O-RAN

Die Suche nach einem offenen RAN-Ökosystem hat zur Bildung von synergetischen Projekten, Allianzen und Arbeitsgruppen mit jeweils eigenen Schwerpunkten und Aufgaben geführt. Alle diese Bemühungen eint jedoch das gleiche Ziel, durch standardisierte Elemente und Schnittstellen eine offene RAN-Umgebung zu schaffen.

OpenRAN

OpenRAN (ein Wort) ist eine Projektgruppe, die 2017 vom Telecom Infra Project (TIP) mit dem erklärten Ziel ins Leben gerufen wurde, 2G-, 3G- und 4G-RAN-Lösungen mit universeller, anbieterunabängiger Hardware sowie softwaredefinierter Technologie (SDT) zu definieren und aufzubauen. Darin eingeschlossen ist die Schaffung programmierbarer virtualisierter RAN-Lösungen auf Grundlage universeller Verarbeitungsplattformen (General Purpose Processing Platform, GPPP) und von der Hardware getrennter („disaggregierter“) Software, die das Tempo der Innovationen beschleunigen sollen. Die OpenRAN-Gruppe nutzt die Kompetenz ihrer Mitgliedsorganisationen für die Analyse von Anwendungsfällen und die Entwicklung von Algorithmen für den Open-RAN-Fronthaul.

O-RAN

Obgleich die Abkürzung „O-RAN“ häufig zur allgemeinen Bezeichnung eines offenen Funkzugangsnetzes („Open-RAN“) verwendet wird, steht die spezifische O-RAN-Schreibweise im Englischen mit Bindestrich heute vor allem für die „O-RAN ALLIANCE“. Seit der Veröffentlichung der Spezifikationen der Open-RAN-Architektur konzentrieren sich die Initiativen der O-RAN ALLIANCE auf die Integration der künstlichen Intelligenz (KI) und auf die Schaffung der dafür benötigten Lieferketten-Infrastruktur. Zu diesem Zweck werden Schnittstellen und Anwendungsprogrammier-Schnittstellen (API) spezifiziert, die die Standardisierung vorantreiben. Diese anspruchsvollen Bemühungen tragen dazu bei, die Prinzipien der Offenheit und Intelligenz des O-RAN zu stärken. 

vRAN

Das virtualisierte RAN (vRAN) ist der Schlüssel für die Implementierung der Open-RAN-Architektur. Die Entkopplung von Hardware und Software durch die Virtualisierung von Netzwerkfunktionen (NFV) macht das RAN nicht nur agiler und flexibler, sondern ermöglicht auch einfachere Upgrades. Aufgrund seiner verbesserten Effizienz und inhärenten Sicherheit ist das vRAN ein unverzichtbares Element der O-RAN 5G-Implementierung mit komplexen Anwendungsfällen und Zugangstechnologien, die eine dynamischere Steuerung der Netzwerk-Ressourcen erfordern.

Die O-RAN ALLIANCE  wurde 2018 von einem internationalen Konsortium aus Netzbetreibern gegründet, um die Funkzugangsnetze (RAN) auf der ganzen Welt weiterzuentwickeln. Dieses Ziel kann mit dem Übergang zu virtualisierten Netzelementen, White-Box-Hardware und offenen Schnittstellen zum RAN erreicht werden.

Die O-RAN ALLIANCE stützt sich auf die ineinandergreifenden Konzepte der Offenheit und Intelligenz und hat acht Arbeitsgruppen eingerichtet, die ehrgeizige technische Projekte verfolgen. Dazu gehören eine offene Fronthaul-Architektur, die Überführung des RAN in die Cloud („Cloudifizierung“) sowie die Ausarbeitung der Software-Spezifikationen für den New Radio (NR) Protokoll-Stack.

Als aktiver Teilnehmer an der O-RAN ALLIANCE arbeitet VIAVI daran, die kritischen Interoperabilitätstests der Geräte verschiedener Anbieter (MV-IOT) zu gewährleisten. Diese sind unverzichtbar, um sicherzustellen, dass die unterschiedlichen Fronthaul-Komponenten des Open-RAN sowie die voneinander getrennten Software- und Hardware-Elemente („Disaggregation“) der einzelnen Hersteller harmonisch miteinander funktionieren. 

VIAVI engagiert sich in den Arbeits- und Fokusgruppen der O-RAN ALLIANCE, die die Spezifikationen für Interoperabilitätstests, für den Ende-zu-Ende(E2E)-Testrahmen, das offene Fronthaul und den xHaul-Transport erarbeiten sowie die Plugfest-Veranstaltungen durchführen. Außerdem ist VIAVI Mitglied der Test & Integration Focus Group (TIFG).

Die von der O-RAN ALLIANCE eingeführte O-RAN-Referenzarchitektur orientiert sich an der RAN-Infrastruktur der nächsten Generation mit einem virtualisierten RAN auf offener Hardware und künstlicher Intelligenz (AI) der Funksteuerungsfunktion (RCF).

Die Funktionsmodule der O-RAN-Architektur umfassen die Nicht-Echtzeitschicht des RAN Intelligent Controllers (Non-RT-RIC) für das Policy-Management, die Analyse und weitere Abläufe, sowie dessen echtzeitnahe Schicht (Near-RT RIC) für zeitkritische Funktionen, wie Lastverteilung, Handover und Erkennen von Störeinflüssen. Durch die Integration dieser Schichten profitiert die echtzeitnahe RIC-Schicht von den intelligent angelernten Modulen und den Echtzeit-Steuerungsfunktionen der Nicht-Echtzeitschicht.

Der Protokoll-Stack der zentralen Einheit (Centralised Unit, CU) für mehrere Funkzugangstechnologien (Radio Access Technology, RAT) ist auf einer Virtualisierungsplattform implementiert und verarbeitet die Protokolle von 4G oder 5G. Gleichzeitig gewährleistet er unter anderem die Sicherheitsisolation und die Zuteilung virtueller Ressourcen. Die Open Radio Unit (O-RU) und die Open Distributed Unit (O-DU) werden über eine O-RAN Fronthaul-Schnittstelle mit einer definierten Funktionsaufteilung (Lower Level Split, LLS) integriert, die die Transportprotokolle eCPRI und RoE unterstützt. Die weitere Festlegung und Standardisierung dieser Schnittstellen wird die Interoperabilität, den Wettbewerb und die Innovation in der O-RAN-Lieferkette fördern.

Das O-RAN im 5G-Netz

Die Trennung der Hard- und Software-Komponenten, die als „Disaggregation“ bezeichnet wird, ist die Voraussetzung für die Bereitstellung von 5G-Netzen sowie für deren Weiterentwicklung. Sie versetzt die Mobilfunknetzbetreiber in die Lage, das RAN-Netz zu öffnen („Open-RAN“, O-RAN) und anbieterunabhängige („Multivendor“, MV) Lösungen zu nutzen. Das Open-RAN bietet neue Möglichkeiten, das RAN kundenspezifisch anzupassen und flexibel zu gestalten, was die Vielseitigkeit der Anwendungsfälle und Anforderungen von 5G fördert.

Indem die Eintrittsschwelle für neue Anbieter im Ökosystem des 5G O-RAN gesenkt wird, kann das Innovationspotenzial, das benötigt wird, um den rasant wachsenden Anforderungen der Kunden zu entsprechen, in vollem Umfang ausgeschöpft werden. So werden die Netzbetreiber in die Lage versetzt, die branchenweit besten Komponenten für ihr jeweiliges Anwendungsprofil im Netzwerk zu nutzen. Damit ist es möglich, die Entwicklungszyklen zu verkürzen, weil einzelne Teile des Netzwerks getrennt voneinander entwickelt werden können und gleichzeitig eine größere kollektive Innovationskraft zur Verfügung steht.

Bereits frühere RAN-Innovationen, wie Cloud-RAN (cRAN), haben den Netzbetreibern erlaubt, die Effizienz ihrer Abläufe zu erhöhen, wobei sie jedoch immer noch von einzelnen Geräte-Anbietern abhängig blieben. Mit dem neuen offenen, anbieterunabhängigen RAN-Ökosystem führt das O-RAN cloudbasierte Kostenvorteile und den Wettbewerb in das RAN ein. In Verbindung mit einer elastischeren und flexibleren RAN-Architektur, die mit der Virtualisierung bereits Gestalt annimmt, ermöglichen die Kräfte des Marktes eine weitaus schnellere Produkteinführung als je zuvor.

Mit der Abkehr von einem anbieterspezifischen RAN-Konzept können die Netzbetreiber flexibler agieren. Darüber hinaus werden die „versteckten Kennwerte“ vermieden, die dazu führen, dass sie bei allen Aspekten der Implementierung und Optimierung weiter von einem spezifischen Anbieter anhängig bleiben.

Der sich mit den neuen Marktteilnehmern verstärkende Wettbewerb und die damit verbundene größere Vielfalt können die Gerätekosten im O-RAN senken. Auch ist es möglich, die vorteilhafte Interoperabilität zwischen den Netzbetreibern im Open-RAN zu nutzen, um die Effizienz bestehender LTE-Netze zu erhöhen, da diese weiterhin die Virtualisierung und Disaggregation, die für die Bereitstellung des 5G RAN unverzichtbar sind, implementieren. 

Um in einem offenen Multivendor-Ökosystem eine nahtlose Interoperabilität zu gewährleisten, müssen neue Herausforderungen an das Testen, das Management und die Integration bewältigt werden. Dieses Ziel ist ohne enge Kooperation und große Sorgfalt nicht realisierbar. Beim Modell mit nur einem Anbieter liegt die Verantwortung auf der Hand und die Problemeingrenzung und Fehlerbehebung sind über eine festgelegte Befehlsstruktur geregelt.

Bei mehreren Anbietern könnte es dagegen problematisch werden, denjenigen ausfindig zu machen, der wirklich für die Störung verantwortlich ist, wenn die eigentliche Fehlerursache nicht genau ermittelt werden kann. Die gleichen Komplikationen könnten bei der Durchsetzung der Fristen für die Produkteinführung und beim Umsatzwachstum entstehen, da die Leitungs- und Abstimmungsverantwortung über mehrere verschiedene O-RAN-Beteiligte verteilt und damit verwässert wird.

Das verlockende Open-RAN-Konzept der flexiblen Interoperabilität bringt auch Herausforderungen für Test und Integration mit sich. Um die vom O-RAN versprochene Senkung der Betriebskosten (OPEX) und Gesamteinsatzkosten (TCO) zu erreichen, müssen die Netzbetreiber für einzelne, von mehreren Anbietern stammende Elemente die Verantwortung übernehmen und sicherstellen, dass sie problemlos miteinander funktionieren, um die geforderte Erlebnisqualität (QoE) einzuhalten.

Während das Open-RAN Dutzenden neuen Akteuren den Zutritt erleichtern möchte, legen sowohl die O-RAN ALLIANCE als auch die OpenRAN-Gruppe den Schwerpunkt auf die Interoperabilität. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde in Berlin das gemeinsame „Open Test and Integration Center“ (OTIC) für die kommerzielle Open-RAN-Entwicklung sowie für Interoperabilitätstests gegründet. Die von Netzbetreibern angeführte OTIC-Initiative profitiert von der Unterstützung globaler Telekommunikationsorganisationen, die sich der Verifizierung, der Validierung und der Integrationsprüfung disaggregierter RAN-Komponenten verschrieben haben. 

Das OTIC-Labor stellt eine strukturierte Umgebung mit gemeinsamen Testplattformen und Verfahren zur Verfügung, die Software-Entwickler, Gerätehersteller und Systemintegratoren in die Lage versetzen, die funktionale Einhaltung der Spezifikationen der O-RAN ALLIANCE zu überprüfen. So ist es möglich, die Interoperabilität disaggregierter Elemente der 5G-Zugangsinfrastruktur vor der Bereitstellung der Netze in vollem Umfang zu bestätigen. Zurzeit werden weltweit weitere OTIC-Labore geplant und eröffnet. VIAVI fühlt sich auch in Zukunft den anbieterneutralen Interoperabilitätstests im Rahmen der von der O-RAN ALLIANCE angeführten Initiativen verpflichtet.

Die Übernahme der Fronthaul-Spezifikationen der O-RAN ALLIANCE, die Entwicklung von O-RAN-konformen Testverfahren für das RAN und den Fronthaul sowie der Aufbau vielfältiger Partnerschaften in den Arbeitsgruppen der Branche sind Ausdruck des vielseitigen Engagements von VIAVI für die Entwicklung und Bereitstellung des O-RAN. Die Förderung von Methoden für Interoperabilitätstests, die die integrierte Testabhängigkeit weitestgehend verringern, ist eine Voraussetzung, um die Kosten der installierten Netzinfrastruktur unter Kontrolle zu halten. Darin eingeschlossen ist die Entwicklung von Methoden zur Bewertung der Open-RAN-Leistung im Feld.

Im Rahmen der Multivendor-Interoperabilitätstests (MV-IOT) stellt sich VIAVI den Ende-zu-Ende-Herausforderungen (E2E), indem wir unsere Partner bei der Entwicklung von Prüf- und Messtechnik für das O-RAN, für das Labor und den Feldeinsatz unterstützen. Dazu gehören Wraparound-Tests der Komponenten, die Bewertung der Kopplung (Pairing) von Geräten unterschiedlicher Anbieter, um die Funktion, Leistung Robustheit und Ausfallsicherheit bestimmter Kombinationen zu prüfen, sowie das Testen der Einhaltung der Protokolle durch die offenen Schnittstellen. Die ganzheitliche Bewertung mehrerer Geräte-Kombinationen sowie die Tests auf Systemebene (SLT) sind für den Erfolg und die Einhaltung der O-RAN-Spezifikationen unverzichtbar. 

Als führender Anbieter von Mess- und Prüftechnik für O-RAN-Anwendungen entwickelt VIAVI sein E2E-O-RAN-Portfolio mit großem Engagement weiter. Dazu gehören robuste Testlösungen für Geräte, Antennen und das Kernnetz (Core), die den gesamten O-RAN-Lebenszyklus umfassen. Ein lückenloser O-RAN-Testprozess muss gewährleisten, dass jedes einzelne Element und alle Kombinationen in jeder Richtung überprüft werden.

Validierung: Der branchenführende Netzwerktester TM500 wurde mit dem Ziel entwickelt, das Nutzererlebnis (User Experience, UE) zu überprüfen, indem er Tausende Mobilgeräte über mehrere Zellen und Funkzugangstechnologien (RAT) hinweg emuliert. Der TM500 bewältigt die Herausforderungen der anbieterunabhängigen O-RAN-Architektur, da er eine Testplattform zur Verfügung stellt, die unabhängig von der Disaggregation des Netzes funktioniert.

Der 5G Core-Emulator TeraVM ist für Leistungstests im RAN und Kern (Core) von 5G-Netzen unverzichtbar.

Verifizierung: Der MTS-5800 ist der branchenweit kleinste, universelle Dual-Port-Handtester für 100G. Heute bietet er sich zunehmend an, um neue Technologien wie 5G und O-RAN einzuführen. Der MTS-5800 überprüft den O-RAN-Status und kann Störungen auf hoher Ebene zwischen O-DU (Open Distributed Unit) und O-RU (Open Radio Unit) identifizieren. Die integrierte oder extern eingesetzte Anwendung Wireshark ermöglicht die Aufzeichnung und Filterung von Datenpaketen an dieser Schnittstelle und unterstützt damit die anspruchsvolle Fehlerdiagnose und -analyse.

Um die erfolgreiche Bereitstellung des 5G O-RAN zu validieren, muss die Funkleistung getestet werden. Dazu gehören die Überprüfung der Beamforming-Leistungswerte und der Konformität der Funkmodule, die Messung der Sendeleistung sowie die Kontrolle der Modulationsqualität im Downlink (DL). Der CellAdvisor 5G ist eine umfassende portable RAN-Testlösung mit einem vielfältigen und mühelos erweiterbaren Funktionsspektrum für die anspruchsvolle Bereitstellung und Zertifizierung von 5G und O-RAN. Er bietet 5G-Streckenkarten zur Kontrolle der 5G-Netzabdeckung und erstellt auf einfachen Tastendruck aussagekräftige Testberichte.

Die Komplexität des O-RAN-Ökosystems erhöht sich weiter, wenn die Funktionen des Near-RT RIC von einem Mix verschiedener Anwendungen, sogenannter „xApps“, umgesetzt werden. Da diese xApps von unterschiedlichen Anbietern stammen können, müssen sich die Netzbetreiber sicher sein, dass sie über alle Phasen des Produktlebenszyklus, angefangen bei der Sandbox-Entwicklungsumgebung bis zur Sicherstellung (Assurance) des Netzwerkbetriebs, einwandfrei funktionieren. Die aus verschiedenen Quellen stammenden xApps müssen unabhängig davon, ob sie eigenständig oder in der Gruppe mit anderen xApps eingesetzt werden, kohärent und kompatibel zusammenwirken, um das gewünschte Ziel zu erreichen. In diesem Zusammenhang ist zu überprüfen, ob die kombinierten, heterogenen xApps in der Lage sind, die Regeln des betreffenden Netzbetreibers im gesamten Netz durchzusetzen. Hierbei gilt es, die verschiedenartigen Kunden zu berücksichtigen, die das im Netzwerk angebotene Dienstespektrum über mehre Network-Slices hinweg und in einem entsprechenden Set von Mobilitätsprofilen nutzen. Da diese Funktionalität zudem in dem geplanten Größenmaßstab zu valideren ist, bietet sich das Ende-zu-Ende-Mobilfunknetz-Testpaket von VIAVI für diesen Anwendungsfall an.

Transparenz: Die Plattform NITRO von VIAVI gewährleistet eine lückenlose Transparenz! mit umfassenden Einblicken in das Netzwerk, wobei die gesamte Breite des Funk-, RAN-, Transport- und Kernnetzes berücksichtigt wird. Mithilfe dieser lückenlosen Daten zur Netzwerkleistung kommt die Stärke der autonomen Netzsteuerungssysteme insbesondere dann zum Tragen, wenn Eingriffe der Netzwerktechniker erforderlich sind und Störungen schnellstmöglich behoben werden können. Dieses Anforderungsprofil variiert, wenn sich die räumliche Dynamik der im Umfeld des Netzwerks nachgefragten Dienste ändert. Und da die Nachfrage nach verschiedenen Kombinationen von Diensten mit neuartigen Mobilitätsprofilen das Ressourcen-Management bis an dessen Leistungsgrenze und darüber hinaus belastet, ist es möglich, neue, extreme Fehler zu erkennen, die über den Testumfang in der Planungsphase hinausgehen.  Alle diese Anforderungen bedeuten, dass das Monitoring- und Assurance-System einen umfassenderen Überblick über das Netzwerk geben muss, sodass detailliertere Analysen alle Störungen erkennen, die Fehlerursache eingrenzen und eine optimale Behebung ermöglichen.

Die Dynamik des O-RAN als logischer Ergänzung der Disaggregation und Innovation von 5G erhöht sich weiter. Mit seiner aktiven Mitarbeit in den interdisziplinären Telekommunikationsforen fördert VIAVI die Einführung von O-RAN-Netzen der nächsten Generation. Das jährliche O-RAN ALLIANCE Plugfest und das Spitzentreffen des Telecom Infrastructure Project (TIP) sind nur zwei Beispiele für den Grad der Zusammenarbeit, der möglich wird, wenn Serviceprovider, Technologie-Entwickler, Systemintegratoren und führende Anbieter von Testlösungen ihre Ressourcen und ihr Knowhow bündeln. 

Diese Workshops, Spitzentreffen und Konferenzen sind wichtige Foren, auf denen weitere Innovationen, wie das virtuelle RAN (vRAN) diskutiert werden können. Das bei der Bereitstellung des vRAN verfolgte Software-Konzept der Continuous Integration/Continuous Delivery (CI/CD) resultiert aus dem internationalen Schwerpunkt, den die Telekombranche auf die verantwortungsbewusste Entwicklung des E2E-RAN legt. Diese vertrauensvolle Zusammenarbeit und offene Kommunikation ermöglichen, die Herausforderungen, mit denen die O-RAN ALLIANCE konfrontiert ist, zu bewältigen und die Vorteile dieser neuen Technologie in vollem Umfang zu nutzen.

O-RAN und TIP OpenRAN

Um die Dynamik und die Bestrebungen der O-RAN ALLIANCE an das OpenRAN des TIP anzupassen und unnötige Dopplungen von Maßnahmen weitestgehend zu vermeiden, haben beide Organisationen die Zusammenarbeit vereinbart. Obgleich das TIP die O-RAN Spezifikationen weiterhin unberührt, erleichtert diese Vereinbarung die Kooperation und gemeinsame Lösungen, die die Stärken beider Gruppen kombinieren. Da sich der technische Lenkungsausschuss der O-RAN ALLIANCE eindeutig zur Weiterentwicklung der Spezifikationen bekannt hat, kann sich die OpenRAN-Gruppe weiter auf die Entwicklung von praktischen Strategien für disaggregierte Infrastrukturen in der Telekommunikation für vielfältige Umgebungen konzentrieren.

Die Open RAN Policy Coalition

Die Open RAN Policy Coalition wurde gegründet, um Richtlinien für die Entwicklung und Einführung von offenen und interoperablen RAN-Lösungen zu fördern. Zu den 31 Gründungsmitgliedern dieser Organisation gehören viele der weltweit größten und einflussreichsten Anbieter von Telekommunikation, Cloud-Computing und Netzwerktechnologien.

Die Open RAN Policy Coalition hat bekanntgegeben, dass sie sich der globalen Implementierung verschrieben hat. Allerdings liegt anfangs der Schwerpunkt darauf, die Gesetzgeber und politisch Verantwortlichen in den USA über die Bedeutung des Open-RAN-Prinzips, insbesondere für die 5G RAN-Architektur, zu informieren. Die Unterstützung der Regierung für ein offenes und interoperables RAN-Ökosystem wird die funktionsübergreifende Zusammenarbeit in der Industrie im weltweiten Maßstab beschleunigen und gleichzeitig ein Wettbewerbsumfeld schaffen, das die Diversität unter den Anbietern fördert. Eine derartige Unterstützung wird auch die Dynamik unverzichtbarer Forschungs- und Entwicklungsprojekte für die Open-RAN-Technologie steigern.