Чтобы понять, что такое открытая сеть радиодоступа (Open RAN), важно уяснить, с какими целями создана и реализуется эта концепция.  

Во-первых, преобладающая часть (до 80%) капитальных и операционных затрат (CapEx и OpEx) операторов связи во все времена создания и работы мобильных сетей приходится на сеть доступа RAN (Radio Access Network). Сети нового поколения (5G и затем 6G) требуют значительного увеличения количества базовых станций на единицу площади покрытия сети, что еще больше увеличивает долю RAN в общих затратах на создание и эксплуатацию мобильной сети.

В последние годы количество поставщиков оборудования RAN сократилось, что снижает конкуренцию на рынке оборудования. Свою роль здесь играет тенденция виртуализации сетевых функций VNF (Virtual Network Function), которые постепенно заменяют традиционное («железное») оборудования сетей связи. А поскольку VNF работают на стандартных серверах, которые прозводятся массово, это ещё больше снижает конкуренцию на рынке поставщиков специализированного телекоммуникационного оборудования. Тенденция виртуализации коснулась также и сетей радиодоступа RAN.

Концепция открытой RAN, Open RAN (O-RAN) призвана решить данную проблему. Эта концепция основана на принципе дезагрегирования и разделения функций RAN, что дает возможность не зависеть от одного поставщика традиционного оборудования и, в свою очередь, обеспечивает множество преимуществ. Рассмотрим данный аспект поподробнее, иначе будет непонятна суть O-RAN.

Виртуальная RAN и Открытая RAN

Чтобы понять суть Open RAN, лучше поподробнее рассказать об виртуальной RAN (vRAN – Virtual RAN). Кто в курсе данных проблем, могут этот радел пропустить.

Как O-RAN, так и vRAN являются технологическими подходами. Традиционные сети RAN, обычно  поставляются одним поставщиком с использованием фирменного оборудования и программного обеспечения (что было очень выгодно этим поставщикам). В настоящее время происходит сдвиг в сторону универсализации, таким образом, подходы как O-RAN, так и vRAN существенно отличаются от традиционной RAN от одного поставщиком на базе фирменного (или как говорят, «проприетарного») оборудования.

Open RAN предусматривает использование открытых, а не закрытых («фирменных») протоколов и интерфейсов между различными компонентами RAN.

vRAN сходна с Open RAN тем, что данная технология предусматривает отделение функций программного обеспечения RAN от аппаратных платформ. Это позволяет виртуальгвм функциям RAN работать на универсальных аппаратных вычислительных платформах.

Такие универсальные аппаратные платформы принято называть COTS (Commercial Off The Shelf).Сие есть трудно-переводимый технический сленг (впрочем, твердо занявший свое место в среде профессионалов), который означает «коммерчески доступное недорогое оборудование, которое быстро вводится в работу по требованию, по мере необходимости». То есть, если нужно быстро ввести новую функцию на сети, или увеличить производительность уже работающей, то нужное просто «достаётся с полки» (shelf) и вводится в эксплуатацию. А не начинается традиционная катавасия с поставками «железа»: контракт, доставка, на место, развертывание, запуск, тестирование, в общем, традиционная головная боль операторов.

Основные направления и организации в области открытых сетей радиодоступа Open RAN

Две основные некоммерческие и неправительственные организации разрабатывают различные направления Open RAN:

• Альянс O-RAN (O-RAN Alliance): разрабатывает технические спецификации для Open RAN для сетей 4G и 5G. Организация также занимается тестированием новых устройств O-RAN.
• Проект TIP (Telcom Infra Project), другое неформальное объединение, которое, видимо, чтобы показать свою особость, пишет аббревиатуру OpenRAN без пробела. TIP определяет OpenRAN как стандарт, направленный на ускорение инноваций и в области RAN с помощью взаимно работающих (интероперабельных) продуктов и решений от разных производителей, которые легко интегрируются в сеть оператора для различных сценариев развертывания.

В отличие от O-RAN Alliance (4G/5G), TIP стремится специфицировать открытую сеть доступа Open RAN также и для сетей предыдущих поколений, включая 2G, 3G, 4G и 5G.

На практике могут иметь место множество совпадений между решениями OpenRAN, O-RAN и vRAN, взаимное «перекрытие» этих решений, и их взаимозаменяемость.

Упрощенная структурная схема открытой сети радиодоступа

Упрощенная структурная схема открытой сети радиодоступа показана на диаграмме ниже.

Оборудование пользователей UE (User Equipment)

Это различные терминалы, подключающиеся к сети. Это могут быть смартфоны и различные устройства следующего поколения, такие как устройства Интернета Вещей IoT (банкоматы, производственное оборудование: датчики и исполнительные механизмы, интеллектуальные счетчики и т. д.). Эти устройства взаимодействуют с сетью через радиочасть RU (радиоблоки базовых станций), которые географически распределены, чтобы находиться близко к пользователям.

Радиочасть RU (Radio Unit)

Это приемопередатчики базовой станции с антеннами, которые улавливают входящие (или передают исходящие) сигналы от (или к) оборудования конечного пользователя. RU — это устройства, где радиочастотные сигналы передаются и принимаются, усиливаются и оцифровываются. RU как правило, располагаются рядом с антеннами или интегрированы в них.

Распределённая часть DU (Distributed Unit)

В распределённой части DU — располагаются функции обработки основной полосы передачи данных (Baseband) в реальном времени. DU может быть централизованной (в небольших дата-центрах), или расположенной рядом с базовой станцией и работать с самыми нижними уровнями стека протоколов (RLC, MAC и физический уровень).

DU агрегирует и обрабатывает входящий трафик от нескольких RU, либо обрабатывает, распределяет исходящий трафик по нескольким RU. Важно отметить, что сегмент, состоящий из RU, DU и транспортной сети между ними между ними вместе называется Fronthaul (также сложно переводимый технический термин). В структуре O-RAN Fronthaul называется также разделением нижнего уровня LLS (Low Level Separation).

Централизованная часть CU (Centralized Unit)

CU находится между DU и опорной сетью (Core) оператора связи. CU обрабатывает более высокие уровни стека протоколов, где обычно находятся менее чувствительные ко времени функции обработки пакетов (SDAP, RRC и PDCP). Один CU обрабатывает данные от множества DU. Open DU и CU представляют собой виртуализированные программные функции VNF на серверном оборудовании COTS, независимом от поставщика. Обычно это стандартные серверы, расположенные в дата-центрах различного размера. Это именно то, что называют «облачными решениями» (Cloud)

Опорная сеть Core

Опорная (ещё её называют Базовая) сеть обеспечивает конечным пользователям доступ к услугам (телефонные звонки, доступ в Интернет, приложения и т. д.). Она также решает операционные задачи, такие как определение местоположения абонента, профиль и аутентификация услуг. Наконец, она обеспечивает функции переключения для сеансов передачи голоса и данных. Технически это также облачные решения.

Интеллектуальный контроллер RAN RIC (RAN Intelligent Controller)

RIC — это платформа для программных приложений на основе микросервисов (контейнеров). RIC может работать как в режиме реального, так и не реального времени (RT-RIC и Non-RT RIC), обеспечивая оркестрацию сервисов и функций, автоматизацию управления и оптимизацию RAN через открытые интерфейсы. Это также облачное решение на базе виртуальных сетевых функций VNF.

Уровень транспорта

Как видно из рисунка, состоит из трех основных участков Open Fronthaul, Open Midhaul и Open Backhaul.

Здесь нелишним будет отвлечься на этимологию этих туманных терминов. В традиционной мобильной сети 2G существовал только термин Backhaul (что типа «задняя петля»). Этим вычурным словом, точного перевода которого нет ни в одном словаре, называлось всё то, что лежит между базовыми станциями BS (Base Station) и контроллером базовых станций BSC (Base Station Controller), который уже являлся частью опорной сети Core оператора. Это были различные транспортные решения, чаще всего оптические, но использовались также и радиорелейные линии в высокочастотном диапазоне (Microvawe).

Затем, по мере виртуализации решений функций опорной сети, они стали располагаться не только в централизованной опорной сети (в больших дата-центрах), но также стали «выдвигаться» ближе к периферии сети, в дата-центры меньшего размера, например, в контейнерные дата-центры (не путать с программными контейнерами), которые могли располагаться в непосредственной близости от базовых станций. Такие решения получили название «мобильная граничная сеть» MEC (Mobile Edge Computing, или Multi-access Edge Computing), любо просто Edge Computing. В частности, в MEC стали «переезжать» и функции блоков BBU из базовых станций BS.

Всё что лежало между MEC и Core стало называться Backhaul. А всё что между MEC и базовыми станциями – Fronthaul («передняя петля»).

С появлением концепции Open RAN, в ней появился и некий «средний участок», получивший название Midhaul (Middle – средний).

Подробнее можно посмотреть здесь. В частности, там есть такая замечательная подробная картинка. На ней все эти haul’ы обозначены как Агрегация и RAT. Читателю предоставляется возможность самому разобраться, что там Front-, что Mid- и что Backhaul.

Так вот, в Open RAN во всех этих Back-, Front- и Mid- “haul’ах” появляется слово Open. Это означает, что эти решения стандартизированные и открытые для участия многих реализаций от многих поставщиков, лишь бы стандарты соблюдали.

Преимущества открытой RAN

1. Снижение затрат для поставщиков и операторов

Open RAN – открытая стандартизированная экосистема, в которой могут работать много поставщиков, как софта (в основном), так «железа», в частности, небольших компаний и даже индивидуалов. Больше поставщиков = больше конкуренции. А усиление конкуренции приводит к снижению цен. Кроме того, виртуализация различных компонентов RAN позволяет операторам использовать оборудование COTS, что еще больше снижает затраты.

• Возможность обслуживать небольшие, четко определенные сети 5G

Снижая затраты на RAN, поставщики могут обслуживать более чувствительные к затратам варианты использования сети 5G, такие как, например, стадионы и арены, торговые центры и ярмарки, или частные коммерческие сети 5G (например, производственные). Большим стимулом для поставщиков облачных услуг (Cloud Provider) является покрытие традиционной макросотовой сети (тоже как части 5G), которая существенно расширяет их пользовательскую базу.

• Стимулирование инноваций и ускорение выход поставщиков сервисов и приложений на рынок.

Рост конкуренции естественным образом ускоряет инновации. Виртуализация систем RAN означает, что инновации могут быть реализованы в программном обеспечении, что происходит быстрее, чем изменение аппаратного оборудования. В этой динамичной среде всё больше и больше новых игроков будут самостоятельно внедрять инновации и предлагать более совершенные решения гораздо быстрее, тем самым сокращая время вывода на рынок новых предложений.

• Новые возможности монетизации.

Open RAN поможет стимулировать развитие динамичной экосистемы поставщиков, как оборудования, так и программных решений. Это даёт возможность быстро предоставлять новые услуги клиентам, снижая риск «привязки к поставщику» и внедряя «лучшие в своем классе» сетевые решения, и тем самым открывая новые возможности монетизации.

Преимущества Open RAN очевидны и всеобъемлющи: они обещают снижение затрат, разнообразие цепочек поставок и совместимость оборудования.

Однако создание новой сети O-RAN с нуля и обеспечение ее работоспособности в соответствии с планом — это масштабная задача, особенно в сочетании с переходом на 5G, который расширяет технические и коммерческие границы мобильной сети.

Итак, преимущества Open RAN очевидны и убедительны, однако создание новой O-RAN с нуля и обеспечение ее работоспособности в соответствии с планом — это масштабная задача.

Проблемы развития Open RAN

Перспективы Open RAN очевидны: снижение затрат, ускорение инноваций и новые возможности монетизации. Но есть и серьезные проблемы, которые можно разделить на три основные категории.

1. Зрелость

Существуют опасения по поводу совместимости продуктов различных поставщиков. Стандарты редко когда выполняются на 100%, поскольку всегда есть возможность для их разночтений. Есть опасения, что в спешке с выводом Open RAN на рынок некоторые поставщики будут продвигаться вперед со своей собственной разновидностью Open RAN, что потребует обеспечить гармоничную работу продуктов от разных производителей.

Операторы также обеспокоены производительностью и надежностью Open RAN в реальных условиях эксплуатации. Open RAN должна иметь совместимость с традиционными RAN. Существуют опасения по поводу потери синхронизации, поскольку RAN – система дезагрегированная, реализованная в разных местах и в общем случае состоит из систем разных поставщиков.

• Безопасность

Сочетание дезагрегации и привлечения нескольких поставщиков расширяет область возможных угроз. Это требует добавления средств защиты на всей Open RAN. Есть опасение, что эти дополнительные затраты на безопасность сведут на нет потенциальную экономию затрат. Существуют опасения, что многие из новых, более мелких поставщиков, появляющихся в новом ландшафте Open RAN, не смогут обеспечить надежную круглосуточную поддержку. Следовательно, растет осознание того, что поставщики услуг должны обеспечить такую ​​поддержку безопасности для более мелких поставщиков.

• Затраты.

Установка и эксплуатация Open RAN будет значительно более сложной и трудоемкой по сравнению с традиционной RAN. И, как и в случае с безопасностью, не все новые и мелкие поставщики справятся с задачей интеграции. Возникает мнение, что крупным системным интеграторам (СИ) или даже самим операторам может потребоваться вмешательство в лице некого общего интегратора. Есть опасение, что затраты на такую ​​модель могут превзойдут потенциальную экономию решений Open RAN.

Выводы

Open RAN потенциально может изменить правила игры во всей телекоммуникационной экосистеме, существенно расширяя её возможности, но внедрение Open RAN будет зависеть от решения проблем, связанных с зрелостью, затратами, рисками безопасности и эксплуатационной готовностью.