:2023年6G服务化RAN白皮书2.

6G服务化RAN白皮书 （2023年） 中国移动通信集团有限公司 编制单位：中移智库、中国移动通信研究院、中国电信股份有限公司研究院、中国联合网络通信有限公司研究院、中信科移动通信技术股份有限公司、亚信科技（中国）有限公司、联想研究院、中国科学院计算技术研究所、北京邮电大学、中关村泛联移动通信技术创新应用研究院 前言 5G核心网革命性地将服务化架构作为网络基础架构，实现了网络功能的可独立扩容、独立演进、按需部署，并在持续推动服务化功能与框架的增强与优化。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，开展全服务化设计。领域拓展方面，服务化机制将向无线接入网扩展，从接口服务化向功能服务化分阶段展开；机制深化方面，将在现有5G服务化基础上，进一步探索服务解耦和服务调用效率提升；要素扩展方面，进一步引入AI、计算、数据等要素，推动DOICT的深度融合。 服务化RAN是实现全服务化设计的关键。中国移动、中国电信、中国联通、中信科移动、亚信科技、联想、中科院计算所、北京邮电大学、中关村创新院一直在积极推动业界对服务化RAN的研究与思考，《6G服务化RAN白皮书2.0 （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、设计思路、端到端流程等，供业界同仁参考。 目录 一、服务化RAN是实现云原生RAN的关键1 二、服务化RAN应用场景3 三、服务化RAN相关概念及定义3 3.1云化RAN与云原生RAN3 3.2微服务架构与基于服务的架构4 3.2.1常见架构模式对比4 3.2.2服务化RAN的架构模式6 3.3服务化RAN的定义7 四、服务化RAN体系化设计8 4.1服务化RAN演进路线8 4.2RAN控制面服务化9 4.2.1NF及NFservice定义9 4.2.2RAN基本方案10 4.2.3RAN与CN联合设计11 4.2.4RAN与UE之间的交互13 4.3RAN用户面服务化14 4.3.1NF及NFservice定义14 4.3.2基本问题与方案15 4.4服务化演进18 4.4.1多维能力服务化18 4.4.2架构模式灵活化19 4.4.3软硬件联合优化20 4.4.4运维管理智能化20 五、关键挑战21 六、总结21 缩略语列表22 参考文献23 一、服务化RAN是实现云原生RAN的关键 为了满足多样化业务对网络的敏捷性、灵活性和可扩展性的要求，网络向虚拟化、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、全自动化无线网络，并为客户提供创新服务。 与其他云原生架构相似，容器化、微服务架构和Kubernetes编排是云原生RAN的核心特征。容器化与Kubernetes编排更多地是实现方式，微服务架构则体现为功能的重构。基于微服务架构，RAN被构建为松散耦合服务的集合。每个服务都执行特定的功能，可以独立开发、部署和扩展，也可以在任何基础设施和容器平台上开发、部署、扩展[2]。但微服务架构并不是RAN改造过程中可以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网络与赋能行业应用两个方面： 1、在赋能业务应用方面： ①能力开放共享：RAN能力需要开放给更多网络功能或第三方应用，以更好赋能行业应用。通过SBI直接开放可以避免过多的P2P接口定义及不必要的AMF透明转发、提升通信效率，因此被看作是服务化RAN的核心价值之一。具体包括，RAN与UCMF/LMF/NWDAF之间的通信，RAN节点之间的信息传输 （如RIM/SON配置）。虽然通过定义P2P接口也可以实现RAN与这些功能之间的直接交互，但SBI可实现接口的快速建立、调整与故障恢复，避免新增功能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的通信可以使RAN服务开放给更多的节点，如在未来通信、计算、感知、数据、AI深度融合的网络中，通信、计算、感知、数据、AI等网络功能可能都需要类似的RAN信息服务，以便于提升各维度的QoS性能。 ②用户体验提升：邬贺铨院士曾指出，行业应用是6G研究的重点，6G网络需要具备灵活适配2B场景定制化需求的能力。5G面向eMBB、uRLLC、mMTC三大场景提出了相应解决方案，但在实际落地时依然困难重重，主要挑战在于不同行业客户需要不同维度的极致性能和定制化能力，同时要求成本可控、敏捷部 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、敏捷开发等能力，是解决行业痛点问题的主要解决方案。 ③激发新业态：服务化将使能第三方功能的灵活嵌入到RAN的处理过程中，实现跨层优化，进而可能引入新的商业模式。随着通信与计算的深度融合，RAN将为第三方提供定制化的计算服务，允许第三方在处理链路上嵌入必要的计算功能而非MEC的外挂实现方式，从而优化用户体验。例如，对于云游戏、云XR、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务，使业务特征可以更快速地适配无线链路状态。 2、在使能6G网络方面： ①一体化管理：服务化RAN将实现与服务化CN、IT支撑系统等的一体融合管理，降低网络运维管理复杂度。在电信行业，云原生理念及其技术以灵活性、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、并在逐步向其他子域扩展。除业务系统之外，电信运营商的运营和运维管理等IT支撑系统也正在逐步引入云原生的设计理念（如微服务、容器、DevOps等），以适配电信业务的快速发展需求、高效可靠的平台需求、敏捷快速的运营运维需求。基于云原生的电信系统一体化管理将大大降低管理复杂度。 ②极简网络设计：服务化RAN“高内聚”“松耦合”“无状态设计”等基本设计原则，将助力实现网络协议的轻量化设计。例如，面向大量低成本和低复杂度终端（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高效的小数据传输。高内聚的功能服务设计，可降低标准化开销，避免在不同协议层引入类似功能导致的协议栈功能堆叠和低效。 ③创新速度加快：服务化RAN将助力实现RAN新功能的快速引入，旧功能的快速迭代演进，满足市场需求。从功能角度，目前BBU开发的最小粒度为CU或DU，颗粒度较大，如果需要对CU或DU进行更新，则需要以Release为单位开展标准化工作，软件更新时间最短需要2年。但软件功能上线速度将直接影响市场占有情况，这将使网络不能及时满足行业应用需求，降低基础设施的价值。虽然可以通过缩短Release周期缩短标准化和产业化时间，但这会降低网络 的稳定性。而通过服务化设计，新功能将以高内聚与松耦合的服务形式出现，避免了对已有功能服务的影响，保证了网络稳定性。由此可以实现功能服务稳定地敏捷开发、快速引入、按需迭代演进。 ④网络成本优化：在网络建设成本和功耗方面，RAN服务化基于云原生基础设施平台，将实现硬件资源池化共享，并在传统云化的基础上，通过“功能服务级别”的弹性扩缩容进一步实现网络资源利用率的最优化，由此大幅降低网络建设成本和以能耗为主的网络维护成本。 二、服务化RAN应用场景 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包容性与经济性，这是与始终关注高性能的传统RAN最大的不同。因此，需要敏捷开发/迭代演进/按需部署的场景、以及需要差异化定制网络能力的场景是服务化RAN的主要应用场景。例如： 行业应用场景，提供按需定制服务：服务化RAN可面向场景需求进行极简网络的定制，对网络服务能力与资源进行动态编排与调度，包括与智能、计算等多样化增强服务的组合，支持智慧城市、工业自动化、全息通信、物联网、车联网等应用，将场景适配网络转变成场景定义网络。 应急通信和受灾场景，实现快速部署：服务化RAN可通过软件定义和虚拟化的方式快速部署，带来网络弹性和自适应性优势，可以用于灾难恢复和临时通信网络场景，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化资源，满足紧急通信需求，确保关键通信的优先级。 三、服务化RAN相关概念及定义 3.1云化RAN与云原生RAN 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相比于现阶段云化RAN的核心区别，将有助于RAN软件更好使用云原生平台的优势。 云化RAN是未来的必然发展趋势。RAN是电信运营商最大的资本支出和运营支出项，在总拥有成本（TCO）中的份额正在从45%-50%上升到65%；同时也是利用率最低的资源，大多数基站的使用率通常低于50%[3]。将RAN的计算 迁移到云中能够享受云计算带来的众多好处，例如，通过云基础设施共享可以提高利用率，从而帮助运营商最大程度地减少CAPEX和OPEX，此外，将RAN软件从硬件中分离出来并部署在云中能够加速新技术的创新和增值服务的推出。 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简化网络管理流程，提高运维效率，降低站点功耗。这种简单的云端迁移方案（即Re-platform模式）并没有重构RAN软件架构，只是对集中式单元CU、分布式单元DU进行了模块化设计和容器化打包与部署，即只改变了软件运行的平台和运维的技术体系，因此软件在分布式场景下需要解决的问题，如组件或服务之间的数据同步、稳定性、资源利用率不高等问题都需要自行解决[4]。只有将RAN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施所带来的独立部署、按需扩缩、可观测性、高可用等技术优势，从而实现网络资源利用率、成本效率、稳定性的最优化。 3.2微服务架构与基于服务的架构 3.2.1常见架构模式对比 核心观点：基于服务的架构（Service-basedarchitecture，SBA）是一种融合了单体架构和MSA的混合架构风格，相比MSA可以专注领域和功能的拆分， 暂时不对数据库进行分解。 SOA、MSA、SBA是三种常见的分布式架构模式，其目的均是构建松耦合的服务，以提升架构的灵活性、可扩展性以及对业务的敏捷适应性[5]。因此，其基本设计原则是一致的，具体包括： -服务具备明确定义的标准化接口，实现服务消费者和服务提供者之间的解耦； -服务是松耦合的，服务之间不应存在时间、技术、团队上的依赖； -服务是无状态的，实现服务调用与会话上下文状态的解耦； -服务是自治和自包含的，由此可以实现服务的独立部署与升级； -服务是可发现、可组合的。 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 到第一代MSA、第二代MSA、再到现阶段的第三代MSA的演变，正在朝着基于Serverless的第四代MSA演进[6]。5GC标准化采用的SBA架构模式，可以看作是单体架构和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