intel Creazione del business case per la RAN aperta e virtualizzata

Le RAN aperte e virtualizzate sono destinate a una rapida crescita

Le tecnologie delle reti di accesso radio aperte e virtualizzate (Open vRAN) potrebbero crescere fino a quasi il 10% del mercato RAN totale entro il 2025, secondo le stime di Dell'Oro Group1. Ciò rappresenta una rapida crescita, dato che Open vRAN rappresenta oggi solo l'XNUMX% del mercato RAN.
Esistono due aspetti di Open vRAN:

• La virtualizzazione disaggrega il software dall'hardware e consente l'esecuzione dei carichi di lavoro RAN su server generici. L'hardware per uso generico è di più
  flessibile e più facile da scalare rispetto alla RAN basata su appliance.
• È relativamente facile aggiungere nuove funzionalità RAN e miglioramenti delle prestazioni utilizzando un aggiornamento del software.
• È possibile utilizzare principi IT comprovati come Software-Defined Network (SDN), cloud-native e DevOps. Ci sono efficienze operative nel modo in cui la rete è configurata, riconfigurata e ottimizzata; così come nel rilevamento, correzione e prevenzione dei guasti.
• Le interfacce aperte consentono ai fornitori di servizi di comunicazione (CoSP) di reperire gli ingredienti della loro RAN da fornitori diversi e di integrarli più facilmente.
• L'interoperabilità contribuisce ad aumentare la concorrenza nella RAN sia sul prezzo che sulle caratteristiche.
• La RAN virtualizzata può essere utilizzata senza interfacce aperte, ma i vantaggi sono maggiori quando entrambe le strategie vengono combinate.
• L'interesse per vRAN è aumentato di recente, con molti operatori impegnati in prove e nelle loro prime implementazioni.
• Deloitte stima che ci siano 35 implementazioni Open vRAN attive in tutto il mondo2. L'architettura software FlexRAN di Intel per l'elaborazione in banda base viene utilizzata in almeno 31 implementazioni in tutto il mondo (vedi Figura 1).
• In questo documento, esploriamo il business case per Open vRAN. Discuteremo i vantaggi in termini di costi del pooling in banda base e le ragioni strategiche per cui Open vRAN è ancora desiderabile quando il pooling non è possibile.

Presentazione di una nuova topologia RAN

• Nel tradizionale modello Distributed RAN (DRAN), l'elaborazione della RAN viene eseguita vicino all'antenna radio.
  La RAN virtualizzata suddivide la RAN in una pipeline di funzioni, che possono essere condivise tra un'unità distribuita (DU) e un'unità centralizzata (CU). Esistono diverse opzioni per suddividere la RAN, come mostrato nella Figura 2. L'opzione Split 2 ospita il protocollo PDCP (Packet Data Convergence Protocol) e il controllo delle risorse radio (RRC) nella CU, mentre il resto delle funzioni in banda base viene eseguito fuori nel DU. La funzione PHY può essere suddivisa tra DU e Remote Radio Unit (RRU).

Il vantaggiotages di architetture split RAN sono:

• L'hosting della funzione Low-PHY presso la RRU riduce i requisiti di larghezza di banda del fronthaul. In 4G, le divisioni dell'opzione 8 erano comunemente utilizzate. Con il 5G, l'aumento della larghezza di banda rende l'opzione 8 impraticabile per la modalità 5G autonoma (SA). (Le implementazioni 5G non autonome (NSA) possono ancora utilizzare l'opzione 8 come legacy).
• La qualità dell'esperienza può essere migliorata. Quando il nucleo
  il piano di controllo è distribuito alla CU, la CU diventa il punto di ancoraggio della mobilità. Di conseguenza, ci sono meno passaggi di consegne rispetto a quando il DU è il punto di ancoraggio3.
• L'hosting del PDCP presso la CU aiuta anche a bilanciare il carico quando si supporta la capacità di doppia connettività (DC).
  di 5G in un'architettura NSA. Senza questa suddivisione, l'apparecchiatura utente si collegherebbe a due stazioni base (4G e 5G), ma solo la stazione base di ancoraggio verrebbe utilizzata per elaborare i flussi attraverso la funzione PDCP. Utilizzando l'opzione 2 divisa, la funzione PDCP avviene centralmente, quindi le DU sono bilanciate in modo più efficace4.

Riduzione dei costi attraverso il pooling in banda base

• Un modo in cui Open vRAN può contribuire a ridurre i costi consiste nel raggruppare l'elaborazione in banda base. Una CU può servire più DU e le DU possono essere posizionate con le CU per l'efficienza dei costi. Anche se il DU è ospitato presso il sito della cella, possono esserci efficienze perché il DU può servire più RRU e il costo per bit si riduce con l'aumentare della capacità della cella5. Il software in esecuzione su hardware commerciale standard può essere più reattivo e scalare in modo più flessibile rispetto all'hardware dedicato che richiede manodopera per scalare e configurare.
• Il pooling della banda di base non è univoco per Open vRAN: nella RAN personalizzata tradizionale, le unità di banda di base (BBU) sono state talvolta raggruppate in posizioni più centralizzate, chiamate hotel BBU. Sono collegati alle RRU tramite fibra ad alta velocità. Riduce il costo delle apparecchiature in loco e riduce il numero di camion per l'installazione e la manutenzione delle apparecchiature. Tuttavia, gli hotel BBU offrono una granularità limitata per il ridimensionamento. Le BBU hardware non dispongono di tutti i vantaggi di ottimizzazione delle risorsetages della virtualizzazione, né la flessibilità per la gestione di carichi di lavoro multipli e variabili.
• Il nostro lavoro con i CoSP ha rilevato che il costo principale delle spese operative (OPEX) nella RAN è la licenza software BBU. Un riutilizzo più efficiente del software attraverso il pooling aiuta a ottimizzare il costo totale di proprietà (TCO) per la RAN.
• Tuttavia, il costo del trasporto deve essere considerato. Il backhaul per il DRAN tradizionale è stato tipicamente una linea affittata fornita all'operatore di rete mobile da operatori di rete fissa. Le linee affittate possono essere costose e il costo ha un effetto decisivo sul business plan relativo all'ubicazione del DU.
• La società di consulenza Senza Fili e il fornitore di vRAN Mavenir hanno modellato i costi sulla base di prove condotte con i clienti di Mavenir, Intel e HFR Networks6. Sono stati confrontati due scenari:
• Le DU si trovano con le RRU nei siti cellulari. Il trasporto a medio raggio viene utilizzato tra il DU e il CU.
• Le DU si trovano con le CU. Il trasporto di fronthaul viene utilizzato tra le RRU e DU/CU.
• La CU si trovava in un data center in cui le risorse hardware potevano essere raggruppate tra le RRU. Lo studio ha modellato i costi del trasporto CU, DU e midhaul e fronthaul, coprendo entrambi
• OPEX e spese in conto capitale (CAPEX) su un periodo di sei anni.
• La centralizzazione del DU aumenta i costi di trasporto, quindi la domanda era se i guadagni derivanti dalla messa in comune superassero i costi di trasporto. Lo studio ha rilevato:
• Gli operatori con trasporto a basso costo verso la maggior parte dei loro siti cellulari stanno meglio centralizzando il DU con la CU. Possono ridurre il TCO fino al 42%.
• Gli operatori con costi di trasporto elevati possono ridurre il loro TCO fino al 15% ospitando il DU presso il sito della cella.
• I relativi risparmi sui costi dipendono anche dalla capacità della cella e dallo spettro utilizzato. Un DU in un sito di celle, ad esample, potrebbe essere sottoutilizzato e potrebbe scalare per supportare più celle o una maggiore larghezza di banda allo stesso costo.
• Potrebbe essere possibile centralizzare l'elaborazione della RAN fino a 200 km dal sito radio nel modello "Cloud RAN". Uno studio separato di Senza Fili e Mavenir7 ha rilevato che Cloud RAN potrebbe ridurre i costi del 37% in cinque anni, rispetto a DRAN. Il pool BBU e un uso più efficiente dell'hardware aiutano a ridurre i costi. I risparmi OPEX derivano da minori costi operativi e di manutenzione. È probabile che le posizioni centralizzate siano più facili da accedere e gestire rispetto ai siti cellulari e anche i siti cellulari possono essere più piccoli perché lì sono necessarie meno attrezzature.
• La virtualizzazione e la centralizzazione insieme facilitano la scalabilità man mano che cambiano le richieste di traffico. È più semplice aggiungere più server generici al pool di risorse piuttosto che aggiornare l'hardware proprietario presso il sito della cella. I CoSP possono far corrispondere meglio la spesa per l'hardware alla crescita dei ricavi, senza dover implementare ora l'hardware che sarà in grado di gestire il traffico tra cinque anni.
• Quanta parte della rete virtualizzare?
• ACG Research e Red Hat hanno confrontato il costo totale di proprietà (TCO) stimato per una rete di accesso radio distribuita (DRAN) e una RAN virtualizzata (vRAN)8. Hanno stimato che la spesa in conto capitale (CAPEX) di vRAN fosse la metà di quella di DRAN. Ciò è dovuto principalmente all'efficienza dei costi derivante dalla presenza di meno apparecchiature in un numero inferiore di siti utilizzando la centralizzazione.
• Lo studio ha inoltre rilevato che le spese operative (OPEX) erano significativamente più elevate per DRAN rispetto a vRAN. Ciò è stato il risultato della riduzione dei costi di noleggio, manutenzione, noleggio della fibra e di alimentazione e raffreddamento del sito.
• Il modello era basato su un fornitore di servizi di comunicazione di livello 1 (CoSP) con 12,000 stazioni base ora e la necessità di aggiungerne 11,000 nei prossimi cinque anni. Il CoSP dovrebbe virtualizzare l'intera RAN o solo i siti nuovi ed espansi?
• ACG Research ha scoperto che i risparmi sul TCO erano del 27% quando venivano virtualizzati solo i siti nuovi e in crescita. I risparmi sul TCO sono aumentati fino al 44% quando tutti i siti sono stati virtualizzati.
• 27%
  • Risparmio di TCO
• Virtualizzare solo siti RAN nuovi ed espansi
• 44%
  • Risparmio di TCO
• Virtualizzazione di tutti i siti RAN
• Ricerca ACG. Basato su una rete di 12,000 siti con l'intenzione di aggiungerne 11,000 nei prossimi cinque anni.

Il caso di Open vRAN nel sito della cella

• Alcuni CoSP adottano Open vRAN presso il sito della cella per motivi strategici, anche quando il pooling in banda base non consente risparmi sui costi.
  Creazione di una rete flessibile basata su cloud
• Un CoSP con cui abbiamo parlato ha sottolineato l'importanza di poter posizionare le funzioni di rete ovunque offrano le migliori prestazioni per una particolare fetta di rete.
• Ciò diventa possibile quando si utilizza hardware generico in tutta la rete, inclusa la RAN. IL
  funzione del piano utente, ad esample, potrebbe essere spostato nel sito RAN ai margini della rete. Ciò riduce significativamente la latenza.
• Le applicazioni per questo includono cloud gaming, realtà aumentata/realtà virtuale o memorizzazione nella cache dei contenuti.
• L'hardware generico può essere utilizzato per altre applicazioni quando la RAN ha una domanda ridotta. Ci saranno ore di punta e ore tranquille, e la RAN lo sarà comunque
  overprovisioning per far fronte alla futura crescita del traffico. La capacità di riserva sul server potrebbe essere utilizzata per un carico di lavoro Internet of Things di un sito cellulare o per un RAN Intelligent Controller (RIC), che ottimizza la gestione delle risorse radio utilizzando l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico.
• Un approvvigionamento più granulare può aiutare a ridurre i costi
• Avere interfacce aperte offre agli operatori la libertà di reperire componenti da qualsiasi luogo. Aumenta la concorrenza tra i tradizionali fornitori di apparecchiature per le telecomunicazioni, ma non è tutto. Offre inoltre agli operatori la flessibilità di approvvigionarsi da produttori di hardware che non hanno precedentemente venduto direttamente nella rete. L'interoperabilità apre il mercato anche a nuove società di software vRAN, che possono apportare innovazioni e aumentare la concorrenza sui prezzi.
• Gli operatori possono essere in grado di ottenere costi inferiori acquistando direttamente i componenti, in particolare la radio, piuttosto che acquistandoli tramite un produttore di apparecchiature di telecomunicazione
  (TEM). La radio rappresenta la quota maggiore del budget RAN, quindi i risparmi sui costi qui possono avere un impatto significativo sui costi complessivi. La licenza software BBU è il costo OPEX principale, quindi una maggiore concorrenza nel livello software RAN aiuta a ridurre i costi correnti.
• Al Mobile World Congress 2018, Vodafone Chief Technology
• L'agente Johan Wibergh ha parlato dei sei mesi dell'azienda
• Test RAN aperto in India. "Siamo stati in grado di ridurre i costi operativi di oltre il 30 percento, utilizzando un'architettura molto più aperta, potendo reperire componenti da pezzi diversi", ha affermato9.
• Risparmio sui costi del 30%
• Dall'approvvigionamento di componenti separatamente.
• Prova Open RAN di Vodafone, India

Costruire una piattaforma per nuovi servizi

• La disponibilità di funzionalità di elaborazione generiche all'edge della rete consente inoltre ai CoSP di ospitare lì i carichi di lavoro rivolti ai clienti. Oltre a poter ospitare carichi di lavoro estremamente vicini all'utente, i CoSP sono in grado di garantire le prestazioni. Questo può aiutarli a competere con i provider di servizi cloud per i carichi di lavoro edge.
  I servizi edge richiedono un'architettura cloud distribuita, supportata da orchestrazione e gestione. Ciò può essere abilitato disponendo di una RAN completamente virtualizzata che funziona con i principi del cloud. In effetti, la virtualizzazione della RAN è uno dei driver per la realizzazione dell'edge computing.
• Il software Intel® Smart Edge Open fornisce un toolkit software per Multi-Access Edge Computing (MEC). Aiuta a raggiungere
  prestazioni altamente ottimizzate, basate sulle risorse hardware disponibili ovunque venga eseguita l'applicazione.
  I servizi edge dei CoSP potrebbero essere interessanti per le applicazioni che richiedono bassa latenza, prestazioni costanti e alti livelli di affidabilità.

La coerenza aiuta a ridurre i costi

• La virtualizzazione può offrire risparmi sui costi, anche nei siti in cui non è possibile utilizzare il pooling in banda base. Ci sono vantaggi per il
• CoSP e la proprietà RAN nel loro insieme nell'avere un'architettura coerente.
• Avere un unico stack software e hardware semplifica la manutenzione, la formazione e il supporto. È possibile utilizzare strumenti comuni per gestire tutti i siti, senza dover distinguere tra le tecnologie sottostanti.

Prepararsi per il futuro

• Il passaggio da DRAN a un'architettura RAN più centralizzata richiederà tempo. L'aggiornamento della RAN nel sito della cella a Open vRAN è un buon trampolino di lancio. Consente di introdurre tempestivamente un'architettura software coerente, in modo che i siti adatti possano essere centralizzati più facilmente in futuro. L'hardware distribuito nei siti delle celle può essere spostato nella posizione RAN centralizzata o utilizzato per altri carichi di lavoro perimetrali, rendendo l'investimento odierno utile nel lungo periodo. L'economia del backhaul mobile potrebbe cambiare in modo significativo in futuro anche per alcuni o tutti i siti RAN del CoSP. I siti che oggi non sono fattibili per la RAN centralizzata potrebbero essere più fattibili se diventasse disponibile una connettività fronthaul più economica. L'esecuzione di una RAN virtualizzata nel sito della cella consente al CoSP di
  centralizzare in seguito se diventa un'opzione più conveniente.

Calcolo del costo totale di proprietà (TCO)

• Mentre il costo non è la motivazione principale per l'adozione
• Tecnologie vRAN aperte in molti casi, ci possono essere risparmi sui costi. Molto dipende dalle distribuzioni specifiche.
• Non ci sono due reti di operatori uguali. All'interno di ogni rete, c'è un'enorme diversità tra i siti cellulari. Una topologia di rete che funziona per le aree urbane densamente popolate potrebbe non essere adatta per le aree rurali. Lo spettro utilizzato da un sito cellulare avrà un impatto sulla larghezza di banda richiesta, che influirà sui costi di fronthaul. Le opzioni di trasporto disponibili per il fronthaul hanno un impatto significativo sul modello di costo.
• L'aspettativa è che a lungo termine l'utilizzo di Open vRAN possa essere più conveniente rispetto all'utilizzo di hardware dedicato e sarà più facile da scalare.
• Accenture ha riferito di aver visto risparmi CAPEX del 49% laddove le tecnologie Open vRAN sono state utilizzate per implementazioni 5G10. Goldman Sachs ha riportato una cifra CAPEX simile del 50% e ha anche pubblicato risparmi sui costi del 35% in OPEX11.
• In Intel, stiamo lavorando con i principali CoSP per modellare il TCO di Open vRAN, inclusi sia CAPEX che OPEX. Anche se il CAPEX è ben compreso, siamo ansiosi di vedere ricerche più dettagliate su come confrontare i costi operativi di vRAN con appliance dedicate. Stiamo lavorando con l'ecosistema Open vRAN per esplorare ulteriormente questo aspetto.

50% di risparmio CAPEX da Open vRAN 35% di risparmio OPEX da Open vRAN Goldman Sachs

Utilizzo di Open RAN per tutte le generazioni wireless

• L'introduzione del 5G è il catalizzatore di molti cambiamenti nella rete di accesso radio (RAN). I servizi 5G saranno affamati di larghezza di banda e stanno ancora emergendo, rendendo altamente desiderabile un'architettura più scalabile e flessibile. Una rete di accesso radio aperta e virtualizzata (Open vRAN) può semplificare l'implementazione del 5G nelle reti greenfield, ma pochi operatori stanno partendo da zero. Quelli con reti esistenti rischiano di ritrovarsi con due stack tecnologici paralleli: uno aperto per il 5G e un altro basato su tecnologie chiuse e proprietarie per le generazioni di reti precedenti.
• Parallel Wireless riferisce che gli operatori che modernizzano la loro architettura legacy con Open vRAN si aspettano di vedere un ritorno sull'investimento in tre anni12. Gli operatori che non modernizzano le loro reti legacy possono vedere i costi operativi (OPEX) dal 30 al 50% più alti rispetto alla concorrenza, stima Parallel Wireless13.
• 3 anni Tempo impiegato per vedere il ritorno sull'investimento dalla modernizzazione delle reti legacy a Open vRAN. Parallela Wireless14

Conclusione

• I CoSP adottano sempre più Open vRAN per migliorare la flessibilità, la scalabilità e l'economicità delle loro reti. La ricerca di ACG Research e Parallel Wireless mostra che maggiore è la distribuzione di Open vRAN, maggiore è l'impatto che può avere sulla riduzione dei costi. I CoSP stanno adottando Open vRAN anche per ragioni strategiche. Offre alla rete una flessibilità simile al cloud e aumenta il potere di negoziazione del CoSP durante l'approvvigionamento di componenti RAN. Nei siti in cui il pooling non riduce in modo dimostrabile i costi, ci sono ancora risparmi dall'utilizzo di uno stack tecnologico coerente presso il sito radio e nelle sedi di elaborazione RAN centralizzate. Avere un'elaborazione generica all'edge della rete può aiutare i CoSP a competere con i provider di servizi cloud per i carichi di lavoro edge. Intel sta collaborando con i principali CoSP per modellare il TCO di Open vRAN. Il nostro modello TCO mira ad aiutare i CoSP a ottimizzare il costo e la flessibilità della loro proprietà RAN.

Saperne di più

• Intel eGuide: distribuzione di una RAN aperta e intelligente
• Infografica Intel: Cloudificazione della rete di accesso radio
• Qual è il modo migliore per accedere alla RAN aperta?
• Quanto possono risparmiare gli operatori con una Cloud RAN?
• Vantaggio economicotages di virtualizzazione della RAN nell'infrastruttura degli operatori mobili
• Cosa succede al TCO dell'implementazione quando gli operatori mobili implementano OpenRAN solo per il 5G?
• Intel® Smart Edge aperto

1. Open RAN impostato per acquisire il 10% del mercato entro il 2025, 2 settembre 2020, SDX Central; sulla base dei dati del comunicato stampa del Gruppo Dell'Oro: Open RAN to Approach Double-Digit RAN Share, 1 settembre 2020.
2. Previsioni su tecnologia, media e telecomunicazioni 2021, 7 dicembre 2020, Deloitte
3. RAN virtualizzata – Vol 1, aprile 2021, Samsung
4. RAN virtualizzata – Vol 2, aprile 2021, Samsung
5. Qual è il modo migliore per aprire la RAN?, 2021, Mavenir
6. ivi
7. Quanto possono risparmiare gli operatori con una RAN cloud?, 2017, Mavenir
8. Vantaggio economicotages of Virtualizing the RAN in Mobile Operators' Infrastructure, 30 settembre 2019, ACG Research e Red Hat 9 Facebook, TIP Advance Wireless Networking With Terragraph, 26 febbraio 2018, SDX Central
9. Accenture Strategy, 2019, come riportato in Open RAN Integration: Run With It, aprile 2020, iGR
10. Goldman Sachs Global Investment Research, 2019, come riportato in Open RAN Integration: Run With It, aprile 2020, iGR
11. ivi
12. ivi

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Documenti / Risorse

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Riferimenti

• Manuale d'uso