通訊服務供應商佈署5G網路的最大挑戰

作者 : Paul Miller,Wind River電信市場部門副總裁

佈署5G是一大挑戰,因為網路密度高、結構複雜,營運和維護成本可能很高。對於某些應用,比如連網汽車,延遲必須非常低,並且要完全可以預測。此外,CSP還必須考慮潛在的安全問題。

5G,即第五代無線通訊,正在全球市場擴展其版圖;通訊服務供應商(CSP)競相在各自市場上提供完整的5G服務。雖然得下很大的賭注,潛在的商業利益也很大;5G技術可提供更快的連網速度、更可靠的資料串流,以及能實現新商機的一系列新功能。

佈署5G是一大挑戰,因為網路密度高、結構複雜,營運和維護成本可能很高。對於某些應用,比如連網汽車,延遲必須非常低,並且要完全可以預測。此外,CSP還必須考慮潛在的安全問題。

5G將直接影響無線接取網路(RAN)的設計和架構。簡單地說,RAN是位於邊緣的功能集合,可將行動裝置連接到CSP的核心網路。5G的延遲要求和網路負載將為RAN帶來巨大壓力,傳統的RAN設備佈署方式已無法妥善因應新的需求。一種以雲端為基礎的虛擬RAN (vRAN)方案為5G提供了必要的功能性,而且其性能、靈活性和成本效益是固定RAN設備所無法實現的。

5G挑戰:降低5G分散式網路的複雜性

毫無疑問,5G網路將比現已佈署的其他網路都更為複雜。造成這種情況的因素很多。首先,5G網路的密度遠遠超過4G。一個標準的4G大型基地台(macrocell)可以覆蓋大約25平方公里,5G則需要20個或更多的基地台,而且需要使用各自的天線陣列和RAN硬體才能覆蓋相同範圍的區域。若要在室內環境使用5G,訊號覆蓋需要更高的密度。

大規模MIMO無線網路技術可在資料傳輸時使用多個天線,並可提升每個天線的5G網路速度。該技術可讓基地台和行動使用者終端(UEs)的發射天線數量增加,透過同時發送和接收來實現資料傳輸速率的最大化。

5G網路的密度讓資料交換和相關流量管理的需求更高,同時它還需要邊緣端具有相當的運算能力,主要原因如下:

  • MIMO在基地台和使用者終端設備上是透過演算法運作。
  • 「波束成形」(beamforming)雖然最佳化了頻寬使用,卻也進一步提高了對運算資源的壓力。
  • 5G雙工(雙向)資料流量架構和高速傳輸,會產生令4G資料量相形見絀的大量資料。

讓4G朝5G過渡的營運成本維持控制

可想而知,在網路中添加20倍甚至更多的硬體將會產生巨大的營運成本;除了設備本身,還有安裝和運維成本,涵蓋配置工作、網路測試與管理,以及軟體更新等。

滿足超低的確定性延遲要求

5G網路的運作需要低延遲,而一些新興的邊緣裝置則會需要超低的確定性延遲(ultra-low, deterministic latency)。超高可靠性和低延遲通訊(ultra-reliable and low latency communications,URLLC)需求定義了這一新的裝置市場。

URLLC要求整個5G網路基礎設施的單向通訊延遲容忍度為1毫秒(millisecond)。這比傳統系統所能達到的速度要快得多,需要達到此標準的應用包括自動駕駛車輛、工業機器人控制和安全等,能夠成功支援URLLC設備需求的CSP將在未來於市場佔據主導地位。

新功能意味著新市場

5G令人振奮的一面是,除傳統電信外,它還有讓其他產業轉型的潛力;這些產業將會成為CSP的新客戶。

舉例來說,5G可望成為自動駕駛車輛和車輛對車輛通訊(V2V)等應用的骨幹網路,也可望改變工業感測器和其他物聯網裝置的功能和通訊方式。有人甚至設想,5G將在擴增實境(AR)應用扮演要角,而這將會為「智慧城市」願景帶來影響。

這些產業將向誰尋求5G服務?他們最可能與現有的CSP合作。工業廠商、推動「智慧城市」的政府機構、車廠和其他企業,可能更偏好採用外包的形式來管理5G網路的高頻寬和大量終端。換句話說,這是CSP營收成長的大好機會。

在此同時,客戶提出的新需求也將貢獻營收成長。例如,要設置一個大規模的工業物聯網環境,就有別於CSP經營的常規業務。每個商機都是一個未知領域,伴隨著獨特的挑戰,例如:

工業應用和機器人:工業廠商希望5G成為智慧、安全邊緣平台的基礎,以實現自動化運作和分散式決策;其中一個挑戰來自基於視覺的系統,也就是「看得見」的機器人,它們需要低延遲,否則那些機器人可能無法及時對視覺輸入做出反應。

汽車:美國底特律三大車廠和其他各國車廠,都希望自動駕駛車輛能夠實現商用;其中一個目標是讓Level 4 (L4)自駕車能夠像是貨運車輛那樣把人類載送到任何地方。這種車子甚至能不配備任何供人類操作的控制裝置,就能做到所有事情。不過L4自駕車似乎需要具備天價成本之車載運算能力才能確保安全行駛;這個問題能靠小型邊緣運算方案能夠解決,因為這種方案在提供車載運算能力的同時,能將一部分運算分攤至邊緣雲端。

航太和國防:此一領域的應用也對5G興趣濃厚,因為該技術不僅與實現城市空中交通(Urban Air Mobility)息息相關,還具備維持全球科技領先地位、確保國防通訊的最佳化和安全的潛力。

新的安全問題

與任何新的技術一樣,5G也會產生新的安全風險。有鑑於5G終端節點的分散和遠端特性,需要考慮利用一些特定功能來降低這種風險,例如:

  • 以可信任平台模組(TPM)透過加密金鑰保護邊緣端硬體;
  • 具備金鑰保護功能的快速輔助技術(Quick Assist Technology,QAT);
  • 安全的UEFI開機;
  • 零接觸(Zero Touch)更新以維持基礎設施維持新穎與安全。

5G網路需要全方位持續進行安全監控,從硬體到應用程式軟體、作業系統以及交換機等,並在必要時發佈補修補程式。

結語

5G對CSP承諾了令人興奮的進展,但5G的推出也將面臨諸多挑戰。CSP必須以可負擔、安全和易於維護的方式快速構建密集、低延遲的邊緣網路。CSP正在尋找開源、基於容器(container-based)的網路基礎設施,以滿足5G對延遲性、可靠性和靈活性的要求,同時實現低成本佈署與維護;當然,安全性也是一個需要堅決主張的元素。

責編:Judith Cheng本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2002年5月號

(參考原文:5G’s biggest challenges for communications service providers, by Paul Miller;Embedded.com為EE Times出版商ASPENCORE旗下網站)

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