1. 두 가지 기본적인 작업
cellular network 에서 RAN 은 모바일 기기들을 위해 wide-area 에서의 wireless connectivity(무선 연결성) 를 제공한다. 이를 위해서는 두 가지의 기본적인 작업이 필요하다.
- 패킷 및 신호 처리 기술을 사용하여 시간에 따라 변하는 모바일 채널에서 전송하기 적합한 Physical Layer 패킷으로 IP 패킷들을 변환한다. 결국 모바일 통신에서 IP 패킷을 무선 신호로 변환하여 전송하기 위해 사용된다.
- 활성화된 end device 들에 연결성을 제공하기 위해 중요한 무선 리소스들을 최선의 방법으로 사용하고 관리하는 무선 리소스 관리(RRM: Radio Resource Management) 제어를 수행한다. 결국 무선 통신 네트워크에서 유용한 무선 리소스를 효율적으로 사용하여 end device 들에 대한 연결성을 제공하게 된다.
1-1. Radio Resource Management control
RRM control 은 Radio Resource Management control 을 줄인 말로 무선 네트워크에서 무선 리소스들을 효율적으로 관리하기 위한 기술을 뜻한다. RRM 이 무선 네트워크에서 사용되는 다양한 기능들이 있고 그 중의 일부를 알아보자면 아래와 같다.
- 전송 출력 제어 무선
- 기지국들에서 보내게되는 무선 신호들의 전력을 제어한다. 무선 신호들은 전송되는 거리와 신호의 강도에 큰 영향을 받기 때문에 전송 출력을 제어하여 무선 리소스들을 효율적으로 사용하고 더 나은 품질의 서비스를 제공해준다.
- 사용자 할당
- 기지국에서 사용 가능한 무선 리소스들을 현재 접속한 사용자들에게 할당하는 과정을 수행한다. 무선 네트워크에서 사용 가능한 무선 리소스를 최대한 활용하면서도 사용자들에게 높은 품질의 서비스를 제공하기 위해서 다양한 기술들이 구현된다.
- handover 기준
- 사용자가 다른 무선 기지국의 네트워크로 이동하여 연결하는 과정을 handover 라 부른다. 이때, 원할하게 이루어지지 않는다면 서비스의 연결이 끊기거나 버벅이는 불편한 상황을 겪게 되는데 이를 방지하기 위해 무선 신호의 강도, 사용자의 이동 속도, 사용자가 사용해야 하는 주파수 대역의 달라짐 등의 기준들을 설정하게된다.
2. RAN protocol Stack
3GPP 는 위의 두 작업들을 수행하기 위해 <그림 1> 과 같은 RAN protocol stack 으로 설계해왔다.
RAN 의 disaggregation(세분화) 가 RAN protocol stack 을 효율적으로 분리하면서 각각의 요소들을 독립적으로 구현할 수 있게 되었다. 이는 소유권에서의 많은 비용, 높은 에너지 소비, 지능적이고 동적인 무선 리소스 관리에 의한 더 나은 시스템 성능뿐만 아니라 다양한 요소들에서 빠르고 오픈된 발전을 보장하면서 다중 vendor 들의 운영 가능성을 확보하기 위한 문제들을 다루는 데에 목표를 두고 있다.
3GPP 는 많은 disaggregation 옵션들을 정의해왔다.
3. Disaggregation solution
O-RAN architecture 에 따르면, disaggregation solution 은 <그림 3> 에서 설명되어있듯, 커버하는 지역에 따라 RAN 의 기능들이 분산적으로 구동을 가능하게 하는 것을 필요로 한다.
- CU (Central Unit) :
- 가상화 네트워크 기능들로 역할을 하도록 구현된 "패킷 처리 기능" 들이 중앙화되어 있다.
- 이 기능들은 지리적으로 중앙화된 edge cloud location 에 위치한 하드웨어 구현되어 있다.
- DU (Distributed Unit) :
- 커버하는 cell site 에서의 "baseband 처리 기능" 들을 구현하고 가상화된 네트워크의 기능들로써 구현된다.
- FPGA 등을 사용하여 하드웨어 가속을 가능케 하는 하드웨어들에 구현되어 있다.
- RU (Radio Unit) :
- 커버하는 안테나 site 에서의 "무선 통신 기능" 들을 수행하도록 구현된다.
- 특화된 하드웨어에 구현되어 있다.
disaggregation solution 은 use-case, 지리적 위치, 운영자의 선택 그리고 CU-DU-RU 의 분리에 따라 유연하게 작동해야한다. 물론, 단순히 둘로 나뉘었거나 하나로 합쳐져 있는 상황에서도 구현이 가능하도록 설계되어야 한다.
O-RAN Alliance 는 분리된 요소들 사이의 interface 들을 위한 사양들을 개발 중이다. 이 과정에서, 이들은 개발에 집중하기 위해 3GPP RAN disaggregation 옵션들을 선택해왔다. 특히, O-RAN 은 각 요소들(CU, DU, RU) 을 아래와 같이 설명한다.
- CU :
- RRC, PDCP 그리고 SDAP 계층들을 호스팅하는 logical node
- DU :
- RLC, MAC 그리고 High-PHY 계층들을 호스팅하는 logical node
- RU :
- Low-PHY 계층과 RF 처리 기능을 호스팅하는 logical node
덧붙여, O-RAN 은 CU 를 위한 control plane 과 user plane 의 분리를 추구하기도 한다.
- CU-U : CU-User
- PDCP protocol, SDAP protocol 의 user plane 파트를 호스팅하는 logical node
- CU-C : CU-Control
- PDCP protocol, RRC protocol 의 control plane 파트를 호스팅하는 logical node
