总16期
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白盒化,5G小站的必经之路
文/白春宇
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3月28日博鳌亚洲论坛在海南博鳌举行,5G标准是其中一项重要议题,中国工信部部长苗圩表示,5G发展最关键的是开放合作、全球统一标准。3G时代全球有三个标准,4G时代全球有两个标准,直到5G全球终于统一标准。可见,开放、统一既是5G发展的趋势也是必经之路。

5G标准由3GPP指定,3GPP是The 3rd Generation Partnership Project(第三代合作伙伴计划)的简称,成员由来自40多个国家的550多家公司组成,包含网络运营商、终端制造商、芯片制造商、基础制造商以及学术界、研究机构、政府机构等。从2G、3G、4G到现在的5G,3GPP所做的就是提供统一的标准和系统规范。

图1 3GPP 5G标准时间表

除了3GPP作为统一的技术标准之外,业内运营商、制造商和学术界本着开放、开源的原则,建立了多家开源联盟或组织,通过积极推进开放式5G,加快5G技术、标准、产品的研发,最终建立全球统一的5G生态系统。例如,网络功能虚拟化开放平台(OPNFV),通过整合各种开源系统进行NFV的开发和演进,形成了一个开源的NFV参考平台,能够验证多厂商可互操作的NFV解决方案、加速新产品和服务的引入。另外,开放网络自动化平台(ONAP)致力于开发一个具有实时的、策略驱动编排、物理和虚拟网络功能自动化的统一开发平台,使得开发者和服务提供商能够快速的提供新服务。而开放无线接入网(O-RAN)联盟则围绕网络智能化、接口开放化、软件开源化和硬件白盒化等开展研究,旨在将下一代无线通信网络的开放性提升到一个新的水平。

“白盒化”的基础

言归正传,白盒的本义是指一个没有品牌的硬件设备,在电信领域”白盒化”主要分为软件和硬件两部分。软件方面,“白盒化”指设备厂商研发的软件功能可与运营商已有软件功能进行集成对接,这部分软件功能可完全自主研发,也可基于开源代码的二次研发获得;硬件方面,“白盒化”指网络功能软硬解耦后的硬件通用化,可被云化的网元引入通用计算平台可降低设备的硬件成本。“白盒化”的基础就是统一的标准和开放、开源的网络。统一标准是5G产业现阶段发展的重要依据,而开放、开源将是5G未来发展的必经之路。

在全球5G大规模建设的前提下,各国运营商都面临网络转型的巨大机遇与挑战,为了提升网络效率和降低成本,美国AT&T、西班牙电信、中国移动等全球主流运营商都宣布了网络重构的计划,即由传统网络架构向基于通用服务器、开源平台的NFV技术架构演进,软件定义网络(SDN)和虚拟网络功能(VNF)即将成为现代运营商网络架构的基础。

前不久,在亚马逊上有设备商开始售卖核心网产品,这也是全球首例在公有云上部署移动核心网。虽然这是一款4G LTE的虚拟化核心网产品,但它与5G核心网的演进方向是一致的,同样都是基于云化、服务化、软件化架构,通过网络切片、控制/用户面分离等技术服务于未来5G时代的工业4.0、车联网、VR/AR等大宽带、低时延和大规模连接的多场景应用。

2019年1月18日,日本运营商乐天对外公布,将建设全球首张端到端的云原生移动通信网络,这是一张端到端全虚拟化的云原生移动通信网络。3GPP已定义5G核心网基于云原生设计,这意味着核心网网元云化是可实现的,亚马逊的例子也印证了这一点,但无线接入网虚拟化、白盒化一直进展缓慢。而乐天提出的“端到端全虚拟化的云原生移动通信网络”,意味着网络从接入网到核心网全面整体迈进云化、白盒化的世界。

5G小站应运而生

据统计,近75%的4G业务发生在商场、办公楼、商务酒店、会展中心、高校校园等室内场景,随着4G流量需求节节攀升,流量增长与室内覆盖网络承载能力出现了不平衡,在此背景下,5G小站的需求应运而生。

首先,5G室内覆盖可以释放4G网络流量压力,而商场、地铁站、火车站、机场等都是用户密集区域,属于大流量场景,5G要首先解决这些地方上网慢的问题。

其次,5G室内覆盖是5G eMBB类业务发生的主要场景。高清视频、AR/VR、智能家居等超过70%的5G应用发生于室内,因此,深耕室内覆盖,使能应用创新,是5G商业化的关键。

再次,室内覆盖也是5G宏站覆盖的痛点。

受限于5G频段,5G高频段信号更难从室外穿墙覆盖室内,需新建室内覆盖。传统室分的无源器件于5G中频段损耗大,难以满足性能要求,需替换改造。同时,面向MIMO多通道演进,传统无源室分需新增多路射频馈线通道,工程将越来越复杂,扩容越来越困难,无法满足未来升级需求。

因此,运营商为了解决当前痛点,面向未来应用,在商场、医院、学校,园区、火车站这样的室内场景中率先布局5G。

目前,在这些场景中,运营商将面临哪些困难呢?

成本过高

5G使用更高的频率、采用更新的技术,带来更低的时延,但着眼当下,首先要考虑5G建网成本这只拦路虎,5G的建网成本要比2/3/4G更高,主要网络投资将花费在基站规模、传输和频谱费用方面:

•单基站成本增加:Massive MIMO有源设备和毫米波高频元件增加基站成本

•基站数量增加:5G频段高、覆盖范围小,需新增更多基站

•传输网络:5G传输分为前传、中传和回传,且均要Gbps级,需使用大量传输资源

•频谱费用:5G采用新频段,新增频谱费用。而在4G方面,中国电信的频谱费用每年约9亿元,中国联通约为7.5亿元。这些频率占用费如果一直收下去,等到5G上马,费用加起来将超过百亿元。

因此,成本因素是5G建设要考虑的重点问题。

原有厂商的“绑架”

众所周知,接入网设备在整个网络中所占比例超过70%,而基站上BBU和RRU通常都来自同一家厂家,这是因为其内部软件和接口仍然是厂家专有,或者是经过厂家优化的,且通常与底层硬件相关联。在3GPP讨论5GRAN构架时,因为涉及到传统设备商的利益,BBU和RRU之间接口是否标准化一直存在争议。

而白盒化小站方案的颠覆性意义在于——运营商可以从一家设备商购买服务器硬件,再从另一家设备商购买接入网软件,从而实现模块化组站。然而,这不过是白盒化无线接入网颠覆传统接入网的第一步。其大致演进路线如图2所示:

图2 白盒化小站方案演进路线

简而言之,就是借助用户面和控制面分离的趋势,在控制面上下构建开放的标准化北向接口和南向接口,以此开发模块化的基站软件,通过开放接口实现模块化组站。这对于运营商而言,主要有三大好处:

1. 运营商可提升议价权,降低网络部署成本。

2. 市场碎片化,多供应商竞争,可激励软件和硬件创新。

3. 运营商前所未有的获得了接入网控制权,其通过南向接口解决来自不同供应商的组件之间的互操作性,通过北向接口开发丰富的应用和服务,比如引入人工智能提升网络自动化水平,与边缘计算配合扩展未来服务创新等。

“白盒化”任重而道远

虽然“白盒化”未来能给运营商带来多种好处,但从现实来看,压力并不小。白盒化之路,不是短时间内就能完成的。首先,白盒化对运营商的技术储备和转型要求提高了,白盒化基站软硬件分离,设备来自多家厂商,运维系统复杂,运维成本更高,故障定位效率低,在传统运营商越来越脱离一线设备维护的今天,这一难度可想而知。其次,白盒化是对现有通信格局的挑战,尤其是对传统既得利益的设备厂商而言,不是好消息。运营商如何联手产业链合作伙伴一起推动硬件白盒化,是对运营商的考验。虽然从目前的态势来看,已经取得了一定进步,诺基亚、爱立信已经加入了O-RAN联盟,但是也有一些厂商认为白盒化基站的性能不及传统设备而没有加入。

“白盒化”是一个长期逐步演进的过程,如果标准稳定,对性能要求低一些,“白盒化”进程会比较容易推进,但如果强行推进白盒化,网络建设、升级维护也将面临很多问题,这就要求运营商成为唯一的责任主体,负责系统集成的同时加强自身建设,强化升级演进能力。那么,现阶段如何推进无线网络“白盒化”呢?“白盒化”可以先从小基站设备开展,因为小基站性能指标要求要低一些,且比较关注成本。

结束语

白盒化方案的最终愿景是推动无线接入网硬件白盒化、接口开放化、软件开源化、网络智能化,其最大特点是将传统基站软硬件解耦,将软件功能运行于通用硬件平台上,并通过开放硬件的参考设计,利用通用硬件的规模效应来降低基站综合成本。其网络将逐步通过白盒化、虚拟化和云化,实现运维全自动化、服务自动化和敏捷化,最终打造一张高效、极简、智能的端到端云原生5G网络。

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