流動無線通訊起革命:Open RAN


圖片來源: O-RAN 官方網站

一年多前跟大家談過我對5G技術及流動通訊無線技術的一些看法(入門上篇下篇困局)。在過一段日子,美國對華為的封殺令經常成為新聞頭條,讓大眾也開始關注流動網絡的設備供應商。華為不斷強調其5G銷售不會因為美國制裁而停止,而2019年華為確實仍然有可觀的收入增長。我自己亦相信特朗普並不是華為面對的最大的威脅,因為接下來要介紹的行業革命,才是華為(以及 Nokia 與 Ericsson)在無線通訊方面最需要擔心的危機 —- 開放式無線接入網絡架構 Open RAN。

被大企業壟斷的時代

過去在流動通訊設備這行業,雖然有過幾個世代的輪替,但始終是由幾家大企業壟斷整個行業。已成為過去的有 Alcatel、Nortel、Siemens 等,如今仍然未倒下的有 Ericsson 及 Nokia,再加上後起的華為及中興。而當網絡由2G一直演進到5G,背後的規格文件一直累積,複雜程度以幾何級上昇。如今就算強如三星這樣有國家扶持的大企業,也很難踏進這個市場。當中很重要的原因,就是任何人想進入這個行業,就必需由零開始一手一腳建構網絡設備,成本及難度都非常非常高。

目前流動通訊網絡協議是由國際組織 3gpp 去制定,請恕我大膽地做一個簡化圖,介紹一下幾個重要部份:

不同的手機廠家(準確而言是手機處理器廠家),只要確保其通訊設計符合 3gpp 協議,就可以接入任何廠家的無線網絡。同樣地,不同的無線網絡設備廠家,只要確保其通訊設計符合 3gpp 協議,就可以接入任何廠家的核心網絡。過去這種設計令網絡有一定的開放性,不同廠家的設備可以互相連接,例如蘋果的手機可以連接華為的無線網絡,後者又可以連接 Ericsson 的核心網絡。但到了廿一世紀,這種架構卻顯得非常保守,尤其是與其他科技相比,更顯得落伍。

封閉 Vs 開放

不論大家使用 iOS 還是 Android,智能手機最吸引的地方是開放的系統,來自全球的程式設計者開發了數之不盡的應用程式,如果你覺得某個程式不好用,你可以隨時下載另一個。試想像如果iPhone只能使用蘋果的程式、Android系統只能使用Google的程式,那麼智能手機會變得多麼單調!手機的發展還能像今天這麼豐富嗎?

註:上圖為4G/5G網絡。如果是2G/3G,在基站之上還會有一個基站控制器(BaseStation Controller),管理數十至數百個基站。

對於流動網絡設備,情況就有如封閉的手機應用系統。無線電裝置及基站的硬件、作業系統及軟件程式,只能全部選擇單一供應商。A廠家的硬件無法運行B廠家的程式,有任何程式改動的要求,都只能等待A廠家解決。就算有程式設計員懂得自行開發新功能,也無法改動那封閉的系統。同時,由於無線網絡規格已變得異常複雜,中小型初創企業難以進入市場,現行架構只會更進一步鞏固龍頭企業的地位。

隨著全世界都期待着5G可以接通更多不同設備、創造更多前所未有的網絡應用,全球各地的網絡服務商都覺得過去的模式很難應對將來急速轉變的世界。因此,幾間國際間最大型的網絡營運商 —- AT&T、中國移動、Orange、NTT docomo、德國電信 —- 聯手創立了 Open RAN 組織(下文簡稱為 O-RAN),推動建立更開放的無線網絡架構。隨着 KT、Telefonica、Telstra、BT 等更多網絡營運商加盟,又有 Samsung、Intel、Qualcomm、中興、NEC 等流動通訊行業新手老手,亦有 Dell、facebook、Cisco、NVIDIA、IBM、VMware 等希望進入此行業分一杯羹的企業,以及一堆新公司新面孔,令 Open RAN 漸漸變成不能忽視的聲音。

對於三大龍頭企業 Nokia、Ericsson 及華為而言,O-RAN 會嚴重打擊現時壟斷無線接入網的狀態。Nokia 最早宣佈加入 O-RAN,而 Ericsson 及華為起初則非常抗拒 O-RAN 架構。但令人意外的是 Ericsson 於 2019 年初改變態度並宣佈加入 O-RAN。華為就依然不願加入,指出認為 O-RAN 會令行業增加成本,現時情況演變得猶如「華為vs全球所有企業」的狀態。

開放架構的優勢

Open RAN 架構圖,圖片來自 O-RAN 網站

封閉的系統架構就如上文所述,整套產品只能由同一家廠商設計及生產,開發新功能的週期會比較長,而廠家亦未必願意為個别特定用途開發定製功能。O-RAN 組織則提倡業界共同制訂架構準則,讓無線接入網絡使用尤如電腦 CPU 一般的通用處理晶片,再建立類似 Windows 或 Linux 這樣的作業平台。有這樣的基礎的話,為流動無線接入網絡開發程式就有如電腦程式或手機App一般方便,大力推動行業更多元的發展,以匹配日後5G融入各種生活設備及任何工業所帶來的挑戰。

Open RAN 架構將本發展得異常複雜的無線接入網絡分拆為數個單元,令此行業的入場門檻大大降低。各大小企業毋須精通由無線電傳播到軟件編程這麼闊的知識,無論是原本在某一範疇有一定基礎的企業,還是世界各地充滿衝勁及創意的年輕人,都可以鑽研 Open RAN 架構當中的某一個單元,嘗試推出獨當一面的產品。因此在 O-RAN 組織大家看到不少曾經在流動通訊拼搏過的名字,或在其他行業已有穩定基礎的企業,以及近年新成立公司的新面孔,都希望在這個開放構上爭一日的長短,進入流動通訊這個一直被少數企業佔據的行業。

取捨與挑戰

圖片來源:3G4Gblog YouTube

凡事有利必有弊,華為提出的擔憂亦有其道理。因為對於網絡營運商而言,Open RAN 架構雖然讓他們毋須依賴單一廠家,引入競爭可以給予更多選擇以及有助降低成本,但同時亦帶來另一種成本的上升 —— 設備兼容測試及調整。因為當不同廠家的軟硬件要在同一個網絡上運作,不同廠家就必須要互相協調,網絡服務商亦要進行更多兼容性測試。不過既然 Open RAN 架構是由網絡營運商發起,他們自然有所準備。O-RAN 組織提出設立跨營運商及跨廠家的兼容性測試中心,希望組織能分擔大部份的基礎測試工作,讓各地營運商不用重覆同樣的工作,減輕大家的成本。

另一個取捨則是在效能上。因為像 CPU 這類通用處理器雖然可以讓不同軟硬件廠家參與生產,但在處理效能及電力消耗上則會差於為特定用途設計的專用晶片。近年在處理器能力的不斷提升下,現今互聯網的大型伺服器有很多已經改用虛擬機代替,而在流動通訊方面,近年世界各地新建的 5G 核心網絡亦已採用虛擬伺服器,以電腦伺服器取代過去各式各樣的專用設備。O-RAN 組織早前於印度進行小規模網絡測試,以 Open RAN 架構實現兩年前的 3gpp 協定,成效不錯。但若然要大規模應用,再要追上最新的 3gpp 協定,並且實現 5G 高效能、低時延的特點,相信還需要一眾廠家不斷努力。

意見:世界潮流,浩浩蕩蕩

圖片來源:3G4Gblog YouTube

Open RAN 設備要完全追上現今三大龍頭廠家,個人估計起碼要三至五年。但由封閉系統轉向開放架構的發展趨勢,卻是無法阻擋的世界潮流,亦是業界為應付未來 IoT 及 IoE 所必定要行的道路。現今單一廠家開發的系統,要添加新功能或改變現有功能的開發週期太長,絕對追不上未來跨產業發展需要。而單一廠家所能提供的彈性及多元性,亦比不上大小廠家共同建構的龐大產業生態,無法滿足網絡營運商應付未來千萬種場景的要求。

Nokia 及 Ericsson 也許是看到未來的發展趨勢,也許只是應付網絡營運商的要求,很早就宣佈加入 O-RAN 聯盟。觀乎外國網站的評論,現時兩位老大哥名義上加入了,但是實際上仍是處於觀望態度,組織內最活躍的依然是一眾新興廠家。對於這兩個既得利益者而言,雖然開放架構必定會推倒現有行業生態,但若然能夠盡早參與制訂 Open RAN 架構的標準,一方面可以將自己現有系統設計變成將來的標準,同時亦可以盡早令自己公司的產品規劃路線圖與未來的標準拉近,是龍頭企業逐步適應未來發展的最佳策略。

至於很多人稱呼為 5G 產業龍頭一哥的華為,他們一直對 O-RAN 持抗拒態度,會否上演出「一眾大衛打倒巨人歌利亞」的劇情?我認為現實世界沒有永遠的敵人,當華為真正意識到多廠家協作才是未來的走向,他們最終也會選擇加入 O-RAN 聯盟。但是越遲加入的話,在組織內的話語權就越少。而自己原有系統與開放架構的差異越大,最終要適應新結構所需要付出的成本就越高。

世界潮流,浩浩蕩蕩。無數行業以往的壟斷狀態都已經被新技術打破,而5G通訊是近年最熱門的科技之一,無線接入網絡又是當中的最前線,我不相信可以逃避這潮流。過去的巨人終會被拉下來,成為新一代行業生態百花齊放的一份子。唯有接受及適應這轉變,才能找到自己未來在這產業的位置。

P.S. 作為香港出身的無線工程師,很可惜的是完全沒有香港網絡營運商參與 O-RAN 組織。香港物聯網發展極其緩慢,只有網絡而近乎沒有應用。在一網多用的世界,網絡各個部份的運作都要因應不同的應用場景而不斷調整,唯有建立智能、多元、富彈性的網絡架構,打破過去網絡與應用的硬性分工,才能適應這複雜的世界。若然網絡營運商的思維仍然是「網絡歸網絡、應用歸應用」,繼續讓各網絡部門各自為政,就無法與萬物互聯的未來接軌了。

延伸閱讀

Light Reading – Open Conflict Over Open RAN
Light Reading – Why Ericsson Is Joining the ORAN Alliance

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