Nghiên cứu phát triển kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến mở trên nền tảng mạng 5g cho các ứng dụng quảng bá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN KIẾN TRÚC MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN MỞ TRÊN NỀN TẢNG MẠNG 5G CHO CÁC ỨNG DỤNG QUẢNG BÁ Người thực hiện: NGÔ ĐẮC VINH QUANG Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hữu Trung Hà Nội, 2023 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông LỜI CAM ĐOAN Tên là: Ngô Đắc Vinh Quang Sinh ngày: 31/12/1988 Mã số học viên : 20211099M Học viên lớp cao học 21A-ET-KTVT Xin cam đoan nội dung đề tài “Nghiên cứu phát triển kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến mở tảng mạng 5G cho ứng dụng quảng bá” tơi tự tìm hiểu, nghiên cứu thực hướng dẫn giảng viên PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Mọi trích dẫn tài liệu tham khảo mà tơi sử dụng có ghi rõ nguồn gốc Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm lời cam đoan Hà Nội, tháng 03 năm 2023 Học viên thực Ngô Đắc Vinh Quang Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giảng viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Hữu Trung – Người định hướng trực tiếp dẫn dắt cho em suốt trình thực đề tài nghiên cứu khoa học Đồng thời, Thầy người trau dồi thêm cho em kiến thức chuyên môn bổ ích định hướng phát triển nghiệp Xin chân thành cảm ơn thầy cô Trường Điện – Điện tử, Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ để em hoàn thiện đề tài Đồng thời, em xin cảm ơn Ban Giám hiệu nhà trường tạo điều kiện thuận lợi học tập nghiên cứu để em hoàn thành luận văn thời hạn Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn! Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH 12 LỜI MỞ ĐẦU 14 TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN 15 Đặt vấn đề 15 Tính cấp thiết đề tài 15 Mục tiêu đề tài 15 Nội dung đề tài vấn đề cần giải 15 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 16 Sự phát triển hệ thống thông tin di động 16 1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) 17 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai (2G) 17 1.3 Hệ thống thông tin di động 2,5G 18 1.4 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba (3G) 19 1.5 Hệ thống thông tin di động tiền 4G (pre-4G) 20 1.6 Hệ thống thông tin di động hệ thứ tư (4G) 22 1.7 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (5G) : 23 1.8 Thuận lợi thách thức mạng di động 5G 25 Tổng kết chương 27 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC MẠNG 5G C-RAN 28 Tổng quan kiến trúc hệ thống thông tin di động 5G 28 1.1 Các yêu cầu hệ thống thông tin di động 5G 28 Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông 1.2 Tổng quan kiến trúc mạng 5G : 29 1.2.1 Mạng truy cập vô tuyến (Radio Access Network) 30 1.2.2 Mạng lõi (Core Network) 32 Kiến trúc mạng di động 5G C-RAN 37 2.1 Tổng quan 37 2.2 Kiến trúc C-RAN mạng thông tin di động 5G 39 2.2.1 Các thành phần chức C-RAN : 39 2.2.2 Kiến trúc C-RAN tập trung hoàn toàn 41 2.2.3 Kiến trúc C-RAN tập trung phần 42 2.2.4 Kiến trúc ảo hóa mạng vô tuyến 45 2.2.5 C-RAN mạng thông tin di động 5G 47 2.3 Các giải pháp C-RAN 48 2.3.1 Chia sẻ tài nguyên tiết kiệm lượng 48 2.3.2 Triển khai trạm BS C-RAN tập trung 49 2.3.3 Các giải pháp triển hai sợi quang 50 2.3.4 Giải pháp cải thiện dung ượng vùng phủ cho vùng sóng yếu 52 Tổng kết chương 53 CHƯƠNG 3: MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN GIAO THỨC MỞ (OEN RAN) 54 Giới thiệu chung 54 1.1 Open RAN 54 1.2 Sự khác RAN Open – RAN 54 Kiến trúc Open – RAN 55 2.1 Thành phần Open – RAN 55 2.2 Kiến trúc Open – RAN 57 Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông 2.2.1 Kiến trúc RAN 3GPP Open – RAN: 57 2.2.2 Kiến trúc vRAN Open – RAN: 58 2.2.3 Kiến trúc Open – RAN: 58 2.3 Cơ hội thách thức Open RAN 72 2.4 Tình hình triển khai thương mại Open RAN giới : 73 Tổng kết chương 77 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án đối tác hệ thứ 4G 5G Fourth Generatiom Fifth Generatiom Thế hệ thứ tư Thế hệ thứ năm A AI ACI ACL AMPS Trí tuệ nhân tạo Nhiễu kênh kề Danh sách điều khiển truy Access Control List nhập Hệ thống điện thoại di động Advanced Mobile Phone System tiên tiến Artificial Intelligence Adjacent Channel Interference API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng AR Argumented Reality Thực tế tăng cường B BBU Baseband Unit Khối băng tần gốc BDMA Beam Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo búp sóng BS Base Station BLAST Bell Labs Layer Space Time BTS Base Tranceiver Station Trạm gốc Đa lớp không - thời gian theo Bell Lab Trạm thu phát gốc C CAPEX CCI Capital Expenditure Co-Channel Interference Chi phí đầu tư Nhiễu kênh tần số CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CPRI Common Public Radio Interface Giao diện vô tuyến chung C-RAN Cloud Radio Access Network C-RNTI Cell Radio Network Temporary Identifier CSP Communication service Provider Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Mạng truy nhập vô tuyến đám mây Số nhận dạng mạng vô tuyến Cell tạm thời Nhà cung cấp dịch vụ truyền thông Page Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông D D2D Device to Device Communication Truyền thông thiết bị - thiết bị DC DoS DDoS DPC DRX DSP DU Data Center Denial of Service Distributed Denial of Service Dirty Paper Coding Discontinuous Reception Digital Signal Processing Digital Unit Trung tâm liệu Từ chối dịch vụ Từ chối dịch vụ phân tán Mã hóa “tờ giấy bẩn” Thu nhận khơng liên tục Xử lý tín hiệu so Khối số DUE D2D User Equipment Thiết bị người sử dụng dùng truyền thông D2D E EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution eMMB Enhanced Mobile Broadband FBMC F Filter Bank Multi-Carrier FDD Frequency Division Duplex FDMA Frequency Division Multiple Access Giải pháp cải tiến toc độ liệu cho mạng GSM Băng thông rộng di động nâng cao Đa sóng mang lọc băng tần Ghép song cơng phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo tần số G GEO Geostationary Orbit Vệ tinh địa tĩnh GFDM Generalised Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần so tiêu chuẩn GPP GPRS GPS General Purpose Proccessor General Packet Radio Service Global Positioning System Bộ xử lý thơng thường Dịch vụ vơ tuyến gói chung Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống thơng tin di động tồn cầu H HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuong toc độ cao HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao nội trú Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên toc độ cao I IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ nghệ Điện Điện tử IMT International Mobile Telecommunications Viễn thông di động quoc tế IoT IP IS Internet of Thing Internet Protocol Interim Standard Internet vạn vật Giao thức Internet Tiêu chuẩn tạm thời ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ ISVs Independent Software Vendor Nhà cung cấp phần mềm độc lập ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế L LEO Low Earth Orbit Vệ tinh tầm thấp LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng LTE Long Term Evolution Phát trien dài hạn M Lớp điều khiển truy nhập môi trường Đa đầu vào – Đa đầu Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện Bình phương trùng bình lỗi tối thiểu MAC Medium Access Control MIMO Multi-input Multi-output MMS Multimedia Messaging Service MMSE Minimum Mean Squared Error mMTC Massive Machine Type Communications Truyền thông kieu máy số lượng lớn MN Moving Network Mạng di chuyen MRC Maximum Ration Combining Kết hợp tỉ số tối đa MRN Moving Relay Node Điểm chuyển tiếp di động MRT Maximum Ratio Transmission Kết hợp truyền tỉ số cực đại MU Mobile User Next Generation MobileNetworks Non-Orthogonal Multiple Người dùng di động NGMN NOMA Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Thế hệ mạng di động Đa truy nhập không trực giao Page Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Access MS Trạm di động Mobile Station N NFV Network Function Virtualization Chức ảo hóa mạng NEPs Network Equipment Building System Hệ thống kiến tạo thiết bị mạng O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần so trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần so trực giao OPEX Operating Expenditure Chi phí hoạt động OSI Open Systems Interconnection Reference Model Mơ hình tham chiếu kết noi hệ thong mở OSS OTP OWA Operation Support System Open Transport Protocol Open Wireless Architecture P Hệ thống hỗ trợ vận hành Giao thức vận chuyen mở Kiến trúc không dây mở PAPR Peak-to-Average Power Ratio Tỉ số cơng suất đỉnh trung bình PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ liệu gói PHY Physical Layer PLMN Public Land Mobile Network Lớp vật lý Mạng di động mặt đất công cộng R RAN RE REC RLC RRH Radio Access Network Radio Equipment Radio Equipment Control Radio Link Control Radio Remote Head RRM Radio Resourse Management RU Remote Unit Mạng truy cập vơ tuyến Sóng vô tuyến từ xa Điều khien thiết bị vô tuyến Điều khien liên kết vô tuyến Khối vô tuyến từ xa Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến Khối từ xa S Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 10 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng Hình 10 Giao diện F1 DU CU (Source Parallel Wireless) Đối với 5G, điều tính tốn tuỳ chọn có khả phù hợp với số trường hợp sử dụng Mức phân chia cao cách tiếp cận tốt tương lai để triển khai mạng di động hệ tình triển khai khác Chức RAN lớp 8: Lớp dựa giao diện CPRI tiêu chuẩn ngành xuất thời gian Với phân chia lưu lượng, tất chức (từ lớp PHY đến lớp RRC) ngoại trừ RF xử lý DU, lớp RF nằm đài phát Sự phân chia có hiệu cao 2G 3G, nơi tốc độ lưu lượng thấp nhiều đó, q trình tự xử lý thấp hơn, mức độ định Và điều dễ dàng thực máy chủ x86, đồng thời cho phép người vận hành sử dụng RU tối ưu hố chi phí DU RU phải tương thích với DU RU bên thứ ba khác Cải tiến so với lớp kế thừa để RU chạy nhiều công nghệ giao diện FH nên chúng cần sử dụng eCPRI thay giao diện CPRI cũ RU DU Cách tiếp cận cho phép tổng hợp lưu lượng truy cập tập trung từ RU, từ cho phép kết nối liền mạch từ hệ sinh thái LTE truyền thống sang hệ sinh thái NR Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 65 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng Hình 11 Lưu lượng truy cập lớp (Source Parallel Wireless) RAN DU nằm RU CU, thực chức L2 thời gian thực, xử lý băng sở DU đề xuất để hỗ trợ nhiều lớp RU để xử lý quy trình xử lý tín hiệu số tăng tốc lưu lượng mạng, sử dụng FPGA Nhưng điều quan trọng cần hiểu khả tăng tốc phần cứng gọi yêu cầu 5G công nghệ trước 2G, 3G chí 4G Hình 12 Chức RAN lớp (Source Parallel Wireless) Cũng có tập trung vào tăng tốc phần cứng FPGA GPU để tăng tốc trình xử lý theo thời gian thực cho lớp thấp băng tần vô tuyến cho 5G Ericsson Nokia xem xét khả tăng tốc dựa GPU cho số khối lượng công việc cần xử lý vRAN, đặc biệt cho 5G Massive MIMO cho AI Vì vậy, chắn cần phải đầu tư nhiều vào công nghệ chip khác để đảm bảo Open RAN truy cập vào DU tốt Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 66 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông có thị trường Giảm tổng TCO ưu tiên hàng đầu giải pháp xung quanh kiến trúc xử lý GP để mang lại thành phần mạng, lưu trữ điện toán hiệu quả, tiết kiệm chi phí Ảo hố: VNFs Containers VNFs phiên phần mềm dịch vụ mạng sử dụng thiết bị mạng chuyên dụng Các chức vEPC triển khai dạng máy ảo (VM) sở hạ tầng COTS thập kỷ Máy ảo ảo hoá phần cứng vật lý, biến máy chủ thành đầy đủ hệ điều hành, bao gồm nhiều ứng dụng, tệp nhị phân thư viện cần thiết – chiếm hàng chục GB dung lượng lưu trữ Việc ứng dụng vEPC triển khai dạng ứng dụng phần mềm máy ảo giải số vấn đề hiệu suất RAN khu vực có nhiều giao dịch chiếm nhiều thời gian mạng vấn đề hiệu suất tạo nhiều bất cập với trải nghiệm người dùng Đây lý Open – RAN bao gồm nhiều thành phần khác từ nhà cung cấp khác nhau, cần thích ứng với cách tiếp cận trung tâm liệu để phát triển, khởi chạy tối ưu hoá phần mềm Nhưng Open – RAN mang đến vấn đề mới, chẳng hạn thời gian độ phức tạp việc tích hợp nâng cấp phần mềm nhà cung cấp khác Sự phát triển thực thử nghiệm khả tương ứng nhà cung cấp Open – RAN thách thức lớn Cần có kiểm tra đặc biệt để chuẩn hoá chứng nhận phần mềm, cho dù phần mềm lưu trữ sở hạ tầng đám mây vật lý Tóm lại, hệ sinh thái Open – RAN phát triển, số lượng nâng cấp mềm tăng lên tầm quan trọng việc đưa nâng cấp vào môi trường CI/CD phát triển riêng cho Open – RAN nhiều nhà cung cấp cấp phần ứng phần mềm tăng theo Để tối ưu hoá hiệu suất, doanh nghiệp việc triển khai phần mềm chuyển từ ứng dụng độc lập, đóng gói máy chủ chun dụng sang mơ hình xây dựng mơ hình webscale Cuối phát triển thành microservice Một microservice phân tách ứng dụng thành nhiều phần riêng biệt, lần chạy môi trường giống lưu trữ Máy ảo đơn giản nặng để lưu trữ dịch vụ Bằng cách giải cấu trúc dịch vụ RAN thành vi dịch vụ, thật dễ dàng giải vấn đề hiệu suất cách tạo nhiều phiên vi dịch vụ RAN tạo cố hiệu suất Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 67 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Phần mềm Open – RAN không thiết dịch vụ đóng gói vEPC, thành phần chức RAN khác triển khai dạng vi dịch vụ riêng biệt mở rộng quy mô theo cách cần thiết để tối ưu hoá hiệu suất chức RAN Kiến trúc microservices có số lợi ích quan trọng khác Một số khả đổi liên tục cách áp dụng mơ hình Devơps linh hoạt Nhà điều hành mạng di động đẩy mạnh nâng cấp RAN mà khơng cần gỡ bỏ tồn trang web, việc kiểm tra vi dịch vụ bao gồm trường hợp thử nghiệm Hình 13 Ảo hoá VNFs Containers (Source Parallel Wireless) Vai trị Bộ điều khiển thơng minh RAN (RIC): Trong 2G 3G, kiến trúc di động có điều khiển chịu trách nhiệm điều phối quản lý RAN Với 4G, kiến trúc mạng tổng thể trở nên phẳng kỳ vọng tối ưu hoá trải nghiệm thuê bao, trạm sở sử dụng giao diện X2 để liên lạc với nhằm xử lý phân bổ tài nguyên Điều tạo độc quyền nhà cung cấp nhà cung cấp RAN khác có giao diện X2 riêng họ MNO khó có nhiều nhà cung cấp RAN địa bàn định Do đó, Liên minh O-RAN quay trở lại với khái niệm điều khiển để kích hoạt Open – RAN Vì trải nghiệm 5G yêu cầu độ trể thấp nên thông số kỹ thuật 5G điều khiển phân tách mặt phẳng người dùng (CUPS), phân chia RAN chức phân chia mạng, yêu cầu ảo hoá RAN nâng cao kết hợp với SDN Sự kết hợp ảo hoá (NFV chứa) SDN cần thiết phép cấu hình, tối ưu hoá kiểm soát sở hạ tầng RAN biên trước điểm tập hợp Đây cách điều khiển thông minh RAN (RIC) cho Open – RAN đời – để kích hoạt chức eNB/gNB dạng X – Apps giao diện hướng bắc Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 68 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Các ứng dụng quản lý di động, kiểm sốt đăng nhập quản lý nhiễu có sẵn dạng ứng dụng điều khiển, ứng dụng thực thi sách mạng thơng qua giao diện hướng nam radio RIC cung cấp chức điều khiển nâng cao, giúp tăng hiệu quản lý tài nguyên vô tuyến tốt Các chức kiểm soát tận dụng phương pháp phân tích dựa liệu bao gồm công cụ ML/AI nâng cao để cải thiện khả quản lý tài nguyên Hình 14 Bộ điều khiển thông minh RAN (RIC) (Source Parallel Wireless) Việc tách chức giao diện hướng nam hướng bắc cho phép quản lý tài nguyên vô tuyến hiệu tiết kiệm chi phí cho chức thời gian thực phi thời gian thực, RIC tùy chỉnh tối ưu hóa mạng cho mơi trường mạng trường hợp sử dụng Công nghệ ảo hoá (NVF) tạo sở hạ tầng ứng dụng phần mềm môi trường gốc đám mây cho RIC, đồng thời SDN cho phép ứng dụng điều phối quản lý mạng nhằm cung cấp khả tự động hoá mạng để dễ triển khai RIC yếu tố phép Open – RAN tốt nhắt nhằm hỗ trợ khả tương tác thành phần phần cứng (RU, máy chủ) phần mềm (DU/CU) khác nhau, tối ưu hoá tài nguyên lý tưởng cho QoS Tích hợp Open – RAN: Các thách thức việc tích hợp Open – RAN tích hợp nhà cung cấp Open – RAN khác với nhà cung cấp đương nhiệm mạng Với 60 thử nghiệm toàn giới, tơi giải thích dựa thơng tin từ Parallel Wireless Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 69 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Trong mạng truyền thống, có nhiều thành phần nhà cung cấp khác Có nhiều nhà cung cấp loại ứng dụng khác nhiều nhà cung cấp mạng lõi, tuỳ thuộc vào cấu hình mạng, nhiều nhà cung cấp khác cho mạng truyền dẫn, RAN nhà cung cấp Small Cell, RRH, anten,… Các nhà cung cấp dịch vụ khái thác di động đảm bảo mạng họ tiếp tục hoạt động trơn tru với tát người dùng khác mạng họ Điển hình Ericsson chia sẻ nêu rõ lo ngại việc tích hợp cho Open – RAN Hay nhà cung cấp xem xét việc tích hợp Open – RAN qua góc nhà phần cứng, tất họ biết cách họ triển khai kinh doanh nhiều năm qua Hình 15 Làm để xây dựng hệ sinh thái RAN (Source Parallel Wireless) Để tích hợp Open – RAN cần có cách tiếp cận mới, tập trung vào phần cứng mà từ hệ sinh thái dựa phần mềm, đòi hỏi nơi phần mềm giao tiếp với tất thành phần vật lý, lúc nào, để mang lại khả mở rộng, đổi thay đổi cách tích hợp hệ thống mạng mở Điều không thay đổi cách thành phần vật lý cài đặt Điều thay đổi phần mềm làm cho thành phần thơng minh tương tác với Đồng thời giúp thành phần tích hợp bảo trì hầu hết trường hợp với nâng cấp phần mềm từ xa Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 70 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Tất nhiên Open – RAN cho phép chức RAN kết nối với chức khác, từ thiết bị vô tuyến đến băng sở lưu trữ DU/CU đến phần tử RIC, tới NMS – phối hợp sau vào hệ thống OSS/BSS Các thành phần vật lý đặt chỗ trung tâm liệu Điều làm hệ thống với giao diện mở thành phần khác Hình 16 Tích hợp Open – RAN (Source Parallel Wireless) Nếu tìm hiểu lịch sử RAN tích hợp nào, thấy ba mơ hình rõ ràng, là: - Được tích hợp quản lý với nhà điều hành; - Được tích hợp quản lý nhà cung cấp phần cứng RAN hàng đầu; - Được tích hợp quản lý nhà tích hợp hệ thống Cịn Open – RAN, có hai cấp độ tích hợp cần thiết tích hợp mạng Open – RAN: - Tích hợp hệ sinh thái Open – RAN: Thực tế tích hợp phần cứng phần mềm với sở hạ tầng trung tâm liệu trang web Trong trường hợp này, nhà tích hợp hệ thống (SI) chịu trách nhiệm tích hợp tồn giải pháp, bao gồm tích hợp đàm mở phần mềm BBU; - Tích hợp hệ thống phần mềm Open – RAN phần cứng COTS: Mức độ tích hợp tưởng tự xảy môi trường trung tâm liệu Trên thực tế, nhiều công cụ Devôps nguyên tắc CD/CI Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 71 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông giống sử dụng, giúp đơn giản hố việc tích hợp Open – RAN thơng qua tự động hố Điều thực cho MNO SI chịu trách nghiệm xây dựng trang web Trong số nhà tích hợp tồn cầu sẵn sàng trở thành nhà tích hợp trung lập, trách nhiệm nhà cung cấp khác tìm Hình 17 Các cấp độ tích hợp Open – RAN (Source Parallel Wireless) 2.3 Cơ hội thách thức Open RAN Theo phân tích Counterpoint Research, hội lớn cho phát triển Open RAN thị trường mà mạng 4G 5G giai đoạn phát triển Một số nhà mạng di động lên kế hoạch triển khai Open RAN thị trường vùng nơng thơn Một hội khác triển khai mạng Open RAN Small Cell tòa nhà cao tầng mạng di động 4G/5G dùng riêng (Private network) Nhiều tập đồn cơng nghiệp lớn quan tâm đến việc xây dựng mạng di động dùng riêng băng tần miễn cấp phép (Ví dụ: Băng tần miễn cấp phép cho hệ thống Dịch vụ vô tuyến băng rộng dân dung CBRS - Citizen’s Broadband Radio Service Hoa Kỳ) sử dụng công nghệ 5G NR-U đặc biệt Trong ngắn hạn, Couterpoint Research dự báo thị trường mạng dùng riêng hội lớn cho Vendor Open RAN 5G NR sẵn sàng Couterpoint Research cho bên cạnh hội cịn có nhiều khó khăn, thách thức cần giải trước triển khai rộng rãi Open RAN : Giao diện mở: Đây điều cần thiết phép thiết bị, bao gồm phần cứng phần mềm Vendor khác kết nối với cho phép phát triển hệ sinh thái thiết bị, thúc đẩy cạnh tranh giảm chi phí đầu tư CAPEX (Capital Expenditure) Các tiêu chuẩn giao diện Fronthaul bao gồm eCPRI 3GPP phát triển Open O-RAN 7.2x Liên minh O-RAN phát triển giai đoạn triển khai ban đầu Hiệu suất sử dụng: Sự khác biệt chi phí đầu tư hiệu suất phần cứng phổ dụng COTS (Commercial off-thể-shelf) phần cứng chuyên dụng sản Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 72 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông xuất theo đơn đặt hàng (Custom-build) yếu tố định quan trọng nhà mạng di động Hiện tại, xử lý ASIC độc quyền tiết kiệm điện có giá thành thấp so với xử lý x86 CPU Sự khác biệt hiệu suất lớn phải thực lượng lớn yêu cầu xử số liệu, chẳng hạn mạng 5G sử dụng ăng-ten MIMO mmWave Trong mạng RAN truyền thống, nhà mạng di động cần yêu cầu Vendor giải phát sinh cố mạng Tuy nhiên, với Open RAN, mà phần mềm phần cứng trang bị từ nhiều Vendor khác nhau, khó xác định thiết bị bị lỗi cần liên hệ với Vendor để giải Tổng chi phí vận hành: Mặc dù vài nhà mạng di động tuyên bố tiết kiệm chi phí đáng kể triển khai mạng Open RAN điều chưa đủ thuyết phục nhà mạng lợi ích tổng chi phí vận hành (TCO - Total cost of operation) Do vậy, nhà mạng di động tìm kiếm phương án triển khai ứng dụng mà tạo nguồn doanh thu mới, ví dụ điện toán đám mây IoT Thị trường phần cứng White-box RU giai đoạn hình thành: Theo Couterpoint có Vendor sẵn sàng cung cấp thiết bị RU hỗ trợ tiêu chuẩn 7.2 Liên minh O-RAN, nhiên có số Vendor khác tham gia phát triển sản phẩm White-box RU Khả tương thích: Khả kết hợp phần mềm phần cứng từ nhiều Vendor khác xem lợi ích ảo hóa Tuy nhiên, thách thức lớn chưa có tiêu chuẩn phương pháp kiểm thử rõ ràng để đảm bảo khả tương thích hiệu suất sản phẩm phần mềm phần cứng từ nhiều Vendor khác Ở giai đoạn này, Vendor thử nghiệm sản phẩm để xem liệu chúng có tn thủ tiêu chuẩn O-RAN hay không chưa kiểm tra khả tương tác với sản phẩm Tuy nhiên, việc mở trung tâm thử nghiệm tích hợp Open RAN Berlin (Đức), London (Anh) Bắc Kinh (Trung Quốc) bước tích cực để giải vấn đề 2.4 Tình hình triển khai thương mại Open RAN giới : Theo báo cáo tổ chức iGR, tới tháng 3/2021 có 23 nhà mạng cơng bố sử dụng thiết bị Open RAN thương mại hóa quy mô khác nhau, sử dụng thiết bị từ Vendor ORAN (như Altiostar, Mavenir, Parallel Wireless, ) Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 73 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Nhà mạng Rakuten (Nhật Bản) thức khai trương dịch vụ 5G thương mại dựa tảng hệ thống mạng vô tuyến phần mềm mở (Open RAN) Open RAN sử dụng phần mềm để chạy chức mạng đám mây Rakuten lựa chọn Open RAN cho mạng 4G/5G sử dụng thiết bị Open RAN Altiostar, NEC, Fujitsu, Nokia NTT DOCOMO (Nhật Bản) thử nghiệm xác nhận khả tương thích lẫn thiết bị trạm gốc Fujitsu, NEC Nokia với giao diện X2, Fronthaul tuân thủ Open RAN Vôdafone (Anh) yêu cầu thiết bị 4G/5G cần hỗ trợ công nghệ Open RAN Vôdafone triển khai trạm Open RAN vào tháng 8/2020 sử dụng phần mềm Mavernir, phần cứng cho CU/DU (Khối tập trung: Centralized Unit/Khối phân tán: Distributed Unit) từ Dell Kontron Vôdafone tiếp tục triển khai 2600 trạm Open RAN 4G mạng (thay cho khoảng 35% trạm Huawie) Deutsche Telekom (Đức) làm việc với nhà cung cấp Dell, Fujitsu, NEC, Mavenir cam kết năm 2021 triển khai dự án thử nghiệm thương mại quy mô nhỏ mang tên “O-RAN Town”, theo thử nghiệm 150 trạm Open RAN 4G/5G khu vực thị trấn Neubrandenburg, phía bắc thành phố Berlin, với dân số khoảng 65.000 người DISH (Mỹ) lựa chọn hãng Mavenir Altiostar làm đơn vị cung cấp phần mềm Open vRAN, MTI Fujitsu đơn vị cung cấp phần cứng vô tuyến, Intel cung cấp kiến trúc giải pháp FlexRAN chip vi xử lý Telefonica (Tây Ban Nha) thành lập cộng đồng Open RAN bao gồm công ty phần cứng phần mềm với mục tiêu phát triển triển khai Open RAN 4G, 5G bao gồm thiết kế, tích hợp, phát triển, khai thác hoạt động thử nghiệm liên quan đến Open RAN Tháng 8/2020, CTIO Telefonica chia sẻ tham vọng sử dụng đến 50% trạm gốc Open RAN mạng 4G, 5G nhà mạng giai đoạn năm 2022 – 2025 Bharti Airtel (Ấn Độ) lựa chọn hãng Altiostar để triển khai Open vRAN thành phố Ấn Độ Nhà mạng Indosat Ooredoo (Indonesia) hợp tác với Smartfren để triển khai thử nghiệm Open RAN Tháng 11/2020, Altiostar NEC phối hợp để thử nghiệm thiết bị Massive MIMO RU (Radio Unit) kết nối với thiết bị phân tán ảo hóa DU chạy máy chủ thương mại (COTS: Commercial-off-thể-shelf) để kiểm tra đặc tính giao diện Fronthaul theo chuẩn O-RAN Giao diện Fronthaul Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 74 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông chia tách theo lựa chọn Option 7.2x O-RAN cho phép kết nối thiết bị O-DU ảo hóa Altiostar với thiết bị NR O-RU (cho 5G) NEC AT&T thành viên sáng lập giữ chức Chủ tịch Hiệp hội O-RAN AT&T thử nghiệm Open RAN Dallas (Mỹ) sử dụng thiết bị Open RAN Ericsson Samsung Tại Việt Nam, Bộ Thông tin Truyền thông xem xét cấp giấy phép thử nghiệm mạng dịch vụ 5G cho nhà mạng tạo điều kiện khuyến khích nhà mạng ưu tiên thử nghiệm triển khai mạng truy cập vô tuyến theo chuẩn Open RAN Các nhà mạng lớn Việt Nam lên kế hoạch triển khai cụ thể, như: Tập đoàn Viettel theo dõi sát phát triển chuẩn Open RAN để xác định khả ứng dụng mạng viễn thông Viettel Trong năm 2021, Viettel triển khai thử nghiệm thương mại trạm phát sóng Macrocell 5G theo chuẩn Open RAN với thiết bị vô tuyến hỗ trợ cấu hình 8T8R dự kiến thử nghiệm cấu hình cao năm 2022 Tập đồn Viettel Cơng ty Vinsmart thuộc Tập đoàn Vingroup hợp tác phát triển thiết bị vô tuyến RU theo chuẩn Open RAN để tích hợp với thiết bị CU, DU Open RAN Tổng công ty MobiFone đặt vấn đề tìm hiểu để áp dụng chuẩn Open RAN mạng lưới với quan điểm thiết bị Open RAN phải đáp ứng thông số kỹ thuật tiêu chuẩn hóa, giá thành cạnh tranh có khả tương thích với mạng lưới hữu Cụ thể, MobiFone tham gia Hiệp hội O-RAN năm 2021; mua phần cứng (chipset, server) hỗ trợ ảo hóa RU BBU, tảng ảo hóa (NFVI Platform), hệ thống core giả lập 5GC Emulator (Non-stand Alone Stand Alone) Với VNPT, tháng 7/2021, Tập đoàn VNPT vừa thức trở thành thành viên Liên minh Vô tuyến Open-RAN (O-RAN Alliance) Việc trở thành thành viên O-RAN Alliance giúp Tập đồn VNPT có hội tiếp cận, khai thác tri thức, kết phát triển Liên minh với công nghệ Open RAN để phục vụ công tác nghiên cứu phát triển sản phẩm VNPT Đây tiền đề để Tập đoàn VNPT hợp tác thử nghiệm, sẵn sàng cho hệ sinh thái Open RAN mở rộng hình ảnh thương hiệu qua diện tổ chức công nghệ lớn giới Hơn nữa, Tập đồn cịn có hội hợp tác thử nghiệm với hãng sản xuất thiết bị thành viên liên minh, triển khai đánh giá giải pháp Open RAN hạ tầng mạng vô tuyến VNPT, tham gia chuỗi nghiên cứu, phát triển sản phẩm giải pháp Open RAN, tiến tới làm chủ công nghệ, thiết bị giải pháp Open RAN tảng ảo hóa cấu trúc mạng vô tuyến sở kế thừa hệ thống tri thức, tiêu chuẩn phát triển liên minh Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 75 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng Hình 18 Thiết bị Open RAN RU số Vendor Một số dự báo phát triển Open RAN Tập đồn Dell’Oro dự đốn đến năm 2024, nhà khai thác chi tỷ đô la cho sản phẩm Open RAN ABI Research cho đến năm 2026, mạng công cộng trời, doanh số bán sản phẩm Open RAN đạt 40,7 tỷ USD, chiếm 45% thị phần RAN Research, phận Rethink Research(6), dự đoán Open RAN “chiếm 58% tổng chi phí Capex mạng RAN (bao gồm phần cứng, phần mềm dịch vụ RAN mở) đạt mức 32,3 tỷ đô la triển khai khoảng 65% node/trạm vào năm 2026.” Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 76 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông Một số dự báo khác dự đoán giai đoạn 2024 - 2025, thiết bị Open RAN chiếm khoảng 50% thị phần thiết bị mạng 5G giới Mặc dù dự báo đưa nhận định khơng hồn tồn trùng số dự báo, dự báo cho thấy xu hướng phát triển chung Open RAN tương lai Nhiều nhà mạng giới có dự kiến triển khai công nghệ Open RAN vào mạng họ như: AT&T, BT, ba nhà mạng Trung Quốc, Deutsche Telekom, Dish Network, NTT DoCoMo, Orange, Reliance Jio, SK Telecom, Telus, TIM, Turkcell, Verizon, Vôdafone, MTN, Orange, nhà mạng Etisalat Tier 2, Mỹ Tổng kết chương Thông qua chương này, tơi muốn trình bày tổng quan kiến trúc Open RAN, lợi ích đem lại khó khăn thách thức triển khai Open RAN Cơng nghệ Open RAN có tiềm triển vọng, xu ngày quan tâm, ý ủng hộ dù số dự báo triển vọng khác Tuy nhiên, Open RAN Việt Nam giai đoạn sơ khai, tiêu chuẩn kỹ thuật chưa Bộ Thông tin truyền thông ban hành, thông tin hiệu chất lượng triển khai mạng lưới, hiệu đầu tư cần nhiều thời gian để đánh giá trước thương mại hóa Ngơ Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 77 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng KẾT LUẬN Luận văn trình bày q trình phát triển hệ mạng thơng tin di động cần thiết mạng 5G tổng xu hướng bùng nổ nhu cầu tích hợp dịch vụ viễn thông - công nghệ thông tin, Internet vạn vật (IoT), nhu cầu truyền thông đa phương tiện toc độ cao, nhu cầu sử dụng dịch vụ thời gian thực tổng the xu hướng tiến đến công nghiệp 4.0 nhân loại Nhiều vấn đề mặt công nghệ, kỹ thuật nghiên cứu đề xuất cho 5G đề cập luận văn Chương trình bày tổng quan trình phát triển hệ mạng thông tin di động thách thức khó khăn mạng 5G tổng xu hướng bùng nổ nhu cầu tích hợp dịch vụ viễn thông - công nghệ thông tin, Internet vạn vật (IoT) Chương trình bày C-RAN hệ thống 5G, tổng quan kiến trúc C-RAN giải pháp trọng yếu giao diện truy nhập vơ tuyến Qua đó, cho thấy kiến trúc C-RAN hứa hen triển vọng kiến trúc RAN truyền thống Bằng cách sử dụng công nghệ mới, thay đổi cách thức xây dựng triển khai mạng lưới, tiết kiệm nhiều chi phí, nâng cao hiệu xử lý truyền tải đem lại hiệu cao cho nhà khai thác di động, hướng tới phát triển kiến trúc RAN theo hướng mở Open RAN Chương trình bày hướng phát triển kiến trúc Open RAN, lợi ích đem lại khó khăn thách thức triển khai Open RAN Qua cho thấy cơng nghệ Open RAN có tiềm triển vọng, xu ngày quan tâm Hướng phát triển đề tài Open RAN hệ thống phức tạp, yêu cầu liên kết nhiều nhà cung cấp thiết bị vô tuyến khác Các nhà điều hành mạng cần phải nghiên cứu tìm hiểu cách xây dựng hệ thống mạng Open RAN để đạt liên kết tốt phận hệ thống Trong tương lai, có điều kiện tơi tiếp tục nghiên cứu sâu giải pháp kỹ thuật Open RAN, tiến hành mô đánh giá cho nhiều giải pháp để tìm giải pháp tối ưu ứng dụng mạng thông tin di động 5G Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 78 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyen Huu Trung (2021), Multiplexing Techniques for Applications Basedon 5G Systems, Intech Open [2] White Paper on 5G RAN Architecture and Functional Design, March 4th 2016 [3] Everything you need to know about Open RAN, Parallel Wireless [4] Jonathan Rodriguez (2015), Fundamentals oF 5G mobile networks, Wiley [5] Mugen Peng, Yong Li, Zhongyuan Zhao & Chonggang Wang (2014), "System Architecture and Key Technologies for 5G Heterogeneous Cloud Radio Access Networks" IEEE Networks pp 2-3 [6] https://www.sharetechnote.com/html/OpenRAN/OR_WhatIsIt.html [7]https://www.o-ran.org/membership [8]https://www.openranpolicy.org/open-ran-policy-coalition-releases-newpolicy-roadmap/ [9] https://www.openranpolicy.org/new-infographic-what-is-open-ran/ [10] https://www.o-ran.org/specifications Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 79