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解構/重組/簡化/效率 5G開放RAN產業鏈動起來
5G為人類擘畫未來十年行動通訊的美好願景,架構涵蓋範圍龐大,為此,全球行動通訊專家設計了一個具備高度彈性的網路架構,進一步落實軟體定義網路(Software Defined Network, SDN)與網路功能虛擬化(Network Functions Virtualization, NFV)兩大概念,打造以軟體控制的虛擬化網路,並導入雲端依需求調度資源的彈性服務概念。
虛擬化的雲端原生網路架構,讓管理調度更加容易。因此,多年前被提出的無線電接取網路(Radio Access Network, RAN)開放架構,成為5G商業化過程中最吸睛的話題。諾基亞(Nokia)台港澳業務銷售總監鄭志中指出,5G時代,在Cloud RAN的發展趨勢之下,使用網路切片(Network Slicing)將實體網路畫分為多個虛擬的邏輯網路,以滿足對網路有不同需求的各種應用。過去如同潘朵拉盒子的無線電接取網路如何打開?解構後產業鏈會帶來甚麼樣的變化,新的產業鏈帶來甚麼效益?如何較過去更加順暢高效地運作?
O-RAN推動5G開放架構
5G控制網路將走向軟體化與虛擬化,未來電信網路的運作會與雲端資料中心相似度極高。而目前電信網路,也希望複製資料中心架構開放的成功經驗,工研院產科國際所分析師魏依伶提到,過去電信網路是由設備商Nokia、Ericsson、華為統包,並負責電信營運商的相關技術支援與後勤服務,開放架構中軟體、硬體、系統整合、後勤支援都是不同廠商提供,典型的電信網路架構如圖1所示,未來電信網路開放後依照屬性將解構成多個部分,由不同廠商提供專屬的設備或服務。
圖1 無線電存取網路RAN架構圖
而RAN在開放的過程中,標準化就是現階段的重點工作,魏依伶說明,O-RAN聯盟由電信營運商主導,目前有130多家會員,包括:營運商、供應商及研究與學術機構。O-RAN的使命是將下一代無線電接取網路全面開放,未來的RAN將建立在虛擬化網路架構、白牌硬體和標準化可互通/互連介面基礎之上。越上層供應商越少,鄭志中坦言,A1與E2介面較有機會標準化,越下層投入廠商更多,標準化的複雜度也隨之提高。
O-RAN目前致力於將RAN架構進行標準化定義與傳輸介面的共通性,魏依伶進一步解釋,O-RAN目前有幾大工作小組投入標準與介面的制訂,包括:非即時RAN智慧控制與AI介面、即時RIC與E2介面、Open Fronthaul及Open F1/W1/E1/X2/Xn介面、RAN軟體與底層硬體解構、白牌硬體參考設計架構等。
TIP/ONF/OTIC就不同層次努力
此外,Facebook以雲端模式解構電信基礎架構,號召超過500家廠商成立TIP(Telecom Infra Project),包括德國電信(Deutsche Telekom, DT)、SK Telecom、西班牙電信(Telefónica)、Vodafone、英國電信(BT)等,針對接取網路如LTE基地台、vRAN、Power、Open RAN等;行動回傳網路如Open Optical Packet Transport、mmWave等;核心網路與管理平台如AI/ML、End-to-End Network...
產業推力源源不絕 5G 2020產業榮景可期
5G在2019年4月,由南韓與美國不斷微調提前的開台日期中揭開序幕,而這個小插曲,也成為2019與2020年5G發展的縮影,5G成為發展最迅速的行動通訊標準,因為5G涵蓋層面廣泛,使其大到國家競爭力,小到廠商產品布局,都有戰略性意義,帶動這波5G產業卡位布局熱潮。
2020年,5G將持續發展更關鍵的技術標準,同時在產業推動廠商積極布局,插旗搶占地盤之後,如何順利掠奪市場商機,推出符合消費者需要的服務,建立正確的商業模式,成為這段時間的重點,數據服務繼語音之後,成為下一個"雞肋",企業專網變成營運商希望可以孵化的金雞蛋;同時,在營運商的推動之下,Open RAN將解構過去的電信網路,打開無線接取網路潘朵拉的盒子,再次引發另一波卡位戰,5G時代精彩可期。
3GPP R16/R17完善5G標準
3GPP 5G NR標準涵蓋R15、R16、R17,其中R15最終版已於2019年3、4月左右定案,R16將於2020年3、4月凍結,該版本標準將作為IMT-2020技術候選提交給ITU,而R17版本針對現有架構與功能持續演進,滿足各種場景應用需求,R17於2019年底確認內容,2021年終技術內容凍結。Nokia台灣客戶營運部技術總監陳銘邦(圖1)表示,R16以低延遲技術為主,並詳細制定工業物聯網(IIoT)架構、有線/無線聚合、專網(Non Public Network)、5G NR運作在非授權頻段等(圖2)技術。
圖1 Nokia台灣客戶營運部技術總監陳銘邦表示,R16以低延遲技術為主,R17則發展大規模物聯網。
圖2 3GPP R15/R16/R17技術規格要點
R17則基於發展大規模物聯網,同時將更全面支援垂直產業的聯網應用,在基礎功能強化部分,如MIMO增強、定位增強、覆蓋範圍增強、RAN數據蒐集增強、綜合接入與回傳增強、節能增強、小數據傳輸優化、Sidelink增強;支援垂直產業部分,發展NR-Lite規格、IIoT/URLLC增強、非授權頻譜NR增強、NR廣播/多播等;支援不同的終端型態部分,NR-Lite優化NR終端、多SIM卡操作;延伸訊號的覆蓋範圍與高度,發展非地面網路NR;其他如:人工智慧(AI)/機器學習(ML)5G網路、52.6GHz以上頻譜利用等。
R16在2020年發布之後,5G主要技術框架更加完善,因此明年5G產品將大舉出籠,如何激發市場需求並發展創新應用成為重點。電信技術中心副執行長林炫佑(圖3)直指,激發需求重於創造需求,透過5G高速、低延遲、大量連結的技術,可以實現先進影音功能、智慧治理、URLLC應用技術與創新應用技術等面向,其中影音應用如AR/VR沉浸式影音、4K/8K即時影像、Hologram全息投影將會是5G發展最快的應用,而低延遲與高可靠度的應用,如車聯網、無人機、數位雙胞胎(Digital Twin)、智慧電網等B2B、B2B2C應用則是5G時代的關鍵。
圖3 電信技術中心副執行長林炫佑指出,5G垂直產業應用發展,激發需求重於創造需求。
B2C應用高畫質影音與雲端遊戲
5G在創新應用上引領的變革,預計將造成一波新的典範轉移,5G商業模式中B2C轉變為營運商基本盤,B2B與B2B2X的產業潛力成為開發重點。B2C的業務規模基本上已經固定,5G預期不會帶來大幅度的成長,但也是營運商絕對不能失去的市場,除了高畫質影音之外,由於5G頻寬的大幅成長,推動雲端線上遊戲平台發展,Apple Arcade、Google Stadia、微軟Project xCloud呈現方興未艾的態勢。
此外,5G產業應用被視為是帶動電信營運商營收動能的「靈藥」之一。陳銘邦認為,5G的產業應用以車用、智慧製造、能源、健康照護為四大類別。尤其是製造業發達的國家如德國,對於5G企業專網的推動更是不遺餘力,根據工研院產科國際所的研究指出,德國汽車業者可望在不依賴電信業者的5G基礎網路設施下自建5G網路,以避免數位轉型工作託付給電新業者。
B2B應用前景可期但挑戰不小
R16標準中工業物聯網是一大重點,而近年由工業4.0帶動的製造業升級運動有了5G的加值,發展前景可期,資策會智慧系統研究所副所長馬進國解釋,藉由感測大數據,建構監控、生產計劃、分析及預測等模組,讓工廠管理更智慧更簡單,可隨時隨地觀看工廠的稼動率、加工狀況等,讓管理者即時化、可視化與有效化管理所有生產資訊,提升經營效率,實現智慧工廠最終極目標。
透過IIoT感測模組整合至零組件廠,並提供相關Domain Knowledge與整機廠連結,輔以AI建模等工具,快速變更設計及生產製程,以符合目前更短的產品生命週期,加速智慧零組件與智慧機械整合與開發速度。應用5G技術與AR/VR,導入現場即時故障排除,並建構預診斷機制,改善目前售服與維修成本。而這些目標事實上需要更多時間逐步達成,馬進國不諱言,5G產業應用要比氣長,不像B2C可以很快導入,即時看到成果並帶動營收,未來二~三年基本上都是醞釀期。
5G技術與垂直產業的發展願景,現階段還面臨許多挑戰,林炫佑進一步指出,目前缺乏可有效提升投報率的案例,垂直領域廠商尚未將5G研發範疇,5G與當前各種垂直領域設備之相容性與互通性待驗證,垂直領域廠商需與5G營運商或新創公司展開新的合作模式,採用5G與有線連線對部分垂直領域差異性尚不明顯,5G垂直應用將與外部資源連線,垂直領域卻乏專家確保資訊安全及數據保護。
專網推動應提升產業競爭力
5G產業應用不僅是傳統的B2B,更可能是B2B2C或B2B2X,所以也興起企業專網的發展熱潮,又帶動專用頻段的需求,包括英國、德國、日本、瑞典都劃設專用頻段供產業應用,希望此舉能有助5G時代的產業發展。英國將1.8GHz與2.3GHz作為Local Shared-Access使用,3.8~4.2GHz作為Local Private和Shared網路使用,農民、工廠、商業園區、公園可申請。德國也保留3.7~3.8GHz作為企業專網頻段,BNetzA根據需求分配給申請者,Volkswagen、Daimler、BMW、Siemens、Bosch等皆有意申請。
專網專頻在台灣也引起廣泛討論,不久前傳出政府有意比照德國、瑞典,保留3.7~3.8GHz中100MHz做為企業專網頻段,造成電信營運商大動作反彈,認為此舉對花大把資金取得頻譜的營運商不公平。因此,10月底交通部對電信業者承諾,企業專網專頻預計三年後才開放申請、且必須先申請一年實驗計畫,企業專頻頻譜使用「有價」,單位成本需與電信業者取得5G頻譜接近;此外,申請專網的企業須提出事業計畫書、每三年檢討頻譜使用效率。
而使用頻段則不是3.7GHz的熱門頻段,改至5G第二波釋照的4.4~5GHz頻段。行政院科技會報執行秘書蔡志宏表示,有關5G專網,未來公私單位都可提出申請,若是企業界要使用,則要看專網運作的範圍。行政院對5G專網專頻的政策指導方向會由行政院長於12月10日5G頻譜競標前後親自拍板。盼依然是以專業為依歸,同時顧及台灣資通訊、電信產業競爭力建構,以開放、自主、創新態度,並不自外於國際潮流為原則。
5G Open RAN成潮流
另外,5G時代許多應用與物聯網、人工智慧(AI)息息相關,因應網路對邊緣運算架構的需求,由大型電信營運商AT&T、中國移動、Deutsche Telekom成立ORAN組織,目的是解構目前以華為、Ericsson、Nokia主導的無線接取網路架構,Deutsche預估,以RAN建置成本占5G網路70%來看,Open RAN可以協助RAN成本節省50%,整體成本可以降低35%。
過去無線接取網路是由RAN架構以硬體的RAN設備與技術支援、技術服務組成,由於5G網路支援多樣化應用,網路朝向虛擬化、軟體化發展,工研院資通所副所長丁邦安表示,開放式網路架構可以將原來形同黑盒子的RAN解構再重組,供應鏈切得更細,除了射頻前端設備之外,與運算有關的設備不再使用專用設備,可以導入通用型的運算平台或伺服器,一方面也支援AI的運算與處理,一方面可以降低成本,達成系統簡化發展的目標。
除了ORAN以外,目前也已有多個組織投入RAN開放的發展,Fackbook在2016年成立TIP(Telecom Infra Project)號召500家廠商加入,以雲端原生模式解構電信基礎架構;開放網路基金會(Open Networking Foundation,...