Open RAN是無線行業(yè)的靈丹妙藥嗎

本文旨在為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商、移動網(wǎng)絡(luò)運營商或系統(tǒng)集成商提供進一步了解Open RAN在未來幾年將如何影響行業(yè)的參考。它概述了想要構(gòu)建基于Open RAN規(guī)范的產(chǎn)品的任何人都需要解決的一些挑戰(zhàn)和復(fù)雜性。

摘要

從來沒有什么靈丹妙藥——任何事情總是有代價的！本文概述了Open RAN (開放式無線電接入網(wǎng), O-RAN)潛在價值的最重要方面。作為一種顛覆性和改變游戲規(guī)則的技術(shù)，O-RAN在各大媒體都有報道，因此我們更有必要進行更徹底的評估。

術(shù)語Open RAN至少有兩個含義:一方面，指的是新的供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)，強調(diào)了與現(xiàn)有廠商的不同。另一方面指的是開放式RAN聯(lián)盟的技術(shù)規(guī)范。另外，Open RAN和virtual RAN這兩個概念雖然不同，但卻緊密關(guān)聯(lián)，人們經(jīng)常把它們混合在一起討論，這使得理解上更容易混淆。

Open RAN生態(tài)系統(tǒng)里的供應(yīng)商總宣稱，他們能降低移動網(wǎng)絡(luò)運營商的成本，但這種說法仍有待證實，尤其是可以相對比較的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里。由此，本文也試圖進一步梳理影響移動運營商成本(以及潛在的新興業(yè)務(wù)的收入)等因素，以及它與基礎(chǔ)技術(shù)的關(guān)系。

Tietoevry參與了許多網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的研發(fā)-其中既包括基于傳統(tǒng)專有RAN的產(chǎn)品，也有基于虛擬化和開放標準的新興RAN系統(tǒng)的產(chǎn)品。因此，對于如何構(gòu)建具有成本效益的RAN，我們可以更好地比較并梳理出解決方案。

在真實的網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)基站的運行負載隨時間變化很大，而且令人驚訝的是，它們中只有很少的基站充分利用了可用的頻譜。這為集中資源和相應(yīng)節(jié)省能源消耗提供了可能。因此，如何找到與AI和VR等新興邊緣應(yīng)用共享基礎(chǔ)設(shè)施的機會，就變得尤為重要-這不但彌補了RAN執(zhí)行效率較低的問題，還進而推動了對RAN虛擬化的需求。

無線行業(yè)現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

在過去的幾十年里，無線行業(yè)見證了前所未有的發(fā)展和社會變革，這在很大程度上與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展相輔相成。互聯(lián)互通從未像今天這樣重要，并將繼續(xù)變得更加重要。

自2015年以來，有10億人通過手機訪問了互聯(lián)網(wǎng)—其中，許多人是第一次。到2019年底，全球近一半人口使用移動互聯(lián)網(wǎng)。盡管增長迅猛，仍有51%的人口無法使用移動互聯(lián)網(wǎng)，要么是因為缺乏移動寬帶覆蓋，要么是因為知識、支付能力或數(shù)字技能的缺失。

GSMA: 2020年移動互聯(lián)網(wǎng)連接狀況

圖1:移動互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀

因此，雖然互聯(lián)網(wǎng)仍在大幅增長，聯(lián)網(wǎng)人數(shù)驚人，但全球有一半的人還沒有聯(lián)網(wǎng)。進入下一個十年，移動網(wǎng)絡(luò)運營商(MNO)還需要對覆蓋范圍和容量進行持續(xù)投資，以滿足日益增長的需求。

只有持續(xù)的投資才能承載數(shù)據(jù)的持續(xù)增長，與2018年的[1]相比，預(yù)計到2025年，移動互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)總量將增加17倍，同時當網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍持續(xù)提升時，運營商的ARPU(即每用戶平均收入)也會面臨下降的壓力。因此，隨著5G的到來，亦給運營商帶來了額外的投資負擔(dān)，移動網(wǎng)絡(luò)運營商積極地探索任何削減成本的途徑也就不足為奇了。

5G帶來了基于邊緣計算創(chuàng)建新服務(wù)的機遇，而這些新的服務(wù)被大多數(shù)移動網(wǎng)絡(luò)運營商公司視為新的收入來源。因此運營商在制定5G投資戰(zhàn)略時，需要考慮這些邊緣服務(wù)。然而，這是一個兩難的局面，因為在開發(fā)這類服務(wù)之前，可能需要5G本身已經(jīng)具備極大的靈活性和敏捷性。

Open RAN的承諾

正因為如此，我們需要著重關(guān)注Open RAN以及基于軟件的系統(tǒng)的更廣泛的開放趨勢。這種開放通常被認為有助于創(chuàng)新和降低成本。因此，當以前分散的計劃被整合到ORAN-Alliance[2]之后，整個行業(yè)的關(guān)鍵群體被聚集在一起，隨后電信基礎(chǔ)設(shè)施項目也開展起來。

Senza Fili / Mavenir進行的一項研究聲稱，TCO(TotalCost of Ownership)可節(jié)省高達37%的[3]。這些數(shù)字有待于在實際和全面的運營中加以驗證，但它們引起了人們廣泛的興趣。

Open RAN社區(qū)的另一個主張是創(chuàng)新。通過使用COTS基礎(chǔ)架構(gòu)，RAN可以與同一平臺上的邊緣應(yīng)用程序共存。通過開放RAN接口，具有創(chuàng)新性的小型公司可以為技術(shù)做出貢獻，從而擴展生態(tài)系統(tǒng)并帶來更多競爭。

這種說法從開源項目的類似示例中得到了證實，總體上，它們都遵循了開放性的主張。5G預(yù)計將通過數(shù)字服務(wù)與我們的日常生活深度融合，一方面，這引起了各國政府對安全性和可信性的關(guān)注；另一方面，盡管仍要防范虛擬化帶來的新的威脅，業(yè)界仍舊引發(fā)了如何構(gòu)建更透明的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的討論。

圖2:移動網(wǎng)絡(luò)運營商面臨的成本挑戰(zhàn)

Open RAN到底是什么

當人們談?wù)揙pen RAN時，有時被稱為一場生態(tài)系統(tǒng)的改革，新的競爭者不斷出現(xiàn)，挑戰(zhàn)現(xiàn)有企業(yè)。更準確地說，它是一組開放的接口規(guī)范，概述了可以分離的RAN的架構(gòu)。它最典型接口是fronthaul(前傳)，它指定了分布式單元(DU)如何與無線電單元(RU)互連。這種類型的架構(gòu)劃分已經(jīng)存在了很長一段時間，并在十多年前作為CPRI被引入，其目的是開放多供應(yīng)商的采購。它基本上沒有實現(xiàn)這一點，因為這種接口的OAM(運營、管理和維護)部分沒有歸納到一個商定的信息模型。在Open RAN的情況下，前傳接口的各個部分接口已達到了不同的成熟度。與CPRI和eCPRI一樣，OAM缺乏足夠的成熟度來實現(xiàn)想要的互操作性。然而，社區(qū)正在深入研究這一主題，但方法可能是出現(xiàn)在開源或生態(tài)系統(tǒng)集成活動中，而不是在規(guī)范的協(xié)議中被找到。

在Open RAN聯(lián)盟中，進一步假設(shè)RAN的數(shù)字部分(特別是中央單元- CU，和DU在商用現(xiàn)貨(COTS)硬件上運行。COTS的定義還沒有那么明確，并且在顯著地發(fā)展。硬件加速的使用，不同的配置等的使用留下很多選擇。由于它是一個NFV概念，它繼承了協(xié)調(diào)底層基礎(chǔ)架構(gòu)及其對性能影響的困難和挑戰(zhàn)。DU被認為是在COTS上運行的最具挑戰(zhàn)性的工作負載之一，因此它是NFV的最后候選者。

在COTS上執(zhí)行RAN軟件也被稱為虛擬RAN，不一定要符合其他Open RAN接口。將這兩個概念區(qū)分開很重要，因為vRAN是Open RAN的一個概念子集。這意味著我們可以擁有運行在COTS上的虛擬RAN產(chǎn)品，但是使用其他與Open RAN不兼容的接口。

Open RAN的第三部分是能夠注入更多的智能。這被稱為RAN智能控制器(RIC)，概述為近實時和非實時。附加的智能應(yīng)該利用RAN數(shù)據(jù)并實現(xiàn)外部控制循環(huán)。

重要的是要記住，3GPP已經(jīng)為5G概述了RU-DU-CU分解體系架構(gòu)。但是就像大多數(shù)3GPP架構(gòu)一樣，在實現(xiàn)產(chǎn)品時有很多選擇。Open RAN的貢獻在于提供了專業(yè)化和該架構(gòu)的更清晰定義。但是為了提供預(yù)期的互操作性，Open RAN需要更好地定義操作和維護信息模型。

這進一步意味著，Open RAN如果能夠節(jié)省成本，并不是Open RAN架構(gòu)本身能夠?qū)崿F(xiàn)成本節(jié)約。節(jié)省的成本要么來自一個新的競爭生態(tài)系統(tǒng)(由更開放和可互操作的規(guī)范實現(xiàn))，要么來自RAN虛擬化(或兩者兼而有之)。

驅(qū)動成本的因素是什么？Open RAN能實現(xiàn)嗎？

這是一個困難且關(guān)鍵的問題。如上一節(jié)所述，實現(xiàn)成本節(jié)約的不是架構(gòu)(RU-DU-CU拆分)本身，這更多是供應(yīng)商產(chǎn)品的價格/性能比率的問題。接下來的問題是，硬優(yōu)化的單一供應(yīng)商解決方案將如何與開放的open RAN解決方案在一般情況下進行比較的。

要評估這個問題，我們需要考慮:

需要比較哪些部署場景和用例?

多供應(yīng)商集成(包括OSS棧)的成本假設(shè)是什么?

Open RAN運行在什么樣的硬件上?

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備價格(超出本文范圍)

正如行業(yè)分析師[4]所報告的，得出的結(jié)論是，與現(xiàn)有運營商相比，使用Open RAN(即新供應(yīng)商)進行覆蓋的TCO更便宜，但是現(xiàn)有運營商的每Gb的成本更低。由于TCO是移動網(wǎng)絡(luò)運營商的一個關(guān)鍵話題，Open RAN社區(qū)以及專有產(chǎn)品都通過他們的路線圖解決了這個問題。這意味著，比較需要基于最新可獲得的產(chǎn)品，才能公平并得出合理的結(jié)論。

此分析揭示了作為成本/Gb指標的促成因素的性能問題。這包括兩個方面。首先，通過現(xiàn)有設(shè)備和頻譜承載更多流量的能力，從而降低了CAPEX。其次，降低流量的能效運營支出。

[5]進一步概述了能源效率的挑戰(zhàn)，指出能源成本占運營成本的20-40%(其中RAN占最大份額)，但更有趣的問題是，隨著5G的發(fā)展和預(yù)計17倍的數(shù)據(jù)量增長，這將如何演變。在許多情況下，能源消耗有望大幅增長。關(guān)鍵的5G功能，如M-MIMO和其他無線電相關(guān)算法是應(yīng)對這種能耗增長的關(guān)鍵。但應(yīng)該注意的是，能源消耗主要是無線電部分。由此我們可以得出結(jié)論，更有效地使用無線電資源是最重要的，盡管執(zhí)行強大的算法所消耗的能源會在一定程度上減少能源節(jié)約。

從各種各樣的Tietoevry分配的角度來看，我們看到運行在COTS上的基帶算法的性能有很大的差異，這是由算法本身以及它們的實現(xiàn)方式造成的。同樣，關(guān)鍵因素不是軟件執(zhí)行中的COTS基礎(chǔ)設(shè)施能耗，而是對整個RAN性能的影響。高度優(yōu)化的解決方案總是比更通用的解決方案表現(xiàn)更好，但在拋硬幣時靈活性更低。

電信行業(yè)希望并需要在新的和改進的算法方面不斷創(chuàng)新，但它們往往伴隨著OAM接口的必要變化，這對互操作性造成了挑戰(zhàn)。這種棘手的權(quán)衡關(guān)系需要仔細的評估。

現(xiàn)在越來越受到關(guān)注的一個方面是集成和運營的支持。多供應(yīng)商系統(tǒng)本質(zhì)上需要集成。關(guān)于RU和DU/CU部分，我們可以假設(shè)Open RAN生態(tài)系統(tǒng)可以處理好這一點，盡管具體如何處理還有待觀察。要支持所有可能的配置所需的無線電的范圍是巨大的，這對現(xiàn)有企業(yè)來說也是一個挑戰(zhàn)。增加具有重疊產(chǎn)品的多個RU供應(yīng)商的維度并不能使這個挑戰(zhàn)變得更容易，特別是運營和維護接口可能會顯示出差異，這意味著每個集成都有專門的軟件版本分支。

這里的關(guān)鍵是這些接口是否可以協(xié)調(diào)，以及如何組織管理。

Open RAN聯(lián)盟和電信基礎(chǔ)設(shè)施項目在這方面發(fā)揮了重要作用，但OAM信息模型的標準化歷來被證明是困難的。

至于運營支持系統(tǒng)，我們可以看到其運營成本挑戰(zhàn)和機遇是并存的。由數(shù)百個軟件應(yīng)用組成的傳統(tǒng)OSS系統(tǒng)暴露了相當?shù)偷淖詣踊?，選擇新的RAN供應(yīng)商迫使移動網(wǎng)絡(luò)運營商重新考慮他們的運營支持堆棧。因此，如果能根據(jù)移動網(wǎng)絡(luò)運營商的流程進行適當?shù)脑O(shè)計和定制，最初的問題可能代表著機遇。這種方法被一些新成立的移動網(wǎng)絡(luò)運營商公司成功的采用，但并沒有明確與Open RAN相關(guān)聯(lián)。相反，5G代表了一個最終實現(xiàn)并完成它的機會。為了使這種方法取得成功，需要對移動網(wǎng)絡(luò)運營商進行特定的剪裁，因為它旨在簡化移動網(wǎng)絡(luò)運營商的工作流程。我們預(yù)計未來移動網(wǎng)絡(luò)運營商的競爭將因更有效的工作方式和自動化而增加。

最終，Open RAN被宣稱可以節(jié)省成本。但是，在現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)運營商網(wǎng)絡(luò)中引入新的供應(yīng)商總是會導(dǎo)致運營成本的初始增加，因為現(xiàn)在引入了以前沒有的新的網(wǎng)絡(luò)元素和新的工作流程。對于RAN來說，這是MNO目前在NFV中所沒有經(jīng)歷過的規(guī)模。這意味著，為了避免任何CAPEX的節(jié)省被運營成本的增加所消耗，自動化水平需要非常高。

審核編輯：湯梓紅