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   3
   4
   5 O-DU High Overview
   6 *********************
   7
   8 O-DU High Architecture
   9 ======================
  10
  11 O-DU implements the functional blocks of L2 layer of a 5G NR protocol stack in SA(StandAlone) mode.
  12 These layers primarily include NR MAC, NR Scheduler and NR RLC layers.
  13
  14 O-DU modules are developed as shown in the below diagram.
  15
  16 .. figure:: ODUArch.jpg
  17   :width: 600
  18   :alt: Figure 1 O-DU High Architecture Diagram
  19
  20   Figure 1 - O-DU High Architecture Diagram
  21
  22 O-DU High Thread Architecture
  23 -------------------------------
  24
  25 As shown in Figure 1, there are multiple entities within O-DU High. Modules sharing a
  26 given color belong to one thread. O-DU architecture can be defined at a thread
  27 level as follows:
  28
  29 - Thread 1: O-DU thread
  30
  31 - Thread 2: DU APP inclusive of Config Handler, DU Manager, UE Manager, and ASN.1 Codecs
  32
  33 - Thread 3: 5G NR RLC DL and MAC (inclusive of 5G NR SCH and Lower MAC)
  34
  35 - Thread 4: 5G NR RLC UL
  36
  37 - Thread 5: SCTP Handler
  38
  39 - Thread 6: Lower MAC Handler
  40
  41 - Thread 7: EGTP Handler
  42
  43 - Thread 8: O1
  44
  45 O-DU High Modules
  46 --------------------------
  47
  48 DU APP
  49 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
  50 This module configures and manages all the operations of O-DU.
  51 It interfaces with external entities as follows:
  52
  53 - OAM:  DU APP interacts with OAM on the O1 interface for configuration, alarms and performance management.
  54
  55 - O-CU: DU APP interacts with O-CU for RAN functionalities over the F1 interface which is built on SCTP. Control messages are exchanged on the F1-C interface and data messages on the F1-U interface.
  56
  57 - RIC: DU APP interacts with RIC on E2 interface over SCTP.
  58
  59
  60 DU App submodules are as follows:
  61
  62 - Config Handler manages the configurations received on O1 interfaces and stores them within DU APP context.
  63
  64 - DU Manager handles all cell operations at the DU APP.
  65
  66 - UE Manager handles UE contexts at the DU APP.
  67
  68 - SCTP handler is responsible for establishing SCTP connections with O-CU, RIC on the F1AP and E2AP interfaces
  69   respectively.
  70
  71 - EGTP handler is responsible for establishing EGTP connection with O-CU for data message exchange on the F1-U
  72   interface.
  73
  74 - ASN.1 Codecs contain ASN.1 encode/decode functions which are used for System information, F1AP and E2AP messages.
  75
  76 5G NR RLC
  77 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
  78 This module provides services for transferring the control and data messages
  79 between MAC layer and O-CU (via DU App).
  80
  81 5G NR RLC UL and 5G NR RLC DL are the sub modules of this module that implement
  82 uplink and downlink functionality respectively.
  83
  84 5G NR MAC
  85 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
  86 This module uses the services of the NR physical layer to send and receive data
  87 on the various logical channels.
  88 Functions of the 5G NR MAC module are as follows:
  89
  90 - 5G NR MAC is responsible for multiplexing and de-multiplexing of the data on various logical channels.
  91
  92 - 5G NR SCH schedules resources in UL and DL for cell and UE based procedures.
  93   5G NR SCH is completely encapsulated within the 5G NR MAC i.e., all interactions of the 5G NR SCH is via the 5G NR MAC.
  94
  95 - Lower MAC interfaces between the MAC and the O-DU Low. It implements all the messages of FAPI
  96   specification. It has a receiver thread to handle messages from L1.
  97
  98
  99 O-DU Utility and Common Functions
 100 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 101 These modules contain platform specific files and support O-DU High functionality and message exchanges.
 102
 103
 104 O1 Module
 105 ^^^^^^^^^^
 106
 107 .. figure:: ODU-O1-Arch.jpg
 108   :width: 554
 109   :alt: Figure 2 O1 Architecture
 110
 111   Figure 2 - O1 Architecture
 112
 113 As shown in figure 2 the O1 module runs as a thread in O-DU High. Alarm communication happens over a Unix socket between the O1 and O-DU threads. O1 module uses API calls for interacting with the Netconf server(Netopeer) and datastore(sysrepo) for providing the Netconf interface.
 114
 115 O1 architecture has following components:
 116
 117 - Netconf Session Handler: Subscribe to Netconf YANG modules and events. Register callback handler methods.
 118
 119 - VES Agent : Sends the VES events to SMO
 120
 121 - Alarm Manager: Stores and manages(add/updated/delete) alarms.
 122
 123 - Alarm Interface : Provides an interface to O-DU High threads for sending the alarm messages to O1 module over Unix socket.
 124
 125 - Config Interface : Interface to handle the configurations sent from SMO to the stack
 126
 127 - Netopeer server: Serves the northbound SMO/OAM Netconf requests.
 128
 129
 130 O-DU-High Interfaces
 131 ======================
 132
 133
 134 This section describes the other modules that O-DU High interfaces with, as shown in below diagram.
 135
 136 .. figure:: O-DUHighInterfaces.jpg
 137   :width: 600
 138   :alt: O-DU High Interfaces
 139
 140   Figure 3 - O-DU High Interfaces
 141
 142
 143 As shown in Figure 3, O-DU High interfaces with the following modules:
 144
 145 - O-CU: O-DU High communicates with O-CU on the F1AP interface. The control message exchanges are on F1-C while
 146   data message exchanges are on F1-U interfaces. The below F1AP messages on F1-C are implemented, as per
 147   3GPP 38.473-f60 v15.3:
 148
 149   - Interface Management
 150
 151     - F1 Setup
 152
 153     - gNB-DU Configuration Update
 154
 155     - F1 Reset
 156
 157   - UE Context Management
 158
 159     - UE Context Setup
 160
 161     - UE Context Modification
 162
 163     - UE Context Release
 164
 165   - RRC Message Transfer
 166
 167     - Initial UL RRC Message Transfer
 168
 169     - DL RRC Message Transfer
 170
 171     - UL RRC Message Transfer
 172
 173     - RRC Delivery Report
 174
 175 - Near RT RIC: O-DU High communicates with Near RT RIC on the E2 interface. The below E2AP messages are
 176   implemented, as per ORAN WG3.E2AP v01.00:
 177
 178   - Global Procedures
 179
 180     - E2 Setup
 181
 182   - Near RT RIC Functional Procedures
 183
 184     - RIC Subscription
 185
 186     - RIC Indication
 187
 188 - O-DU Low: O-DU High communicates with O-DU Low on the FAPI interface. The below FAPI messages are supported,
 189   as per FAPI interface files shared by Intel:
 190
 191   - P5 messages - PHY mode control interface
 192
 193     - PARAM.request/PARAM.response
 194
 195     - CONFIG.request/CONFIG.response
 196
 197     - START.request
 198
 199     - STOP.request
 200
 201     - STOP.indication
 202
 203   - P7 messages - Main data path interface
 204
 205     - DL_TTI.request
 206
 207     - UL_TTI.request
 208
 209     - SLOT.indication
 210
 211     - UL_DCI.request
 212
 213     - TX_Data.request
 214
 215     - RX_Data.indication
 216
 217     - CRC.indication
 218
 219     - UCI.indication
 220
 221     - RACH.indication
 222
 223 - OAM: O-DU High communicates with OAM on the O1 interface.
 224
 225
 226
 227 O-DU High functionality
 228 ========================
 229
 230
 231 Cell Up and Broadcast Procedure
 232 --------------------------------
 233
 234 This section describes the cell-up procedure within O-DU High.
 235
 236 .. figure:: CellUpAndBroadcast.png
 237   :width: 720
 238   :alt: Cell Up and Broadcast Procedure
 239
 240   Figure 4 - O-DU High Cell Up and Broadcast Procedure
 241
 242
 243 As seen in the Figure 4,
 244 - If O1 interface is enabled, SMO sends cell configuration to DU APP. DU APP stores the configurations in its local database.
 245
 246 - If O1 interface is disabled, DU APP module uses static configuration.
 247
 248 - The DU APP module of O-DU High sends F1 Setup Request to O-CU. This message contains a list of cells that the O-DU High has been configured with.
 249
 250 - The O-CU responds with F1 Setup Response. This message contains a list of cells which must be activated.
 251
 252 - The O-DU High scans the list of cells received and sends corresponding cell configurations to 5G NR MAC.
 253
 254 - 5G NR MAC, in-turn configures the 5G NR SCH. It also configures the O-DU Low via the Lower MAC module.
 255
 256 - On receiving the cell config response, DU APP sends a gNB DU Config Update towards the O-CU. The O-CU responds with
 257   gNB DU Config Update ACK towards the O-DU High.
 258
 259 - The DU APP now exchanges F1 Reset message with the O-CU to initialize the UE contexts.
 260
 261 - DU APP sends Cell Start Req towards 5G NR MAC. This message is translated by the Lower MAC into the FAPI message START.request towards the O-DU
 262   Low.
 263
 264 - On receiving START.request, O-DU Low begins to send slot indications towards 5G NR MAC via the lower MAC.
 265   The frequency of these slot indications is determined by the numerology(Mu) supported.
 266   5G NR MAC forwards these slot indications to the 5G NR SCH and DU APP modules.
 267
 268 - When the first slot indication reaches the DU APP, cell is marked as up. If O1 is enabled, DU APP triggers an alarm to SMO to indicate the CELL is UP.
 269
 270 - The 5G NR SCH, keeps tracking the SSB and SIB1 ocassions on receiving regular slot indications.
 271   On detecting the relevant ocassion, 5G NR SCH schedules SSB/SIB1 and forwards the DL Scheduling Information to 5G NR MAC.
 272
 273 - The 5G NR MAC mutiplexes the PDU and sends SSB/SIB1 packets towards the O-DU Low through the Lower MAC.
 274
 275
 276
 277 UE Related Procedure
 278 -----------------------
 279
 280
 281 The O-DU High supports
 282
 283 - All physical channels - PBCH, PRACH, PDCCH, PDSCH, PUSCH, PUCCH
 284
 285 - All control logical channels - UL CCCH, DL CCCH, UL DCCH, DL DCCH
 286
 287 - All control transport channels - BCH, UL-SCH, DL-SCH, RACH
 288
 289 The above channels are used to achieve the below messages:
 290
 291 - Cell broadcast of System Information which includes SSB and SIB1.
 292
 293 - RACH Procedure
 294
 295   - RACH Indication
 296
 297   - Random Access Response
 298
 299   - RRC Setup Request
 300
 301   - RRC Setup
 302
 303 - UE attach signalling flow
 304
 305   - RRC Setup Complete
 306
 307   - Registraton Request
 308
 309   - Security Mode Command
 310
 311   - Security Mode Complete
 312
 313   - Registraton Accept
 314
 315   - Registraton Complete
 316
 317   - Several NAS Message Exchanges
 318
 319   - RRC Reconfiguration
 320
 321   - RRC Reconfiguration Complete
 322
 323 Figure 5 below depicts the above call flow, inclusive of all interfaces:
 324
 325 .. figure:: UeAttach.png
 326   :width: 800
 327   :alt: O-DU High UE Attach Flow
 328
 329   Figure 5 - UE Attach Flow
 330
 331 - UE Release Signalling flow
 332
 333   - RRC Release
 334
 335 Closed Loop Automation Procedure
 336 -----------------------------------
 337
 338 This section describes the closed loop automation procedure within O-DU High.
 339
 340 .. figure:: CLA_call_flow.png
 341   :width: 720
 342   :alt: Closed Loop Automation Procedure
 343
 344   Figure 6 - O-DU High Closed Loop Automation Procedure
 345
 346
 347 1. SMO commands ODU-High to bring the cell down via O1 interface.
 348
 349 2. DU-APP module of ODU-High sends GNB-DU configuration update message to O-CU. It contains the details of cell to be deleted. O-CU acknowledges this message by sending GNB-DU configuration update acknowledgment.
 350
 351 3. For each UE, DU APP sends UE Context Release Request to O-CU with information about the to be released. O-CU responds with UE Context Release request. It contains the RRC release message. O-DU high sends this RRC Release message to UE.
 352
 353 4. DU APP then sends UE delete request to MAC and RLC. Once a confirmation is received from both MAC and RLC, DU APP deletes UE from its own database as well.
 354
 355 5. Once all UEs are released, O-DU High sends STOP.Request to L1. L1 responds with stop indication.
 356
 357 6. Once cell has stopped, DU APP sends cell delete request to MAC. On receiving confimation from MAC, DU APP deletes cell information from its own database as well and sends UE Context Release Complete.
 358
 359 7. On receiving cell bring up command from SMO, the complete Cell bring up and UE attach procedure will be repeated (as explained in above sections)
 360
 361
 362 O1 Netconf get-alarm list procedure
 363 -----------------------------------
 364
 365 This section describes the *Health Status Retrieval* scenario of O-DU High health-check. It enables a northbound client(SMO) to retrieve the health of the O-DU High based on the last self-check performed. The alarm-list is provided as the response to the request via O1 Netconf interface.
 366
 367
 368 .. figure:: ODU-O1-GetAlarmListFlow.jpg
 369   :width: 869
 370   :alt: Figure 6 O1 get alarm-list flow
 371
 372   Figure 7 - O1 get alarm-list flow
 373
 374 As seen in the Figure 7,
 375
 376 - On the cell state change from de-active to activate, DU APP module raises a cell up alarm message and sends it over the Unix socket using the Alarm Interface API.
 377
 378 - On other side a Unix socket server, running as a thread, in O1 module receives the cell up alarm message and it passes on the alarm information to the Alarm Manager.
 379
 380 - Alarm Manager stores the alarm data in a list.
 381
 382 - Whenever SMO/OAM requires the current alarm list, it sends a Netconf get request. The request is received by the Netopeer Server and a callback method, registered with the Session Handler, is invoked.
 383
 384 - The callback function fetches the alarm list from Alarm Manager and sends it back to the client (SMO/OAM) via  Netconf interface.
 385
 386
 387 Network Slicing procedure
 388 --------------------------
 389
 390 This section describes the Network Slicing feature within O-DU High.
 391
 392
 393 .. figure:: Network_Slicing.png
 394   :width: 869
 395   :alt: Network Slicing flow
 396
 397   Figure 8 -  Network Slicing flow
 398
 399 As seen in the Figure 8,
 400
 401 - Once the Cell is UP, Slice Configuration received from O1 to O-DU is processed. DU APP forwards the Slice Configuration Request towards MAC which is further forwarded to Scheduler.
 402
 403 - Scheduler stores the Slice Configuration in DB and sends the Slice Configuration Response for each Slice to MAC and further towards DU APP. Slice Configuration Procedure completes.
 404
 405 - Once a UE attaches and PDU session is established then RLC will periodically calculate the Slice Performance Metrics(UL and DL Throughput) for slices configured during UE Context Setup/Modification procedure.
 406
 407 - RLC sends the Consolidated Slice Metrics to DU APP at every 60 sec duration. This is further forwarded towards SMO/Non-RT RIC.
 408
 409 - SMO/Non-RT RIC analyses these metrics and may optimize the slice configuration(RRM Policies) for dedicated slice. This is received at MAC and Scheduler as Slice Reconfiguration Request from DU APP.
 410
 411 - Scheduler updates the received Slice Configuration in its DB and sends back the Slice Reconfiguration Response to MAC and further MAC forwards it to DU APP. Scheduler applies the optimized RRM policies for the dedicated slice.
 412
 413
 414 OSC Testcases Supported
 415 =========================
 416
 417 The O-DU High partially supports below use-cases:
 418
 419 - Traffic Steering
 420
 421 - Health Check
 422
 423