唐雄燕:5G開放之路

作者:唐雄燕 責任編輯:田小夢 2020.03.04 13:28 來源:郵電設計技術

近幾年我的主要工作精力在SDN/NFV以及網絡云化與智能化轉型方面,在網絡轉型研究和實踐中促使我一直在思考網絡開放與通信行業發展相關問題。面對5G大潮和萬物智聯的廣闊前景,通信行業既看到了巨大的藍海機遇,也面臨巨大的挑戰。5G網絡的根本性創新是實現了網絡的全面IT化,即基于SDN/NFV和云原生技術構建網絡體系,這些IT技術基因的轉入為5G走開放之路奠定了技術基礎。關于信息通信網絡的未來方向,可以從許多維度去研究和分析,如果一定要用兩個詞來描述的話,我將選擇“智能”與“開放”這兩個關鍵詞。本文中我將梳理一下自己對“開放”這一話題的思考,首先申明這些文字僅代表我作為一名研究人員的個人認識,不能代表我所供職單位的觀點。

“開放”本身有著豐富的含義,既有產業技術含義,也有經濟社會含義,“開放”與“共享”、“協作”等緊密關聯。開放體系與封閉體系各有優劣,開放與封閉也在循環轉換,封閉體系在一定階段和范圍內有著高效高質高可控的優勢,如蘋果封閉的iOS操作系統與谷歌開放的Android操作系統孰優孰劣一直存在爭議??傮w看、長遠看,更加開放的技術與社會生態體系,更有利于激發創新活力和發展潛能?!伴_放”往往是打破舊藩籬,開創新時代的利器?;ヂ摼W的繁榮得益于開放,中國的經濟社會發展得益于開放,我認為5G的大發展和更長遠的6G也要走開放之路。

一 開放是IT與互聯網產業成功之關鍵

半個世紀來,以計算機和互聯網為代表的IT行業蓬勃發展,創新活力十足,創新成果不斷涌現,而“開放”是關鍵成功之道。

1 軟硬解耦推動了計算機產業的大發展

IBM作為IT行業先鋒巨頭為計算機產業發展做出了巨大貢獻,上個世紀60年代發展起來的IBM大型主機,是硬件、軟件、應用一體化的計算機系統。

80年代,微軟操作系統作為獨立軟件問世,打開了計算機產業開放的大門,采用Intel芯片和微軟操作系統成為了PC機的標配。硬件軟件分離后,各部分可以獨立發展和創新,尤其是操作系統之上的應用開放,直接推動了IT行業的大發展與大繁榮。

同時代,喬布斯的蘋果PC堅持軟硬件一體的路線,完敗于軟硬解耦的Wintel組合。微軟與Intel強強聯手的Wintel組合成就了計算機產業,也成就了Intel與微軟兩大科技巨頭,但同時也形成了二者對產業的新壟斷。

90年代,更具開放精神的開源操作系統Linux橫空出世,開辟了開源軟件新天地,將IT行業的開放推到了以開源為特征的新高度。

本世紀以來,云計算成為計算機發展新趨勢,以OpenStack為代表的開源軟件繼續引領云計算新時代,云計算本身也是基于計算資源共享的開放理念,Wintel組合在云計算時代失去了其光環。

2 網業分離激發了互聯網行業的創新活力

有著半個世紀歷史的互聯網,早期用于軍事和教育科研,上個世紀90年中期才進入商用?;ヂ摼W接入網、骨干網等網絡基礎設施主要由電信運營商建設,互聯網企業成為寄生在運營商基礎網絡之上的服務提供商OTT( Over The Top)。

網絡與業務分離,業務開放,大批富有創新精神的企業或個人進入互聯網應用行業,大量的風險投資涌進,極大激發了互聯網應用創新活力?;ヂ摼W的發展受益于寬帶接入及光纖網絡的發展,互聯網接入手段從銅線逐步演進到了光纖接入FTTH。

從上世紀90年代中期到本世紀前十年,是以固定接入為主的寬帶互聯網時代。電信運營商為用戶提供寬帶接入,從用戶收取固定的接入費用?;ヂ摼W企業提供創新應用,通過廣告、游戲、電子商務等獲取收益。

本世紀移動3G的問世標志著移動通信進入到寬帶數據時代,這一階段恰好喬布斯發明了iPhone智能手機,智能手機開始取代PC成為用戶接入互聯網的新興終端。3G/4G移動寬帶的大發展,以及智能手機的普及,為互聯網應用創新提供了優越的網絡環境,互聯網應用進入到百花齊放的手機APP時代,草根創新活力被進一步激發,迎來了移動互聯網應用產業的大繁榮。

移動互聯網依然采用了與固定互聯網類同的網業分離模式,電信運營商從用戶收取移動流量費,OTT通過提供社交、娛樂、商務和金融服務為用戶創造價值。

但這一階段OTT服務價值突飛猛進,美國的GAFA(Google, Amazon, Facebook, Apple)和中國的BATJ等OTT互聯網巨頭快速成長,通過構建掌控用戶和應用的大平臺,成為了互聯網時代的大贏家,也逐步成為了整個ICT行業的新壟斷者和資本市場的寵兒。電信運營商則由于網絡流量的不斷貶值陷于業務發展困境,并受限于自身的創新能力和體制機制,在互聯網應用上鮮有作為。

從市值上看,從2010年到2018年,美國的OTT巨頭FMAGA(Facebook, Microsoft, Amazon, Google, Apple)的總市值從0.6萬億美元增長到3.7萬億美元,增長600%多,而GSMA董事會中25家電信運營商的總市值從1萬億美元增長到1.25萬億美元,僅增長25%,可見冰火兩重天。

二 SDN/NFV:電信網絡開放的理想與現實

1 軟硬一體和標準一致是傳統電信網絡的基本特征

1876年貝爾發明電話,而后成立貝爾電話公司開始電報與電話業務運營,這就是今天全球最大的電信運營商AT&T的前身。AT&T長期來采用設備研制與運營一體的模式,大名鼎鼎的貝爾實驗室就在這里。

直到1995年,隨著美國電信業改革,從AT&T中將通信設備制造分離出去,AT&T成為不再研制設備的單純業務運營商。當然在電信發展歷史上,存在過大量的獨立通信設備制造商,為電信運營商提供各類設備,經過不斷的變革重組,形成了今天僅有寥寥數家大型通信設備商(華為、中興、愛立信、諾基亞、思科)提供通信網絡設備的局面。

電信服務作為國家基礎設施服務一直受到政府嚴格管制,話音業務長期是電信服務的主要內容。通過標準化技術確保全球業務互聯互通是電信服務的基本要求。電信技術和服務被嚴格標準化,電信設備也是基于這些標準進行研制和生產,長期以來聯合國下屬的官方機構國際電信聯盟ITU在電信標準制定中發揮了關鍵作用。

但近20年來,隨著互聯網的發展,話音服務價值逐步下降,互聯網數據服務上升為通信業務主流。由于互聯網基礎設施也主要由電信運營商構建,IP網絡成為了電信網絡新的重要組成部分,電信網絡也由主要承載話音業務轉向主要承載互聯網業務。IP網絡的關鍵設備路由器同樣需要技術標準,不過其技術標準是由民間組織IETF制定,IETF運作模式與ITU完全不同,技術民主性更強,但在IP技術上擁有先發優勢的Cisco公司在該領域又形成了一定的事實壟斷。

近20年來,移動通信蓬勃發展,在移動通信標準中,ITU主要是提出需求、協商頻譜資源,而具體的移動通信技術標準早已讓位于民間組織3GPP。

無論是固定網絡、移動網絡還是IP網絡,迄今幾乎所有的通信設備商都采用了軟硬件一體化模式,設備商基于標準研制一體化專用設備,運營商采購這些設備建設網絡,提供標準化服務。一旦技術升級和標準換代,設備商需要重新研制新設備,運營商又需要重新采購新設備和建設新網絡,周期長、投資大、靈活性差。

在網業分離的形勢下,寄生在運營商網絡之上的互聯網業務卻日新月異,尤其是在業務遷移到云計算后,業務動態性進一步加大,僵化的底層網絡已無法適應上層業務創新的需要,傳統電信網絡變革勢在必行。

2 SDN/NFV第一次打開了開放網絡的大門

軟硬解耦的計算機為網絡設備樹立了榜樣。

10多年前,美國斯坦福大學的Nick Mckeown教授團隊在研究中意識到傳統網絡的問題,提出了軟件定義網絡SDN概念,其初始動機就是希望打破傳統網絡設備軟硬件一體化的僵化局面,讓網絡設備重演計算機軟硬件分離的開放之路,從而激發網絡產業的創新活力。

2011年,開放網絡基金會(ONF)成立,致力于SDN技術的推動。ONF首次對SDN做出了定義,即“SDN是一種新型的網絡架構,其設計理念是將網絡的控制平面與數據轉發平面進行分離,并實現可編程化控制?!睆闹锌梢钥闯鯯DN的三大特征:控制和轉發分離,網絡控制集中,網絡開放與可編程。Nick Mckeown教授團隊發明了控制層與轉發層之間的接口協議OpenFlow,邁出了網絡可編程的第一步。

雖然OpenFlow技術本身有其局限性,除了在數據中心和園區網得到一定應用外,并未在電信網絡領域得到更大規模的推廣應用。但SDN技術思想已深入人心,采用SDN架構理念,實現網絡集中控制和能力開放,成為了全球各大電信運營商和云服務商一致擁抱的網絡轉型方向。

不同于學術界的狹義SDN,工業界實際上是在發展廣義SDN,也就是南向接口不局限于OpenFlow協議,也可以不對底層網絡設備大動干戈,只是在網絡管理控制和能力開放上增強。這其實是開放與封閉的折中,網絡的可編程和開放性局限于網絡控制平面,轉發平面依然采用功能固定的包處理硬件。

SDN的理想主義者是不會就此止步的,為推動轉發平面的可編程,Nick Mckeown教授等SDN先驅們2015年又發明了用于數據平面的新一代編程語言P4,解決了OpenFlow編程能力不足和擴展性差等問題,推動SDN邁向下一代。

P4產業化今天還處于發展初期,谷歌率先在其商用網絡中采用P4技術,AT&T也在網絡中安裝了基于P4的白盒交換機,P4可編程芯片初創公司Barefoot Networks在2019年6月被Intel收購,P4的發展潛力已顯現,但長期商業成功還有待進一步觀察。

最早定義SDN的ONF經過重組后依然在堅持“解耦”與“開源”的理想主義路線,在包括中國聯通的多個電信運營商和互聯網企業支持下,ONF開展了CORD(電信局重構為數據中心)等多個顛覆性的網絡開源項目,P4也是其積極推動的工作之一。

與SDN相關聯的另一個重要概念是網絡功能虛擬化NFV,NFV由以運營商為主體的電信標準組織ETSI所提出。2012年ETSI發布NFV白皮書,提出了NFV的目標和行動計劃。

NFV的特點是軟硬件解耦、硬件通用化和設備功能軟件化。NFV希望借助云計算虛擬化技術,通過采用標準商用服務器、存儲器和交換機來承載各類軟件化的網絡功能(VNF),從而替代軟硬件一體的專有電信網絡設備。

隨著近年云原生技術的發展,云虛擬化將走向容器化,虛擬網絡功能將走向微服務化。NFV的理想是實現虛擬網絡功能層、云虛擬化層和硬件設備層的三層解耦,各層可獨立發展和創新,尤其是希望與應用關聯度最大的網絡功能層能徹底開放,讓更多的創新者參與研發和提供VNF,激發網絡業務創新活力。

但在實踐中,由于三層解耦的復雜性和系統集成的高難度,許多運營商又退而求其次,僅追求軟硬件兩層解耦,網絡功能層與虛擬化層由同一廠商提供,如同操作系統與應用都被同一廠商所控制的計算機,開放的效果大打折扣。

SDN與NFV是既有區別又緊密關聯的概念,SDN和NFV分別側重網絡連接能力和網絡設備功能,因此SDN主要與傳送承載網相關,NFV主要與核心業務網相關。SDN/NFV兩個詞通常放到一起。

3 SDN/NFV正在重構電信網絡

SDN/NFV概念出現后,各大運營商先后制定基于SDN/NFV和云的網絡轉型戰略,2013年AT&T發布的Domain2.0戰略是其中的典范,AT&T提出到2020年網絡軟件化率要達到75%的目標。

中國聯通2013年開始網絡轉型研究工作,2015年正式發布新一代網絡架構CUBE-Net2.0白皮書,CUBE-Net 2.0是面向云端雙中心的解耦與集約型網絡架構,旨在基于SDN、NFV和云進行網絡重構,實現網絡即服務(NaaS),通過“解耦”增強網絡靈活性和開放性,通過“集約”降低成本和提升效率。而后進一步明確了以網絡“四化”轉型(SDN化,虛擬化,云化,智能化)成就5G未來的網絡發展思路。

基于近年來中國聯通SDN/NFV網絡轉型技術研究與工程實踐,我的總體體會有這兩點:

一是SDN/NFV已在電信網絡中得到成功應用,顯示了巨大優勢,并成為了構建5G等新一代網絡的不二選擇。SDN與NFV相比,總體看SDN應用部署走在了前面,而NFV需要伴隨5G核心網的建設才能有更大發展;

二是目前電信網絡中的SDN/NFV部署只是廣義的SDN/NFV,離理想模式還有很大距離?;谕ㄓ糜布ò缀校┡c開源軟件構建電信網絡依然面臨巨大技術和商業挑戰,在這一點上電信運營商要落后于互聯網企業及云服務商。

中國聯通實現承載網絡SDN化的工作走在了行業前列,2016年首次提出構建基于SDN的產業互聯網CUII(China Unicom Industrial Internet),CUII成為與中國聯通公眾互聯網China169并列、專注于服務政企客戶的高等級互聯網基礎設施。

當然我們的SDN工作重心主要在控制平面和業務產品,自主研制了適用于超大規模異構網絡的網絡控制和協同器(通俗一點,也可稱其為網絡操作系統)。

SDN集中控制極大提升了網絡服務的靈活性和敏捷性,并通過能力開放實現了與公有云服務的集成,提供了云聯網等業界領先的云網一體化服務產品,這類產品在這次抗擊新冠肺炎疫情中也發揮了重要支撐保障作用,為眾多政府和醫療機構提供了快速靈活的云網服務。

繼CUII后,SDN也全面應用于中國聯通公眾IP網及傳送網等領域。2020年,中國聯通IP網絡及OTN光傳送網將實現100%的SDN化。

近年來,中國聯通在NFV領域也進行了積極探索,在物聯網核心網和4G核心網中部分引入了NFV。隨著5G核心網建設,NFV應用的爆發點即將到來。

三 5G的理想與挑戰

1 萬物智聯:5G的理想

5G是今天電信行業甚至整個ICT行業最大的熱點,也是國家戰略的重要關注點。

5G定義了eMBB(增強的移動寬帶)、uRLLC(高可靠和低時延)和mMTC(大規模的機器連接)三大類業務場景,幾乎涵蓋了今天所能想象得到的業務應用領域。

5G的接入速率、時延、連接密度這幾個關鍵指標與4G相比都有10倍量級的提升,這是一個很顯著的技術進步。

回顧移動通信發展史,每10年技術標準發生一次升級換代。

上世紀80年代的1G是模擬話音通信,90年代的2G是數字話音通信,本世紀的3G使移動網絡從TDM發展到IP化階段,并且幸逢喬布斯發明了智能手機,迎來了移動互聯網時代,4G又為移動互聯網尤其是移動視頻提供了更強的網絡環境。3G/4G移動互聯網尚屬于消費互聯網階段,應用以面向個人用戶的生活和娛樂為主。

與以往不同,今天產業互聯網已成為互聯網發展的下一波,5G的發展重心和業務增長點將在產業互聯網和物聯網領域,實現萬物智聯是5G的理想,也是5G的最大價值所在,5G獨特的技術優勢對社會和行業數字化轉型有巨大吸引力。

5G在這次新冠肺炎疫情防控中的積極貢獻有目共睹,不但有力支撐了遠程醫療,在遠程教育、遠程辦公、視頻直播、融合媒體、自動駕駛、無人機應用、復工復產技術支持等方面也發揮了重要作用。

總之,5G不僅是移動通信的下一代,5G是各類無線、網絡及IT新技術的融合和集成;5G不僅是技術變革,更是產業融合、跨界拓展和生態重構的新機遇,萬物互聯使得5G應用充滿想象空間;5G是未來的大產業,產業邊界遠遠超越傳統的移動通信;5G是國際科技競爭的新戰場,各國、各大企業正在展開角逐。

全球統一的5G技術標準已基本確立。雖然5G在無線接入技術上沒有明顯的革命,僅是多種演進性創新技術的集成,但5G網絡體系發生了革命性變化。

5G網絡主要包括5G無線接入網和核心網5GC,5G無線接入網的新空口 NR采用了大規模天線、新型調制與編碼、CU/DU分離等多個創新的無線傳輸及架構技術來提高頻譜效率和接入速率,并增強系統的靈活性和適應性。

5G在網絡體系上的革命主要體現在核心網,5G核心網采用了基于云原生的服務化架構(SBA),是基于NFV/SDN的云化網絡。邊緣計算MEC成為了5G網絡中的內生基礎網元,是5G網絡不可或缺的關鍵部分。針對不同的業務應用,5G提出了提供網絡切片(Network Slicing)服務的理念和方法,即為不同的業務應用提供獨立的虛擬網絡和服務資源。

總之,5G網絡架構由于引入了云計算等IT技術思想,是通信網絡由IP化向IT化轉型的重大進步。

與以往幾代移動通信在標準完善后再進行設備研制和商用部署不同,由于社會對5G的巨大期望,5G采用了邊標準制定、邊設備研發、邊商用部署的快進模式。

雖然5G已經商用,但其協議標準依然在持續演進中,目前全球5G研發、試驗和商用部署采用的都是5G第一版本標準3GPP R15版本,更完整的R16版本預計到2020年上半年完成。

R15版本主要面向eMBB應用場景,高清視頻、AR/VR等將是5G的首發業務應用。R16以及后續R17版本將進一步完善uRLLC和mMTC,推動5G工業互聯網、車聯網、物聯網等垂直行業應用的發展。

5G不是單獨的存在,5G只是提供了高帶寬、低時延和大連接的網絡環境,5G的作用需要與人工智能、云計算、大數據、區塊鏈、邊緣計算等新一代信息技術相結合,也需要依托底層光纖網絡,也就是5G+ABCDEF(AI+ Blockchain+ Cloud+ bigData+ EdgeComputing+ Fiber),才能釋放出改變社會的強大力量。

2019年是中國5G元年,2019年6月國家向三大電信運營商和中國廣電發放了5G牌照。截至2019年底中國的三大運營商共建成5G基站13萬個,5G已穩步前進,預計到2020年底我國的5G基站數將達到70萬左右。

從全球看,截至2019年底,已有34個國家的61家運營商啟動了5G商用。5G時代已來,勢不可擋,機遇與挑戰并存。

2 5G發展的商業與技術挑戰

面對5G,運營商還有許多待解的困惑和難題,5G投資巨大,標準與技術尚在發展,商業模式和盈利點也不十分清晰。

(1)商業挑戰

GSMA預測全球電信運營業未來5年的年收入增長率僅有1%左右,5G短期內還難以拉動運營商業務的增長。

傳統的流量經營模式在5G時代難以為繼,因為隨著網絡的提速降費和OTT應用的繁榮, ICT行業價值日趨向OTT偏移,OTT的增長速度和利潤率要遠高于電信運營商。運營商網絡經營所獲得的收益與網絡所承載的OTT業務價值沒有相關性,而且隨著業務OTT化,用戶與運營商之間的關聯度也在日趨減弱,運營商增量不增收的問題愈發突出。

2019年我國電信業務收入增長僅為0.8%,但移動互聯網接入流量的增長卻高達71.6%。事實上全球運營商都陷入了增長乏力的狀態。5G的到來,意味著更大的帶寬和流量,如果沿襲傳統互聯網時代的流量經營模式,運營商的困局只能進一步加劇,一方面用戶沒有意愿為流量的增加付出更多的費用,另一方面更好的網絡環境更有利于OTT的業務創新和鞏固其應用壟斷優勢。

5G未來的業務增長點在產業互聯網,在萬物智聯的藍海市場。運營商對2B市場寄予很大的希望,但2B市場有著與2C市場不同的規律,2B市場的個性化、碎片化強,對行業知識要求高,商業模式多樣,而且2B市場中ICT玩家多樣,垂直行業自身、系統集成商、設備制造商、互聯網企業、云服務商與電信運營商都可能參與該市場,運營商的話語權有限。

運營商缺乏在垂直行業中的技術和應用積累,運營商過去在2B市場中主要充當提供基礎網絡資源的管道商角色,未來運營商在潛力巨大的新興2B市場ICT服務中能獲得多大的市場份額還是一個未知數。

雖然運營商強大的渠道和線下服務能力,以及作為超大型企業的信譽和安全保障,對許多政企客戶依然有很大吸引力,但長遠看,運營商必須通過自身能力沉淀,在部分2B市場建立起產品和業務的足夠競爭力以及對生態合作的掌控力,方能獲得持久的商業成功。

即便是運營商最擅長的網絡能力經營,如果沒有能滿足行業客戶個性化需求的網絡服務產品,也將四面楚歌,許多玩家都在覬覦5G專網市場。

(2)投資挑戰

5G由于使用了更高的無線電頻率,尤其還要引入毫米波頻段,基站數量自然要大于4G,將來小基站(Small Cell)也將更大規模的部署,另外帶寬和速率的提升必然帶來功耗的增加,因此5G的建設與運營成本將明顯高于4G。

關于5G的投資預測,各大研究咨詢機構有不同的數據,即使從保守的研究數據來看,其投資也將達到4G的1.4倍左右。對于業務收入和利潤增長陷入困境的電信運營商,這將是巨大的壓力,而運營商的資金能力將直接影響到5G網絡建設的速度和規模。

中國電信與中國聯通在2019年9月宣布實現5G網絡共建共享,即在全國范圍內合作共建一張5G接入網絡,其很大的動機就是為了減輕雙方的投資壓力,通過雙方資源和資金的聚合快速完成網絡建設,增強網絡競爭力。

(3)技術挑戰

5G的高性能指標來源于對技術的高要求,而且5G將是電信網絡第一次向IT化的全面轉型,技術和運營挑戰前所未有。雖然技術進步使5G的能效比4G大幅度提高,但鑒于5G的大帶寬和高流量,單個5G基站能耗依然是4G基站的3~4倍。

5G基站工作在更高的頻段,如何經濟有效地實現網絡的室外與室內覆蓋,也是要重點解決的技術問題。

5G網絡組網模式有非獨立組網NSA和獨立組網SA兩種,所謂NSA模式就是僅部署5G基站,繼續利用4G核心網,而SA模式需要新建核心網5GC。NSA是5G商用的第一步,為更好支持垂直行業應用,充分釋放5G的技術優勢,必然要采用SA模式。

5G核心網絡基于NFV/SDN,這方面的部分問題和挑戰我在前面已談到。邊緣計算MEC與網絡切片是5G網絡最重要的兩個服務特征,下面我再談談這兩方面的挑戰和困惑。

5G時代MEC的重要性凸現,超高清視頻、車聯網、工業控制等業務,提出了對網絡的大帶寬或低時延要求,因此需要通過在邊緣節點進行流量卸載和本地處理來減輕骨干網的壓力,降低網絡時延,以及滿足用戶對數據與應用本地化的要求。但MEC如何發展,還面臨多個值得研究與探討的問題。如下:

(a)MEC部署位置問題。MEC是部署在網絡的匯聚節點、基站位置還是用戶駐地?不同的地點選擇將帶來不同的成本、性能以及機房改造和管理難度;

(b)邊緣計算與通信云以及移動核心網的關系問題。MEC與移動核心網元UPF是集成還是分離部署?MEC是運營商通信云基礎設施的一部分還是獨立的體系?不同的選擇帶來不同的運營和管理方式;

(c)MEC定位問題。MEC是運營商的基礎設施服務還是業務平臺服務?運營商能否將邊緣基礎設施直接出租給OTT?簡單的邊緣機房或帶寬出租最容易實現,但這將進一步使運營商淪為管道商,弱化運營商對業務應用和產業價值的掌控力;

(d)MEC組網問題。MEC與基站、移動核心網、公眾互聯網、骨干云節點以及企業專網如何組網?MEC之間是否需要互聯?如何實現互聯?

(e)MEC固移融合問題。雖然ETSI將MEC的名稱由移動邊緣計算(Mobile EdgeComputing)擴展到了多接入邊緣計算(Multi-access Edge Computing),但由于目前大多數運營商的固定與移動網絡相互分離,二者的邊緣節點許多時候處在不同的地理位置,妨礙了融合MEC的實現;

(f)MEC建設模式問題。MEC的建設是采用自上而下的統一規劃建設模式還是采用自下而上的業務驅動模式?這是典型的先有雞還是先有蛋的難題。

總之,MEC技術與商業模式的多樣性與不確定性一直困擾MEC的發展。

網絡切片是5G網絡服務2B市場的重要手段。5G網絡切片針對不同的業務場景分配不同的虛擬資源,為用戶提供所需的差異化服務。不同切片相互隔離、互不影響,網絡切片可以獨立運營,并可以根據租戶需求對網絡功能進行定制。

網絡切片的理念很好,但由于端到端網絡切片涉及到無線網、核心網和承載網等多個層面,有賴全局協同和統一管理,尤其是無線接入網切片的標準尚未完善,成為實現網絡切片的一大瓶頸。此外,5G網絡切片能否完全滿足2B市場對行業專網服務的質量、安全和定制化需求,還有待市場檢驗。

四 無線接入網開放的探索

移動通信網絡建設中最大的投資來自基站,基站一直是封閉體系,由單廠商進行軟硬件研發集成后提供給運營商。實現基站(無線接入網RAN)架構的開放近年受到了電信運營商以及新興通信技術提供商的很大關注和積極推動,盡管基于通用硬件平臺和軟硬解耦模式研制白盒化基站在技術上有較大挑戰,但也取得了可喜的進展,沃達豐等部分運營商已宣布今年將進行OpenRAN的規模商用。

1 TIP OpenRAN項目和O-RAN聯盟正在推動白盒化基站的發展

開放RAN領域目前有兩個很重要的開源項目,一個是TIP旗下的OpenRAN項目,另一個是O-RAN聯盟。

(1)OpenRAN項目

介紹OpenRAN前,先要介紹TIP。

Facebook作為互聯網巨頭有著龐大的數據中心及相關網絡基礎設施,在其自身計算及網絡基礎設施建設中大量采用開源與白盒方式。

2012年Facebook發起了開源計算項目OCP,成為了全球最大的數據中心服務器、存儲器、交換機等硬件開源社區。我國互聯網企業與電信運營商在國內也建立了類似的開源組織ODCC。

但互聯網巨頭的開源雄心不只在數據中心,也想用開源方式顛覆傳統電信網絡設備。于是,2016年Facebook又聯合部分電信運營商發起了面向電信基礎設施的開源項目TIP(Telecom Infrastructure Project),TIP項目涵蓋了接入網、傳送網和核心業務網三大領域,目前TIP已有超過500家成員,包括運營商、設備商、系統集成商以及創新技術提供商等。

TIP于2017年發起OpenRAN項目,致力于白盒化基站研發,希望通過模塊化方式在提升網絡靈活性同時實現無線接入網的低成本建設和運營,許多IT廠商和無線技術創新公司參與到該項目的研發和軟硬件提供。TIP又于2018年啟動OpenRAN 5G NR重點項目,切入5G基站領域。

(2)O-RAN聯盟

2018年2月,中國移動、美國AT&T、德國電信、日本NTT Docomo以及法國Orange聯合發起O-RAN聯盟,旨在推動無線接入網的開放,主要工作包括:推動RAN虛擬化與智能化;定義API和接口,推動標準化和開源,支持靈活組網和更豐富、優質的業務;研究軟件開源和硬件參考設計,保障復用和共享,提高聯合創新能力,降低產業成本。

目前,O-RAN聯盟已有24家運營商成員和137家廠商成員。2019年6月,我國三大運營商聯合發布O-RAN的《開放參考設計理念、進展及未來演進策略》,2019年11月,我國三大運營商又聯合成立開放無線網絡設備測試和集成中心OTIC,旨在加速本地產業生態發展和促進5G開放基站產品成熟。

OpenRAN項目側重軟硬件設備的研制實操,而O-RAN聯盟側重架構標準化和接口開放工作,最近OpenRAN項目和O-RAN聯盟宣布了一項聯絡協議,雙方開展合作,以確保在開發可互操作的開放RAN解決方案方面的一致性,如OpenRAN 5G NR基站平臺需求文件就包含對O-RAN規范的引用,雙方還擬進行聯合測試和集成工作。

在TIP OpenRAN項目和O-RAN聯盟的推動下,無線網絡開放工作取得了積極進展。尤其是TIP OpenRAN項目在沃達豐、西班牙電信和日本新興運營商Rakuten等運營商的落地驗證和逐步商用顯示了開放無線網絡的可行性。

無線網絡開放是整個網絡開放的難點也是關鍵,開放RAN能增強組網的靈活性和敏捷性,豐富設備供應產業鏈,降低網絡建設和運營成本,并有利于5G時代運營商向垂直行業用戶提供定制化網絡服務。

2 無線接入網開放的挑戰

開放RAN還處在商用初級階段,盡管取得了令人興奮的進展,依然面臨多方面的挑戰。

(1)成本優勢短期不顯著

開放架構下,參與基站研發的廠商包含軟件/硬件/RRU提供商以及系統集成商,照顧到研發鏈上各廠商的利益,在形成規模效應前,白盒基站的成本優勢還不明顯。當然一旦進入規模應用,其成本優勢應該是突出的。

(2)宏基站應用還不成熟

基站設備應用場景眾多,不同場景下功能和性能需求差異性大,目前OpenRAN項目成果在國外主要應用在城郊或偏遠地區,而國內三大運營商則聚焦于室內白盒微站的研發。支持大帶寬、大連接數的開放架構宏基站還有待驗證和產品成熟。

(3)性能還有待提升

基站對設備功耗、體積、穩定性和散熱等指標要求極高。傳統基站大量采用ASIC、DSP或SoC等,性能更有保障。而基于通用平臺和軟硬解耦的基站,在性能上尚需進一步提升。

(4)對運營商集成和運營能力要求高

網絡開放需要運營商自身具備較強的自主研發、集成和運營能力。

(5)傳統設備商的抵觸

白盒與開源將打破舊有的設備供應鏈格局,處于主導地位的傳統設備商自然會產生抵觸。開放架構下,如何保障各方利益,如何平衡開源和專利保護也是很大的挑戰。

五 5G開放之路的思考

5G的大幕已拉開,5G應該是一個開放的大舞臺,下一步就看戲誰來演?戲如何演?

5G不只是電信運營商的5G,而是全社會的5G,是信息社會開放創新的大平臺。如何集合社會創新力量共同推動5G發展,如何通過開放生態激活電信行業自身的改革動力和創新活力,值得思考。

“開放”是一個很大的話題,從不同角度和維度有不同的理解,這里僅從如下幾個方面談談個人的粗淺看法。

1 能力開放:構建網絡能力開放平臺,賦能社會數字化轉型

5G網絡不僅有大帶寬、低時延的連接能力,還包含差異化服務QoS能力,計費能力,大數據能力,定位能力,網絡管控能力,網絡安全防護,邊緣算力,邊緣智能,視頻分發,網絡切片等多種多樣的服務能力。但由于電信網絡體系的封閉和各種能力的相互分割,電信網絡所蘊含的豐富能力未能充分釋放,養在深閨人未知,難以被應用開發者靈活使用。

反觀互聯網和云計算服務行業,有統一的開發環境和標準的開放接口,通過平臺匯聚了強大的應用開發者,促進了互聯網應用的繁榮。5G時代電信運營商應該構建統一的網絡能力開放平臺,實施網絡服務平臺化戰略,打造標準化的網絡能力API接口,以APP方式將更多的網絡服務要素開放,實現網絡即服務(NaaS),賦能應用開發創新和社會數字化轉型。

2 架構開放:推動網絡功能部件解耦,打造積木式開放網絡架構

5G是電信網絡全面IT化轉型的歷史性機會,互聯網與云服務商以及新興電信運營商(如日本Rakuten)在打造開放網絡上的成功經驗也為運營商提供了樣板,其對開源與白盒的大規模使用有可能改變網絡產業的游戲規則。更加開放的網絡架構能更好地促進網絡技術創新和業務應用創新,形成更加豐富和更具競爭性的產業生態,也有助于降低網絡建設成本,提升資源利用效率。

5G在體系結構和技術標準上已為網絡功能部件解耦奠定了基礎,但在具體操作和工程實踐中尚面臨許多挑戰。運營商還需要以更大的力度推動網絡向著解耦和開放的目標邁進,包括:NFV的三層解耦,數據平面可編程的SDN,模塊化的開放光網絡,云原生技術在網絡中的應用,開源與白盒產品的推廣,5G核心網元UPF的開放,無線接入網RAN的開放,等等。

開放網絡是電信運營商在網絡運營的靈活性、敏捷性和高效性等方面追趕互聯網與云服務商的關鍵,是順應網絡技術變革趨勢的自然選擇。

當然,網絡架構開放和部件解耦也意味更為復雜的互聯互通和系統集成工作,運營商需要進一步增強自主研發和集成能力,處于技術主導地位的設備制造商也要從通信產業長遠發展的角度,給予運營商開放網絡轉型更大的支持,構建一個更富活力、更加健康和可持續的技術開放產業生態,避免傳統電信產業的“柯達時刻”。

3 網建開放:倡導網絡共建共享,集合社會力量做大做強5G網絡

共享經濟是這個時代最顯著的特征之一。

中國鐵塔的成立實現了通信鐵塔等基礎設施資源的共享,中國電信與中國聯通在5G網絡上的共建共享為整個行業樹立了很好的樣板。

在運營商自有資金受限的形勢下,動員社會資金投入5G建設與發展,對做大5G產業大有裨益??梢赃M一步探討采用共建共享甚至眾包模式,吸引更廣泛的社會資金和創新力量進入5G領域,加速5G的發展。如鼓勵用戶自建小基站,自建邊緣節點,社區或行業用戶可自建局域5G網絡,這些單點或局域5G基礎設施可在一定的可信和安全機制保障下實現互聯和接入運營商5G大網。

邊緣計算對5G發展非常關鍵,算力也是人工智能和大視頻發展的基礎依托,而且社會上存在大量的分布式算力資源,為邊緣計算的共建共享奠定了一定基礎。

研究機構預測到2022年,全球的中心化算力總計不會超過12%,分布式算力將超過88%,如果能通過開放合作,集合全社會算力,運營商可以轉型為“算力+網絡”服務的算網運營商,這樣既能減輕運營商在MEC上的投資壓力,又可以將依托在社會化算力上的業務應用納入運營商的服務體系,拓展運營商的業務市場。

當然,要能夠順利實現網絡共建共享,前面談到的網絡架構開放和接口標準化是必要條件,而且要建立更加自動化的網絡智能運維體系。

更長遠看,除了可以實現基站、光纖、邊緣節點、局房、基礎網絡等信息基礎設施的共建共享外,還可進一步實現動態頻譜管理和頻譜資源共享。

4 產業開放:打破傳統產業邊界,實現跨界融合和生態開放

電信業作為國家嚴格管制的基礎性服務行業,體系一直較為封閉。雖然我國三大運營商之間的市場競爭這么多年非常激烈,練就了競爭內功,但運營商在包括互聯網、云計算等在內的整個ICT產業中的競爭力、話語權和影響力卻在不斷下降。

5G的萬物互聯特性將引發產業的跨界融合,這為運營商實現業務轉型和拓展新興產業創造了前所未有的機會。社會和行業數字化轉型對ICT需求巨大,如果電信運營商能夠通過強化自身創新能力、團結生態合作伙伴以及利用資本手段切入數字化轉型市場,將可能獲得新的發展空間。如運營商可借助網絡能力拓展云網一體服務,可深入邊緣計算市場拓展算網一體服務(計算與網絡深度融合),可提供定制化的2B專用網絡服務(定制化的本地基礎設施、邊緣云、差異化管道、頻率、基站、建維服務等)。

跨界融合既帶來了跨界新機會,也帶來了跨界新競爭。運營商的傳統業務領地也可能被OTT們、系統集成商們甚至設備制造商跨界顛覆。而且OTT巨頭對創新資源和平臺的壟斷力越來越強,運營商只有打造比傳統互聯網更加平等開放的價值分享和開放創新環境,重新將更多的草根創新力量吸納進來,并利用5G視頻、5G工業互聯網等大帶寬、低時延業務對網絡性能高度依賴的新特點,在新環境中推動5G原生業務應用創新,才有可能在5G時代建立有別于OTT的差異化競爭優勢,實現運營商在業務應用上的翻身。

跨界融合不僅體現在業務應用,也體現在網絡技術領域?;贗T技術思想的網絡開源與白盒解決方案被互聯網和云服務商大量使用,正在試圖顛覆傳統的電信網絡設備模式,電信運營商也希望建立更加開放和更富競爭性的技術生態,吸引更多的創新力量參與通信網絡技術研發,避免單一設備制造商的技術鎖定,獲得更大的技術選擇權、自主可控權和發展靈活性。雖然通信設備技術的開放與封閉還存在博弈,但開放的大趨勢是明顯的,只是達到目標的時間早晚問題和產業推進的時機成熟問題。

5 價值開放:利用區塊鏈,建立互信的價值分享和開放共贏機制

開放的商業和技術成功有賴良好的互信合作和利益共享機制。要推動網絡資源共建共享的良性發展,就要進行共享資源的權益化并建立可信的交易機制,無論是接入資源、邊緣算力資源、骨干云資源,還是稀缺的頻譜資源,都應該根據資源在創造價值中的貢獻度獲得相應的收益,同時根據對資源的占用付出相應的成本;同樣為促進業務應用的繁榮,就要建立開發者、應用平臺和用戶之間的利益公平交易機制。

區塊鏈的到來為這一問題的解決提供了很好的思路和技術手段,區塊鏈的去中心化和不可偽造、不可篡改特性,奠定了公平價值交易的基礎,而且避免了中心化寡頭壟斷可能帶來的不公正。

長遠看,區塊鏈還有望重構通信網絡架構和網絡流量經營商業模式。例如,可探討利用區塊鏈對網絡資源進行價值化重構,將比特價值與其上所承載業務(如金融、支付、商務、游戲、社交等)的價值緊密關聯起來,這樣就能變信息管道為價值管道,變流量經營為價值交易。

為此,需要構建基于區塊鏈的去中心化可信網絡基礎設施,將數據流價值通過區塊鏈通證(Token)體現,直接附加在網絡層數據包內,這樣使得網絡交換的過程就是價值交換的過程,從而實現5G從信息網絡到價值網絡的變革,將5G網絡打造為真正的數字經濟平臺。

在即將結束該文時,還有一個非常重要的問題,那就是開放與安全的關系。

沒有網絡安全就沒有國家安全,開放之路到底是增強還是削弱網絡安全?到底是有利還是有損國家信息產業的自主可控?有空時我再專門寫文章,談談對這一問題的認識。

這里我先簡單表明幾個觀點:

一是要堅持開放式自主創新,融入全球技術體系,避免與發達國家在技術上脫鉤,同時不斷擴大自主技術在全球技術體系中的貢獻。

二是要激發內生的創新活力,打造我國百花齊放、充滿生機的ICT技術產業,在做大做強核心骨干企業同時,更要創造有利于中小型技術創新企業成長的政策環境與發展環境,在全社會培育創新土壤。

三是要高度重視核心芯片和基礎軟件的自主研發,積極扶持核心芯片和基礎軟件骨干企業,為國內ICT設備系統創新和業務應用創新提供自主可控的底層技術支撐,核心芯片和基礎軟件的發展也應該堅持產業開放,在更廣泛的應用實踐中去完善和發展,積極融入開源并主導開源。

Open-5G,開放激創新,開放增活力,開放促發展,開放強安全,開放向未來!


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