I. O RAN và Học Sâu Tổng quan về Quản lý Tài nguyên
Mạng truy nhập vô tuyến mở (O-RAN) đang nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết vấn đề độc quyền và khả năng tương tác hạn chế giữa các nhà cung cấp. O-RAN sử dụng ảo hóa, mang lại nhiều ưu điểm so với mạng truy nhập vô tuyến truyền thống. Bên cạnh đó, việc ứng dụng học máy (ML) và đặc biệt là học sâu (DL) vào các công nghệ để tối ưu hóa, phân bổ tài nguyên và xử lý dữ liệu đang nhận được sự quan tâm lớn. Đề tài “Nghiên cứu giải pháp quản lý tài nguyên mạng O-RAN sử dụng học sâu” nhằm mục đích đưa ra các phương án phát triển cho công nghệ tiềm năng này, phục vụ cho cuộc sống.
1.1. Mạng truy nhập vô tuyến mở O RAN là gì
Mạng truy nhập vô tuyến mở (O-RAN) là một kiến trúc và hệ sinh thái mạng truy nhập vô tuyến với tiêu chí hàng đầu là tính mở. Mục đích là tạo ra một môi trường mạng không dây linh hoạt, tiết kiệm chi phí và thuận tiện trong mở rộng, cấu hình. O-RAN tách rời phần cứng và phần mềm trong mạng truy nhập, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sử dụng thiết bị và phần mềm từ nhiều nhà cung cấp khác nhau mà không bị ràng buộc bởi một nhà cung cấp cụ thể. Điều này tạo ra một thị trường cạnh tranh hơn, thúc đẩy sự đổi mới và giảm chi phí cho các nhà khai thác mạng.
1.2. Lợi ích của việc sử dụng Học Sâu trong O RAN
Việc áp dụng học sâu trong O-RAN mang lại nhiều lợi ích tiềm năng. Học sâu có thể giúp tự động hóa các tác vụ quản lý tài nguyên, chẳng hạn như phân bổ phổ tần và điều chỉnh công suất, dẫn đến hiệu quả sử dụng tài nguyên tốt hơn và giảm chi phí vận hành. Nó cũng có thể được sử dụng để cải thiện hiệu suất mạng, chẳng hạn như giảm độ trễ và tăng thông lượng. Hơn nữa, học sâu có thể giúp bảo mật mạng O-RAN bằng cách phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công mạng.
II. Lịch sử Hình thành và Phát triển của Mạng O RAN
Sự phát triển của các mạng truy nhập vô tuyến trải qua nhiều giai đoạn. Từ những năm 80 với AMPS và GSM, đến sự xuất hiện của D-RAN với RRH và BBU. Các mạng truy nhập vô tuyến tiến bộ theo thời gian. Sau đó là sự ra đời của C-RAN và V-RAN, sử dụng ảo hóa chức năng mạng (NFV) và mạng định nghĩa bằng phần mềm (SDN).
2.1. D RAN Mạng Truy nhập Vô tuyến Phân tán
D-RAN bao gồm các phần tử chính: RRH (Remote Radio Head) để thu phát tín hiệu vô tuyến, thường được đặt gần các trạm cơ sở hoặc trên chính cột, trụ, hoặc mái nhà; BBU (Baseband Unit): để xử lý tín hiệu cơ sở và thường được đặt tại nhà mạng hoặc trung tâm dữ liệu. Kiến trúc này đem lại một số ưu điểm nhưng vẫn còn nhiều hạn chế về hiệu suất và khả năng quản lý tập trung.
2.2. C RAN và V RAN Tối ưu hóa và Ảo hóa
C-RAN (Centralized Radio Access Network) tập trung các BBU tại trung tâm dữ liệu, sử dụng ảo hóa để xử lý tín hiệu vô tuyến. V-RAN (Virtualized Radio Access Network) tiến thêm một bước bằng cách ảo hóa hoàn toàn các chức năng mạng, chạy trên máy chủ ảo. Hai mô hình này đem lại hiệu quả cao, với sự khác biệt chính nằm ở cách thức quản lý và mức độ ảo hóa tài nguyên. O-RAN là một bước phát triển mới, kế thừa và mở rộng các ưu điểm của C-RAN và V-RAN.
2.3. Liên minh O RAN và sự phát triển vượt bậc
Đến năm 2018 khi Liên minh O-RAN được thành lập bởi AT&T, China Mobile, Deutsche Telekom, NTT DOCOMO và Orange với định hướng mở rộng ngành vô tuyến theo hướng thông minh hơn, ảo hóa, mở và có khả năng tương tác hoàn toàn mới đem lại sự phát triển bùng nổ cho O-RAN. Với nguyên tắc là hoạt động tuân thủ theo WTO trong phát triển các chuẩn, hướng dẫn và khuyến nghị quốc tế như đảm bảo: minh bạch, cởi mở, công bằng, đồng thuận, hiệu quả phù hợp và giải quyết được các vấn đề còn tồn tại.
III. Nguyên tắc Mạng O RAN Đảm bảo Chất lượng 5G 6G
Mạng di động thế hệ thứ 5 (5G) đặt ra ba tiêu chí cần đáp ứng: Băng thông rộng di động nâng cao (eMBB), Truyền thông có độ trễ thấp cực kỳ đáng tin cậy (URLLC) và Truyền thông loại máy lớn (mMTC). O-RAN cần đáp ứng những yêu cầu này, đồng thời tuân thủ các nguyên tắc như tính cởi mở, phần mềm hóa và ảo hóa, thông minh, khả năng lập trình và kiến trúc linh hoạt.
3.1. Tính Cởi Mở và Khả năng Tương Tác
Các giao diện giữa các chức năng hoặc nút logic khác nhau trong kiến trúc O-RAN là các giao diện mở để đạt được khả năng tương tác và cùng tồn tại giữa các nhà cung cấp. Đây là yếu tố then chốt để tạo ra một hệ sinh thái đa dạng và cạnh tranh.
3.2. Ảo Hóa và Phần Mềm Hóa Linh hoạt và Tiết kiệm
Các triển khai chức năng mạng trong kiến trúc O-RAN được di chuyển từ phần cứng độc quyền của nhà cung cấp sang nền tảng đám mây thương mại có sẵn trên thị trường chạy và được quản lý thông qua phần mềm. Điều này giúp giảm chi phí đầu tư và vận hành, đồng thời tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng.
3.3. Thông Minh và Khả năng Lập trình trong O RAN
Các chức năng của RAN trong mặt phẳng điều khiển (C-plane), mặt phẳng người dùng (U-plane) và mặt phẳng quản trị (M-plane) là đối tượng được tối ưu hóa bởi các giải pháp của bên thứ ba được triển khai trong một chức năng điều khiển tập trung mới, được gọi là RIC, thực hiện điều khiển vòng lặp khép của các chức năng RAN qua các giao diện mở. Các giải pháp này tận dụng phân tích dựa trên dữ liệu và các kỹ thuật AI và ML tiên tiến để học hiệu quả các mối phụ thuộc phức tạp và các tương tác chéo phức tạp giữa các tham số trên các lớp của ngăn xếp giao thức RAN để tối ưu hóa các quyết định quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM).
IV. Kiến trúc Mạng O RAN Mở đường cho 5G và 6G
Kiến trúc O-RAN được thiết kế để hỗ trợ các yêu cầu của mạng 5G và 6G, đồng thời cho phép các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông xây dựng và triển khai các mạng không dây linh hoạt và hiệu quả hơn. Kiến trúc O-RAN bao gồm một số thành phần chính, bao gồm đơn vị phân tán (DU), đơn vị trung tâm (CU) và bộ điều khiển thông minh RAN (RIC).
4.1. Đơn vị Phân tán DU và Đơn vị Trung tâm CU
DU (Distributed Unit): Chịu trách nhiệm cho các chức năng xử lý tín hiệu vật lý và vô tuyến. CU (Central Unit): Thực hiện các chức năng lớp cao hơn như quản lý tài nguyên và điều khiển truy nhập. Việc phân tách này cho phép linh hoạt trong việc triển khai và quản lý mạng.
4.2. Bộ Điều khiển Thông minh RAN RIC
RIC (RAN Intelligent Controller): Là thành phần quan trọng nhất trong kiến trúc O-RAN. RIC cho phép các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sử dụng AI và ML để tối ưu hóa hiệu suất mạng và tự động hóa các tác vụ quản lý tài nguyên. Nó là trái tim của sự thông minh và khả năng thích ứng của mạng O-RAN.
4.3. Giao diện Mở trong Kiến trúc O RAN
Các giao diện mở giữa các thành phần của kiến trúc O-RAN là yếu tố then chốt để đảm bảo khả năng tương tác và cạnh tranh giữa các nhà cung cấp. Các giao diện mở này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông kết hợp các thành phần từ nhiều nhà cung cấp khác nhau để xây dựng mạng O-RAN phù hợp nhất với nhu cầu của họ.
V. Ứng dụng Học Sâu vào Quản lý Tài nguyên Mạng O RAN
Quản lý tài nguyên hiệu quả là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất và hiệu quả của mạng O-RAN. Học sâu có thể được sử dụng để tự động hóa và tối ưu hóa nhiều tác vụ quản lý tài nguyên, chẳng hạn như phân bổ phổ tần, điều chỉnh công suất và quản lý giao diện.
5.1. Phân bổ Phổ Tần Tự Động với Học Sâu
Học sâu có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu về lưu lượng mạng và điều kiện vô tuyến để tự động phân bổ phổ tần cho người dùng. Điều này có thể giúp cải thiện hiệu quả sử dụng phổ tần và giảm độ trễ.
5.2. Điều chỉnh Công suất Thông minh
Học sâu có thể được sử dụng để điều chỉnh công suất của các trạm gốc O-RAN một cách thông minh. Điều này có thể giúp giảm tiêu thụ năng lượng và cải thiện vùng phủ sóng.
5.3. Quản lý Giao diện Hiệu quả
Học sâu có thể được sử dụng để quản lý giao diện trong mạng O-RAN. Điều này có thể giúp cải thiện hiệu suất mạng và giảm độ trễ.
VI. Tương lai của O RAN và Học Sâu Triển vọng và Xu hướng
O-RAN và học sâu đang phát triển nhanh chóng, và chúng có tiềm năng cách mạng hóa ngành công nghiệp viễn thông. Trong tương lai, chúng ta có thể mong đợi thấy sự tích hợp chặt chẽ hơn giữa O-RAN và học sâu, cũng như các ứng dụng mới và sáng tạo của các công nghệ này.
6.1. Tích hợp Học Sâu và O RAN ngày càng chặt chẽ
Trong tương lai, chúng ta có thể mong đợi thấy học sâu được tích hợp chặt chẽ hơn vào kiến trúc O-RAN. Điều này sẽ cho phép các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông khai thác tối đa tiềm năng của học sâu để cải thiện hiệu suất mạng và tự động hóa các tác vụ quản lý tài nguyên.
6.2. Ứng dụng mới của O RAN và Học Sâu
O-RAN và học sâu có tiềm năng được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như mạng lưới thông minh, nhà máy thông minh và xe tự hành. Các ứng dụng mới này sẽ tạo ra cơ hội kinh doanh mới cho các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông.
6.3. Các xu hướng phát triển O RAN và Học Sâu
Một số xu hướng phát triển quan trọng trong O-RAN và học sâu bao gồm: sự phát triển của các giao diện mở mới, sự ra đời của các thuật toán học sâu mới và sự tăng trưởng của thị trường phần cứng và phần mềm O-RAN.
