5G 产业链重构造就新经济战场
通信是将信息进行传输的技术。这种传输需要将信息提炼为信号,通过各种处理手段,由源端发送到宿端。比如,两个人的交谈需要先将想要传递的信息提炼为双方都熟悉的语言,通过发声传送给对方。当然,这种交流不限于语音,也可以是文字、符号、图片等。
一直以来,通信技术属于信息论的一种工程应用,以数学为基础,受限于通信设施,服务于用户需求,形成了独立的通信产业,有自己独特的产业链,从电子技术的芯片制造,到集成的终端设备、传输设备,再到复杂的通信协议设计与实现,最终形成一个完整独立的通信网络。
因此,通信技术与计算机技术是两个不同的行业,需要的学科知识和专业技能也完全不同:通信技术需要信息论、通信原理、通信网、电路基础等知识,而计算机技术需要体系结构、编译原理、数据结构等知识;通信技术需要硬件制造、网络搭建等技能,而计算机技术需要编程测试等技能。
但20世纪70年代以来,计算机时代重新定义了技术:万物皆计算。我们今天使用的个人计算机和终端,可以实现文档处理、科学计算、上网、游戏、音乐、视频等诸多的业务,除了特定的输入输出设备外,统统靠一块相同的CPU来完成。这些完全不同的业务在CPU那里都只是计算而已。这样,业务性能可能不仅仅涉及交互问题,更多的还涉及计算能力。
通信技术行业也正面临着相同的事情。
当乔布斯推出iPhone 3时,当时的通信专家们还目瞪口呆地怀疑没有按键如何拨打电话。事实上,乔布斯向全世界推出没有硬键盘按键的iPhone时,宣称这是兼容了语音通信、音乐播放器和网络浏览器的信息终端。在那一刻,信息技术与通信技术的融合已经迈出了第一步。
5G产业链的变数
随着4G的深入,5G的标准化进程不断推进,通信专家们之前没有想到的事情发生了:通信技术所独有的通信功能已经开始被计算所替代,通信软件化的时代到来了!
通信即计算
在交换技术上,由最早的电路交换到后来的分组交换,从人工插拔到智能网,电信交换机的发展见证了将体力进化到脑力,将计算进化到智能的过程。时至今日,电信交换机越来越智能,通信网络本身也正朝着5G时代的虚拟化、软件定义网络(SDN)的C–RAN和硬件白盒化、软件开源化的O-RAN(Open Radio Access Network)发展。
1.C-RAN
因为对连接的需求激增,移动运营商一直在寻找使设备占用空间和成本最小化的方法。其中一种很直接的方式就是把基站的计算单元集中放置,通过中心化机房布置虚拟基站节点来架设C–RAN,并中心化控制远端的射频拉远单元(RRU)。C–RAN这种配置有很多好处,最明显的好处是集群集中放置之后带来的功耗下降,可以大幅度降低运营商电价成本;另外一个好处是可以非常方便地完成接入网元的虚拟化操作,用以降低时延,并且可以完成用户平面数据和控制平面数据的分离。
如图2–13所示,A是传统的控制和数据同时发送,B通过毫米波基站传送用户数据,通过宏基站传送控制数据。控制和数据面的交互,可以通过Open Flow等软件来完成。其实,无线接入网中的SDN已经有了成熟的应用,这被称为SON(Self-Organizing Network,自组织网络),但是和我们这里提到的应用方式有些不同。
2.O-RAN
运营商认为C–RAN已经是本代网络通信中的一个非常重要的特性,他们将预期的下一代网络结构称为O-RAN。O-RAN的主要目标是促进基站接入单元的虚拟化和进一步开放,让现有的用以接入网络计算的专用计算架构可以被x86这种通用计算架构替代,并且打破通信行业固有的硬件壁垒,实现虚拟网元和软件的开源化,进一步促进无线通信本身的发展。
图2–14展示了5G通过网络层、资源层、能力层和应用层构建能力开放架构,实现硬件的模块化、标准化和软件的进一步开放,以满足用户的多元化、智能化需求。
从这一角度来说,通信的发展离不开计算结构的创新。
2018年2月,西班牙巴塞罗那世界移动通信大会(Mobile World Congress,MWC)期间,中国移动、美国AT&T、德国电信、日本NTT DOCOMO和法国Orange五家运营商,共同发起了O-RAN联盟。
2019年6月,上海世界移动通信大会期间,中国移动、美国AT&T、德国电信、日本NTT DOCOMO、法国Orange、印度Bharti Airtel、中国电信、韩国SKT和KT、新加坡Singtel、西班牙Telefonica和澳大利亚Telstra等12家运营商宣告O-RAN联盟正式成立。截至2019年9月,O-RAN联盟已有超过100家成员企业,其中包括21家全球主要电信运营商和82家贡献者产业链企业。产业链企业既有传统的通信企业,也有很多IT企业。
O-RAN联盟的愿景是打造“开放”“开源”“智能”的高灵活、低成本无线网络。具体来说,就是实现无线接入网的“新四化”:
• 接口开放化:开放原有封闭接口,降低对区域性单一厂商的依赖性。
• 软件开源化:开源无线协议栈,降低研发成本,让企业把更多精力聚焦到核心算法和差异化功能业务的研发上。
• 硬件白盒化:将传统BBU硬件用通用COTS服务器代替;将软件定义无线电技术和通用硬件引入RRU,让更多中小企业参与竞争。
• 网络智能化:对RAN开放和解耦,引入大数据、人工智能等技术,提高运维管理水平,提升频谱资源利用率,降低网络能耗。
2019年9月,沃达丰(Vodafone)启动TIP(Telecom Infra Project,电信基础设施项目)联盟的OpenRAN试验,以引入一批新的2G、3G、4G和5G技术供应商,可望增加电信设备供应商的数量,从而改善供应链的弹性。TIP联盟是2016年由脸书发起的,旨在基于开源软/硬件部署电信网络,现已有超过500家成员,包括运营商、设备商、芯片商、IT商和系统集成商。
运营商大力推动O-RAN的主要目的,是打破传统设备商的技术封闭,让更多企业参与到接入网设备的研发和制造中,从而降低设备成本。
在5G时代,这个需求对于运营商来说更加迫切。首先,5G的电信设备建设规模庞大,预计将是4G的1.5~3倍,投资规模巨大;其次,目前运营商的资金非常紧张,4G投资还没收回来,又要大规模投入5G,使得运营商对设备成本越来越敏感;最后,设备供应商的合并使得主要厂商只剩下华为、爱立信、中兴和诺基亚四家,运营商的选择余地不大。
从技术上看,信息技术与通信技术的融合,以及C–RAN架构都使得ORAN成为可能。从产业上看,O-RAN的本质是运营商和设备商之间的利益博弈。
O-RAN所倡导的开放生态,肯定是未来通信网络发展的趋势,不过在这之前还需要一个漫长的过程。
5G的安全性
5G是一个通信技术与信息技术高度融合的技术产物,在此之前,通信技术一直是相对封闭的。我们经常听说计算机终端或者计算机网络受到了病毒、木马等的安全攻击,但鲜有听说电信网络受到攻击。
事实上,只要是网络就有缺点,电信网络在历史上曾经有过很多被黑客攻击的案例。
从20世纪70年代起,黑客们逐渐开始关注电信网络。1970年,约翰·德拉浦(John Draper)发现“嘎吱船长”牌麦圈盒里的口哨玩具吹出的哨音可以开启电话系统,口哨产生的2600赫兹声波可以欺骗电话交换机,系统收到这个频率的信号后以为通话中断便停止计费,于是用户可以继续打免费的电话。约翰使用了一个名叫“蓝盒子”(Blue Box)的装置,用来破解电话系统的工具,内建电子零件,可模仿电信运营商的拨话控制讯号来拨打免费电话。每次拨通电话就吹口哨,“蓝盒子”可以准确地发出不同频率的哨音,而且能在美国各地的电话机上使用,实现不花钱打电话。直到1972年,电话公司发现约翰的账单很奇怪:每次通话都只有短短一两秒。后来约翰被判入狱2个月。后人各种各样的入侵电话网络行为都可以追溯到约翰·德拉浦,他是开盗打电话先河的鼻祖,是现今电脑黑客心目中病毒入侵的始祖。
这些采用最古老的网络入侵技术盗用电话线路的人,被称为电话飞客。
2016年11月27日(周日)17点左右,德国电信发生了断网事故,超过90万路由器无法联网,断网现象持续数个小时;周一上午8点,再次出现断网问题;中午12点,德国电信在脸书上发出通告称问题已经解决,但其用户反映无法联网的问题依旧存在。
根据德国媒体abendblatt.de报道:
德国联邦信息技术安全局(BSI)发现,在某个全球范围内的攻击发生之后,德国电信路由器出现了无法联网的问题。根据BSI的说法,在受保护的政府网络中也发生了上述攻击,但得益于有效的保护措施,政府网络受到的攻击被击退。
当时德国电信客服部门建议用户断开设备,等待30秒,重启路由器。在启动过程中,路由器将从德国电信服务器上下载最新固件。如果这个方法无法让路由器恢复连接,那么建议将路由器从德国电信网络彻底断开。除此之外,德国电信还提供免费移动网络,直至技术问题解决为止。实际上德国电信并没有公布这次网络攻击的技术细节,甚至连究竟有哪些路由器受到影响都没提。有专家推测这次攻击应该是恶意软件阻止了路由器连接到德国电信的网络。不过SANS ISC(SysAdmin,Andit,Netwok,Security,Internet Storm Center,审计网络安全协会安全事件响应组织)的安全专家周一早晨发布了一篇报告指出,针对Speedport路由器的7547端口进行SOAP(Simple Object Access Proto,简单对象访问协议)远程代码执行漏洞的扫描和利用,近期发生了急剧增长;而Speedport路由器正是德国电信用户广泛使用的型号。报告中还说,德国电信与Eircom(爱尔兰运营商)为用户提供的路由器都存在漏洞——这些路由器是由Zyxel和Speedport制造的,另外可能还有其他制造商。这些设备将互联网端口7547暴露给外部网络,漏洞利用过程基于TR-069和相关的TR-064协议来发出命令,原本ISP运营商是用这些协议来远程管理大量硬件设备的。来自BadCyber的研究人员分析了攻击中的恶意负载,发现就是源自一台已知的Mirai C&C服务器。为了感染尽可能多的路由器,恶意程序包含了3个独立的利用文件,其中两个为那些采用MIPS芯片的设备准备,另外一个则是针对采用ARM芯片的路由器。恶意负载利用漏洞来开启远程管理界面,然后使用3个不同的默认密码来尝试登录。攻击过程随后会关闭7547端口,以阻止其他程序控制设备。代码中的登录用户名和密码经过了混淆,和Mirai所用的算法一致。C&C服务器也在timeserver.host域名下——这也是一台Mirai服务器,而且连扫描IP的伪随机算法看起来都直接复制了Mirai的源码。
上述案例都是针对电信网络应用中的缺陷而攻击,范围有限。但随着网络终端的IT化,各种计算机终端的病毒和木马也大量出现在通信终端上。随着SDN(Software Defined Network,软件定义网络)等技术的普及,传统计算机网络的各种问题也在现代电信网络中大量出现。
5G产业链如何重构
经济的良性发展离不开好的产业结构,产业链不是一成不变的,在每一代移动通信时代,产业链都有着变化。
在2G时代和3G前期,以语音短信通信为主,业务运营商还没有大行其道,那时分为CP(内容提供商)和SP(服务提供商)。内容提供商会提供一些短信、彩信、图片等内容,而服务提供商则负责通过各种方式接入电信网络连接用户,提供服务号。此时,产业链虽然长,但重点是移动通信运营商。
在3G后期和4G时代,因为数据通信业务的大发展,移动运营商被边缘化,成为“信息管道”,产业链的重点转移到移动终端和业务运营商。以苹果手机为代表的智能手机和以字节跳动、滴滴出行为首的移动互联网业务运营商占据了产业链中的信息高地。
从目前产业链的发展情况看,ICT行业的垄断特性越来越明显,资源越来越集中,这不但体现在各个环节的公司越来越少,而且体现在下游客户的聚集度越来越高。如全球范围内具有一定规模的电信设备商只剩下5家;韩国的即时通信应用Kakao Talk,用户占有率达到了95%。而5G时代,独立组网模式与4G不兼容,这虽然带来了重新洗牌的机遇,但垄断进一步加剧的趋势已不可阻挡。
5G的商用前期还是会以消费互联网为主,同时进一步扩大传统移动互联网在消费领域的优势;商用后期则瞄准产业互联网,会在各行各业遍地开花。所以,5G时代产业链的重点将是信息终端和业务运营商,同时向提供差异化服务的移动通信运营商倾斜一些。
这里之所以说信息终端,是因为面向人的服务,肯定是以手机终端为主;但面向物的服务,各个行业的需求不同,应用场景不同,会产生很多专业性很强的信息终端制造商和针对某个行业的业务运营商。
另外,5G网络因为基站数量大幅度增多,所以移动通信运营商会拓宽建设渠道,引入新的站址资源,如市政的灯杆、电力的铁塔等,横向发展产业链。
下面将论述5G标志性的手机终端和灯杆基站。
手机终端
通信与计算硬件的结合越来越紧密,最显著的影响体现在手机上。在5G时代,手机本身也将有大幅度改进。
Opensignal公司2019年4月1日至6月30日的统计显示,三星、华为、苹果是全球化最好的三个手机品牌,而索尼、摩托罗拉等品牌手机地域性很强,新兴的小米、OPPO、vivo和Real ME品牌则刚刚开启国际化道路。在5G时代,终端有三点变化值得我们关注:多摄像头、OLED和专业终端。
在屏幕厚度上,OLED可以控制在1毫米以内,而LCD屏幕厚度通常在3毫米左右;
OLED屏幕的液态结构可以保证屏幕的抗衰性能,可以实现超大范围内观看同一块屏幕时画面不会失真,而且具有LCD所不具备的广视角;另外,OLED屏幕在反应速度上是LCD屏幕的千分之一;并且OLED屏幕耐低温,可以在–40℃环境下正常显示内容,发光效率更高、能耗低。这些优势使OLED成为下一代手机终端的发展趋势。但在实际使用中,还有诸多问题需要解决。
2019年,三星Galaxy Fold折叠手机在上市前就频频被吐槽。在正式发售前,三星将一些评测机提供给媒体试用,但媒体均给了差评。
The Verge、CNBC等多家媒体表示,在使用三星Galaxy Fold评测手机时出现了很多问题,如手机屏幕破裂、屏幕闪退等;此外,还有在折叠处出现凸起、屏幕易变形等问题。The Verge甚至非常犀利地称,该款手机是“一个破碎的梦”,只给其4分的评分(满分为10分)。
在韩国国内正式商用后,三星Galaxy Fold折叠手机开始还非常惊艳,但马上就被用户吐槽。由此可见,OLED技术任重而道远,还有很多具体的技术和工艺问题需要解决。
之所以说5G是一个历史性的革命技术,主要是因为它将通信技术与信息技术深度融合,而且可以作用于运营技术。区别于之前的通信系统,5G系统设计不再封闭,而是利用NFV(Network Function Virtualization,网络功能虚拟化)技术将这些能力开放给开发者和使用者。这个系统一旦被打开,后面将形成一个以前从未设计也无法预测的新业界形态。
灯杆基站
5G基站有着使用高频通信及支撑大容量高速度的需求,因此需要大量微小基站完成更密集的网络覆盖。谋求共建基站,是5G新建基站的一个思路。
灯杆作为均质化存在的城市基础设施,备受青睐。一杆多用的智慧灯杆(见图2–15)不仅节约能源,而且可以减少对城市土地的占用,促进资源的高效利用;同时,在一些城市,街头智慧灯杆还具有气象站、空气质量监测站等功能,兼顾了环境保护需求。如果说智能音箱正成为家庭智能生活的一个入口,智慧灯杆则可能成为新一代城市信息基础设施的重要入口与节点。
现阶段5G基站难普及,主要是因为用电量大、基站密度对站址需求高,以及基站过重等问题。针对这些问题,智慧灯杆的出现无疑是一大救星。近年来各地政府也纷纷出台相关政策规划,支持智慧灯杆的建设投入,实现“多杆合一”。5G微基站的需求也逐渐清晰,智慧灯杆赶上了风口。
2015年,美国AT&T公司和通用电气携手为美国加州圣地亚哥市3200个路灯安装了摄像头、麦克风和传感器等设备,使其具有了寻找停车位、侦测枪声等功能;洛杉矶市为路灯引入声学传感器和环境噪音监测传感器以侦测车辆碰撞事件,并直接通知应急部门。随后,全球诸多国家都开始关注路灯设施的再利用。2016年,我国智慧路灯杆也曾在很多省市地区落地试点,但2017—2018年进展缓慢,主要原因是赢利模式尚不清晰和运营归属权限不明确。
2019年4月,我国颁布了《关于2019年推进电信基础设施共建共享的实施意见》,指出“鼓励基础电信企业、铁塔公司集约利用现有基站站址和路灯杆、监控杆等公用设施,提前储备5G站址资源”。随着5G商用牌照的发放,智慧灯杆解决方案用于5G基站建设再次被推到了前台。
2019年8月8日,广东省发布了《智慧灯杆技术规范》,对智慧灯杆系统设计、施工、检测与验收、运行和维护等做出规定,这是全国第一个省级“5G智慧灯杆标准”。
目前,华为、诺基亚都推出了智慧灯杆基站。例如,华为推出智慧灯杆解决方案——PoleStar2.0,支持5G移动通信、智慧照明、智能监控、物联网、车联网、智慧环保和城市信息发布等多种业务。另外,中国铁塔也进行了5G灯杆基站的建设,中国铁塔董事长佟吉禄在2019年8月7日的财报会议上称,目前已经接到运营商关于5G(基站)的建设需求6.5万个,“今年建设主要是通过现有的铁塔改造实现,预计全年我们会接到10万的建设需求。随着5G更大规模的布局,一定会有更多新建的出现,5G的收入贡献是一个逐渐增加的过程”。
虽然在政府的推动下,灯杆基站会有一定的起色,但最核心的主导、利益、运营问题依然没有解决。灯杆基站涉及的市政、气象、交通、城市建设、广告管理等不同领域,隶属于不同的国家机构和管理部门,仍需要继续探索新模式。
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