Open ran 5g что это
Hewlett Packard Enterprise (HPE) объявила выходе стека решений HPE Open RAN Solution Stack для коммерческого развертывания открытых мобильных сетей пятого поколения (Open RAN). Стек решений HPE Open RAN Solution Stack включает в себя программное обеспечение HPE для оркестрации и автоматизации, макеты инфраструктуры для сетей радиодоступа (RAN), а также оптимизированную для операторов связи аппаратную инфраструктуру. Программное обеспечение HPE для управления сервисами и оркестрацией поддерживает телекоммуникационные сети от периферии сети до ядра, снижая риски и позволяя операторам воспользоваться преимуществами 5G. В стек решений HPE Open RAN Solution Stack входит сервер HPE ProLiant DL110 Gen10 Plus – первый в отрасли сервер, оптимизированный под рабочие нагрузки Open RAN.
Стек решений HPE Open RAN Solution Stack был разработан специально созданным подразделением HPE Communications Technology Group (CTG), которое предлагает один из самых полных наборов продуктов и технологий для телекоммуникационных компаний. Группа была учреждена для помощи операторам связи в использовании огромных возможностей рынка 5G на базе открытых стеков решений с взаимозаменяемыми компонентами. Выход HPE Open RAN Solution Stack является естественным продолжением инициативы HPE 5G Core Stack, которая была представлена в марте прошлого года. Оба стека связаны общей платформой оркестрации и развертывания ресурсов и приложений телекоммуникационных компаний начиная от периферии сети до ее центра. Оба решения поддерживаются экосистемой партнеров и лидеры отрасли уже работают над тестированием и оптимизацией своего программного обеспечения для работы в открытой архитектуре на основе HPE Open RAN Solution Stack.
Глобальные коммуникационные сети претерпевают значительные изменения. Сеть 5G была разработана с использованием открытых стандартов, что позволяет операторам связи отказаться от проприетарных систем единственного поставщика, на которых строились сети предыдущих поколений. Стандарты 5G дают телекоммуникационным компаниям возможность смешивать и подбирать лучшее в своем классе оборудование и программное обеспечение от разных производителей как в сети RAN, так и в ядре сети. Эти открытые технологии активно внедряются мировыми операторами связи, отраслевыми организациями и правительствами разных стран, поскольку они помогают создать более конкурентный рынок, снижать затраты и стимулировать инновации.
Открытые облачные сети 5G строятся на стандартном ИТ-оборудовании, на котором работают виртуализированные сетевые сервисы, за счет того, что технологические достижения сегодняшнего дня позволяют отделять программный стек от аппаратной платформы при построении сетей 5G RAN. HPE вносит свой вклад в альянс O-RAN (Open Radio Access Network, OpenRAN) и проект Telecom Infra Project (TIP), которые являются движущей силой этого крупного отраслевого сдвига. С выпуском стека решений HPE Open RAN Solution Stack операторы связи могут подготовиться к коммерческому внедрению концепции Open RAN любого масштаба. HPE имеет более чем 30-летний опыт проектирования, построения и оптимизации телекоммуникационной инфраструктуры и программного обеспечения для сектора телеком. Используя свою уникальную экспертизу, компания HPE, разработала и представила преинтегрированную и надежную платформу для развертывания 5G RAN.
«Продвигая инновации от границы сети до облака через безопасные, открытые стеки решений, HPE стремится стать локомотивом перехода к экономике 5G, – комментирует Фил Моттрем (Phil Mottram), вице-президент и исполнительный директор подразделения Communications Technology Group в Hewlett Packard Enterprise. – Мы сотрудничали с множеством заказчиков и партнеров с самых первых шагов разработки стека решений HPE Open RAN Solution Stack, чтобы быть уверенными в соответствии уникальным требованиям к оборудованию с открытыми интерфейсами. HPE ProLiant DL110 Gen10 Plus — первый в отрасли сервер, оптимизированный под рабочие нагрузки Open RAN. Используя сервер DL110, телекоммуникационные компании смогут повысить эффективность, снизить эксплуатационную сложность, упростить инфраструктуру и стимулировать развитие сети радиодоступа в будущем».
Стек решений HPE Open RAN Solution Stack позволяет операторам связи выделять ресурсы там, где это необходимо, повышая скорость, эффективность и гибкость в работе сети. Разработанный с нуля для поддержки рабочих нагрузок сети RAN, стек решений HPE Open RAN Solution Stack совместим с новыми технологиями от разных поставщиков, что обеспечивает защиту инвестиций, снижает риски и способствует развитию сети в будущем.
Ключевое преимущество в развертывании масштабируемой платформы Open RAN — возможность управлять и распределять рабочие нагрузки на тысячах станций на границе сети. Протестированное компанией HPE программное обеспечение для управления и оркестрации готово к развертыванию в действующей среде Open RAN. Стек от HPE привносит такие инновации, как целецентричная оркестрация и решения по автоматизации на базе искусственного интеллекта и машинного обучения. Это позволяет операторам связи управлять во всей развернутой сети тысячами виртуальных машин, сотнями различных виртуализированных сетевых функций (VNF), а также контейнерных сетевых функций (CNF).
Еще одним важным элементом является доступ к предварительно проверенным и оптимизированным для операторов связи эталонным архитектурам, что существенно снижает уровень риска. Сегодня в мире функционирует небольшое число рабочих открытых сетей RAN, все они построены на заказных и закрытых конфигурациях, которые не предназначены для тиражирования на тысячах сайтов. Эталонные архитектуры от HPE нацелены на решение этой задачи, снижая риск, сложность и повышая скорость развертывания открытых сетей RAN, и в то же время позволяют использовать программное обеспечение различных производителей. HPE сотрудничает с компанией Intel для разработки проверенных эталонных конфигураций, которые помогут заказчикам упростить переход к виртуализированной сети RAN (vRAN). Такой подход формирует надежную аппаратную основу, надежное микропрограммное и программного обеспечение, а также сокращает время вывода на рынок, при этом уменьшая операционную сложность, как для телекоммуникационных компаний, так и для технологических партнеров.
Одна из целей созданного подразделения HPE CTG – создать динамичную партнерскую экосистему для снижения рисков при развертывании открытых, многопрофильных сетей 5G. HPE 5G Core Stack уже получил поддержку многих лидеров отрасли, и с запуском стека HPE Open RAN Solution Stack компания HPE призывает операторов связи, системных интеграторов, поставщиков сетевого оборудования и программного обеспечения объединиться для тестирования, проверки и предварительной интеграции технологий Open RAN для предоставления открытых и лучших в своем классе решений.
Платформа HPE Open RAN Solution Stack выпускается одновременно с новым сервером HPE ProLiant DL110 Gen10 Plus, идеально подходящим для рабочих нагрузок vRAN, и соответствующего требованиям телеком-операторов. Открытую, основанную на стандартах архитектуру с поддержкой решений RAN на базе программного обеспечения нескольких производителей; мощные вычислительные возможности благодаря новым процессорам Intel Xeon Scalable 3 поколения, обладающих высокой производительностью и низким энергопотреблением, необходимым для работы сети RAN; надежную платформу операторского класса, соответствующую требованиям NEBS 3-го уровня и GR 3108 и разработанную для работы на периферии сети; сокращение общего энергопотребления и занимаемой площади за счет объединения функций модуля цифровой обработки (baseband unit), промежуточного шлюза (fronthaul gateway) и маршрутизатора базовой станции (cell site router) в одном физическом устройстве – сервера 1U/1P компактного размера; возможности ускорения чувствительных к производительности рабочих нагрузок vRAN; единство и унификация операций от ядра сети до ее периферии благодаря встроенным в сервер HPE ProLiant средствам безопастности и управления, включая технологию «HPE Silicon Root of Trust».
Заменит ли ИИ человеческую эмпатию в контакт-центрах?
Сервер HPE ProLiant DL110 Gen10 Plus является новым членом обширного портфеля продуктов HPE для операторов связи, который также включает конвергентные системы HPE Edgeline Converged Edge Systems. Так, Edgeline EL8000 – это блейд-платформа для работы за пределами традиционных ЦОД, поддерживает установку GPU-ускорителей, позволяет запускать как различные сценарии 5G vRAN, так и не-RAN нагрузки, например, пограничные вычисления с множественным доступом (Multiaccess edge compute, MEC). При необходимости централизации нескольких вышек связи предусматривается использование сервера HPE ProLiant DL360 Gen10.
HPE 5G Core Stack — открытый, облачный, контейнерный программный стек для опорной сети, который раскрывает весь потенциал 5G. Он обеспечивает управление сетевыми сегментами и сквозную автоматизацию, благодаря чему операторы связи могут предоставлять разнообразные услуги и контроль качества в существующих и будущих сетях передачи.
Компания Orange, один из крупнейших в мире операторов мобильной связи, стремится к открытому, мультивендорному облачному подходу при построении своей сети 5G. Компания проводит многочисленные испытания, чтобы убедиться, что она готова к такой значительной трансформации. В частности, в прошлом году была успешно проведена демонстрация технологии управления сетевыми сегментами вместе с HPE и Casa Systems во Франции.
«В 2020 году вместе с HPE мы впервые запустили мультивендорную автономную сеть 5G. Сегодня мы двигаемся дальше и тестируем концепцию полностью автоматизированного ядра 5G, основанного на программном обеспечении, машинном обучении и технологий ИИ, – комментирует Эммануэль Биде (Emmanuel Bidet), вице-президент Convergent Networks Control в Orange Group. – HPE является важным партнером с многолетней историей в области разработки опорных сетей и систем эксплуатационной поддержки, хорошим пониманием мультивендорных потребностей и опытом горизонтальной и вертикальной интеграции от приложений до инфраструктуры. Компания предлагает набор облачных, соответствующих стандартам сетевых функций и возможность автоматизации управления слайсингом. Они могут быть тиражированы для комплексной интеграции в каждой стране присутствия оператора. Первые результаты совместной работы действительно впечатляют. Orange ценит активное участие команды HPE».
С помощью HPE 5G Core Stack телекоммуникационные компании могут добавлять сетевые функции по мере необходимости, реагировать на изменения рынка, избежать привязки к одному поставщику и обеспечить надежность работы сети в будущем при новых стандартах 5G. Стек можно развернуть, протестировать и ввести в эксплуатацию менее чем за час – быстрее более чем в 10 раз, чем традиционные стеки. HPE 5G Core Stack предлагает легкое управление и практически неограниченную масштабируемость благодаря облачной архитектуре.
В соответствии с основополагающим принципом подразделения CTG, решение HPE 5G Core Stack сочетает в себе лучшее из программного и аппаратного обеспечения HPE. Технология уже доступна в виде предварительно интегрированной программно-аппаратной платформы с оплатой по факту использования на базе HPE GreenLake. С ее помощью телекоммуникационные компании могут развернуть базовую сеть 5G с меньшим риском и небольшими первоначальными инвестициями, оплачивая стоимость инфраструктуры и ПО в зависимости от количества абонентов 5G.
Сервер HPE ProLiant DL110 Gen10 Plus будет доступен по всему миру во втором квартале 2021 года.
Идеологическое оформление неизбежности развития в России мобильной связи пятого поколения на российском оборудовании и программном обеспечении (ПО) велось все последние годы, параллельно уточнялась позиция государства о выделении частот для таких сетей. Так, в очередной версии концепции создания и развития 5G в РФ, представленной в мае 2019 года, Минцифры (на тот момент Минкомсвязь) предполагало, что операторы в сетях 5G должны применять преимущественно российские оборудование и ПО. В ведомстве уточняли, что обязательных требований использовать исключительно отечественное оборудование в концепции нет, речь шла лишь о «преимуществах» для российских решений при условии их конкурентоспособности. В прошлом году авторы документа отмечали, что действующие сотовые сети 2G, 3G и 4G по факту зависимы от зарубежного оборудования и софта, при этом российские производители практически не участвовали в развитии этих технологий связи. Для 5G повторение этого сценария, по мнению Минцифры, недопустимо, так как «создает риски потери контроля над цифровой инфраструктурой». К тому же с каждым годом из-за усложнения геополитической ситуации вокруг РФ возрастают риски санкций на поставку оборудования и ПО.
В 2020 году риторика регулятора стала гораздо жестче. «Самое главное: было принято политическое решение, что все оборудование, которое будет использоваться для создания 5G, будет отечественного производства. На это предусмотрено необходимое финансирование», — заявил глава Минцифры Максут Шадаев в ходе «правительственного часа» в Совете Федерации в начале ноября. Ни о каком «преимущественном» использовании и конкурентоспособности больше речи не идет — чиновники высокого уровня подчеркивают, что такова технологическая политика государства и теперь операторам придется выбирать исключительно из того, что произведено на территории РФ.
Но, как и прежде, принуждение операторов к закупкам российского оборудования для 5G впрямую увязывается с выделением частотного ресурса. В частности, в сентябре текущего года Госкомиссия по радиочастотам (ГКРЧ) подготовила проект решения, согласно которому сотовые операторы смогут запускать сети 5G в миллиметровом диапазоне (24,25—24,5 ГГц) исключительно на оборудовании из Единого реестра российской радиоэлектронной продукции. Характерно, что в марте ГКРЧ открыла полосу 24,25—24,5 ГГц для использования «неопределенным кругом лиц» для строительства сетей 5G, обязав использовать в этом случае российское «железо», если оно внесено в реестр. Иными словами, ранее ГКРЧ исходила из того, что операторы вынуждены будут строить сети в открытом диапазоне на российских базовых станциях, если они будут в реестре, если же нет — можно воспользоваться зарубежными. Но последняя формулировка не оставляет альтернатив российскому оборудованию. Как уточнил в ходе форума 5G Future Russia — 2020, организованного TMT Conference и «Телеспутником», вице-президент по технике МТС Виктор Белов, операторы фактически не могут получить разрешения на использование частот в миллиметровом диапазоне. «Вы не сможете получить частотные присвоения в этом диапазоне. Вам скажут: “Приходите с российским оборудованием”. Поэтому никакого бизнеса там нет, и развития рынка не происходит. Три года все равно будут потери», — подчеркнул Виктор Белов, имея в виду срок освоения отечественной промышленностью производства аппаратных решений для 5G.
Именно о таком сроке говорил в начале ноября вице-премьер правительства РФ Дмитрий Чернышенко: «Мы ожидаем, что начало массового производства полностью отечественного оборудования 5G, включая аппаратную часть и ПО, начнется не позднее 2023 года», — заявил он.
Директор департамента радиоэлектронной промышленности Министерства промышленности и торговли РФ Василий Шпак в ходе форума 5G Future Russia — 2020 напомнил о позиции правительства по выстраиванию взаимодействия операторов и производителей. «Мы будем продвигать исключительно российские решения. Будем настаивать на том, чтобы строительство сетей 5G было осуществлено на российском оборудовании. В частотных присвоениях ГКРЧ есть оговорка об использовании российского оборудования. Промышленность двигается в сторону создания отечественных решений. Мы открыты к взаимодействию с коллегами, понимая, что необходимо не только стимулировать операторов к работе с российскими производителями, но еще и мотивировать их. Сейчас думаем над тем, чтобы субсидировать конечному приобретателю покупку российского оборудования. Вполне возможно, эту меру введем с 2021 года», — рассказал Василий Шпак. Он признал, что на данный момент полного российского стека оборудования 5G нет, хотя соответствующая работа ведется и образцы аппаратного оснащения появляются. «С нашей точки зрения, взаимодействие операторов и производителей в формате открытых архитектур Open RAN имеет хорошие перспективы. Наверно, для нашей страны это единственно правильное решение, поскольку использование проприетарных решений, как мы видим по опыту зарубежных коллег, воспринимается ими не очень позитивно. Многие страны вводят ограничения на использование оборудования определенных производителей в своих сетях. Этот процесс будет продолжаться. С этой точки зрения наши требования об использовании российского оборудования чем-то уникальным не выглядят», — отметил Василий Шпак.
Спасительный Open RAN
Cтратегия развития производства операторского оборудования для сетей 5G подготовлена АНО «Телекоммуникационные технологии» (АНО «ТТ»), объединившей 25 компаний, в том числе «Ростелеком», «Ростех» и «Элемент». По словам президента АНО «ТТ», генерального директора ПАО «Микрон» Гульнары Хасьяновой, «историей успеха» российских производителей решений для 5G могут стать открытые интерфейсы, стандартизированные на протяжении всех элементов сети. «По мере готовности российских модулей их можно было бы встраивать в сети. Безусловно, здесь должна вестись работа с иностранными вендорами, с регуляторами по принципам построения сетей и стандартам не просто по оборудованию для всей сети, а по конкретным блокам. При таком подходе мы сможем делать такую кооперацию, при которой российское оборудование для 5G будет появляться постепенно и мы не будем ждать, когда оно появится через три года», — так Гульнара Хасьянова описала принципы создания российского производства 5G-оборудования в ходе форума 5G Future Russia — 2020, уточнив, что АНО «ТТ» согласовала их с Минцифры и Минпромторгом.
Как рассказал «Телеспутнику» руководитель Лидирующего исследовательского центра (ЛИЦ) по технологиям 5G при «Сколтехе» Виталий Шуб, проектирование конкретных технологических решений для сетей пятого поколения стартовало в начале 2020 года, когда возглавляемый им центр получил грант Российской венчурной компании (РВК, институт развития венчурного рынка РФ, отвечает за сквозные технологи нацпрограммы «Цифровая экономика», одной из которых является 5G, — прим. ред.). По условиям гранта за три года должны быть разработаны российские подсистемы радиодоступа сетей 5G в парадигме Open RAN. «Задача состоит в том, чтобы разрушить олигополию мировых производителей оборудования 5G, в первую очередь систем радиодоступа. Должна быть обеспечена независимость телеком-сектора от любых внешних воздействий типа санкционных ограничений», — пояснил Виталий Шуб.
По его словам, непосредственно разработкой в рамках проекта ЛИЦ занимаются, помимо «Сколтеха», новосибирская компания «Элтекс» (производитель сетевого оборудования, в том числе для сетей 4G, — прим. ред.), нижегородская «Радио Гигабит», специализирующаяся на беспроводных системах связи, а также Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. «Консорциум из этих участников должен к концу 2020 года выдать предсерийный образец подсистемы радиодоступа 5G в формате Open RAN. Стараемся двигаться в графике. Достигли серьезного технического прорыва, недавно мы стали обладателями полной версии ПО в исходных кодах для 5G, что позволит делать разработки систем 5G полностью независимо от кого бы то ни было в мире», — сообщил Виталий Шуб.
Говоря об аппаратной составляющей проекта, он указал, что его участники разработали печатные платы будущих элементов оборудования с установленными на них электронными компонентами, что уже позволяет портировать программный код и начинать тестирование. «Это сложная работа: она связана с аппаратной реализацией алгоритмов Open RAN по правилам соответствующего международного альянса. Идея состоит в том, что это оборудование открытое: оно допускает так называемый подход mix and match (смешивай и сочетай — встраивание оборудования одного вендора в сеть с решениями от других вендоров, — прим. ред.), чтобы добиться совместимости по открытым интерфейсам», — рассказал Виталий Шуб. Предполагается, что разработанные по модели Open RAN базовые станции 5G должны производиться на мощностях «Элтекса» и «Радио Гигабит». В ЛИЦ отдают себе отчет, что операторы готовы использовать полученное таким образом российское оборудование лишь с дисконтом к цене мировых производителей, поэтому, как подчеркнул Виталий Шуб, разработчики двигаются в жестком ценовом коридоре, заданном рынком. «Мы на старте разработки отсекаем технические решения, которые выбьют нас за пределы ценового диапазона, указанного операторами при постановке разработок в производство», — пояснил глава ЛИЦ при «Сколтехе».
Параллельно российскую базовую станцию 5G создает ЛИЦ на базе компании «ГлобалИнформСервис». Как сообщила курирующая эту работу АНО «Цифровая экономика», оборудование должно быть запущено в производство в 2023 году. Прототип базовой станции 5G планируют создать в 2021—2022 годах. ЛИЦ «Глобальные беспроводные системы связи» при этом выступит разработчиком и в перспективе — основой для создания российского вендора для сетей 4G и 5G. Помимо операторов, ЛИЦ видит своими заказчиками крупные промышленные компании, планирующие запуск корпоративных сетей 5G: «Ростелеком», РЖД, «Газпром», «Роснефть» и т. д.
«У нас есть опыт аналогичной разработки — базовой станции LTE Advanced, ее создание завершат уже в этом году, испытания начнутся совместно с операторами связи. В конце 2020 — начале 2021 года планируется выход на серийное производство с индустриальными партнерами. Данный опыт сейчас используется для разработки базовой станции 5G», — сообщил заместитель генерального директора, директор НТЦ перспективных разработок «ГлобалИнформСервис» Вадим Белявский.
Другой элемент будущих российских сетей 5G — транспортную инфраструктуру (фронтхол, мидхол, бэкхол) — разрабатывает компания «Т8». Как рассказала в рамках 5G Future Russia — 2020 руководитель группы технического маркетинга «Т8» Евгения Богданова, бэкхол (транспорт между узлами опорной сети, — прим. ред.) для сетей 5G должен отличаться крайне малыми задержками и огромной пропускной способностью. В «Т8» считают наиболее интересным для себя сценарием построения транспортной инфраструктуры задействование оптических линий связи для соединения с фронтхолом (транспорт между центральным узлом и радиосайтами, — прим. ред.). «У нас есть блоки агрегаторов, которые позволяют прозрачно передавать сигналы CPRI over Ethernet до базовой станции с полным функционалом защиты и мониторинга. Решение хорошо своими возможностями топологии. Надеемся, что в ближайшее время сможем протестировать разработанные нами кейсы совместно со “Сколково”», — рассказала Евгения Богданова.
Готовятся внести свой вклад в разработки для сетей 5G и поставщики специализированных операторских решений. Например, производитель платформ для управления сервисами в мобильных сетях компания Bercut (участвовала в запуске MVNO-оператора «СберМобайл» как технологический партнер, — прим. ред.) на форуме 5G Future Russia — 2020 представила продукт Traffic Management для приоритизации трафика, который может найти применение в сетях пятого поколения. По словам бизнес-аналитика Bercut Виталия Бастрикова, при росте трафика в сетях 5G операторы по-прежнему должны будут обеспечивать качество связи. «Абоненты всегда занимают весь доступный им трафик. Уже сейчас они используют 4K-видео, облачный гейминг, VR. В перспективе двух-трех лет появятся решения 24К-видео для VR и AR, которые и займут сети 5G c гигабитными скоростями. Рост спроса от абонентов всегда превышает возможности технологий. И 5G тоже будет мало», — поделился прогнозом бизнес-аналитик Bercut. Следовательно, операторы станут использовать сервисы для распределения трафика, к чему уже сейчас готовятся разработчики операторских решений.
Подпишитесь на канал «Телеcпутника» в Telegram: перейдите по инвайт-ссылке или в поисковой строке мессенджера введите @telesputnik, затем выберите канал «ТелеСпутник» и нажмите кнопку +Join внизу экрана.
И подписывайтесь на канал «Телеспутника» в «Яндекс.Дзен» .
обозреватель журнала «Эксперт»
21 августа 2020, 14:59
Частные российские компании предлагают развивать отечественные технологии 5G на основе открытых стандартов OpenRAN. Это в корне отличается от распространенных сейчас телекоммуникационных решений, в которых используется продукция только одного вендора, и дает возможность привлечь к участию в развертывании сетей 5G не только крупных производителей, но и небольшие компании
Россия решила включиться в борьбу за новый рынок мобильной связи 5G. Сделать это позволяет тот факт, что несмотря на все испытания, через которые прошла за последние десятилетия отечественная промышленность в целом и российская электроника в частности, у нее накопился существенный потенциал, как на сохранившихся государственных предприятиях, так и во вновь созданных частных компаниях, которые, несмотря на свой в целом относительно небольшой размер, способны к решению сложнейших научно-технических задач и уже имеют определенный опыт в разработке оборудования предыдущих поколений мобильной связи.
И именно частные компании первыми объединились вокруг Сколтеха, на базе которого в рамках Национальной технологической инициативы был создан Центр компетенций НТИ по направлению «Технологии беспроводной связи и интернета вещей», и учредили консорциум, который взялся за разработку аппаратуры 5G. Следом за ними свой консорциум АНО ТТ создали государственные и компании – Ростех, Ростелеком и «Элемент».
Оба этих консорциума выдвинули свою стратегию развития сетей 5G и их производства. Консорциум частных компаний в качестве основы своей стратегии предлагает создание своего телекоммуникационного оборудования на принципах открытых стандартов OpenRAN, которые обеспечивают взаимодействие функциональных элементов оборудования (программные и аппаратные части сети), разработанных различными компаниями. Это в корне отличается от распространенных сейчас телекоммуникационных решений, в которых используется продукция только одного вендора, и дает возможность привлечь к участию в развертывании сетей 5G не только крупных производителей, но и небольшие компании, обладающие необходимыми компетенциями. Это существенно расширит круг участников проекта на основе конкуренции и позволит по мере развития системы на конкурентной основе собирать общее решение из блоков и «деталей» разных производителей, как происходит сейчас с компьютерной техникой.
Консорциум государственных компаний, судя по всему, пока выбирает стратегию создания на своей основе единого вендора сетевого оборудования. Такой же стратегии придерживаются такие мировые компании, как Хуавэй и Эриксон, чем недовольно все большее количество операторов связи, которые не хотят зависеть от одного поставщика, и правительства многих стран третьего мира, которые рассчитывают, что стратегия открытых стандартов позволит расширить участие компаний этих стран в развитии сетей 5G.
Российский Минпромторг тоже понимает преимущества стратегии открытых стандартов, в том числе, для привлечения симпатий третьих стран, что может открыть их рынок для наших компаний. Так что, скорее всего, государственным компаниям придется смириться с принципами открытых стандартов. Тем более, что Минпромторг склонен поощрять кооперацию всех потенциальных производителей оборудования. А некоторые из них предлагают вообще создать совместное предприятие, акционерами которого стали бы все эти предприятия. И это, возможно, наилучший вариант с точки зрения управления проектом и согласования интересов всех участников рынка.
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).
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
[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.
Основной целью предыдущих поколений мобильных сетей было просто предлагать своим пользователям быстрые и надежные услуги передачи мобильных данных. В случае с 5G ситуация меняется, так как комплекс беспроводных услуг предлагается конечному пользователю на базе разнообразных платформ доступа и многоуровневых сетей.
По сути, 5G представляет собой динамический, согласующийся и гибкий набор разнообразных современных технологий, поддерживающих множество приложений. Более интеллектуальная архитектура 5G снимает с сетей радиодоступа (RAN) ограничения по близости расположения базовых станций и позволяет отказаться от сложной архитектуры. 5G — это шаг в сторону распределенной, гибкой и виртуальной RAN, где новые интерфейсы создают дополнительные точки доступа к данным.
Архитектура 5G 3GPP
Телекоммуникационными технологиями, включая RAN, базовые транспортные сети и возможности служб, занимается организация 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Ею подготовлены полные системные спецификации для архитектуры сети 5G, которая в значительно большей степени ориентирована на оказание услуг, чем предыдущие поколения.
Так, услуги предоставляются на базе общего механизма тем сетевым функциям, которым разрешено ими пользоваться. Дополнительными качествами сетевой архитектуры 5G, которые описаны в спецификациях 3GPP, являются модульность, повторное использование и автономность сетевых функций.
Спектр и частоты 5G
Для сети радиодоступа нового поколения (5G NR) выделяются различные диапазоны частот. Часть спектра с частотами от 30 до 300 ГГц известна как миллиметровые волны, так как длины волн в нем варьируются от 1 до 10 мм. Частоты от 24 до 100 ГГц теперь выделяются для 5G в самых разных регионах мира.
В дополнение к миллиметровым волнам под 5G выделяются мало используемые UHF-частоты от 300 МГц до 3 ГГц. Многообразие задействованных частот можно адаптировать к уникальным приложениям, так как более высокие частоты обеспечивают и более высокую пропускную способность, хоть и на более коротких расстояниях. Миллиметровые частоты идеально подходят для густонаселенных зон, но не подходят для дальней связи. После того как низко- и высокочастотные диапазоны были выделены под 5G, каждый оператор начал освоение своей обособленной части спектра 5G.
MEC
Важным элементом архитектуры 5G являются периферийные вычисления мультисервисного доступа (Multi-Access Edge Computing, MEC). МЕС представляет собой эволюцию облачных вычислений, перенося приложения из централизованных ЦОД к периферии сети, а следовательно, к конечным пользователям и их устройствам. Это позволяет быстрее предоставлять контент от устройства пользователю в обход долгого пути, который ранее их разделял.
Технология используется не только в 5G, но, несомненно, повышает эффективность этого стандарта. МЕС отличается низкой задержкой, высокой пропускной способностью и доступом в реальном времени к информации RAN, что отличает архитектуру 5G от предшественников. Эта конвергенция RAN и базовых сетей потребует от операторов новых подходов к проверке и тестированию сети.
Сети 5G, основанные на спецификациях 3GPP для 5G, являются идеальной средой развертывания МЕС. Спецификации 5G определяют движущие факторы периферийных вычислений, позволяя МЕС и 5G маршрутизировать трафик совместно. В дополнение к преимуществам МЕС, связанным с задержкой и полосой пропускания, распределение вычислительной мощности поможет эффективнее работать с большим количеством подключенных устройств, что необходимо для развертывания 5G и активного внедрения Интернета вещей (IoT).
NFV и 5G
Виртуализация сетевых функций (NFV) помогает отделить программное обеспечение от оборудования, заменяя различные сетевые функции, такие как брандмауэры, балансировщики нагрузки и маршрутизаторы, виртуализированными экземплярами, которые выполняются как ПО. Это устраняет необходимость вложений в различное дорогостоящее оборудование, а также может сократить время установки и монтажа. Таким образом, клиент быстрее получает услуги, генерирующие доход.
NFV поддерживает инфраструктуру 5G за счет виртуализации устройств в рамках сети 5G. Одним из элементов поддержки является технология сегментации сети, которая позволяет нескольким виртуальным сетям функционировать одновременно. NFV позволяет решать и другие задачи 5G с помощью виртуализированных ресурсов вычисления, хранения и сети, адаптированных к приложениям и сегментам клиентов.
Архитектура 5G RAN
Концепция NFV распространяется на RAN на базе, например разукрупнения сети, чему способствуют такие альянсы, как O-RAN. Это обеспечивает гибкость и создает новые возможности для конкуренции, предоставляет открытые интерфейсы и разработку ПО с открытым исходным кодом, что, в конечном счете, упрощает масштабное развертывание новых возможностей и технологий. Цель альянса O-RAN — обеспечить внедрение силами различных поставщиков на базе стандартного оборудования, чтобы обеспечить более удобное и быстрое совместное взаимодействие. Разукрупнение сети также позволяет виртуализировать ее компоненты, что помогает в масштабировании и повышении удобства пользователей с ростом емкости. Преимущества виртуализации компонентов RAN показывают наибольшую рентабельность с точки зрения компонентов оборудования и ПО особенно для IoT-приложений, где количество устройств исчисляется миллионами.
eCPRI
Разукрупнение сети с функциональным делением дает и другие преимущества, связанные с рентабельностью, особенно при появлении новых интерфейсов, таких как eCPRI. Радиочастотные интерфейсы слишком дорогие для тестирования большого количества 5G-несущих, так как их стоимость стремительно растет. Внедрение интерфейсов eCPRI является более экономичным решением, так как для тестирования множества 5G-несущих можно использовать меньше интерфейсов. Цель eCPRI в том, чтобы быть стандартизированным интерфейсом 5G, используемым, например, в магистральном интерфейсе O-RAN, таком как DU. CPRI, в отличие от eCPRI, разрабатывался для 4G, но во многих случаях был специфичен для конкретных поставщиков, поэтому усложнял работу операторов.
Сегментирование сети
Возможно, ключевым ингредиентом, который раскрывает весь потенциал архитектуры 5G, является сегментирование сети. Эта технология добавляет новое измерение в NFV, позволяя одновременно функционировать нескольким логическим сетям поверх общей инфраструктуры физической сети. Эта возможность становится неотъемлемой частью архитектуры 5G, так как создаются комплексные виртуальные сети, включающие и функции сети, и функции хранилища.
Таким образом, операторы могут эффективно управлять разными сценариями использования 5G, удовлетворяя различные требования к пропускной способности, задержке и доступности, сегментируя сетевые ресурсы, выделяя их различным пользователям или «арендаторам».
Сегментация сети особенно полезна в таких сценариях, как IoT, где устройств может быть невероятно много, но общая потребность в пропускной способности невелика. В каждой вертикали 5G будут свои требования, поэтому сегментация сети становится важным конструктивным решением в архитектуре 5G. Благодаря наличию такого уровня индивидуализации можно оптимизировать расходы, управление ресурсами и гибкость сетевых конфигураций. Кроме того, сегментирование сети позволяет быстрее тестировать потенциальные новые услуги 5G и быстрее выводить их на рынок.
Формирование лучей
Еще одна революционная технология, незаменимая для успеха 5G, — это формирование лучей. Обычные базовые станции передавали сигналы в различных направлениях без учета расположения пользователей и устройств, которым предназначались сигналы. За счет использования MIMO-массивов, состоящих из десятков небольших объединенных антенн, можно использовать алгоритмы обработки сигнала, определяющие наиболее эффективный путь передачи каждому пользователю, а отдельные пакеты можно посылать в разных направлениях и затем организовывать их так, чтобы они доходили до конечного пользователя в заранее определенной последовательности.
Поскольку передача данных в 5G происходит в миллиметровом диапазоне, то выше и потери при распространении в открытом пространстве, пропорциональные малым размерам антенны, и дифракционные потери, присущие более высоким частотам и вызванные недостаточными возможностями проникновения через стены. С другой стороны, меньший размер антенн позволяет размещать более крупные массивы на той же физической площади. А поскольку каждая из небольших антенн потенциально способна перенаправлять луч несколько раз в миллисекунду, то возможным становится масштабное формирование луча, решающее проблемы пропускной способности 5G. При большей плотности антенн на той же физической площади можно направлять более узкие лучи за счет MIMO, повышая пропускную способность с более эффективным отслеживанием пользователей.
Архитектура ядра 5G
В основе новой спецификации 5G лежит архитектура ядра сети 5G, которая обеспечивает поддержку пропускной способности, требуемой от 5G. Новое ядро 5G, как определено 3GPP, использует облачную, сервисно-ориентированную архитектуру (SBA), которая охватывает все функции и взаимодействия 5G, включая проверку подлинности, безопасность, управление сеансами и агрегацию трафика с конечных устройств. Ядро 5G далее подчеркивает NFV как неотъемлемое конструктивное решение с виртуализированными программными функциями, которые могут развертываться с использованием инфраструктуры МЕС, незаменимой для принципов архитектуры 5G.
Отличия от архитектуры 4G
Изменения на уровне ядра являются частью целого ряда архитектурных изменений, сопровождающих переход от 4G к 5G, включая миграцию на миллиметровый диапазон, функцию massive MIMO, сегментирование сети и, в целом, каждый отдельный элемент многообразной экосистемы 5G. Ядро 4G Evolved Packet Core (EPC) отличается от ядра 5G, так как в 5G на беспрецедентных уровнях используются виртуализация и облачное ПО.
Среди других изменений, отличающих ядро 5G от его предшественника 4G, функция передачи данных пользователей (UPF) для разделения протоколов «плоскости пользования» и «плоскости управления», а также функция управления доступом и мобильностью (AMF), отделяющая функции управления сеансами от задач по установлению соединения и управления мобильностью.
Варианты архитектуры 5G
Преодоление разрыва между 4G и 5G должно вестись пошагово и продуманно, в соответствии с планом. Этот переход отразится, прежде всего, при смене с объединенной (4G+5G) на выделенную архитектуру 5G. Стандарт объединенного (non-stadalone) 5G был готов в конце 2017 года, и он подразумевал использование существующих RAN LTE и базовых сетей в основе с дополнением 5G-несущих. Несмотря на использование существующей архитектуры, объединенный режим увеличит пропускную способность за счет задействования миллиметровых частот.
Выделенный (standalone) режим 5G в целом представляет собой развертывание 5G «с нуля», с новой архитектурой ядра и полным развертыванием всего оборудования, ПО, возможностей и функциональности 5G. При переходе от объединенного режима к новым, «чистым», архитектурным решениям 5G требуется грамотное планирование и внедрение, которое сделает этот переход незаметным для пользователей.
Внедрение географической архитектуры 5G
Инфраструктура, незаменимая для развертывания «выделенного» 5G, потребует принятия мер интеграции 5G в самых разных географических регионах. Регионы, ведущие с точки зрения технологий, например Северная Америка, Азия и Европа, уже начинают ограниченное развертывание, но и другие страны не отстают. Ожидается, что к концу 2019 года в эксплуатацию будет запущено 55 сетей. Близкое расположение соседних стран и большое количество операторов значительно усложнит развертывание в Европе. Для решения этой задачи Еврокомиссия создала план действий «5G для Европы», цель которого — переход к активным действиям и создание программы развертывания сетей во всех государствах ЕС к концу 2020 года.
Промышленные государства, такие как Китай, Япония и Индия, уделяют особенное внимание практическим и финансовым аспектам перехода к 5G. Новые антенны, инфраструктура, оборудование и ПО — «золотая жила» для профильных отраслей во всем мире, поэтому на оперативности развертывания делается особенный упор. Один из крупнейших операторов связи в Индии уже обеспечил совместимость с 5G по всей своей сети; также ожидается, что China Mobile введет в строй 10 000 базовых станций 5G к 2020 году.
Безопасность в архитектуре 5G
Благодаря активному использованию облачных ресурсов, виртуализации, сегментации сети и других новых технологий внедрение 5G обеспечит огромные преимущества с точки зрения производительности и многообразия приложений. С такими изменениями появляются новые угрозы в сфере безопасности, а в архитектуре системы безопасности 5G — новые уязвимые места.
Стандарт 5G построен на методиках обеспечения безопасности мобильных технологий прошлого, однако «модель доверия» существенно расширилась, так как в оказание услуг вовлечено больше действующих лиц. IoT и рост количества пользователей — это рост количества конечных точек по экспоненте, при этом за трафиком многих из них нет контроля человека.
Среди улучшенных функций безопасности 5G, обозначенных в стандартах 3GPP, следует отметить унифицированную проверку подлинности для отделения проверки подлинности от точек доступа, расширяемые протоколы проверки подлинности для поддержки безопасных транзакций, гибкие политики безопасности, учитывающие большее количество сценариев, и постоянные идентификаторы подписки абонента (SUPI), обеспечивающие конфиденциальность сети.
Поскольку развертывание 5G идет полным ходом, а ключевые узлы, обеспечивающие производительность, все чаще становятся виртуальными, операторам потребуется постоянно наблюдать за системами безопасности и оценивать их. Следование передовым методикам означает комплексный подход к безопасности сети, наблюдение по всей архитектуре, устройствам и приложениям.
Несомненно, 5G обеспечит экспоненциальный рост скорости, к которому привыкли пользователи при каждом переходе к новому поколению мобильных сетей, но скоростью дело не ограничивается. Ожидаемые изменения в отраслях, от личного транспорта до производства и сельского хозяйства, будут настолько значительными, что многие уже называют 5G следующей промышленной революцией. В основе этой смены парадигмы — многосоставная архитектура 5G с МЕС, NFV, massive MIMO и облачной, ориентированной на сервис, архитектурой ядра, которые работают согласованно, предоставляя новое поколение услуг. Важнейшими факторами, которые помогут перейти к 5G и претворить изменения в жизнь, станут решения для тестирования 5G.
Узнайте больше о VIAVI 5G!
Вы готовы продолжить ознакомление с нашими продуктами или решениями для тестирования 5G?
Чтобы начать, заполните одну из следующих форм:
Читайте также: