[論文レビュー] Prototyping Next-Generation O-RAN Research Testbeds with SDRs

Pratheek S. Upadhyaya, Aly Sabri Abdalla+3 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2022

Advanced MIMO Systems Optimization被引用数 23

ひとこと要約

エンドツーエンドの O-RAN 研究テストベッドを、オープンソースソフトウェア（srsRAN）と SDR ハードウェアを用いて構築し、near-RT RIC を E2 経由で統合し、xApps の実装を示す。

ABSTRACT

Open RAN (O-RAN) defines an emerging cellular radio access network (RAN) architecture for future 6G wireless networks, emphasizing openness and intelligence which are considered the foundations of future 6G wireless networks. While the inherent complexity and flexibility of the RAN give rise to many new research problems, progress in developing solutions is hampered due to the lack of end-to-end, fully developed platforms that can help in pursuing use cases in realistic environments. This has motivated the formation of open-source frameworks available to the wireless community. However, the rapid evolution of dedicated platforms and solutions utilizing various software-based technologies often leaves questions regarding the interoperability and interactions between the components in the framework. This article shows how to build a software-defined radio testbed featuring an open-source 5G system that can interact with the near-real-time (near-RT) RAN intelligent controller (RIC) of the O-RAN architecture through standard interfaces. We focus on the O-RAN E2 interface interactions and outline the procedure to enable a RAN system with E2 capabilities. We demonstrate the working of two xApps on the testbed with detailed E2 message exchange procedures and their role in controlling next-generation RANs.

研究の動機と目的

• エンドツーエンド、オープン、プログラム可能な RAN テストベッドが現実的な 6G 研究を可能にする必要性を動機づける。
• SDR および srsRAN をベースにした concre teopen-source O-RAN–準拠のテストベッドを説明する。
• E2 インターフェースの統合と near-real-time RIC との xApps との相互作用を実証する。
• テストベッドを再現するための展開ガイドラインとオープンソースリソースを提供する。

提案手法

• LTE/5G NSA のための srsRAN を用いたソフトウェア定義無線テストベッドを組み立て、near-RT RIC を OSC から統合する。
• E2AP ASN.1 エンコーディングと E2 エージェントを用いて、SCTP 経由で near-RT RIC へ接続する eNB/gNB に E2 インターフェースを実装する。
• Kubernetes バックエンドのマイクロサービスとして near-RT RIC をデプロイし、RRM 制御およびデータ収集のための xApps を配置する。
• KPIMON（KPI モニタリング）と RAN Slicing の xApp をデプロイして、スライス間のリソースを制御することで xApps を実演する。
• 開放的なエンドツーエンドのクローズドループ制御を可能にするため、標準の O-RAN インターフェース（E2, O1/A1 メディエータ）とオープンソースコンポーネントを使用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オープンソースソフトウェアと SDR ハードウェアを用いて、エンドツーエンドの O-RAN 研究テストベッドをどのように構築できるか。
• RQ2 E2 インターフェースを srsRAN のようなソフトウェア RAN と統合し、near-RT RIC に接続するための実用的手順は何か。
• RQ3 xApps は E2 経由で RAN 功能とどのように相互作用して、監視や制御タスクを実現するのか。
• RQ4 このようなテストベッドで RAN スライシングと KPI 報告を実装することから、どのような実現可能性と性能の洞察を得られるか。

主な発見

• 実用的な O-RAN 準拠のテストベッドが示され、srsRAN と near-RT RIC を E2 インターフェースを介して結びつける。
• E2 の設定、サブスクリプション、および INDICATION ワークフローが ASN.1 エンコーディングと SCTP ベースのシグナリングを用いて示される。
• KPIMON xApp は RAN から near-RT RIC への KPI 収集および E2 メッセージ経由の報告フローを実演する。
• RAN Slicing xApp はスライスごとのリソース割り当ての非同期制御と、それに伴う UE 実効スループットの変化を示す。
• このアーキテクチャは、モジュール性、仮想化、およびオープンソースコンポーネントを強調し、ラボおよび本番環境に近い設定で再現可能な研究を可能にする。