Khái niệm về Open RAN
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.
Các nhà mạng di động kỳ vọng việc thay thế phần cứng độc quyền bằng giao diện Open RAN cho phép kết nối và tích hợp các khối vô tuyến RU (Radio Unit) và khối xử lý băng gốc BBU (Baseband Unit) từ các Vendor khác nhau sẽ giúp giảm đáng kế chi phí cho phát triển hạ tầng di động.
Từ đó có thể thấy, đặc điểm chính của Open RAN đó là:
- Giao diện mở: Thay thế các giao diện RAN hiện có bằng các lựa chọn thay thế tiêu chuẩn mở. Ví dụ: Việc thay thế giao diện Fronthaul CPRI (Common Public Radio Interface) bằng một giao diện mở sẽ cho phép các nhà mạng di động có thể tích hợp và kết hợp các RRU và BBU từ các Vendor khác nhau.
- Tách biệt phần mềm và phần cứng: Phân tách phần mềm RAN khỏi các nền tảng phần cứng ASIC (Application-Specific Integrated Circuit). Điều này sẽ cho phép các nhà mạng di động chọn phần mềm BBU từ nhiều công ty phần mềm khác nhau và phần mềm này có thể chạy trên phần cứng phổ dụng COTS (Commercial off-the-shelf) dựa trên nền tảng phần cứng x86 tiêu chuẩn.
Cơ hội và thách thức đối với Open RAN
Theo phân tích của Counterpoint Research (1), cơ hội lớn cho phát triển Open RAN là tại các thị trường mà mạng 4G và 5G vẫn đang trong giai đoạn phát triển. Một số nhà mạng di động cũng lên kế hoạch triển khai Open RAN tại các thị trường vùng nông thôn. Một cơ hội khác đó là triển khai mạng Open RAN Small Cell trong các tòa nhà cao tầng và mạng di động 4G/5G dùng riêng (Private network). Nhiều tập đoàn công nghiệp lớn quan tâm đến việc xây dựng mạng di động dùng riêng trên 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 của Hoa Kỳ) sử dụng công nghệ 5G NR-U đặc biệt. Trong ngắn hạn, Couterpoint Research dự báo thị trường mạng dùng riêng là một trong những cơ hội lớn cho các Vendor Open RAN khi 5G NR sẵn sàng.
Couterpoint Research cũng cho rằng bên cạnh những cơ hội còn có nhiều khó khăn, thách thức cần được giải quyết trước khi triển khai rộng rãi Open RAN:
Giao diện mở: Đây là điều cần thiết để cho phép thiết bị, bao gồm cả phần cứng và phần mềm của các Vendor khác nhau có thể kết nối với nhau và cho phép phát triển một hệ sinh thái thiết bị, thúc đẩy cạnh tranh hơn và giảm chi phí đầu tư CAPEX (Capital Expenditure). Các tiêu chuẩn giao diện Fronthaul chính bao gồm eCPRI do 3GPP phát triển và Open O-RAN 7.2x do Liên minh O-RAN phát triển đều đang trong giai đoạn triển khai ban đầu.
Hiệu suất sử dụng: Sự khác biệt về chi phí đầu tư và hiệu suất giữa phần cứng phổ dụng COTS (Commercial off-the-shelf) và phần cứng chuyên dụng sản xuất theo đơn đặt hàng (Custom-build) là yếu tố quyết định quan trọng đối với các nhà mạng di động. Hiện tại, các bộ xử lý ASIC độc quyền tiết kiệm điện hơn và có giá thành thấp hơn so với các bộ xử lý x86 CPU. Sự khác biệt về hiệu suất sẽ là rất lớn khi phải thực hiện một lượng lớn các yêu cầu xử số liệu, chẳng hạn như các mạng 5G sử dụng ăng-ten MIMO mmWave.
Trong mạng RAN truyền thống, các nhà mạng di động chỉ cần yêu cầu một Vendor duy nhất giải quyết các phát sinh và sự cố mạng. Tuy nhiên, với Open RAN, khi mà phần mềm và phần cứng được trang bị từ nhiều Vendor khác nhau, khi đó sẽ khó xác định được thiết bị nào đang bị lỗi và cần liên hệ với Vendor nào để giải quyết.
Tổng chi phí vận hành: Mặc dù một vài nhà mạng di động tuyên bố tiết kiệm chi phí đáng kể khi triển khai mới mạng Open RAN nhưng điều này vẫn chưa đủ thuyết phục được các nhà mạng về lợi ích của tổng chi phí vận hành (TCO - Total cost of operation). Do vậy, các nhà mạng di động đang tìm kiếm phương án triển khai các ứng dụng mới mà có thể tạo ra nguồn doanh thu mới, ví dụ như điện toán đám mây hoặc IoT.
Thị trường phần cứng White-box RU mới trong giai đoạn hình thành: Theo Couterpoint hiện có rất ít Vendor sẵn sàng cung cấp các thiết bị RU hỗ trợ tiêu chuẩn 7.2 của Liên minh O-RAN, tuy nhiên hiện cũng có một số Vendor khác đang tham gia phát triển các sản phẩm White-box RU.
Khả năng tương thích: Khả năng kết hợp phần mềm và phần cứng từ nhiều Vendor khác nhau được xem là một trong những lợi ích chính của ảo hóa. Tuy nhiên, đây cũng là thách thức lớn vì hiện chưa có tiêu chuẩn hoặc phương pháp kiểm thử rõ ràng nào để đảm bảo khả năng tương thích và hiệu suất của các sản phẩm phần mềm và phần cứng từ nhiều Vendor khác nhau.
Ở giai đoạn này, các Vendor chỉ đang thử nghiệm sản phẩm của chính mình để xem liệu chúng có tuân thủ các tiêu chuẩn O-RAN hay không chứ chưa kiểm tra được khả năng tương tác với các sản phẩm của nhau. Tuy nhiên, việc mở các trung tâm thử nghiệm và tích hợp Open RAN ở Berlin (Đức), London (Anh) và Bắc Kinh (Trung Quốc) là một bước đi tích cực để có thể giải quyết được vấn đề này.
Cập nhật tình hình triển khai thương mại mạng sử dụng Open RAN trên thế giới
Theo báo cáo của tổ chức iGR, tới tháng 3/2021 đã có 23 nhà mạng công bố sử dụng thiết bị Open RAN thương mại hóa ở các quy mô khác nhau, sử dụng thiết bị từ các Vendor ORAN (như Altiostar, Mavenir, Parallel Wireless,...).(2)
Trường hợp triển khai thương mại Open RAN đáng chú ý nhất là Rakuten ở Nhật, hiện đã triển khai được 20.000 Macro cell (4T4R) và 14.000 Small cell sử dụng công nghệ 4G; khoảng 6.000 Macro cell 32T32R sử dụng công nghệ 5G (băng tần mmWave và băng tần dưới 6 GHz).
Tại Châu Âu, nhóm các nhà mạng lớn (Deutsche Telekom, Orange, Telefonica, Telecom Italia và Vodafone Group) đã công bố bản yêu cầu kỹ thuật cho các hệ thống Open RAN và cùng nhau ký thỏa thuận ghi nhớ để thúc đẩy triển khai Open RAN cũng như phát triển hệ sinh thái.(3)
Tại Anh, ngày 14/6/2021 nhà mạng Vodafone công bố sẽ triển khai 2.500 trạm Open RAN tại khu vực nông thôn phía đông đất nước. Đây là mạng Open RAN thương mại đầu tiên tại Châu Âu. Vodafone đã ký hợp đồng với các Vendor: Samsung (phần mềm và thiết bị vô tuyến), NEC (thiết bị vô tuyến), Dell (máy chủ CU/DU), Wind River (nền tảng lưu trữ đám mây), Keysight (đo kiểm) và Capgemini (Lab Testing).
Thực tế nghiên cứu, phát triển công nghệ và sản xuất thiết bị Open RAN
Tháng 6/2021, Vodafone cùng các đối tác triển khai thử nghiệm Bộ điều khiển RAN thông minh (RIC – RAN Intelligent Controller) dựa trên nền tảng AI để hỗ trợ Multiple-vendor. Vodafone và Qualcomm cũng đang xây dựng thiết kế tham chiếu Open RAN hỗ trợ mMIMO, đây là bước quan trọng, then chốt của Open RAN và dự kiến cuối năm 2021 có thể sản xuất phần cứng, giữa năm 2022 sẽ thử nghiệm. Đến nay, phần cứng và phần mềm Open RAN chỉ hỗ trợ các tính năng cơ bản của 5G mà chưa hỗ trợ được các tính năng nâng cao như mMIMO, CA để có thể cung cấp đầy đủ tính năng nổi bật của 5G (cải thiện vùng phủ với tốc độ cực cao qua đó tăng dung lượng toàn mạng nhờ mMIMO, Beamforming) như 5G RAN truyền thống đang hỗ trợ (cấu hình phổ biến 64T64R).
Hệ sinh thái thiết bị Open RAN RU hỗ trợ các công nghệ di động khác nhau dần hình thành: với 2G/3G Outdoor hỗ trợ băng tần 700/850/900/1800 MHz; với 4G cấu hình MIMO lên tới 8T8R hỗ trợ băng tần 2.3 FDD /2.6 TDD /3.5 GHz; với 5G ở mid-band lên tới 8T8R hỗ trợ băng tần 3.5 GHz và ở mmWave 2T2R hỗ trợ băng tần 26/28/39 GHz.
Bảng 1: Thiết bị Open RAN RU của một số Vendor
Theo dự báo, thiết bị RAN thương mại từ cuối năm 2021 có thể hỗ trợ thay thế CU/DU bằng phần cứng phổ dụng COTS khi chuyển sang Open RAN và nhà mạng có thể triển khai kết hợp RAN và Open RAN trong mạng. Tuy nhiên hiện nay, chi phí triển khai Open RAN vẫn còn cao hơn RAN truyền thống, chủ yếu là do chi phí cho BBU dùng phần cứng phổ dụng COTS còn cao hơn so với BBU chuyên dụng.
Một số dự báo về sự phát triển của Open RAN
- Tập đoàn Dell’Oro(4) dự đoán rằng đến năm 2024, các nhà khai thác sẽ chi 3 tỷ đô la cho các sản phẩm Open RAN.
- ABI Research(5) cho rằng đến năm 2026, đối với các mạng công cộng ngoài trời, doanh số bán các sản phẩm Open RAN sẽ đạt 40,7 tỷ USD, chiếm 45% thị phần.
- RAN Research, một bộ phận của Rethink Research(6), dự đoán Open RAN sẽ “chiếm 58% tổng chi phí Capex của mạng RAN (bao gồm cả phần cứng, phần mềm và dịch vụ RAN mở) đạt mức 32,3 tỷ đô la và sẽ được triển khai khoảng 65% các node/trạm vào năm 2026.”
- Một số dự báo khác dự đoán trong giai đoạn 2024 - 2025, các thiết bị Open RAN sẽ chiếm khoảng 50% thị phần thiết bị mạng 5G trên thế giới. Mặc dù các dự báo trên đưa ra những nhận định không hoàn toàn trùng nhau về chỉ số dự báo, nhưng các dự báo này cho thấy xu hướng phát triển chung của Open RAN trong tương lai.
Nhiều nhà mạng trên thế giới đều có dự kiến triển khai công nghệ Open RAN vào mạng của họ như: AT&T, BT, ba nhà mạng của Trung Quốc, Deutsche Telekom, Dish Network, NTT DoCoMo, Orange, Reliance Jio, SK Telecom, Telus, TIM, Turkcell, Verizon, Vodafone, MTN, Orange, các nhà mạng Etisalat và Tier 2, 3 của Mỹ.
Công nghệ Open RAN có tiềm năng và triển vọng, là xu thế ngày càng được quan tâm, chú ý và ủng hộ dù các con số dự báo về triển vọng là khác nhau. Tuy nhiên, Open RAN vẫn đang trong giai đoạn sơ khai, tiêu chuẩn kỹ thuật chưa được các tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hóa ban hành, thông tin về hiệu quả chất lượng khi triển khai trên mạng lưới, hiệu quả đầu tư chưa rõ.
Tài liệu tham khảo:
[1] https://www.counterpointresearch.com/race-open-ran-will-marathon-not-sprint/
[2] iGR: Open RAN Integration: Run With It - First Quarter 2021
[3] https://www.gsma.com/futurenetworks/digest/major-european-operators-sign-open-ran-mou
[4] https://www.delloro.com/?s=Open+RAN
[5] https://www.abiresearch.com/search/?q=Open+RAN
[6] https://rethinkresearch.biz/?s=Open+RAN