O-RAN推动软件开源,繁荣产业生态

作者:中国移动研究院绿色通信中心 袁雁南 段然 崔春风 责任编辑:吕萌 2019.03.14 07:21 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)2018年2月27日在西班牙巴塞罗那举行的世界移动通信大会上,中国移动、美国AT&T、德国电信、日本NTT docomo和法国Orange等5家电信运营商在C-RAN联盟和xRAN论坛的基础上,宣布发起一个新的行业组织——O-RAN联盟。O-RAN联盟旨在将下一代无线通信网络的开放性提升到新的水平,并提出了“开放”和“智能”两大核心愿景。

为适应迅猛增长的移动业务需求,移动网络及相关网络设备必须更加绿色、灵活及智能,实现方式应该更加软件化、虚拟化。开放接口、开源软件和开放硬件的参考设计是实现这一需求的主要技术方向。另外,实时数据分析、机器学习及人工智能的引入,将使移动网络拥有强大的智能。

本文在简要介绍O-RAN联盟技术愿景的基础上,聚焦软件开源的理念,探讨开源和产业生态的关系,并在最后阐述O-RAN推进软件开源的策略,希望能够起到抛砖引玉的作用,使读者开启更深层次的思考。

ICT融合促进电信领域引入开源文化

开源文化主张软件源代码的共享,集众人之力共同参与软件的研发,推动软件的成熟和完善,其成果为所有人的共同财富,是典型的共享经济形态。而在开源文化之下构建的开源社区则提供了技术分享和广泛交流的平台。开源社区可以促进思想的碰撞,为跨领域、跨国家的不同知识背景的人开辟创新的“沃土”。

首先,以Android的开源之路为例回顾开源互利共赢释放的巨大能量,以及对产业生态产生的巨大影响。2008年Android 1.0正式发布,根据中国产业信息网发布的消息,此时全球智能手机销售量为1.39亿部,仅占全球手机销量的11.40%,而到2017年Android操作系统持续迭代更新到8.0版本,根据权威市场调研机构IDC发布的2017年全球智能手机市场报告,智能手机总出货量为14.62亿部,几乎占全球手机销量的99.9%,其中Android手机在智能手机中的占比为85.1%。在智能手机逐步占领市场的过程中,Android开源操作系统无疑起到了巨大的作用,手机制造商基于手机套片和开源操作系统可以快速打造出品牌终端,而不用投入巨大的研发力量去维护一款封闭的操作系统(如Symbian),这给手机制造业带来了蓬勃的生机。与此同时,Android作为一个强大的创新和个性化平台,封装了手机硬件复杂的处理功能,提供了更加平易近人的API(应用程序编程接口),从而带动了上层应用程序的百花齐放,芯片制造商、手机制造商、软件开发商和电信运营商等产业不同环节的成员随着产业壮大互利共赢。因此Android的成功不仅是开源社区生态的成功,更是产业生态的成功。

其次,在通信行业,IT/CT融合已经成为了业界公认的发展趋势。开源文化也随着这一趋势,不可避免地融入到了CT产业生态中。在网络功能虚拟化(NFV)这一波浪潮中,在网络功能虚拟化、微服务化、软硬件解耦、灵活统一编排等一系列关键词背后,隐藏着开源的影子。传统的IT开源社区,如Linux、KVM、OpenStack、K8S,加大了对通信场景需求的支持,而OPNFV、ONAP等社区更是面向电信领域的新需求而创建的新社区。上述开源社区的参与者包括了电信设备制造商、运营商、芯片制造商,以及传统的IT厂商,是一次完全意义上的ICT大融合。这一变化深刻地改变着电信运营的格局,电信运营商通过开源社区试图掌握网络的核心控制力和编排能力,为未来垂直行业提供服务奠定基础;电信设备供应商则从封闭的电信黑盒子研发转向了软硬件解耦新形态设备;而学校和科研机构则基于开源软件构建前沿研究的平台,加速前沿研究仿真和验证。

最后,回到本文的重点,在无线领域,O-RAN联盟顺应时代发展的潮流,也正在筹建O-RAN开源社区,相关的策略和诉求包括:聚焦标准功能的通信软件开源,减少重复性的软件研发工作;引入人工智能和大数据技术,封装底层复杂的无线网络处理功能,通过标准API的参考设计,解耦上层应用与底层网络功能,最终实现无线网络行为的按需定制;联合相关社区,促进集成测试,最终形成整合方案。

O-RAN开源社区的三大特点

聚焦标准功能,减少重复性研发

5G业务需求多样化、支持频段多样化、宏微场景复杂,无线通信协议为支持空口通信能力的灵活性,大幅增加了可配置参数的数量,造成无线通信软件的设计复杂度大幅提升,将导致更高的软件研发投入。另外,无线网络中的基站和终端发送信号需严格遵从3GPP标准,所以无线软件中很大一部分是3GPP协议定义的标准功能,小部分是厂商自定义的算法功能。

在传统封闭软件研发模式下,每个设备提供商都必须投入一定的研发和测试人员完成协议标准的基本功能,如此一来,相同的工作重复多次,浪费了研发资源。同时,设备商之间产品的竞争力主要取决于自研算法的性能,而不是协议标准的基本功能,如果能够节省协议标准软件的重复研发工作,那么就可以有更多的研发资源投入自研算法,提升核心竞争力。考虑到5G协议的复杂度,减少协议标准这部分重复的研发投入将会更加有意义。

在4G时代,已经涌现了不少的4G基站开源社区,如OpenAireInterface、OpenLTE等。虽然其现有代码均可以实现简单的4G基站功能,但主要被高校科研人员和发烧友使用,而并未在产业公司产品中应用。究其原因主要有两个方面,一是开源项目的发起者为科研机构或个人,项目的目标定位于高校科研而不是基础商用产品;另一方面是源代码的贡献者以发起者为主,功能演进和系统功能调试进展缓慢。

基于前述经验,O-RAN开源社区的策略之一是聚焦标准基本功能,提供软件架构,减少重复劳动,降低技术门槛。5G协议标准在2018年年中刚刚冻结,而5G规模试验已经提上日程,设备供应商的5G产品研发压力陡增,特别是采用传统研发方式的中型和小型供应商很难赶上快速发展的5G产业的商用时间窗。因此,O-RAN开源社区的第一步是紧抓5G商用产品研发的黄金窗口,致力于为产业界提供协议标准功能参考设计和源代码,从而帮助设备提供商节约5G协议基础功能研发资源,聚焦核心竞争力算法研究,加快5G产品研发进程。

封装复杂处理,开放无线网络平台

传统基站设计的目标单一,导致不同运营商的无线接入服务趋于同质化,难以面向不同场景推出差异化服务。5G空口技术的突出特点是灵活,这符合5G的应用场景需求,通过不同的配置组合及灵活的资源调度可以在空口实现差异化的业务支持能力。由O-RAN联盟提出的近实时无线智能控制器(Near-Real time Radio Intelligence Controller,Near-RT RIC)和非实时无线智能控制器(Non-Real time Radio Intelligence Controller,Non-RT RIC)致力于为基站和网络提供一个智慧的大脑,通过引入人工智能技术和机器学习技术,可以充分利用5G技术的灵活性满足不同应用的定制需求。基于此,O-RAN开源社区的一个主要目标聚焦在RIC软件的架构和网络API的开源实现上,通过封装无线通信网络的底层复杂处理功能,开放给上层应用软件按需灵活分配和调优无线网资源的能力。

O-RAN开源社区将基于O-RAN联盟制定的相关规范和接口标准,研发Near-RT RIC和Non-RT RIC的软件参考架构和源代码。这样的开源一定程度上类似于Android,对底层的无线功能软件提供复杂的空口资源分配和多小区协作的接口封装方案,对上层的应用程序提供更加开放的运行环境。这将为智能基站和无线网络提供研究、验证和开发的平台,有利于引入更多的产业力量参与无线嵌入式智能控制相关应用案例的研究和产业化。随着智能无线网络的发展,Near-RT RIC和Non-RT RIC软件将不断迭代演进,成为全球运营商无线网络能力的创新平台,通过联盟标准规范和社区开源实现全球运营商之间的紧密协作,推动无线智能控制器的功能完善和应用丰富。

联合相关社区,促进集成整合方案成熟

除上述内容外,O-RAN还涉及网络功能虚拟化基础设施、网络管理编排和人工智能等相关技术,因此O-RAN开源社区将联合已有相关社区,面向不同应用场景,集成来自不同社区的功能,形成O-RAN整合方案。初步计划O-RAN开源社区将与OPNFV、ONAP和ACUMOS等开源社区合作,例如:与OPNFV C-RAN等项目合作提供增强网络功能虚拟化基础设施平台,满足无线网络功能虚拟化性能要求;与ONAP DCAE等项目合作提供网络数据采集和管理功能,满足无线网络智能化数据采集和模型参数配置需求。通过集成项目和测试项目等形式,提供无线网络功能虚拟化基础设施增强、网络管理和人工智能相关的集成和测试方案,最终形成O-RAN的端到端解决方案。

总结

O-RAN开源社区期望培育无线开放智能网络的开源“土壤”,增强产业的技术协作和共享,促进开源软件的持续演进;通过共享协议标准功能代码,减少重复研发工作,提升行业整体的研发资源利用率;通过发布智能网络控制器软件的参考设计,封装无线网络的底层复杂处理,从而催生上层应用软件的繁荣,吸引更多公司和自由开发者参与智能无线网络产品研发,最终达到增强网络定制能力、提升终端用户业务感知的目的。同时,O-RAN开源社区也期望能够为高校和科研机构提供研究和交流的平台,提升关键技术研究速度,形成产、学、研、用相结合的技术创新体系。

为实现上述目标,还有很多关键问题需要解决。种子代码质量、社区人气和代码持续演进动力都是决定开源社区影响力和成熟度的关键因素。万事开头难,但中国移动及O-RAN联盟的成员将不遗余力地推动无线网络开源的发展,目前正在联合产业合作伙伴共同研发相关功能的软件种子代码,将在2019年对外发布。


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