(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG NGUYỄN ĐỨC TUẤN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI 2021 BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG NGUYỄN ĐỨC TUẤN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn: TS NGUYỄN TRUNG KIÊN HÀ NỘI 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung số liệu đề tài nghiên cứu riêng TS Nguyễn Trung Kiên hướng dẫn Các số liệu kết luận văn trung thực có xuất xứ rõ ràng hợp pháp, chưa cơng bố hình thức trước Tôi không chép tài liệu hay công trình nghiên cứu người khác để làm luận văn Tơi xin chịu trách nhiệm phát có gian lận nội dung luận văn Trường Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thông không liên quan đến vi phạm quyền tác giả tơi gây q trình thực (nếu có) Hà Nội, tháng …… năm 2021 Tác giả luận văn Nguyễn Đức Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Trung Kiên, Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, người dành nhiều thời gian tận tình hướng dẫn định hướng giúp đỡ cho suốt trình tìm hiểu nghiên cứu luận văn Thầy đưa nhiều ý kiến đóng góp quý báu giúp tơi hồn thiện tốt luận văn Tôi xin chân thành cám ơn thầy cô Học Viện Cơng nghệ Bưu viễn thơng nói chung thầy Khoa Sau Đại Học nói riêng giúp đỡ, định hướng cung cấp kiến thức quý báu đồng thời tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập trường Tơi xin chân thành cảm ơn! Học viên Nguyễn Đức Tuấn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT vii I MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài: Tổng quan vấn đề nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu: Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G .1 1.1 Tổng quan mạng 5G 1.2 Kiến trúc công nghệ mạng 5G 1.2.1 Kiến trúc mạng 5G .2 1.2.2 Một số công nghệ sử dụng mạng 5G 1.3 Ứng dụng mạng 5G .9 1.3.1 Mạng di động tốc độ cao 1.3.2 Truyền thông đa phương tiện giải trí 10 1.3.3 Chăm sóc sức khỏe 10 1.3.4 Nông nghiệp thông minh 11 1.3.5 Logistics vận chuyển hàng hóa 11 1.4 Tình hình triển khai 5G giới Việt Nam 12 1.5 Kết luận Chương 14 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG MẠNG DI ĐỘNG 5G TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH 16 2.1 Nghiên cứu sản xuất thông minh 16 2.1.1 Khái niệm sản xuất thông minh 16 2.1.2 Ưu điểm nhược điểm sản xuất thông minh 17 iv 2.1.3 So sánh cách tiếp cận sản xuất thông minh so với sản xuất truyền thống 18 2.2 Sự phù hợp mạng 5G với sản xuất thông minh .19 2.3 Nghiên cứu ứng dụng 5G sản xuất thông minh lĩnh vực nông nghiệp 20 2.3.1 Thiết bị bay không người lái (UAVs) 22 2.3.2 Giám sát thời gian thực 24 2.3.3 Tư vấn ảo bảo trì dự đốn 26 2.3.4 Công nghệ thực tế ảo thực tế tăng cường 27 2.3.5 Robot AI điều khiển 28 2.3.6 Phân tích liệu kho lưu trữ đám mây .29 2.4 Nghiên cứu số mơ hình ứng dụng 5G nơng nghiệp thông minh số nước Việt Nam 32 2.5 Phân tích tiềm ứng dụng mạng 5G sản xuất nông nghiệp thông minh Việt Nam 34 2.5.1 Máy móc nơng nghiệp kết nối 5G 34 2.5.2 Theo dõi vật nuôi theo thời gian thực 35 2.5.3 Giảm tiêu thụ nước 36 2.5.4 Sử dụng máy bay không người lái để phun thuốc 37 2.5.5 Theo dõi cỏ dại côn trùng phá hoại .37 2.6 Kết luận chương .38 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH ỨNG DỤNG MẠNG 5G TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM .39 3.2 Việt Nam với dịch chuyển sang sản xuất nông nghiệp thông minh 41 3.3 Một số đặc trưng thách thức sản xuất nông nghiệp Việt Nam 45 3.4 Đề xuất giải pháp ứng dụng mạng 5G công nghệ số liên quan vào tốn sản xuất nơng nghiệp thơng minh Việt Nam 49 3.5 Một số đề xuất hướng nghiên cứu công nghệ liên quan .51 3.5.1 Các vấn đề kỹ thuật 5G 52 3.5.2 Sự phối hợp mạng 5G mạng IoT có 53 3.5.3 Sử dụng Điện tốn biên vào sản xuất nơng nghiệp 53 3.5.4 Áp dụng Trí tuệ nhân tạo (AI) vào sản xuất nông nghiệp 55 v 3.5.5 Ứng dụng Robot tự động hóa sản xuất nông nghiệp thông minh 58 3.5.6 Công nghệ máy bay không người lái (Drone) giám sát trồng .59 3.6 Kết luận chương .61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 63 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Kiến trúc tổng quát mạng 5G Hình 1.2: Mạng lõi di động chia thành Mặt phẳng điều khiển Mặt phẳng người dùng .4 Hình 1.3: Trạm gốc phát (và kết nối với) UE hoạt động Hình 1.4: Trạm gốc thiết lập kết nối mặt phẳng điều khiển UE mạng lõi Hình 1.5: Trạm gốc thiết lập nhiều đường hầm UE Mặt phẳng người dùng Mạng lõi .5 Hình 1.6: Mặt phẳng điều khiển từ trạm gốc đến trạm gốc (và trạm gốc đến mạng lõi) truyền qua SCTP/IP mặt phẳng người dùng truyền qua GTP/UDP/IP Hình 1.7: Trạm gốc thực trình chuyển giao UE Hình 1.8: Trạm gốc hợp tác để thực truyền đa đường (tập hợp liên kết) tới UE Hình 1.9: Kiến trúc mạng lõi 5G Hình 1.10: Khả mạng 5G Hình 1.11: Tốc độ phát triển 5G giới 13 Hình 2.1: Nền tảng nơng nghiệp thơng minh 21 Hình 2.2: Tổng quan ứng dụng 5G nông nghiệp thông minh 22 Hình 2.3: Nền tảng hệ thống giám sát nông nghiệp thông minh 24 Hình 2.4: Minh họa máy bay khơng người lái, cảm biến giám sát thời gian thực thực tế tăng cường nơi làm việc 25 Hình 2.5: Minh họa AR kính AR 27 Hình 2.6: Minh họa loại rô bốt AI hỗ trợ .29 Hình 2.7: Cơ chế liệu đám mây 31 Hình 2.8: Hoạt động đồng thiết bị hỗ trợ 5G khác để kiểm soát dịch hại 31 Hình 2.9: Máy móc kết nối 5G cơng nghệ AI tự động thu hoạch rau .35 Hình 2.10: Sự kết hợp 5G công nghệ thực tế ảo chăn ni bị sữa .36 Hình 2.11: Giám sát nhiệt độ, độ ẩm qua thiết bị kết nối 5G 36 Hình 2.12: Sử dụng Drone kết hợp 5G để tự động phun thuốc cho ruộng ngơ 37 Hình 3.1 Modul chức tưới thông minh .39 Hình 3.2 : Những xu hướng cơng nghệ Nơng nghiệp số 52 Hình 3.3: Phân tích đánh giá sức khỏe trồng drone 60 vii DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Từ Viết Tắt Thuật ngữ Tiếng Anh Thuật ngữ Tiếng Việt API Artificial intelligence Access and Mobility Management Functions Application program interface Trí thơng minh nhân tạo Chức quản lý di động Truy cập cốt lõi Giao diện lập trình ứng dụng AR Augmented reality technology Cơng nghệ thực tế tăng cường AUSF Authentication server function Chức máy chủ xác thực GPS GSA Global Positioning System Global mobile Suppliers Asociation General Packet Radio Service Internet of Things Internet Protocol Long Term Evolution Long-term evolutionary machine communication Ministry of Agriculture and Rural Development of Vietnam Hệ thống định vị toàn cầu Hiệp hội nhà cung cấp di động tồn cầu Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp Internet vạn vật Giao thức Internet Tiến hóa dài hạn Truyền thơng kiểu máy tiến hóa dài hạn Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn Việt Nam MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào- đa đầu NEF NRF NSSF Network contact function NF Repository Function Network slice selection function Open Ag Data Alliance Policy Control Functions Chức tiếp xúc mạng Chức kho lưu trữ Chức chọn lát mạng QoS RAN SAMIS Quality of Service Wireless access network Agricultural Climate Monitoring and Information System Chất lượng dịch vụ Mạng truy nhập vô tuyến Hệ thống Thơng tin Giám sát Khí hậu Nơng nghiệp SCTP Stream Control Transport Protocol Structured data storage network function Smart production Giao thức truyền tải kiểm soát luồng AI AMF GTP IoT IP LTE LTE-M MARD OADA PCF SDSF SM Chức Kiểm sốt Chính sách Chức mạng lưu trữ liệu có cấu trúc Sản xuất thơng minh viii SMF Session management function Chức quản lý phiên Telco UAV UDM UDSF Telecom company Unmanned aerial vehicle Unified data management Network function for storing unstructured data User Equipment User Plane Function Công ty viễn thông Máy bay không người lái Quản lý liệu hợp Chức mạng lưu trữ liệu phi cấu trúc Thiết bị Người dùng Chức Mặt phẳng Người dùng Virtual reality Wireless Sensor Network WSN Thực tế ảo Mạng cảm biến không dây UE UPF VR WSN 53 3.5.2 Sự phối hợp mạng 5G mạng IoT có Nông nghiệp thông minh sử dụng nhiều công nghệ cảm biến, kết nối dùng công nghệ tiền 5G Khi mạng 5G triển khai cần có phối hợp chuyển đổi dần cơng nghệ lên 5G Về khía cạnh học viên đề xuất số nội dung cần nghiên cứu sau:  Nghiên cứu công nghệ IoT phổ biến dùng Nông nghiệp thông minh  Nghiên cứu cơng nghệ ứng dụng thay 5G mạng 5G chưa kịp triển khai (Ví dụ Lora),  Nghiên cứu phương thức chuyển hạ tầng IoT công nghệ lên 5G mạng 5G triển khai rộng 3.5.3 Sử dụng Điện tốn biên vào sản xuất nơng nghiệp Các liệu giám sát nông nghiệp lớn, đa dạng: đất, nước, khơng khí, độ ẩm Điện tốn đám mây nói dung giúp giải nhiều tốn lưu trữ tính tốn lớn, nhiên, sử dụng Điện toán đám mây (Cloud Computing) trung tâm tốn nơng nghiệp (vốn phân tán không gian rộng) gặp số hạn chế như:  Tốc độ xử lý chậm liệu phải chuyển Trung tâm liệu khoảng cách xa để xử lý, không đảm bảo tốc độ  Với Cloud Computing, liệu phải truyền đến trung tâm liệu để xử lý Việc gây lỗi bảo mật định, hacker bắt gói tin mà bạn truyền Hiện hầu hết phương thức truyền thông tin mã hóa, có sai sót điểm yếu, cần hacker bắt phần thơi họ tìm cách hack tồn hệ thống  Việc hàng tỷ thiết bị IoT kết nối vào mạng, từ truyền tải liệu khổng lồ đến Trung tâm liệu dẫn đến hai vấn đề, tốn dung lượng băng thông đáng kể, lượng liệu nhiều đồng nghĩa với tốc độ chậm Hai xảy tình trạng “nghẽn cổ chai”, có q nhiều liệu đẩy đến Trung tâm liệu, dẫn đến khả lỗi kết bị xử lý trả chậm ... mạng lưu trữ liệu có cấu trúc Sản xuất thông minh viii SMF Session management function Chức quản lý phiên Telco UAV UDM UDSF Telecom company Unmanned aerial vehicle Unified data management Network... Global Positioning System Global mobile Suppliers Asociation General Packet Radio Service Internet of Things Internet Protocol Long Term Evolution Long-term evolutionary machine communication Ministry... Tổng quan mạng 5G 1.2 Kiến trúc công nghệ mạng 5G 1.2.1 Kiến trúc mạng 5G .2 1.2.2 Một số công nghệ sử dụng mạng 5G 1.3 Ứng dụng mạng 5G .9 1.3.1 Mạng