高精度5G白盒解决方案使基于COTS的开放式虚拟运行变得可行

开放式虚拟5G无线接入网络（RAN）最近受到了广泛关注，因为四大移动设备供应商中的两家已经宣布他们现在支持开放式虚拟RAN解决方案。这对那些希望在5G网络中看到更多竞争和灵活性的运营商来说是个好消息。

迄今为止，开放的解决方案都依赖于商用现货(COTS)硬件，例如标准的x86 cpu和标准的以太网网络接口卡(NICs)。O-RAN联盟和电信基础设施项目（TIP）等组织的工作正在为开放接口和白盒实现制定规范，这些规范可以满足现在和将来5G RAN的性能要求。

在whitebox实现中，有一个方面得到了显著改进，那就是时间同步。对端到端延迟的更严格要求以及天线和基站密度的增加意味着定时同步和准确度已成为关键能力，到目前为止，COTS硬件还没有完全具备这种能力。

虽然有许多COTS硬件支持IEEE 1588v2精确时间协议(PTP)，但对于载波聚合和类似的用例，5G需要支持最小65ns的时间同步精度。为了确保这种精度水平，建议使用PTP和同步以太网等精确频率同步技术，以确保物理层和协议层的同步。这将是更重要的，因为我们将向更高频率的无线电频谱，如毫米波(mmWave)与大型MIMO天线配置。

作为O-RAN联盟和TIP的积极成员，矽om是为数不多的拥有开发和提供开放5G虚拟RAN解决方案给全球电信运营商的经验的公司之一。基于英特尔技术的硅om解决方案包括中央单元(CU)和分布式单元(DU)白盒设备，这将是5G虚拟运行网络的关键体积组件。作为先驱者，我们对开放虚拟解决方案的成功在今天和未来都需要什么提供了一些有价值的见解。

硅om目前正在与全球一级运营商进行解决方案评估。运营商对基于COTS硬件的开放式解决方案表现出了极大的兴趣，并且是O-RAN联盟和TIP的积极成员。然而，运营商有必须满足的严格要求，特别是在时间同步方面。运营商也有独特的需求，这取决于他们现有的基础设施、需要支持的服务以及为了满足他们的商业目标而需要做出的权衡。这意味着基于COTS硬件的解决方案也需要灵活，能够适应不同的运营商情况。

5G经常被忽略的一个方面是其广泛的范围。5G设计能够提供的所有解决方案和潜力将需要几年的时间(如果不是10年的话)才能实现。这不可避免地意味着5G解决方案需要能够满足当前的需求以及未来仍在出现的需求。

例如，目前的5G部署被称为“非单机”，因为它们仍然依赖4G LTE核心，但5G“单机”部署指日可见，带来了新的需求。这将包括更多使用智能控制器的网络切片实现，如O-RAN联盟架构中定义的“近实时”和“非实时”控制器。新的无线接口，如5G mmWave正在部署，带来了新的需求。许多推动5G设计和架构的服务，比如大规模的工业物联网和超可靠的低延迟服务，还没有大规模部署。

这意味着需要将大量的灵活性和适应性构建到5G运行产品中，以适应未来不可预见的需求。5G架构，特别是RAN架构，在设计时考虑到了灵活性。像O-RAN Alliance和TIP这样的组织通过定义部署开放虚拟RAN解决方案所需的开放接口和控制器，增加了额外的价值。然而，在这一层之下仍然有硬件，这些虚拟软件解决方案部署在硬件上，这是适应不同需求和环境的灵活性的关键所在。

例如，为了最大限度地利用虚拟CU和DU实现提供的灵活性，必须能够在运行中将这些函数部署到不同的位置。DU可以靠近RAN边缘的无线电单元(RU)和天线，或者它可以与CU一起位于移动边缘云的中心位置，或者在两者之间的任何点。要使该功能正常运行，支持它的硬件必须具有适当的计算能力、存储、RAM和加速和卸载技术，以确保无缝性能。

正是这些见解促使Silicom开发了基于Intel技术的广泛的whitebox和NIC解决方案组合，这些解决方案不仅可以适应各种部署方案，而且还可以适应运营商对所需软件和硬件组件的偏好。

Silicom提供了一个开放的虚拟RAN-CU和DU的完整白盒实现，可以根据客户需求进行调整和定制。例如，whitebox随Silicom CU和DU虚拟参考软件一起提供，但它可以替换为其他供应商的软件，如Intel©FlexRAN参考解决方案。此外，whitebox设备硬件可以定制，以适应更强大的CPU或额外的CPU节点、额外的RAM或存储。Silicom的所有白盒都由Silicom网络接口卡（NICs）供电，网卡也提供了广泛的选项，从标准以太网NICs到FPGA加速NICs，可以完全或部分卸载CU和DU功能。

Silicom解决方案的一个与众不同的特性是时间同步支持。Silicom为IEEE1588v2 PTP提供全面支持，电信配置文件扩展到由ITU-T在G.8272、G.8273和G.8275标准中定义的PTP。这使得Silicom whitebox可以充当网络中的电信主时钟（T-GM）、边界时钟（T-BC）和时间从时钟（T-SC）。Silicom Whitebox还可以作为主参考时钟（PRTC Class B），目前仅在交换机和专用时间同步设备中可用，最大时间误差为40纳秒。

当这些PTP功能与同步以太网相结合时，可以以极高的精度支持广泛的时间同步部署选项。根据ITU-82G标准为以太网和以太网82G提供独特的解决方案。这包括根据G.8264部署同步以太网设备时钟（G.8262 EEC）和以太网同步消息通道（ESMC）。这允许在使用PTP的协议层和使用同步以太网的物理层进行同步，其中PTP电信边界时钟（T-BC）使用同步以太网设备时钟（EEC）进行同步。

将PTP和同步以太网相结合可以降低最大时间间隔错误（MTIE），其中Silicom能够在1.5微秒的MTIE下保持数小时的性能。

全面的时间同步支持还导致RAN的合理化，从而减少需要部署的设备。例如，如果需要将多个ru连接到DU，则需要一个Fronthaul网关交换机，因为它具有必要的时间同步功能。然而，由于Silicom DU whitebox支持广泛的时间同步选项，因此可以直接在DU中删除Fronthaul网关和聚合ru。这可以大大节省运行成本。

高精度时间同步功能的可用性意味着基于COTS硬件的开放式解决方案现在无论从性能还是成本角度都是可行的。当这与扩展和定制白盒硬件以满足特定要求的能力结合在一起时，它为运营商提供了一个解决方案，既能满足当前的需求，又能适应未来的需求。

5G的部署才刚刚开始，预计未来将支持更高要求的服务和需求。如今，运营商正在探索whitebox和NIC产品，以在其网络中实现开放式虚拟RAN解决方案。其中许多试验都是基于软件运行在基于Intel的X86设备上，并带有时间同步以太网NIC。但也有用于加速前向纠错（FEC）功能的FPGA nic，以及根据O-RAN联盟定义的7.2划分，DU和无线单元之间的开放式前端接口的第1层卸载。随着部署要求更高的服务，预计将有更多的卸载和加速来满足性能需求。

随着Silicom开发的开放虚拟RAN whitebox中全面时间同步支持的实现，开放COTS硬件实现5G部署所需性能水平的最后一个障碍已经消除。运营商现在可以考虑基于COTS的开放虚拟RAN解决方案，以满足其当前和未来5G部署需求。