Disclaimer: все написанное здесь — исключительно мое личное мнение, которое может не совпадать с мнением моего работодателя (Intel Corporation) и организации The 3rd Generation Partnership Project (3GPP), в которой я являюсь вице председателем WG3.
Одна из популярных тем последнее время, в России и не только, это концепция Open Radio Access Network (RAN). Название предполагает, что существующие на данный момент сети 3G и 4G, не являются «открытыми». Под этим как правило подразумевается, что оператор, развернувший мобильную сеть вынужден использовать сетевое оборудование одного производителя (так называемый vendor lock-in). Идея Open RAN призвана позволить операторам (с относительной легкостью) использовать оборудование разных производителей (mix-and-match).
Возможно бы слышали об анонсах операторов о контрактах с несколькими производителями и не исключено, что это создало у вас впечатление о том, что мобильные сети позволяют использование оборудования разных вендоров. Ведь все компоненты сети и интерфейсы, соединяющие их, стандартизированы (см. организация 3GPP). Это впечатление - ложное. На практике, почти все операторы используют оборудование одного вендора в конкретном регионе — если у оператора больше одного поставщика, оборудование разных производителей почти всегда установлено в разных регионах и практически не взаимодействует между собой. Единственным исключением является «ядро сети» (core network) — примеров взаимодействия ядра и радио сети (через интерфейсы S1 в сетях 4G и NG в сетях 5G) разных производителей достаточно много. Что же касается RAN, то не смотря на наличие открытых стандартов для интерфейсов между базовыми станциями (X2 в сетях 4G и Xn в сетях 5G), взаимодействие базовых станций разных производителей — явление очень редкое. Как объясняется ниже, открытых стандартов для этого недостаточно.
Интерес операторов изменить существующий статус-кво довольно очевиден - предполагается, что возможность легкой замены части оборудования (а не во всем регионе, как сейчас) увеличит конкуренцию и снизит цены. Это серьезный мотиватор, ведь расходы на радио сеть составляют по разным оценкам от 70% до 90% всех расходов операторов. Впрочем, на данный момент не очевидно, удастся ли операторам реализовать эти преимущества, даже в случае развертывания сетей Open RAN.
Причин как минимум две:
Стоит также отметить, что концепция Open RAN заинтересовала и регуляторов - как в России, так и в США. В РФ возлагают надежды на то, что это облегчит задачи импортозамещения — например потому, что появится возможность заменять (на отечественные) компоненты сети постепенно, а не всю сеть за раз. Как ни странно, интерес США обусловлен похожими соображениями, ведь после падения Motorola и Nortel своих (больших) производителей оборудования для мобильных сетей в северной Америке не осталось. Впрочем, ситуация в США существенно лучше, чем в РФ - там по крайней мере есть такие фирмы как Altiostar, Mavenir и Parallel Wireless. Разумеется, по обьему продаж и линейке продуктов они не могут сравниться с ведущими производителями (Ericsson, Huawei, Nokia), но по крайней мере есть какая-то альтернатива.
Почему же сети 4G не считаются «открытыми» и что может измениться в 5G? Как уже отмечалось выше, необходимым (но не достаточным) условием для открытости сетей являются открытые стандарты. В области мобильной связи основной организацией по стандартизации является 3GPP, которая определяет как стандарты радио протоколов (air interface), так и стандарты сетевых интерфейсов. Например, в 4G интерфейс между базовыми станциями описан в стандарте
TS 36.423 , его аналог для 5G — TS 38.423 (для простоты я привел в качестве примера только стандарт control plane).
Вышеуказанные стандарты находятся в свободном доступе и на первый взгляд может показаться, что этого достаточно для создания совместимых продуктов. Но, при внимательном изучении стандартов, становится ясно, что это не совсем так. Рассмотрим для иллюстрации один из параметров в стандарте TS 38.423 - «Cell Capacity Class Value». Базовые станции используют этот параметр для того, чтобы сигнализировать (соседней станции) уровень загруженности. Этот параметр определен в стандарте как:
Т.е., загруженность базовой станции может принимать значения от 1 до 100… неопределенных единиц! Предположим, базовая станция А сигнализирует базовой станции Б загруженность в 83 «попугая». Означает ли это, что базовая станция загружена настолько, что не в состоянии принимать новых пользователей? Или, может быть, парочку еще можно? Стандарт ничего об этом не говорит. Интерпретацию конкретных значений этого параметра (и многих других) при принятии решений (например, handover) приходится устанавливать в процессе интеграции (с конкретным производителем). Как не сложно догадаться, взаимодействие станций разных производителей при таком стандарте несколько затруднительно.
Но это только часть проблемы. Для нормального взаимодействия (multi-vendor interoperability) наличие (даже хорошего) стандарта - недостаточно. Вторым необходимым условием является conformance testing. Организация 3GPP, помимо стандартов, определяет так же test cases, а такие организации как The Global Certification Forum (GCF) занимаются сертификацией. Но и то и другое ориентированно исключительно и только на терминалы. Для сетевого оборудования не существует ни test cases, ни сертификации - каждый оператор делает это самостоятельно.
Изменится ли вышеописанная ситуация в 5G, покажет время. На данный момент можно сказать, что предпринимаются серьезные шаги для улучшения interoperability, но насколько они будут успешными, пока не очевидно.
С одной стороны, стандарты базовых станций 5G прописаны со значительно большей детализацией, чем 4G. Например, в 4G стандарт полностью игнорировал вариант развертывания сети с централизацией ресурсов (centralised deployment), при котором функциональность верхних уровней базовой станции сосредоточены в дата центре - в результате, все реализации такого рода были proprietary. 5G устранил этот недочет, определив (помимо «монолитной» архитектуры базовой станции) еще два варианта:
С другой стороны, в дополнение к 3GPP была создана организация O-RAN Alliance, в задачу которой входит, среди всего прочего, определение test cases для сетевого оборудования (см. O-RAN WG5).
Полный обзор сетевой архитектуры 5G и сопутствующих технологий выходит за рамки одной статьи и тянет на книгу. Собственно, такая книга была написана - 5G Radio Access Network Architecture: The Dark Side of 5G (Wiley — IEEE) . Как редактор книги, я с удовольствием отвечу на вопросы по архитектуре радио сетей 5G в комментариях к этой статье.
Одна из популярных тем последнее время, в России и не только, это концепция Open Radio Access Network (RAN). Название предполагает, что существующие на данный момент сети 3G и 4G, не являются «открытыми». Под этим как правило подразумевается, что оператор, развернувший мобильную сеть вынужден использовать сетевое оборудование одного производителя (так называемый vendor lock-in). Идея Open RAN призвана позволить операторам (с относительной легкостью) использовать оборудование разных производителей (mix-and-match).
Возможно бы слышали об анонсах операторов о контрактах с несколькими производителями и не исключено, что это создало у вас впечатление о том, что мобильные сети позволяют использование оборудования разных вендоров. Ведь все компоненты сети и интерфейсы, соединяющие их, стандартизированы (см. организация 3GPP). Это впечатление - ложное. На практике, почти все операторы используют оборудование одного вендора в конкретном регионе — если у оператора больше одного поставщика, оборудование разных производителей почти всегда установлено в разных регионах и практически не взаимодействует между собой. Единственным исключением является «ядро сети» (core network) — примеров взаимодействия ядра и радио сети (через интерфейсы S1 в сетях 4G и NG в сетях 5G) разных производителей достаточно много. Что же касается RAN, то не смотря на наличие открытых стандартов для интерфейсов между базовыми станциями (X2 в сетях 4G и Xn в сетях 5G), взаимодействие базовых станций разных производителей — явление очень редкое. Как объясняется ниже, открытых стандартов для этого недостаточно.
Интерес операторов изменить существующий статус-кво довольно очевиден - предполагается, что возможность легкой замены части оборудования (а не во всем регионе, как сейчас) увеличит конкуренцию и снизит цены. Это серьезный мотиватор, ведь расходы на радио сеть составляют по разным оценкам от 70% до 90% всех расходов операторов. Впрочем, на данный момент не очевидно, удастся ли операторам реализовать эти преимущества, даже в случае развертывания сетей Open RAN.
Причин как минимум две:
- Не смотря на то, что расходы на RAN составляют львиную часть расходов операторов, цена собственно радио оборудования - это только часть этих расходов. Существенной статьей расходов является так же аренда места для установки базовых станций, электричество и транспортная сеть (как правило оптоволокно или microwave). При всех преимуществах Open RAN, даже в теории он не позволяет сократить расходы на, например, аренду - а только на само оборудование.
- При использовании оборудования разных производителей возникает проблема интеграции. Эту задачу оператору придется либо взять на себя (т.е. понести дополнительные расходы увеличив штат) или отдать интегратору. Таким образом, как минимум в краткосрочной перспективе, расходы вряд ли значительно уменьшатся.
Стоит также отметить, что концепция Open RAN заинтересовала и регуляторов - как в России, так и в США. В РФ возлагают надежды на то, что это облегчит задачи импортозамещения — например потому, что появится возможность заменять (на отечественные) компоненты сети постепенно, а не всю сеть за раз. Как ни странно, интерес США обусловлен похожими соображениями, ведь после падения Motorola и Nortel своих (больших) производителей оборудования для мобильных сетей в северной Америке не осталось. Впрочем, ситуация в США существенно лучше, чем в РФ - там по крайней мере есть такие фирмы как Altiostar, Mavenir и Parallel Wireless. Разумеется, по обьему продаж и линейке продуктов они не могут сравниться с ведущими производителями (Ericsson, Huawei, Nokia), но по крайней мере есть какая-то альтернатива.
Почему же сети 4G не считаются «открытыми» и что может измениться в 5G? Как уже отмечалось выше, необходимым (но не достаточным) условием для открытости сетей являются открытые стандарты. В области мобильной связи основной организацией по стандартизации является 3GPP, которая определяет как стандарты радио протоколов (air interface), так и стандарты сетевых интерфейсов. Например, в 4G интерфейс между базовыми станциями описан в стандарте
TS 36.423 , его аналог для 5G — TS 38.423 (для простоты я привел в качестве примера только стандарт control plane).
Вышеуказанные стандарты находятся в свободном доступе и на первый взгляд может показаться, что этого достаточно для создания совместимых продуктов. Но, при внимательном изучении стандартов, становится ясно, что это не совсем так. Рассмотрим для иллюстрации один из параметров в стандарте TS 38.423 - «Cell Capacity Class Value». Базовые станции используют этот параметр для того, чтобы сигнализировать (соседней станции) уровень загруженности. Этот параметр определен в стандарте как:
| IE/Group Name | Presence | Range | IE type and reference | Semantics description |
|---|---|---|---|---|
| Capacity Class Value | М | INTEGER (1..100,...) | Value 1 shall indicate the minimum cell capacity, and 100 shall indicate the maximum cell capacity. There should be a linear relation between cell capacity and Cell Capacity Class Value. |
Т.е., загруженность базовой станции может принимать значения от 1 до 100… неопределенных единиц! Предположим, базовая станция А сигнализирует базовой станции Б загруженность в 83 «попугая». Означает ли это, что базовая станция загружена настолько, что не в состоянии принимать новых пользователей? Или, может быть, парочку еще можно? Стандарт ничего об этом не говорит. Интерпретацию конкретных значений этого параметра (и многих других) при принятии решений (например, handover) приходится устанавливать в процессе интеграции (с конкретным производителем). Как не сложно догадаться, взаимодействие станций разных производителей при таком стандарте несколько затруднительно.
Но это только часть проблемы. Для нормального взаимодействия (multi-vendor interoperability) наличие (даже хорошего) стандарта - недостаточно. Вторым необходимым условием является conformance testing. Организация 3GPP, помимо стандартов, определяет так же test cases, а такие организации как The Global Certification Forum (GCF) занимаются сертификацией. Но и то и другое ориентированно исключительно и только на терминалы. Для сетевого оборудования не существует ни test cases, ни сертификации - каждый оператор делает это самостоятельно.
Изменится ли вышеописанная ситуация в 5G, покажет время. На данный момент можно сказать, что предпринимаются серьезные шаги для улучшения interoperability, но насколько они будут успешными, пока не очевидно.
С одной стороны, стандарты базовых станций 5G прописаны со значительно большей детализацией, чем 4G. Например, в 4G стандарт полностью игнорировал вариант развертывания сети с централизацией ресурсов (centralised deployment), при котором функциональность верхних уровней базовой станции сосредоточены в дата центре - в результате, все реализации такого рода были proprietary. 5G устранил этот недочет, определив (помимо «монолитной» архитектуры базовой станции) еще два варианта:
- CU/DU functional split
- Control/user plane separation
С другой стороны, в дополнение к 3GPP была создана организация O-RAN Alliance, в задачу которой входит, среди всего прочего, определение test cases для сетевого оборудования (см. O-RAN WG5).
Полный обзор сетевой архитектуры 5G и сопутствующих технологий выходит за рамки одной статьи и тянет на книгу. Собственно, такая книга была написана - 5G Radio Access Network Architecture: The Dark Side of 5G (Wiley — IEEE) . Как редактор книги, я с удовольствием отвечу на вопросы по архитектуре радио сетей 5G в комментариях к этой статье.
