Предполагается, что высокая экономическая эффективность внедрения технологий виртуализации и облачных вычислений для операторов связи будет достигаться, в частности, за счет получения большей независимости от производителей, вендоров, т. е. благодаря возможности гибко модернизировать сети, ориентируясь на лучшие на рынке решения, а также вследствие усиления конкуренции между поставщиками (особенно среди новых производителей). Необходимым условием такой независимости является открытость интерфейсов и протоколов между сетевыми узлами.
Архитектура радиосети
Типовая архитектура современной радиосети (Radio Access Network – RAN) состоит из радиомодуля (Remote Radio Unit – RRU), модуля цифровой обработки (Base Band Unit – BBU) и транспорта между ними, на котором, как правило, используется протокол CPRI (Common Public Radio Interface – общий открытый радиоинтерфейс).
Поскольку обмен сообщениями между RRU и BBU не стандартизирован, то нельзя использовать RRU от одного производителя, а BBU от другого[1]. Cледовательно, при внедрении технологии виртуализации в RAN, т. е. виртуализации BBU, радиосеть так и останется моновендорной (рис. 1).
Рис. 1. Сохранение моновендорности при виртуализации BBU
Закрытость архитектуры радиосети, стоимость которой составляет примерно 70% от стоимости инфраструктуры (для 5G эти оценки даны Deutsche Telecom [1]), не позволяет операторам связи получить одно из основных преимуществ виртуализации – свободу выбора поставщика. При этом ожидается, что развитие 5G-сетей может быть экономически оправдано при уменьшении доли инвестиций в RAN до 50%.
Возможность стандартизации интерфейса RRU/BBU и строительство Open RAN прорабатывались в рамках нескольких международных инициатив (например, [1, 2]) с участием крупнейших мобильных операторов (Deutsche Telecom, AT&T, Verizon и др.).
К настоящему времени опубликована первая версия спецификации интерфейса RRU/BBU [3], определяющая разделение функций цифровой обработки для снижения нагрузки на транспорт (new RRU/BBU functional split) и стандартизацию интерфейса (Fronthaul) между модулями RRU и BBU (рис. 2).
Рис. 2. Стандартизация интерфейса для построения мультивендорной RAN
Проблема моновендорности
Ожидается, что демонополизация рынка поставщиков RAN на базе концепций открытого программного кода и White box позволит снизить инвестиции в RAN для достижения коммерческой привлекательности развития сетей 5G.
Сейчас большинство радиосетей мобильных операторов построены по региональному принципу с использованием концепции Single RAN (GSM + WCDMA + LTE). Очевидно, что для традиционных поставщиков сетей RAN (Ericsson, Nokia и Huawei) открытость архитектуры RAN несет потенциальные риски, поэтому они поработали для сохранения моновендорности RAN так же результативно, как и их оппоненты[2].
Во-первых, Ericsson, Nokia, Huawei и NEC совместно разработали и опубликовали 31 августа 2017 г. спецификацию eCPRI V1.0 (enhanced CPRI, [4]). Этим документом были фактически решены все те задачи, которые и ставило перед собой объединение xRAN (снижение нагрузки на транспорт и оптимизация транспортных решений), за исключением двух важных требований:
- задача межвендорной совместимости по eCPRI в спецификации не рассматривалась (рис. 3, [5]);
- не был согласован вариант разделения функций цифровой обработки между RRU и BBU.
Во-вторых, при активном участии компаний Ericsson, Nokia и Huawei к концу 2017 г. была согласована первая спецификация радиосети – релиз 15 3GPP [6], так называемый вариант неавтономной архитектуры сетей 5G (non-Standalone). Согласованный вариант строительства (Option 3 в классификации 3GPP) предполагает совместное использование модуля BBU базовой станции LTE в части ряда функций[3].
Рис. 3. Системная архитектура eCPRI согласно спецификации
В совокупности все эти решения (eCPRI и non-Standalone 5G 3GPP Option 3) закрепляют статус моновендорности радиосети (рис. 4) и означают, что 5G-решения внедряются существующими поставщиками своей инфраструктуры сетей LTE в соответствующих регионах. Преимуществом моновендорности радиосети при внедрении 5G является минимизация начальных инвестиций.
Рис. 4. Неавтономная архитектура 5G согласно 3GPP Option 3
Позиция операторов связи
Среди сторонников Open RAN мы видим нишевых производителей, преследующих цель выхода на рынок, а также крупных производителей, которые рассматривают возможности расширения (Intel, Cisco, Samsung) или диверсификации своего бизнеса (Mavenir).
А что же «главная заинтересованная группа» – мобильные операторы связи? С одной стороны, они согласовывают вариант неавтономной архитектуры сетей 5G, который закрепляет моновендорность, и заключают договора с традиционными вендорами RAN о ее коммерческом внедрении (например, [7]). С другой стороны, операторы возглавляют индустриальные инициативы по стандартизации интерфейсов и мультивендорности в сетях RAN.
Двойственная позиция операторов по вопросу открытой архитектуры сетей RAN является отражением существующих реалий в мобильной индустрии, которые сложились, в частности, из-за передачи инициативы в формировании технологической политики развития в руки малого числа производителей.
- Согласованный вариант неавтономной архитектуры 5G (3GPP Option 3) действительно оптимален для внедрения сетей 5G в условиях отсутствия стандартизации – он локализует задачу внедрения 5G до «расширения» базовой станции LTE.
- Операторы умело поддерживали высокую конкуренцию между производителями оборудования для сетей RAN за счет их желания нарастить свою долю рынка. Однако рост затрат с увеличением объема установленного оборудования и внедренной функциональности делает замену одного производителя другим все менее выгодной[4].
Кто определит бизнес-модель развития индустрии
Итак, необходимы новые способы усиления конкуренции, а в отсутствие совместимости полное преимущество имеет существующий поставщик и тендеры превращаются в формальность (поэтому, собственно, и нет тендеров на 5G RAN).
Острота проблемы заключается в том, что сейчас операторы связи стоят в начале пути строительства сетей 5G и тот подход, который они выберут, будет определять бизнес-модель дальнейшего развития мобильной индустрии. А эффективность усилий по адаптации технологий виртуализации и облачных вычислений для сетевой инфраструктуры, которые операторы прилагают сейчас, будет во многом зависеть от того, в какой степени преимущества этих технологий будут реализованы в RAN.
Действительно ли операторы верят, что нишевые производители смогут составить конкуренцию, или инициатива Open RAN рассматривается операторами как средство политического давления на традиционных производителей?
Ответ на этот вопрос даст время[5], хотя затраты на внедрение открытой архитектуры и мультивендорной RAN на уже существующей инфраструктуре радиосетей являются серьезным барьером для масштабного внедрения. Тем не менее пример c Open RAN должен заставить операторов задуматься о необходимости перехватывания инициативы технологического развития у производителей.
Транспортная сеть 5G
В настоящее время одним из важных направлений такого развития является строительство транспортной сети 5G.
Поскольку в существующей архитектуре сети RAN транспорт CPRI интерфейса являлся в силу своей локальности (на площадке базовой станции) приложением к RRU и BBU, то поставлялись соответствующие транспортные решения, как правило, поставщиками RAN, как «сопутствующие принадлежности».
Для 5G-сетей оптимальна RAN с использованием централизованной топологии, которая предполагает объединение BBU нескольких базовых станций (BBU Hotel) либо создание общего пула вычислительных ресурсов (vBBU-BBUPool) на центральном узле. При этом транспортные решения CPRI не могут быть механически перенесены на централизованную топологию.
На сегодняшний день существует понимание, что целевая архитектура транспортной сети 5G является самостоятельным доменом (так называемый Xhaul), который интегрирует функции fronthaul (транспорт между центральным узлом и радиосайтами) и backhaul (транспорт между узлами опорной сети). Xhaul включает в себя уровень управления (control plane) и пользовательского трафика (user plane), взаимодействуя с другими доменами сети по сервисной модели обслуживания (см., например, [8]).
Очевидно, что традиционные поставщики RAN рассматривают экспансию своего бизнеса в домен Xhaul, используя свое монопольное положение на радиосети оператора.
Задача на будущее
Одной из ключевых целей строительства транспортной сети 5G XHaul наряду с новыми функциональными требованиями является резкое снижение себестоимости передачи трафика, что при прочих равных условиях достигается за счет усиления конкуренции при расширении списка поставщиков. Последнее требует инициативы операторов в детальной проработке архитектуры, функционального стека (вероятно, в рамках международных проектов 5G-PPP [9]), поскольку гибкость выбора производителей возможна только при гарантии мультивендорной совместимости и сохранении единой концепции развития сети.
Литература
- https://www.lightreading.com/mobile/fronthaul-c-ran/major-telcos-pool-efforts-to-slash-5g-ran-costs/d/d-id/740913
- http://www.xran.org
- https://www.fiercewireless.com/wireless/xran-forum-releases-open-fronthaul-spec-move-to-transform-ran-industry
- Press Release «Industry leaders release the new CPRI Specification for 5G», http://www.cpri.info/press.html
- eCPRI 1.0 presentation, http://www.cpri.info/spec.html
- http://www.3gpp.org/news-events/3gpp-news/1929-nsa_nr_5g
- https://www.ericsson.com/en/press-releases/2017/12/deutsche-telekom-selects-ericsson-for-5g-ready-network
- https://pdfs.semanticscholar.org/1d02/c45e94c236e77d04ec694c581987f3db8bf0.pdf
- https://5g-ppp.eu/
[1] Слово Common («общий») в названии протокола CPRI не должно вводить в заблуждение.
[2] «Решимость» защиты моновендорности каждого производителя (Ericsson, Nokia, Huawei) примерно пропорциональна доле RAN в общем объеме продаж.
[3] Фактически согласованное решение 3GPP Option 3 предполагает расширение емкости существующих LTE-сетей новым (5G) радиоканалом. Если новый радиоканал был бы LTE в существующей базовой станции, то это была бы функциональность Carrier Aggregation. Однако, поскольку 5G является отдельной базовой станцией, мы говорим про механизм Dual Connectivity. Единое управление пулом LTE/5G как раз и реализуется использованием общих функций протокола PDCP в BBU базовой станции LTE.
[4] При внедрении архитектуры малых сот (в 5G это основная архитектура) затраты возрастут.
[5] В Южной Корее, одном из передовых рынков развития 5G, спецификация открытого 5G Fronthaul интерфейса в декабре 2017 г. стала национальным стандартом.
