OpenAirInterface

OpenAirInterface (OAI) — это программный проект с открытым исходным кодом, реализующий стек протоколов сетей мобильной связи стандартов 3GPP (Long Term Evolution, LTE) и 5G New Radio (NR). Проект предоставляет эталонную реализацию элементов опорной сети (EPC, 5GC) и сети радиодоступа (eNB, gNB), работающую на стандартном оборудовании (x86-совместимые серверы, процессоры ARM, SDR-платформы). OAI используется для исследований, прототипирования, развёртывания частных сетей и тестирования совместимости.

История

Проект был основан в 2008 году в рамках французского исследовательского института EURECOM (Sophia Antipolis). Изначально OAI разрабатывался как открытая платформа для экспериментов с LTE-сетями, позволяющая исследователям и разработчикам изучать и модифицировать протоколы без привязки к проприетарным решениям вендоров. Первая стабильная версия, поддерживающая базовую функциональность eNB и EPC, была выпущена в 2012 году.

В 2014 году проект получил поддержку от Европейской комиссии в рамках программы Horizon 2020, что позволило расширить команду разработчиков и ускорить внедрение поддержки LTE-Advanced. В 2017 году началась работа над реализацией 5G NR, основанной на спецификациях 3GPP Release 15. Первая версия с поддержкой 5G Standalone (SA) была представлена в 2020 году.

В 2021 году OpenAirInterface перешёл под управление некоммерческой организации OpenAirInterface Software Alliance (OSA), объединяющей операторов связи, вендоров, университеты и исследовательские центры. Среди участников — компании Nokia, Orange, Fujitsu, а также академические учреждения, такие как IMDEA Networks и Technische Universität Berlin.

Архитектура и компоненты

Проект состоит из двух основных модулей, соответствующих архитектуре сетей 3GPP.

Сеть радиодоступа (RAN)

• eNB (для LTE) и gNB (для 5G NR) — реализации базовых станций, работающих в режиме реального времени. Поддерживаются частотные диапазоны от 700 МГц до 6 ГГц (FR1) и, в экспериментальном режиме, миллиметровый диапазон (FR2, 24–52 ГГц).
• Используется технология программно-определяемого радио (SDR): поддерживаются платформы USRP (Universal Software Radio Peripheral) от Ettus Research, LimeSDR, BladeRF, а также специализированные аппаратные ускорители (например, Xilinx RFSoC).
• Реализованы все основные функции физического уровня (PHY), включая OFDMA, MIMO (до 4×4), модуляцию до 256QAM, HARQ и планирование ресурсов.

Опорная сеть (Core Network)

• EPC (Evolved Packet Core) для LTE — включает компоненты MME (управление мобильностью), HSS (база данных абонентов), SGW и PGW (шлюзы данных).
• 5GC (5G Core) для 5G SA — реализует функции AMF, SMF, UPF, AUSF, UDM и NRF, соответствующие архитектуре Service-Based Architecture (SBA).
• Все компоненты работают в контейнеризированной среде (Docker, Kubernetes) и поддерживают интерфейсы N2/N3 (для 5G) и S1 (для LTE).

Программные интерфейсы

OAI предоставляет API для интеграции с внешними системами: мониторинг через SNMP, управление подписками через REST API, а также возможность подключения к виртуализированным сетевым функциям (VNF) в средах NFV.

Применение

Исследования и образование

OAI широко используется в университетах и исследовательских лабораториях для изучения протоколов мобильной связи, тестирования новых алгоритмов (например, для массивного MIMO, сетевого слайсинга, энергоэффективности) и проведения экспериментов на реальном радиооборудовании. Проект позволяет исследователям модифицировать любой уровень стека — от MAC-планировщика до приложений прикладного уровня.

Частные сети и промышленный IoT

На базе OAI развёртываются частные (корпоративные) сети LTE и 5G для автоматизации производства, управления роботизированными системами, передачи телеметрии и организации видеонаблюдения. Такие сети не зависят от публичных операторов и могут быть настроены под специфические требования заказчика (например, гарантированная задержка менее 10 мс, высокая плотность подключений).

Тестирование и валидация

Операторы связи и вендоры используют OAI в качестве эталонной реализации для проверки совместимости собственного оборудования и программного обеспечения. Например, тестирование абонентских устройств (UE) на соответствие спецификациям 3GPP может проводиться с помощью OAI-эмуляции сети.

Прототипирование 6G

В рамках проектов, финансируемых Европейской комиссией (например, 6G-BRICKS), OAI адаптируется для экспериментов с технологиями шестого поколения — интегрированным зондированием и связью (ISAC), реконфигурируемыми интеллектуальными поверхностями (RIS) и новыми форматами сигналов.

Лицензия и сообщество

OpenAirInterface распространяется под лицензией OAI Public License, основанной на GNU Affero General Public License v3 (AGPLv3). Эта лицензия требует, чтобы исходный код модифицированных версий, используемых в сетевых сервисах, также был открыт. Для коммерческого использования без обязательного раскрытия кода OSA предлагает отдельные коммерческие лицензии.

Сообщество разработчиков насчитывает несколько сотен участников. Исходный код хранится на GitHub (репозитории openairinterface5g, openair-cn, openair-spgwu). Релизы выходят дважды в год (весной и осенью), сопровождаются документацией и примерами конфигураций.

Критика и ограничения

• Производительность: реализация физического уровня на стандартных процессорах не позволяет достичь пиковых скоростей, заявленных в спецификациях 3GPP (например, для 5G NR — более 20 Гбит/с на сектор). Для высоких нагрузок требуются специализированные аппаратные ускорители (FPGA, GPU).
• Сложность развёртывания: настройка OAI требует глубоких знаний в области радиосвязи, сетевых протоколов и администрирования Linux. Отсутствие графического интерфейса управления усложняет внедрение для неподготовленных пользователей.
• Неполная поддержка стандартов: некоторые функции, такие как агрегация несущих (CA) для LTE-Advanced, поддержка сетей с множеством точек доступа (CoMP) и расширенные механизмы безопасности (например, IPsec для интерфейсов N2/N3), реализованы частично или находятся в стадии разработки.
• Законодательные ограничения: использование OAI для развёртывания публичных сетей требует получения лицензий на использование радиочастотного спектра, что в разных странах регулируется национальными органами (например, Роскомнадзором в России). В ряде юрисдикций эксплуатация несертифицированного оборудования может быть незаконной.

Сравнение с альтернативами

Существуют и другие проекты с открытым исходным кодом для мобильных сетей, такие как srsLTE (ныне srsRAN), OpenLTE, Amari Callbox. В отличие от них, OAI поддерживает как LTE, так и 5G NR, имеет более полную реализацию опорной сети (5GC) и активно развивается в рамках международного консорциума. srsRAN, напротив, ориентирован на упрощённое развёртывание и имеет более низкий порог входа, но уступает OAI в гибкости настройки физического уровня.

Интересные факты

• В 2022 году на базе OAI был проведён первый в мире сеанс видеозвонка по 5G SA с использованием полностью открытого программного обеспечения — от базовой станции до абонентского терминала.
• Проект используется в проекте «Сколково» для создания тестовой зоны 5G в Москве (в рамках пилотного проекта по внедрению 5G в России, реализуемого при поддержке Минцифры).
• Исходный код OAI содержит более 2 миллионов строк на C, C++ и Python, а также включает в себя реализацию криптографических алгоритмов (AES, Snow 3G, ZUC), используемых для шифрования трафика в сетях 3GPP.

Источники

• OpenAirInterface Software Alliance. Официальный сайт проекта.
• EURECOM. OpenAirInterface: An Open Source Platform for 5G Research.
• 3GPP Technical Specifications (TS 38.300, TS 23.501).
• GitHub-репозиторий openairinterface5g.
• Документация проекта OAI (wiki).
• Статья «OpenAirInterface: A Flexible Platform for 5G Research» в журнале IEEE Communications Magazine (2019).