6G服务化RAN白皮书2.0

(2023年)中国移动中国移动5G核心网革命性地将服务化架构作为网络基础架构，实现了6G将在5G的基础上，围绕“领域拓展、机制深化、要素扩展”三个维度，开 (2023)》作为《6G服务化RAN白皮书(2022)》[1]的继承与延续，旨在分享服务化RAN最新的研究思路，包括服务化RAN的定义、架构模式、设计思 3.1云化RAN与云原生RAN 33.2微服务架构与基于服务的架构 4 43.2.2服务化RAN的架构模式 63.3服务化RAN的定义 7 4.1服务化RAN演进路线 84.2RAN控制面服务化 9 94.2.2RAN基本方案 4.2.3RAN与CN联合设计 114.2.4RAN与UE之间的交互 4.3RAN用户面服务化 15 19 中国移动中国移动1拟化、云原生化转型已是必然趋势，云原生RAN也得到了全球运营商的广泛青睐。云原生RAN有助于运营商构建高成本效益、高运营效率、绿色、全自动化与其他云原生架构相似，容器化、微服务架构Kubernetes采用的唯一架构模式，因此先将面向云原生设计原则进行功能改造的RAN称为服务化RAN,在第三章中将给出服务化RAN的定义以及采用架构模式的建议。具体地，服务化RAN/云原生RAN的驱动力大致可以包括使能6G网络与赋好赋能行业应用。通过SBI直接开放可以避免过多的P2P接口定义及不必要的(如RIM/SON配置)。虽然通过定义P2P接口也可以实现RAN与这些功能之和服务时定义过多的P2P接口以及P2P接口建链复杂等问题。此外，基于SBI似的RAN信息服务，以便于提升各维度的QoS中国移动中国移动2署、使用简便、算力按需扩展、二次开发定制。5G单体基站架构面向2C进行设计，不可能同时满足这些需求，如果依然沿用5G的研发思路，行业应用的痛点问题必然得不到解决。服务化RAN因其具备弹性扩缩、按需组合、敏全息通信等6G典型业务，可以在RAN处理过程中引入第三方视频帧帧调速服敏捷性和便捷性已获得电信行业的广泛关注，已初步引入到5G核心网、并在逐杂度终端(例如零功耗终端),基于无状态管理模式或者弱状态管理将更有助于能的快速迭代演进，满足市场需求。从功BBU单位开展标准化工作，软件更新时间最短需要中国移动中国移动3服务化RAN最重要的特征是敏捷部署与按需服务，其价值在于提升网络的信网络场景，迅速适应网络需求的变化，同时服务化RAN可以智能地管理和优核心观点：云原生(计算)是云计算的再升级。微服务架构MSA重构是云原生(计算)相比云计算的核心区别之一，也是未来云原生RAN相比于现阶段营支出项，在总拥有成本(TCO)中的份额正在从45%-50%上升到65%;同时中国移动中国移动4高利用率，从而帮助运营商最大程度地减少CAPEX和OPEX,此外，将RAN现阶段的云化RAN更多的是基于云原生技术的实现，通过容器编排等技术Re-platform模式)并没有重构RAN软件架构，只是对集中式单元CU软件进行重构(即Re-build模式)并充分考虑云原生设计原则(如微服务设计模式、存储状态分离等),即实现云原生RAN设计，才能充分利用云原生基础设SOA、MSA、SBA是三种常见的分布式如表1所示，从IT领域发展路径来看，面向服务的架构设计经历了从SOA中国移动中国移动5到第一代MSA、第二代MSA、再到现阶段的第三代MSA的演变，正在朝着基作是单体架构和MSA的折中，是一种混合架构风格[7],服务划分的粒度相比微服务更粗。服务在SBA中与在MSA中遵循相同的设计原则(基于领域驱动的限界上下文),区别是SBA中的服务依赖同一个关系型数据库。因此，SBA通常可以看作是MSA改造的第一步，当然也可以看作是系统架构改造的最终目标。SBA相比MSA有两个核心区别特征：一是SBA允许多个服务间共享同一个单体数据库，降低了MSA中的一个复杂度数据库级别的隔离，使得SBA在架构上既有单体架构的特点，也有分布式架构的特点；二是SBA不允许服务间通信，这与MSA有本质的区别[8]。5GCRel-15SBA主要参考第二代MSA进行设计，引入NRF实现服务的注册与发现；Rel-16SBA参考第三代MSA引入服务通信代理SCP,并设计了间接通信机制。整体来讲，SBA是随着MSA的演进而迭代发展的。随着第四代MSA的出现，SBA也可能需要做适应性改造，以更好利用云原生平台优势。者11目的系统复用问题，提升架构灵活性、扩展性之间的连接，转换，以及中介处理能力守单一责任原则yPrinciple);服务注册与发现；ServiceMesh(服务网格)出里的微服务基础能力被进一6每个服务可独立部署和交付，大大提升业务敏捷性；问题IT系统架构未改变，导致大量服务集成的法保证业务敏捷、架随着服务框架内功能日困难，这也就意味着微定在某种特定语言上，从而违背了微服务的敏损失性能(增加两跳)业务逻辑与服务治理逻辑又耦合在一起在中的应用核心观点：服务化RAN(至少)初期将采用SBA架构模式，功能上采用务会增加由于前向兼容性带来的系统复杂度，因此RAN软件架构改造初期合关系，服务化RAN改造初期也可以先采用数据共享模式，类似5GCSBA的中国移动中国移动7需要考虑NF之间的上下文拆分即可。数45GCSBA改造通过两步实现：第一步是功能重构、软件化，将4G的“网元”重构为5G的"网络功能",实现软件定义的网络功能和连接。第二步是服务的设计，借鉴SOA、微服务等理念，面向云原生定义基于API接口调用的网络功能服务NFservice[11]。CN网元是面向特定功能的，因此第一步对网络功能进行"高功能且功能之间紧耦合，先拆分NF并不一定适用于RAN。因此在做RAN服务化时，可以考虑先定义服务，再基于服务之间的紧密程度、上下文耦合性等，将服务聚合为NF,而无需一定要像5GC一样采用相同的改造步骤。核心观点：6G服务化RAN,旨在基于云原生思想，将传统集成单体基站功能解耦为网络功能与服务，通过服务化接口实现功能服务之间的交互与能力开放，以按需组合的方式提供更灵活、更精简的网络服务能力，助力提升网络对全行业的适应能力。服务化RAN的研究一定是顺应技术发展趋势，并随着云原生技术生态的演进而迭代优化。但服务化RAN不仅仅是技术驱动，其价值更在于提升网络对全行业全应用的适应能力，尤其是满足行业应用功能定制、成本可控、敏捷部署、按需扩展、快速迭代等需求。整体上，服务化RAN主要包括如下四个技术特征：特征1:功能解耦。只有构建高内聚松耦合的服务，才能最大限度实现功能复用、并发挥云原生平台优势，所以功能解耦是实现服务化RAN的必要步骤；特征2:按需组合，是服务化RAN的核心价值所在。通过按需组合必要的功能服务，满足运营商及客户定制化、成本可控、灵活适配、敏捷响应的需求；中国移动中国移动8第一阶段：接口服务化，便于RAN能力开放选项1:部分N2第一阶段：接口服务化，便于RAN能力开放选项1:部分N2接口服务化选项2:N2接口全服务化特征3:能力开放，是服务化RAN提供的基本能力。特征4:服务化接口，通过API访问特定网络功能提供的服务。在接口服务化阶段，又可以分为N2接口部分服务化(选项1)和N2接口全服务化(选项2)两个选项。两个选项可能是分阶段演进关系，例如从选项1演进到选项2,也可能是并列选择关系。选项1主要面向RAN能力开放场景，因此至少需要定义一个RAN能力开放服务，由此CNNF(如NWDAF)可以直接调用该服务获取RAN的信息。如果想实现RANNF与CNNF之间的直接服务调化及按需组合才能真正发挥服务化的价值。这一阶段又可以分为针对传RAN功能的服务化(选项3)和针对新增DOICT能力的服务化(选项4)。两个选项可以独立设计、融合发展。在选项3的设计过程中，不仅需要考虑RAN能力如第二阶段：功能服务化，使能按需组合第二阶段：功能服务化，使能按需组合选项3:传统RAN功能的服务化C选项4:新增网络能力的服务化w图2:服务化RAN演进路线中国移动中国移动9CMIT领域常用的两种服务分解主要模式是按领域驱动设计DDD(DomainRAN控制面的业务能力主要体现在接口交互上。以CU-CP为例，其对外交NG-C及XN-C接口能力相关的服务定义，因为E1/F1-C接口能力的改造不仅仅ArCuCPuCPwU图3:RAN控制面服务化设计思路服务(即NFservice):会话管理服务、连接与移动性管理服务、消息传输服务、性管理功能);会话管理服务及会话相关的开放服务关联到另一个NF,如RSMF中国移动中国移动boadat务图4:RAN控制面服务定义无状态是服务化设计的一项基本原则。在RAN层面，最直接的影响是需要引入一个类似UDM的状态数据存储服务，由此相同服务的实例通过状态数据存储服务可实现状态同步，即所谓的业务逻辑与状态上下文之间的分离。该状态数据存储服务的引入，将对RAN基本流程带来一些影响，包括切换、状态转换等。图5:基于状态服务的切换流程示意例如，切换是一个缓慢发生的过程，而不是从一个接入点直接将状态和路径切换到另外一个接入点。通过在多个服务路径间实现数据分流，网络与用户的状态信息通过无状态服务实现同步，由此可实现终端无感切换。中国移动中国移动由浅入深可以包括协同优化(阶段一)与融合贯通(阶段二)两个阶段。该阶段可以实现RAN与所有CNNFs的直接交互，而无需AMF转发，由此NAS消息无关的信令交互，如RAN/UE将数据上报NWDAF;另一类是与NAS针对第一类场景。相比5G,服务化RAN与CN的主要变化是RAN需要定义一个能力开放服务，并通过SBI直接将UE无关的信息开放给CNNF。等消息的不必要AMF转发，需要对NAS模型进行适应性修改。新协议模型将突破NAS消息间的依赖关系，使能NAS消息直接转发到对应的CNNF。MrMrNa1uWwhptwr6四4.3RAN用户面服务化关于用户面服务定义，可以从现有3GPP标准得到一些启示。以PDCP为例，TS38.323除了明确PDCP具备的功能，还给出了其向上层提供的“服务”(即传输控制面数据服务、传输用户面数据服务、头压缩服务、上行数据压缩服务、加密服务、完整性保护)、以及希望下层提供的“服务”(即RLC层确认的数据传输服务、非确认的数据传输服务)。传输专用信令传镓控制面数据传输用户面数钢头压缩上行数据压增加密完整性保护按序通交TM数据传输UM数据传输AM数据传输，包活传输状志指示数据传输无线资源分配 整体来看，RAN用户面"服务"包括两类：一类是数据传输服务，与特定功能无关；另一类是功能相关，如头压缩服务。在RAN用户面服务化设计过程中，也可以参考类似的服务定义方式：选项1:仅定义数据传输服务具体数据传输服务如何实现取决于NF内部实现。为了满足差异化场景需求，数据传输服务可以进一步被细化为面向不同场景的服务，例如面向eMBB的数据传输服务1、面向uRLLC的数据传输服务2等。或者，针对不同场景需求分别定义服务操作(ServiceOperations)。服务2用户面NF图10:用户面服务定义选项1选项2:将不同数据处理功能定义为不同的网络功能服务可以包括基于ROHC的头压缩服务以及基于EHC的头压缩服务。用户面NF1图11:用户面服务定义选项2中国移动中国移动第2届固定日唯一固定的服务有关问题2:需费设计员活的包用户面服务编排需要基于系统任务统一编排结果、业务的QoS策略、定制化需求确定。整体上，服务编排可以通过集中编排和分散协作两种方式实现。集中编排由一个主要职责是编排工作流的服务完成；分散协作方式中没有编排者服务，工作流中的服务共同分担协调职责。编排方式1:集中编排对于选项1(面向不同应用场景定义不同的数据传输服务),集中编排可以由数据传输服务来实现，其基于编排策略逐一选择NF内部处理功能实现定制化的数据处理。对于选项2(将不同数据处理功能定义为不同的数据传输服务),需要借助具有编排服务的NF来完成服务功能链的串联。用户面NF数据传销酸务功能2功能1图12:选项1集中编排复用务图13:选项2集中编排中国移动中国移动处理效事理升多服务井行处理服务1服务3服务2服务4处理效事理升多服务井行处理服务1服务3服务2服务4局时执行编排方式2:分散协作对于选项1,需要提前将服务选择策略/编排策略下发给每个相关的处理功能(非标准定义的服务),这样处理功能可以基于特定标识直接完成下一功能的选择。类似地，对于选项2,策略需要提前告知每个相关的NF,以便于NF选择下用户面NF数据传输酸务基于标识确定基于标识确定图14:选项1处理功能之间的分散协作用户面NF32图15:选项2不同NF/NFservice之间的分散协作除灵活编排处理功能外，服务化RAN还可能具备如下两个新特征：新特征1:使能多服务并行处理行完整性保护、再执行加密、添加PDCP头的操作，考虑到加密对象主要是IP图16:多服务并行处理新特征2:允许服务级动态扩缩潮汐现象是网络中的常见的动态变化，在不同的空间中，网络中接入的用户数以及传输的数据量均会随着时间而变化。服务化RAN可监测网络中的潮汐变化情况，动态的部署或删除服务实例，实现服务级别的动态扩缩。如接入用户数增多，仅扩展控制面中用户管理相关的服务。下行数据量增大时仅需增加下行服务实例等。而非像现有5GDRB一样，只能实现承载级别的扩缩容。图17:服务级扩缩容2.灵活包格式不同于传统固定格式的包头，服务化RAN架构下的包头格式与处理链路上的服务相关，因此包头可能会包括两部分：公共部分与服务特定部分。在服务特定部分，只有该服务可以对该部分包数据进行修改。服务化RAN设计既要确保5G网络在未来可以平滑升级，也要满足6G业务新应用场景和挑战，提供整网的按需服务能力。一些关键问题需要拉通前后端提未来6G网络赋能各行各业的愿景，要求6G网络的设计满足能力开放、灵活、按需的需求。未来6G网络的设计需要对网络构成元素进行抽象，通过网络编排和AI智能的引入，满足各行业对网络通信服务、算力服务、数据服务、AI服务、安全服务的能力需求，达到业务通信能力按需组合，算力能力的按需分配，数据需求的按需存取，促进服务使能层的更加“开放”和“繁荣”。服务化RAN作为全域服务化的重要组成，同样需要在传统通信能力的基础上进一步扩展多维能力，面向低时延等特殊场景需求，将RAN的计算、数据、AI等能力打造成可对外提供的服务。此外，多维能力的引入也将赋能未来网络全服务化设计。例如，AI将降低网络功能原子化、微服务化带来的编排设计复杂性，实现在时变环境下网络服务与业务最优匹配，提升网络运行效率和用户体验。RAN服务化在初期阶段为了简化分析，可参考核心网现有SBA模式拆分为多个NFservice,NFservice归属于特定的NF,通过NRF进行服务注册/发现。但是该模式下NF需要实现较多的通用事务处理，如配置管理、备份容灾、负载调度等。虽然Rel-16定义的NFset、SCP等特性在一定程度上缓解了NF的实现复杂度，但没有彻底解决问题，需要考虑继续演进，图19为可能的一种演进思需把多个NFs自由组合为NF,多个NF形成自治域，多个自治域分级组合形成理OotionASCPNRF合并后件为网结+白能力提供服务管理和调度统一入口W的通用事务也由网络平台提供NFNFNFNF44中国移动中国移动服务化RAN可以满足不同应用部署场景对网络的敏捷性、灵活性和可扩展卡实现PDCP层业务加解密操作。因此在服务化RAN设计中需要考虑软硬联合优化。整体解决思路是在RAN服务定义基础上，基于服务化接口理念通过关键方式1:通用接口添加专有插卡方式2:RAN网元架构之间接口的标准化服务化RAN设计需要