Сеть радиодоступа – самая значительная по инвестициям часть мобильных традиционных сетей. По разным оценкам, на её долю приходится до 80% всех затрат операторов на строительство сети.

Традиционные сети радиодоступа RAN (Radio Access Network) строились на основе аппаратных и проприетарных решений «признанных вендоров», таких как Nokia, Ericsson, Huawei и пр. Операторы называли такие решения «чёрными ящиками», поскольку например, подключить базовые станции одного вендора к контроллеру базовых станций другого вендора было очень сложно, а то и вовсе невозможно, по причине наличия «фирменных» (проприетарных) протоколов и интерфейсов.

Использование проприетарных вендорских решений приводило к:

• ограничению возможностей быстрой реконфигурации сети RAN, при необходимости, к сложностям настройки для различных сетевых сценариев и составов трафика. Если оператору нужно было поменять конфигурацию сети и оборудования из-за изменившийся условий эксплуатации, то ему приходилось долго ждать, когда с фирмы производителя приедет инженер и проведёт нужную реконфигурацию.
• Плохой координации координации между узлами сети, а сегодня оптимизация и автоматизированное управление компонентами RAN – это насущная потребность оператора;
• Т.н. «вендорозависимости» (vendor lock-in) и ограничению возможностей для операторов по развертыванию и сопряжению оборудования RAN от разных поставщиков. Обычно вендоры всячески пропагандировали идею «стратегического поставщика», когда вся сеть оператора должна, по этой идее, развиваться на базе решений данного производителя. И операторы на такое соглашались, поскольку определенные выгоды здесь для них тоже были, а именно, то, что все услуги оператор получал «из одного окна».

Однако, сегодня, когда технологии быстро развиваются, ожидание разработки новых функций «признанным поставщиком» по нескольку недель и месяцев (а быстрее «монстроидальные» вендоры работать не могли), стало неприемлемой ситуацией для отрасли связи. Оператор же мог быстро заказать разработку новой функции или услуги у т.н. независимого вендора ПО ISV (Independent Software Vendor), а это в основном небольшие стартапы, работающие быстро и оперативно. Но тогда внедрение этой функции и её поддержка приводили к различным сложностям, в первую очередь из-зи противодействия вендоров.

Для преодоления этих ограничений, была выдвинута концепция открытой сети радиодоступа Open RAN. Она строится на основе виртуализированных (программных) компонентов, связанных между собой через открытые и стандартизированные интерфейсы, совместимые между различными поставщиками. Это обеспечивает их гибкое развертывание в облачной среде, а также повышает отказоустойчивость и возможность реконфигурации RAN.

Открытая сеть радиодоступа O-RAN является революционизирующим элементом в экосистеме связи. Она строится на основе виртуализации сетевых функций, дезагрегации компонентов и открытых программных интерфейсов и стандартных компонентов (как аппаратных, так и программных) от разных поставщиков. O-RAN управляется интеллектуальными контроллерами RIC (RAN Intelligent Controller) с использованием технологий ИИ, оптимизирующих их работу.

Эволюция архитектуры RAN

Эволюция архитектуры RAN в направлении виртуализации и дезагрегирования компонентов показана на рисунке ниже.

Рисунок 1. Эволюция архитектуры RAN (Источник: Juniper).

Традиционная архитектура RAN

В традиционной архитектуре сети предыдущих поколений 2G – 4G, сеть доступа переставляла собой «монолитную» базовую станцию, содержащую блок обработки базовой частоты BBU, радиоблок RRH, которая была связана радиочастотным фидером с трехсекторной антенной на вышке (рисунок 1 слева, фото ниже).

Рисунок 2. Базовая станция традиционной RAN.

В такой архитектуре сети, при перегрузке BBU (если в зоне покрытия базовой станцией много подключенных пользователей) невозможно было использовать BBU других базовых станций, чтобы разгрузить основной BBU, хотя количество радиоканалов позволяет подключить больше пользователей.

Централизованная RAN (C-RAN)

Чтобы преодолеть этот, и другие недостатки, а также снизить инвестиции, была выдвинута идея централизованного расположения нескольких BBU (пула BBU) в одном месте, с возможностью перераспределения их ресурсов по мере необходимости. Место расположения BBU, типа контейнера или специального здания, получило название BBU Hotel. В остальном эта архитектура аналогична традиционной, только вместо одного транспортного линка Backhaul (до сих пор не совсем понимаю, как это слово правильно переводится на русский), появилось два: Backhaul – от BBU до опорной пакетной сети (Packet Core) и Fronthaul – от базовой станции, от которой остались только RRH и антенна, до BBU.

Такое решение позволило снизить затраты на строительство сети и оптимизировать использование ресурсов.

Виртуализованная RAN (V-RAN)

И вот наступила эпоха всеобщей виртуализации. Виртуализировалась сама опорная сеть – теперь она представляет собой виртуальные сетевые функции, которые работают на стандартных серверах в дата центре.

Аналогичная участь постигла и BBU – они тоже виртуализировались и стали работать также в дата-центрах, только не в больших стационарных, как виртуализованная пакетная сеть, а небольших микро-ЦОДах, которые заняли место BBU-Hotel.

Физической инфраструктурой для компонентов RAN, в данном случае, является, оборудование стандартных серверов и систем хранения, находящееся в коммерческих центрах обработки данных (ЦОД), либо в специализированных микро-ЦОД операторов, которые находятся на границе сети (Edge) вблизи базовых станций/

Рисунок 3. Элементы инфраструктуры для размещения функций RAN (на фото слева, в качестве примера облачного ЦОД, показан один из дата-центров Google Cloud).

Дезагрегированная открытая RAN (O-RAN)

С развитием процесса дезагрегации и виртуализации, в транспортной сети появилось еще и среднее звено – Midhaul. Целью такой открытой сети Open RAN (O-RAN) является создание полностью унифицированной RAN cо стандартизированными интерфейсами и протоколами взаимодействия между её компонентами.

Теперь на рынке могут работать множество поставщиков и оператор имеет полную свободу выбора компонентов, как аппаратных, так и программных – ведь всё взаимодействие между ними стандартизировано.

Кроме того, такая архитектура позволяет использовать искусственный интеллект и машинное обучение при автоматизированном управлении и эксплуатации сети.

Удельные затраты оператора при этом также снижаются, в т.ч. за счёт высвобождения обслуживающего персонала, а гибкость и функциональные возможности значительно возрастают.  

Выводы

Развитию Open RAN уделяется первоочередное внимание в мировой телекоммуникационной отрасли как основе сетей мобильной связи 6G, призванных стать основой экономики данных. O-RAN устраняет основные недостатки традиционной RAN, такие как «вендорозависимость», негибкость управления и автоматизации, высокое энергопотребление и необходимость больших инвестиций. Эти недостатки преодолеваются с помощью децентрализации, виртуализации и открытых стандартных интерфейсов между компонентами, что открывает рынок RAN для инноваций, новых участников и увеличивает внедрение новых сервисов и сервисов, а также значительно снижает совокупную стоимость владения для операторов.

В дальнейших публикациях я постараюсь более подробно рассказать об инфраструктуре O-RAN, её компонентах, интерфейсах и их взаимодействии.