datasheet

XZ鲜枣课堂

文章数:434 被阅读:2403900

账号入驻

O-RAN,真的会成功吗?

2019-07-08
    阅读数:

在不久之前的MWC2019上海展上,很多厂商展示了自家的O-RAN产品,相信大家都有看到。



作为诞生还不到两年的一种新型技术架构,O-RAN的崛起速度确实非常惊人,吸引了行业内外的广泛关注。


那么,O-RAN到底是什么呢?它有什么特别之处?为什么越来越多的厂家会追捧这项技术?


今天这篇文章,小枣君就给大家详细介绍一下它的来龙去脉。




    O-RAN的诞生背景    





O-RAN的O,是指Open(开放)的意思。RAN呢,就是无线接入网(Radio Access Network)。


关于RAN,小枣君之前介绍过无数次了,它是移动通信网络三大组成部分之一,专门用来把用户“接入”到网络里面来的相关设备。我们常说的基站,就是RAN的主要组成部分。


承载网、接入网、核心网相互协作,最终构成了移动通信网络。


众所周知,从1G到4G,移动通信网络相关厂商的分工是非常明确的——设备商负责研发和制造设备,卖给运营商,并帮助运营商搭建网络。运营商负责运营网络,提供移动通信服务给用户,赚取利润。


早期的时候,移动通信行业的技术和资金门槛很高,通信设备的研发制造难度很大。所以,只有少部分厂商有资格参与这个游戏。而这些厂商研发的设备,基本上都是“黑盒子”



什么是“黑盒子”?“黑盒子”就是一个封闭的、对外不可见的系统。它能够实现相应的功能,但除了制造者之外,别人不知道它的内部工作原理和实现方式。


和“黑盒子”想对应的,就是“白盒子”



“白盒子”是一个透明的、可视的系统。它也能够实现相应的功能,但它的内部原理是开放给所有人的,接口和协议是标准化的。所有厂家都可以参照标准化文档,做出这样的系统。



早期厂商走“黑盒”路线的主要原因,是为了保护知识产权,构建竞争壁垒,同时也为了提升产品的稳定性。(毕竟都是他自家做的,有问题他负责到底。)


随着通信技术的普及,越来越多的设备厂商开始加入这个行业。


设备越来越多,某一家公司想要“全包”就不太现实了。


为了方便相互之间的对接,通信行业就开始推动通信标准统一,推动技术开放,推动黑盒“解耦”。


解耦


所谓“解耦”,就是划清界限。将原来紧密结合的系统进行拆分,把子系统之间的联系说明清楚,制定成统一的接口协议。



从1G到4G,通信系统的整体演进趋势,就是解耦。一方面是控制面和媒体面解耦,另一方面是软件和硬件解耦。

注:控制面可以简单理解为系统里的管理类信令消息。媒体面就是用户的语音、上网数据报文。


移动通信系统三大组成部分里, 核心网的解耦做得最早,速度最快,也最为彻底。因为核心网的功能主要还是基于软件为主,而且大部分设备之前用的x86处理器芯片。


现在我们所说的核心网虚拟化,就是解耦的一种方式。也就是将原来的专用硬件,换成x86通用服务器,然后通过OpenStack这样的虚拟化平台,实现软硬件彻底解耦。


通用硬件服务器,也称为COTS服务器

COTS,Commercial Off-The-Shelf,商用现成品


承载网方面,也在朝虚拟化、解耦合的方向发展。SDN(软件定义网络),其实就是控制面和媒体面的解耦。IDC数据中心里面很多交换机也在提“白盒化”。



而接入网,因为涉及到大量的天线、射频、基带处理等复杂功能,这类硬件都是专有且独特的,所以白盒化的难度最大,不容易进行解耦改造。


4G接入网的主要设备


即便如此,运营商们仍然没有打算放过接入网,甚至把它作为解耦的最主要目标。为什么呢?


说白了,还是为了钱。


无线网络建设一直是运营商TCO(Total Cost of Ownership,拥有总成本)的最主要部分,大致占比在60%~70%。


现如今,运营商们刚刚完成了对4G网络的巨大投资,还没有能够收回成本,马上又要启动5G网络的建设,当然会对建网成本非常敏感。


而5G网络相比4G网络,频段更高,覆盖更弱,所以,基站数量会大幅增加。


因此,运营商迫切希望5G基站的价格能尽可能地降到更低。


对运营商们来说,如果找不到新的收入增长点,就只能拼成本了。


作为中国最大的通信运营商,中国移动一直都是网络开放化最积极的推动者之一。尤其在接入网解耦和白盒化方面,移动的诉求最为强烈。


早在2009年,中国移动就牵头推出了C-RAN架构


C-RAN,就是Centralized RAN集中化无线接入网。简单来说,C-RAN就是将以前的传统RAN进行解耦,将一部分功能(主要是BBU)进行集中,以此实现云化,降低能耗和基础设施投入。

关于C-RAN,可以看这里:链接


传统RAN与C-RAN


除了中国移动之外,美国运营商AT&T也是网络开放的积极推动者。而AT&T牵头搞出来的组织,是xRAN论坛。


此外,还有vRAN、OpenRAN、Open vRAN等很多组织,都在打RAN的主意。


而我们今天所说的O-RAN,它背后的主要推手O-RAN联盟,就是C-RAN联盟和xRAN论坛合并之后的产物。






    O-RAN联盟    




2018年2月,西班牙巴塞罗那MWC世界移动大会期间,中国移动、美国AT&T、德国电信、日本NTT DOCOMO和法国Orange五家运营商,共同联合发起了O-RAN联盟。



到了6月,上海MWC世界移动大会期间,来自中国移动、美国AT&T、德国电信、日本NTT DOCOMO、法国Orange、印度Bharti Airtel、中国电信、韩国SKT和KT、新加坡Singtel、西班牙Telefonica和澳大利亚Telstra等12家运营商的CTO及代表们,共同出席会议并签署文件,宣告O-RAN联盟正式成立。



截至目前,成立仅一年多的O-RAN联盟已有超过100家成员企业,其中包括21家全球主要电信运营商和82家贡献者产业链企业。


产业链企业里面,既有像高通、英特尔这样的芯片企业,也有像联想、浪潮这样的IT企业。就连诺基亚、爱立信、中兴、中信科这样的设备商企业,也位列其中。国内加入联盟的企业,还包括BaiCells佰才邦,CertusNet赛特斯,Comba京信、AsiaInfo亚信等。


组织架构方面,O-RAN联盟的最高决策机构是董事会,董事会成员是各运营商CTO级别的领导。董事会内部设了执行委员会,负责商讨各类重要事务,同时向董事会提出建议、安排会议等。



执行委员会下面设立了技术管理委员会(TSC),负责O-RAN的各项技术相关的讨论和研究。技术指导委员会的联合主席是斯坦福大学教授Sachin Katti博士和中国移动研究院首席科学家易芝玲。


再往下,就是O-RAN联盟的8个工作组,其中有6个技术工作组,还有1个TSC工作组和1个运营商工作组。


值得一提的是,中国移动的专家担任了多个工作组的主席角色,体现了移动在O-RAN联盟中的主导身份。


O-RAN联盟的愿景,就是打造“开放”、“开源”与“智能”的高灵活、低成本无线网络。


具体来说,就是实现RAN接入网的“新四化”:


  • 接口开放化

实现原有封闭接口的开放,降低区域性单一厂商的依赖性,鼓励创新,降低成本。


  • 软件开源化

推动无线协议栈开源,共享代码,降低研发成本,让产业企业把更多精力聚焦在核心算法和差异化功能软件的研发上。


  • 硬件白盒化

正如前面所说,就是将传统BBU硬件用通用COTS服务器代替。而RRU部分,引入软件定义无线电技术和通用硬件,进行代替。这样可以吸引更多中小企业参与竞争。


  • 网络智能化

AI是O-RAN的一个重要努力方向。RAN开放和解耦之后,可以引入大数据、人工智能等方法,实现复杂组网环境下的高效运维管理,提升频谱资源的利用率,降低网络能耗。




    O-RAN需要面对的问题    




O-RAN承载着运营商们的美好愿景,但是它到底能不能成功,还是需要进行理性思考的。


现阶段摆在O-RAN面前的问题很多,归纳来说,分为以下几点:


1. 能耗问题


前面我们提到硬件白盒化,使用COTS通用硬件。这类硬件服务器的功能很强大,什么都能算,因为它使用的是X86处理器这样的通用芯片


但稍微懂一点IT的同学都知道,我们除了使用通用芯片之外,还会用FPGA和ASIC进行计算。FPGA和ASIC,都可以称为专用芯片


FPGA,就是可编程集成电路。它可以通过硬件编程来改变内部芯片的逻辑结构,但软件是深度定制的,本质上其实就是专用芯片。


ASIC,即专用集成电路。顾名思义,它是为专业用途而定制的芯片,其绝大部分软件算法都固化于硅片,特点是“软硬件一体化”。


它们之间的优势对比,如下图所示:



简单来说,通用芯片能完成的功能是多样化的,灵活的,但是功耗更高。而ASIC能完成特定的运算功能,作用比较单一,不过能耗很低。FPGA,介于通用芯片和ASIC之间。


这几年很火的比特币挖矿,其实就是一个例子。


以前,我们用PC(X86通用芯片)挖矿,后来越挖难度越大,算力不够。于是,我们开始使用显卡(GPU)去挖矿。再后来,显卡的能耗太高,挖出来的币值还抵不上电费,就开始采用FPGA和ASIC集群阵列挖矿了。


ASIC集群矿机


接入网这边的运算主要是实时信号的处理,更偏向于专用运算,所以采用ASIC是最合适的方式。


如果采用全通用芯片的纯白盒,那么延迟会更高,抖动也会更大。所以,大部分厂商搞O-RAN,会采用通用芯片+FPGA的架构。


但这种架构依然解决不了能耗的问题。


根据加拿大多伦多大学的研究成果表明:同等算力情况下,FPGA能耗是ASIC的12倍。据此推测,白盒设备采用通用CPU+FPGA的架构,相比于专有硬件采用一体化高集成的ASIC芯片,运行LTE业务能耗要高10倍以上。


基于5G大带宽、多天线、低时延等特点,这一能耗差距甚至可能达到20倍以上。


前面我们说华为没有加入O-RAN,其中主要的原因之一,就是华为经过测试验证,发现4G基站使用搭载英特尔CPU的白盒硬件的表现,功耗要高出10倍。


2. 设备可靠性问题


除了能耗之外,白盒硬件还会带来因为可靠性不足导致的成本问题。


通常来说,运营商网络的可用性级别必须达到6个9的标准,也就是99.9999%。但是目前来看,白盒硬件无法做到这一级别,只能达到5个9的标准,也就是99.999%。


如果要满足可用性要求,则必须增加设备冗余备份。这就造成了设备成本的增加,还包括铁塔公司那边的租金成本增加。


铁塔公司是根据设备尺寸、重量和数量进行收费的


硬件白盒化带来的成本优势被进一步削弱。


3. 维护责任问题


基站白盒化还会牵扯出责任划分问题,这是一个不可忽视的隐性问题。


软硬件分离解耦之后,同一个基站系统可能包括不同厂商的软件和硬件。这样一来,就会很难分清安装和维护时的责任划分。


众所周知,以前一两家厂商的时候,扯皮都是家常便饭。换成N家厂商,肯定会闹得鸡犬不宁。安装阶段,扯皮将严重影响设备安装的工期,增加成本。维护阶段,扯皮还会增加故障的恢复时间。


作为甲方,运营商需要对这样的局面做好心理准备。


综上所述,O-RAN并非完美。运营商为CAPEX大幅下降而兴奋的同时,必须正视随之而来的OPEX增长。


运营商的综合成本 = CAPEX + OPEX。

CAPEX,Capital Expenditure,资本性支出。可以理解为建网成本。

OPEX,Operating Expense,营运支出。可以理解为维护成本。


如果在CAPEX上节省下来的钱,最终又要在OPEX上吐出去,那么O-RAN显然是没有意义的。




    关于O-RAN的深入思考    




回过头来,我们总结一下O-RAN背后的利益关系。


O-RAN的本质,就是运营商和设备商之间的利益博弈。


运营商大力推动O-RAN发展的主要目的,是为了打破传统设备商的技术封闭,构建更开放的生态,让更多企业参与到接入网设备的研发和制造中,从而增加议价能力,降低设备成本。


而问题的关键在于:


基站接入网这块市场,是否仍然存在暴利?值不值得运营商一怼再怼?


是不是吸引更多小公司入场,就一定是好事?成本一定能降低?还是说只是又多了一堆炮灰?


白菜价的白盒基站,是不是真的能省钱?是不是能够提供既安全又稳定的服务?


这些问题,我觉得都是值得思考的。


小枣君个人觉得,O-RAN联盟看似门庭若市,但里面的每个人都有自己的小算盘。


运营商推O-RAN,主要是拿它作为向运营商压价的砝码,同时也是对设备商长期不满情绪的一种宣泄。


天线厂商做O-RAN,主要是扩大自己的产品线,避免被边缘化,也是为了和大型设备商竞争。现在大型设备商几乎是什么都做,触角越伸越远,而细分产品设备商的日子越来越难过,急需一些反制的能力。


IT厂商做O-RAN,更多是为了挤进通信这个庞大的市场。同时,如果能切入接入网,将非常有利于自家边缘计算产品的发展。


中小型初创企业做O-RAN,更多是为了服务中小运营商,还有对成本敏感,对稳定性和性能不敏感的偏远地区,以及经济欠发达地区。他们可以通过O-RAN,在大型设备商不care的地方,抢一点市场份额。此外,搞白盒基站,可以迎合资本市场追捧5G的需要,提升估值,上市变现。


至于传统设备商的“加入”,其实更多是在态度上的支持,对甲方表示尊重,再则也是密切关注这个潜在竞争对手的动态,至于具体有没有出力,大家是心知肚明的。


在O-RAN的具体落地方面,虽然已有厂商做出了产品,但迄今为止,除了日本乐天这个新进入通信领域的小运营商之外,没有其它任何一家大型运营商批量使用白盒基站。国内5G建网在即,我相信三大运营商也不会此时对白盒基站进行大规模集采,更不可能贸然中止和传统设备商之间的合作。


总而言之,O-RAN所倡导的开放生态,肯定是未来通信网络发展的趋势。但想要短期内获得成功,是绝对不可能的。不管是从技术的角度来看,还是从生态的角度来看,O-RAN都还有很长的路要走。


还是那句老话,时间终会告诉我们所有问题的答案。我们所需要做的,就是耐心等待。



—— 全文完 ——



About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: TI培训

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved