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O-RAN,真的會成功嗎?

它背后的利益博弈關系,到底是怎樣的呢?

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

作為誕生還不到兩年的一種新型技術架構,O-RAN的崛起速度確實非常驚人,吸引了行業內外的廣泛關注。

那么,O-RAN到底是什么呢?它有什么特別之處?為什么越來越多的廠家會追捧這項技術?

今天這篇文章,小棗君就給大家詳細介紹一下它的來龍去脈。

O-RAN的誕生背景    

O-RAN的O,是指Open(開放)的意思。RAN呢,就是無線接入網(Radio Access Network)。

關于RAN,小棗君之前介紹過無數次了,它是移動通信網絡三大組成部分之一,專門用來把用戶“接入”到網絡里面來的相關設備。我們常說的基站,就是RAN的主要組成部分。

O-RAN,真的會成功嗎?

承載網、接入網、核心網相互協作,最終構成了移動通信網絡。

眾所周知,從1G到4G,移動通信網絡相關廠商的分工是非常明確的——設備商負責研發和制造設備,賣給運營商,并幫助運營商搭建網絡。運營商負責運營網絡,提供移動通信服務給用戶,賺取利潤。

早期的時候,移動通信行業的技術和資金門檻很高,通信設備的研發制造難度很大。所以,只有少部分廠商有資格參與這個游戲。而這些廠商研發的設備,基本上都是“黑盒子”。

什么是“黑盒子”?“黑盒子”就是一個封閉的、對外不可見的系統。它能夠實現相應的功能,但除了制造者之外,別人不知道它的內部工作原理和實現方式。

和“黑盒子”想對應的,就是“白盒子”。

“白盒子”是一個透明的、可視的系統。它也能夠實現相應的功能,但它的內部原理是開放給所有人的,接口和協議是標準化的。所有廠家都可以參照標準化文檔,做出這樣的系統。

早期廠商走“黑盒”路線的主要原因,是為了保護知識產權,構建競爭壁壘,同時也為了提升產品的穩定性。(畢竟都是他自家做的,有問題他負責到底。)

隨著通信技術的普及,越來越多的設備廠商開始加入這個行業。

設備越來越多,某一家公司想要“全包”就不太現實了。

為了方便相互之間的對接,通信行業就開始推動通信標準統一,推動技術開放,推動黑盒“解耦”。

解耦

所謂“解耦”,就是劃清界限。將原來緊密結合的系統進行拆分,把子系統之間的聯系說明清楚,制定成統一的接口協議。

從1G到4G,通信系統的整體演進趨勢,就是解耦。一方面是控制面和媒體面解耦,另一方面是軟件和硬件解耦。

注:控制面可以簡單理解為系統里的管理類信令消息。媒體面就是用戶的語音、上網數據報文。

移動通信系統三大組成部分里, 核心網的解耦做得最早,速度最快,也最為徹底。因為核心網的功能主要還是基于軟件為主,而且大部分設備之前用的x86處理器芯片。

現在我們所說的核心網虛擬化,就是解耦的一種方式。也就是將原來的專用硬件,換成x86通用服務器,然后通過OpenStack這樣的虛擬化平臺,實現軟硬件徹底解耦。

通用硬件服務器,也稱為COTS服務器

COTS,Commercial Off-The-Shelf,商用現成品

承載網方面,也在朝虛擬化、解耦合的方向發展。SDN(軟件定義網絡),其實就是控制面和媒體面的解耦。IDC數據中心里面很多交換機也在提“白盒化”。

而接入網,因為涉及到大量的天線、射頻、基帶處理等復雜功能,這類硬件都是專有且獨特的,所以白盒化的難度最大,不容易進行解耦改造。

O-RAN,真的會成功嗎?

4G接入網的主要設備

即便如此,運營商們仍然沒有打算放過接入網,甚至把它作為解耦的最主要目標。為什么呢?

說白了,還是為了錢。

無線網絡建設一直是運營商TCO(Total Cost of Ownership,擁有總成本)的最主要部分,大致占比在60%~70%。

現如今,運營商們剛剛完成了對4G網絡的巨大投資,還沒有能夠收回成本,馬上又要啟動5G網絡的建設,當然會對建網成本非常敏感。

而5G網絡相比4G網絡,頻段更高,覆蓋更弱,所以,基站數量會大幅增加。

因此,運營商迫切希望5G基站的價格能盡可能地降到更低。

對運營商們來說,如果找不到新的收入增長點,就只能拼成本了。

作為中國最大的通信運營商,中國移動一直都是網絡開放化最積極的推動者之一。尤其在接入網解耦和白盒化方面,移動的訴求最為強烈。

早在2009年,中國移動就牽頭推出了C-RAN架構。

C-RAN,就是Centralized RAN,集中化無線接入網。簡單來說,C-RAN就是將以前的傳統RAN進行解耦,將一部分功能(主要是BBU)進行集中,以此實現云化,降低能耗和基礎設施投入。

O-RAN,真的會成功嗎?

傳統RAN與C-RAN

除了中國移動之外,美國運營商AT&T也是網絡開放的積極推動者。而AT&T牽頭搞出來的組織,是xRAN論壇。

此外,還有vRAN、OpenRAN、Open vRAN等很多組織,都在打RAN的主意。

而我們今天所說的O-RAN,它背后的主要推手O-RAN聯盟,就是C-RAN聯盟和xRAN論壇合并之后的產物。

 O-RAN聯盟    

2018年2月,西班牙巴塞羅那MWC世界移動大會期間,中國移動、美國AT&T、德國電信、日本NTT DOCOMO和法國Orange五家運營商,共同聯合發起了O-RAN聯盟。

到了6月,上海MWC世界移動大會期間,來自中國移動、美國AT&T、德國電信、日本NTT DOCOMO、法國Orange、印度Bharti Airtel、中國電信、韓國SKT和KT、新加坡Singtel、西班牙Telefonica和澳大利亞Telstra等12家運營商的CTO及代表們,共同出席會議并簽署文件,宣告O-RAN聯盟正式成立。

截至目前,成立僅一年多的O-RAN聯盟已有超過100家成員企業,其中包括21家全球主要電信運營商和82家貢獻者產業鏈企業。

產業鏈企業里面,既有像高通、英特爾這樣的芯片企業,也有像聯想、浪潮這樣的IT企業。就連諾基亞、愛立信、中興、中信科這樣的設備商企業,也位列其中。國內加入聯盟的企業,還包括BaiCells佰才邦,CertusNet賽特斯,Comba京信、AsiaInfo亞信等。

組織架構方面,O-RAN聯盟的最高決策機構是董事會,董事會成員是各運營商CTO級別的領導。董事會內部設了執行委員會,負責商討各類重要事務,同時向董事會提出建議、安排會議等。

執行委員會下面設立了技術管理委員會(TSC),負責O-RAN的各項技術相關的討論和研究。技術指導委員會的聯合主席是斯坦福大學教授Sachin Katti博士和中國移動研究院首席科學家易芝玲。

再往下,就是O-RAN聯盟的8個工作組,其中有6個技術工作組,還有1個TSC工作組和1個運營商工作組。

值得一提的是,中國移動的專家擔任了多個工作組的主席角色,體現了移動在O-RAN聯盟中的主導身份。

O-RAN聯盟的愿景,就是打造“開放”、“開源”與“智能”的高靈活、低成本無線網絡。

具體來說,就是實現RAN接入網的“新四化”:

§  接口開放化

實現原有封閉接口的開放,降低區域性單一廠商的依賴性,鼓勵創新,降低成本。

§  軟件開源化

推動無線協議棧開源,共享代碼,降低研發成本,讓產業企業把更多精力聚焦在核心算法和差異化功能軟件的研發上。

§  硬件白盒化

正如前面所說,就是將傳統BBU硬件用通用COTS服務器代替。而RRU部分,引入軟件定義無線電技術和通用硬件,進行代替。這樣可以吸引更多中小企業參與競爭。

§  網絡智能化

AI是O-RAN的一個重要努力方向。RAN開放和解耦之后,可以引入大數據、人工智能等方法,實現復雜組網環境下的高效運維管理,提升頻譜資源的利用率,降低網絡能耗。

O-RAN需要面對的問題    

O-RAN承載著運營商們的美好愿景,但是它到底能不能成功,還是需要進行理性思考的。

現階段擺在O-RAN面前的問題很多,歸納來說,分為以下幾點:

1. 能耗問題

前面我們提到硬件白盒化,使用COTS通用硬件。這類硬件服務器的功能很強大,什么都能算,因為它使用的是X86處理器這樣的通用芯片。

但稍微懂一點IT的同學都知道,我們除了使用通用芯片之外,還會用FPGA和ASIC進行計算。FPGA和ASIC,都可以稱為專用芯片。

FPGA,就是可編程集成電路。它可以通過硬件編程來改變內部芯片的邏輯結構,但軟件是深度定制的,本質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“軟硬件一體化”。

它們之間的優勢對比,如下圖所示:

O-RAN,真的會成功嗎?

簡單來說,通用芯片能完成的功能是多樣化的,靈活的,但是功耗更高。而ASIC能完成特定的運算功能,作用比較單一,不過能耗很低。FPGA,介于通用芯片和ASIC之間。

這幾年很火的比特幣挖礦,其實就是一個例子。

以前,我們用PC(X86通用芯片)挖礦,后來越挖難度越大,算力不夠。于是,我們開始使用顯卡(GPU)去挖礦。再后來,顯卡的能耗太高,挖出來的幣值還抵不上電費,就開始采用FPGA和ASIC集群陣列挖礦了。

接入網這邊的運算主要是實時信號的處理,更偏向于專用運算,所以采用ASIC是最合適的方式。

如果采用全通用芯片的純白盒,那么延遲會更高,抖動也會更大。所以,大部分廠商搞O-RAN,會采用通用芯片+FPGA的架構。

但這種架構依然解決不了能耗的問題。

根據加拿大多倫多大學的研究成果表明:同等算力情況下,FPGA能耗是ASIC的12倍。據此推測,白盒設備采用通用CPU+FPGA的架構,相比于專有硬件采用一體化高集成的ASIC芯片,運行LTE業務能耗要高10倍以上。

基于5G大帶寬、多天線、低時延等特點,這一能耗差距甚至可能達到20倍以上。

前面我們說華為沒有加入O-RAN,其中主要的原因之一,就是華為經過測試驗證,發現4G基站使用搭載英特爾CPU的白盒硬件的表現,功耗要高出10倍。

2. 設備可靠性問題

除了能耗之外,白盒硬件還會帶來因為可靠性不足導致的成本問題。

通常來說,運營商網絡的可用性級別必須達到6個9的標準,也就是99.9999%。但是目前來看,白盒硬件無法做到這一級別,只能達到5個9的標準,也就是99.999%。

如果要滿足可用性要求,則必須增加設備冗余備份。這就造成了設備成本的增加,還包括鐵塔公司那邊的租金成本增加。

鐵塔公司是根據設備尺寸、重量和數量進行收費的

硬件白盒化帶來的成本優勢被進一步削弱。

3. 維護責任問題

基站白盒化還會牽扯出責任劃分問題,這是一個不可忽視的隱性問題。

軟硬件分離解耦之后,同一個基站系統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,扯皮將嚴重影響設備安裝的工期,增加成本。維護階段,扯皮還會增加故障的恢復時間。

作為甲方,運營商需要對這樣的局面做好心理準備。

綜上所述,O-RAN并非完美。運營商為CAPEX大幅下降而興奮的同時,必須正視隨之而來的OPEX增長。
O-RAN,真的會成功嗎?

運營商的綜合成本 = CAPEX + OPEX。

CAPEX,Capital Expenditure,資本性支出?梢岳斫鉃榻ňW成本。

OPEX,Operating Expense,營運支出?梢岳斫鉃榫S護成本。

如果在CAPEX上節省下來的錢,最終又要在OPEX上吐出去,那么O-RAN顯然是沒有意義的。

關于O-RAN的深入思考    

回過頭來,我們總結一下O-RAN背后的利益關系。

O-RAN的本質,就是運營商和設備商之間的利益博弈。

運營商大力推動O-RAN發展的主要目的,是為了打破傳統設備商的技術封閉,構建更開放的生態,讓更多企業參與到接入網設備的研發和制造中,從而增加議價能力,降低設備成本。

而問題的關鍵在于:

基站接入網這塊市場,是否仍然存在暴利?值不值得運營商一懟再懟?

是不是吸引更多小公司入場,就一定是好事?成本一定能降低?還是說只是又多了一堆炮灰?

白菜價的白盒基站,是不是真的能省錢?是不是能夠提供既安全又穩定的服務?

這些問題,我覺得都是值得思考的。

小棗君個人覺得,O-RAN聯盟看似門庭若市,但里面的每個人都有自己的小算盤。

運營商推O-RAN,主要是拿它作為向設備商壓價的砝碼,同時也是對設備商長期不滿情緒的一種宣泄。

天線廠商做O-RAN,主要是擴大自己的產品線,避免被邊緣化,也是為了和大型設備商競爭,F在大型設備商幾乎是什么都做,觸角越伸越遠,而細分產品設備商的日子越來越難過,急需一些反制的能力。

IT廠商做O-RAN,更多是為了擠進通信這個龐大的市場。同時,如果能切入接入網,將非常有利于自家邊緣計算產品的發展。

中小型初創企業做O-RAN,更多是為了服務中小運營商,還有對成本敏感,對穩定性和性能不敏感的偏遠地區,以及經濟欠發達地區。他們可以通過O-RAN,在大型設備商不care的地方,搶一點市場份額。此外,搞白盒基站,可以迎合資本市場追捧5G的需要,提升估值,上市變現。

至于傳統設備商的“加入”,其實更多是在態度上的支持,對甲方表示尊重,再則也是密切關注這個潛在競爭對手的動態,至于具體有沒有出力,大家是心知肚明的。

在O-RAN的具體落地方面,雖然已有廠商做出了產品,但迄今為止,除了日本樂天這個新進入通信領域的小運營商之外,沒有其它任何一家大型運營商批量使用白盒基站。國內5G建網在即,我相信三大運營商也不會此時對白盒基站進行大規模集采,更不可能貿然中止和傳統設備商之間的合作。

總而言之,O-RAN所倡導的開放生態,肯定是未來通信網絡發展的趨勢。但想要短期內獲得成功,是絕對不可能的。不管是從技術的角度來看,還是從生態的角度來看,O-RAN都還有很長的路要走。

還是那句老話,時間終會告訴我們所有問題的答案。我們所需要做的,就是耐心等待。

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