Cấu trúc mạng ORAN, các tiêu chuẩn quốc tế về mạng ORAN, chức năng các thành phần chính của mạng này, Phân tích đánh giá tham số hiệu năng một mạng ORAN trong mạng di động 5G. Trong tài liệu trình bày mô hình kiến trúc mạng, các tiêu chuẩn quốc tế của mạng ORAN.
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC - - TIỂU LUẬN MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP QUANG VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG CHỦ ĐỀ: MẠNG O-RAN Giảng viên: Học viên Nguyễn Thị Hồng Lớp: M21CQTE01-B PGS.TS Đặng Thế Ngọc Mã học viên B21CHTE007 Khoá: 2021-2023 Hà Nội – 10/2022 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 1 MỞ ĐẦU CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Sự đời mạng O-RAN 1.2 Nguyên tắc kiến trúc O-RAN CHƯƠNG II Tổ chức mạng O-RAN 2.1 Kiến trúc mạng O-RAN .5 2.2 Chức phần tử 2.2.1 DU, CU RU .6 2.2.2 Các thành phần bên RIC gần thời gian thực (RT) .7 2.2.3 Khung phân quyền RIC không thời gian thực 10 2.2.4 Các giao diện mở mạng O-RAN 10 2.2.4.1 Giao diện E2 10 2.2.4.2 Giao diện O1 11 2.2.4.3 Giao diện A1 11 2.2.4.4 O-RAN Fronhaul giao diện khác .12 2.3 Các tiêu chuẩn quốc tế công nghệ O-RAN .13 CHƯƠNG III Phân tích đánh giá hiệu mạng O-RAN sử dụng mạng 5G .16 3.1 Mơ hình hệ thống 16 3.2 Đánh giá kết mô 20 KẾT LUẬN 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT THUẬT TIẾNG ANH NGỮ VIẾT TẮT 3GPP 3rd Generation Partnership Project TIẾNG VIỆT AAL Acceleration Abstraction Layer Dự án hợp tác hệ thứ Lớp trừu tượng gia tốc AI Artificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo AMF Access and Function AP Application Protocol Giao thức ứng dụng API Application Programming Interface AR Augmented Reality Giao diện lập trình ứng dụng Thực tế tăng cường ASIC Application-specific Integrated Circuit CA Carrier Aggregation Mạch tích hợp ứng dụng chun biệt Tập trung sóng mang CP Control Plane Mặt phẳng điều khiển CQI Channel Quality Information CSI Channel State Information Thông tin chất lượng kênh Thông tin trạng thái kênh CU Central Unit Khối trung tâm DU Distributed Unit Khối phâ tán DRL Deep Reinforcement Learning Học tăng cường sâu Mobility Management Chức quản lý di động truy cập MỞ ĐẦU Mạng truy cập vô tuyến mở (RAN) phương án thông qua thông số kỹ thuật Liên minh O-RAN sẵn sàng cách mạng hóa hệ sinh thái viễn thơng O-RAN quảng bá mạng RAN ảo hóa nơi thành phần tách biệt kết nối thông qua giao diện mở tối ưu hóa điều khiển thông minh Các kết mơ hình cho thiết kế, triển khai RAN, hoạt động: Mạng O-RAN xây dựng với nhiều nhà cung cấp, thành phần tương tác được tối ưu dạng chương trình lập trình thơng qua lớp trừu tượng tập trung điều khiển vịng kín theo hướng liệu Do đó, hiểu ORAN, kiến trúc, giao diện quy trình làm việc chìa khóa cho nhà nghiên cứu học viên cộng đồng không dây Trong nội dung tiểu luận trình bày khái quát đặc điểm mạng ORAN mơ hình kiến trúc mạng O-RAN, thơng số kỹ thuật mạng Cuối tiểu luận phân tích đánh giá hiệu mạng O-RAN ứng dụng mạng di động 5G CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Sự đời mạng O-RAN Sự phức tạp mạng di động ngày tăng ,với hệ thống không dây hệ xây dựng máy chủ lưu trữ công nghệ băng tần không đồng Những phát triển bao gồm nhiều đầu vào lớn, nhiều đầu (MIMO), sóng milimet truyền thông băng tần TeraHz, cảm biến dựa mạng, chia cắt mạng xử lý tín hiệu kỹ thuật số dựa Máy học (ML), nhiều công nghệ kỹ thuật khác Điều dẫn đến việc tăng vốn chi phí hoạt động cho nhà khai thác mạng, nhà khai thác mạng phải liên tục nâng cấp bảo trì sở hạ tầng họ để bắt kịp với xu hướng thị trường mới, công nghệ yêu cầu khách hàng Việc quản lý tối ưu hóa hệ thống mạng yêu cầu giải pháp mở Mạng truy nhập vô tuyến (RAN) Điều làm cho hiển thị liệu phân tích cho phép tối ưu hóa theo hướng liệu, kiểm sốt vịng kín tự động hóa Các cách tiếp cận mạng di động, nhiên, để tiến tới mạng mở khoảng cách xa Ngày nay, thành phần RAN đơn vị nguyên khối, giải pháp tất thực lớp ngăn xếp giao thức di động Chúng cung cấp số lượng hạn chế nhà cung cấp hộp đen nhà khai thác Việc phụ thuộc vào giải pháp hộp đen dẫn đến: (i) khả điều chỉnh lại RAN bị hạn chế, với thiết bị điều chỉnh hoạt động để hỗ trợ triển khai đa dạng phương thức khác nhau; (ii) phối hợp hạn chế nút mạng, ngăn cản việc tối ưu hóa chung kiểm sốt thành phần RAN; (iii) khóa nhà cung cấp, với tùy chọn hạn chế cho nhà khai thác để triển khai giao tiếp thiết bị RAN từ nhiều nhà cung cấp Trong trường hợp này, việc quản lý tài ngun vơ tuyến tối ưu hóa sử dụng phổ hiệu thơng qua thích ứng thời gian thực trở nên vô thách thức Để khắc phục hạn chế này, thập kỷ qua, số nỗ lực nghiên cứu tiêu chuẩn hóa thúc đẩy hệ thống RAN mở trở thành mô hình cho RAN tương lai Triển khai RAN mở dựa thành phần dựa phần mềm, ảo hóa phân tách, kết nối thơng qua giao diện mở tiêu chuẩn hóa, đồng thời tương tác nhà cung cấp khác Phân tách ảo hóa cho phép triển khai linh hoạt, dựa nguyên tắc riêng đám mây Điều làm tăng khả phục hồi khả xác định lại RAN Các giao diện mở tiêu chuẩn hóa cho phép nhà khai thác tham gia vào nhà cung cấp thiết bị khác nhau, điều mở hệ sinh thái RAN cho người chơi nhỏ Cuối cùng, giao diện mở giao thức định nghĩa phần mềm đóng gói liên kết điều khiển vịng kín theo hướng liệu, thơng minh cho RAN Các đặc tả O-RAN thực nguyên tắc 3GPP LTE NR RAN Cụ thể, ORAN bao gồm mở rộng phân chia 3GPP NR 7.2 cho trạm gốc Loại thứ hai phân tách chức trạm gốc thành Đơn vị trung tâm (CU), Đơn vị phân tán (DU) Đơn vị vơ tuyến (RU) Hơn nữa, kết nối chúng với điều khiển thông minh thông qua giao diện mở truyền phép đo từ xa từ RAN triển khai hành động sách điều khiển cho Kiến trúc ORAN thực bao gồm hai Bộ điều khiển thông minh RAN (RIC) thực quản lý điều khiển mạng thang thời gian gần thời gian thực (10ms đến 1s) không theo thời gian thực (hơn 1s) Cuối cùng, Liên minh ORAN tiêu chuẩn hóa tảng ảo hóa cho RAN mở rộng định nghĩa giao diện 3GPP eCPRI để kết nối nút RAN Đóng góp Mơ hình Open RAN đặc biệt mạng O-RAN thay đổi mạnh mẽ thiết kế, triển khai hoạt động hệ mạng di động Chúng cho phép, số thứ khác, ứng dụng biến đổi ML để tối ưu hóa kiểm sốt RAN 1.2 Ngun tắc kiến trúc O-RAN Tầm nhìn RAN mở dựa nhiều năm nghiên cứu mạng mở lập trình Những ngun tắc trung tâm mạng định nghĩa mềm (SDN) 15 năm gần đây, gần bắt đầu chuyển sang lĩnh vực khơng dây Ví dụ, Diễn đàn xRAN - sáng kiến nhà khai thác lãnh đạo - đề xuất giao diện fronthaul chuẩn hóa giới thiệu ý tưởng giao diện mở, tiêu chuẩn hóa để tích hợp điều khiển bên ngồi RAN Song song đó, kiến trúc Cloud RAN (C-RAN) (được thúc đẩy, số kiến trúc khác, Liên minh C-RAN nhà điều hành lãnh đạo) lên giải pháp để tập trung hầu hết trình xử lý băng tần sở cho RAN liệu đám mây ảo hóa trung tâm, kết nối với đơn vị vô tuyến từ xa thông qua giao diện fronthaul tốc độ cao C-RAN cho phép nhiều kỹ thuật xử lý tín hiệu tái tạo cân tải cách tận dụng liệu tập trung đường dẫn điều khiển, đồng thời giảm chi phí cách ghép kênh tài ngun tính tốn Vào năm 2018, hai sáng kiến hợp lực để khởi động Liên minh ORAN với mục tiêu chung tiêu chuẩn hóa kiến trúc tập hợp giao diện để thực hóa RAN mở Chỉ bốn năm, Liên minh O-RAN mở rộng quy mô lên đến 300 thành viên cộng tác viên Các thơng số kỹ thuật dự kiến thúc đẩy 50% doanh thu dựa RAN vào năm 2028 Nhìn chung, xác định bốn ngun tắc cho Open RAN tài liệu đặc tả O-RAN Các nguyên tắc bao gồm phân tán, điều khiển thông minh theo hướng liệu với RICs; ảo hóa; giao diện mở CHƯƠNG II Tổ chức mạng O-RAN 2.1 Kiến trúc mạng O-RAN Hình 1: Kiến trúc mạng O-RAN với giao diện mở Tổ chức 3GPP ban hành tiêu chuẩn thành phần thiết bị (Smartphone, RAN, Core thiết bị khác) mạng di động (3G, 4G 5G) Các tiêu chuẩn 3GPP có tính mở Ví dụ giao diện vơ tuyến Uu hay LTEUu mạng truy cập thiết bị đầu cuối sử dụng giao thức RRC Điều giúp hàng tỷ điện thoại smartphone hãng khác kết nối đến trạm gốc 3G, 4G, 5G Cho đến nay, 3GPP chuẩn hóa nhiều giao diện mạng truy cập mở, giao diện F1 DU CU RAN Tuy nhiên, số giao diện khác, chẳng hạn Fronthaul giao diện thành phần RRH BBU mạng RAN sử dụng giao thức CPRI giao diện X2 NodeB, cịn có khác nhà sản xuất nên thiết bị không kết nối với mạng RAN Để khắc phục điều này, giao diện cần thực chuẩn hóa theo hướng mở, điều dẫn đến việc hình thành cơng nghệ mạng truy cập mở Open-RAN Cả 3GPP O-RAN(4) xác định nhiều lựa chọn kiến trúc mức khác cho việc tách thành phần RU/DU/CU mạng RAN Có nhiều cách để chia tách chức DU RU, hay gọi lựa chọn chia tách lớp thấp (lower-layer split options) Chia tách lớp thấp O-RAN chất chia tách sâu chia tách theo giải pháp 3GPP 5G RAN Chuẩn hóa ORAN cho phép kết hợp thành phần thiết bị RU, CU DU nhiều nhà sản xuất trạm NodeB 2.2 Chức phần tử 3GPP xem xét khái niệm phân tách (DU CU) từ đầu cho 5G Trong kiến trúc RAN đám mây 5G, chức BBU chia thành hai đơn vị chức năng: đơn vị phân tán (DU), chịu trách nhiệm chức lập lịch L1 L2 theo thời gian thực đơn vị tập trung (CU) chịu trách nhiệm thời gian không thực, L2 cao L3 Trong RAN đám mây 5G, lớp vật lý DU lớp phần mềm lưu trữ trung tâm liệu đám mây cạnh văn phòng trung tâm lớp vật lý phần mềm CU đặt chung với DU lưu trữ trung tâm liệu đám mây khu vực Trong CU trì chức giống BBU, DU dựa phần mềm RRH khả xử lý Và lúc khái niệm Open RAN xuất hiện: từ máy chủ dựa COTS cho phần mềm DU CU đến RU từ nhà cung cấp 2.2.1 DU, CU RU • RU: đơn vị vô tuyến xử lý giao diện người dùng kỹ thuật số (DFE) phận lớp PHY, chức tạo chùm tia kỹ thuật số Các thiết kế 5G RU cho thông minh “vốn có”, cân nhắc thiết kế RU kích thước, trọng lượng mức tiêu thụ điện • DU: đơn vị phân tán nằm gần RU chạy RLC, MAC phần lớp PHY Nút logic bao gồm tập hợp hàm eNB / gNB, tùy thuộc vào phân chia chức hoạt động điều khiển CU • CU: đơn vị tập trung chạy lớp RRC PDCP GNB bao gồm CU DU kết nối với CU thông qua giao diện Fs-C Fs-U cho CP UP tương ứng CU với nhiều DU hỗ trợ nhiều gNB Kiến trúc phân tách cho phép mạng 5G sử dụng phân bổ khác ngăn xếp giao thức CU DU tùy thuộc vào tính khả dụng đường mạng 2.2.2 Các thành phần bên RIC gần thời gian thực (RT) RIC gần RT cốt lõi việc điều khiển tối ưu hóa RAN, nhờ vào khả cung cấp giao diện E2 Nền tảng RIC gần RT lưu trữ đầu cuối ba giao diện (O1, A1 E2), xApps thành phần cần thiết để thực thi quản lý xApps Các thông số kỹ thuật O-RAN mô tả yêu cầu chức thành phần khác RIC, triển khai tuân thủ tiêu chuẩn khác mong đợi cung cấp dịch vụ, chúng không đưa yêu cầu triển khai [25] Tuy nhiên, Liên minh O-RAN, thông qua Cộng đồng Phần mềm O-RAN (OSC), cung cấp cách triển khai tham chiếu RIC gần RT có chức tn theo thơng số kỹ thuật [25] sử dụng để làm nguyên mẫu giải pháp O-RAN RIC gần RT OSC dựa nhiều thành phần chạy dạng microservices cụm Kubernetes [71] Hình 2: Kiến trúc RIC gần thời gian thực Hình cung cấp tổng quan kiến trúc RIC gần RT điển hình Các thành phần tảng bao gồm: • Cơ sở hạ tầng nhắn tin nội Cơ sở hạ tầng nhắn tin nội kết nối xApps, dịch vụ tảng kết thúc giao diện với Các thông số kỹ thuật không bắt buộc công nghệ cụ thể (OSC sử dụng thư viện tùy chỉnh gọi Bộ định tuyến thông báo RIC (RMR) [72]), chúng liệt kê yêu cầu chức mà hệ thống cần cung cấp Cơ sở hạ tầng nhắn tin nội cần hỗ trợ đăng ký, khám phá xóa điểm cuối (tức thành phần RIC nội xApps), đồng thời cung cấp API để gửi nhận tin nhắn, thông qua liên lạc điểm-điểm chế xuất / đăng ký Nó cung cấp khả định tuyến tính mạnh mẽ để tránh liệu nội bộ; • Giảm thiểu xung đột Thành phần giải vấn đề xung đột xảy xApp khác Điều bắt buộc xApp khác nhau, độc lập áp dụng cách thức khác cố gắng đạt mục tiêu tối ưu hóa độc lập, cuối dẫn đến giảm hiệu suất Miền liên kết người dùng, người mang liên quan đến hành động kiểm soát thực RIC Các đặc tả ORAN nêu bật ba loại cấu trúc khác Các lỗi trực tiếp phát trực tiếp thành phần bên Ví dụ: nhiều xApp áp dụng cài đặt khác cho thông số mục tiêu điều khiển xApps yêu cầu nhiều tài nguyên tài nguyên có sẵn Điều giải thành phần giảm thiểu xác định xApp chiếm ưu giới hạn phạm vi hành động kiểm soát (giải trước hành động) Thay vào đó, vấn đề gián tiếp tiềm ẩn khơng thể quan sát trực tiếp có không phụ thuộc vào mối quan hệ xApp khác Ví dụ, chiêu thức tối ưu hóa hiệu suất số lớp người dùng định làm suy giảm người khác theo cách khơng rõ ràng Những vấn đề phát giảm thiểu thông qua xác minh sau hành động, tức cách giám sát hoạt động hệ thống sau áp dụng sách kiểm sốt khác Nhìn chung, giảm thiểu rủi ro thành phần RIC thời điểm viết này, khơng bao gồm RIC gần RT OSC; • Quản lý đăng ký Chức quản lý đăng ký cho phép xApps kết nối với chức hiển thị qua giao diện E2 Nó kiểm sốt quyền truy cập mà xApp riêng lẻ có thơng báo E2 hợp nhiều yêu cầu đăng ký giống hệt với nút E2 thành nút nhất; • Hệ thống phụ bảo mật Theo [25], thành phần có mục tiêu cấp cao để ngăn chặn xApps độc hại làm rò rỉ liệu RAN nhạy cảm ảnh hưởng đến hiệu suất RAN Các chi tiết thành phần để lại cho nghiên cứu sâu hơn; • Cơ sở liệu sở thơng tin mạng (NIB) API lớp liệu chia sẻ Cơ sở liệu RAN NIB (R-NIB) lưu trữ thông tin nút E2 UE-NIB chứa mục nhập cho UE danh tính chúng Danh tính UE (tức UE-ID) phần thơng tin quan trọng nhạy cảm RIC, cho phép kiểm sốt UE-cụ thể, đồng thời tiết lộ thơng tin nhạy cảm người dùng UE-NIB giúp bạn theo dõi tương quan danh tính người dùng nút E2 khác Cơ sở liệu truy vấn thành phần khác tảng RIC (bao gồm xApps) thông qua API Lớp liệu chia sẻ (SDL) OSC RIC cung cấp việc triển khai thư viện SDL biên dịch bên xApps, sở liệu Redisbased [73]; • Quản lý xApp RIC gần RT có dịch vụ API để quản lý vòng đời tự động xApps, từ giới thiệu, đến triển khai kết thúc (do SMO kích hoạt), truy tìm ghi nhật ký cho Lỗi, Kiểm tra lỗi, Kế toán, Hiệu suất, Bảo mật (FCAPS) Trong OSC RIC, điều thực thơng qua trình bao bọc sở hạ tầng Kubernetes * xApps RIC gần thời gian thực Các thành phần RIC gần RT xApps Như thảo luận trước đây, xApp thành phần plug-and-play thực logic tùy chỉnh, ví dụ để phân tích liệu RAN điều khiển RAN xApps nhận liệu đo từ xa từ RAN gửi lại điều khiển giao diện E2 Theo đặc tả O-RAN [25], xApp xác định mơ tả hình ảnh phần mềm xApp (tức tập hợp phụ kiện cần thiết để triển khai xApp đầy đủ chức năng) Bộ mô tả xApp (ví dụ: YAML JSON fi le) bao gồm thông tin thông số cần thiết để quản lý xApp, chẳng hạn sách tự động phân cấp, triển khai, xóa thơng tin nâng cấp Ngồi ra, mơ tả kiểu liệu sử dụng xApp khả kiểm sốt Cụ thể, OSC RIC, xApp xác định hình ảnh Docker triển khai sở hạ tầng Kubernetes cách áp dụng lược đồ mô tả, sơ đồ cụ thể hóa thuộc tính vùng chứa Tại thời điểm viết này, thông số kỹ thuật O-RAN yêu cầu API giới hạn mà tảng RIC gần RT cần cung cấp cho xApps (bao gồm API SDL API đăng ký / khám phá / đăng ký) Tuy nhiên, việc biến tập hợp rộng API thành phát triển phần mềm thúc đẩy phát triển xApps chuyển liên tục qua triển khai RIC gần RT khác Các nỗ lực theo hướng thúc đẩy phân nhóm RAN Intelligence and Automation (RIA) Dự án hồng ngoại viễn thông (TIP) [41, 42] * Triển khai RIC gần RT nguồn mở Bên cạnh cộng đồng OSC cung cấp, cộng đồng nguồn mở bao gồm triển khai RIC bên thứ ba làm phong phú thêm hệ sinh thái Open RAN Một ví dụ ColO-RAN, triển khai tập trung vào thử nghiệm O-RAN dựa OSC gần RT RIC [74], mô tả Phần X Dự án SD-RAN Open Networking Foundation (ONF) phát triển mã nguồn mở triển khai tảng đám mây O-RAN gần RT RIC, với xApps để kiểm soát RAN Bộ phát 10 triển phần mềm (SDK) để tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế xApps [75, 76] Các xApp tận dụng Mơ hình dịch vụ E2 tuân thủ tiêu chuẩn (E2SM) mô hình dịch vụ tùy chỉnh cộng đồng SDRAN phát triển Các dịch vụ vi mô RIC này, dựa điều khiển Hệ điều hành Mạng Mở (ONOS), bao gồm dịch vụ đăng ký xApp, dịch vụ thông tin dựa mạng người dùng, dịch vụ lưu trữ liệu phân tán để có tính khả dụng cao dịch vụ nhà điều hành Thay vào đó, FlexRIC cung cấp RIC gần RT nguyên khối tác nhân RAN để giao tiếp ngăn xếp vô tuyến OpenAirInterface với RIC [77] Nó bao gồm Mơ hình dịch vụ (SM) để theo dõi cắt trường hợp sử dụng khả lập trình SDK để xây dựng điều khiển hướng dịch vụ chuyên biệt Cuối cùng, 5G-EmPOWER RIC gần RIC cho RAN không đồng [78] Nó bao gồm chức khơng tn thủ tiêu chuẩn quản lý tính di động cho Wi-Fi mạng di động, hỗ trợ nhiều người thuê triển khai lược đồ phân bổ tài nguyên tùy chỉnh lát mạng 2.2.3 Khung phân quyền RIC không thời gian thực RIC RT thành phần cốt lõi kiến trúc ORAN Tương tự RIC gần RT, cho phép điều khiển vịng kín RAN với khoảng thời gian lớn 1s Hơn nữa, hỗ trợ thực thi ứng dụng bên thứ ba, tức rApps, sử dụng để cung cấp dịch vụ có giá trị nhằm hỗ trợ tạo điều kiện cho hoạt động tối ưu hóa RAN, bao gồm sách, thơng tin phong phú, quản lý kiểm tra phân tích liệu RIC khơng phải RT lưu trữ kết thúc R1, cho phép rApps giao tiếp với RIC khơng phải RT Điều cho phép họ có quyền truy cập vào dịch vụ quản lý liệu hiển thị, chức AI / ML, giao diện A1, O1 O2 thông qua sở hạ tầng nhắn tin nội Điều đáng nói rApps hỗ trợ chức kiểm soát tương tự cung cấp xApps (ví dụ: điều khiển điều hành, kiểm sốt lập lịch trình, quản lý bàn giao) khoảng thời gian lớn hơn, chúng tiêu chuẩn hóa để đưa sách kiểm sốt hoạt động cấp độ cao ảnh hưởng đến quy mô lớn số lượng người dùng nút mạng Các ví dụ liên quan rApps cho ứng dụng điều khiển RAN RT bao gồm quản lý tần số nhiễu, chia sẻ RAN, chẩn đoán hiệu suất, đảm bảo Thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) đầu cuối cắt mạng Để cung cấp kiến trúc khả thi hành vi thành phần mạng chức điều chỉnh thời gian thực để đáp ứng ý định mục tiêu nhà khai thác, RIC RT cung cấp hai dịch vụ điều phối quản lý cấp cao sau đây: (i) quản lý mạng dựa mục đích (ii) điều phối thông minh 11 2.2.4 Các giao diện mở mạng O-RAN 2.2.4.1 Giao diện E2 Giao diện E2 giao diện mở hai điểm cuối, tức RIC gần RT gọi nút E2, tức DUs, CU eNB LTE tương thích O-RAN E2 cho phép RIC kiểm sốt việc quản lý tài ngun vơ tuyến chức khác nút E2 Hơn nữa, giao diện cho phép thu thập số liệu từ RAN đến RIC gần RT, định kỳ sau kiện kích hoạt trước bắt đầu Cả thủ tục điều khiển thu thập liệu liên quan đến nhiều ơ, lát cắt, lớp QoS UE cụ thể Để hỗ trợ hoạt động trên, O-RAN Alliance sử dụng nhiều mã nhận dạng Cụ thể, O-RAN sử dụng lớp nhận dạng, lát cắt QoS Liên quan đến UE cụ thể, O-RAN Alliance thay vào giới thiệu định danh người dùng chung (tức UE-ID) thơng số cụ thể Điều cung cấp danh tính người dùng quán thống tồn hệ thống mà khơng để lộ thông tin nhạy cảm liên quan đến người dùng 2.2.4.2 Giao diện O1 Ngoài E2, giao diện khác kết nối thành phần cụ thể O-RAN với nút RAN giao diện O1 Nói chung, phần tử O-RAN quản lý (bao gồm nút RIC gần RT, RAN) kết nối qua O1 với SMO RIC khơng phải RT Do đó, O1 giao diện mở, áp dụng mở rộng phương pháp tiêu chuẩn hóa cho hoạt động bảo trì Giao diện O1 hỗ trợ Dịch vụ quản lý (MnS), bao gồm việc quản lý vòng đời thành phần O-RAN (từ khởi động kiểm soát đến dịch vụ chịu lỗi nhịp tim), đảm bảo hiệu suất thu thập dấu vết thông qua Chỉ số Hiệu suất Chính ( KPI) báo cáo, phần mềm quản lý toàn Giao diện O1 thường kết nối nhà cung cấp MnS (tức là, thường nút SMO quản lý) với người tiêu dùng MnS (tức SMO) 2.2.4.3 Giao diện A1 Giao diện A1 kết nối hai thành phần O-RAN-speci, tức RIC RT (hoặc SMO) RIC gần RT Nó cho phép RIC RT triển khai hướng dẫn dựa sách cho RIC gần RT (ví dụ: để đặt mục tiêu tối ưu hóa cấp cao), để quản lý mơ hình ML sử dụng, chẳng hạn xApps đàm phán điều phối việc chuyển giao thông tin bổ sung cho RIC gần RT Đây tiêu chuẩn tiên tiến dựa cú pháp cụ thể (dựa lược đồ JSON) thể sách ý định cấp cao Các sách, mơ hình ML thơng tin làm giàu đề cập đến nhóm UE, chí đến UE cụ thể 12 Lưu ý rằng, thời điểm viết bài, việc quản lý mơ hình ML dựa A1 xem xét để nghiên cứu thêm Giao diện A1 dựa giao thức ứng dụng A1AP, chức sau đặc tả thêm cho dịch vụ mà hỗ trợ A1AP dựa khung 3GPP để triển khai sách cho chức mạng, kết hợp API REST qua HTTP để truyền đối tượng JSON Đối với dịch vụ, RIC RT gần RT có cặp máy khách máy chủ HTTP, sử dụng thay để quản lý dịch vụ để truyền liệu thực tế / thông báo 2.2.4.4 O-RAN Fronhaul giao diện khác Hình 3: O-RAN Fronhaul mặt phẳng fronhaul Giao diện O-RAN Fronthaul (FH) kết nối DU với nhiều RU bên gNB Giao diện O-RAN FH giúp phân phối chức lớp vật lý RU DU điều khiển hoạt động RU từ DU Như thảo luận Phần II, Liên minh ORAN chọn cách thức cụ thể (phân tách 7,2x) để tách lớp vật lý số lớp 3GPP đề xuất Phần lớp vật lý (PHY thấp) nằm RU thực bù pha Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM), chèn FFT CP ngược để chuyển đổi tần số theo thời gian đường xuống, loại bỏ FFT CP đường lên Các RU có khả (tức RU loại B) thực tiền mã hóa Chức triển khai DU cho RU khả (tức loại A) Để bổ sung 13 cho khả DU, RU loại A cần hỗ trợ xử lý PHY thấp cho luồng liệu Lớp vật lý DU (PHY cao) thực xáo trộn, điều chế, ánh xạ lớp ánh xạ phần tử tài nguyên Theo thông số kỹ thuật O-RAN, phân tách 7.2x tạo cân cân đơn giản giao diện thiết kế RU, tiềm khả tương tác (ít tham số để thu thập so với phân chia lớp cao hơn) liệu tốc độ cần thiết cho vận chuyển fronthaul (thấp cấu hình chia tách lớp vật lý nữa) Loại thứ hai dựa đóng gói Ethernet UPD / IP, mang theo eCPRI IEEE 1914.3 Lưu ý DU hỗ trợ nhiều RU, ví dụ: để phục vụ sóng mang ô từ RU khác để xử lý nhiều ô với DU nhiềuRU RUs, chuỗi liên kết RU Ngoài ra, giao diện O-RAN FH thiết kế để hỗ trợ truyền thông tin cậy, độ trễ thấp DU RU với thời gian phù hợp với yêu cầu URLLC Ví dụ, giao diện fronthaul bao gồm kỹ thuật nén điều chế khác nhau, để giảm tải mạng fronthaul, mạng fronthaul thiết kế để hỗ trợ URLLC với jitter tối thiểu Giao thức O-RAN FH bao gồm bốn chức (hoặc mặt phẳng) khác Bên cạnh mặt phẳng người dùng (U-) điều khiển (C-) (để vận chuyển liệu lệnh điều khiển lớp PHY), O-RAN FH có mặt phẳng đồng hóa (Splane), để quản lý thời gian DU RUs, mặt phẳng quản lý (M-plane), để phân tích chức RU từ DU Giao diện O2 kết nối SMO với O-RAN OCloud, cho phép quản lý cung cấp chức mạng theo cách lập trình Nó cho phép xác định danh mục sở kiểm soát OCloud, giám sát, cung cấp, khả chịu lỗi cập nhật Forthisinterface, theO-RANAllianceWG6 xem xét việc áp dụng tiêu chuẩn tiếng giải pháp nguồn mở, ví dụ: tiêu chuẩn Ảo hóa chức mạng (NFV) ETSI có liên quan, giao diện dựa dịch vụ 3GPP dự án Kubernets, Open Stack ONAP / OSM 2.3 Các tiêu chuẩn quốc tế công nghệ O-RAN Liên minh O-RAN tập hợp nhà khai thác, nhà cung cấp, quan nghiên cứu đối tác ngành tập trung vào việc định hình lại hệ sinh thái RAN theo hướng kiến trúc thơng minh, mở, ảo hóa tương tác Để đạt mục tiêu này, nỗ lực Liên minh bao gồm ba lĩnh vực vĩ mô: (i) đặc điểm, nhằm mở rộng tiêu chuẩn RAN bao gồm tính cởi mở thơng minh; (ii) phát triển phần mềm, tập trung vào phát triển đóng góp phần mềm nguồn mở cho thành phần RAN kiến trúc O-RAN, (iii) thử nghiệm tích hợp, 14 cung cấp hướng dẫn cho thành viên Liên minh sẵn sàng thực thử nghiệm tích hợp giải pháp tuân thủ ORAN mà họ phát triển Các nhiệm vụ cụ thể Liên minh O-RAN chia cho 10 Nhóm làm việc (WG), WG chịu trách nhiệm phần cụ thể kiến trúc ORAN Trọng tâm WG tóm tắt Bảng I: • WG1: Các Trường hợp Sử dụng Kiến trúc Tổng thể WG xác định trường hợp sử dụng O-RAN chính, kịch triển khai nhiệm vụ phát triển kiến trúc O-RAN tổng thể Nó bao gồm ba nhóm nhiệm vụ: (i) Nhóm Nhiệm vụ Kiến trúc, tập trung vào việc xác định tổng thể kiến trúc O-RAN, mô tả chức giao diện nó, minh họa đơn vị thực có liên quan thảo luận kiến trúc CrossWG; (ii) Nhóm Nhiệm vụ Cắt mạng, tập trung vào nghiên cứu việc cắt mạng O-RAN xác định trường hợp sử dụng, yêu cầu phần mở rộng giao diện O-RAN, (iii) Nhóm Nhiệm vụ Trường hợp Sử dụng, tập trung vào việc xác định, loại bỏ phổ biến trường hợp sử dụng O-RAN kích hoạt • WG2: Giao diện RIC A1 RT Thông số kỹ thuật WG kiến trúc chức Softhenon-RTRIC giao diện A1 • WG3: Giao diện RIC E2 gần RT Đặc tả WG kiến trúc chức RIC gần RT giao diện E2 Nó đảm nhận việc cung cấp hỗ trợ cho AI / ML thiết kế mơ hình phân tích liệu để đào tạo mơ hình tăng cường quản lý phân bổ tài ngun vơ tuyến 15 • WG4: Mở giao diện Fronthaul WG tập trung vào việc xác định giao diện Open Fronthaul hỗ trợ khả tương tác DU RU nhà cung cấp khác sản xuất • WG5: Giao diện mở F1 / W1 / E1 / X2 / Xn WG cung cấp thông số kỹ thuật chuyên nghiệp nhiều nhà cung cấp cho giao diện F1 / W1 / E1 / X2 / Xn tuân thủ thông số kỹ thuật 3GPP • WG6: Cloudification Orchestration WG xác định trường hợp sử dụng để chứng minh lợi ích việc tách phần mềm / phần cứng phần tử O-RAN (ví dụ: RIC, CU, DU, RU) kịch triển khai, đồng thời phát triển yêu cầu thiết kế tham chiếu cho tảng đám mây WG phát triển vịng đời tính tương đồng API giao diện O2 SMO OCloud • WG7: Phần cứng hộp trắng Thông số kỹ thuật WG phát hành thiết kế tham chiếu hướng tới tảng phần mềm / phần cứng tách rời • WG8: Thiết kế tham chiếu ngăn xếp WG phát triển kiến trúc phần mềm, thiết kế lập kế hoạch cho CU DU tuân thủ thông số kỹ thuật 3GPP NR, tập hợp kiểm tra thúc đẩy khả tương tác triển khai khác giao diện O-RAN • WG9: Truyền vận X-haul mở WG tập trung vào truyền tải mạng, bao gồm thiết bị truyền tải, phương tiện vật lý giao thức • WG10: OAM WG tập trung vào thông số kỹ thuật Giao diện O1 Hoạt động, Quản trị Bảo trì (OAM) (ví dụ: hoạt động O1 thơng báo) vào việc tạo kiến trúc OAM yêu cầu kiến trúc O-RAN trường hợp sử dụng WG1 xác định • WG11: Nhóm Công tác Bảo mật (SWG) WG tập trung vào khía cạnh bảo mật hệ sinh thái O-RAN Bên cạnh WGs, O-RAN bao gồm nhóm tập trung vào chủ đề có liên quan đến tồn Liên minh Chúng đặt tên Nhóm Trọng tâm (FG) chúng tóm tắt Bảng II: • Nhóm tập trung nguồn mở (OSFG) FG sử dụng để giải vấn đề liên quan đến mã nguồn mở O-RAN Chúng bao gồm việc lập kế 16 hoạch, chuẩn bị thành lập OSC, phối hợp với cộng đồng nguồn mở khác Kể từ OSC mắt vào năm 2019, hầu hết hoạt động OSFG OSC trực tiếp quan tâm Kết FG khơng hoạt động • Nhóm Trọng tâm Phát triển Tiêu chuẩn (SDFG) FG lập chương trình chiến lược tiêu chuẩn hóa Liên minh O-RAN giao diện với tổ chức phát triển tiêu chuẩn khác (ví dụ: Các khía cạnh Hệ thống Dịch vụ 3GPP, 3GPP RAN, ETSI, ITU-T, Diễn đàn Tế bào Nhỏ, IEEE 1914, Liên minh NGMN) SDFG thu thập yêu cầu đề xuất từ thực thể khác Liên minh (ví dụ, WG) cung cấp cho họ hướng dẫn trường hợp sử dụng tiêu chuẩn hóa • Nhóm Tập trung Kiểm tra & Tích hợp (TIFG) FG trình bày cách tiếp cận tổng thể O-RAN để kiểm tra tích hợp, bao gồm việc phối hợp kiểm tra mạng WG Các ví dụ kiểm tra tích hợp đặc điểm, tạo chuyên gia để tạo điều kiện thuận lợi cho việc thương mại hóa O-RAN xác định cụ thể quy trình để tích hợp O-RAN xác minh giải pháp TIFG lập kế hoạch điều phối Trình cắm O-RAN, đồng thời đặt hướng dẫn cho trung tâm tích hợp thử nghiệm mở bên thứ ba Cuối cùng, Liên minh O-RAN có Ủy ban đạo kỹ thuật (TSC), quan hướng dẫn hoạt động Liên minh có bốn tiểu ban Những điều nhằm mục đích (i) tạo kế hoạch khả thi tối thiểu cho mạng O-RAN hoàn toàn tuân thủ; (ii) xác định thủ tục cho Liên minh O-RAN; (iii) thúc đẩy tham gia ngành; (iv) phát triển hoạt động nghiên cứu hướng tới hệ mạng 6G CHƯƠNG III Phân tích đánh giá hiệu mạng O-RAN sử dụng mạng 5G Nội dung chương mơ hình hóa nhà khai thác mạng di động End-toEnd (MNO) sử dụng O-RAN Kiến trúc mạng di động xem xét đây, với ba trung tâm liệu phân cấp ba lớp (Cục bộ, Khu vực Lõi) Để thêm tính linh hoạt việc phân bổ tài nguyên tăng độ tin cậy, tận dụng lợi ORAN MNO nhận yêu cầu chức dịch vụ khác (SFR) yêu cầu chỗ mạng Giả định RAN chức cốt lõi triển khai dạng CNF trung tâm liệu Người dùng SFR kết nối với đầu vô tuyến từ xa (RRH) để nhận dịch vụ 3.1 Mơ hình hệ thống Gỉa sử xét mạng di động nhiều lớp ảo hóa với số trung tâm liệu phân cấp bao gồm trung tâm liệu cục (tức cạnh), khu vực (tức sương mù) trung tâm liệu lõi Cơ sở hạ tầng trung tâm liệu cho phép hỗ trợ ảo hóa chức mạng (NFV), khơng mang lại linh hoạt cho người thiết kế điều phối mạng, mà tăng độ tin cậy tính sẵn sàng phân phối sử dụng tài nguyên 17 Các trung tâm liệu địa phương trung tâm gần địa điểm vô tuyến với số lượng tài nguyên hạn chế Mỗi trung tâm liệu địa phương kết nối vật lý với số trung tâm liệu khu vực thông qua liên kết cáp quang dung lượng cao Các trung tâm liệu khu vực có dung lượng số lượng tài nguyên cao hơn; nút nhận liệu từ trung tâm liệu cục gửi đến trung tâm liệu lõi Các trung tâm liệu cốt lõi bị hạn chế số lượng chúng phong phú mặt tài nguyên Các trung tâm liệu lõi hỗ trợ chạy lõi EPC 5GC ảo hóa Nhiều phiên lõi sử dụng để tăng độ tin cậy tính khả dụng Hình 3: Mơ hình hệ thống dựa kiến trúc mạng O-RAN cho mạng LTE/5G End-to-End, với lớp liệu trung tâm Chúng ta xem xét mạng di động sử dụng kiến trúc O-RAN Hình cho thấy mơ hình hệ thống Trong kiến trúc O-RAN, phần lớp vật lý thấp (tức thiết bị từ xa mở (O-RU)) chạy RRH Nó bao gồm số tác vụ lớp vật lý giải nén IQ, tiền mã hóa, định dạng chùm tia kỹ thuật số, bổ sung iFFT CP D2A Sử dụng giao diện front-haul mở CPRI LTE eCPRI 5G, O-RU kết nối với đơn vị phân tán RAN (DU) Lớp vật lý cao ảo hóa, MAC Các chức RLC chạy DU triển khai trung tâm liệu cục chức mạng chứa đựng (CNF) Chúng gọi chức DU-CNF Các chức lớp RAN 5G bao gồm RRC, PDCP-C, PDCP-U SDAP chạy CNF trung tâm liệu khu vực Chúng gọi chức CU-CNF O-RAN Bộ điều khiển thông minh (RIC) gần thời gian thực (RT) triển khai trung tâm liệu khu vực để gần với chức CU-CNF kết nối với chúng thông 18 qua giao diện gọi E2 Các chức lõi di động chạy trung tâm liệu lõi Slicing sử dụng để cô lập dịch vụ khác đạt mức SLA yêu cầu Khách hàng nhận dịch vụ cách kết nối với RRH kết nối với phần RAN yêu cầu dịch vụ cách đính kèm RRHs Để đảm bảo Chất lượng Dịch vụ (QoS) tảng Đám mây kiến trúc, tham số QoS thông lượng, jitter độ trễ nên diễn đạt lại thành phân bổ tài nguyên dung lượng, khả lưu trữ xử lý Điều quan trọng cần lưu ý có sở liệu gọi R-NIB RIC Near-RT số chức lớp ứng dụng xử lý đó, chẳng hạn bên thứ 3, kết nối vô tuyến, quản lý di động, QoS quản lý giao diện RIC near-RT trung tâm liệu khu vực kết nối logic thông qua giao diện A1 với RIC near-RT trung tâm liệu lõi Điều phối tự động hóa ONAP, MANO NMS chức thêm vào lõi hệ thay mạng lõi truyền thống Có dịch vụ khác mạng yêu cầu tài nguyên End-to-End từ hệ thống bao gồm RRH, DU-CNF, CU-CNF tài nguyên mạng lõi Chúng gọi chúng yêu cầu chức dịch vụ (SFR) Gọi biểu thị tập hợp SFR Mỗi biểu thị tập hợp SFR Mỗi SFR có chuỗi chức dịch vụ bao gồm DU-CNF đặt trung tâm liệu cục bộ, CU-CNF đặt trung tâm liệu khu vực Core-CNF đặt trung tâm liệu cốt lõi Chúng giả định SFR có tốc độ truyền mặt phẳng liệu Để đơn giản, giả định tỷ lệ không đổi toàn hệ thống RRH, DU-CNF, CU-CNF lõi Gọi 𝜃𝑖 biểu thị tốc độ dịch vụ SFR 𝜃𝑖 tỷ lệ tích lũy cho tất người dùng SFR thứ Chúng tơi xem xét mơ hình yêu cầu lát cắt bán tĩnh trong khoảng thời gian định, hệ thống ổn định khơng có u cầu dịch vụ Thời gian phụ thuộc vào loại hành vi dịch vụ Bảng bao gồm danh sách biến 19 Theo [1] ta xác định trễ truyền dẫn end-to-end theo công thức sau: v Sử dụng kỹ thuật Phân chia luồng lưu lượng dịch vụ theo dịch vụ thuật toán Độ trễ tối thiểu dựa Gradient (GBMD) để đơn giản hóa giải tốn ta toán dạng sử dụng thuật toán để giải toán 20 ... quản lý di động truy cập MỞ ĐẦU Mạng truy cập vô tuyến mở (RAN) phương án thông qua thông số kỹ thuật Liên minh O-RAN sẵn sàng cách mạng hóa hệ sinh thái viễn thông O-RAN quảng bá mạng RAN ảo hóa... pháp mở Mạng truy nhập vô tuyến (RAN) Điều làm cho hiển thị liệu phân tích cho phép tối ưu hóa theo hướng liệu, kiểm sốt vịng kín tự động hóa Các cách tiếp cận mạng di động, nhiên, để tiến tới mạng. .. thiết bị (Smartphone, RAN, Core thiết bị khác) mạng di động (3G, 4G 5G) Các tiêu chuẩn 3GPP có tính mở Ví dụ giao diện vơ tuyến Uu hay LTEUu mạng truy cập thiết bị đầu cuối sử dụng giao thức RRC