Von Telcos lernen: Best Practices der O-RAN-Initiative für den Automotive-Bereich

Die digitale Transformation stellt die Automobilindustrie komplett auf den Kopf: während Software zum Herzstück der Fahrzeugfunktionalität wird, beginnen die unterstützenden Services, die Wahrnehmung des Kunden hinsichtlich Nutzererfahrung und Werthaltigkeit zu dominieren. Diese Dienste erfordern eine allgegenwärtige Konnektivität und verwandeln jedes Fahrzeug nicht nur in ein "Smartphone auf Rädern", sondern aufgrund der Menge an Daten, die generiert, verarbeitet und mit verschiedenen Cloud- oder Edge-basierten Backends ausgetauscht werden, in ein "rollendes Rechenzentrum". Digitale Dienste sind ein wesentlicher Bestandteil zweier Megatrends in der Automobilindustrie: Elektrifizierung und autonomes Fahren. 

Die OEMs haben begonnen, sich auf diese Herausforderungen einzustellen. Mit Blick auf über 100 Jahre "Ingenieurskunst", Fokus auf Metallverarbeitung und Entwicklung von Verbrennungsmotoren stehen sie vor einer großen Transformationsherausforderung. Die Veränderung muss schnell erfolgen, wenn die Automobilhersteller wettbewerbsfähig gegenüber neuen digitalen Marktteilnehmern und Technologie-Giganten, wie z. B. den Hyperscalern bleiben wollen.

Transformation macht konkurrenzfähig

Impulse, wie dies ablaufen könnte, erhalten wir mit Blick auf eine Branche, die ihre digitale Transformation bereits 15 Jahre vor der Automobilindustrie beginnen musste: die Telekommunikationsbranche. Anfang der 2000er-Jahre ersetzte die IP-Technologie schnell die leitungsvermittelten Verbindungen, mobile Konnektivität - allgegenwärtig und mit schwindelerregenden Geschwindigkeiten und Datenmengen – wurde zum absoluten Muss, um die Erwartungen der Kunden zu erfüllen. Telcos setzen die Transformationsreise noch heute fort, u.a. indem sie eine neue Art des Aufbaus der mobilen Netzwerkinfrastruktur beginnen. 

Eine der wichtigsten Herausforderungen für die Automobilindustrie betrifft das Fahrzeug selbst - oder besser gesagt seine grundlegende elektronische Architektur. Innerhalb des Fahrzeugs ist ein klarer Trend zur Konsolidierung der elektronischen Steuergeräte (ECUs) zu erkennen, weg von etwa 100 ECUs hin zu einer kleinen Anzahl von Hochleistungs-Computern, auf denen spezielle Fahrzeug-Betriebssysteme laufen. Dementsprechend ist eine starke Zunahme der Abstraktion zwischen Hardware- und Softwareschichten zu erwarten, wobei die vorherrschenden Firmware-Komponenten in den heutigen Steuergeräten zugunsten von flexiblen Anwendungs- und Serviceschichten als Teil des Fahrzeugbetriebssystems weitgehend eliminiert werden. Richtig umgesetzt könnte dies ein wichtiger Schritt sein, die dadurch bereitgestellten Funktionalitäten des Fahrzeugs zum Zünglein an der Waage zu machen, für welches Fahrzeug sich Kunden in Zukunft entscheiden. Aber wie sieht der richtige Weg dorthin aus? Und wenn dieser einmal gefunden ist: wie können wir sicherstellen, dass Unternehmen auf dem richtigen Weg bleiben? Um diese Fragen zu beantworten, ist es sinnvoll, Beispiele aus anderen Branchen zu betrachten.

Eine Einführung in O-RAN 

O-RAN ist die Abkürzung für Open Radio Access Network und gleichzeitig eine Telekommunikationsinitiative zur Schaffung einer virtualisierten, vollständig interoperablen RAN-Architektur, die auf offenen Standards, Software-Komponenten und möglichst vielen handelsüblichen und mit den neuesten systemtechnischen Ansätzen zusammengestellten Hardware-Komponenten basiert. Für Automobil-OEMs ist dies aus folgendem Grund relevant: Einfach ausgedrückt sind moderne Fahrzeuge im wesentlichen Spezialnetzwerke: jedes für sich und  auch die ganze Fahrzeug-Flotte. Daher sind das Denken in Netzwerken und das Know-how in der Netzwerktechnologie nicht nur für die alltägliche Nutzung entscheidend, sondern können auch eine Anleitung für den Aufbau und das Management der Fahrzeuge bieten. Auch wenn es unzählige branchenspezifische Fragestellungen und Herausforderungen gibt, glauben wir, dass einige Best Practices und allgemeine Lehren aus dem O-RAN-Ansatz auch für die Automobilindustrie und das Design der Fahrzeug-Architektur von Wert sein können.

Softwarisierung und Disaggregation

Die Hauptidee von O-RAN ist es, die Komponenten der bisherigen RAN-Zulieferer, die bislang als "Blackboxes" daherkommen, zu öffnen und die Innovationsfähigkeit der gesamten Branche neu zu beleben, anstatt auf die Ideen einiger großer Anbieter beschränkt zu sein. Das Zielbild ist ein florierendes technologisches Ökosystem, in dem alle "monolithischen", vorwiegend hardwarebasierten und in sich „geschlossenen“ Einheiten dekomponiert, teilweise softwarisiert und modularisiert werden, um so neue End-to-End-Lösungen auf der Basis von erstklassigen individuellen Netzwerkfunktionen zu ermöglichen. Durch die Softwarisierung wird die Funktionalität nicht nur flexibler für zukünftige Änderungen, sondern eröffnet auch die Möglichkeit, diese Software – je nach realtime-Erfordernissen – auf zentraler Hardware laufen zu lassen, sei es in einem Edge-Knoten, in einem Rechenzentrum des Telco-Dienstleisters oder in der Cloud.

Das heutige Bild ist das genaue Gegenteil: Telco-Dienstleister müssen sich auf geschlossene und untereinander nicht kompatible End-to-End-Lösungen von wenigen führenden Anbietern verlassen. Jede Carrier-Roadmap für Netzausbau ist fast ausschließlich von der des oder der ausgewählten Anbieter(s) abhängig, was Innovation und Time-to-Market dramatisch verlangsamt. O-RAN nimmt die Möglichkeiten der Softwarisierung und Cloudifizierung auf, ermöglicht neuen Playern den Markteintritt, fügt die Erfahrung des Netzbetreibers hinzu und zeigt einen neuen Weg auf, um die nächste Generation der mobilen Netzwerkinfrastruktur aufzubauen.

Abbildung 1: Die Idee hinter O-RAN. Quelle: Timotheus Höttges, Deutsche Telekom AG, Townhall Meeting 02.10.2020.

Abbildung 1 veranschaulicht den Disaggregationsprozess, der sich in der Telekommunikationsbranche durchsetzt. Das heutige Fronthaul (Schnittstelle zwischen Funkausrüstung einer Mobilfunk-Basisstation („Antenne“) und der Steuerung dieser Funkausrüstung) ist geschlossen: Blackboxes implementieren in sich geschlossene Netzwerkfunktionsketten ohne jegliche Transparenz oder APIs, die eine Synchronisierung der einzelnen Funktionsbestandteile und Möglichkeiten zur flexiblen Integration neuer Funktionen erlauben. Das Ergebnis: Roll-out-Entscheidungen, die die Gestaltungsmöglichkeiten der Telcos für die nächsten fünf bis zehne Jahre einschränken – eine Situation, die kein Software- oder Cloud-Anbieter je in Betracht ziehen würde. Anbieter von Closed-Boxes bieten heute sogenannte Cloudified-Optionen an, aber unabhängig von der Implementierung ist das Grundprinzip eine proprietäre und geschlossene Architektur und Implementierung. O-RAN hingegen öffnet explizit die Blackboxes, etabliert klare Schnittstellen, übernimmt moderne Bereitstellungsmethoden, lädt neue Anbieter ein, dem Ökosystem beizutreten, und bringt neue Innovationen sowie ein modernes Betriebsmodell. 

Offene Systeme fördern die Dynamik

O-RAN strebt ein offenes System an, das eine größere Vielfalt an Ideen und Teilnehmern zulässt. Dies führt direkt zu einem dynamischeren System, da neue Teilnehmer neue Perspektiven, Lösungsansätze und Fachwissen einbringen. Dadurch werden alternative Wege geschaffen und bestehende Teilnehmer gezwungen, sich anzupassen, um relevant zu bleiben. Gleichzeitig erlaubt die offene Natur des Systems den Wettbewerbern, auf den Lösungen der anderen aufzubauen, anstatt in ihr eigenes proprietäres Ökosystem eingesperrt zu sein. Insbesondere eine Open-Source-Software ermöglicht es allen Systemteilnehmern, von den Ergebnissen zu profitieren und fördert so die offene Zusammenarbeit an neuen und kreativen Ansätzen. Das Ergebnis ist ein widerstandsfähigeres System, das nicht nur ein höheres Maß an Ausbaufähigkeit, Entwicklungsgeschwindigkeit und Anpassungsfähigkeit aufweist, sondern auch eine allgemeine Steigerung der Qualität und Effizienz.

In einer Branche, die für lange Produktlebenszyklen, komplexe Lieferantenbeziehungen und fest etablierte Prozesslandschaften bekannt ist, können offene Systeme wichtige neue Impulse für die Entwicklung neuer Plattformen und Technologien geben. Open-Source ist dabei keine notwendige Bedingung – nicht alle Anwendungsfälle in der Automobilindustrie eignen sich für eine Entwicklung, die für Partner, Wettbewerber und potenziell böswillige Nutzer*innen gleichermaßen offen ist. Da jedoch eine Koexistenz von Closed- und Open-Source-Projekten durchaus möglich ist, kann eine intelligente Kombination genau das richtige Maß an Offenheit bieten, um eine notwendige Evolution in der automobilen Softwareentwicklung anzustoßen.

Flexible Aufteilung entlang funktionaler Linien

Die Frage der Interoperabilität bietet eine weitere Möglichkeit, über diese offenen Systeme nachzudenken. Um eine praktikable Alternative zu einem proprietären Ende-zu-Ende-Ökosystem zu werden, müssen die Komponentenlieferanten in einem offenen System die Möglichkeit haben, sich nahtlos mit anderen Komponentenanbietern zu integrieren. Dafür braucht es standardisierte Schnittstellen.

Das Zielbild ist ein System, das in der Lage ist, eine Aufteilung der Funktionalität zwischen verschiedenen Wettbewerbern zu ermöglichen, ohne dass ein erheblicher dedizierter Integrationsaufwand erforderlich ist. Dies erfordert eine sorgfältige Bewertung der zugrunde liegenden Fahrzeugarchitektur. Anstatt die Fahrzeugfunktionalität in Form von in sich geschlossenen Steuergeräten zu betrachten, sollte man überlegen, ob die von einem Steuergerät bereitgestellten Funktionen möglicherweise von mehreren Partnern effizienter bereitgestellt werden könnten. Es könnte zum Beispiel sinnvoll sein, eine Aufteilung zwischen Sensordatenverarbeitung und Aktuatorlogik anzustreben, anstatt auf einer festen Paarung von Sensor- und Aktuatorsteuerung innerhalb eines steuergeräteähnlichen Konstrukts zu beharren. Umgekehrt sollte neue Funktionalität, die in einer Komponente implementiert ist, überall im Fahrzeug über Standard-APIs zugänglich sein und einfach genutzt werden können. Zum Beispiel könnten die Sensoren in den Frontscheinwerfern, die das adaptive Fernlicht steuern, auch für die Innenraumbeleuchtung, die Kollisionswarnung oder die automatische Sonnenblende bei blendendem Sonnenlicht nützlich sein.

Standardisierung von Schnittstellen vorantreiben

Diese flexible Funktionsaufteilung kann durch versionskontrollierte, standardisierte Schnittstellen statt durch starre Standards für die gesamte Systemfunktionalität erreicht werden. Mit klaren Standards für Schnittstellendesign und -implementierung können sich verschiedene Anbieter nun auf die Entwicklung von Komponenten innerhalb ihres spezifischen Fachgebiets konzentrieren. Dies schafft nicht nur eine größere Flexibilität in Bezug auf die Verwendung von Komponenten, sondern ermöglicht auch vereinfachte und automatisierte Tests und rationalisiert die Entwicklungsaktivitäten für mehrere Komponenten, die zu den wichtigsten Faktoren für Abhängigkeiten, Abstimmungsbedarf und Gesamtkomplexität in der heutigen Softwareentwicklung im Automobilbereich gehören. Die Ermöglichung einer flexiblen Aufteilung der Funktionalität durch standardisierte Schnittstellen und offene Architekturprinzipien ist ebenfalls ein bestimmendes Merkmal dieses Ansatzes im Systemdesign von Web-Scale-Apps bis hin zu O-RAN. Ein ähnlicher Ansatz könnte auch den Akteuren der Automobilindustrie helfen, die langfristige Überlebensfähigkeit ihrer Branche zu erhalten.

Eintrittsbarrieren in den Zulieferermarkt beseitigen

Ein Großteil der Innovationsfähigkeit in der Automobilindustrie hängt von komplexen Zulieferernetzwerken ab. Unterschiedliche Zulieferer-Ebenen fördern Forschung und Entwicklung in ihren Geschäftsbereichen, so dass der Automobil-OEM in erster Linie als Integrator und Monteur verschiedener Zulieferer-Systeme agiert. Ursprünglich als Mittel zur Effizienzsteigerung in der Komponentenfertigung gedacht, hat dies zu einer Situation geführt, in der eine begrenzte Gruppe von etablierten Zulieferern ein hoch integriertes (in einigen Fällen sogar durchgängiges) Portfolio für verschiedene OEM-Kunden bereitstellt. Dies ermöglicht zwar erhebliche Skaleneffekte und die damit verbundenen Effizienzgewinne, die Auswirkungen auf das gesamte Innovationspotenzial sind jedoch etwas fragwürdig. Insbesondere, wenn die Innovationskraft zukünftig vermehrt im Design von Softwarefunktionalität besteht, wo nicht die Automobilhersteller und -zulieferer angestammte Kernkompetenzen haben, sondern andere Marktteilnehmer der Digitalbranche einen großen Vorsprung besitzen.

Neueinsteiger in diesen Markt werden stets durch erhebliche Eintrittsbarrieren behindert, was die Gesamtdynamik des Systems verringert und den Wettbewerb einschränkt. Infolgedessen können OEMs mit Problemen hinsichtlich der Abhängigkeit von einigen wenigen Zulieferern, hoher Komponentenpreise und geringer Innovationsgeschwindigkeit konfrontiert werden. Insbesondere im Bereich digitaler Plattformen und Services kann dies zu erheblichen Abhängigkeiten führen, die Probleme bei der vertikalen Re-Integration oder dem Austausch von Lieferanten nach sich ziehen. Es überrascht nicht, dass wir eine ähnliche Dynamik in der Telekommunikationsbranche beobachten können. Initiativen wie O-RAN haben jedoch das Potenzial, diese Entwicklungen abzumildern, indem sie Eintrittsbarrieren durch offene Standards beseitigen und so neuen Marktteilnehmern ermöglichen, den Wettbewerb und die Gesamtdynamik zu erhöhen.

Open-Source-Projekte nutzen und auf kundenorientierte Differenzierung konzentrieren

O-RAN ist nicht nur eine Reihe offener Standards, die von Expertenarbeitsgruppen definiert wurden. Die O-RAN Alliance, eine von großen Telko-Dienstleistern geführte Industriegruppe, unterstützt auch die O-RAN Software Community, ein Open-Source-Entwicklungsprojekt, das von der Linux Foundation gehostet wird. Open Source ist eine hervorragende Möglichkeit für Branchenverbände, über einen reinen Wissensaustausch hinauszugehen und tatsächlich mit der Entwicklung der Komponenten zu beginnen, die sie für den Erfolg als Branche benötigen. Das Einbringen von Ressourcen in diese Entwicklungsprojekte ermöglicht einen sofortigen Fortschritt bei diesen Komponenten ohne die Notwendigkeit einer umfangreichen Aufsicht, Management-Engpässen und langwierigen Partner- und Vertragsanpassungen, die typischerweise aus Joint Ventures etc. resultieren würden. Und obwohl Open-Source-Projekte nicht notwendigerweise geistiges Eigentum und Wettbewerbsvorteile für ihre Teilnehmer aufbauen (da die Ergebnisse allen interessierten Parteien zur Verfügung gestellt werden), sind sie eine hervorragende Möglichkeit, digitale Fähigkeiten aufzubauen und Abhängigkeiten von oligopolistischen Plattform- und Serviceanbietern zu vermeiden.

In Anbetracht der Tatsache, dass die grundlegende Fahrzeugarchitektur keine kundenorientierte Funktionalität ist, sondern vielmehr ein Schlüssel für die darauf aufsetzende OEM-spezifische Differenzierung, sollte dies nicht als Einschränkung, sondern vielmehr als Vorteil für eine Branche gesehen werden, die sich zunehmend dem Wettbewerb durch digitale Dienstleister und Internet-Hyperscaler stellen muss. Wenn Automobilhersteller mit diesen neuen Marktteilnehmern bei kundenorientierten Funktionen konkurrieren wollen, müssen sie in der Lage sein, die zugrunde liegenden Plattform- und Commodity-Schichten so effizient wie möglich bereitzustellen und gleichzeitig ein ausreichendes Maß an Souveränität über diese Enabler zu behalten. Begrenzte Investitionen in Open-Source-Software für den Automobilbereich können auf der Grundlage leicht verfügbarer Software-Assets sowie der notwendigen Entwicklungs- und Betriebskapazitäten für eine spätere vertikale Reintegration erhebliche Kosteneinsparungen ermöglichen.

Der Weg in die Zukunft

Die Automobil- und die Telekommunikationsbranche sind nicht identisch. Aber sie stehen vor Herausforderungen, die sehr ähnlich sind. Indem beide Branchen von den Erfolgen und Misserfolgen der jeweils anderen lernen, können sie nicht nur wichtige Lehren ziehen, sondern auch nützliche Fähigkeiten für zukünftige Initiativen entwickeln. O-RAN könnte sehr gut als Blaupause für Automobilinitiativen dienen, die das zukünftige Betriebssystem im Auto entwickeln wollen. Und obwohl viele Automobil-OEMs angedeutet haben, dass sie möglicherweise einen eher proprietären Weg mit dedizierten OEM-Betriebssystemen einschlagen wollen, legen die Erfolge von Open-Source-Projekten in anderen Branchen einen etwas anderen Weg nahe. Die Nutzung des Potenzials alternativer Open-Source-Projekte wie Automotive Grade Linux ist eine Option, die nicht nur den OEMs und ihren Partner-Ökosystemen, sondern auch den Automobilkunden im Allgemeinen einen enormen Wert bieten könnte.
 

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