Nghiên cứu sự phát triển và của cuộc cách mạng của mạng 5G

Nghiên cứu sự phát triển và của cuộc cách mạng của mạng 5G

DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F Nghiên c u phát triển cu c cách m ng c a m ng 5G Đặng Nhân Cách Giám đốc Trung tâm li u Công ngh thông tin Đ i học Giao Thơng V n T i Thành phố H Chí Minh Thành phố H Chí Minh, Vi t Nam Email: tucach@hcmutrans.edu.vn Tóm tắt—Thực tế, nhu cầu sử dụng dịch vụ thiết bị đầu cuối ngày đa dạng gia tăng, lực truyền tải liệu nâng cao để đáp ứng nhu cầu người sử dụng Các yêu cầu hướng đến công nghệ giao tiếp di động tương lai, hệ truyền thông di động thứ năm (5G) Bài báo bàn công nghệ mạng truyền thông hệ thứ nhằm xác định khái niệm hệ thông tin di động , cần thiết đời cấu trúc, kiến trúc, tính mạng 5G, tình hình nghiên cứu ứng dụng mạng 5G giới hướng phát triển Keywords—5G, nanocore, cloud-computing, All IP Network (AIPN), BDMA, Energy, OFDM, Smart Low-Power Node (SLPN), Autonomous Vehicle, Softwaare Difine Network (SDN), I GI I THI U Các công ngh giao ti p không dây ngày gần nh thi u cu c sống th ờng nh t, đời c a đư thay đ i cách liên l c, làm vi c gi i trí truy n thống c a ng ời Qua thời gian th h di đ ng sau đời theo chu kì 10 năm năm 1990 Con ng ời nói chuy n v i gửi tin nhắn text sóng vô n v i tần số băng thông thấp Các th h di đ ng không dây ti p theo nh 2G( WAP), 3G (GPRS) hay 4G (LTE) sử dụng công ngh truy n tin ngày nhanh hơn, WAP, CDMA2000, GPRS, Long term Evolution- LTE, WiMax (IEEE 802.16) Có bốn y u tố dùng để phân bi t th h truy n thông: 1.Chuyển đ i ngữ c nh, 2.Băng thông, L u l ợng truy n 4.K t nối sóng vơ n[3] Công ngh giao ti p hi n đ i giúp gi i quy t công vi c nhanh chóng v i đầy đ ti n ích đư đ ợc tích hợp sẵn thi t bị vi n thông đầu cuối đặc bi t n tho i thơng minh (smartphone) Cấu hình n tho i ngày m t đ ợc ý để đáp ng đ ợc kh t ơng thích v i dịch vụ c a nhà cung cấp dịch vụ Th h di đ ng th năm đ ợc xem nh m t b c ti n kh ng l ngành công nghi p truy n thông hi n đ i c a th gi i Nhà thông minh, thi t bị thông minh, đáng mong đợi thành phố thông minh, thi t bị thơng minh có kh tự k t nối thành m t m ng l i, u khiển tụ đ ng truy n li u v i tốc đ cực cao (Tốc đ mong muốn c a m ng 5G l n 1Gbps v i băng thông từ đ n 300Ghz) Nguy n Hồng Sơn Khoa Cơng ngh thơng tin Đ i học Giao Thông V n T i Thành phố H Chí Minh Thành phố H Chí Minh, Vi t Nam Email: hoangson1911@gmail.com II CÔNG NGH TRUY N THÔNG KHÔNG DÂY Công ngh truy n thông không dây thực đ ợc bi t đ n th h truy n thông không dây đời- Th h th (1G) b c ti n từ giao ti p có dây (0G), cu c gọi tho i tín hi u t ơng tự đư đ ợc truy n sóng vơ n Vi c thay th tín hi u t ơng tự tín hi u số truy n li u bên c nh truy n âm đư giúp th h truy n thông th hai đời (2G) 2G mang l i m t th gi i khác lƿnh vực thông tin di đ ng sử dụng n n t ng H Thống Truy n Thông Di Đ ng Toàn Cầu- Global System for Mobile communication (GSM), 2G n n t ng phát triển cho th h sau này, minh ch ng th h th (3G), băng thông r ng hơn, tốc đ truy n cao kh k t nối tốt k t nối CDMA (Code Division Multiple Access) Th h truy n thông th t (4G) phát triển dựa 3.5 G th h di đ ng tốt thời điểm hi n t i, cung cấp tốc đ truy c p Internet lên t i 1Gbps đ ợc k t nối công ngh D n theo tần số trực giao- Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDMA) [3], đ m b m đ ờng truy n video sẵ sàng dáp ng thời gian thực lúc nơi Th h truy n thông th (5G) chắn s th h di đ ng ti p theo mà t ch c quốc gia toàn cầu nghiên c u, v i tính siêu vi t nh tốc đ đ ờng truy n cao nhất, ln có sẵn, đâu có s thay đ i hồn tồn t ơng l i cơng ngh tồn cầu vào đầu th p thấp kỉ 20 c a th kỉ th 21 A Công nghệ hệ truyền thông th nhât (1G) Th h th đ ợc đ a vào để sử dụng truy n giọng nói vào năm năm 1980 v i băng thông từ 824- 894Mhz, tốc đ truy n vào kho ng 2,4Kbps truy n tín hi u t ơng tự công ngh Dịch vụ di đ ng nâng cao(Advance Mobile Phone Service) AMPS, sử dụng kƿ thu t Đa k t nối phân chia tần sốFrequency Division for Multiple Access (FDMA) [3] Nh ợc điểm c a th h th không b o m t tín hi u đ ợc lặp l i qua tr m, truy n đ ợc kho ng cách xa.[6] B Công nghệ hệ truyền thông th hai (2G) Th h truy n thông th hai đ ợc khai thác vào năm 1990 thay th vi c truy n tín hi u t ơng tự thành tín hi u số h thống số có b sung thêm m t số tính nh gửi th n tử tin nhắn kí tự n n t ng GSM [3] đ ợc tỉ ng ời c a 212 quốc gia sử dụng [4] Băng thông cho DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F công ngh 850-1900Mhz, tốc đ truy n tối đa 64Kbps, v i chuẩn công ngh GSM(2G), General Packet Radio Service (GPRS- 2,5G) Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE- 2,75G) Chuyển m ch m ng n tử chuyển m ch gói h tầng Public Switched Telephone Network (PSTN) [6] C Công nghệ hệ truyền thông th ba (3G) Dịch vụ 3G hay đ ợc bi t đ n v i tên IMT-2000 (International Mobile Telecommunication-2000) [4] 3G cung cấp dịch vụ internet tốc đ cao thông qua dịch vụ Internet Protocol (IP) Ch c c a 3G cung cấp n n t ng truy c p internet không dây, đa ph ơng ti n, th n tử h i nghị n tử Chuẩn 3G Wireless-CDMA (WCDMA) đ ợc thi t k cho giao di n chuyển m ch gói khơng dây Vì v y, máy tính n tho i chia sẻ k t nối internet v i lúc nơi H thống 3G có tốc đ truy n li u lên đ n 2-Mbps thông qua kênh truy n có băng thơng r ng 5-Mhz Các chuẩn sử dụng cho 3G W-CDMA, GSM EDGE, UMTS, DECT, WiMax CDMA 2000 [6] D Công nghệ hệ truyền thông th tư (4G) 4G th h m ng t hợp đ ợc tính c a 2G 3G, ho t đ ng dựa n n IP (All-IP Network) h a hẹn cung cấp dịch vụ IP b o m t hơn,truy n li u đa lu ng, k t nối tốc đ Gigabit, công ngh ti n thân c a 4G nh WiMax (Mỹ), Wifi, LTE v i băng thông r ng nhi u dịch vụ dịch vụ 3G M t số thu t ngữ dịch vụ m i 4G nh Chât l ợng k t nối dịch vụ không dây (QoS), Dịch vụ tin nhắn đa ph ơng ti n- Multimedia Messaging Service (MMS), video chat, truy n hình dành cho di đ ng,Truy n hình phân gi i cao Digital Video Broad-casting (DVB) đ ợc thi công h thống m ng 4G [1] E Công nghệ hệ truyền thông th năm (5G) 5G tên đ ợc sử dụng m t số báo nghiên c u dự án để nói v m t th h truy n thông ti p theo dựa n n t ng c a công ngh truy n thông hi n t i 4G 5G đ ợc gi i chuyên gia dự đoán s vào thực t vào kho ng đầu năm 2020 5G ch a đ ợc sử dụng m t cách th c bơi t ch c chuyên trách hay tài li u th c nh khái ni m Wimax, 3GPP, LTE [5] Các nghiên c u đ ợc thúc đẩy để đ m bào 5G mắt thời h n Kh truy n t i mong muốn c a m ng 5G lên đ n hàng Giabit giây, nhanh 200 lần so v i m ng 4G, Gbps nơi 5G bao g m dịch vụ thu phát video trực n, cu c gọi IP phong phú bao g m c cu c gọi 3D, tốc đ truy c p internet không ngờ v i kh phát triển phần c ng c a thi t bị đầu cuối, sử dụng n tho i thông minh thay cho laptop hay thi t bị u khiển Khái ni m Internet of Thing đư đ ợc hình thành khía c nh ch y u khai thác 5G có Giao thơng thơng minh tơ tự hành; nhà thông minh thi t bị thực t áo, s n phẩm chăm sóc s c khỏe [7], tất c y u tố đ ợc u khiển m t trung tâm u khiển đám mây hợp Công nghệ Năm đời 1G 1970-1980 2G 1990-2004 3G 2004-2010 4G 2010-2020 5G 2020 Dải Tần Số Tốc độ 824-894Mhz 2.4Kbps 840-1900Mhz 64Kbps 1.8-2.5Ghz 144kbps- 2Mbps 2-8Ghz 100Mbps- 1Gbps Tín hiệu Chuẩn IEEE Chuẩn công nghệ Chuyển mạch T ơng tự 802.11 APMS,TACS Số 802.11b GSM based, GPRS, EDGE M ch n tử, Gói li u Số 802.11g/a UMTS/HSPA Tất c gói tin Mạng lõi (Core Network) PSTN PSTN Gói li u (khơng cho giao ti p khơng khí) Gói N/W Số 802.11n LTE/ LTE nâng cao, Wimax, Wifi Tất c gói tin 3-300Ghz Tốc đ mong muốn 10Gbps Số 802.11ac WWWW Internet Internet Kiểu truyền tin Hợp theo chi u ngang Hợp theo chi u ngang Hợp theo chi u ngang Dịch vụ Gọi tho i Tho i kƿ thu t số, tin nhắn kí tự, s c ch a li u gói tin cao Tích hợp v i dịch vụ tho i, video li u chất l ợng cao Hợp theo chi u ngang chi u dọc Kh k t nối li u đ ng, thi t bị đeo đ ợc Hợp theo chi u ngang chi u dọc Kh k t nối thông tin cao, thi t bị đeo đ ợc trí tu nhân t o M ch n tử B ng Các th h m ng truy n thông không dây DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F III KI N TRÚC M NG 5G A Điện toán đám mây- nơi (Ambitious Computing) 5G ph i có “đi n tốn đám mây nơi” nghƿa ng ời dùng có kh truy c p ng dụng thời gian thực, dịch vụ internet bất c n n t ng công ngh vô n nào, bất c đâu Để t o mơi tr ờng nh v y h thống s bao g m vô số c m bi n xung quang ng ời có kh thu th p li u lan truy n thông tin m t cách nhanh chóng [4], muốn nh v y vi c phát triển tr m thu phát c m bi n ph i đ ợc tích hợp cơng ngh phân chia chum tín hi u đa truy c p- Beam Division Multiple Access (BDMA) [3] C Cổng giao tiếp kết hợp (Aggregation) Có khác bi t v c ng giao ti p k t hợp m ng vi n thông truy n thống m ng 5G, m ng 5G có cấu trúc dựa n n t ng IP Các k t nối vô n có cơng ngh k t nối khác nên cần có m t ph ơng th c giao ti p phù hợp v i m ng IP, u có nghƿa là, cơng ngh truy n thơng vơ n cần có m t giao th c c ng k t nối v i m ng Internet thông qua C ng Giao Ti p K t Hợp , h tầng cơng ngh ngồi Internet đóng vai trị nh m t đ ờng truy n IP B Khái niệm Flat IP M ng 5G sử dụng khái ni u Flat IP để d dàng cho h thống k t nối vô n c p nh t lên thành m t m ng Nanocore nhất, công ngh m ng Nanocore đ ợc sử dụng v i tính nh m t công cụ an ninh dựa n n t ng Flat IP Để đáp ng nhu cầu c a ng ời sử dụng cho ng dụng thời gian thực, u khiển không dây đ u chuyển sang cấu trúc m ng Flat IP Ki n trúc Flat IP cung cấp cách th c để xác định tên kí tự c a thi t bị (IPv6), khơng giống nh cấu trúc phân tầng sử dụng “địa IP thông th ờng” V i vi c sử dụng cấu trúc mặt phẳng IP, ng ời dùng có thể:  Gi m số l ợng y u tố m ng gói data để gi m thiểu chi phí v n hành phí tiêu dùng b n  Tách riêng chi phí phân phối dịch vụ từ khối li u đ ợc truy n để phù hợp v p h tầng  Tối thiểu hóa đ tr h thống kích ho t dịch vụ mà có tr đ thấp cho phép  Vi c triển khai h thống k t nối vô n gói tin m ng core đ c l p v i có kho ng không r ng tr c Đ m b o tính m m dẻo thi cơng lắp đặt  T o m t m ng lõi tích hợp sử dụng cho n tho i k t nối IP nói chung M ng 5G h i tụ nhi u công ngh truy n thông tiên ti n, mà cơng ngh đ u có tác đ ng đ n h thống truy n d n không dây hi n t i để chuyển sang cơng ngh 5G:  Cơng ngh m ng Nano  Đi n toán đám mây  N n All IP Hình Cấu trúc mặt phẳng IP Cấu trúc m ng IP đư lo i bỏ ki n trúc phân tầng t p trung, thay vào gói tin li u m ng core Flat IP phẳng, cấu trúc phân cách đơn gi n thi công lo i bỏ đ ợc nhi u thành phần mắc xích cấu trúc m ng Hình M ng lõi Nanocore Hình M ng vi n thông truy n thống m ng 5G IV M NG 5G- NANOCORE DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F A Công nghệ nano Công ngh nano m t ng dụng c a khoa học nano để u khiển ti n trình thi t bị có đơn vị chia đ nano nghƿa 0.1 100 nm Lƿnh vực đ ợc bi t đ n nh công ngh phân tử nano- Molecular nanotechnology (MNT) MNT liên h đ n vi c u khiển cấu trúc v t chất dựa vào nguyên tử- bởi- nguyên tử phân tử kƿ thu t phân tử Cụm từ công ngh nano đ ợc gi i thi u lần Nori Taniguchi vào năm 1974 t i H i nghị quốc t v kƿ thu t s n xuất Tokyo Công ngh nano cu c cách m ng công nghi p ti p theo, ngành công nghi p vi n thông s bị bi n đ i bơi công ngh m t vài năm Công ngh nano đư cho thấy tầm nh h ởng c a vào vi c b o an c a thi t bị c m ng Nó đ ợc xem xét nh m t tín hi u s đ ợc ph bi n ngành thông tin liên l c B Thiết bị nano Trong m ng 5G, n tho i di đ ng nói riêng hay thi t bị đầu cuối tích hợp cơng ngh nano nói chung đ ợc xem nh thi t bị nano Nhu cầu c a ng ời v khai thác ng dụng thi t bị nano đa d ng, bao g m nhà ở, văn phịng, nơi cơng c ng, vi c t n t i dày đặc thi t bị nano t o nên m t mơi tr ờng thơng minh, kích ho t c m ng, n toán giao ti p Các đặc tr ng c a thi t bị nano nh sau:  Tự làm s ch (Self Cleaning): n tho i có kh tự dọn dẹp b n thân  Tự cung cấp l ợng (Self powerd): n tho i có kh lấy l ợng từ mặt trời, n c, hay khơng khí  Có c m quan mơi tr ờng (Sense the environment): n tho i s cho b n bi t v thời ti t, đ ẩm, m c đ ô nhi m, nhi u  M m dẻo (Flexible): Uốn cong nh ng khơng bị vỡ  Trong suốt (Transparent): “nhìn xuyên” qua n tho i a Morph (Nokia) b Nokia Humanform Hình Các thi t bị Nano C Điện toán đám mây Trong m ng 5G n toán đám mây m t sáng ki n công ngh , nơi l u trữ u khiển thông tin li u thông qua m ng internet máy ch u khiển trung tâm (Central Romote Server) Ng ời dùng khơng cần cài đặt ng dụng mà truy c p đ ợc li u, thông tin, h sơ c a lúc bất c nơi đâu Ng ời sử dụng vào thị tr ờng n toán đám mây t o m t dịch vụ m i sau tr i nghi m mơi tr ờng thị tr ờng số hóa Đi u làm cho ng ời dùng c m nh n đ ợc ng dụng thời gian thực sử dụng 5G Đi n tốn đám mây cung cấp tính b o m t đáp ng cao thơng qua mã hóa, ti t ki m chi phí lắp đặt sở h tầng nh h thống truy n thơng cũ Đi n tốn đám mây có phần chính: ng dụng (Application): Các phần m m dịch vụ H thống n n (Platform): Là s n phầm dùng để lắp đặt internet (Net Suite, Amzon, Google…) cho phép ng ời dùng truy c p vào máy ch trung tâm H tầng (Infrastructure): Là phần môi tr ờng h tầng c a nhà cung cấp cho phép ng ời dùng xây dựng ng dụng, l u trữ đám mây D Mạng All IP M ng All-IP Network (AIPN) đ ợc gi i thi u h thống 3GPP vi c nâng cao nhu cầu c a thị tr ờng di đ ng Các dịch vụ đáp ng thời gian thực thông qua tin qu ng bá, truy n hình, đ ờng truy n mặt đất, ng ời dùng dần chuyển qua ki n trúc m ng Flat IP AIPN cung cấp c i ti n liên tục tối u hóa h thống để cung cấp s c c nh tranh v c chất l ợng giá thành u điểm c a ki n trúc AIPN:  Chi phí thấp  K t nối ph bi n liên tục  C i thi n tr i nghi m ng ời dùng  Gi m đ tr h thống  Tách riêng k t nối vô n c i ti n m ng lõi III Kƾ THU T PHÂN CHIA CHÙM TÍN HI U ĐA TRUY C P- BDMA A Các công nghệ đa truy cập Mục tiêu c a truy n thông di đ ng cung cấp dịch vụ c i ti n m m dẻo đ n số l ợng l n ng ời sử dụng n tho i di đ ng v i chi phí thấp M t thách th c l n đặt cho công ngh không dây ph i nâng cao dung l ợng truy n c a h thống m t d i ph tần số hữu h n Để làm đ ợc u này, ph i địi hỏi cơng ngh truy n không dây đa truy c p Các kƿ thu t nh Đa truy c p phân chia theo tần sốFrequency Division Multiple Access (FDMA), Đa truy c p phân chia theo thời gian- Time Division Multiple Access (TDMA), Đa truy c p phân chia mã- Code Division Multiple Access (CDMA), D n theo tần số trực giao- Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) Trong giao ti p thông tin liên l c, nhu cầu nâng cao dung l ợng truy n l n, d i băng thơng cho phép hữu h n Số l ợng di đ ng ngày tăng đòi hỏi vi c tăng số l ợng c a tr m thu phát tín hi u Để gi i quy t vần DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F đ m t l ợng l n v t chất tăng theo thời gian nhu cầu sử dụng, mong chờ m t c i ti n kƿ thu t sử dụng tài nguyên khác mi n thời gian tần số để tăng dung l ợng truy n t ơng lai  Hình Các cơng ngh đa truy c p B Công nghê Đa truy cập phân chia chùm tín hiệu Khi tr m n n giao ti p v i tr m n tho i, chùm sóng trực giao s đ ợc phân phát xuống tr m n tho i Kƿ thu t BDMA c a phát minh hi n t i phân chia ăn-ten theo vị trí c a tr m n tho i để thực hi n đa truy c p, v y dung l ợng tín hi u c a h thống đ ợc nâng cao Tr m n n tr m n tho i truy n tín hi u theo m t đ ờng thẳng Line of Sight (LoS) Khi hai tr m bi t đ ợc xác vị trí c a nhau, chúng truy n chùm sóng trực ti p cho mà không quấy rầy đ n tr m biên  Khi tr m n tho i đư đ ợc định vị bời nhi u h ng khác đ u h ng v tr m n n, tr m n n s truy n chùm chùm sóng đ ng thời theo h ng khác để truy n li u đ n tr m n tho i  M t tr m n tho i không nh n chùm sóng từ m t tr m n n,những tr m n tho i m t h ng v i tr m n n chia sẻ m t chùm sóng giao ti p v i tr m n n  Tr m n thọai chia s chùm sóng phân chia ngu n tần số/ thời gian ngu n sóng trực giao  Tr m n n thay đ i h ng, số l ợng đ r ng c a chùm sóng m t cách thích nghi d dàng theo thay đ i môi tr ờng truy n c a tr m n tho i  Chùm sóng phân chia làm ba chi u, tối đa vi c tái sử dụng không gian tần số/ thời gian  Trong b c đầu k t nối, tr m n n tr m n tho i ch a bi t vị trí c a nhau, tr m n tho i s dị sóng tốc đ truy n, gửi thơng tin cho tr m n n  Ti p theo, tr m n n s tính tốn h ng đ r ng c a c a chùm sóng tín hi u phát xuống dựa h ng tốc đ mà đư nh n đ ợc từ tr m n tho i  V sau, Tr m n n s phát chùm tín hi u xuống cho tr m n tho i theo thơng số đư tính tốn  Khi tr m n tho i nh n đ ợc tín hi u gửi từ tr m n n, s dị h ng c a tín hi u phát xuống để xác định h ng c a tín hi u gửi lên, gửi chùm tín hi u lên cho tr m n n  Sau tr m n tho i tr m n n hình thành đ ờng truy n, s có m t chùm sóng c p nh t đ ợc gửi theo chu kì để trì k t nối hai tr m  Gói tin Phân chia cặp tần số- chùm sóng đa truy c p Frequency Division Duplex- BDMA (FDD- BDMA) Phân chia cặp thời gian- chùm sóng đa truy c p Time Division Duplex- BDMA (TDDBDMA) giống Chỉ khác thông tin tr m n n đ ợc định vị phân chia tần số (FDD) ch không ph i phân chia thời gian (TDD) Các chùm sóng đ ợc tr m n n qu ng bà đ ợ phân chia theo tần số, chùm sóng vi c hình thành k t nối ban đầu phân chia theo thời gian Kƿ thu t BDMA đ ợc ng dụng cho vi c thi t k phần tử c a h thống giao ti p không dây cho th h truy n thông di đ ng ti p theo Các nhà nghiên c u phát triển Hàn Quốc đ xuất sử dụng BDMA nh giao di n vô n cho 5G IV CÁC NGHIÊN C U V 5G A Giao tiếp di động sóng mmWave Đối v i nhu cầu tăng dung l ợng truy n thông tin c a h thống lên t i hàng Gigabit sóng mili mét (mmWave) s đ ợc mong đợi đ ợc áp dụng truy n thơng tin tín hi u tốc đ cao, tần số áp dụng sóng mili mét kho ng 60 GHz Các chuẩn kƿ thu t truy n sóng mmWave ph bi n nh ECMA [8], IEEE 802.15.3 Tác vụ nhóm 3c (TG3c) [9], IEEE 802.11ad chuẩn hóa tác vụ nhóm [10], WirelessHD consortium [11], Wireless Gigabit Alliance (WiGig) [12].trong chuẩn IEEE 802.15.3c IEEE 802.11ad đ ợc đ a để đánh giá cho ho t đ ng sóng mili mét ho t đ ng c a 5G Sóng mmWave có kh truy n tín hi u hàng Gigabit mơi tr ờng nhi u m a hấp thụ khơng khí v i kho ng cách kho ng 200 mét b c sóng kho ng 5mm, tần số 60GHz, suy hao 24dB t ơng đ ơng 22GHz [14] Sóng mmWave có tính định h ng đ n ăn-ten, vi c định h ng trực ti p từ sóng đ n đơn vị thu phát cần đ ợc thực hi n thu t toán nh n bi t chùm sóng thơng tin Các sóng n từ it có kh nhi u x xung quanh v t c n b c sóng ngắn, nên d bị chặn v t c n l n nhi u so v i b c sóng c a Trong mơi tr ờng phịng làm vi c tín hi u bị chặn kho ng 1% đ n 2% lần có ho t đ ng c a m t đ n năm ng ời Ho t đ ng nghiên c u thực nghi m gần c a Samsung (Hàn Quốc) sử dụng sóng mmWave vi c truy n t i li u 5G môi tr ờng khác Tốc đ truy n t i đ t 1.2 Gbps di chuyển v i tốc đ 110 kilomet (km/h) sử dụng tần số 28GHz, tốc đ truy n t i li u tối đa (tr m n tho i đặt tr m n n) lên t i 7.5Gbps [13] Do sóng mmWave truy n kho ng cách ngắn nên Samsung đư sử dụng công ngh Hybrid Adaptive Array Technology để truy n đ ợc v i kho ng cách xa B Hiệu lượng mạng 5G Hi u qu l ợng m t yêu cầu b c thi t song song v i vi c nghiên c u phát triển m ng 5G Theo kh o sát dung l ợng truy n c a c a n tho i hàng tháng vào thời điểm đời 5G c a Cisco (2015) s lên t i gần 25 exabytes/tháng (1 Exabyte = 109 Gigabyte) [15] Và l ợng đáp ng cho vi c trì ho t đ ng c a tồn b h thống vi n thông s m t vấn đ l n DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F C Mạng nanocore: Đòn bẩy SDN 5G SDN (Software-defined Networking) m t khái ni m v m t ng dụng cho phép ng ời qu n trị viên tác vụ vào tr ờng u khiển, tr ờng li u dịch vụ c a h thống m ng mà không cần trực ti p thao tác lên l p m ng c a mô hình OSI SDN cung cấp ch qu n lý t p trung (SDN controller) kênh truy n b o m t Hình L u l ợng di đ ng toàn cầu (Cisco 2015) Các gi i pháp v l ợng đư đ ợc đ a nhằm tối thiểu m c sử dụng l ợng c a toàn h thống bao g m c h thống m ng 5G, thi t bị thu phát, tr m thu phát t n hao l ợng Phân vùng nhỏ (tăng hi u qu ph sóng) [16]: h thống m ng khơng phân b đòng nên ta chia thành đơn vị ph sóng microcells (bán kính kilomet), picocells (bán kính 100m) femtocells (bán kính 10m) Sử dụng ng dụng ho ch định m ng (SDN) để phân vùng li u vùng u khiển Thi t l p đám mây truy c p vô n t p trung bên c nh lắp nhi u ăn-ten Các thi t bị đa truy c p vào ra- Multiple input multiple output (MIMO) có kích th c l n nhi u số l ợng thi t bị di đ ng mmWave: Tăng băng thông 3-300 GHz, b c sóng 1-10mm Các thi t bị thơng minh k t nối t p trung: có ch c phân phối dịch vụ, k t nối thi t bị v i Device-to-device (D2D), b nh t m, từ chối gây rối thi t bị Giao ti p máy móc Machine-to-machine (M2M): lắp đặt thi t bị cuối (xe c ) h thống khối (c m bi n), đ tr thấp tu i thọ pin l n 10 năm Hình H thống ti t ki m l ợng cho m ng 5G Hình Ki n trúc mơ hình SDN Ho t đ ng c a mơ hình SDN đ ợc hiểu nh hình [17], tr ờng u khiển giao ti p trực ti p v i hai tr ờng ng dụng (Giao di n phía bắc SDN- NBIs) tr ờng li u (Giao di n u khiển li u phía nam SDN- CDPI) SDN cho phép phân phối tài nguyên m ng nhu cầu c a ng ời sử dụng, tự tính tốn dự li u dich vụ, m t h thống m ng o tin t ởng, dịch vụ đám mây an toàn Cấu trúc c a h thống cho phép lắp đặt k t nối d dàng, nhanh chóng khơng phụ thu c đ n ng ời dùng, thay đ i h thống m ng doanh nghi p hay m ng công c ng V i thi t k m ng đơn gi n, phần tử m ng không cần ph i chọn lựa cấu hình giao th c truy n tin, phần tử m ng tham gia vào h thống s đ ợc trung tâm u khiển SDN thực hi n vi c cấu hình giao th c ph ơng th c, chuẩn k t nối nh dịch vụ b o m t an ninh Giá trị đòn bẩy c a SDN m ng 5G kh cung cấp m t m ng o, tự đ ng v i ng dụng ngu n đ ợc c p nh t nhanh chóng, m t m ng o an tồn tin t ởng Mặt khác, ki n trúc c a mơ hình SDN phân chia ch c c a h thống m ng thành khối riêng vi t, v y có kh kích ho t định n gói li u lu ng li u k t nối v i h tầng m ng không dây hay đám mây M t ch c hữu dụng đ ợc b sung vào công ngh SDN mà có nh h ởng đ n m ng 5G t ơng lai- cách mà tái cấu trúc l i ki n trúc c a m ng khơng dây, o hóa nhi u m ng ch c m ng, cơng ngh o hóa ch c m ng- Network Function Virtualization (NFV) Cơng ngh NFV nhóm ch c năng, dịch vụ c a m ng không dây thành ng dụng dùng để u khiển, kh lắp đặt phiên u khiển biên- Session Border Controller (SBC) [18] đóng vai trị tăng c ờng b o m t nhờ DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F vào kh b o v h thống m ng không dây đặt bi t biên khỏi cơng từ bên ngồi Cơng ngh SDN nhắm đ n vi c xây dựng h tầng đầu cuối từ cấu trúc m ng phân tầng xác định, cách di chuyển ch c phần c ng v m t n n t ng l u trữ tính tốn nhất, đ ợc xem nh máy ch hay đám mây Triển khai NFV nh vi c áp dụng vào m ng 5G nói chung cần có m t tính t ơng thích Xây dựng h tầng ch c t p trung địi hỏi gói tin đ ợc truy n qua h thống m ng o phần tử phần c ng c a m ng nh nhau, đ ng b giao th c, kh truy n n định c a h thống bất đ ng b , hi u qu l ợng truy n d n, tránh đ ợc vi c tự dự li u t i c a phần tử m ng vi c sử dung m t l ợng tài nguyên cần thi t [19] D Hệ thống mạng tảng đám mây H thống m ng o hay h thống u khiển, l u trữ t p trung khái ni m đ ợc sử dụng nhi u vi c khai thác cơng ngh n tốn đám mây thi t k , cung cấp dịch vụ v n hành m ng 5G H thống m ng o xây dựng ng dụng m ng từ h tầng phần c ng thành m t trung tâm, trung tâm có vai trị sử dụng tài ngun phần c ng phục vụ cho công tác l u trữ, truy xuất li u m t cách nhanh chóng, tối u kh l u trữ dựa vào li u phân tán Cùng v i tốc đ băng thông siêu vi t c a m ng 5G, ng ời dùng xây dựng ng dụng thời gian thực tr i nghi m trực ti p n tốn đám mây mà khơng cần bắt bu c ng dụng ph i đ ợc t i v máy c a ng ời dùng Những yêu cầu c a h thống đám mây:  Dung l ợng k t nối: Đối v i m ng truy n thống, dung l ợng ng ời dùng cần đ để phục vụ nhu cầu cá nhân Nhung thời đ i hi n nay, bên c nh xu h ng phát triển c a công ngh Internet of Thing (IoT) nhu cầu k t nối ng ời thi t bị, thi t bị v i thi t bị ngày l n Theo đó, IoT s góp mặt 1,9 tỷ thi t bị hi n t i tỷ thi t bị khác vào năm 2018 ậ t ơng đ ơng v i số n tho i thông minh, TV thơng minh, máy tính b ng, thi t bị n tốn đeo máy tính lai (PC combined) [20], v y, tốc đ c a m ng 5G y u tố quy t định chất l ợng c a cơng ngh t ơng lai Hình Tỉ l thi t bị IoT toàn cầu   Chất l ợng m ng: V i số l ợng dịch vụ đa d ng phong phú, ng ời dùng mong đợi kh đáp ng c a h thống m ng ph i nhanh chóng tốc đ truy n ph i đ đ m ợt mà cho dù môi tr ờng truy n hay bất c nơi đâu Tối u hóa tài nguyên: H thống m ng truy n thống dựa vào c i ti n phần c ng hay h tầng để c i thi n chất l ợng dịch vụ Tuy nhiên, đối v i h thống đám mây, tất c phần tử c a m ng đ đ ợc xem xét đ n vi c tối u bao g m, hi u suất, l ợng, kh l u trữ E ng dụng c a 5G: Giao thông thông minh Theo thống kê c a T ch c Y T Th Gi i, năm có kho ng 1.2 tri u ng ời ch t cho tai n n giao thông Để gi m thiểu số đ n m c có thể, nghiên c u v xe thông minh, xe tự lái, h thống thông minh đư đ ợc xúc ti n Theo đó, v i đời c a 5G, h a hẹn s có m t cu c bùng n khoa học cơng ngh tồn cầu giao thơng thông minh không m t ngo i l Giao thông thông minh bao g m giao ti p ph ơng ti n, dự báo,c nh báo đ ờng Trong ph ơng ti n giao ti p v i để xác định vị trí, tốc đ , h ng di chuyển, v t c n n định c a ph ơng ti n Công ngh giao ti p ph ơng ti n (Vehicle-to-vehicle) sử dụng d i liên l c ngắn (Deicated Short-Range Communication) có tần số kho ng 5.9GHz, kh giao ti p ph m vi kho ng 300 mét giữ liên l c kho ng 10 giây di chuyển đ ờng cao tốc[21] Công ngh 5G giao thông đ ợc nghiên c u ng dụng ngành công nghi p tự đ ng hóa, dự báo thơng tin ùn tắc xe tự hành [22] V H NG NGHIÊN C U A Hạ tầng không đồng Cấu trúc m ng phân tầng truy n thống có xu h ng chuyển toàn b sang cấu trúc mặt phẳng IP (IP-based) Các thành phần h thống m ng phân tầng bị l ợc bỏ, u nghƿa số l ợng phần tử h thống s gi m xuống Nhu cầu đáp ng thời gian thực truy n t i li u cao c a m ng di đ ng th h th đặt m t số vấn đ , số l ợng c m bi n, tr m thu phát sóng dày đặt, h thống ăn-ten kim lo i ph i đ l n để đ m b o đ nh y đối v i tín hi u sóng mmWave, server dịch vụ l u trữ đ ợc đặt nhi u nơi li u l n phân tán, l p giao ti p vô n truy c p đa d ng v ph ơng th c truy n sóng (CDMA, BDMA, Wimax, LTE, ) ph i có m t cách th c c ng giao ti p IP B World Wide Wireless Web (WWWW) Không gian World wide web ch a thông tin xác định tài li u trang web, sử dụng đ ờng d n kí tự k t nối thơng qua m ng internet toàn cầu sử dụng k t nối có dây Wwww khái ni m m i đ ợc sinh cho không gian m ng internet không dây tồn cầu Nó có kh hỗ trợ m t cách đắt lực cho k t nối không dây dựa ng dụng web bao g m ng dụng đầy đ v lực đ họa đa ph ơng ti n l n 4G DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F Hi n ch a có báo nghiên c u đầy đ v wwww đ ợc cơng bố wireless web đư đ ợc ng dụng th h di đ ng th đời v kh truy c p WAP sóng vô n vào năm đầu c a th kỉ 21 Kể từ b c ti n không ngừng đ ợc đ a cho đ n th h th t 4G 4G đư có l ợng truy c p wireless web đ l n để 5G đời s hình thành khái ni m khơng gian truy c p tồn cầu khơng dây Labs, DOCOMO Euro-Labs, Nokia Solutions and Networks, Huawei ERC, University of Kaiserslautern, Nokia)[24] có tín hi u thực nghi m kh thi cho m ng 5G Những cu c nghiên c u tr i nghi m s đ n thời gian di n Olympic mùa hè 2018 t i Tokyo (NTT Docomo- Nh t B n) s đ ợc th ơng m i hóa vào năm 2020 [25] C Tác động hệ sinh thái công nghệ 5G lên hệ sinh thái người tự nhiên Không thể ph nh n lợi ích to l n mà ti n b công ngh mang l i cho ng ời Nh ng bên c nh đó, cơng ngh ngày thay đ i thói quen sinh ho t, v n đ ng tác đ ng đ n s c khỏe c a ng ời Ánh sáng xanh từ hình c a thi t bị di đ ng, máy tính b n, laptop, thi t bị nano gây rối lo n hoocmon Melatonin (hooc môn u chỉnh đ ng h sinh học c a ng ời) [23]; vi c sử dụng thi t cơng cụ tìm ki m n ng ời nh nhi u, kh nh bị phụ thu c vào thi t bị, th m chí bị ch ng quên nhanh Internet ch a nhi u thông tin thú vị n ng ời bị nghi n nh nghi n ma túy.Vi c phát triển công cụ u khiển thơng minh tích hợp làm ng ời v n đ ng c nhà l n ngồi trời, nh h ởng khơng tốt đ n s c khỏe H sinh thái ng ời có nguy suy thoái giao ti p ng ời ng ời ngày từ xuất hi n công ngh tiên ti n Chúng ta dần h n ch tham gia ho t đ ng chúng đ u có internet, c ho t đ ng vui chơi gi i trí thời đ i cơng ngh đ ợc sử dụng c ta ng i m t chỗ khơng nói m t ti ng Vi c phát triển khoa học công ngh m t u tất y u mang tính hữu ích, nh ng bên c nh cần có nhi u nghiên c u v tác đ ng c a công ngh đối v i hành vi c a xã h i loài ng ời nh h qua v i môi tr ờng tự nhiên t ơng lai để đ m b o vi c phát triển b vững [1] Asvin Gohil, Hardik Modi, Shobhit K Patel,”5G Technology of Mobile D Trí tuệ nhân tạo - Artificial intelligent (AI) Công ngh m ng 5G h ng đ n h tầng thông minh: thi t bị thông minh, nhà thông minh, thành phố thơng minh Để h tầng trở nên thơng minh vi c tính tốn c a h thống ph i đ ợc thực thi v i m t đ l n thời gian đáp ng nhanh trung tâm u khiển t p trung Chính v y phát triển trí tu nhân t o cốt lõi cho vi c ng dụng u khiển thơng minh, phân tích liên k t hàng tri u có hàng tỉ li u h thống li u t p trung toàn cầu VI T NG K T Sự phát triển c a th h di đ ng đặc bi t v i ch c truy n li u không dây kéo theo phát triển cơng ngh tồn cầu bao hàm tất c lƿnh vực c a đời sống xã h i, mở m t kỉ nguyên m i c a nhân lo i Vi c nghiên c u th h m ng 5G đ ợc t ch c công ngh hàng đầu th gi i nghiên c u: Samsung, SK Telecom, NTT Docomo (Nh t B n), nhóm nghiên c u METIS (Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society)- Châu Âu (Ericsson, Alcatel-Lucent Bell VII TÀI LI U THAM KH O Communication: A Survey”, 2013 International Conference on Intelligent Systems and Signal Processing (ISSP) [2] Sapana Singh, Pratap Singh,”Key Concepts and Network Architecture for 5G Mobile Technology”, International Journal of Scientific Research Engineering & Technology (IJSRET), August 2012 [3] Priya Goyal, Avtar Singh Buttar, ”A Study on 5G Evolution and Revolution”, International Journal of Computer Networks and Applications” Volume 2, Issue 2, March ậ April (2015) [4] 5G Mobile Technology wiki [online] Available: http://wikisedia.com/5gmobile-technology-wiki/ [5] Suvarna Patil,Vipin Patil,.Pallavi Bhat, “A Review on 5G Technology”, International Journal of Engineering and InnovativeTechnology (IJEIT) Volume 1, Issue 1,January 2012 [6] Mudit Ratana Bhalla, Anand Vardhan Bhalla,” Generations of Mobile Wireless Technology: A survey”, International Journal of Computer Applications (0975 ậ 8887) Volume 5ậ No.4, August 2010 [7] Samsung Tomorrow channel, “What is the next generation mobile communication 5G ?” [online] Available: https://www.youtube.com/watch?v=pbvkFwMN_PY [8] ECMC TC48, ECMA standard 387, “High rate 60 GHz PHY, MAC and HDMI PAL” Dec 2008 [9] IEEE 802.15 WPAN Millimeter Wave Alternative PHY Task Group 3c (TG3c) Available: http://www.ieee802 org/15/pub/TG3c.html [10] Draft Standard for Information Technology–Telecommunications and Information Exchange Between Systems–Local and Metropolitan Area Networks–Specific RequirementsậPart 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) SpecificationsậAmendment 4: Enhancements for Very High Throughput in the 60 Ghz Band, IEEE P802.11ad/D9.0, Oct 2012 [11] “WirelessHD: WirelessHD specification overview” 2009 [12]Wireless Gigabit Alliance [online] Available: http://wirelessgigabitalliance.org/ [13] Samsung Tomorrow channel,” 5G live demonstration”, https://www.youtube.com/watch?t=10&v=0MVZyr7-cj0 [14] Yong Niu, Yong Li, Depeng Jin, Li Su, Athanasios V Vasilakos,” A Survey of Millimeter Wave (mmWave) Communications for 5G: Opportunities and Challenges”, arXiv:1502.07228v1 [cs.NI], 25 Feb 2015 [15] Aarne MƯmmelƯ, “Energy efficiency in 5G networks”, IFIP Networking 2015, Toulouse, France, 20.5.2015 [16] Andrews, ”Revolutionary technologies for 5G “ , Boccardi 2014 [17]Software-defined Networking, [online] Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Software-defined_networking [18] G Monteleone and P Paglierani, "Session Border Controller Virtualization Towards "ServiceDefined" Networks Based on NFV and SDN" in IEEE SDN4FNS, 2013 [19] Akram Hakiri and Pascal Berthou, “Leveraging SDN for The 5G Networks: Trends, Prospects and Challenges”, Univ de Toulouse, UPS, LAAS, F-31031 Toulouse, France [20] The internet of thing will be the world’s most massive device market and save companies billions of dolars, [online] Available: http://www.businessinsider.com.au/how-the-internet-of-things-marketwill-grow-2014-10 [21] Bill Howard “V2V: What are vehicle-to-vehicle communications and how they work?”, Extreme Tech, February 6, 2014 [22] Suresh B Mer, “Advanced Autonomous Vehicle with 5G Technology”, 2015 IJEDR | Volume 3, Issue | ISSN: 2321-9939 [23] ways technology makes you stupid [Online] Available: http://www.huffingtonpost.com/2014/07/25/technologyintelligence_n_5617181.html DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F [24] Afif Osseiran, Federico Boccardi, Volker Braun, Katsutoshi Kusume, Patrick Marsch, Michal Maternia, Olav Queseth, Malte Schellmann, Hans Schotten, Hidekazu Taoka, Hugo Tullberg, Mikko A Uusitalo , Bogdan Timus and Mikael Fallgren, “Scenarios for the 5G Mobile and Wireless Communications: the Vision of the METIS Project”, IEEE Communications Magazine May 2014 [25] Samsung and SK Telecom to discuss 5G at MWC, [Online] Available: http://www.phonearena.com/news/Samsung-and-SK-Telecom-to-discuss5G-at-MWC_id66368 ... for the 5G Mobile and Wireless Communications: the Vision of the METIS Project”, IEEE Communications Magazine May 2014 [25] Samsung and SK Telecom to discuss 5G at MWC, [Online] Available: http://www.phonearena.com/news/Samsung-and-SK-Telecom-to-discuss5G-at-MWC_id66368... Katsutoshi Kusume, Patrick Marsch, Michal Maternia, Olav Queseth, Malte Schellmann, Hans Schotten, Hidekazu Taoka, Hugo Tullberg, Mikko A Uusitalo , Bogdan Timus and Mikael Fallgren, “Scenarios... Draft Standard for Information Technology–Telecommunications and Information Exchange Between Systems–Local and Metropolitan Area Networks–Specific RequirementsậPart 11: Wireless LAN Medium Access