AI-RAN: E3 Interface & dApp 系統架構與資料流

很就沒有來看 O-RAN 的變革,

雖說知道有 dApp 的出現, 提供 realtime App 的應用,

但沒有發現到針對 dApp 也有一個專屬的介面: E3 interface.

我想就找個機會來整理並介紹.

首先, dApp 和 E3 interface 是 O-RAN 社群在 nGRG / research report 中提出的延伸架構,

不是像 E2/ O1/ A1/ F1/ Open Fronthaul 那樣已經是大家熟知的介面.

它的目的是補足現有 rApp/xApp 架構兩個缺口:

• 無法直接處理 user-plane/ IQ symbol/ reference-signal 級資料
• 難以做到 10 ms 以下的 real-time control.

我們先以一張圖來表示 dApp, E3 以及其他元件的關係:

在這張圖中, 我們介紹一下各個元件的關係:

• rApp 在 Non-RT RIC，時間尺度通常 > 1 s
• xApp 在 Near-RT RIC，時間尺度通常 10 ms ~ 1 s
• dApp 不在 RIC 裡，而是直接部署在 O-DU / O-CU-CP / O-CU-UP 
• E3 是 dApp <=> DU/CU 的即時資料與控制介面
• E2 仍然是 Near-RT RIC/xApp <=> E2 node (DU/CU) 的介面

如果用角色來分, 各元件的功能如下:

• rApp: 慢速策略, 模型管理, 長時間尺度 (>1s) 最佳化
• xApp: 近即時控制, 跨 cell/RU 之間的協調
• dApp: 超低延遲, 貼近協定堆疊, 直接處理 SRS/IQ/CIR/封包等即時大量資料
• DU/CU/RU: 真正執行無線與協定功能的 RAN 節點

接著, 我們來看各元件之間的資料交換流程, 並以 SRS 回報為例,

在相關論文中, 明確寫到 SRS 可由 O-DU 透過 E3 提供給 dApp, 定位 use case 則是使用 UL CIR.

所以整體的流程是: SRS => O-DU channel estimation => CIR/features => dApp inference.

我們以下圖來表示整體資料交換流程:

整體的流程可分成 6 步驟:

1. dApp 先用 E3 Setup 跟 RAN node 配對, 再用 E3 Subscription 訂閱自己要的資料類型. 
2. UE 發送 uplink SRS.
3. O-RU 收到無線訊號後, 經 fronthaul 送到 O-DU.  
4. O-DU 對 SRS 做處理, 形成可供 dApp 使用的資料, 例如:
   原始/部分 I/Q, SRS-related measurements, UL channel estimates, UL CIR
5. O-DU 透過 E3 Indication Message 把這些資料送給 dApp. 
6. dApp 有兩種後續路徑:

• 本地即時閉環: 直接用 E3 Control Message 回寫 DU/CU
• 往上層協作: 把推論結果透過 E2SM-DAPP => E2 Indication 送到 xApp

在其交互流程中, dApp, xApp, rApp 進行 inference 流程的角色為:

• E3 負責 dApp <=> DU/CU 的超低延遲互動
• E2 負責 xApp <=> DU/CU 的 near-real-time 協作
• rApp 再透過 A1 對 xApp 提供較慢速的 policy / model / intent

在目前 O-RAN 的討論中, E3/ dApp 的主要應用包含以下的面向:

1. Spectrum sharing/ incumbent detection:
   dApp 直接分析 I/Q 或頻譜資訊,
   偵測到 incumbent 後，以 E3 Control 下發 PRB nulling / blacklist.
2. Sensing and positioning:
   dApp 從 DU 取得 UL CIR, 用 super-resolution RADAR 或 ML 做 ranging/ positioning,
   再把結果回報給 xApp 或上層功能.
3. Beam management:
   dApp 利用本地 reference-signal/ IQ/ CSI 資訊,
   做快速 beam selection, beam exploration, sounding signal 優化
4. Real-time scheduling/ MAC optimization:
   dApp 可直接調整 scheduler 參數、priority、PRB 配置, 
   適合低延遲流量, RAN Slice Mgmt, 干擾與通訊資源管理.
5. CSI feedback/ channel estimation/ coding:
   dApp 可在 O-DU 上執行 AI/ML 模型,
   用於 CSI 壓縮、通道估測強化、編碼/解碼輔助.
6. Traffic / PDU-aware user-plane analytics:
   dApp 可接觸 MAC/RLC/PDCP/SDAP 層資料單元,
   適合做 traffic classification, QoS enforcement, slice-aware optimization

作為結論, E3 interface 目前是 dApp 架構中的延伸介面,
用來讓部署在 O-DU/ O-CU 的 dApp 與 RAN function 做 超低延遲資料交換與控制.
它不是像 E2/O1/A1/F1 那樣的既有成熟核心介面, 很多功能仍在定義中.
從 O-RAN research report 來看, E3 是為了補足 xApp/rApp 難以直接處理大量感測資料,
且難做到 <10 ms 閉環控制 (close-loop control) 而提出的.

因此, 我們預期透過 E3 介面與 dApp 可以更好的支援 ISAC 應用,

我們將會繼續介紹 E3 介面的設計細節, 以及如何支援大量且即時的感測資料.