白盒化基站:美丽的乌托邦

网优雇佣军 2019-03-21 21:10

什么是白盒化基站?


传统基站采用专用硬件,网络功能软件集成或深度定制于ASIC专用芯片,软硬件一体化,且BBU和RRU通过设备厂商定制化接口紧密相连,被称为“黑盒子”。


 

后来业界借鉴IT数据中心的经验,在BBU部分将定制于ASIC上的网络功能软件解耦出来,移植到运行于通用的x86或ARM等芯片上的COTS服务器,这就完成了BBU白盒化。


 

不过,业界理解的白盒化,是RRU+BBU+天线等最大可能的白盒化,不只是BBU。


接下来,RRU也将白盒化,用开源软件+通用硬件来代替传统专用设备,同时伴随而来的还有开放BBU和RRU之间的前传接口,这样就实现了基站端到端白盒化,以希望利用通用硬件的规模效应来降低基站成本,以多厂商供应模式来摆脱传统设备商的锁定。


 

有了白盒基站,意味着运营商可以从A供应商采购软件,B供应商采购COTS服务器,再从C供应商采购白盒RRU,来实现模块化组站。


比如,最近赚足眼球的乐天移动的组网方案…


乐天移动的vBBU硬件采用基于英特尔至强处理器的COTS服务器,RAN软件供应商为Altiostar, RRU是来自诺基亚的AirScale RRH,中间还加了一个来自Altiostar的无线接口单元(RIU)。


显然,乐天把BBU白盒化了,采用了多供应商组站方式,但不是端到端的白盒基站,因为RRU直接用的是诺基亚产品,并非白盒RRU。目前尚无白盒RRU案例。


尽管不是端到端白盒,但乐天确实够大胆够前卫,作为全球首个宣布建设端到端全虚拟化移动网络的运营商,一时骚动业界,简直“偷”走了今年MWC的风头。


但风头过后,最近业内又发出了一些冷静的声音,有人认为其“噱头大过实际”,也有人认为“乐天改变不了世界”。


乐天拥有20MHz频段,原计划建LTE/NR 端到端白盒化,但实际上仅用了5MHz来测试LTE,且仅是BBU白盒化,与原计划相去甚远。


但这背后还有更值得深思的原因。


白盒基站无法逾越的障碍


首先需要知道的是,这个世界是不存在“纯白盒”的。


Why?先来看看通用芯片和专用芯片的区别。


 


ASIC,即专用集成电路,顾名思义,就是为专业用途而定制的芯片,其绝大部分软件算法都固化于硅片,特点是“软硬件一体化”。


ASIC的优点是结构简单专一、性能强劲、功耗低、尺寸小,缺点是灵活性差。


FPGA,也被称为可编程集成电路,它可以通过硬件编程来改变内部芯片的逻辑结构,但软件是深度定制的,本质上其实也是专用芯片。


FPGA比ASIC更灵活,但性能较差、功耗更高,尺寸更大,取了个折中。


通用芯片特点是“软硬件分离”,可通过外部编程来实现各种功能,它的优点是产量大、成本低、灵活性高,但针对基站实时性业务处理效率低,功耗最高。


通用芯片并非专门设计用于实时信号处理,延迟高,抖动大,全采用通用芯片的纯白盒设备是无法满足5G业务需求的,目前也没有厂家采用此方案。


为了克服通用芯片的性能瓶颈,业界采用了多核通用处理器+ASIC或FPGA加速的方式,来将某些功能从通用硬件卸载到专用硬件上,这其实是“白+黑”构架。


 


简单的说,所谓的传统基站和白盒化基站,不过就是在性能和成本之间不断权衡,不断“折腾”,而背后无非是一场利益博弈。


但在这场博弈中,白盒化基站要想胜出,充满了太多未知数。


乐天模式还需要时间来证明,有运营商公开怀疑通用设备性能无法应对5G网络高性能需求。


无线接入网是电信网络中最昂贵的部分之一,也是要求最严格的部分之一。云核心网和数据中心可以通过大规模集中的通用资源池高效配合来达到专用硬件的性能,但无线接入网的基站是广泛分布式的,且对业务处理的实时性要求更高。


去年韩国SK电信曾表示,无线接入网部分存在一些限制,需要专用处理能力,我们不确定开放式的通用硬件能保证5G低延迟和强大的处理能力。


更令人担忧的是,一方面,虚拟化基站还未“超越”概念证明;另一方面,传统设备商已发货的5G基站越来越简单,两者的差距越拉越大。


今天,那些已发货的5G基站,基于专用核心芯片,不仅算力强劲,还大幅降低了基站尺寸、重量和功耗,更易于部署和维护,正以“极简5G基站”助力运营商商业成功。


正是这些极简5G基站,为虚拟化基站前景再蒙阴影。



丢了西瓜捡了芝麻


别只看CAPEX,还要看OPEX。


电费


有研究指出,运行于全通用硬件的4G白盒基站的功耗是运行于专用硬件的4G基站的10倍。


尽管目前业界还没有白盒化5G宏基站的商用案例,但有推测其能耗相比专用硬件将进一步加大,可能达到20倍以上。


在移动通信网络中,基站是耗电大户,据统计,大约80%的能耗来自广泛分布的基站,至少占据运营商OPEX支出的15%,在一些国家基站电费甚至占据了基站总成本的50%。


面向5G时代,数据容量是4G的1000倍,海量数据处理必将引发能耗成倍增长,白盒化基站带来的高能耗问题更加令人担忧。


铁塔租金


基站设备的尺寸、重量等直接影响机房、铁塔天面的空间和租金,可这部分并不遵循摩尔定律,成本越来越高。


“冗余备份”是白盒设备的一板斧,这会造成设备多、体积大,从而增加部署难度和成本。


 

▲设备过多增加部署难度和部署成本


今天,那些基于专用硬件的5G基站已能一根杆搞定多制式的BBU、电源和AAU整套设备,实现零站址、零机房,可白盒化基站还要等多久?


运维成本


白盒化基站软硬件分离,多厂商混合搭配,会导致故障定位效率低,运维更复杂,运维成本更高,还有一个更现实的问题----出了故障,谁来“背锅”?


韩国SK电信在去年就曾遭遇来自内部的阻力,运维部门担心多厂商开放环境下的RAN会增加运维复杂性,还将引发“出了故障谁来负责”的问题。


是的,白盒化基站就像花木兰姑娘那样“东市买骏马,西市买鞍鞯,南市买辔头,北市买长鞭”,且不说集成难度大,想象一下,你要是骑着这样的战马驰骋沙场,半路卡了壳怎么办?怎么快速修复故障?找谁来负责?


白盒化基站,看起来不过是美丽的乌托邦,问题不只是“能不能实现”、“什么时候能实现”,它还面临着到底符不符合产业发展方向的拷问。


也许大量的通用硬件可以降低网络CAPEX成本,但OPEX是当前运营商的最大痛点,白盒化导致运营商OPEX急剧上升,增加了产业成本,怎么破?


本文参考:

Measuring the Gap between FPGAs and ASICs,Ian Kuon and Jonathan Rose

Will SDN be part of 5G?,Zainab Zaidi, Vasilis Friderikos, Zarrar Yousaf

Benefits and challenges of cloud technologies for 5G architecture,Dario Sabella, Peter Rost, Albert Banchs

5Gに関する公開ヒアリング資料,楽天モバイルネットワーク株式会社

楽天がクラウドイノベーションラボ、携帯キャリア向けサービスを開発,nikkeibp

vRAN Tech Hits Resistance at SK Telecom,lightreading


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