[논문 리뷰] Prototyping Next-Generation O-RAN Research Testbeds with SDRs

Pratheek S. Upadhyaya, Aly Sabri Abdalla외 3명|arXiv (Cornell University)|2022. 05. 26.

Advanced MIMO Systems Optimization인용 수 23

한 줄 요약

오픈 소스 소프트웨어(srsRAN)와 SDR 하드웨어를 사용하여 엔드투엔드 O-RAN 연구 테스트베드를 구축하고, E2를 통해 near-RT RIC를 통합하며, xApps 구현을 시연하는 내용을 설명합니다.

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.

연구 동기 및 목표

• 현실적인 6G 연구를 가능하게 하기 위해 엔드투엔드, 개방형(Open) 프로그래머블 RAN 테스트베드의 필요성을 촉구한다.
• SDRs와 srsRAN 위에 구축된 구체적이고 오픈 소스인 O-RAN 호환 테스트베드를 설명한다.
• E2 인터페이스 통합과 near-real-time RIC와 xApps 간의 상호 작용을 시연한다.
• 테스트베드를 재현하기 위한 배포 지침과 오픈 소스 자원을 제공한다.

제안 방법

• LTE/5G NSA를 위한 srsRAN을 사용하여 소프트웨어 정의 radio 테스트베드를 구성하고 OSC의 near-RT RIC와 통합한다.
• E2AP ASN.1 인코딩을 사용하고 SCTP를 통해 near-RT RIC와 eNB/gNB를 연결하는 E2 에이전트를 구현한다.
• Kubernetes-backed 마이크로서비스로 near-RT RIC를 배치하고 RRM 제어 및 데이터 수집용 xApps를 포함시킨다.
• KPIMON(KPI 모니터링) 및 RAN Slicing xApp을 배포하여 슬라이스 간 자원 제어를 시연한다.
• 표준 O-RAN 인터페이스(E2, O1/A1 매개자)와 오픈 소스 구성요소를 사용하여 엔드 투 엔드 폐쇄 루프 제어를 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오픈 소스 소프트웨어와 SDR 하드웨어를 사용하여 엔드투엔드 O-RAN 연구 테스트베드를 어떻게 구축할 수 있는가?
• RQ2 srsRAN과 같은 소프트웨어 RAN과 E2 인터페이스를 통합하고 near-RT RIC에 연결하기 위한 실용적인 절차는 무엇인가?
• RQ3 xApps가 E2를 통해 RAN 기능과 어떻게 상호 작용하여 모니터링 및 제어 작업을 실제에 가까운 테스트베드에서 수행하는가?
• RQ4 이러한 테스트베드에서 RAN 슬라이싱과 KPI 보고를 구현함으로써 얻을 수 있는 실행 가능성과 성능에 대한 통찰은 무엇인가?

주요 결과

• E2 인터페이스를 통해 srsRAN과 near-RT RIC를 연결하는 작동하는 O-RAN 호환 테스트베드를 시연한다.
• ASN.1 인코딩과 SCTP 기반 신호 전달을 사용하여 E2 설정, 구독 및 INDICATION 워크플로를 보여준다.
• KPIMON xApp은 E2 메시지를 통해 RAN에서 near-RT RIC로 KPI 수집 및 보고 흐름을 시연한다.
• RAN Slicing xApp은 슬라이스별 자원 할당의 비동기 제어와 대응하는 UE 처리량 변화를 보여준다.
• 이 아키텍처는 모듈화, 가상화 및 오픈 소스 구성요소를 강조하여 연구 재현성을 실험실 및 생산 유사 환경에서 가능하게 한다.