RAN là một phần của hệ thống viễn thông kết nối các thiết bị với các bộ phận khác của mạng thông qua kết nối vô tuyến không dây. Với Open-RAN, cơ sở hạ tầng 5G có thể không còn bị phụ thuộc vào nhu cầu về phần cứng độc quyền đắt tiền.
Công nghệ Open-RAN có những tiềm năng nhất định trong việc triển khai mạng truy cập vô tuyến, nên đã thu hút được nhiều tổ chức, nhà sản xuất tham gia vào nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm. Hiện trên thế giới có một số nhóm nghiên cứu, phát triển Open-RAN như là: O-RAN Alliance, Open-RAN Policy Coaliation, Telecom Infra Project, O-RAN Software Community, Small Cell Forum,...
Hiệp hội O-RAN (O-RAN Alliance)(1) hình thành năm 2018 qua việc hợp nhất giữa Hiệp hội C-RAN (C-RAN Alliance) và Diễn đàn XRAN (XRAN Forum). Hiệp hội O-RAN phát triển các tiêu chuẩn để đảm bảo rằng thiết bị từ nhiều nhà cung cấp có thể hoạt động với nhau. O-RAN tập trung vào 3 lĩnh vực: (i) Nghiên cứu các chuẩn mới cho Open-RAN, đảm bảo rằng thiết bị từ nhiều nhà cung cấp có thể hoạt động với nhau; (ii) Phát triển phần mềm mở cho RAN trên cơ sở hợp tác với tổ chức Linux; (iii) Hỗ trợ các thành viên O-RAN trong việc triển khai kiểm thử và tích hợp hệ thống. Hiện nay, Việt Nam có Tập đoàn Viettel và VinSmart là thành viên của Hiệp hội O-RAN.
Tháng 5 năm 2020, Hiệp hội Chính sách Open-RAN (Open-RAN Policy Coalition)(2) được thành lập. Đến nay, Hiệp hội Open-RAN đã có 56 công ty công nghệ toàn cầu tham gia, đang đẩy nhanh việc triển khai tiêu chuẩn mở trong truy cập vô tuyến Open-RAN, thúc đẩy hệ sinh thái mạng đa dạng, cạnh tranh và an toàn bảo mật. Nhóm các công ty toàn cầu này bao gồm Google, Samsung, Cisco, Vodafone, AT&T, IBM, Microsoft, Verizon, Rakuten Mobile, Telefonica,... Theo Hiệp hội Chính sách Open-RAN, việc chuẩn hóa giao diện trong Open-RAN sẽ khuyến khích nhiều mô hình kinh doanh khác nhau xuất hiện, cạnh tranh, đồng thời tạo ra một thị trường quốc tế sôi động sẽ thúc đẩy phát triển mạng di động tiên tiến cho 5G và các thế hệ tiếp theo. Việc áp dụng tiêu chuẩn mở sẽ tạo điều kiện cho nhiều nhà cung cấp hoạt động trên hệ thống có thể thay thế cho nhau, phá bỏ các rào cản gia nhập thị trường đối với những nhà mạng mới. Open-RAN sẽ thay đổi mô hình kinh doanh cho tất cả nhà cung cấp viễn thông, chuyển dịch vụ viễn thông sang phần mềm và điện toán đám mây thay vì dùng phần cứng độc quyền.
Sự khác nhau giữa RAN truyền thống và Open-RAN(3)
Trong hệ thống RAN truyền thống thì khối vô tuyến (RU - Radio Unit), phần cứng và phần mềm là độc quyền. Điều này có nghĩa là hầu như tất cả các thiết bị của nhà mạng đến từ một nhà sản xuất; khó có thể triển khai phần cứng thiết bị vô tuyến của nhà sản xuất này nhưng sử dụng phần mềm của nhà sản xuất khác.
Trường hợp nhà mạng muốn sử dụng nhiều hệ thống RAN từ nhiều nhà sản xuất khác nhau, thì buộc phải triển khai theo từng vùng địa lý riêng biệt. Việc kết hợp, tích hợp các trạm gốc từ nhiều nhà sản xuất khác nhau sẽ làm giảm hiệu năng hệ thống.
Open-RAN là một sự thay đổi kiến trúc mạng thông tin di động cho phép các mạng được tích hợp với nhau sử dụng các phần tử mạng từ nhiều nhà sản xuất khác nhau. Khái niệm cốt lỗi của Open-RAN là “MỞ” các giao thức và giao diện giữa nhiều phần tử mạng khác nhau (vô tuyến, phần cứng và phần mềm) trong mạng RAN. Lợi ích của việc sử dụng Open-RAN là tăng được năng lực mạng, linh hoạt hơn và tiết kiệm chi phí hơn.
3 thành phần chính trong mạng Open-RAN, gồm:
- Khối vô tuyến (RU – Radio Unit): Thu phát tín hiệu vô tuyến, khuếch đại và số hóa. RU nằm gần hoặc được tích hợp vào ăng-ten.
- Khối phân tán (DU – Distributed Unit): Có chức năng xử lý tín hiệu, truy cập mạng thời gian thực. DU có thể được đặt tập trung hoặc nằm gần trạm gốc di động.
- Khối tập trung (CU – Centralized Unit): Có chức năng xử lý gói tin tức.
Mục tiêu của Open-RAN
Open-RAN hướng đến mục tiêu tạo ra mạng truy cập vô tuyến RAN tương lai theo hướng mở, ảo hóa và thông minh hóa:
- Giao diện mở cho phép thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau có thể kết nối với nhau, giúp nhà khai thác nhỏ phát triển dịch vụ mới và cấu hình mạng phù hợp với nhu cầu riêng của họ, tạo điều kiện và cho phép phát triển một hệ sinh thái đa nhà cung cấp, thúc đẩy cạnh tranh hơn và giảm chi phí đầu tư.
- Ảo hóa cho phép thay thế các chức năng phần cứng độc quyền bằng việc sử dụng các phần mềm mã nguồn mở và phần cứng white-box, giúp cho việc thay đổi dịch vụ một cách nhanh chóng và phát triển mạng, dịch vụ một cách linh hoạt.
- Thông minh hóa cho phép triển khai mạng RAN tự điều khiển, phân bổ tài nguyên vô tuyến động, tối ưu mạng trên cơ sở ứng dụng các công nghệ AI/ML (Artificial Intelligence/Machine Learning) giúp cho việc đơn giản hóa hoạt động điểu hành mạng và giảm chi phí điều hành.
Kiến trúc Open-RAN
Tổ chức 3GPP đã ban hành các tiêu chuẩn đối với các thành phần thiết bị (Smartphone, RAN, Core và các thiết bị khác) trong các mạng di động (3G, 4G và 5G). Các tiêu chuẩn của 3GPP có tính mở. Ví dụ giao diện vô tuyến Uu hay LTE-Uu giữa mạng truy cập và thiết bị đầu cuối sử dụng giao thức RRC. Điều đó giúp hàng tỷ điện thoại smartphone của các hãng khác nhau có thể kết nối đến các trạm gốc 3G, 4G, 5G. Cho đến nay, 3GPP cũng đã chuẩn hóa nhiều giao diện trong mạng truy cập mở, như là giao diện F1 giữa DU và CU trong RAN.
Tuy nhiên, một số giao diện khác, chẳng hạn như Fronthaul là giao diện giữa các thành phần RRH và BBU trong mạng RAN sử dụng giao thức CPRI hoặc giao diện X2 giữa các NodeB, vẫn còn có sự khác nhau giữa các nhà sản xuất nên các thiết bị không kết nối được với nhau trong cùng một mạng RAN. Để khắc phục điều này, các giao diện trên cần được thực hiện chuẩn hóa theo hướng mở, điều đó dẫn đến việc hình thành công nghệ mạng truy cập mở Open-RAN.
Cả 3GPP và O-RAN(4) đã xác định nhiều lựa chọn kiến trúc ở mức khác nhau cho việc tách các thành phần RU/DU/CU trong mạng RAN. Có nhiều cách để chia tách các chức năng giữa DU và RU, hay còn gọi là các lựa chọn chia tách lớp thấp (lower-layer split options). Chia tách lớp thấp của O-RAN bản chất là chia tách sâu hơn sự chia tách theo giải pháp của 3GPP đối với 5G RAN. Chuẩn hóa của O-RAN cho phép kết hợp các thành phần thiết bị RU, CU và DU của nhiều nhà sản xuất trong cùng một trạm NodeB.
Như vậy, để bổ sung các tiêu chuẩn giao diện mở của Open-RAN (chưa được xác định trong 3GPP), O-RAN cần thực hiện chuẩn hóa như hình dưới đây:
Hiện, Open-RAN vẫn đang ở giai đoạn phát triển, chưa có các đánh giá đầy đủ đối với nhiều vấn đề liên quan. Do đó, Open-RAN cần tiếp tục được hoàn thiện, đánh giá thử nghiệm trước khi đưa ra thương mại hóa rộng rãi trong thời gian tới.
Tài liệu tham khảo:
[1] https://www.o-ran.org/membership
[2] https://www.openranpolicy.org/open-ran-policy-coalition-releases-new-policy-roadmap/
[3] https://www.openranpolicy.org/new-infographic-what-is-open-ran/
[4] https://www.o-ran.org/specifications
[5] https://www.ericsson.com/en/security/security-considerations-of-open-ran