Open RAN是无线行业的灵丹妙药吗

本文旨在为网络设备供应商、移动网络运营商或系统集成商提供进一步了解Open RAN在未来几年将如何影响行业的参考。它概述了想要构建基于Open RAN规范的产品的任何人都需要解决的一些挑战和复杂性。

摘要

从来没有什么灵丹妙药——任何事情总是有代价的！本文概述了Open RAN (开放式无线电接入网, O-RAN)潜在价值的最重要方面。作为一种颠覆性和改变游戏规则的技术，O-RAN在各大媒体都有报道，因此我们更有必要进行更彻底的评估。

术语Open RAN至少有两个含义:一方面，指的是新的供应商生态系统，强调了与现有厂商的不同。另一方面指的是开放式RAN联盟的技术规范。另外，Open RAN和virtual RAN这两个概念虽然不同，但却紧密关联，人们经常把它们混合在一起讨论，这使得理解上更容易混淆。

Open RAN生态系统里的供应商总宣称，他们能降低移动网络运营商的成本，但这种说法仍有待证实，尤其是可以相对比较的网络环境里。由此，本文也试图进一步梳理影响移动运营商成本(以及潜在的新兴业务的收入)等因素，以及它与基础技术的关系。

Tietoevry参与了许多网络产品的研发-其中既包括基于传统专有RAN的产品，也有基于虚拟化和开放标准的新兴RAN系统的产品。因此，对于如何构建具有成本效益的RAN，我们可以更好地比较并梳理出解决方案。

在真实的网络中，大多数基站的运行负载随时间变化很大，而且令人惊讶的是，它们中只有很少的基站充分利用了可用的频谱。这为集中资源和相应节省能源消耗提供了可能。因此，如何找到与AI和VR等新兴边缘应用共享基础设施的机会，就变得尤为重要-这不但弥补了RAN执行效率较低的问题，还进而推动了对RAN虚拟化的需求。

无线行业现状与挑战

在过去的几十年里，无线行业见证了前所未有的发展和社会变革，这在很大程度上与互联网的发展相辅相成。互联互通从未像今天这样重要，并将继续变得更加重要。

自2015年以来，有10亿人通过手机访问了互联网—其中，许多人是第一次。到2019年底，全球近一半人口使用移动互联网。尽管增长迅猛，仍有51%的人口无法使用移动互联网，要么是因为缺乏移动宽带覆盖，要么是因为知识、支付能力或数字技能的缺失。

GSMA: 2020年移动互联网连接状况

图1:移动互联网现状

因此，虽然互联网仍在大幅增长，联网人数惊人，但全球有一半的人还没有联网。进入下一个十年，移动网络运营商(MNO)还需要对覆盖范围和容量进行持续投资，以满足日益增长的需求。

只有持续的投资才能承载数据的持续增长，与2018年的[1]相比，预计到2025年，移动互联网上的数据总量将增加17倍，同时当网络覆盖范围持续提升时，运营商的ARPU(即每用户平均收入)也会面临下降的压力。因此，随着5G的到来，亦给运营商带来了额外的投资负担，移动网络运营商积极地探索任何削减成本的途径也就不足为奇了。

5G带来了基于边缘计算创建新服务的机遇，而这些新的服务被大多数移动网络运营商公司视为新的收入来源。因此运营商在制定5G投资战略时，需要考虑这些边缘服务。然而，这是一个两难的局面，因为在开发这类服务之前，可能需要5G本身已经具备极大的灵活性和敏捷性。

Open RAN的承诺

正因为如此，我们需要着重关注Open RAN以及基于软件的系统的更广泛的开放趋势。这种开放通常被认为有助于创新和降低成本。因此，当以前分散的计划被整合到ORAN-Alliance[2]之后，整个行业的关键群体被聚集在一起，随后电信基础设施项目也开展起来。

Senza Fili / Mavenir进行的一项研究声称，TCO(TotalCost of Ownership)可节省高达37%的[3]。这些数字有待于在实际和全面的运营中加以验证，但它们引起了人们广泛的兴趣。

Open RAN社区的另一个主张是创新。通过使用COTS基础架构，RAN可以与同一平台上的边缘应用程序共存。通过开放RAN接口，具有创新性的小型公司可以为技术做出贡献，从而扩展生态系统并带来更多竞争。

这种说法从开源项目的类似示例中得到了证实，总体上，它们都遵循了开放性的主张。5G预计将通过数字服务与我们的日常生活深度融合，一方面，这引起了各国政府对安全性和可信性的关注；另一方面，尽管仍要防范虚拟化带来的新的威胁，业界仍旧引发了如何构建更透明的网络架构的讨论。

图2:移动网络运营商面临的成本挑战

Open RAN到底是什么

当人们谈论Open RAN时，有时被称为一场生态系统的改革，新的竞争者不断出现，挑战现有企业。更准确地说，它是一组开放的接口规范，概述了可以分离的RAN的架构。它最典型接口是fronthaul(前传)，它指定了分布式单元(DU)如何与无线电单元(RU)互连。这种类型的架构划分已经存在了很长一段时间，并在十多年前作为CPRI被引入，其目的是开放多供应商的采购。它基本上没有实现这一点，因为这种接口的OAM(运营、管理和维护)部分没有归纳到一个商定的信息模型。在Open RAN的情况下，前传接口的各个部分接口已达到了不同的成熟度。与CPRI和eCPRI一样，OAM缺乏足够的成熟度来实现想要的互操作性。然而，社区正在深入研究这一主题，但方法可能是出现在开源或生态系统集成活动中，而不是在规范的协议中被找到。

在Open RAN联盟中，进一步假设RAN的数字部分(特别是中央单元- CU，和DU在商用现货(COTS)硬件上运行。COTS的定义还没有那么明确，并且在显著地发展。硬件加速的使用，不同的配置等的使用留下很多选择。由于它是一个NFV概念，它继承了协调底层基础架构及其对性能影响的困难和挑战。DU被认为是在COTS上运行的最具挑战性的工作负载之一，因此它是NFV的最后候选者。

在COTS上执行RAN软件也被称为虚拟RAN，不一定要符合其他Open RAN接口。将这两个概念区分开很重要，因为vRAN是Open RAN的一个概念子集。这意味着我们可以拥有运行在COTS上的虚拟RAN产品，但是使用其他与Open RAN不兼容的接口。

Open RAN的第三部分是能够注入更多的智能。这被称为RAN智能控制器(RIC)，概述为近实时和非实时。附加的智能应该利用RAN数据并实现外部控制循环。

重要的是要记住，3GPP已经为5G概述了RU-DU-CU分解体系架构。但是就像大多数3GPP架构一样，在实现产品时有很多选择。Open RAN的贡献在于提供了专业化和该架构的更清晰定义。但是为了提供预期的互操作性，Open RAN需要更好地定义操作和维护信息模型。

这进一步意味着，Open RAN如果能够节省成本，并不是Open RAN架构本身能够实现成本节约。节省的成本要么来自一个新的竞争生态系统(由更开放和可互操作的规范实现)，要么来自RAN虚拟化(或两者兼而有之)。

驱动成本的因素是什么？Open RAN能实现吗？

这是一个困难且关键的问题。如上一节所述，实现成本节约的不是架构(RU-DU-CU拆分)本身，这更多是供应商产品的价格/性能比率的问题。接下来的问题是，硬优化的单一供应商解决方案将如何与开放的open RAN解决方案在一般情况下进行比较的。

要评估这个问题，我们需要考虑:

需要比较哪些部署场景和用例?

多供应商集成(包括OSS栈)的成本假设是什么?

Open RAN运行在什么样的硬件上?

网络设备价格(超出本文范围)

正如行业分析师[4]所报告的，得出的结论是，与现有运营商相比，使用Open RAN(即新供应商)进行覆盖的TCO更便宜，但是现有运营商的每Gb的成本更低。由于TCO是移动网络运营商的一个关键话题，Open RAN社区以及专有产品都通过他们的路线图解决了这个问题。这意味着，比较需要基于最新可获得的产品，才能公平并得出合理的结论。

此分析揭示了作为成本/Gb指标的促成因素的性能问题。这包括两个方面。首先，通过现有设备和频谱承载更多流量的能力，从而降低了CAPEX。其次，降低流量的能效运营支出。

[5]进一步概述了能源效率的挑战，指出能源成本占运营成本的20-40%(其中RAN占最大份额)，但更有趣的问题是，随着5G的发展和预计17倍的数据量增长，这将如何演变。在许多情况下，能源消耗有望大幅增长。关键的5G功能，如M-MIMO和其他无线电相关算法是应对这种能耗增长的关键。但应该注意的是，能源消耗主要是无线电部分。由此我们可以得出结论，更有效地使用无线电资源是最重要的，尽管执行强大的算法所消耗的能源会在一定程度上减少能源节约。

从各种各样的Tietoevry分配的角度来看，我们看到运行在COTS上的基带算法的性能有很大的差异，这是由算法本身以及它们的实现方式造成的。同样，关键因素不是软件执行中的COTS基础设施能耗，而是对整个RAN性能的影响。高度优化的解决方案总是比更通用的解决方案表现更好，但在抛硬币时灵活性更低。

电信行业希望并需要在新的和改进的算法方面不断创新，但它们往往伴随着OAM接口的必要变化，这对互操作性造成了挑战。这种棘手的权衡关系需要仔细的评估。

现在越来越受到关注的一个方面是集成和运营的支持。多供应商系统本质上需要集成。关于RU和DU/CU部分，我们可以假设Open RAN生态系统可以处理好这一点，尽管具体如何处理还有待观察。要支持所有可能的配置所需的无线电的范围是巨大的，这对现有企业来说也是一个挑战。增加具有重叠产品的多个RU供应商的维度并不能使这个挑战变得更容易，特别是运营和维护接口可能会显示出差异，这意味着每个集成都有专门的软件版本分支。

这里的关键是这些接口是否可以协调，以及如何组织管理。

Open RAN联盟和电信基础设施项目在这方面发挥了重要作用，但OAM信息模型的标准化历来被证明是困难的。

至于运营支持系统，我们可以看到其运营成本挑战和机遇是并存的。由数百个软件应用组成的传统OSS系统暴露了相当低的自动化水平，选择新的RAN供应商迫使移动网络运营商重新考虑他们的运营支持堆栈。因此，如果能根据移动网络运营商的流程进行适当的设计和定制，最初的问题可能代表着机遇。这种方法被一些新成立的移动网络运营商公司成功的采用，但并没有明确与Open RAN相关联。相反，5G代表了一个最终实现并完成它的机会。为了使这种方法取得成功，需要对移动网络运营商进行特定的剪裁，因为它旨在简化移动网络运营商的工作流程。我们预计未来移动网络运营商的竞争将因更有效的工作方式和自动化而增加。

最终，Open RAN被宣称可以节省成本。但是，在现有的移动网络运营商网络中引入新的供应商总是会导致运营成本的初始增加，因为现在引入了以前没有的新的网络元素和新的工作流程。对于RAN来说，这是MNO目前在NFV中所没有经历过的规模。这意味着，为了避免任何CAPEX的节省被运营成本的增加所消耗，自动化水平需要非常高。

审核编辑：汤梓红