在英特尔® 技术上运行。
为了进一步扩展 vRAN，英特尔还与社区合作，推动标准的制定并培育强大的全球生态系统。英特尔将通用处理器、加速器和强大的软件生态系统相结合，帮助在 RAN 中开辟新机遇。
了解更多