ORAN专题系列-28：5G基站如何升级到ORAN基站 - O-RU - 平台和传输层的改进（VLAN, PCP, DHCP, DNS）

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第1章 5G基站如何升级到ORAN基站概述

1.1 ORAN的网络架构

1.2 O-RAN完全继承的5G协议规范和接口

1.3 O-RAN对5G规范的扩展和开放

1.4 改进类别

1.5 改进的网元

第2章前传接口eCPRI

2.1 组网方式

2.2 eCPRI协议栈

2.3 基本的假定

2.4 ORAN相关的标准规范

第3章 O-RAN对以太网物理层的要求

第4章 O-RAN对以太网MAC层的需求： vlan id

4.1 MAC层+VLAN帧结构

4.2 VLAN的设置

4.3 VLAN id与eAxC id的映射

4.5 M面VLAN id的自动检测

第5章 O-RAN对以太网MAC层的需求： PCP

5.1 PCP说明

5.2 VLAN 优先级PCP的映射

第6章 ORAN对TCP/IP层的需求

6.1 DSCP

6.2 IPSEC

第7章 DHCP Client服务

7.1. DHCP 交换过程

7.2 Vendor特有的信息域

7.3 选项143与自动配置引导服务器自动发现

第8章 DNS Client

第9章 PTP Client时钟同步

第10章启动过程

10.1 所有可配置的传输层参数汇总

10.2 启动过程

第1章 5G基站如何升级到ORAN基站概述

1.1 ORAN的网络架构

1.2 O-RAN完全继承的5G协议规范和接口

X2-C、X2-u
GN-C、NG-u
Xn-C、Xn-u
F1-C、F1-u
E1

这些接口, ORAN与5G是完全一致的。

1.3 O-RAN对5G规范的扩展和开放

（1）O1接口：开放原先私有的M面的接口

（2）O2接口：开放原先私有的云平台的管理接口

（3）A1接口：增加智能化网元RIC

（4）E2接口：开放基站的资源资源管理接口

（5）Fronthual接口：开放原先私有的前传接口

这是最重要的一个接口，基于eCPRI协议，包括

以太网传输层
S面
M面
C面
U面

（6）白盒硬件接口：开放原先私有的硬件与软件的接口

MAC层与L1加速卡之间的接口nFAPI接口
RRU白盒化硬件接口

1.4 改进类别

（1）平台和传输层

（2）M面的改进：netconf的支持

（3）C面的改进：参考相关文章

（4）U面的改进：参考相关文章

（5）S面的改进：参考相关文章

1.5 改进的网元

（1）O-RU

（2）O-DU

（3）O-CU

（4）网管NMS

第2章前传接口eCPRI

2.1 组网方式

对点对连接
通过以太网交换机连接
通过FHGW连接

2.2 eCPRI协议栈

eCPRI接口和相应的本身协议，为5G和ORAN共享，并非ORAN专有。

因此本文重点关注相对于5G, O-RAN提出的新的、额外的需求。

2.3 基本的假定

（1）C面是基于以太网的

（2）U面也是基于以太网的

（3）每个端口物理端口有唯一的MAC地址

（4）DHCP server支持静态IP地址池

2.4 ORAN相关的标准规范

O-RAN-WG4.CUS.0-v02.00 ,
O-RAN-WG4.M-Plane.0-v02.00

第3章 O-RAN对以太网物理层的要求

O-RAN对物理层没有提额外的要求。

（1）M面的数据，可以与C/M/S共享相同的物理端口。

（2）M面的数据，也可以有独立的物理端口。

第4章 O-RAN对以太网MAC层的需求： vlan id

4.1 MAC层+VLAN帧结构

4.2 VLAN的设置

为了稳定eCPRI前传接口的传输延时，降低传输延时的抖动，提升整个系统的性能，避免网络负载中其他数据对eCPRI数据的影响，需要把eCPRI的数据封装的特定的VLAN进行隔离。

（1）C/U/S/M-Plane可以设置不同的vlan id

这就意味着可以通过vlan id识别C/U/S/M-Plane不同的数据流，特别是C/U。

（2）M面的Vlan id可以预先配置

（3）为M面指定唯一的VLAN id

C面和U面的VLAN id是与eAxC映射的，因此不是唯一的。

4.3 VLAN id与eAxC id的映射

为了进行不同厂家设备的互联互通，ORAN对VLAN id映射成eAxC id的方式进行了明确的规定。

（1）需支持把CC_ID（group of eAXC streams）映射成VLAN ID。

这就是意味着可以通过Vlan ID识别U面的天线载波, 实现eCPRI CPlane和U Plane数据流的隔离。

实现基于vlan id的C/U面数据流的识别，便于DU侧实现基于VLAN id负载均衡的能力。

支持的映射方法有：

一对一映射：每个CP/UP的CC_ID映射到不同的VlanID上。
多对一映射：多个CP/UP的CC_ID映射到相同的VlanID上。
所有对一映射：所有的CP/UP的CC_ID映射到相同的VlanID上，这是对对一映射的特例。这种情况是针对不需要负载均衡的部署场景。

详细请参考：DCM TP 3D.705。

（2）基于vlan id的负载均衡

在上述情形中，一个O-RU可以被多个不同厂家的O-DU共享。不同O-DU在同一个O-RU上部署不同的天线载波，O-RU通过VlanID来区分不同的不同O-DU的不同的天线载波。

（3）VLAN id的数量

VLAN id的数量取决于O-RAN的类型与支持的天线载波数。

FR1的O-RU

最小需要VLAN id，即最小支持一个天线载波。

最大需要的vlan的个数，取决于O-RU支持的天线载波数。

从规范来看，目前建议最大支持8个天线载波，即最大八个VLAN id。

FR2的O-RU

最少需要4个Vlan id，用于区分至少两个group的2个不同极化方向的载波。

最大需要的vlan的个数，取决于O-RU支持的天线载波数。

4.5 M面VLAN id的自动检测

（1）M面需要独立的Vlan ID, 以实现与C/U的数据流的隔离。

（2）为了降低管理的复杂性，O-RU需要能够自动检测M面的vlan id。可以配置支持自动扫描的vlan id范围。

VLAN id自动扫描需要与DHCP Client服务结合起来才能实现。

其基本原理是：在设定的VLAN id范围内，依次发起DHCP的流程，能够收到DHCP response的VLAN ，表明是Mplane的VLAN，详细过程如下：

如果先前已经保存了Mplane的Vlan id，则直接使用才VLAN id发起Mplane的DHCP 请求。
如果没有保存过的Mplane的Vlan id，则启动VLAN扫描过程。
现在配置的Vlan id范围内进行扫描，扫描成功，保存vlan id。扫描失败，则扫描所有的vlanID.

（3）DHCP扫描与探测

针对每个被选择的VlanId，RU都需要发起一次DHCP server的扫描与探测过程。

这个过程通过DHCP服务，检查所选择id的vlan上，是否有DHCP server，如果有，则认为该vlan id是mplane id。这就需要在网络部署时，DHCP server必须部署在Mplane所在的VLAN中。

第5章 O-RAN对以太网MAC层的需求： PCP

5.1 PCP说明

PCP: Priority Code Point.

5.2 VLAN 优先级PCP的映射

为C/U/S/M-Plane不同面的数据进行PCP标记，设置/U/S/M-Plane不同面数据的优先级(Qos)，从而提高时间敏感网络中eCPRI流量的可靠性。

ORAN定义了C/U/S/M-Plane默认的MAC层的VLAN优先级（上下行同时有效）

从上图可以看出，默认情况下：

U-Plane和C-Plane的优先级为最高7.

M-Plane的优先级为2，

其他数据流采用最低的优先级1.

但ORAN也要求可以配置他们的PCP优先级。

第6章 ORAN对TCP/IP层的需求

6.1 DSCP

DSCP差分服务代码点（Differentiated Services Code Point），IETF于1998年12月发布了Diff-Serv（Differentiated Service）的QoS分类标准。它在每个数据包IP头部的服务类别TOS标识字节中，利用已使用的6比特和未使用的2比特，通过编码值来区分优先级。

ORAN为M面的IP数据包定义了默认的优先级：18

6.2 IPSEC VS TLS

IPSEC: 不支持

TLS: 要求支持

在5G中，RU与DU的管理面，可以通过IPSEC，建立安全的隧道，O-RAN摒弃了IPSEC的要求，要求M plane虚承载在TLS协议之上。

第7章 DHCP Client服务

7.1. DHCP 交换过程

7.2 Vendor特有的信息域

在传统的Fronthual接口中，由于是RU和DU是同一个厂家的，因此RU通常会通过DHCP client中vendor特有的信息域，携带产品类型、序列号等信息。

O-RAN规范中，不同的O-RU和O-DU能够实现互联互通，就需要移除这些信息，即使不移除，O-RU和O-DU的行为，也不要依赖于vendor特有的信息域。

7.3 选项143与自动配置引导服务器自动发现

（1）概述

Option 143（V4_ZEROTOUCH_REDIRECT)：用于O-RU的自动配置引导服务器自动发现

安全零接触配置（SZTP）是一种在网络设备以出厂默认状态启动时安全配置网络设备的技术。

这种自举策略使设备能够只需要执行物理放置、连接网络、电源电缆等操作，不需要手工执行任何配置，就可以自动安全地获取自举数据（初始配置数据）。

O-RU上电启动后，如果没有配置，处于出厂状态，则O-RU需要自动从Bootstrap（自动配置引导服务器）上下载配置文件，完成对自身的配置。

这里就存在一个问题，O-RU如何知道自举服务器或自动配置引导服务器的IP地址？

有几种策略：

（1）出厂前预先配置

这种方法优点：简单

最大的缺陷是：不同的运营商，不动的地区，器自举服务器（自动配合引导服务器）的地址是不同的，很难在出厂前预先配置。

（2）在DHCP获取IP地址时，通过DHCP optional从DHCP server获取。

优点：灵活，适应性强。也也是O-RAN建议采用这种方法的主要原因。

缺点：需要对DHCP server预先配置，适合与运营商网络，但在企业网中的实施就有些障碍，这要求重新配置企业网内部的DHCP server服务器，无法做到即插即用。

（3）Option 143

备注：

Option 143是DHCP标准的一部分，bootstra-server-list是IP地址，也可以是URL。

因此RU在拿到URL时，需要通过DNS client获取其对应的IP地址

第8章 DNS Client

因为DHCP client Option 143获取的是自举服务的地址是URL格式，因此需要把他转换成IP地址。这就需要DNS Client服务的支持。

第9章 PTP Client时钟同步

PTP时钟同步用于从外部的PTP server获得同步时钟。

第10章启动过程

10.1 所有可配置的传输层参数汇总

（1）Vlan Id与CP/UP数据流e_AxC的映射

（2）M Plane Vlan ID的配置

（3）M Plane 物理端口的配置（对RRU可选，主要针对BBU）

（4）M Plan VLAN id自动扫描的VLAN id范围

（5）CP/UP数据流的优先级PCP

10.2 启动过程

（1）前置条件

连接网络
在BBU的系统板上部署DHCP serve或DHCP relay
把RRU与BBU的Mplane端口连接起来。

（2）启动过程

选择VLAN ID
DHCP serve扫描
DHCP server回复DHCP offer
记录vlan id和获取的IP地址
记录自举服务器的URL list
在m plane的vlan上启动DNS服务，获取自举服务的IP地址
从自举服务下载初始配置文件
使用初始配置文件对RRU进行配置
初始化完成

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