Jak przyspieszyć wdrożenie infrastruktury sieci Open RAN?

Fot. Microchip Technology Inc.

Od obniżonych kosztów i lepszej wydajności po szybsze wdrażanie i większą elastyczność, zalety O-RAN są oczywiste. Istnieją jednak problemy, którymi należy się zająć, jeśli chcemy szybciej wdrożyć tę infrastrukturę zbudowaną na interoperacyjnym sprzęcie pochodzącym od wielu dostawców.

O-RAN (Open RAN), czyli otwarta sieć dostępu radiowego, to otwarta, inteligentna, zwirtualizowana i w pełni interoperacyjna sieć RAN, w której kluczowe funkcje są koncepcyjnie podzielone na cztery odrębne kategorie: jednostki radiowe (RU - Radio Units), jednostki rozproszone (DU - Distributed Units), jednostki scentralizowane (CU - Centralized Units) i inteligentne kontrolery RAN (RIC - RAN Intelligent Controllers).

Sieci O-RAN są oparte na indywidualnych blokach funkcjonalnych komunikujących się ze sobą za pośrednictwem standardowych, otwartych interfejsów i protokołów, a koncepcja ta wspiera i zachęca do wirtualizacji, w której DU, CU i RIC mogą być wdrażane jako usługi oparte na chmurze.

Połączenie ulepszonej interoperacyjności i potencjału wirtualizacji oznacza, że na papierze infrastruktury O-RAN oferują wiele zalet w porównaniu z konwencjonalnymi, zamkniętymi sieciami dostępu radiowego zbudowanymi w oparciu o zastrzeżone technologie.

Wśród nich są:

• Zmniejszona zależność operatora sieci komórkowej od poszczególnych producentów i technologii,
• Wykorzystanie tańszych i ogólnodostępnych standardowych, gotowych komponentów oraz platform,
• Możliwość łączenia sprzętu i oprogramowania różnych producentów w celu szybkiego tworzenia zoptymalizowanych i bardziej ekonomicznych rozwiązań,
• Zwiększona konkurencja i innowacyjność,
• Większa elastyczność we wdrażaniu sieci RAN, w tym programowalność sieci RAN, dzięki podejściu definiowanemu programowo oraz możliwość obsługi mniejszych, ściśle zdefiniowanych sieci 5G,
• Minimalizacja liczby skomplikowanych konwersji stacji bazowych za pomocą oprogramowania, a nie sprzętu,
• Niższy całkowity koszt posiadania (TCO).

Sprostanie wyzwaniom adopcji sieci O-RAN

Chociaż korzyści są oczywiste, istnieją pewne bariery, które spowalniają globalną absorpcję O-RAN, co oznacza, że liczba wdrożeń pozostaje stosunkowo niska i jak dotąd ogranicza się głównie do małych i niezagospodarowanych lokalizacji. Jakie są zatem wyzwania i co można zrobić, aby poprawić wskaźnik adopcji?

Wyzwania spowalniające przyjęcie O-RAN

1. Standardy wciąż ewoluują

   Pierwszym wyzwaniem jest to, że koncepcja O-RAN jest wciąż stosunkowo niedojrzała, co znajduje odzwierciedlenie w fakcie, że standardy wciąż ewoluują. Co więcej, na tym etapie O-RAN nie jest w pełni zgodny z zasadami Światowej Organizacji Handlu (WTO), dlatego ETSI – organ normalizacyjny w pełni zgodny z WTO – jest wykorzystywany do przyjmowania i publikowania swoich zaleceń.

   Oprócz ograniczonej wiedzy na temat O-RAN w branży, jedną z konsekwencji jest to, że mogą pojawić się różne odmiany O-RAN, ponieważ dostawcy chcą uzyskać przewagę konkurencyjną, wprowadzając na rynek produkty z własnymi zastrzeżonymi interpretacjami tak szybko, jak to możliwe. To z kolei podsyca obawy związane z ogólnymi kosztami integracji, ponieważ operatorzy szukają sposobów na pomyślne współdziałanie tych rozwiązań „quasi-O-RAN”.

   Zapewnienie pełnej harmonizacji technologii zgodnie z kierunkiem zmieniających się norm wymaga, aby architekci systemów i operatorzy sieci wymagali od dostawców umownego zobowiązania do spełniania pojawiających się norm oraz do ścisłej współpracy (i bycia informowanym) z kluczowymi organami, takimi jak O-RAN Alliance, Telecom Infra Project (TIP), Open RAN Policy Coalition i ETSI.

2. Czas i synchronizacja

   O-RAN widzi, że wymagania dotyczące synchronizacji sieci dla RU i DU stają się znacznie bardziej rygorystyczne - w niektórych przypadkach nawet +/-130 ns. Wymaga to aż dziesięciokrotnej poprawy wydajności w porównaniu z poprzednimi systemami opartymi na 3GPP, jeśli operatorzy sieci mają w pełni przestrzegać warunków swoich rezerwacji częstotliwości przy jednoczesnej minimalizacji kosztów systemu.

   Dobrą wiadomością jest to, że sprostanie temu wyzwaniu jest znacznie łatwiejsze dzięki wybraniu najnowszych zaawansowanych półprzewodnikowych urządzeń do pomiaru czasu i platform zaprojektowanych do multipleksowania z podziałem czasu (TDD) w oparciu o protokół IEEE 1588 Precision Timing Protocol (PTP), który jest używany do zapewnienia najbardziej wydajnego korzystanie z kanału.

   Wśród gotowych komponentów, które Microchip oferuje projektantom sprzętu, są na przykład PLL i bufory o wysokiej dokładności, zegary „Grand Master”, podstawowe zegary czasu odniesienia (pRTC) i precyzyjne oscylatory. Firma Microchip dostarcza również rozwiązania platformowe, w tym systemy precyzyjnej skali czasu (PTSS), zapewniające solidność i odporność źródła czasu klasy UTC i elastyczny sprzęt zegarowy bramy, który zapewnia bezpieczny i dokładny czas i synchronizację zgodną ze standardem IEEE 1588.

3. Bezpieczeństwo

   Tworzenie zdezagregowanych sieci wokół produktów wielu dostawców sprawia, że sieci O-RAN są bardziej podatne na ataki cybernetyczne, w tym ataki pasywne (np. podsłuchiwanie), jak i aktywne (np. man in the middle) niż zastrzeżone sieci RAN.

   Zagrożenia te zostały podkreślone w dokumencie „Uwagi dotyczące bezpieczeństwa otwartej sieci dostępu radiowego” opracowanym przez NSA i CISA1, w którym stwierdza się, że „oprócz kwestii bezpieczeństwa związanych z integracją komponentów pochodzących od wielu dostawców, usługodawcy będą nadal zajmować się innymi kwestiami związanymi z korzystaniem z aplikacje open-source oraz nowe funkcje i interfejsy sieciowe 5G, których standardy są wciąż w fazie rozwoju. Ponadto MNO będą musieli zająć się kwestiami bezpieczeństwa związanymi, ale nie unikalnymi dla Open RAN, takimi jak infrastruktura chmury, wirtualizacja, konteneryzacja i rozproszone ataki typu „odmowa usługi”.

   Co więcej, powierzchnia ataku będzie rosła tylko wraz ze wzrostem liczby podłączonych urządzeń.

   Po raz kolejny szereg gotowych technologii półprzewodnikowych i platform może pomóc architektom systemów we włączeniu (a operatorom sieci w utrzymaniu) ochrony cybernetycznej, której będą potrzebować sieci O-RAN. Klienci firmy Microchip mogą uzyskać dostęp do kompleksowej rodziny rozwiązań bezpieczeństwa. Obejmują one wbudowane procesory z zabezpieczeniami sprzętowymi, takimi jak funkcja bezpiecznego rozruchu (lub root of trust), które spełniają wymagania w zakresie ochrony i wykrywania określone w wytycznych dotyczących odporności oprogramowania układowego platformy NIST, a także certyfikowane „moduły zaufanej platformy” zbudowane w oparciu o specyfikację Trusted Computing Group (TCG).

   Jednocześnie, ponieważ możliwości wirtualizacji przesuwają RAN w kierunku implementacji opartych na chmurze, O-RAN mogą potencjalnie wykorzystać solidne funkcje bezpieczeństwa dostępne w architekturach przetwarzania w chmurze.

4. Złożoność wdrażania i zarządzania

   Sieci O-RAN oferowane przez wielu dostawców nadal prawdopodobnie będą bardziej złożone we wdrażaniu i zarządzaniu niż konwencjonalne, zastrzeżone systemy oparte na technologiach jednego dostawcy. Taka złożoność nakłada na operatora obowiązek stworzenia zespołu integracyjnego lub zatrudnienia dodatkowych zasobów do zarządzania konfiguracją systemu.

   Po uruchomieniu sieci RAN zespoły operacyjne będą musiały zmagać się ze zrozumieniem, w jaki sposób identyfikować i izolować problemy sieciowe w środowisku wielu dostawców oraz kto powinien przejąć odpowiedzialność za rozwiązywanie wszelkich problemów.

   Aby upewnić się, że ta złożoność nie zmniejszy potencjalnych korzyści TCO wynikających z wyboru wdrożenia O-RAN, operatorzy będą musieli przyjąć bardziej zautomatyzowane i mniej wymagające ręcznie procesy projektowania, wdrażania oraz zarządzania systemem. Na przykład automatyzacja zadań w celu zapewnienia „bezobsługowego” udostępniania ułatwia zarządzanie siecią i skalowanie bez potrzeby zatrudniania większej liczby pracowników, podczas gdy obsługa uczenia maszynowego (ML) architektury O-RAN pozwoli na automatyczną optymalizację wydajności i wydajności poprzez predykcyjne modele sztucznej inteligencji (AI).

5. Testowanie i walidacja

   Aby O-RAN działał zgodnie z przeznaczeniem, wymaga przyjęcia innego podejścia do testowania i walidacji w celu zapewnienia, że (1) wszystkie elementy ekosystemu są zgodne z odpowiednimi standardami w izolacji oraz (2) interoperacyjność różnych platform i komponentów, gdy są one wbudowana w architekturę O-RAN jest gwarantowana. Oznacza to, że wszystkie strony - od dostawców sprzętu i integratorów systemów po dostawców usług i dostawców usług w chmurze - mają ważne obowiązki w zakresie testowania i walidacji.

   W przypadku producentów testy zgodności O-RAN - które są bardziej skomplikowane niż w przypadku konwencjonalnych sieci RAN i wymagają szerszego zakresu sprzętu testowego - muszą potwierdzać, że ich technologie są zgodne ze standardami, zapewniają oczekiwane działanie i wydajność oraz spełniają wymagania dotyczące interoperacyjności. Integratorzy systemów muszą z kolei wziąć odpowiedzialność za pełną operacyjność, a dostawcy usług muszą przeprowadzić odpowiednią walidację wydajności wszystkiego, od sieci rdzeniowej po punkty końcowe.

Prognozy na przyszłość

Sojusz O-RAN zdefiniował zdezagregowany model, który jest przyjmowany zarówno przez tradycyjnych dostawców, jak i nowych uczestników rynku, którzy widzą możliwości dostarczania sprzętu i oprogramowania. Jak zawsze, korzyści kosztowe (zarówno początkowy, jak i bieżący TCO) będą prawdopodobnie najbardziej znaczącym czynnikiem wpływającym na wykorzystanie O-RAN i konkretnych wdrożeń, które pojawią się w miarę upływu czasu. To, że na przykład wirtualizacja jest możliwa, nie oznacza, że każdy operator zastosuje takie podejście. O wiele bardziej prawdopodobne jest, że będą poszukiwać najbardziej opłacalnego, pakietowego rozwiązania, co oznacza, że w niedalekiej przyszłości zobaczymy zarówno zwirtualizowane, jak i niezwirtualizowane DU i CU.

Fot. Microchip Technology Inc.

Oczywistym jest, że O-RAN otworzył nowy rynek dla dostawców półprzewodników, takich jak Microchip, którzy dostarczają sprawdzone technologie i platformy z zasobami do ścisłej współpracy z inżynierami, architektami systemów, operatorami sieci, organami normalizacyjnymi i różnymi innymi zainteresowanymi stronami w celu sprostania wyzwaniom O-RAN.

To, a także niemała wola polityczna – w szczególności ogłoszenie, że amerykańska ustawa CHIPS Act z 2022 r. przeznaczyła 1,5 miliarda dolarów na rozwój systemów O-RAN – nie pozostawia wątpliwości, że prognozy rynku (obejmujące sprzęt, oprogramowanie i usługi ) określające wzrost z CAGR na poziomie ponad 70% i osiągnięcie wartości 15,6 mld USD do 2027 r. mogą zostać zrealizowane.

Źródło: Microchip Technology Inc. Tłumaczenie: Gamma Sp. z o.o.

Gamma Sp. z o.o. jest autoryzowanym dystrybutorem firmy Microchip Technology Inc. w Polsce. Aby uzyskać więcej informacji o rozwiązaniach firmy Microchip wspierających rozwój sieci O-RAN, zapraszamy do kontaktu z naszym działem handlowym.