美國力挺的Open RAN，真的能成功嗎？

2020 是 5G 元年，也是 Open RAN 發(fā)展的關鍵之年。

從今年下半年起，關于 Open RAN 的新聞不絕于耳。這種全新的網(wǎng)絡架構在打開我們視野的同時，也帶來了很多的困惑。

本期，蜉蝣君將和大家一起探討關于 Open RAN 的故事。

1、Open RAN 劍指開放

說起 Open RAN，Open 這個“詞”的含義相當直白，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。關鍵是 4G 和 5G，RAN 側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)絡發(fā)展的遠古時代，基站是渾然一體的一個設備，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，內部各模塊的劃分和之間的接口對外不可見，其內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，隨著供應商之間競爭的加劇，倒閉的倒閉，并購的并購，供應商越來越少，而由于通信行業(yè)的技術壁壘又非常高，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。

運營商設備投資的費用高企，各供應商的產品同質化，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器廠家購買。

在 BBU 使用了通用服務器之后，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，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商，運營商的選擇更多，網(wǎng)絡的靈活性進一步增加。

?比如，基站 RRU 的硬件采用供應商 A，B，C 三家，RRU 軟件采用供應商 D，E，F(xiàn) 三家，CU 和 DU 的硬件采用供應商 G，DU 的軟件采用供應商 H，I，J 三家，CU 的軟件采用供應商 K。

這樣一來，原先只能由 2 到 3 個傳統(tǒng)設備商提供的同質化的基站，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，不必再擔心因網(wǎng)絡被某家供應商獨占而喪失議價權。網(wǎng)絡建設的成本也得以降低。

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，以及擺脫設備商脅迫的夢想，成就了如今 Open RAN 的風起云涌。

上圖是一個關于 Open RAN 部署動機的調查?？梢钥闯?，28%的運營商的訴求是降低成本；21%的運營商考慮解除供應商鎖定，引入競爭；15%的運營商想要借此增強網(wǎng)絡部署的靈活性。此三點需求占了 64%，是絕對的主流。

2、Open RAN 背后的組織

當大家在討論 Open RAN 的時候，經常能看到 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，基礎設施投入以及運維成本。

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xRAN 成立于 2016 年，其主要目標是用開放可替代的通用服務器來替換傳統(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，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（新四化）：

接口開放化：把基站內部原有的封閉接口的開放，在這個基礎上，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)絡智能化：RAN 開放和解耦之后，可以引人工智能，實現(xiàn)復雜組網(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)絡能耗。

在上述四點思路的指導下，基站就被分解成了下面的樣子：

O-RAN 聯(lián)盟負責制定統(tǒng)一的技術規(guī)范，以及互操作測試規(guī)范，在順從 3GPP 定義的 5G 基站標準接口（E1/F1/FH/X2/Xn/NG）的基礎上，還自行擴展了 A1/O1/O2/E2 等接口，約束非常嚴格。

為了實現(xiàn)上述目標，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，電信基礎設施）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器，可軟件定義技術的白盒化 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，沃達豐負責全力推進。

傳統(tǒng)設備商中，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備商的參與非常積極，他們已經在全球開始部署 OpenRAN 商用網(wǎng)絡，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)絡的內外部接口進行嚴格規(guī)范的定義，他們屬于務實行動派，積極鼓勵各運營商和設備商進行 Open RAN 網(wǎng)絡的實際部署，并在外場進行互操作測試。

也就是說，O-RAN 聯(lián)盟是標準先行，而 OpenRAN 則是先部署驗證，標準后續(xù)再補。因此目前實際部署的開放接入網(wǎng)絡基本都是基于 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，推進策略也各有側重，但其目標和產品方案卻大體一致，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，目標同樣是基于通用硬件，以及開放式模塊化的軟件架構來讓 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。

據(jù)悉，在 2020 年 6 月，思科和 Telenor 在挪威總部已經開始了 Open vRAN 的實驗，進一步驗證使用虛擬化的開放架構的成本和效率。

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)絡智能化等網(wǎng)絡發(fā)展架構，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)絡發(fā)展的方向，在技術上是可行的。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。

技術復雜度增加

開放的接口會帶來更加復雜的處理機制，部分接口還需定義全新規(guī)范的信令流程，增加了整體的設備復雜度和系統(tǒng)集成的難度。

并且，多個供應商之間要互聯(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，由于各廠家的技術方案各不相同，他們之間對接口相關規(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)絡能效挑戰(zhàn)

Open RAN 的目標是硬件白盒化，使用通用服務器。這類硬件服務器的功能很強大，使用的是 X86 架構的通用芯片，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(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)點是結構簡單，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：

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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 產品多以微站，室分等為目標場景，或者以農村等低價值區(qū)域作為突破口。

網(wǎng)絡質量挑戰(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)絡性能能否滿足預期，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)絡性能的容忍度也較高。

可以預想的是在系統(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)復雜，多廠家配合的可靠性也沒有經過市場驗證。

通常來說，運營商網(wǎng)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，白盒硬件難以做到這一級別。

如果要滿足網(wǎng)絡可靠性要求，就必須增加設備冗余備份。這就造成了設備成本的增加。

網(wǎng)絡安全風險

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)的復雜度遠超操作系統(tǒng)的數(shù)十倍，如果采用開源軟件，又怎樣規(guī)避其中的安全風險？目前成功的大型開源軟件，都要經過 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。

并且，對于運營商來說，原本只需要掌握和維護三家設備商的產品，現(xiàn)在數(shù)量上直接翻了幾倍，無形中也增加了學習成本和管理成本。

這樣以來，運營商很有可能在設備投資上省下來的錢，又被迫投入到網(wǎng)絡維護的無底洞中去，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，美國本土的大型設備商均已不復存在，為了達到所謂“網(wǎng)絡安全”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公司，與 AT&T，戴爾，微軟合作開發(fā) 5G 軟件，以減少對華為設備的依賴。

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 相關的軟件和硬件及解決方案的應用。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)有產品支持 Open RAN 的路標，并表示：“無論運營商是否采用 Open RAN，它都在為未來的網(wǎng)絡架構做準備。”?三星也聲稱已推出了完全開發(fā)和虛擬化的 5G RAN 產品，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。

沃達豐在印度多個城市進行了基于 Open RAN 的 4G Massive MIMO 部署，并在非洲剛果，莫桑比克以及土耳其進行 Open RAN 試用。法電也正計劃非洲農村地區(qū)推出 Open RAN，用來進一步擴展用戶。西班牙電信也在秘魯開展了 Open RAN 測試。

8 月，美國 AT&T 使用三星和諾基亞的設備在美國達拉斯商用 Open RAN 網(wǎng)絡，與此同時，Verizon 和 Dish 也在測試這項技術。日本樂天移動宣布推出一款基于 Open RAN 架構的 32 通道 5G AAU，可支持 100M 帶寬，能達到 1.7Gbps 的下行速率。9 月，市場研究機構 Dell’Oro 預測 Open RAN 將在未來的 5 年內保持兩位數(shù)百分比的增長，累計投資超過 50 億美元。10 月，使用 Open RAN 的日本樂天移動宣布在多個城市推出 5G 服務，最高下載上傳速率達 870Mbps/110Mbps。高通宣布在其 5G 芯片中增加對 Open RAN 的兼容性，沃達豐在荷蘭打通首個基于 Open RAN 的 5G 電話。11 月，沃達豐透露其將在 2027 年前在英國農村部署約 2600 個 Open RAN 站點，用來取代華為 35%的設備。日本 NEC 野心勃勃地宣布在英國設立 Open RAN 卓越中心，面向沃達豐總部來推動全球 Open RAN 的推動。

12 月，英國數(shù)字文化媒體相關部門表示將大力發(fā)展 Open RAN。NEC 馬上參與英國政府主導的 5G Open RAN 實驗計劃，并在印度同步啟動 Open RAN 實驗室。非洲的通信巨頭 MTN 也宣布其將在尼日利亞農村地區(qū)部署 2000 個 Open RAN 站點，其中 500 個在明年安裝，未來可能將數(shù)量增加到 5000 個。西班牙電信宣布在德國成功部署 Open RAN 站點。

市場研究機構 Dell’Oro 預測 2020 年 Open RAN 的設備收入已達 3 億美元。Omdia 預測 2024 年 Open RAN 市場規(guī)模將達到 34 億美元，接近 4G 和 5G 市場總量的 10%。雖然這份成績單看似傲人，其中也不乏冷靜的聲音。目前業(yè)界一致的看法是：Open RAN 目前還只是傳統(tǒng)基站的補充，真正離成熟商用還有 3 到 5 年的時間。

對此，你怎么看？延伸閱讀：31 家巨頭成立聯(lián)盟，能否防止 5G 市場被獨占？