شبکه دسترسی رادیویی باز چیست؟

O-RAN از چه لایه‌هایی تشکیل شده است؟

O-RAN مبتنی بر به‌کارگیری اصول مجازی‌سازی و تفکیک سخت‌افزاری-نرم‌افزاری (Hardware-Software Disaggregation) است، به‌طوری که شرکت‌ها مجبور به استفاده از محصولات تولیدشده توسط یک فروشنده خاص نشوند. بنابراین، شرکت‌ها می‌توانند از تجهیزات نرم‌افزاری و سخت‌افزاری تامین‌کنندگان مختلف استفاده کنند. با استفاده از معماری O-RAN، اپراتورهای ارتباطی قادر خواهند بود به‌شکل دقیق‌تری زیرساخت را مدیریت کنند، در انتخاب مولفه‌های RAN با محدویت خاصی روبه‌رو نخواهند بود و این قابلیت را در اختیار خواهند داشت که مولفه‌های سخت‌افزاری مختلف را با یک‌دیگر ترکیب کرده و از آن‌ها استفاده کنند. O-RAN در حال حاضر توسط انجمن O-RAN Alliance که شامل اپراتورها و تامین‌کنندگان مختلف صنعت مخابرات است، پشتیبانی می‌شود. هدف اصلی این انجمن، ترویج و توسعه استفاده از معماری O-RAN و ایجاد استانداردها و راهکارهای مشترک برای توسعه آن است.

RAN Intelligent Controller 

RIC سرنام RAN Intelligent Controller، یک لایه کلیدی در معماری O-RAN است که وظیفه مدیریت و کنترل هوشمندانه شبکه دسترسی رادیویی را بر عهده دارد. RIC وظیفه مدیریت و کنترل عملکرد شبکه RAN را بر اساس اطلاعات و داده‌هایی که از شبکه جمع‌آوری می‌شود، بر عهده دارد. این داده‌ها شامل اطلاعات مربوط به ارتباطات سلولی، کیفیت خدمات، شرایط محیطی و سایر پارامترهای شبکه است. با تحلیل این اطلاعات، RIC تصمیمات هوشمندانه‌ای را در مورد تنظیمات و کنترل شبکه RAN اتخاذ می‌کند. RIC ارتباط مستقیمی با دیگر مولفه‌های معماری O-RAN دارد که از آن جمله باید به لایه مرکزی (Central Unit) و لایه توزیع (Distributed Unit) اشاره کرد که از طریق رابط‌ها و استانداردهای O-RAN با آن‌ها ارتباط برقرار می‌کند. از طریق این تعاملات، RIC قادر است دستورات و تنظیمات لازم را به ایستگاه‌های پایه (Base Stations) و مولفه‌های دیگر ارسال کند و عملکرد آن‌ها را کنترل کند. با استفاده از RIC، اپراتورها قادر هستند عملکرد شبکه RAN را بهبود دهند که شامل بهبود کارایی شبکه، مدیریت بهتر ترافیک، بهبود کیفیت خدمات به کاربران، کاهش مصرف انرژی و همچنین ارائه خدمات جدید است. RIC به‌عنوان یک عنصر هوشمند در معماری O-RAN کمک می‌کند تا شبکه‌های سلولی عملکرد بهتری داشته باشند و به نیازهای متغیر کاربران پاسخ دهند.

Central Unit 

CU سرنام Central Unit یکی دیگر از لایه‌های کلیدی شبکه دسترسی رادیویی است. CU مسئول مدیریت و کنترل عملکرد شبکه RAN در معماری O-RAN است. همچنین، وظیفه مدیریت مولفه‌های مختلف شبکه RAN را برعهده دارد که شامل ایستگاه‌های پایه (Base Stations) و تجهیزات دیگری مثل آنتن‌ها و مسیریاب‌ها است. CU از طریق رابط‌ها و استانداردهای O-RAN با سایر مولفه‌های معماری در ارتباط است و کنترل آن‌ها را بر عهده می‌گیرد. وظایف اصلی Central Unit در معماری O-RAN به‌شرح زیر است:

• مدیریت منابع: CU فرآیند مدیریت و تخصیص منابع شبکه RAN را بر عهده دارد که شامل اختصاص باندهای فرکانسی، پهنای باند، توان عملیاتی و سایر منابع مورد نیاز برای ایستگاه‌های پایه و دیگر مولفه‌های RAN است.
• کنترل ترافیک: CU مسئول کنترل ترافیک شبکه RAN است که شامل مدیریت و تنظیم ترافیک در ایستگاه‌های پایه و بهینه‌سازی توزیع ترافیک بین ایستگاه‌های پایه مختلف است.
• پایش و مدیریت عملکرد: CU از طریق دریافت و پردازش اطلاعات و داده‌های مختلف از شبکه RAN، عملکرد شبکه را پایش می‌کند که شامل ارزیابی کنترل کیفیت خدمات (QoS)، مدیریت خطا و رفع عیب‌ها، بهبود عملکرد شبکه و تصمیم‌گیری‌های هوشمندانه برای بهبود‌ عملکرد است. 

Distributed Unit 

DU سرنام Distributed Unit، مسئول اجرای عملیات پردازشی و کنترلی در شبکه RAN است. از وظایف مهم این مولفه به موارد زیر باید اشاره کرد: 

• پردازش محلی: DU به‌عنوان یک بخش از ایستگاه پایه (Base Station)، عملیات پردازشی را بر روی سیگنال‌های رادیویی انجام می‌دهد که شامل پردازش سیگنال‌ها، تنظیم کیفیت سیگنال‌ها و تقویت آن‌ها است. با انجام پردازش محلی در DU، بار پردازشی ایستگاه پایه کاهش می‌یابد.
• کنترل منابع رادیویی: DU مسئول مدیریت و کنترل منابع رادیویی در ایستگاه پایه است که شامل تخصیص فرکانس‌ها، تعیین پهنای باند و منابع مربوط به ارتباطات رادیویی است. به بیان دقیق‌تر، عملکردهای تا حدودی مشابه با واحد مرکزی دارد. 
• ارتباط با مرکز کنترل: DU از طریق رابط‌ها و پروتکل‌های استاندارد با مرکز کنترل (Central Unit) در شبکه RAN در ارتباط است. این ارتباط به‌منظور مبادله اطلاعات و دستورات کنترلی بین DU و CU صورت می‌گیرد. DU اطلاعاتی از سیگنال‌ها و منابع رادیویی جمع‌آوری کرده و به مرکز کنترل ارسال می‌کند تا تصمیمات مربوط به مدیریت و بهینه‌سازی شبکه اتخاذ شود.

Radio Unit 

RU سرنام Radio Unit ، مسئول برقراری ارتباط با دستگاه‌های کاربر (User Equipment) و انتقال سیگنال‌های رادیویی در شبکه O-RAN است. از وظایف مهم این مولفه به موارد زیر باید اشاره کرد: 

• ارتباط با دستگاه‌های کاربر: RU مسئول ایجاد و مدیریت ارتباط با دستگاه‌های مشترک (User Equipment، مانند تلفن همراه) است. RU سیگنال‌های رادیویی را از دستگاه‌های مشترک دریافت کرده و آن‌ها را به ایستگاه پایه (Base Station) ارسال می‌کند. همچنین، RU پاسخ‌های ایستگاه پایه را دریافت و به دستگاه‌های مشترک ارسال می‌کند. 
• پردازش سیگنال‌های رادیویی: RU مسئول پردازش سیگنال‌های رادیویی است که از دستگاه‌های مشترک دریافت می‌شوند که شامل تقویت سیگنال‌ها، تنظیم کیفیت سیگنال‌ها، کاهش نویز و تداخل و سایر عملیات پردازشی مربوط به سیگنال‌های رادیویی است. پردازش سیگنال‌های رادیویی در RU انجام می‌شود تا سیگنال‌ها برای انتقال به ایستگاه پایه و سایر اجزای شبکه RAN آماده شوند.
• مدیریت توان: یکی دیگر از وظایف RU، مدیریت توان مصرفی دستگاه‌های مشترکان است که شامل کنترل توان ارسال و توان دریافت سیگنال‌های رادیویی است. RU با استفاده از الگوریتم‌ها و مکانیزم‌های مدیریت قدرت، کنترل مصرف انرژی را بهینه می‌کند و مطمئن می‌شود که دستگاه‌های مشترک به بهترین کیفیت خدمات دسترسی داشته باشند.

با استفاده از Radio Unit در معماری O-RAN، امکان ارتباط با دستگاه‌های مشترک، پردازش سیگنال‌های رادیویی و مدیریت توان در شبکه RAN فراهم می‌شود. این مولفه، بهبود کیفیت خدمات، بهینه‌ساری مصرف انرژی و افزایش قابلیت مقیاس‌پذیری شبکه را تسهیل می‌کند.

علاوه بر موارد یادشده، O-RAN شامل استانداردها، پروتکل‌ها و رابط‌های برنامه‌نویسی است که بین مولفه‌های مختلف در اکوسیستم RAN تعریف می‌شوند. این استانداردها و رابط‌ها امکان ترکیب تجهیزات از تامین‌کنندگان مختلف را به‌وجود می‌آورند و به اپراتورها اجازه می‌دهند به انعطاف‌پذیری بیشتری در طراحی و مدیریت شبکه دست پیدا کنند (شکل 2). 

شکل 2

O-RAN چه قابلیت‌هایی در اختیار ما قرار می‌دهد؟

O-RAN با ارائه یک اکوسیستم باز و قابل همکاری برای شبکه‌های دسترسی رادیویی، قابلیت‌های مختلفی در اختیار ما قرار می‌دهد که برخی از آن‌ها به‌شرح زیر است: 

• انعطاف‌پذیری و تعامل‌پذیری: O-RAN اجازه می‌دهد تجهیزات ساخته‌شده توسط تامین‌کنندگان مختلف را با استفاده از استانداردها و رابط‌های برنامه‌نویسی به‌شکل پویا با یک‌دیگر ترکیب کنیم. بنابراین، اپراتورها می‌توانند از میان گزینه‌های موجود در بازار بهترین محصول را که مطابق با نیازهای کاری‌شان است انتخاب کنند و به این شکل وابستگی به یک تامین‌کننده خاص را کاهش دهند.
• خودکارسازی و بهینه‌سازی: با استفاده از هوش مصنوعی و الگوریتم‌های هوشمند، O-RAN می‌تواند فرآیندهای شبکه را خودکار و بهینه کند. این قابلیت به اپراتورها کمک می‌کند تا منابع شبکه را بهینه‌سازی کنند، ترافیک را مدیریت کنند و عملکرد شبکه را بهبود بخشند.
• امنیت: O-RAN از مکانیزم‌های امنیتی مختلفی برای محافظت از کانال‌های ارتباطی استفاده می‌کند. به‌طوری‌که ارائه‌دهندگان خدمات ارتباطی قادر به شناسایی و پیشگیری از بروز تهدیدات امنیتی هستند و هکرها به‌راحتی قادر به سرقت اطلاعات نخواهند بود. 
• کاهش هزینه‌ها: با استفاده از O-RAN، اپراتورها می‌توانند هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی را کاهش دهند. انعطاف‌پذیری در انتخاب تجهیزات و استفاده از راه‌حل‌های نرم‌افزارمحور، سازگاری بیشتر و بهره‌وری بالا را تضمین می‌کند که می‌تواند به کاهش هزینه‌های عملیاتی و نگه‌داری منجر شود.

O-RAN چگونه کار می‌کند؟

شبکه دسترسی رادیویی باز امکان ترکیب تجهیزات شبکه سلولی ارائه‌شده توسط فروشندگان مختلف را به‌وجود می‌آورد. به بیان دقیق‌تر، یک رویکرد کاملا تفکیک‌شده برای استقرار شبکه‌های fronthaul و midhaul سیار است که کاملا بر اساس اصول بومی ابری پیاده‌سازی می‌شوند. O-RAN تکامل‌یافته معماری نسل بعدی RAN (NG-RAN) است که برای اولین بار توسط 3GPP GSMA و در قالب مشخصات فنی TS 38.401 معرفی شد. در ادامه پیشرفت کرد، به‌طوری که امروزه در قالب O-RAN آن‌را می‌شناسیم. معماری O-RAN را در شکل 1 مشاهده می‌کنید. عملکرد معماری فوق به‌شرح زیر است:

همان‌گونه که اشاره کردیم، O-RAN قابلیت استفاده از تجهیزات تامین‌کنندگان مختلف را بر مبنای استفاده از استانداردها و رابط‌های مشترک امکان‌پذیر می‌کند. به‌طوری که امکان استفاده از این تجهیزات در لایه‌های RIC، CU، DU و RU وجود دارد. در این میان، RIC نقش مهمی در هماهنگی و مدیریت عملکرد شبکه دارد، به‌طوری که از طریق به‌کارگیری الگوریتم‌های هوشمند، منابع شبکه را به‌شکل بهینه در اختیار کلاینت‌ها قرار داده و ترافیک را مدیریت می‌کند. DU به‌عنوان واسط بین CU و RU عمل می‌کند و اطلاعات را بین آن‌ها منتقل می‌کند. DU همچنین وظیفه پردازش و برقراری ارتباط را در شبکه بر عهده دارد و با استفاده از رابط‌ها و پروتکل‌های مشترک با CU و RU تعامل می‌کند. در سویی دیگر، RU مسئولیت ارسال و دریافت سیگنال‌های رادیویی را بر عهده دارد. این مولفه به‌صورت فیزیکی با آنتن‌ها و تجهیزات رادیویی مرتبط است و با استفاده از رابط‌ها و پروتکل‌های مشترک با DU و CU تعامل می‌کند. استانداردها و رابط‌های برنامه‌نویسی نقش مهمی در برقراری ارتباط میان مولفه‌های مختلف دارند و به بیان دقیق‌تر، یک زبان مشترک برای لایه‌های مختلف تعریف می‌کنند تا بتوانند با یک‌دیگر صحبت کنند. تعامل این مولفه‌ها و لایه‌ها باعث می‌شوند تا O-RAN بتواند بهترین سرویس را با کمترین هزینه در اختیار مشترکان قرار دهد و به شرکت‌ها اجازه دهد به‌شکل ساده‌تری به توسعه زیرساخت بپردازند. 

Open vRAN چیست؟

شبکه دسترسی رادیویی مجازی باز  (Open vRAN سرنام Open virtualized Radio Access Network) یک نسخه پیشرفته از شبکه‌های دسترسی رادیویی است که توسط انجمن O-RAN Alliance توسعه یافته است. Open vRAN اصول و مفاهیم معماری O-RAN را به کار می‌برد، با این تفاوت که از فناوری مجازی‌سازی نیز استفاده می‌کند. در Open vRAN، عملیات مختلف RAN مانند پردازش سیگنال، مدیریت منابع، مدیریت توان و باند و سایر وظایف مربوط به RAN در سطح نرم‌افزاری و به‌شیوه مجازی‌ انجام می‌شوند.  علاوه بر این، Open vRAN به‌عنوان یک معماری مبتنی بر فناوری مجازی‌سازی، انعطاف‌پذیری بیشتر، پیکربندی و مدیریت متمرکزتر، استفاده بهینه از منابع، مقیاس‌پذیری و قابلیت هماهنگی بین تجهیزات مختلف را به‌وجود می‌آورد. در حال حاضر، OpenRAN توسط انجمن‌های مخابراتی مختلفی در سراسر جهان و توسط اپراتورها و تامین‌کنندگان تجهیزات مخابراتی بزرگ نیز پشتیبانی می‌شود. 

xRAN چیست؟

شبکه دسترسی رادیویی گسترش‌یافته (xRAN سرنام eXtended Radio Access Network) که معروف به xRAN Alliance نیز هست، یک زیرساخت اساسی برای ارائه خدمات مخابراتی سیار فراهم می‌کند. در سطح پایه، عملکرد RAN حول یک سایت متشکل از برج، تجهیزات الکترونیکی، آنتن‌ها و زیرساخت‌های غیرفعال پشتیبانی مانند تهویه مطبوع، حصارکشی و کابل‌کشی ساخته شده است. چندین سایت به نوبه خود با یک‌دیگر و با یک backhaul و یک شبکه اصلی که اطلاعات کاربر نهایی و پیوندها به شبکه‌های خارجی را مدیریت می‌کند، مرتبط هستند. پیشرفت‌ها در چند حوزه باعث ظهور چند رویکرد جدید برای RAN شده است که می‌توان آن‌ها را به‌طور گسترده به‌عنوان xRAN توصیف کرد. با کاهش نیازمندی‌ها به دارایی‌های فیزیکی و با ساده‌سازی و استانداردسازی پیاده‌سازی، انتظار می‌رود که xRAN هزینه‌های سرمایه (capex) و هزینه‌های عملیاتی (opex) را کاهش دهد، تنوع در انتخاب محصولات فروشندگان مختلف را بیشتر کند و یک بازار رقابتی جذاب به‌وجود آورد. 

xRAN به سه مدل اصلی RAN شبکه دسترسی رادیویی باز متمرکز (CRAN)، شبکه دسترسی رادیویی باز (ORAN) و شبکه دسترسی رادیویی باز مجازی (VRAN) تقسیم می‌شود که هر یک مزایای خاص خود را دارند. 

CRAN مبتنی بر یک الگوی طراحی متمرکز با هدف تجمیع منابع به‌منظور دستیابی به کارایی بیشتر است. تحت این معماری، صدها سایت تلفن همراه می‌توانند تجهیزات مستقر در یک مکان را به‌اشتراک بگذارند. در این حالت، هر سایت مجبور نخواهد بود تجهیزات خاص خود را داشته باشد. ORAN توسعه رابط‌های جدید و استاندارد قابل استفاده در شبکه دسترسی رادیویی باز را تسهیل می‌کند. ابتکارات صنعتی مانند O-RAN Alliance باعث شده است تا این حوزه تنوع بسیار بالایی داشته باشد و بازیگران اصلی صنعت شبکه محصولاتی هماهنگ با شبکه‌های دسترسی رادیویی باز را به بازار عرضه کنند.  VRAN از مجازی‌سازی پشتیبانی می‌کند که از مفاهیم ابری برای تفکیک سخت‌افزار شبکه از نرم‌افزار برای افزایش مقیاس‌پذیری و چابکی شبکه استفاده می‌کند.

هر یک از این مدل‌ها هزینه‌ها و عملکردهای خاص خود را دارند و در حالی که از نظر رویکرد و ویژگی‌ها متمایز هستند، همپوشانی‌ها و هم‌افزایی بین این سه مدل به اپراتورها اجازه می‌دهد تا هنگام پیاده‌سازی و مقیاس‌بندی شبکه‌ها، رویکرد ترکیبی را اتخاذ کنند. با توجه به ملاحظات مختلف، استقرار موثر xRAN مستلزم درک عمیق فناوری، هزینه و استراتژی است.