ORAN專題系列-28：5G基站如何升級到ORAN基站 - O-RU - 平臺和傳輸層的改進（VLAN, PCP, DHCP, DNS）

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目錄

第1章 5G基站如何升級到ORAN基站概述

1.1 ORAN的網路架構

1.2 O-RAN完全繼承的5G協議規范和介面

1.3 O-RAN對5G規范的擴展和開放

1.4 改進類別

1.5 改進的網元

第2章 前傳介面eCPRI

2.1 組網方式

2.2 eCPRI協議堆疊

2.3 基本的假定

2.4 ORAN相關的標準規范

第3章 O-RAN對以太網物理層的要求

第4章 O-RAN對以太網MAC層的需求： vlan id

4.1 MAC層+VLAN幀結構

4.2 VLAN的設定

4.3 VLAN id與eAxC id的映射

4.5 M面VLAN id的自動檢測

第5章 O-RAN對以太網MAC層的需求： PCP

5.1 PCP說明

5.2 VLAN 優先級PCP的映射

第6章 ORAN對TCP/IP層的需求

6.1 DSCP

6.2 IPSEC

第7章 DHCP Client服務

7.1. DHCP 交換程序

7.2 Vendor特有的資訊域

7.3 選項143與自動配置引導服務器自動發現

第8章 DNS Client

第9章 PTP Client時鐘同步

第10章 啟動程序

10.1 所有可配置的傳輸層引數匯總

10.2 啟動程序

第1章 5G基站如何升級到ORAN基站概述

1.1 ORAN的網路架構

1.2 O-RAN完全繼承的5G協議規范和介面

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

這些介面, ORAN與5G是完全一致的，

1.3 O-RAN對5G規范的擴展和開放

（1）O1介面：開放原先私有的M面的介面

（2）O2介面：開放原先私有的云平臺的管理介面

（3）A1介面：增加智能化網元RIC

（4）E2介面：開放基站的資源資源管理介面

（5）Fronthual介面：開放原先私有的前傳介面

這是最重要的一個介面，基于eCPRI協議，包括

• 以太網傳輸層
• S面
• M面
• C面
• U面

（6）白盒硬體介面：開放原先私有的硬體與軟體的介面

• MAC層與L1加速卡之間的介面nFAPI介面
• RRU白盒化硬體介面

1.4 改進類別

（1）平臺和傳輸層

（2）M面的改進：netconf的支持

（3）C面的改進：參考相關文章

（4）U面的改進：參考相關文章

（5）S面的改進：參考相關文章

1.5 改進的網元

（1）O-RU

（2）O-DU

（3）O-CU

（4）網管NMS

第2章 前傳介面eCPRI

2.1 組網方式

• 對點對連接
• 通過以太網交換機連接
• 通過FHGW連接

2.2 eCPRI協議堆疊

eCPRI介面和相應的本身協議，為5G和ORAN共享， 并非ORAN專有，

因此本文重點關注相對于5G, O-RAN提出的新的、額外的需求，

2.3 基本的假定

（1）C面是基于以太網的

（2）U面也是基于以太網的

（3）每個埠物理埠有唯一的MAC地址

（4）DHCP server支持靜態IP地址池

2.4 ORAN相關的標準規范

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

第3章 O-RAN對以太網物理層的要求

O-RAN對物理層沒有提額外的要求，

（1）M面的資料，可以與C/M/S共享相同的物理埠，

（2）M面的資料，也可以有獨立的物理埠，

第4章 O-RAN對以太網MAC層的需求： vlan id

4.1 MAC層+VLAN幀結構

4.2 VLAN的設定

為了穩定eCPRI前傳介面的傳輸延時，降低傳輸延時的抖動，提升整個系統的性能，避免網路負載中其他資料對eCPRI資料的影響，需要把eCPRI的資料封裝的特定的VLAN進行隔離，

（1）C/U/S/M-Plane可以設定不同的vlan id

這就意味著可以通過vlan id識別C/U/S/M-Plane不同的資料流，特別是C/U，

（2）M面的Vlan id可以預先配置

（3）為M面指定唯一的VLAN id

C面和U面的VLAN id是與eAxC映射的，因此不是唯一的，

4.3 VLAN id與eAxC id的映射

為了進行不同廠家設備的互聯互通，ORAN對VLAN id映射成eAxC id的方式進行了明確的規定，

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

這就是意味著可以通過Vlan ID識別U面的天線載波, 實作eCPRI CPlane和U Plane資料流的隔離，

實作基于vlan id的C/U面資料流的識別，便于DU側實作基于VLAN id負載均衡的能力，

支持的映射方法有：

• 一對一映射：每個CP/UP的CC_ID映射到不同的VlanID上，
• 多對一映射：多個CP/UP的CC_ID映射到相同的VlanID上，
• 所有對一映射：所有的CP/UP的CC_ID映射到相同的VlanID上，這是對對一映射的特例，這種情況是針對不需要負載均衡的部署場景，

詳細請參考：DCM TP 3D.705，

（2）基于vlan id的負載均衡

在上述情形中，一個O-RU可以被多個不同廠家的O-DU共享，不同O-DU在同一個O-RU上部署不同的天線載波，O-RU通過VlanID來區分不同的不同O-DU的不同的天線載波，

（3）VLAN id的數量

VLAN id的數量取決于O-RAN的型別與支持的天線載波數，

• FR1的O-RU

最小需要VLAN id，即最小支持一個天線載波，

最大需要的vlan的個數，取決于O-RU支持的天線載波數，

從規范來看，目前建議最大支持8個天線載波，即最大八個VLAN id，

• FR2的O-RU

最少需要4個Vlan id，用于區分至少兩個group的2個不同極化方向的載波，

最大需要的vlan的個數，取決于O-RU支持的天線載波數，

4.5 M面VLAN id的自動檢測

（1）M面需要獨立的Vlan ID, 以實作與C/U的資料流的隔離，

（2）為了降低管理的復雜性，O-RU需要能夠自動檢測M面的vlan id，可以配置支持自動掃描的vlan id范圍，

VLAN id自動掃描需要與DHCP Client服務結合起來才能實作，

其基本原理是：在設定的VLAN id范圍內，依次發起DHCP的流程，能夠收到DHCP response的VLAN ，表明是Mplane的VLAN，詳細程序如下：

• 如果先前已經保存了Mplane的Vlan id，則直接使用才VLAN id發起Mplane的DHCP 請求，
• 如果沒有保存過的Mplane的Vlan id，則啟動VLAN掃描程序，
• 現在配置的Vlan id范圍內進行掃描，掃描成功，保存vlan id，掃描失敗，則掃描所有的vlanID.

（3）DHCP掃描與探測

針對每個被選擇的VlanId，RU都需要發起一次DHCP server的掃描與探測程序，

這個程序通過DHCP服務，檢查所選擇id的vlan上，是否有DHCP server，如果有，則認為該vlan id是mplane id，這就需要在網路部署時，DHCP server必須部署在Mplane所在的VLAN中，

第5章 O-RAN對以太網MAC層的需求： PCP

5.1 PCP說明

PCP: Priority Code Point.

5.2 VLAN 優先級PCP的映射

為C/U/S/M-Plane不同面的資料進行PCP標記，設定/U/S/M-Plane不同面資料的優先級(Qos)，從而提高時間敏感網路中eCPRI流量的可靠性，

ORAN定義了C/U/S/M-Plane默認的MAC層的VLAN優先級（上下行同時有效）

從上圖可以看出，默認情況下：

U-Plane和C-Plane的優先級為最高7.

M-Plane的優先級為2，

其他資料流采用最低的優先級1.

但ORAN也要求可以配置他們的PCP優先級，

第6章 ORAN對TCP/IP層的需求

6.1 DSCP

DSCP差分服務代碼點（Differentiated Services Code Point），IETF于1998年12月發布了Diff-Serv（Differentiated Service）的QoS分類標準，它在每個資料包IP頭部的服務類別TOS標識位元組中，利用已使用的6位元和未使用的2位元，通過編碼值來區分優先級，

ORAN為M面的IP資料包定義了默認的優先級：18

6.2 IPSEC

無特殊要求

第7章 DHCP Client服務

7.1. DHCP 交換程序

7.2 Vendor特有的資訊域

在傳統的Fronthual介面中，由于是RU和DU是同一個廠家的，因此RU通常會通過DHCP client中vendor特有的資訊域，攜帶產品型別、序列號等資訊，

O-RAN規范中，不同的O-RU和O-DU能夠實作互聯互通，就需要移除這些資訊，即使不移除，O-RU和O-DU的行為，也不要依賴于vendor特有的資訊域，

7.3 選項143與自動配置引導服務器自動發現

（1）概述

Option 143（V4_ZEROTOUCH_REDIRECT)：用于O-RU的自動配置引導服務器自動發現

安全零接觸配置（SZTP）是一種在網路設備以出廠默認狀態啟動時安全配置網路設備的技術，

這種自舉策略使設備能夠只需要執行物理放置、連接網路、電源電纜等操作，不需要手工執行任何配置，就可以自動安全地獲取自舉資料（初始配置資料），

O-RU上電啟動后，如果沒有配置，處于出廠狀態，則O-RU需要自動從Bootstrap（自動配置引導服務器）上下載組態檔，完成對自身的配置，

這里就存在一個問題，O-RU如何知道自舉服務器或自動配置引導服務器的IP地址？

有幾種策略：

（1）出廠前預先配置

這種方法優點：簡單

最大的缺陷是：不同的運營商，不動的地區，器自舉服務器（自動配合引導服務器）的地址是不同的，很難在出廠前預先配置，

（2）在DHCP獲取IP地址時，通過DHCP optional從DHCP server獲取，

優點：靈活，適應性強，也也是O-RAN建議采用這種方法的主要原因，

缺點：需要對DHCP server預先配置，適合與運營商網路，但在企業網中的實施就有些障礙，這要求重新配置企業網內部的DHCP server服務器，無法做到即插即用，

（3）Option 143

備注：

Option 143是DHCP標準的一部分，bootstra-server-list是IP地址，也可以是URL，

因此RU在拿到URL時，需要通過DNS client獲取其對應的IP地址

第8章 DNS Client

因為DHCP client Option 143獲取的是自舉服務的地址是URL格式，因此需要把他轉換成IP地址，這就需要DNS Client服務的支持，

第9章 PTP Client時鐘同步

PTP時鐘同步用于從外部的PTP server獲得同步時鐘，

第10章 啟動程序

10.1 所有可配置的傳輸層引數匯總

（1）Vlan Id與CP/UP資料流e_AxC的映射

（2）M Plane Vlan ID的配置

（3）M Plane 物理埠的配置 （對RRU可選，主要針對BBU）

（4）M Plan VLAN id自動掃描的VLAN id范圍

（5）CP/UP資料流的優先級PCP

10.2 啟動程序

（1）前置條件

• 連接網路
• 在BBU的系統板上部署DHCP serve或DHCP relay
• 把RRU與BBU的Mplane埠連接起來，

（2）啟動程序

• 選擇VLAN ID
• DHCP serve掃描
• DHCP server回復DHCP offer
• 記錄vlan id和獲取的IP地址
• 記錄自舉服務器的URL list
• 在m plane的vlan上啟動DNS服務，獲取自舉服務的IP地址
• 從自舉服務下載初始組態檔
• 使用初始組態檔對RRU進行配置
• 初始化完成

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