Trong phần một của seri blog ba phần bàn về mạng xHaul này, tôi đã bàn về các mạng truyền dẫn truy cập 4G/5G và cách mà ngành đang phát triển từ một kiến trúc 4G/LTE sở hữu đóng cả thập kỷ sang một kiến trúc truyền dẫn truy cập mở và dựa trên chuẩn ở 5G. Trong bài blog này, tôi sẽ bàn về mục đích tương tự của ngành với mạng truyền dẫn trung gian 5G. Phần thứ ba và cũng là phần cuối cùng của seri blog ba phần này sẽ bàn luận về các mạng truyền dẫn lõi 4G/5G. 

Vì sao lại cần các mạng mở, dựa theo chuẩn?

Vì sao các nhà mạng lại muốn các mạng truyền dẫn xHaul (truy cập, trung gian, lõi) dựa trên chuẩn? Lí do là, cũng như các khu vực khác của hạ tầng mạng toàn cầu, nó mở ra một chuỗi cung ứng an toàn và rộng lớn hơn cho cả các nhà mạng di động và bán sỉ. Dựa trên mô hình kinh tế về cung cầu, một hệ sinh thái nhà cung cấp rộng lớn hơn làm giảm sự phụ thuộc vào một nhà cung cấp cụ thể, đẩy nhanh quá trình sáng tạo, và giảm giá thành, tất cả đều do tăng mức độ cạnh tranh. Một mạng truyền dẫn xHaul mở, dựa trên chuẩn cũng tạo ra một thị trường bán buôn nhiều lợi nhuận cho phép chuyển dịch từ các nhà bán buôn dựa trên việc bán lại các sợi quang tối, như trong hầu hết các trường hợp truyền dẫn 4G hiện có, lên các dịch vụ mạng chuyển mạch gói dựa trên chuẩn, gần với các dịch vụ truyền dẫn bán buôn ngày nay.

Vậy, truyền dẫn trung gian là gì và nó nằm ở đâu trong mạng di động?

Một trạm phát gốc trong mạng di động truyền thống gồm có một Đơn vị Băng tần gốc (BBU), được lắp đặt tại chân của một tháp phát sóng, kết nối với nhiều Đơn vị Vô tuyến (RU), được đặt trên đỉnh của tháp phát sóng. Đơn vị ban đầu tạo ra và xử lý tín hiệu Tần số Vô tuyến (RF), trong khi đơn vị thứ hai chuyển các tín hiệu số BBU sang các tín hiệu Tần số Vô tuyến (RF), sau đó được truyền đi trong môi trường sóng không khí thông qua ăng ten. Qua nhiều thế hệ của công nghệ mạng di động, việc phân tách theo tính năng này hầu như không thay đổi.

Điều này sẽ thay đổi về bản chất trong 5G, mang lại cho các nhà mạng độ linh hoạt và hiệu năng cao hơn.

Trong một kiến trúc Mạng Truy cập Vô tuyến Phân bố 4G (D-RAN), BBU được đặt ở chân của một tháp phát sóng nhỏ. Trong kiến trúc Mạng Truy cập Vô tuyến Tập trung/Đám mây 4G (C-RAN), BBU được đặt tại một văn phòng trung tâm hoặc trung tâm dữ liệu ở xa. Truyền dẫn truy cập chính là mạng kết nối đơn vị phát sóng vô tuyến ở xa với các BBU nằm cách xa nhiều kilomet, vậy mạng truy cập trung gian mới nằm ở đâu? Nó liên kết các BBU 5G phân tách mới lại với nhau. 

Phân tách đơn vị băng tần gốc cũ (BBU)

5G RAN sẽ phát triển từ kiến trúc BBU và Đơn vị Vô tuyến Từ xa (RRH) truyền thống được sử dụng trong mạng 4G sang một kiến trúc Đơn vị Phân bố (DU) và một Đơn vị Tập trung (CU), và Đơn vị Ăng ten Tích cực (AAU), như minh họa ở dưới hình sau.

Hình 1: Kiến trúc hệ thống vô tuyến 5G mới

Bằng cách kết hợp BBU, một số tính năng truyền thống của nó (các phân lớp PHY, MAC và RLC) sẽ nằm trong DU, trong khi các phân lớp còn lại (vd. PDCP, SDAP, và RRC) sẽ tạo nên CU. Các hệ thống vô tuyến 5G sẽ tích hợp rộng một kiến trúc AAU nơi mà RRH và các hệ thống ăng ten được tích hợp vào một thiết bị đơn nhất. DU và CU có thể, và sẽ, được ảo hóa và đặt tại các tài nguyên tính toán ở các phần khác nhau của mạng, phụ thuộc vào chiến lược triển khai của từng nhà mạng.

Từ khía cạnh của một RAN ảo hóa (vRAN), các bộ tăng tốc phần cứng Hiện có Trên Thị trường (COTS) sẽ cần hỗ trợ x86 CPU để ảo hóa tải của DU và CU. Các bộ tăng tốc là cần thiết để đáp ứng các yêu cầu của Giao thức Định thời Gói 1588 của IEEE và Ethernet Đồng bộ (SyncE), cũng như thực hiện xử lý L1 PHY trở lên trên, như Sửa Lỗi Trước (FEC).

Giao diện truyền dẫn truy cập 4G sẽ phát triển từ Giao diện Vô tuyến Công cộng (CPRI) đóng và có sở hữu sang một giao diện truyền dẫn truy cập mở, dựa trên chuẩn, theo các đặc tả truyền dẫn truy cập 7.2x O-RAN. Do truyền dẫn truy cập O-RAN 7.2x hoàn toàn dựa trên gói, mạng truyền dẫn liên kết có thể tận dụng công nghệ truyền dẫn Ethernet hay dùng và phổ biến để truyền các tải ở lớp truyền dẫn truy cập.

Phân tách hệ vô tuyến 5G cũng sẽ dẫn tới giao diện truyền dẫn trung gian dựa trên chuyển mạch gói mới liên kết DU với CU trên một giao diện F1 3GPP mới. Theo yêu cầu về độ trễ và jitter đối với giao diện F1 không nghiêm ngặt như O-RAN 7.2x truyền dẫn truy cập, tải F1 có thể được truyền trên các cơ chế truyền dẫn dựa trên gói khác nhau, như IP/MPLS, Định tuyến Phân đoạn, và E-VPN. CU có thể (và thường) được phân tách thành CU Phân hệ Người dùng (CU-UP) và CU Phân hệ Điều khiển (CU-CP), sẽ được kết nối tới DU trên các giao diện F1-U và F1-C tương ứng, như hiển thị dưới đây. Kết nối giữa CU-UP và CU-CP sẽ được nối thông qua một giao diện E1 mới của 3GPP. Các mạng truyền dẫn trung gian có thể được triển khai sử dụng nhiều loại topo khác nhau như trục bánh xe-và-nan hoa, lưới, và vòng tròn, phụ thuộc vào các nhu cầu cụ thể của nhà mạng.

Hình 2: giao diện hệ thống vô tuyến 5G phân tách (và ng-LTE) (tham khảo: 3GPP TS 38.401, TS 37.470)

Các yêu cầu về hiệu năng mạng truyền dẫn trung gian được mong chờ là sẽ hỗ trợ đạt tới 100km với độ trễ 5 mili giây, hay ít hơn. Truyền dẫn trung gian có thể hỗ trợ nhiều tốc độ giao diện Ethernet, như 10GbE mức ban đầu sau đó chuyển sang 25GbE hoặc 50GbE với các hệ thống DU dung lượng cao hơn. Để có thể đạt mức trải nghiệm người dùng cuối tốt hơn như neo lên mạng di động nhanh hơn và đáp ứng dữ liệu nhanh hơn giữa thiết bị di động và mạng, giao diện F1 3GPP được truyền trên các công nghệ truyền dẫn Ethernet xác định như Kết nối Nhạy Thời gian (TSN) hoặc FlexE/G.mtn.

Remus Tan là một trong các Quản lý Dòng Sản phẩm của Ciena và chuyên gia mạng di động dân cư của chúng tôi và là người chịu trách nhiệm cho Giải pháp Mạng 5G của Ciena. Tôi đã hỏi anh về các thông tin độc đáo liên quan đến không gian mạng truyền dẫn trung gian liên quan đến cả các thử thách và cơ hội của nó. Anh giải thích, "Với sự hoàn thiện của các chuẩn 3GPP và O-RAN, chúng ta hiện đang thấy nhiều sản phẩm Vô tuyến Mới 5G (NR) có khả năng kết nối giữa nhiều nhà cung cấp dựa trên các chuẩn mới nhất cho phép một RAN ảo hóa và phân tách hoàn toàn có thể được triển khai thương mại hóa ở quy mô lớn với giá thành phải chăng. Trong năm 2021, chúng ta sẽ bắt đầu nhìn thấy càng nhiều hơn các triển khai vRAN phân tách, thống nhất với một làn sóng đầu tư mới vào các thiết bị kết nối truyền dẫn xHaul. Với các bộ định tuyến 5G xHaul mới được phát hành gần đây của chúng tôi, Ciena đang chiếm vị trí tốt để thay đổi làn sóng mới trong việc xây dựng hạ tầng vRAN phân tách."

Đây chính là thời điểm để mở RAN

Là một ngành công nghiệp, đây chính là thời điểm để đảm bảo các mạng truyền dẫn trung gian đang phát triển sẽ mở và dựa trên chuẩn, kẻo không chúng ta sẽ rơi lại về kỉ nguyên đóng và sở hữu như trong trường hợp với truyền dẫn truy cập dựa trên CPRI. May mắn thay, có một số nhóm làm việc trong ngành hướng tới mục tiêu này, như 3GPP và Liên minh O-RAN. Các chuẩn và đặc tả mở sẽ trực tiếp hỗ trợ cho các mạng truyền dẫn trung gian dựa trên chuẩn, mở và tất cả các lợi ích kinh doanh được nhắc tới trên đây.

OK, vậy truyền dẫn lớp lõi là sao?

Hãy theo dõi, vì phần cuối cùng trong seri ba phần này về mạng xHaul sẽ nhắc đến truyền dẫn lớp lõi 4G/5G.