intel Fazendo o caso de negócios para RAN aberta e virtualizada

RAN aberta e virtualizada são definidas para crescimento rápido

As tecnologias de rede de acesso via rádio aberta e virtualizada (Open vRAN) podem crescer para quase 10% do mercado total de RAN até 2025, de acordo com estimativas do Dell'Oro Group1. Isso representa um crescimento rápido, visto que o Open vRAN representa apenas um por cento do mercado de RAN atualmente.
Existem duas facetas para Open vRAN:

• A virtualização desagrega o software do hardware e permite que as cargas de trabalho RAN sejam executadas em servidores de uso geral. O hardware de uso geral é mais
  flexível e mais fácil de dimensionar do que a RAN baseada em dispositivo.
• É relativamente fácil adicionar novas funcionalidades RAN e aprimoramentos de desempenho usando uma atualização de software.
• Princípios comprovados de TI, como rede definida por software (SDN), nuvem nativa e DevOps, podem ser usados. Existem eficiências operacionais em como a rede é configurada, reconfigurada e otimizada; bem como na detecção, correção e prevenção de falhas.
• As interfaces abertas permitem que os provedores de serviços de comunicação (CoSPs) obtenham os ingredientes de sua RAN de diferentes fornecedores e os integrem com mais facilidade.
• A interoperabilidade ajuda a aumentar a concorrência na RAN tanto em preço quanto em recursos.
• A RAN virtualizada pode ser usada sem interfaces abertas, mas os benefícios são maiores quando ambas as estratégias são combinadas.
• O interesse no vRAN aumentou recentemente, com muitos operadores envolvidos em testes e suas primeiras implantações.
• A Deloitte estima que existam 35 implementações Open vRAN ativas em todo o mundo2. A arquitetura de software FlexRAN da Intel para processamento de banda base está sendo usada em pelo menos 31 implantações em todo o mundo (ver Figura 1).
• Neste artigo, exploramos o caso de negócios do Open vRAN. Discutiremos os benefícios de custo do pooling de banda base e os motivos estratégicos pelos quais o Open vRAN ainda é desejável quando o pooling não é possível.

Apresentando uma nova topologia RAN

• No modelo tradicional de RAN distribuído (DRAN), o processamento da RAN é realizado próximo à antena do rádio.
  A RAN virtualizada divide a RAN em um pipeline de funções, que podem ser compartilhadas em uma unidade distribuída (DU) e uma unidade centralizada (CU). Há várias opções para dividir a RAN, conforme mostrado na Figura 2. A opção de divisão 2 hospeda o Protocolo de Convergência de Pacote de Dados (PDCP) e o Controle de Recursos de Rádio (RRC) na CU, enquanto o restante das funções de banda base são executados fora do DU. A função PHY pode ser dividida entre a UD e a Unidade de Rádio Remota (RRU).

A vantagemtages de arquiteturas RAN divididas são:

• Hospedar a função Low-PHY no RRU reduz o requisito de largura de banda fronthaul. Em 4G, as divisões da Opção 8 eram comumente usadas. Com 5G, o aumento da largura de banda torna a Opção 8 inviável para o modo 5G autônomo (SA). (As implantações 5G não autônomas (NSA) ainda podem usar a Opção 8 como legado).
• A qualidade da experiência pode ser melhorada. quando o núcleo
  plano de controle é distribuído para o CU, o CU torna-se o ponto de ancoragem da mobilidade. Como resultado, há menos handovers do que quando o UD é o ponto de ancoragem3.
• Hospedar o PDCP na CU também ajuda a equilibrar a carga ao oferecer suporte ao recurso de conectividade dupla (DC)
  de 5G em uma arquitetura NSA. Sem essa divisão, o equipamento do usuário se conectaria a duas estações base (4G e 5G), mas apenas a estação base âncora seria usada para processar os fluxos por meio da função PDCP. Usando a Opção 2 dividida, a função PDCP ocorre de forma centralizada, de modo que as DUs tenham balanceamento de carga mais eficaz4.

Redução de custos por meio do pooling de banda base

• Uma maneira pela qual o Open vRAN pode ajudar a reduzir os custos é agrupar o processamento de banda base. Uma CU pode atender a várias UDs, e as UDs podem ser localizadas com as CUs para economia de custos. Mesmo que a UD esteja hospedada no local da célula, pode haver eficiências porque a UD pode atender a várias RRUs, e o custo por bit diminui à medida que a capacidade da célula aumenta5. O software executado em hardware comercial pronto para uso pode ser mais responsivo e dimensionar com mais flexibilidade do que o hardware dedicado que requer trabalho manual para dimensionar e configurar.
• O agrupamento de banda base não é exclusivo do Open vRAN: na RAN personalizada tradicional, as unidades de banda base (BBUs) às vezes foram agrupadas em locais mais centralizados, chamados de hotéis BBU. Eles são conectados às RRUs por meio de fibra de alta velocidade. Reduz o custo do equipamento no local e reduz o número de rolos de caminhões para instalação e manutenção do equipamento. Os hotéis BBU oferecem granularidade limitada para escala, no entanto. As BBUs de hardware não possuem todas as vantagens de otimização de recursostages de virtualização, nem a flexibilidade para lidar com múltiplas e variadas cargas de trabalho.
• Nosso próprio trabalho com CoSPs descobriu que o maior custo operacional (OPEX) na RAN é o licenciamento de software BBU. A reutilização de software mais eficiente por meio de pooling ajuda a otimizar o custo total de propriedade (TCO) da RAN.
• No entanto, o custo do transporte deve ser considerado. O backhaul para DRAN tradicional tem sido tipicamente uma linha alugada fornecida à operadora de rede móvel por operadoras de rede fixa. As linhas alugadas podem ser caras e o custo tem um efeito decisivo no plano de negócios de onde a DU deve estar localizada.
• A empresa de consultoria Senza Fili e o fornecedor de vRAN Mavenir modelaram os custos com base em testes realizados com clientes da Mavenir, Intel e HFR Networks6. Dois cenários foram comparados:
• As DUs estão localizadas com as RRUs nas células. O transporte Midhaul é usado entre o DU e o CU.
• As UDs estão localizadas com as CUs. O transporte fronthaul é usado entre as RRUs e DU/CU.
• A UC estava em um centro de dados onde os recursos de hardware podiam ser agrupados em RRUs. O estudo modelou os custos do transporte CU, DU e midhaul e fronthaul, abrangendo tanto
• OPEX e despesas de capital (CAPEX) durante um período de seis anos.
• A centralização do DU aumenta os custos de transporte, então a questão era se os ganhos do agrupamento superavam os custos de transporte. O estudo descobriu:
• As operadoras com transporte de baixo custo para a maioria de seus sites de celular ficam melhor centralizando o UD com o CU. Eles podem cortar seu TCO em até 42 por cento.
• As operadoras com altos custos de transporte podem cortar seu TCO em até 15 por cento hospedando o UD no local da célula.
• A economia relativa de custos também depende da capacidade da célula e do espectro usado. Um DU em um local de celular, por exemploample, pode ser subutilizado e pode ser dimensionado para suportar mais células ou maior largura de banda com o mesmo custo.
• Pode ser possível centralizar o processamento de RAN até 200km do local do rádio no modelo “Cloud RAN”. Um estudo separado da Senza Fili e da Mavenir7 descobriu que o Cloud RAN poderia reduzir os custos em 37% em cinco anos, em comparação com o DRAN. O pool de BBU e o uso mais eficiente do hardware ajudam a reduzir os custos. A economia de OPEX vem de custos de operação e manutenção mais baixos. Os locais centralizados provavelmente serão mais fáceis de acessar e gerenciar do que os sites de celular, e os sites de celular também podem ser menores porque há menos equipamento necessário lá.
• A virtualização e a centralização juntas facilitam o dimensionamento à medida que as demandas de tráfego mudam. É mais fácil adicionar mais servidores de uso geral ao pool de recursos do que atualizar o hardware proprietário no local da célula. Os CoSPs podem combinar melhor seus gastos com hardware com o crescimento de suas receitas, sem precisar implantar hardware agora que será capaz de gerenciar o tráfego em cinco anos.
• Quanto da rede para virtualizar?
• A ACG Research e a Red Hat compararam o custo total de propriedade (TCO) estimado para uma rede de acesso por rádio distribuído (DRAN) e RAN virtualizada (vRAN)8. Eles estimaram que o gasto de capital (CAPEX) da vRAN era metade do da DRAN. Isso se deveu principalmente à eficiência de custos por ter menos equipamentos em menos locais usando a centralização.
• O estudo também descobriu que o gasto operacional (OPEX) foi significativamente maior para DRAN do que para vRAN. Isso foi resultado da redução dos custos de aluguel de site, manutenção, aluguel de fibra e energia e refrigeração.
• O modelo foi baseado em um Provedor de Serviços de Comunicações (CoSP) Tier 1 com 12,000 estações base agora e uma necessidade de adicionar 11,000 nos próximos cinco anos. O CoSP deve virtualizar toda a RAN ou apenas os sites novos e expandidos?
• A ACG Research descobriu que a economia de TCO foi de 27% quando apenas sites novos e em crescimento foram virtualizados. A economia de TCO aumentou para 44% quando todos os sites foram virtualizados.
• 27%
  • Economia de TCO
• Virtualizando apenas sites RAN novos e expandidos
• 44%
  • Economia de TCO
• Virtualização de todos os sites RAN
• Pesquisa ACG. Com base em uma rede de 12,000 sites com planos de adicionar 11,000 nos próximos cinco anos.

O caso do Open vRAN no local da célula

• Alguns CoSPs adotam o Open vRAN no local da célula por motivos estratégicos, mesmo quando o agrupamento de banda base não oferece economia de custos.
  Criando uma rede flexível baseada em nuvem
• Um CoSP com quem conversamos enfatizou a importância de poder colocar as funções de rede onde quer que ofereçam o melhor desempenho para uma fatia de rede específica.
• Isso se torna possível quando você usa hardware de uso geral em toda a rede, inclusive para a RAN. O
  função de plano de usuário, por exemploample, pode ser movido para o site RAN na borda da rede. Isso reduz significativamente a latência.
• Os aplicativos para isso incluem jogos em nuvem, realidade aumentada/realidade virtual ou cache de conteúdo.
• O hardware de uso geral pode ser usado para outros aplicativos quando a RAN tiver baixa demanda. Haverá horas de trabalho e horas de silêncio, e o RAN será, em qualquer caso,
  superprovisionado para atender ao crescimento futuro do tráfego. A capacidade sobressalente no servidor pode ser usada para uma carga de trabalho de internet das coisas do site celular ou para um RAN Intelligent Controller (RIC), que otimiza o gerenciamento de recursos de rádio usando inteligência artificial e aprendizado de máquina.
• Um fornecimento mais granular pode ajudar a reduzir os custos
• Ter interfaces abertas dá aos operadores a liberdade de obter componentes de qualquer lugar. Isso aumenta a concorrência entre os fornecedores tradicionais de equipamentos de telecomunicações, mas não é tudo. Ele também oferece às operadoras a flexibilidade de adquirir produtos de fabricantes de hardware que antes não vendiam diretamente para a rede. A interoperabilidade também abre o mercado para novas empresas de software vRAN, que podem trazer inovações e aumentar a concorrência de preços.
• As operadoras podem obter custos mais baixos adquirindo componentes, em particular o rádio, diretamente, em vez de comprá-los por meio de um fabricante de equipamentos de telecomunicações
  (TEM). O rádio é responsável pela maior parte do orçamento da RAN, portanto, a economia de custos aqui pode ter um impacto significativo nos custos gerais. A licença de software BBU é o principal custo OPEX, portanto, o aumento da concorrência na camada de software RAN ajuda a reduzir os custos contínuos.
• No Mobile World Congress 2018, Vodafone Chief Technology
• O diretor Johan Wibergh falou sobre o período de seis meses da empresa
• Teste RAN aberto na Índia. “Conseguimos reduzir o custo de operação em mais de 30%, usando uma arquitetura muito mais aberta, ao poder fornecer componentes de diferentes peças”, disse ele9.
• 30% de economia de custos
• De componentes de abastecimento separadamente.
• Teste Open RAN da Vodafone, Índia

Construindo uma plataforma para novos serviços

• Ter recursos de computação de uso geral na borda da rede também permite que os CoSPs hospedem cargas de trabalho voltadas para o cliente lá. Além de serem capazes de hospedar cargas de trabalho extremamente próximas do usuário, os CoSPs são capazes de garantir desempenho. Isso pode ajudá-los a competir com provedores de serviços em nuvem por cargas de trabalho de ponta.
  Os serviços de borda exigem uma arquitetura de nuvem distribuída, apoiada por orquestração e gerenciamento. Isso pode ser ativado por ter uma RAN totalmente virtualizada operando com princípios de nuvem. De fato, a virtualização da RAN é um dos impulsionadores para a realização da computação de ponta.
• O software Intel® Smart Edge Open fornece um kit de ferramentas de software para Multi-Access Edge Computing (MEC). Ele ajuda a alcançar
  desempenho altamente otimizado, com base nos recursos de hardware disponíveis onde quer que o aplicativo seja executado.
  Os serviços de borda dos CoSPs podem ser atraentes para aplicativos que exigem baixa latência, desempenho consistente e altos níveis de confiabilidade.

Consistência ajuda a reduzir custos

• A virtualização pode proporcionar economia de custos, mesmo em locais onde o pooling de banda base não pode ser usado. Existem vantagens para o
• CoSP e a propriedade RAN como um todo em ter uma arquitetura consistente.
• Ter uma única pilha de software e hardware simplifica a manutenção, o treinamento e o suporte. Ferramentas comuns podem ser usadas para gerenciar todos os sites, sem a necessidade de diferenciar entre suas tecnologias subjacentes.

Preparando-se para o futuro

• Mudar de DRAN para uma arquitetura RAN mais centralizada levará tempo. Atualizar a RAN no local da célula para Open vRAN é um bom trampolim. Ele permite que uma arquitetura de software consistente seja introduzida antecipadamente, para que sites adequados possam ser mais facilmente centralizados no futuro. O hardware implantado nos locais da célula pode ser movido para o local RAN centralizado ou usado para outras cargas de trabalho de ponta, tornando o investimento de hoje útil a longo prazo. A economia do backhaul móvel também pode mudar significativamente no futuro para alguns ou todos os sites RAN do CoSP. Sites que não são viáveis ​​para RAN centralizada hoje podem ser mais viáveis ​​se a conectividade fronthaul mais barata estiver disponível. A execução de RAN virtualizada no local da célula permite que o CoSP
  centralize mais tarde se isso se tornar uma opção mais econômica.

Calculando o custo total de propriedade (TCO)

• Embora o custo não seja a principal motivação para adotar
• Tecnologias vRAN abertas em muitos casos, pode haver economia de custos. Muito depende das implantações específicas.
• Não há duas redes de operadoras iguais. Dentro de cada rede, há uma enorme diversidade entre as estações de celular. Uma topologia de rede que funciona para áreas urbanas densamente povoadas pode não ser adequada para áreas rurais. O espectro que um site de celular usa terá um impacto na largura de banda necessária, o que afetará os custos de fronthaul. As opções de transporte disponíveis para fronthaul têm um impacto significativo no modelo de custo.
• A expectativa é que, a longo prazo, o uso do Open vRAN seja mais econômico do que o uso de hardware dedicado e seja mais fácil de escalar.
• A Accenture relatou uma economia de CAPEX de 49%, onde as tecnologias Open vRAN foram usadas para implantações 5G10. A Goldman Sachs relatou um valor de CAPEX semelhante de 50% e também publicou uma economia de custos de 35% no OPEX11.
• Na Intel, estamos trabalhando com os principais CoSPs para modelar o TCO do Open vRAN, incluindo CAPEX e OPEX. Embora o CAPEX seja bem compreendido, estamos ansiosos para ver uma pesquisa mais detalhada sobre como os custos operacionais do vRAN se comparam aos dispositivos dedicados. Estamos trabalhando com o ecossistema Open vRAN para explorar isso ainda mais.

50% de economia de CAPEX com Open vRAN 35% de economia de OPEX com Open vRAN Goldman Sachs

Usando Open RAN para todas as gerações sem fio

• A introdução do 5G é o catalisador de muitas mudanças na rede de acesso por rádio (RAN). Os serviços 5G consumirão muita largura de banda e ainda estão surgindo, tornando altamente desejável uma arquitetura mais escalável e flexível. Uma rede de acesso via rádio aberta e virtualizada (Open vRAN) pode facilitar a implantação do 5G em redes novas, mas poucas operadoras estão começando do zero. Aqueles com redes existentes correm o risco de acabar com duas pilhas de tecnologia paralelas: uma aberta para 5G e outra baseada em tecnologias proprietárias fechadas para gerações de rede anteriores.
• A Parallel Wireless relata que as operadoras que modernizam sua arquitetura legada com o Open vRAN esperam obter um retorno sobre o investimento em três anos12. As operadoras que não modernizam suas redes legadas podem ter custos operacionais (OPEX) de 30% a 50% mais altos do que a concorrência, estima a Parallel Wireless13.
• 3 anos Tempo gasto para ver o retorno do investimento da modernização de redes legadas para o Open vRAN. Sem fio paralelo14

Conclusão

• Os CoSPs estão adotando cada vez mais o Open vRAN para melhorar a flexibilidade, escalabilidade e economia de suas redes. A pesquisa da ACG Research and Parallel Wireless mostra que quanto mais amplamente o Open vRAN for implantado, maior será o impacto que ele terá na redução de custos. Os CoSPs também estão adotando o Open vRAN por motivos estratégicos. Ele oferece à rede flexibilidade semelhante à nuvem e aumenta o poder de negociação do CoSP ao fornecer componentes RAN. Em locais onde o agrupamento não reduz os custos comprovadamente, ainda há economia com o uso de uma pilha de tecnologia consistente no local de rádio e nos locais de processamento RAN centralizado. Ter computação de uso geral na borda da rede pode ajudar os CoSPs a competir com provedores de serviços em nuvem por cargas de trabalho de ponta. A Intel está trabalhando com os principais CoSPs para modelar o TCO do Open vRAN. Nosso modelo de TCO visa ajudar os CoSPs a otimizar o custo e a flexibilidade de sua propriedade RAN.

Saber mais

• Intel eGuide: Implantando RAN aberta e inteligente
• Infográfico da Intel: Cloudificando a rede de acesso por rádio
• Qual é a melhor maneira de abrir a RAN?
• Quanto as operadoras podem economizar com um Cloud RAN?
• Vantagem Econômicatages de Virtualização da RAN na Infraestrutura das Operadoras Móveis
• O que acontece com o TCO de implantação quando as operadoras móveis implantam o OpenRAN apenas para 5G?
• Intel® Smart Edge aberto

1. Open RAN definido para capturar 10% do mercado até 2025, 2 de setembro de 2020, SDX Central; com base nos dados do comunicado de imprensa do Dell'Oro Group: Open RAN to Approach Double-Digit RAN Share, 1 de setembro de 2020.
2. Previsões de tecnologia, mídia e telecomunicações 2021, 7 de dezembro de 2020, Deloitte
3. RAN virtualizada - Vol 1, abril de 2021, Samsung
4. RAN virtualizada - Vol 2, abril de 2021, Samsung
5. Qual é a melhor maneira de abrir o RAN?, 2021, Mavenir
6. ibid
7. Quanto os operadores podem economizar com um Cloud RAN?, 2017, Mavenir
8. Vantagem Econômicatages of Virtualizing the RAN in Mobile Operators' Infrastructure, 30 de setembro de 2019, ACG Research e Red Hat 9 Facebook, TIP Advance Wireless Networking With Terragraph, 26 de fevereiro de 2018, SDX Central
9. Accenture Strategy, 2019, conforme relatado em Open RAN Integration: Run With It, abril de 2020, iGR
10. Goldman Sachs Global Investment Research, 2019, conforme relatado em Open RAN Integration: Run With It, abril de 2020, iGR
11. ibid
12. ibid

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Documentos / Recursos

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Referências

• Manual do usuário