2020是5G元年，也是Open RAN發展的關鍵之年。
從今年下半年起，關於Open RAN的新聞不絕於耳。這種全新的網絡架構在打開我們視野的同時，也帶來了很多的困惑。
本期，蜉蝣君將和大家一起探討關於Open RAN的故事。
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Open RAN劍指開放
說起Open RAN，Open這個「詞」的含義相當直白，就是開放的意思。RAN則是Radio Access Network縮寫，意思就是無線接入網。因此，Open RAN的含義就是開放的無線接入網。
對於2G和3G來說，RAN包含兩個網元：基站，以及管理基站的控制器（2G叫BSC，3G叫RNC）。到了4G，網絡開始扁平化，控制器被取消，基站直連核心網，RAN就只有基站這一個網元，5G時代依然如此。
2G和3G現在已在退網，我們暫且不提。關鍵是4G和5G，RAN側就是孤零零的一個基站，還要怎樣開放呢？
其實，這看似小小的基站，裡面大有乾坤。
在無線網絡發展的遠古時代，基站是渾然一體的一個設備，僅僅對外出兩類接口：連接核心網的傳輸接口，以及連接天線的射頻接口。
這兩類接口之間的基站主設備，就像是一個「黑盒子」，我們只是大概知道裡面是由電源，交換，基帶，收發信機，數字中頻，射頻等零件組裝起來的，運行著相關軟體來支撐這一系統的正常工作。
這些基站的硬體和軟體都是各個廠家自研的，內部各模塊的劃分和之間的接口對外不可見，其內運行的軟體也是如此。運營商要買基站就只能整套買，出了問題廠家包排查包解決。
到了4G時代，這個「黑盒子」稍微打開了點，大家都把基站劃分成了兩大模塊：BBU和RRU，以及它們之間的接口CPRI（通用公共無線接口）。
但是，BBU和RRU的內部實現還是不對外開放的，各廠家的方案各異。它們之間的CPRI接口雖然名字上帶著「通用公共」，其實也是私有的，各廠家都有各自的數據格式，不能互通。
因此，運營商要買基站，還是得BBU，RRU連帶軟體從一家整套買，愛立信的BBU是不可能接諾基亞的RRU的。
從2G到5G至今，隨著供應商之間競爭的加劇，倒閉的倒閉，併購的併購，供應商越來越少，而由於通信行業的技術壁壘又非常高，新的玩家很難進入，最終形成了近似少數廠家寡頭壟斷的客觀現實。
運營商設備投資的費用高企，各供應商的產品同質化，價格難以降低，又沒有新的廠家可以替代，這可如何是好？
於是，無數期望的目光紛紛投向了「白盒化」基站。
白盒基站，就是要把傳統的黑盒基站打開，並大卸八塊，軟硬體解耦，並將所有的接口開放。這樣一來，即使這些部件由不同廠家提供，只要大家都遵循相同的協議就可以組裝起來運行。
其中的BBU硬體需要使用通用伺服器（也稱作COTS，Commercial Off-The-Shelf，意為商用現成品），可以從市場上的任意伺服器廠家購買。
在BBU使用了通用伺服器之後，就必須支持虛擬化功能（稱作vRAN），才能在上面靈活地部署來自不同廠家的功能軟體。
RRU硬體由於不僅僅處理數據，還要進行無線信號的發送和接收，必須使用專用的功放和濾波器等部件，因此不能直接使用通用伺服器，需要由專業的RRU廠家提供。
不同廠家的RRU硬體，怎樣運行不同軟體提供商的軟體呢？這就需要這些硬體遵循同樣的開放架構，並且支持虛擬化。這樣一來，運營商不論從哪家購買RRU，都可以運行第三方的軟體。
RRU怎樣和不同廠家的BBU軟體對接呢？這就要求RRU和BBU之間的接口也是要開放的，大家都完全遵守相同的協議，才能互通有無。
在5G時代，傳統的BBU可進一步拆分成CU和DU，這兩個網元也可以採用不同的軟體供應商，運營商的選擇更多，網絡的靈活性進一步增加。
比如，基站RRU的硬體採用供應商A，B，C三家，RRU軟體採用供應商D，E，F三家，CU和DU的硬體採用供應商G，DU的軟體採用供應商H，I，J三家，CU的軟體採用供應商K。
這樣一來，原先只能由2到3個傳統設備商提供的同質化的基站，現在可以由11家廠商提供。原先孤零零的一顆大樹，現在變成了一片樹林，還形成了新的生態系統，各廠家在自己的生態位上各司其職！
這樣一來，對運營商來說，其供應商體系將更加靈活，更加多元化，還能引入充分的競爭來激發創新活力，不必再擔心因網絡被某家供應商獨佔而喪失議價權。網絡建設的成本也得以降低。
基站白盒化的訴求，核心在於軟硬體解耦和接口開放，承載著運營商對於成本的節省，以及擺脫設備商脅迫的夢想，成就了如今Open RAN的風起雲湧。
上圖是一個關於Open RAN部署動機的調查。可以看出，28%的運營商的訴求是降低成本；21%的運營商考慮解除供應商鎖定，引入競爭；15%的運營商想要藉此增強網絡部署的靈活性。此三點需求佔了64%，是絕對的主流。
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Open RAN背後的組織
當大家在討論Open RAN的時候，經常能看到C-RAN，xRAN，O-RAN，ORAN，oRAN，OpenRAN，Open vRAN，O-vRAN這些字眼，讓人眼花繚亂。
它們又都是什麼意思，跟Open RAN之間的關係是什麼呢？
上面這些說法其實來源於三個不同的組織：O-RAN聯盟，OpenRAN工作組，以及Open vRAN計劃。我們先從O-RAN聯盟說起。
2018年，那是一個春天，在西班牙巴塞隆納一年一度的世界移動大會（MWC）期間，中國移動，美國AT&T，德國電信，日本NTT DOCOMO，以及法國的Orange這五巨頭聯合起來，宣布了O-RAN聯盟的誕生。
O-RAN聯盟的前身，就是中國移動發起的C-RAN聯盟，以及日本NTT DOCOMO主導的xRAN論壇。
C-RAN，就是Centralized RAN或者Cloud RAN，由中國移動在2009年提出。其核心思想是把多個BBU集中部署形成基帶池，然後再進行虛擬化和雲化，從而降低能耗，基礎設施投入以及運維成本。
xRAN成立於2016年，其主要目標是用開放可替代的通用伺服器來替換傳統基站的專用硬體，從而將基站的軟硬體解耦，核心思想也無非是開放二字。
基於相同的目標，C-RAN聯盟和xRAN論壇合二為一，成為了新的O-RAN聯盟。上文提到的ORAN，oRAN等不同寫法也都代表的是O-RAN聯盟。
O-RAN聯盟的成員眾多，參與的運營商除了包含創始的五巨頭之外，還有中國電信和聯通，西班牙電信，英國沃達豐，日本軟銀，KDDI等，幾乎囊括了全球絕大部分主流運營商。
設備商裡面，愛立信，諾基亞，中興，三星，中國信科等都是O-RAN聯盟成員，只有華為沒有參與。高通，Intel等晶片廠家也位列其中。
此外，還有大量新興的中小設備商的參與，包括美國的Altiostar， Parallel，Mavenir，以及來自中國的佰才邦，賽特斯，亞信，京信等，他們都想從中分得一杯羹。
那麼，O-RAN是怎樣對基站進行拆分呢？主要有下面四個目標（新四化）：
接口開放化：把基站內部原有的封閉接口的開放，在這個基礎上，不同廠家的軟體才有可能無縫配合，以此降低對單一廠商的依賴，鼓勵創新，降低成本。
軟體開源化：推動無線協議棧開源，共享代碼，降低研發成本，讓產業企業把更多精力聚焦在核心算法和差異化功能軟體的研發上。
硬體白盒化：將傳統基站的專用硬體用通用伺服器代替，充分進行軟硬體解耦，降低行業門檻，吸引更多中小企業參與競爭。
網絡智能化：RAN開放和解耦之後，可以引人工智慧，實現複雜組網環境下的高效運維管理，提升頻譜資源的利用率，降低網絡能耗。
在上述四點思路的指導下，基站就被分解成了下面的樣子：
O-RAN聯盟負責制定統一的技術規範，以及互操作測試規範，在順從3GPP定義的5G基站標準接口（E1/F1/FH/X2/Xn/NG）的基礎上，還自行擴展了A1/O1/O2/E2等接口，約束非常嚴格。
為了實現上述目標，O-RAN聯盟成立了9個工作組，3個焦點組，以及1個開源軟體社區。
下面再說另一個主要組織：OpenRAN。
2016年，Facebook發起了一個叫做TIP（Telecom Infra Project，電信基礎設施）的項目，下面包含了很多子項目，其中就有一個OpenRAN的項目計劃。
2017年，全球運營商巨頭沃達豐把自己研究的SDR RAN的成果奉獻給了TIP，並創建OpenRAN工作組，旨在建立一個基於通用伺服器，可軟體定義技術的白盒化RAN解決方案。
參與OpenRAN的運營商成員以歐美地區為主，中國的三大運營商都沒有參與。項目由沃達豐和西班牙電信牽頭，沃達豐負責全力推進。
傳統設備商中，除諾基亞積極參與之外，愛立信，華為和中興都沒有參與。此外新晉設備商三星對此也非常激進。
此外，希望夾縫生存，在通信市場分得一杯羹的大量歐美新興的中小設備商的參與非常積極，他們已經在全球開始部署OpenRAN商用網絡，並開始組建自己的生態系統。
跟O-RAN聯盟不同，OpenRAN工作組並沒有對開放網絡的內外部接口進行嚴格規範的定義，他們屬於務實行動派，積極鼓勵各運營商和設備商進行Open RAN網絡的實際部署，並在外場進行互操作測試。
也就是說，O-RAN聯盟是標準先行，而OpenRAN則是先部署驗證，標準後續再補。因此目前實際部署的開放接入網絡基本都是基於OpenRAN的。
總體而言，O-RAN和OpenRAN這兩個組織的參與成員雖然不盡相同，推進策略也各有側重，但其目標和產品方案卻大體一致，擁有非常廣泛的共同語言。
在2020年2月份，兩者攜起手來，共同在歐洲成立了開放測試和集成中心（OTIC），共享資源來進行Open RAN的研究和推進。
從上圖可以看出，OpenRAN定義了一套自己的工作流程，並和3GPP，開源軟體社區，以及O-RAN聯盟之間都有廣泛的合作。
話說另外一個組織：Open vRAN的起源，也要從2018年說起。
同樣是在當年的巴塞隆納全球移動通信大會上，思科發布了一個名為Open vRAN生態系統的計劃，目標同樣是基於通用硬體，以及開放式模塊化的軟體架構來讓RAN走向開放之路。
Open vRAN也被稱作O-vRAN。vRAN裡面的v就是virtualized，指的是虛擬化，Open RAN的基礎。
據悉，在2020年6月，思科和Telenor在挪威總部已經開始了Open vRAN的實驗，進一步驗證使用虛擬化的開放架構的成本和效率。
從上面的介紹可以看出，Open RAN是一個統稱，代表了目前的基站白盒化，接口開放化，以及軟體開源化，網絡智能化等網絡發展架構，而O-RAN，OpenRAN，Open vRAN等則是推動Open RAN不斷前進的組織名稱。
正是這些組織的諸多工作，不斷為Open RAN添柴加火，成就了Open RAN今日的熱度。
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Open RAN需要面對的問題
毫無疑問，Open RAN代表了無線網絡發展的方向，在技術上是可行的。但與此同時，它的成熟度又是明顯不夠的，面臨的挑戰也是巨大的。
開放的接口會帶來更加複雜的處理機制，部分接口還需定義全新規範的信令流程，增加了整體的設備複雜度和系統集成的難度。
並且，多個供應商之間要互聯互通，就必須進行互操作測試。目前該測試也就是僅限於基站，核心網兩個網元，涉及的廠家也不多，即便這樣在前期也是困難重重，常有不兼容的情況發生。
Open RAN把基站拆地七零八碎，由於各廠家的技術方案各不相同，他們之間對接口相關規範的理解也可能存在差異，所需互操作驗證的工作量是非常巨大的。
Open RAN的目標是硬體白盒化，使用通用伺服器。這類硬體伺服器的功能很強大，使用的是X86架構的通用晶片，什麼都能算，不但成本低，靈活性還高。
但通用晶片也有致命的缺點，那就是沒有經過特殊的定製和優化，對流量的處理效率低，功耗高。
而傳統的黑盒基站，則主要是用FPGA和ASIC這樣的專用晶片，軟硬體是集成在一起的，因此也被稱作SoC（System on Chip）。
FPGA，就是可編程集成電路。它可以通過硬體編程來改變內部晶片的邏輯結構，但軟體是深度定製的，本質上其實就是專用晶片。
ASIC，即專用集成電路。顧名思義，它是為專業用途而定製的晶片，其絕大部分軟體算法都固化於矽片，特點是「軟硬體一體」。
專用晶片的優點是結構簡單，性能強，體積小，功耗低，但靈活性差，基本沒有可擴展性。
它們之間的優勢對比，如下圖所示：
圖片來自公眾號：鮮棗課堂
據業界研究，如果採用通用晶片來實現5G基站功能，其需要的晶片數量是專用晶片的18倍，功耗約是專用晶片的30倍。
如此巨大的功耗差距，使得白盒硬體難以滿足宏站的性能要求，因此Open RAN產品多以微站，室分等為目標場景，或者以農村等低價值區域作為突破口。
採用Open RAN建網之後，性能到底怎麼樣？目前這個系統還處於方案驗證階段，對於其網絡性能能否滿足預期，還要打個大大的問號。
可以想到的是，在初期Open RAN僅僅是能正常工作，以微站形式部署，或者在低價值區域部署的策略對網絡性能的容忍度也較高。
可以預想的是在系統集成驗證完成之後，Open RAN才會逐漸在性能問題上進行增強。
並且，白盒硬體系統複雜，多廠家配合的可靠性也沒有經過市場驗證。
通常來說，運營商網絡的可用性級別必須達到6個9的標準，也就是99.9999%。但是目前來看，白盒硬體難以做到這一級別。
如果要滿足網絡可靠性要求，就必須增加設備冗餘備份。這就造成了設備成本的增加。
一個基站由多個廠家的軟硬體配合起來工作，多廠商之間如何進行安全隔離？如何保證最終的系統是安全的？
無線系統的複雜度遠超作業系統的數十倍，如果採用開源軟體，又怎樣規避其中的安全風險？目前成功的大型開源軟體，都要經過5年以上的積累和穩定周期。而O-RAN的軟體開源才剛剛起步，道阻且長。
軟硬體分離解耦之後，同一個基站系統可能包括不同廠商的軟體和硬體。這樣一來，就會很難分清安裝和維護時的責任劃分。
眾所周知，以前一兩家廠商的時候，扯皮都是家常便飯。換成N家廠商，肯定會鬧得雞犬不寧。
安裝階段，扯皮將嚴重影響設備安裝的工期，增加成本。維護階段，扯皮還會增加故障的恢復時間。
並且，對於運營商來說，原本只需要掌握和維護三家設備商的產品，現在數量上直接翻了幾倍，無形中也增加了學習成本和管理成本。
這樣以來，運營商很有可能在設備投資上省下來的錢，又被迫投入到網絡維護的無底洞中去，最後一算帳成本並沒有降低。
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2020年的Open RAN成績單
目前來說，Open RAN的推動力主要來自兩條線。
一條線是前面介紹的O-RAN和OpenRAN這兩個組織的持續努力，其中以沃達豐牽頭的OpenRAN工作組最為積極，近一年來成果卓著。
另一條線則來自於美國政府的5G焦慮。
眾所周知，美國本土的大型設備商均已不復存在，為了達到所謂「網絡安全」的訴求，並進行行業的重新洗牌，塑造有利於美國的產業生態，美國在對Open RAN的支持上不遺餘力。
2019年12月，美國國防部要求美國企業開發開源5G軟體，重塑產業生態。
2020年1月，美國兩黨參議員提出一項華為替代法案，要求設立一個7.5億美元的基金，用來支持Open RAN的開發。同時，美國國防高級研究計劃局宣布正式啟動「開放，可編程，安全的5G計劃」，標誌著美國的5G戰略開始實施。
2020年2月，美國政府召集頂級運營商和技術公司，與AT&T，戴爾，微軟合作開發5G軟體，以減少對華為設備的依賴。
2020年5月，具有濃厚美國政府背景的Open RAN政策聯盟宣布成立。前美國國家電信和信息管理局行政長官擔任該組織執行董事，且該聯盟的31家成員中有24家是美國公司。
2020年7月，美國政府要求日本的NTT DOCOMO和NEC加入Open RAN政策聯盟。
2020年9月，美國聯邦通信委員會（FCC）舉行線上5G Open RAN論壇。在美國的威脅之下，歐洲各國開始禁用華為設備，多個的運營商表示未來會使用Open RAN。
2020年11月，美國眾議院通過了年初提出的7.5億元Open RAN支持資金，這些撥款將在新的電信法案頒布後的18個月內發放。
2020年12月，美國聯邦通信委員會計劃向運營商支付一定費用（耗資可能超過20億美金），幫助他們拆除華為和中興的設備，並表示可以採用Open RAN方案。
在美國政府的胡蘿蔔和大棒之下，2020年下半年，全球的Open RAN試點顯著加速，呈現一片熱火朝天的景象。
6月，GSMA和O-RAN聯盟宣布合作，共同推進Open RAN相關的軟體和硬體及解決方案的應用。思科和挪威Telenor宣布合作進行Open vRAN的研究和落地。愛立信表示Open RAN是其研發重點之一。
7月，諾基亞發布現有產品支持Open RAN的路標，並表示：「無論運營商是否採用Open RAN，它都在為未來的網絡架構做準備。」 三星也聲稱已推出了完全開發和虛擬化的5G RAN產品，並表示：「三星是開放系統的忠實擁護者。」
從此之後，Open RAN在全球的試點遍地開花。