美國力挺的Open RAN，真的能成功嗎？
今年以來，關(guān)于Open RAN的新聞不絕于耳。這種全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在打開我們視野的同時，也帶來了很多的困惑。
究竟什么是Open RAN？它真的是美國的5G殺手锏嗎？它會成功嗎？
1
? ?
Open RAN劍指開放
?
說起Open RAN，Open這個“詞”的含義相當(dāng)直白，就是開放的意思。RAN則是Radio Access Network縮寫，意思就是無線接入網(wǎng)。因此，Open RAN的含義就是開放的無線接入網(wǎng)。
對于2G和3G來說，RAN包含兩個網(wǎng)元：基站，以及管理基站的控制器（2G叫BSC，3G叫RNC）。到了4G，網(wǎng)絡(luò)開始扁平化，控制器被取消，基站直連核心網(wǎng)，RAN就只有基站這一個網(wǎng)元，5G時代依然如此。
2G和3G現(xiàn)在已在退網(wǎng)，我們暫且不提。關(guān)鍵是4G和5G，RAN側(cè)就是孤零零的一個基站，還要怎樣開放呢？
其實，這看似小小的基站，里面大有乾坤。
在無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的遠(yuǎn)古時代，基站是渾然一體的一個設(shè)備，僅僅對外出兩類接口：連接核心網(wǎng)的傳輸接口，以及連接天線的射頻接口。
這兩類接口之間的基站主設(shè)備，就像是一個“黑盒子”，我們只是大概知道里面是由電源，交換，基帶，收發(fā)信機，數(shù)字中頻，射頻等零件組裝起來的，運行著相關(guān)軟件來支撐這一系統(tǒng)的正常工作。
這些基站的硬件和軟件都是各個廠家自研的，內(nèi)部各模塊的劃分和之間的接口對外不可見，其內(nèi)運行的軟件也是如此。運營商要買基站就只能整套買，出了問題廠家包排查包解決。
到了4G時代，這個“黑盒子”稍微打開了點，大家都把基站劃分成了兩大模塊：BBU和RRU，以及它們之間的接口CPRI（通用公共無線接口）。
但是，BBU和RRU的內(nèi)部實現(xiàn)還是不對外開放的，各廠家的方案各異。它們之間的CPRI接口雖然名字上帶著“通用公共”，其實也是私有的，各廠家都有各自的數(shù)據(jù)格式，不能互通。
因此，運營商要買基站，還是得BBU，RRU連帶軟件從一家整套買，愛立信的BBU是不可能接諾基亞的RRU的。
從2G到5G至今，隨著供應(yīng)商之間競爭的加劇，倒閉的倒閉，并購的并購，供應(yīng)商越來越少，而由于通信行業(yè)的技術(shù)壁壘又非常高，新的玩家很難進入，最終形成了近似少數(shù)廠家寡頭壟斷的客觀現(xiàn)實。
運營商設(shè)備投資的費用高企，各供應(yīng)商的產(chǎn)品同質(zhì)化，價格難以降低，又沒有新的廠家可以替代，這可如何是好？
于是，無數(shù)期望的目光紛紛投向了“白盒化”基站。
白盒基站，就是要把傳統(tǒng)的黑盒基站打開，并大卸八塊，軟硬件解耦，并將所有的接口開放。這樣一來，即使這些部件由不同廠家提供，只要大家都遵循相同的協(xié)議就可以組裝起來運行。
其中的BBU硬件需要使用通用服務(wù)器（也稱作COTS，Commercial Off-The-Shelf，意為商用現(xiàn)成品），可以從市場上的任意服務(wù)器廠家購買。
在BBU使用了通用服務(wù)器之后，就必須支持虛擬化功能（稱作vRAN），才能在上面靈活地部署來自不同廠家的功能軟件。
RRU硬件由于不僅僅處理數(shù)據(jù)，還要進行無線信號的發(fā)送和接收，必須使用專用的功放和濾波器等部件，因此不能直接使用通用服務(wù)器，需要由專業(yè)的RRU廠家提供。
不同廠家的RRU硬件，怎樣運行不同軟件提供商的軟件呢？這就需要這些硬件遵循同樣的開放架構(gòu)，并且支持虛擬化。這樣一來，運營商不論從哪家購買RRU，都可以運行第三方的軟件。
RRU怎樣和不同廠家的BBU軟件對接呢？這就要求RRU和BBU之間的接口也是要開放的，大家都完全遵守相同的協(xié)議，才能互通有無。
在5G時代，傳統(tǒng)的BBU可進一步拆分成CU和DU，這兩個網(wǎng)元也可以采用不同的軟件供應(yīng)商，運營商的選擇更多，網(wǎng)絡(luò)的靈活性進一步增加。
?比如，基站RRU的硬件采用供應(yīng)商A，B，C三家，RRU軟件采用供應(yīng)商D，E，F(xiàn)三家，CU和DU的硬件采用供應(yīng)商G，DU的軟件采用供應(yīng)商H，I，J三家，CU的軟件采用供應(yīng)商K。
這樣一來，原先只能由2到3個傳統(tǒng)設(shè)備商提供的同質(zhì)化的基站，現(xiàn)在可以由11家廠商提供。原先孤零零的一顆大樹，現(xiàn)在變成了一片樹林，還形成了新的生態(tài)系統(tǒng)，各廠家在自己的生態(tài)位上各司其職！
這樣一來，對運營商來說，其供應(yīng)商體系將更加靈活，更加多元化，還能引入充分的競爭來激發(fā)創(chuàng)新活力，不必再擔(dān)心因網(wǎng)絡(luò)被某家供應(yīng)商獨占而喪失議價權(quán)。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本也得以降低。
基站白盒化的訴求，核心在于軟硬件解耦和接口開放，承載著運營商對于成本的節(jié)省，以及擺脫設(shè)備商脅迫的夢想，成就了如今Open RAN的風(fēng)起云涌。
上圖是一個關(guān)于Open RAN部署動機的調(diào)查?？梢钥闯觯?8%的運營商的訴求是降低成本；21%的運營商考慮解除供應(yīng)商鎖定，引入競爭；15%的運營商想要借此增強網(wǎng)絡(luò)部署的靈活性。此三點需求占了64%，是絕對的主流。
2
? ?
Open RAN背后的組織
當(dāng)大家在討論Open RAN的時候，經(jīng)常能看到C-RAN，xRAN，O-RAN，ORAN，oRAN，OpenRAN，Open vRAN，O-vRAN這些字眼，讓人眼花繚亂。
它們又都是什么意思，跟Open RAN之間的關(guān)系是什么呢？
上面這些說法其實來源于三個不同的組織：O-RAN聯(lián)盟，OpenRAN工作組，以及Open vRAN計劃。我們先從O-RAN聯(lián)盟說起。
2018年，那是一個春天，在西班牙巴塞羅那一年一度的世界移動大會（MWC）期間，中國移動，美國AT&T，德國電信，日本NTT DOCOMO，以及法國的Orange這五巨頭聯(lián)合起來，宣布了O-RAN聯(lián)盟的誕生。
O-RAN聯(lián)盟的前身，就是中國移動發(fā)起的C-RAN聯(lián)盟，以及日本NTT DOCOMO主導(dǎo)的xRAN論壇。
C-RAN，就是Centralized RAN或者Cloud RAN，由中國移動在2009年提出。其核心思想是把多個BBU集中部署形成基帶池，然后再進行虛擬化和云化，從而降低能耗，基礎(chǔ)設(shè)施投入以及運維成本。
?
xRAN成立于2016年，其主要目標(biāo)是用開放可替代的通用服務(wù)器來替換傳統(tǒng)基站的專用硬件，從而將基站的軟硬件解耦，核心思想也無非是開放二字。
?基于相同的目標(biāo)，C-RAN聯(lián)盟和xRAN論壇合二為一，成為了新的O-RAN聯(lián)盟。上文提到的ORAN，oRAN等不同寫法也都代表的是O-RAN聯(lián)盟。
O-RAN聯(lián)盟的成員眾多，參與的運營商除了包含創(chuàng)始的五巨頭之外，還有中國電信和聯(lián)通，西班牙電信，英國沃達豐，日本軟銀，KDDI等，幾乎囊括了全球絕大部分主流運營商。
設(shè)備商里面，愛立信，諾基亞，中興，三星，中國信科等都是O-RAN聯(lián)盟成員，只有華為沒有參與。高通，Intel等芯片廠家也位列其中。
此外，還有大量新興的中小設(shè)備商的參與，包括美國的Altiostar， Parallel，Mavenir，以及來自中國的佰才邦，賽特斯，亞信，京信等，他們都想從中分得一杯羹。
那么，O-RAN是怎樣對基站進行拆分呢？主要有下面四個目標(biāo)（新四化）：
接口開放化：把基站內(nèi)部原有的封閉接口的開放，在這個基礎(chǔ)上，不同廠家的軟件才有可能無縫配合，以此降低對單一廠商的依賴，鼓勵創(chuàng)新，降低成本。
軟件開源化：推動無線協(xié)議棧開源，共享代碼，降低研發(fā)成本，讓產(chǎn)業(yè)企業(yè)把更多精力聚焦在核心算法和差異化功能軟件的研發(fā)上。?
硬件白盒化：將傳統(tǒng)基站的專用硬件用通用服務(wù)器代替，充分進行軟硬件解耦，降低行業(yè)門檻，吸引更多中小企業(yè)參與競爭。?
網(wǎng)絡(luò)智能化：RAN開放和解耦之后，可以引人工智能，實現(xiàn)復(fù)雜組網(wǎng)環(huán)境下的高效運維管理，提升頻譜資源的利用率，降低網(wǎng)絡(luò)能耗。
在上述四點思路的指導(dǎo)下，基站就被分解成了下面的樣子：
O-RAN聯(lián)盟負(fù)責(zé)制定統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，以及互操作測試規(guī)范，在順從3GPP定義的5G基站標(biāo)準(zhǔn)接口（E1/F1/FH/X2/Xn/NG）的基礎(chǔ)上，還自行擴展了A1/O1/O2/E2等接口，約束非常嚴(yán)格。
為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，O-RAN聯(lián)盟成立了9個工作組，3個焦點組，以及1個開源軟件社區(qū)。
下面再說另一個主要組織：OpenRAN。
2016年，F(xiàn)acebook發(fā)起了一個叫做TIP（Telecom Infra Project，電信基礎(chǔ)設(shè)施）的項目，下面包含了很多子項目，其中就有一個OpenRAN的項目計劃。
2017年，全球運營商巨頭沃達豐把自己研究的SDR RAN的成果奉獻給了TIP，并創(chuàng)建OpenRAN工作組，旨在建立一個基于通用服務(wù)器，可軟件定義技術(shù)的白盒化RAN解決方案。
參與OpenRAN的運營商成員以歐美地區(qū)為主，中國的三大運營商都沒有參與。項目由沃達豐和西班牙電信牽頭，沃達豐負(fù)責(zé)全力推進。
傳統(tǒng)設(shè)備商中，除諾基亞積極參與之外，愛立信，華為和中興都沒有參與。此外新晉設(shè)備商三星對此也非常激進。
此外，希望夾縫生存，在通信市場分得一杯羹的大量歐美新興的中小設(shè)備商的參與非常積極，他們已經(jīng)在全球開始部署OpenRAN商用網(wǎng)絡(luò)，并開始組建自己的生態(tài)系統(tǒng)。
跟O-RAN聯(lián)盟不同，OpenRAN工作組并沒有對開放網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)外部接口進行嚴(yán)格規(guī)范的定義，他們屬于務(wù)實行動派，積極鼓勵各運營商和設(shè)備商進行Open RAN網(wǎng)絡(luò)的實際部署，并在外場進行互操作測試。
也就是說，O-RAN聯(lián)盟是標(biāo)準(zhǔn)先行，而OpenRAN則是先部署驗證，標(biāo)準(zhǔn)后續(xù)再補。因此目前實際部署的開放接入網(wǎng)絡(luò)基本都是基于OpenRAN的。
總體而言，O-RAN和OpenRAN這兩個組織的參與成員雖然不盡相同，推進策略也各有側(cè)重，但其目標(biāo)和產(chǎn)品方案卻大體一致，擁有非常廣泛的共同語言。
在2020年2月份，兩者攜起手來，共同在歐洲成立了開放測試和集成中心（OTIC），共享資源來進行Open RAN的研究和推進。
從上圖可以看出，OpenRAN定義了一套自己的工作流程，并和3GPP，開源軟件社區(qū)，以及O-RAN聯(lián)盟之間都有廣泛的合作。
話說另外一個組織：Open vRAN的起源，也要從2018年說起。
同樣是在當(dāng)年的巴塞羅那全球移動通信大會上，思科發(fā)布了一個名為Open vRAN生態(tài)系統(tǒng)的計劃，目標(biāo)同樣是基于通用硬件，以及開放式模塊化的軟件架構(gòu)來讓RAN走向開放之路。
Open vRAN也被稱作O-vRAN。vRAN里面的v就是virtualized，指的是虛擬化，Open RAN的基礎(chǔ)。
據(jù)悉，在2020年6月，思科和Telenor在挪威總部已經(jīng)開始了Open vRAN的實驗，進一步驗證使用虛擬化的開放架構(gòu)的成本和效率。
從上面的介紹可以看出，Open RAN是一個統(tǒng)稱，代表了目前的基站白盒化，接口開放化，以及軟件開源化，網(wǎng)絡(luò)智能化等網(wǎng)絡(luò)發(fā)展架構(gòu)，而O-RAN，OpenRAN，Open vRAN等則是推動Open RAN不斷前進的組織名稱。
正是這些組織的諸多工作，不斷為Open RAN添柴加火，成就了Open RAN今日的熱度。
3
? ?
Open RAN需要面對的問題
毫無疑問，Open RAN代表了無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向，在技術(shù)上是可行的。但與此同時，它的成熟度又是明顯不夠的，面臨的挑戰(zhàn)也是巨大的。
技術(shù)復(fù)雜度增加
開放的接口會帶來更加復(fù)雜的處理機制，部分接口還需定義全新規(guī)范的信令流程，增加了整體的設(shè)備復(fù)雜度和系統(tǒng)集成的難度。
并且，多個供應(yīng)商之間要互聯(lián)互通，就必須進行互操作測試。目前該測試也就是僅限于基站，核心網(wǎng)兩個網(wǎng)元，涉及的廠家也不多，即便這樣在前期也是困難重重，常有不兼容的情況發(fā)生。
Open RAN把基站拆地七零八碎，由于各廠家的技術(shù)方案各不相同，他們之間對接口相關(guān)規(guī)范的理解也可能存在差異，所需互操作驗證的工作量是非常巨大的。
網(wǎng)絡(luò)能效挑戰(zhàn)
Open RAN的目標(biāo)是硬件白盒化，使用通用服務(wù)器。這類硬件服務(wù)器的功能很強大，使用的是X86架構(gòu)的通用芯片，什么都能算，不但成本低，靈活性還高。
但通用芯片也有致命的缺點，那就是沒有經(jīng)過特殊的定制和優(yōu)化，對流量的處理效率低，功耗高。
而傳統(tǒng)的黑盒基站，則主要是用FPGA和ASIC這樣的專用芯片，軟硬件是集成在一起的，因此也被稱作SoC（System on Chip）。
FPGA，就是可編程集成電路。它可以通過硬件編程來改變內(nèi)部芯片的邏輯結(jié)構(gòu)，但軟件是深度定制的，本質(zhì)上其實就是專用芯片。
ASIC，即專用集成電路。顧名思義，它是為專業(yè)用途而定制的芯片，其絕大部分軟件算法都固化于硅片，特點是“軟硬件一體”。
專用芯片的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，性能強，體積小，功耗低，但靈活性差，基本沒有可擴展性。
它們之間的優(yōu)勢對比，如下圖所示：
?
圖片來自公眾號：鮮棗課堂
據(jù)業(yè)界研究，如果采用通用芯片來實現(xiàn)5G基站功能，其需要的芯片數(shù)量是專用芯片的18倍，功耗約是專用芯片的30倍。
如此巨大的功耗差距，使得白盒硬件難以滿足宏站的性能要求，因此Open RAN產(chǎn)品多以微站，室分等為目標(biāo)場景，或者以農(nóng)村等低價值區(qū)域作為突破口。
網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量挑戰(zhàn)
采用Open RAN建網(wǎng)之后，性能到底怎么樣？目前這個系統(tǒng)還處于方案驗證階段，對于其網(wǎng)絡(luò)性能能否滿足預(yù)期，還要打個大大的問號。
可以想到的是，在初期Open RAN僅僅是能正常工作，以微站形式部署，或者在低價值區(qū)域部署的策略對網(wǎng)絡(luò)性能的容忍度也較高。
可以預(yù)想的是在系統(tǒng)集成驗證完成之后，Open RAN才會逐漸在性能問題上進行增強。
并且，白盒硬件系統(tǒng)復(fù)雜，多廠家配合的可靠性也沒有經(jīng)過市場驗證。
通常來說，運營商網(wǎng)絡(luò)的可用性級別必須達到6個9的標(biāo)準(zhǔn)，也就是99.9999%。但是目前來看，白盒硬件難以做到這一級別。
如果要滿足網(wǎng)絡(luò)可靠性要求，就必須增加設(shè)備冗余備份。這就造成了設(shè)備成本的增加。
網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險
一個基站由多個廠家的軟硬件配合起來工作，多廠商之間如何進行安全隔離？如何保證最終的系統(tǒng)是安全的？
無線系統(tǒng)的復(fù)雜度遠(yuǎn)超操作系統(tǒng)的數(shù)十倍，如果采用開源軟件，又怎樣規(guī)避其中的安全風(fēng)險？目前成功的大型開源軟件，都要經(jīng)過5年以上的積累和穩(wěn)定周期。而O-RAN的軟件開源才剛剛起步，道阻且長。
運維難度增加
軟硬件分離解耦之后，同一個基站系統(tǒng)可能包括不同廠商的軟件和硬件。這樣一來，就會很難分清安裝和維護時的責(zé)任劃分。
眾所周知，以前一兩家廠商的時候，扯皮都是家常便飯。換成N家廠商，肯定會鬧得雞犬不寧。
安裝階段，扯皮將嚴(yán)重影響設(shè)備安裝的工期，增加成本。維護階段，扯皮還會增加故障的恢復(fù)時間。
并且，對于運營商來說，原本只需要掌握和維護三家設(shè)備商的產(chǎn)品，現(xiàn)在數(shù)量上直接翻了幾倍，無形中也增加了學(xué)習(xí)成本和管理成本。
這樣以來，運營商很有可能在設(shè)備投資上省下來的錢，又被迫投入到網(wǎng)絡(luò)維護的無底洞中去，最后一算賬成本并沒有降低。
4
? ?
2020年的Open RAN成績單
目前來說，Open RAN的推動力主要來自兩條線。
一條線是前面介紹的O-RAN和OpenRAN這兩個組織的持續(xù)努力，其中以沃達豐牽頭的OpenRAN工作組最為積極，近一年來成果卓著。
另一條線則來自于美國政府的5G焦慮。
眾所周知，美國本土的大型設(shè)備商均已不復(fù)存在，為了達到所謂“網(wǎng)絡(luò)安全”的訴求，并進行行業(yè)的重新洗牌，塑造有利于美國的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，美國在對Open RAN的支持上不遺余力。
2019年12月，美國國防部要求美國企業(yè)開發(fā)開源5G軟件，重塑產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
2020年1月，美國兩黨參議員提出一項華為替代法案，要求設(shè)立一個7.5億美元的基金，用來支持Open RAN的開發(fā)。同時，美國國防高級研究計劃局宣布正式啟動“開放，可編程，安全的5G計劃”，標(biāo)志著美國的5G戰(zhàn)略開始實施。
2020年2月，美國政府召集頂級運營商和技術(shù)公司，與AT&T，戴爾，微軟合作開發(fā)5G軟件，以減少對華為設(shè)備的依賴。
2020年5月，具有濃厚美國政府背景的Open RAN政策聯(lián)盟宣布成立。前美國國家電信和信息管理局行政長官擔(dān)任該組織執(zhí)行董事，且該聯(lián)盟的31家成員中有24家是美國公司。
2020年7月，美國政府要求日本的NTT DOCOMO和NEC加入Open RAN政策聯(lián)盟。
2020年9月，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）舉行線上5G Open RAN論壇。在美國的威脅之下，歐洲各國開始禁用華為設(shè)備，多個的運營商表示未來會使用Open RAN。
2020年11月，美國眾議院通過了年初提出的7.5億元Open RAN支持資金，這些撥款將在新的電信法案頒布后的18個月內(nèi)發(fā)放。
2020年12月，美國聯(lián)邦通信委員會計劃向運營商支付一定費用（耗資可能超過20億美金），幫助他們拆除華為和中興的設(shè)備，并表示可以采用Open RAN方案。
在美國政府的胡蘿卜和大棒之下，2020年下半年，全球的Open RAN試點顯著加速，呈現(xiàn)一片熱火朝天的景象。
6月，GSMA和O-RAN聯(lián)盟宣布合作，共同推進Open RAN相關(guān)的軟件和硬件及解決方案的應(yīng)用。思科和挪威Telenor宣布合作進行Open vRAN的研究和落地。愛立信表示Open RAN是其研發(fā)重點之一。
7月，諾基亞發(fā)布現(xiàn)有產(chǎn)品支持Open RAN的路標(biāo)，并表示：“無論運營商是否采用Open RAN，它都在為未來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)做準(zhǔn)備。”?三星也聲稱已推出了完全開發(fā)和虛擬化的5G RAN產(chǎn)品，并表示：“三星是開放系統(tǒng)的忠實擁護者。”
從此之后，Open RAN在全球的試點遍地開花。
免責(zé)聲明：本文內(nèi)容由21ic獲得授權(quán)后發(fā)布，版權(quán)歸原作者所有，本平臺僅提供信息存儲服務(wù)。文章僅代表作者個人觀點，不代表本平臺立場，如有問題，請聯(lián)系我們，謝謝！
下載文檔
