随着技术的不断变迁，专有无线接入网络的时代正在逐渐消失。运营商希望能在降低成本的同时增加灵活性，其需要易于部署且经济实惠的网络和网络组件，这也导致整个行业从4g专用硬件和专有软件开始转向安装在cots硬件平台上的开放软件栈。
随着技术的不断变迁，专有无线接入网络的时代正在逐渐消失。运营商希望能在降低成本的同时增加灵活性，其需要易于部署且经济实惠的网络和网络组件，这也导致整个行业从4g专用硬件和专有软件开始转向安装在cots硬件平台上的开放软件栈。
4g的专有组件
从核心网和ran的角度来看待无线网络的话，核心网包括骨干网、城域网和区域网(图1)。早期，网络使用固定交换机和路由器来传输数据，如今核心网在ran的边缘聚合数据，ran将聚合的数据传输到无线电塔。
4g网络在1ghz至4ghz的频带上运行，每座发射塔都配备了一个基带单元(bbu)，从核心网收集数据，并将其传送到远程无线电单元(rru)。
4g在很大程度上是通过运行专有软件栈的自定义硬件来实现的，这种方法对于4g网络来说是可以接受的，但是考虑到5g以及所需成本，运营商已经着手开发开源解决方案。5g的目标是可互换的cots arm或运行开源软件栈的x86服务器。
5g网络
5g网络与4g lte有本质上的不同，频段上，5g覆盖了从6ghz到300ghz的频段。由于频率越高，信号传播过程中的衰减也越大，所以5g网络的基站密度将更高。
5g将4g bbu拆分为无线单元(ru)、分布式单元(du)和集中式单元(cu)(图2)。解耦这些功能为运营商带来了很大的灵活性，因为它们可以根据需要将ru、du和cu部署在不同的位置，例如，要求低边缘延迟的网络可以将ru、cu和du一起部署在边缘，这将最大限度地提高远端连接用户应用程序的性能。另外，一个du可以为多个ru提供服务，从而降低了网络成本，同时在可接受的最大延迟范围内提供了足够的性能。针对不同的市场和地区，运营商可以部署不同的架构。
下图更深入地展示了5g网络的硬件和互连。
5g ru包含一个rf发射器和一个lo phy模块，通常作为一个为数据包管理优化的fpga或asic实现，它可以提供小于1毫秒的延迟，ru和du之间就是前传。
du的无线数据包通过前传链路与ru进行往返传输。du的主要组成部分是无线链路控制器(rlc)、媒体访问控制器(mac)和hi phy。mac集成了与rlc通信的软件和与phy通信的硬件模块。它可以整合诸如gpu或fpga之类的硬件加速器，并且可以在延迟小于5毫秒的情况下运行。du通过f1中传接口连接到cu 。一个du cots实现将包括一个带有硬件加速pcie卡的服务器机箱和一个开源的mac/rlc栈。
cu由一个控制平面(cp)和一个用户平面(up)组成。该配置与lte类似，使得5g网络与4g lte网络的集成整合更加容易，另外它还为5g ran配置提供了灵活性。cp和up作为cu的一部分连接在cu box 中，它们可以以大约10毫秒的延迟运行。
ran智能控制器(ric)位于cu的上游，该功能将无线网络虚拟化为一系列可由上游核心控制器访问的功能。
向开放的转变
ru、du和cu包含sdn或虚拟ran(vran)所需的所有功能和接口。但是，核心的网络编排和自动化层确实需要软件来管理流程。lte网络通过专有的硬件和软件来管理此任务。由于5g的成本限制，运营商开始寻找利用cots硬件的标准化开源方案。于是，出现了这几个关键的开源项目：akraino edge stack、o-ran联盟、onap和ocp，另外近期也新成立了一个组织叫openran政策联盟。
akraino edge stack
akraino edge stack于推出，专注于为网络边缘开发开放式软件栈，现已成为lf edge计划的一部分。该组织强调模块化设计，支持软件组件的重用。这些堆栈被称为akraino蓝图，服务于边缘云基础架构的各个子集，包括企业边缘、over-the-top-edge、供应商边缘和运营商边缘。当安装在“裸机”服务器上时，该蓝图将机器转换为特定于应用程序的设备。
akraino致力于打造可加速ran部署的5g电信设备，目前正在开发多个运营商的蓝图。该组织最近发布了akraino无线电边缘云(rec)蓝图，为管理、编排和自动化层提供了与vran交互的基本组件。
rec在linux centos发行版上运行，与管理和监视软件一起工作，这些软件包含在kubernetes中并由kubernetes管理。堆栈将裸机服务器虚拟化，以便将其抽象为软件服务。上层控制层可以调用这些api，从而使其能够与网络层的数据平面进行交互。
o-ran联盟
o-ran联盟致力于实现一个开放、智能的ran。联盟正在开发开放式虚拟化网络元素，如开放式du和开放式cu。与akraino一样，重点在于构建可重用和标准化的模块化参考设计。这种方法不仅加快了集成和部署的速度，而且还使开发人员可以跳过编写通用功能的代码块，从而使他们腾出时间进行创新。
o-ran的工作与akraino蓝图的开发紧密相关，其思想是akraino的蓝图对硬件层进行抽象，然后o-ran / onap软件栈在该层之上运行并与api进行交互(图4)。
o-ran解决的关键软件开发之一是ran智能控制器(ric)，ric在5g核心的ran控制器与接入网之间提供了接口，从而实现了策略驱动的闭环自动化。ric是将ru、du和cu转换为vran的接口部件，可提供更快、更敏捷的服务部署和可编程性。
ric与cu位于同一位置，它通过回程连接到核心网的编排和自动化堆栈，并通过中传连接到cu和du。它将运行在akraino rec的蓝图之上，该蓝图经过优化以最大程度地减少了ric和du / cu之间的延迟(图5)。akraino rec与位于核心网边缘的区域控制器集成在一起，可将rec全自动部署到边缘站点。
onap
5g网络将支持各种截然不同需求的应用程序。例如，移动设备上的流媒体视频对延迟没有很大的需求，但可能需要具有很高的移动性;智能工厂不会移动，但要求尽可能低的延迟;自动驾驶汽车面临着超高可靠性和超低延迟的双重挑战。当然还有一些其他的因素，包括带宽和成本等。有效地服务于这些多样化的应用程序需要虚拟化网络的能力，这样网络就可以作为网络切片的集合，每个网络切片都可以动态地重新配置，以提供每个应用程序所需的服务质量。
到目前为止讨论的构建块提供了一种创建网络切片的方法，但是它们需要一个位于核心的顶级控制结构来编排和管理服务。onap是linux基金会主办的一个开源网络项目，旨在解决这一需求。
onap对于5g部署至关重要，它支持网络服务的编排、自动化和端到端生命周期管理。它非常复杂且计算量很大，仅运行一个onap实例就需要140个内核和140 gb的ram。onap与ran的接口如图6所示。
ocp
在网络世界中创建互操作性需要标准化外形尺寸和接口。ocp的启动就是为了建立硬件规范来实现这一标准化。ocp即将推出的规范之一是openedge机箱(图7)。其低功耗要求和处理密度都针对电信和边缘应用进行了优化。
openran政策联盟
近日，31个国外知名运营商和技术公司在美国成立了open ran政策联盟(openran policy coalition)，推广开放概念ran。
open ran政策联盟的成员包括at&t、亚马逊网络服务、facebook、谷歌、ibm、英特尔、微软、高通、乐天移动、三星电子美国、telefonica、verizon和沃达丰等。
open ran政策联盟的目标是为其他致力于技术标准的open ran组织(例如o-ran联盟和tip项目)提供以政策为中心的支持。
5g有望带来巨大的性能提升，从根本上改变全球通信，为电信运营商提供了创造新市场和消费者服务的机会。为了在5g中取得成功，运营商需要改进网络设备，使其具有灵活性、低成本和快速的上市时间。开放的5g硬件和软件可以帮助其实现这些目标。