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5G开放之路

2020-03-05 10:26:38 成都呼叫系统 www.xss.net.cn 912

近几年成都网络电话的主要工作精力在SDN/NFV以及网络云化与智能化转型方面,在网络转型研究和实践中促使我一直在思考网络开放与通信行业发展相关问题。面对5G大潮和万物智联的广阔前景,通信行业既看到了巨大的蓝海机遇,也面临巨大的挑战。5G网络的根本性创新是实现了网络的全面IT化,即基于SDN/NFV和云原生技术构建网络体系,这些IT技术基因的转入为5G走开放之路奠定了技术基础。

关于信息通信网络的未来方向,可以从许多维度去研究和分析,如果一定要用两个词来描述的话,我将选择“智能”与“开放”这两个关键词。本文中我将梳理一下自己对“开放”这一话题的思考,首先申明这些文字仅代表我作为一名研究人员的个人认识,不能代表我所供职单位的观点。

“开放”本身有着丰富的含义,既有产业技术含义,也有经济社会含义,“开放”与“共享”、“协作”等紧密关联。开放体系与封闭体系各有优劣,开放与封闭也在循环转换,封闭体系在一定阶段和范围内有着高效高质高可控的优势,如苹果封闭的iOS操作系统与谷歌开放的Android操作系统孰优孰劣一直存在争议。总体看、长远看,更加开放的技术与社会生态体系,更有利于激发创新活力和发展潜能。“开放”往往是打破旧藩篱,开创新时代的利器。互联网的繁荣得益于开放,中国的经济社会发展得益于开放,我认为5G的大发展和更长远的6G也要走开放之路。

一 开放是IT与互联网产业成功之关键

半个世纪来,以计算机和互联网为代表的IT行业蓬勃发展,创新活力十足,创新成果不断涌现,而“开放”是关键成功之道。

1 软硬解耦推动了计算机产业的大发展

IBM作为IT行业先锋巨头为计算机产业发展做出了巨大贡献,上个世纪60年代发展起来的IBM大型主机,是硬件、软件、应用一体化的计算机系统。

80年代,微软操作系统作为独立软件问世,打开了计算机产业开放的大门,采用Intel芯片和微软操作系统成为了PC机的标配。硬件软件分离后,各部分可以独立发展和创新,尤其是操作系统之上的应用开放,直接推动了IT行业的大发展与大繁荣。

同时代,乔布斯的苹果PC坚持软硬件一体的路线,完败于软硬解耦的Wintel组合。微软与Intel强强联手的Wintel组合成就了计算机产业,也成就了Intel与微软两大科技巨头,但同时也形成了二者对产业的新垄断。

90年代,更具开放精神的开源操作系统Linux横空出世,开辟了开源软件新天地,将IT行业的开放推到了以开源为特征的新高度。

本世纪以来,云计算成为计算机发展新趋势,以OpenStack为代表的开源软件继续引领云计算新时代,云计算本身也是基于计算资源共享的开放理念,Wintel组合在云计算时代失去了其光环。

2 网业分离激发了互联网行业的创新活力

有着半个世纪历史的互联网,早期用于军事和教育科研,上个世纪90年中期才进入商用。互联网接入网、骨干网等网络基础设施主要由电信运营商建设,互联网企业成为寄生在运营商基础网络之上的服务提供商OTT( Over The Top)。

网络与业务分离,业务开放,大批富有创新精神的企业或个人进入互联网应用行业,大量的风险投资涌进,极大激发了互联网应用创新活力。互联网的发展受益于宽带接入及光纤网络的发展,互联网接入手段从铜线逐步演进到了光纤接入FTTH。

从上世纪90年代中期到本世纪前十年,是以固定接入为主的宽带互联网时代。电信运营商为用户提供宽带接入,从用户收取固定的接入费用。互联网企业提供创新应用,通过广告、游戏、电子商务等获取收益。

本世纪移动3G的问世标志着移动通信进入到宽带数据时代,这一阶段恰好乔布斯发明了iPhone智能手机,智能手机开始取代PC成为用户接入互联网的新兴终端。3G/4G移动宽带的大发展,以及智能手机的普及,为互联网应用创新提供了优越的网络环境,互联网应用进入到百花齐放的手机APP时代,草根创新活力被进一步激发,迎来了移动互联网应用产业的大繁荣。

移动互联网依然采用了与固定互联网类同的网业分离模式,电信运营商从用户收取移动流量费,OTT通过提供社交、娱乐、商务和金融服务为用户创造价值。

但这一阶段OTT服务价值突飞猛进,美国的GAFA(Google, Amazon, Facebook, Apple)和中国的BATJ等OTT互联网巨头快速成长,通过构建掌控用户和应用的大平台,成为了互联网时代的大赢家,也逐步成为了整个ICT行业的新垄断者和资本市场的宠儿。电信运营商则由于网络流量的不断贬值陷于业务发展困境,并受限于自身的创新能力和体制机制,在互联网应用上鲜有作为。

从市值上看,从2010年到2018年,美国的OTT巨头FMAGA(Facebook, Microsoft, Amazon, Google, Apple)的总市值从0.6万亿美元增长到3.7万亿美元,增长600%多,而GSMA董事会中25家电信运营商的总市值从1万亿美元增长到1.25万亿美元,仅增长25%,可见冰火两重天。

二 SDN/NFV:电信网络开放的理想与现实

1 软硬一体和标准一致是传统电信网络的基本特征

1876年贝尔发明电话,而后成立贝尔电话公司开始电报与电话业务运营,这就是今天全球最大的电信运营商AT&T的前身。AT&T长期来采用设备研制与运营一体的模式,大名鼎鼎的贝尔实验室就在这里。

直到1995年,随着美国电信业改革,从AT&T中将通信设备制造分离出去,AT&T成为不再研制设备的单纯业务运营商。当然在电信发展历史上,存在过大量的独立通信设备制造商,为电信运营商提供各类设备,经过不断的变革重组,形成了今天仅有寥寥数家大型通信设备商(华为、中兴、爱立信、诺基亚、思科)提供通信网络设备的局面。

电信服务作为国家基础设施服务一直受到政府严格管制,话音业务长期是电信服务的主要内容。通过标准化技术确保全球业务互联互通是电信服务的基本要求。电信技术和服务被严格标准化,电信设备也是基于这些标准进行研制和生产,长期以来联合国下属的官方机构国际电信联盟ITU在电信标准制定中发挥了关键作用。

但近20年来,随着互联网的发展,话音服务价值逐步下降,互联网数据服务上升为通信业务主流。由于互联网基础设施也主要由电信运营商构建,IP网络成为了电信网络新的重要组成部分,电信网络也由主要承载话音业务转向主要承载互联网业务。IP网络的关键设备路由器同样需要技术标准,不过其技术标准是由民间组织IETF制定,IETF运作模式与ITU完全不同,技术民主性更强,但在IP技术上拥有先发优势的Cisco公司在该领域又形成了一定的事实垄断。

近20年来,移动通信蓬勃发展,在移动通信标准中,ITU主要是提出需求、协商频谱资源,而具体的移动通信技术标准早已让位于民间组织3GPP。

无论是固定网络、移动网络还是IP网络,迄今几乎所有的通信设备商都采用了软硬件一体化模式,设备商基于标准研制一体化专用设备,运营商采购这些设备建设网络,提供标准化服务。一旦技术升级和标准换代,设备商需要重新研制新设备,运营商又需要重新采购新设备和建设新网络,周期长、投资大、灵活性差。

在网业分离的形势下,寄生在运营商网络之上的互联网业务却日新月异,尤其是在业务迁移到云计算后,业务动态性进一步加大,僵化的底层网络已无法适应上层业务创新的需要,传统电信网络变革势在必行。

2 SDN/NFV第一次打开了开放网络的大门

软硬解耦的计算机为网络设备树立了榜样。

10多年前,美国斯坦福大学的Nick Mckeown教授团队在研究中意识到传统网络的问题,提出了软件定义网络SDN概念,其初始动机就是希望打破传统网络设备软硬件一体化的僵化局面,让网络设备重演计算机软硬件分离的开放之路,从而激发网络产业的创新活力。

2011年,开放网络基金会(ONF)成立,致力于SDN技术的推动。ONF首次对SDN做出了定义,即“SDN是一种新型的网络架构,其设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离,并实现可编程化控制。”从中可以看出SDN的三大特征:控制和转发分离,网络控制集中,网络开放与可编程。Nick Mckeown教授团队发明了控制层与转发层之间的接口协议OpenFlow,迈出了网络可编程的第一步。

成都呼叫系统虽然OpenFlow技术本身有其局限性,除了在数据中心和园区网得到一定应用外,并未在电信网络领域得到更大规模的推广应用。但SDN技术思想已深入人心,采用SDN架构理念,实现网络集中控制和能力开放,成为了全球各大电信运营商和云服务商一致拥抱的网络转型方向。

不同于学术界的狭义SDN,工业界实际上是在发展广义SDN,也就是南向接口不局限于OpenFlow协议,也可以不对底层网络设备大动干戈,只是在网络管理控制和能力开放上增强。这其实是开放与封闭的折中,网络的可编程和开放性局限于网络控制平面,转发平面依然采用功能固定的包处理硬件。

SDN的理想主义者是不会就此止步的,为推动转发平面的可编程,Nick Mckeown教授等SDN先驱们2015年又发明了用于数据平面的新一代编程语言P4,解决了OpenFlow编程能力不足和扩展性差等问题,推动SDN迈向下一代。

P4产业化今天还处于发展初期,谷歌率先在其商用网络中采用P4技术,AT&T也在网络中安装了基于P4的白盒交换机,P4可编程芯片初创公司Barefoot Networks在2019年6月被Intel收购,P4的发展潜力已显现,但长期商业成功还有待进一步观察。

最早定义SDN的ONF经过重组后依然在坚持“解耦”与“开源”的理想主义路线,在包括中国联通的多个电信运营商和互联网企业支持下,ONF开展了CORD(电信局重构为数据中心)等多个颠覆性的网络开源项目,P4也是其积极推动的工作之一。

与SDN相关联的另一个重要概念是网络功能虚拟化NFV,NFV由以运营商为主体的电信标准组织ETSI所提出。2012年ETSI发布NFV白皮书,提出了NFV的目标和行动计划。

NFV的特点是软硬件解耦、硬件通用化和设备功能软件化。NFV希望借助云计算虚拟化技术,通过采用标准商用服务器、存储器和交换机来承载各类软件化的网络功能(VNF),从而替代软硬件一体的专有电信网络设备。

随着近年云原生技术的发展,云虚拟化将走向容器化,虚拟网络功能将走向微服务化。NFV的理想是实现虚拟网络功能层、云虚拟化层和硬件设备层的三层解耦,各层可独立发展和创新,尤其是希望与应用关联度最大的网络功能层能彻底开放,让更多的创新者参与研发和提供VNF,激发网络业务创新活力。

但在实践中,由于三层解耦的复杂性和系统集成的高难度,许多运营商又退而求其次,仅追求软硬件两层解耦,网络功能层与虚拟化层由同一厂商提供,如同操作系统与应用都被同一厂商所控制的计算机,开放的效果大打折扣。

SDN与NFV是既有区别又紧密关联的概念,SDN和NFV分别侧重网络连接能力和网络设备功能,因此SDN主要与传送承载网相关,NFV主要与核心业务网相关。SDN/NFV两个词通常放到一起。

3 SDN/NFV正在重构电信网络

SDN/NFV概念出现后,各大运营商先后制定基于SDN/NFV和云的网络转型战略,2013年AT&T发布的Domain2.0战略是其中的典范,AT&T提出到2020年网络软件化率要达到75%的目标。

中国联通2013年开始网络转型研究工作,2015年正式发布新一代网络架构CUBE-Net2.0白皮书,CUBE-Net 2.0是面向云端双中心的解耦与集约型网络架构,旨在基于SDN、NFV和云进行网络重构,实现网络即服务(NaaS),通过“解耦”增强网络灵活性和开放性,通过“集约”降低成本和提升效率。而后进一步明确了以网络“四化”转型(SDN化,虚拟化,云化,智能化)成就5G未来的网络发展思路。

基于近年来中国联通SDN/NFV网络转型技术研究与工程实践,我的总体体会有这两点:

一是SDN/NFV已在电信网络中得到成功应用,显示了巨大优势,并成为了构建5G等新一代网络的不二选择。SDN与NFV相比,总体看SDN应用部署走在了前面,而NFV需要伴随5G核心网的建设才能有更大发展;

二是目前电信网络中的SDN/NFV部署只是广义的SDN/NFV,离理想模式还有很大距离。基于通用硬件(白盒)与开源软件构建电信网络依然面临巨大技术和商业挑战,在这一点上电信运营商要落后于互联网企业及云服务商。

中国联通实现承载网络SDN化的工作走在了行业前列,2016年首次提出构建基于SDN的产业互联网CUII(China Unicom Industrial Internet),CUII成为与中国联通公众互联网China169并列、专注于服务政企客户的高等级互联网基础设施。

当然我们的SDN工作重心主要在控制平面和业务服务,自主研制了适用于超大规模异构网络的网络控制和协同器(通俗一点,也可称其为网络操作系统)。

SDN集中控制极大提升了网络服务的灵活性和敏捷性,并通过能力开放实现了与公有云服务的集成,提供了云联网等业界领先的云网一体化服务服务,这类服务在这次抗击新冠肺炎疫情中也发挥了重要支撑保障作用,为众多政府和医疗机构提供了快速灵活的云网服务。

继CUII后,SDN也全面应用于中国联通公众IP网及传送网等领域。2020年,中国联通IP网络及OTN光传送网将实现100%的SDN化。

近年来,中国联通在NFV领域也进行了积极探索,在物联网核心网和4G核心网中部分引入了NFV。随着5G核心网建设,NFV应用的爆发点即将到来。

三 5G的理想与挑战

1 万物智联:5G的理想

5G是今天电信行业甚至整个ICT行业最大的热点,也是国家战略的重要关注点。

5G定义了eMBB(增强的移动宽带)、uRLLC(高可靠和低时延)和mMTC(大规模的机器连接)三大类业务场景,几乎涵盖了今天所能想象得到的业务应用领域。

5G的接入速率、时延、连接密度这几个关键指标与4G相比都有10倍量级的提升,这是一个很显著的技术进步。

回顾移动通信发展史,每10年技术标准发生一次升级换代。

上世纪80年代的1G是模拟话音通信,90年代的2G是数字话音通信,本世纪的3G使移动网络从TDM发展到IP化阶段,并且幸逢乔布斯发明了智能手机,迎来了移动互联网时代,4G又为移动互联网尤其是移动视频提供了更强的网络环境。3G/4G移动互联网尚属于消费互联网阶段,应用以面向个人用户的生活和娱乐为主。

与以往不同,今天产业互联网已成为互联网发展的下一波,5G的发展重心和业务增长点将在产业互联网和物联网领域,实现万物智联是5G的理想,也是5G的最大价值所在,5G独特的技术优势对社会和行业数字化转型有巨大吸引力。

5G在这次新冠肺炎疫情防控中的积极贡献有目共睹,不但有力支撑了远程医疗,在远程教育、远程办公、视频直播、融合媒体、自动驾驶、无人机应用、复工复产技术支持等方面也发挥了重要作用。

总之,5G不仅是移动通信的下一代,5G是各类无线、网络及IT新技术的融合和集成;5G不仅是技术变革,更是产业融合、跨界拓展和生态重构的新机遇,万物互联使得5G应用充满想象空间;5G是未来的大产业,产业边界远远超越传统的移动通信;5G是国际科技竞争的新战场,各国、各大企业正在展开角逐。

全球统一的5G技术标准已基本确立。虽然5G在无线接入技术上没有明显的革命,仅是多种演进性创新技术的集成,但5G网络体系发生了革命性变化。

5G网络主要包括5G无线接入网和核心网5GC,5G无线接入网的新空口 NR采用了大规模天线、新型调制与编码、CU/DU分离等多个创新的无线传输及架构技术来提高频谱效率和接入速率,并增强系统的灵活性和适应性。

5G在网络体系上的革命主要体现在核心网,5G核心网采用了基于云原生的服务化架构(SBA),是基于NFV/SDN的云化网络。边缘计算MEC成为了5G网络中的内生基础网元,是5G网络不可或缺的关键部分。针对不同的业务应用,5G提出了提供网络切片(Network Slicing)服务的理念和方法,即为不同的业务应用提供独立的虚拟网络和服务资源。

总之,5G网络架构由于引入了云计算等IT技术思想,是通信网络由IP化向IT化转型的重大进步。

编者按

5G不只是电信运营商的5G,而是全社会的5G,是信息社会开放创新的大舞台,是技术改变社会的新动能,5G也是电信网络全面IT化转型的历史性机会。

如何集合社会创新力量共同推动5G发展,如何通过开放生态激活电信行业自身的改革动力和创新活力?

中国联通网络技术研究院首席科学家唐雄燕博士,通过对ICT技术及产业的历史回顾和深入洞察,提出了5G开放之路的5大方向。

1 能力开放

构建网络能力开放平台

赋能社会数字化转型

2 架构开放

推动网络功能部件解耦

打造积木式开放网络架构

3 网建开放

倡导网络共建共享

集合社会力量做大做强5G网络

4 产业开放

打破传统产业边界

实现跨界融合和生态开放

5 价值开放

利用区块链

建立互信的价值分享和开放共赢机制

与以往几代移动通信在标准完善后再进行设备研制和商用部署不同,由于社会对5G的巨大期望,5G采用了边标准制定、边设备研发、边商用部署的快进模式。

虽然5G已经商用,但其协议标准依然在持续演进中,目前全球5G研发、试验和商用部署采用的都是5G第一版本标准3GPP R15版本,更完整的R16版本预计到2020年上半年完成。

R15版本主要面向eMBB应用场景,高清视频、AR/VR等将是5G的首发业务应用。R16以及后续R17版本将进一步完善uRLLC和mMTC,推动5G工业互联网、车联网、物联网等垂直行业应用的发展。

5G不是单独的存在,5G只是提供了高带宽、低时延和大连接的网络环境,5G的作用需要与人工智能、云计算、大数据、区块链、边缘计算等新一代信息技术相结合,也需要依托底层光纤网络,也就是5G+ABCDEF(AI+ Blockchain+ Cloud+ bigData+ EdgeComputing+ Fiber),才能释放出改变社会的强大力量。

2019年是中国5G元年,2019年6月国家向三大电信运营商和中国广电发放了5G牌照。截至2019年底中国的三大运营商共建成5G基站13万个,5G已稳步前进,预计到2020年底我国的5G基站数将达到70万左右。

从全球看,截至2019年底,已有34个国家的61家运营商启动了5G商用。5G时代已来,势不可挡,机遇与挑战并存。

2 5G发展的商业与技术挑战

面对5G,运营商还有许多待解的困惑和难题,5G投资巨大,标准与技术尚在发展,商业模式和盈利点也不十分清晰。

(1)商业挑战

GSMA预测全球电信运营业未来5年的年收入增长率仅有1%左右,5G短期内还难以拉动运营商业务的增长。

传统的流量经营模式在5G时代难以为继,因为随着网络的提速降费和OTT应用的繁荣, ICT行业价值日趋向OTT偏移,OTT的增长速度和利润率要远高于电信运营商。运营商网络经营所获得的收益与网络所承载的OTT业务价值没有相关性,而且随着业务OTT化,用户与运营商之间的关联度也在日趋减弱,运营商增量不增收的问题愈发突出。

2019年我国电信业务收入增长仅为0.8%,但移动互联网接入流量的增长却高达71.6%。事实上全球运营商都陷入了增长乏力的状态。5G的到来,意味着更大的带宽和流量,如果沿袭传统互联网时代的流量经营模式,运营商的困局只能进一步加剧,一方面用户没有意愿为流量的增加付出更多的费用,另一方面更好的网络环境更有利于OTT的业务创新和巩固其应用垄断优势。

5G未来的业务增长点在产业互联网,在万物智联的蓝海市场。运营商对2B市场寄予很大的希望,但2B市场有着与2C市场不同的规律,2B市场的个性化、碎片化强,对行业知识要求高,商业模式多样,而且2B市场中ICT玩家多样,垂直行业自身、系统集成商、设备制造商、互联网企业、云服务商与电信运营商都可能参与该市场,运营商的话语权有限。

成都短信群发运营商缺乏在垂直行业中的技术和应用积累,运营商过去在2B市场中主要充当提供基础网络资源的管道商角色,未来运营商在潜力巨大的新兴2B市场ICT服务中能获得多大的市场份额还是一个未知数。

虽然运营商强大的渠道和线下服务能力,以及作为超大型企业的信誉和安全保障,对许多政企客户依然有很大吸引力,但长远看,运营商必须通过自身能力沉淀,在部分2B市场建立起服务和业务的足够竞争力以及对生态合作的掌控力,方能获得持久的商业成功。

即便是运营商最擅长的网络能力经营,如果没有能满足行业客户个性化需求的网络服务服务,也将四面楚歌,许多玩家都在觊觎5G专网市场。

(2)投资挑战

5G由于使用了更高的无线电频率,尤其还要引入毫米波频段,基站数量自然要大于4G,将来小基站(Small Cell)也将更大规模的部署,另外带宽和速率的提升必然带来功耗的增加,因此5G的建设与运营成本将明显高于4G。

关于5G的投资预测,各大研究咨询机构有不同的数据,即使从保守的研究数据来看,其投资也将达到4G的1.4倍左右。对于业务收入和利润增长陷入困境的电信运营商,这将是巨大的压力,而运营商的资金能力将直接影响到5G网络建设的速度和规模。

中国电信与中国联通在2019年9月宣布实现5G网络共建共享,即在全国范围内合作共建一张5G接入网络,其很大的动机就是为了减轻双方的投资压力,通过双方资源和资金的聚合快速完成网络建设,增强网络竞争力。

(3)技术挑战

5G的高性能指标来源于对技术的高要求,而且5G将是电信网络第一次向IT化的全面转型,技术和运营挑战前所未有。虽然技术进步使5G的能效比4G大幅度提高,但鉴于5G的大带宽和高流量,单个5G基站能耗依然是4G基站的3~4倍。

5G基站工作在更高的频段,如何经济有效地实现网络的室外与室内覆盖,也是要重点解决的技术问题。

5G网络组网模式有非独立组网NSA和独立组网SA两种,所谓NSA模式就是仅部署5G基站,继续利用4G核心网,而SA模式需要新建核心网5GC。NSA是5G商用的第一步,为更好支持垂直行业应用,充分释放5G的技术优势,必然要采用SA模式。

5G核心网络基于NFV/SDN,这方面的部分问题和挑战我在前面已谈到。边缘计算MEC与网络切片是5G网络最重要的两个服务特征,下面我再谈谈这两方面的挑战和困惑。

5G时代MEC的重要性凸现,超高清视频、车联网、工业控制等业务,提出了对网络的大带宽或低时延要求,因此需要通过在边缘节点进行流量卸载和本地处理来减轻骨干网的压力,降低网络时延,以及满足用户对数据与应用本地化的要求。但MEC如何发展,还面临多个值得研究与探讨的问题。如下:

(a)MEC部署位置问题。MEC是部署在网络的汇聚节点、基站位置还是用户驻地?不同的地点选择将带来不同的成本、性能以及机房改造和管理难度;

(b)边缘计算与通信云以及移动核心网的关系问题。MEC与移动核心网元UPF是集成还是分离部署?MEC是运营商通信云基础设施的一部分还是独立的体系?不同的选择带来不同的运营和管理方式;

(c)MEC定位问题。MEC是运营商的基础设施服务还是业务平台服务?运营商能否将边缘基础设施直接出租给OTT?简单的边缘机房或带宽出租最容易实现,但这将进一步使运营商沦为管道商,弱化运营商对业务应用和产业价值的掌控力;

(d)MEC组网问题。MEC与基站、移动核心网、公众互联网、骨干云节点以及企业专网如何组网?MEC之间是否需要互联?如何实现互联?

(e)MEC固移融合问题。虽然ETSI将MEC的名称由移动边缘计算(Mobile Edge Computing)扩展到了多接入边缘计算(Multi-access Edge Computing),但由于目前大多数运营商的固定与移动网络相互分离,二者的边缘节点许多时候处在不同的地理位置,妨碍了融合MEC的实现;

(f)MEC建设模式问题。MEC的建设是采用自上而下的统一规划建设模式还是采用自下而上的业务驱动模式?这是典型的先有鸡还是先有蛋的难题。

总之,MEC技术与商业模式的多样性与不确定性一直困扰MEC的发展。

网络切片是5G网络服务2B市场的重要手段。5G网络切片针对不同的业务场景分配不同的虚拟资源,为用户提供所需的差异化服务。不同切片相互隔离、互不影响,网络切片可以独立运营,并可以根据租户需求对网络功能进行定制。

网络切片的理念很好,但由于端到端网络切片涉及到无线网、核心网和承载网等多个层面,有赖全局协同和统一管理,尤其是无线接入网切片的标准尚未完善,成为实现网络切片的一大瓶颈。此外,5G网络切片能否完全满足2B市场对行业专网服务的质量、安全和定制化需求,还有待市场检验。

四 5G开放之路的思考

5G的大幕已拉开,5G应该是一个开放的大舞台,下一步就看戏谁来演?戏如何演?

5G不只是电信运营商的5G,而是全社会的5G,是信息社会开放创新的大平台。如何集合社会创新力量共同推动5G发展,如何通过开放生态激活电信行业自身的改革动力和创新活力,值得思考。

“开放”是一个很大的话题,从不同角度和维度有不同的理解,这里仅从如下几个方面谈谈个人的粗浅看法。

1 能力开放:构建网络能力开放平台,赋能社会数字化转型

5G网络不仅有大带宽、低时延的连接能力,还包含差异化服务QoS能力,计费能力,大数据能力,定位能力,网络管控能力,网络安全防护,边缘算力,边缘智能,视频分发,网络切片等多种多样的服务能力。但由于电信网络体系的封闭和各种能力的相互分割,电信网络所蕴含的丰富能力未能充分释放,养在深闺人未知,难以被应用开发者灵活使用。

反观互联网和云计算服务行业,有统一的开发环境和标准的开放接口,通过平台汇聚了强大的应用开发者,促进了互联网应用的繁荣。5G时代电信运营商应该构建统一的网络能力开放平台,实施网络服务平台化战略,打造标准化的网络能力API接口,以APP方式将更多的网络服务要素开放,实现网络即服务(NaaS),赋能应用开发创新和社会数字化转型。

2 架构开放:推动网络功能部件解耦,打造积木式开放网络架构

5G是电信网络全面IT化转型的历史性机会,互联网与云服务商以及新兴电信运营商(如日本Rakuten)在打造开放网络上的成功经验也为运营商提供了样板,其对开源与白盒的大规模使用有可能改变网络产业的游戏规则。更加开放的网络架构能更好地促进网络技术创新和业务应用创新,形成更加丰富和更具竞争性的产业生态,也有助于降低网络建设成本,提升资源利用效率。

5G在体系结构和技术标准上已为网络功能部件解耦奠定了基础,但在具体操作和工程实践中尚面临许多挑战。运营商还需要以更大的力度推动网络向着解耦和开放的目标迈进,包括:NFV的三层解耦,数据平面可编程的SDN,模块化的开放光网络,云原生技术在网络中的应用,开源与白盒服务的推广,5G核心网元UPF的开放,无线接入网RAN的开放,等等。

开放网络是电信运营商在网络运营的灵活性、敏捷性和高效性等方面追赶互联网与云服务商的关键,是顺应网络技术变革趋势的自然选择。

当然,网络架构开放和部件解耦也意味更为复杂的互联互通和系统集成工作,运营商需要进一步增强自主研发和集成能力,处于技术主导地位的设备制造商也要从通信产业长远发展的角度,给予运营商开放网络转型更大的支持,构建一个更富活力、更加健康和可持续的技术开放产业生态,避免传统电信产业的“柯达时刻”。

3 网建开放:倡导网络共建共享,集合社会力量做大做强5G网络

共享经济是这个时代最显著的特征之一。

中国铁塔的成立实现了通信铁塔等基础设施资源的共享,中国电信与中国联通在5G网络上的共建共享为整个行业树立了很好的样板。

在运营商自有资金受限的形势下,动员社会资金投入5G建设与发展,对做大5G产业大有裨益。可以进一步探讨采用共建共享甚至众包模式,吸引更广泛的社会资金和创新力量进入5G领域,加速5G的发展。如鼓励用户自建小基站,自建边缘节点,社区或行业用户可自建局域5G网络,这些单点或局域5G基础设施可在一定的可信和安全机制保障下实现互联和接入运营商5G大网。

边缘计算对5G发展非常关键,算力也是人工智能和大视频发展的基础依托,而且社会上存在大量的分布式算力资源,为边缘计算的共建共享奠定了一定基础。

研究机构预测到2022年,全球的中心化算力总计不会超过12%,分布式算力将超过88%,如果能通过开放合作,集合全社会算力,运营商可以转型为“算力+网络”服务的算网运营商,这样既能减轻运营商在MEC上的投资压力,又可以将依托在社会化算力上的业务应用纳入运营商的服务体系,拓展运营商的业务市场。

当然,要能够顺利实现网络共建共享,前面谈到的网络架构开放和接口标准化是必要条件,而且要建立更加自动化的网络智能运维体系。

更长远看,除了可以实现基站、光纤、边缘节点、局房、基础网络等信息基础设施的共建共享外,还可进一步实现动态频谱管理和频谱资源共享。

4 产业开放:打破传统产业边界,实现跨界融合和生态开放

电信业作为国家严格管制的基础性服务行业,体系一直较为封闭。虽然我国三大运营商之间的市场竞争这么多年非常激烈,练就了竞争内功,但运营商在包括互联网、云计算等在内的整个ICT产业中的竞争力、话语权和影响力却在不断下降。

5G的万物互联特性将引发产业的跨界融合,这为运营商实现业务转型和拓展新兴产业创造了前所未有的机会。社会和行业数字化转型对ICT需求巨大,如果电信运营商能够通过强化自身创新能力、团结生态合作伙伴以及利用资本手段切入数字化转型市场,将可能获得新的发展空间。如运营商可借助网络能力拓展云网一体服务,可深入边缘计算市场拓展算网一体服务(计算与网络深度融合),可提供定制化的2B专用网络服务(定制化的本地基础设施、边缘云、差异化管道、频率、基站、建维服务等)。

跨界融合既带来了跨界新机会,也带来了跨界新竞争。运营商的传统业务领地也可能被OTT们、系统集成商们甚至设备制造商跨界颠覆。而且OTT巨头对创新资源和平台的垄断力越来越强,运营商只有打造比传统互联网更加平等开放的价值分享和开放创新环境,重新将更多的草根创新力量吸纳进来,并利用5G视频、5G工业互联网等大带宽、低时延业务对网络性能高度依赖的新特点,在新环境中推动5G原生业务应用创新,才有可能在5G时代建立有别于OTT的差异化竞争优势,实现运营商在业务应用上的翻身。

跨界融合不仅体现在业务应用,也体现在网络技术领域。基于IT技术思想的网络开源与白盒解决方案被互联网和云服务商大量使用,正在试图颠覆传统的电信网络设备模式,电信运营商也希望建立更加开放和更富竞争性的技术生态,吸引更多的创新力量参与通信网络技术研发,避免单一设备制造商的技术锁定,获得更大的技术选择权、自主可控权和发展灵活性。虽然通信设备技术的开放与封闭还存在博弈,但开放的大趋势是明显的,只是达到目标的时间早晚问题和产业推进的时机成熟问题。

5 价值开放:利用区块链,建立互信的价值分享和开放共赢机制

开放的商业和技术成功有赖良好的互信合作和利益共享机制。要推动网络资源共建共享的良性发展,就要进行共享资源的权益化并建立可信的交易机制,无论是接入资源、边缘算力资源、骨干云资源,还是稀缺的频谱资源,都应该根据资源在创造价值中的贡献度获得相应的收益,同时根据对资源的占用付出相应的成本;同样为促进业务应用的繁荣,就要建立开发者、应用平台和用户之间的利益公平交易机制。

区块链的到来为这一问题的解决提供了很好的思路和技术手段,区块链的去中心化和不可伪造、不可篡改特性,奠定了公平价值交易的基础,而且避免了中心化寡头垄断可能带来的不公正。

长远看,区块链还有望重构通信网络架构和网络流量经营商业模式。例如,可探讨利用区块链对网络资源进行价值化重构,将比特价值与其上所承载业务(如金融、支付、商务、游戏、社交等)的价值紧密关联起来,这样就能变信息管道为价值管道,变流量经营为价值交易。

为此,需要构建基于区块链的去中心化可信网络基础设施,将数据流价值通过区块链通证(Token)体现,直接附加在网络层数据包内,这样使得网络交换的过程就是价值交换的过程,从而实现5G从信息网络到价值网络的变革,将5G网络打造为真正的数字经济平台。

在即将结束该文时,还有一个非常重要的问题,那就是开放与安全的关系。

没有网络安全就没有国家安全,开放之路到底是增强还是削弱网络安全?到底是有利还是有损国家信息产业的自主可控?有空时我再专门写文章,谈谈对这一问题的认识。

这里我先简单表明几个观点:

一是要坚持开放式自主创新,融入全球技术体系,避免与发达国家在技术上脱钩,同时不断扩大自主技术在全球技术体系中的贡献。

二是要激发内生的创新活力,打造我国百花齐放、充满生机的ICT技术产业,在做大做强核心骨干企业同时,更要创造有利于中小型技术创新企业成长的政策环境与发展环境,在全社会培育创新土壤。

三是要高度重视核心芯片和基础软件的自主研发,积极扶持核心芯片和基础软件骨干企业,为国内ICT设备系统创新和业务应用创新提供自主可控的底层技术支撑,核心芯片和基础软件的发展也应该坚持产业开放,在更广泛的应用实践中去完善和发展,积极融入开源并主导开源。

Open-5G,开放激创新,开放增活力,开放促发展,开放强安全,开放向未来!

五 无线接入网开放的探索

移动通信网络建设中最大的投资来自基站,基站一直是封闭体系,由单厂商进行软硬件研发集成后提供给运营商。实现基站(无线接入网RAN)架构的开放近年受到了电信运营商以及新兴通信技术提供商的很大关注和积极推动,尽管基于通用硬件平台和软硬解耦模式研制白盒化基站在技术上有较大挑战,但也取得了可喜的进展,沃达丰等部分运营商已宣布今年将进行OpenRAN的规模商用。

1 TIP OpenRAN项目和O-RAN联盟正在推动白盒化基站的发展

开放RAN领域目前有两个很重要的开源项目,一个是TIP旗下的OpenRAN项目,另一个是O-RAN联盟。

(1)OpenRAN项目

介绍OpenRAN前,先要介绍TIP。

Facebook作为互联网巨头有着庞大的数据中心及相关网络基础设施,在其自身计算及网络基础设施建设中大量采用开源与白盒方式。

2012年Facebook发起了开源计算项目OCP,成为了全球最大的数据中心服务器、存储器、交换机等硬件开源社区。我国互联网企业与电信运营商在国内也建立了类似的开源组织ODCC。

但互联网巨头的开源雄心不只在数据中心,也想用开源方式颠覆传统电信网络设备。于是,2016年Facebook又联合部分电信运营商发起了面向电信基础设施的开源项目TIP(Telecom Infrastructure Project),TIP项目涵盖了接入网、传送网和核心业务网三大领域,目前TIP已有超过500家成员,包括运营商、设备商、系统集成商以及创新技术提供商等。

TIP于2017年发起OpenRAN项目,致力于白盒化基站研发,希望通过模块化方式在提升网络灵活性同时实现无线接入网的低成本建设和运营,许多IT厂商和无线技术创新公司参与到该项目的研发和软硬件提供。TIP又于2018年启动OpenRAN 5G NR重点项目,切入5G基站领域。

(2)O-RAN联盟

2018年2月,中国移动、美国AT&T、德国电信、日本NTT Docomo以及法国Orange联合发起O-RAN联盟,旨在推动无线接入网的开放,主要工作包括:推动RAN虚拟化与智能化;定义API和接口,推动标准化和开源,支持灵活组网和更丰富、优质的业务;研究软件开源和硬件参考设计,保障复用和共享,提高联合创新能力,降低产业成本。

目前,O-RAN联盟已有24家运营商成员和137家厂商成员。2019年6月,我国三大运营商联合发布O-RAN的《开放参考设计理念、进展及未来演进策略》,2019年11月,我国三大运营商又联合成立开放无线网络设备测试和集成中心OTIC,旨在加速本地产业生态发展和促进5G开放基站服务成熟。

OpenRAN项目侧重软硬件设备的研制实操,而O-RAN联盟侧重架构标准化和接口开放工作,最近OpenRAN项目和O-RAN联盟宣布了一项联络协议,双方开展合作,以确保在开发可互操作的开放RAN解决方案方面的一致性,如OpenRAN 5G NR基站平台需求文件就包含对O-RAN规范的引用,双方还拟进行联合测试和集成工作。

在TIP OpenRAN项目和O-RAN联盟的推动下,无线网络开放工作取得了积极进展。尤其是TIP OpenRAN项目在沃达丰、西班牙电信和日本新兴运营商Rakuten等运营商的落地验证和逐步商用显示了开放无线网络的可行性。

无线网络开放是整个网络开放的难点也是关键,开放RAN能增强组网的灵活性和敏捷性,丰富设备供应产业链,降低网络建设和运营成本,并有利于5G时代运营商向垂直行业用户提供定制化网络服务。

2 无线接入网开放的挑战

开放RAN还处在商用初级阶段,尽管取得了令人兴奋的进展,依然面临多方面的挑战。

(1)成本优势短期不显著

开放架构下,参与基站研发的厂商包含软件/硬件/RRU提供商以及系统集成商,照顾到研发链上各厂商的利益,在形成规模效应前,白盒基站的成本优势还不明显。当然一旦进入规模应用,其成本优势应该是突出的。

(2)宏基站应用还不成熟

基站设备应用场景众多,不同场景下功能和性能需求差异性大,目前OpenRAN项目成果在国外主要应用在城郊或偏远地区,而国内三大运营商则聚焦于室内白盒微站的研发。支持大带宽、大连接数的开放架构宏基站还有待验证和服务成熟。

(3)性能还有待提升

基站对设备功耗、体积、稳定性和散热等指标要求极高。传统基站大量采用ASIC、DSP或SoC等,性能更有保障。而基于通用平台和软硬解耦的基站,在性能上尚需进一步提升。

(4)对运营商集成和运营能力要求高

网络开放需要运营商自身具备较强的自主研发、集成和运营能力。

(5)传统设备商的抵触

白盒与开源将打破旧有的设备供应链格局,处于主导地位的传统设备商自然会产生抵触。开放架构下,如何保障各方利益,如何平衡开源和专利保护也是很大的挑战VoIP电话


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