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   2 .. SPDX-License-Identifier: CC-BY-4.0
   3
   4
   5 O-DU High Architecture
   6 ======================
   7
   8
   9 O-DU implements the functional blocks of L2 layer of a 5G NR protocol stack in SA(StandAlone) mode.
  10 These layers primarily include NR MAC, NR Scheduler and NR RLC layers.
  11
  12 O-DU modules are developed as shown in the below diagram.
  13
  14 .. figure:: ODUArch.jpg
  15   :width: 600
  16   :alt: Figure 1 O-DU High Architecture Diagram
  17
  18   Figure 1 - O-DU High Architecture Diagram
  19
  20 O-DU High Thread Architecture
  21 -------------------------------
  22
  23 As shown in Figure 1, there are multiple entities within O-DU High. Modules sharing a
  24 given color belong to one thread. O-DU architecture can be defined at a thread
  25 level as follows:
  26
  27 - Thread 1: O-DU thread
  28
  29 - Thread 2: DU APP inclusive of Config Handler, DU Manager, UE Manager, EGTP Handler and ASN.1 Codecs
  30
  31 - Thread 3: 5G NR RLC DL and MAC (inclusive of 5G NR SCH and Lower MAC)
  32
  33 - Thread 4: 5G NR RLC UL
  34
  35 - Thread 5: SCTP Handler
  36
  37 - Thread 6: Lower MAC Handler
  38
  39
  40 O-DU High Modules
  41 --------------------------
  42
  43 DU APP
  44 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
  45 This module configures and manages all the operations of O-DU.
  46 It interfaces with external entities as follows:
  47
  48 - OAM:  DU APP interacts with OAM on the O1 interface for configuration, alarms and performance management.
  49
  50 - 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.
  51
  52 - RIC: DU APP interacts with RIC on E2 interface over SCTP.
  53
  54
  55 DU App submodules are as follows:
  56
  57 - Config Handler manages the configurations received on O1 interfaces and stores them within DU APP context.
  58
  59 - DU Manager handles all cell operations at the DU APP.
  60
  61 - UE Manager handles UE contexts at the DU APP.
  62
  63 - SCTP handler is responsible for establishing SCTP connections with O-CU, RIC on the F1AP and E2AP interfaces
  64   respectively.
  65
  66 - EGTP handler is responsible for establishing EGTP connection with O-CU for data message exchange on the F1-U
  67   interface.
  68
  69 - ASN.1 Codecs contain ASN.1 encode/decode functions which are used for System information, F1AP and E2AP messages.
  70
  71 5G NR RLC
  72 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
  73 This module provides services for transferring the control and data messages
  74 between MAC layer and O-CU (via DU App).
  75
  76 5G NR RLC UL and 5G NR RLC DL are the sub modules of this module that implement
  77 uplink and downlink functionality respectively.
  78
  79 5G NR MAC
  80 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
  81 This module uses the services of the NR physical layer to send and receive data
  82 on the various logical channels.
  83 Functions of the 5G NR MAC module are as follows:
  84
  85 - 5G NR MAC is responsible for multiplexing and de-multiplexing of the data on various logical channels.
  86
  87 - 5G NR SCH schedules resources in UL and DL for cell and UE based procedures.
  88   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.
  89
  90 - Lower MAC interfaces between the MAC and the O-DU Low. It implements all the messages of FAPI
  91   specification. It has a receiver thread to handle messages from L1.
  92
  93
  94 O-DU Utility and Common Functions
  95 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
  96 These modules contain platform specific files and support O-DU High functionality and message exchanges.
  97
  98
  99 O-DU-High Interfaces
 100 ======================
 101
 102
 103 This section describes the other modules that O-DU High interfaces with, as shown in below diagram.
 104
 105 .. figure:: O-DUHighInterfaces.jpg
 106   :width: 600
 107   :alt: O-DU High Interfaces
 108
 109   Figure 2 - O-DU High Interfaces
 110
 111
 112 As shown in Figure 2, O-DU High interfaces with the following modules:
 113
 114 - O-CU: O-DU High communicates with O-CU on the F1AP interface. The control message exchanges are on F1-C while
 115   data message exchanges are on F1-U interfaces. The below F1AP messages on F1-C are implemented, as per
 116   3GPP 38.473-f60 v15.3:
 117
 118   - Interface Management
 119
 120     - F1 Setup
 121
 122     - gNB-DU Configuration Update
 123
 124     - F1 Reset
 125
 126   - UE Context Management
 127
 128     - UE Context Setup
 129
 130   - RRC Message Transfer
 131
 132     - Initial UL RRC Message Transfer
 133
 134     - DL RRC Message Transfer
 135
 136     - UL RRC Message Transfer
 137
 138     - RRC Delivery Report
 139
 140 - Near RT RIC: O-DU High communicates with Near RT RIC on the E2 interface. The below E2AP messages are
 141   implemented, as per ORAN WG3.E2AP v01.00:
 142
 143   - Global Procedures
 144
 145     - E2 Setup
 146
 147   - Near RT RIC Functional Procedures
 148
 149     - RIC Subscription
 150
 151     - RIC Indication
 152
 153 - O-DU Low: O-DU High communicates with O-DU Low on the FAPI interface. The below FAPI messages are supported,
 154   as per FAPI interface files shared by Intel:
 155
 156   - P5 messages - PHY mode control interface
 157
 158     - PARAM.request/PARAM.response
 159
 160     - CONFIG.request/CONFIG.response
 161
 162     - START.request
 163
 164     - STOP.request
 165
 166     - STOP.indication
 167
 168   - P7 messages - Main data path interface
 169
 170     - DL_TTI.request
 171
 172     - UL_TTI.request
 173
 174     - SLOT.indication
 175
 176     - UL_DCI.request
 177
 178     - TX_Data.request
 179
 180     - RX_Data.indication
 181
 182     - CRC.indication
 183
 184     - UCI.indication
 185
 186     - RACH.indication
 187
 188 - OAM: O-DU High communicates with OAM on the O1 interface.
 189
 190
 191
 192 O-DU High functionality
 193 ========================
 194
 195
 196 Cell Up and Broadcast Procedure
 197 --------------------------------
 198
 199 This section describes the cell-up procedure within O-DU High.
 200
 201 .. figure:: CellUpAndBroadcast.png
 202   :width: 720
 203   :alt: Cell Up and Broadcast Procedure
 204
 205   Figure 3 - O-DU High Cell Up and Broadcast Procedure
 206
 207
 208 As seen in the Figure 3,
 209 - 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.
 210
 211 - The O-CU responds with F1 Setup Response. This message contains a list of cells which must be activated.
 212
 213 - The O-DU High scans the list of cells received and sends corresponding cell configurations to 5G NR MAC.
 214
 215 - 5G NR MAC, in-turn configures the 5G NR SCH. It also configures the O-DU Low via the Lower MAC module.
 216
 217 - On receiving the cell config response, DU APP sends a gNB DU Config Update towards the O-CU. The O-CU responds with
 218   gNB DU Config Update ACK towards the O-DU High.
 219
 220 - The DU APP now exchanges F1 Reset message with the O-CU to initialize the UE contexts.
 221
 222 - 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
 223   Low.
 224
 225 - On receiving START.request, O-DU Low begins to send slot indications towards 5G NR MAC via the lower MAC.
 226   The frequency of these slot indications is determined by the numerology(Mu) supported.
 227   5G NR MAC forwards these slot indications to the 5G NR SCH and DU APP modules.
 228
 229 - When the first slot indication reaches the DU APP, cell is marked as up.
 230
 231 - The 5G NR SCH, keeps tracking the SSB and SIB1 ocassions on receiving regular slot indications.
 232   On detecting the relevant ocassion, 5G NR SCH schedules SSB/SIB1 and forwards the DL Scheduling Information to 5G NR MAC.
 233
 234 - The 5G NR MAC mutiplexes the PDU and sends SSB/SIB1 packets towards the O-DU Low through the Lower MAC.
 235
 236
 237
 238 UE Related Procedure
 239 -----------------------
 240
 241
 242 The O-DU High supports
 243
 244 - All physical channels - PBCH, PRACH, PDCCH, PDSCH, PUSCH, PUCCH
 245
 246 - All control logical channels - UL CCCH, DL CCCH, UL DCCH, DL DCCH
 247
 248 - All control transport channels - BCH, UL-SCH, DL-SCH, RACH
 249
 250 The above channels are used to achieve the below messages:
 251
 252 - Cell broadcast of System Information which includes SSB and SIB1.
 253
 254 - RACH Procedure
 255
 256   - RACH Indication
 257
 258   - Random Access Response
 259
 260   - RRC Setup Request
 261
 262   - RRC Setup
 263
 264 - UE attach signalling flow
 265
 266   - RRC Setup Complete
 267
 268   - Registraton Request
 269
 270   - Security Mode Command
 271
 272   - Security Mode Complete
 273
 274   - Registraton Accept
 275
 276   - Registraton Complete
 277
 278   - Several NAS Message Exchanges
 279
 280   - RRC Reconfiguration
 281
 282   - RRC Reconfiguration Complete
 283
 284 Figure 4 below depicts the above call flow, inclusive of all interfaces:
 285
 286 .. figure:: UeAttach.png
 287   :width: 800
 288   :alt: O-DU High UE Attach Flow
 289
 290   Figure 4 - UE Attach Flow
 291
 292
 293
 294 OSC Testcases Supported
 295 =========================
 296
 297 The O-DU High partially supports below use-cases:
 298
 299 - Traffic Steering
 300
 301 - Health Check
 302
 303