Công nghệ này giúp cho con người xây dựng được những căn nhà thông minh có thể điều khi n mể ột cách dễ dàng thông qua các sản phẩm thông minh như điện thoại, máy tính bảng, thậm chí nhữ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu hệ thống 5G ứng dụng cho IoT PHẠM VĂN ĐỨC Ngành: Kỹ thuật viễn thông Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung Viện: Điện tử - Viễn thông HÀ NỘI, 2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132228171000000 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu hệ thống 5G ứng dụng cho IoT PHẠM VĂN ĐỨC Ngành: Kỹ thuật viễn thông Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hữu Trung Chữ ký GVHD Viện: Điện tử - Viễn thông HÀ NỘI, 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi Phạm Văn Đức, Luận án “Nghiên cứu hệ thống 5G ứng dụng cho IoT” cơng trình nghiên cứu cá nhân tôi, thực hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Hữu Trung Các liệu nêu luận án hoàn toàn trung thực, phản ánh kết đo đạc thực tế Mọi thơng tin trích dẫn tn thủ quy định sở hữu trí tuệ; tài liệu tham khảo liệt kê rõ ràng Tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm lời cam đoan Tác giả luận án Phạm Văn Đức TĨM TẮT Cơng nghệ mạng di động 5G tương lai công nghệ LTE tại, thúc đẩy cho tương lai mạng khơng dây mạng máy tính, tốc độ cao tốc độ mạng LTE tại, công nghệ đẩy lên tầm cao Công nghệ hỗ trợ cho kênh vô tuyến với tốc độ truy cập liệu lên cao So sánh với cơng nghệ LTE khác, có tốc độ dung lượng cao, hỗ trợ đa phương tiện tương tác, thoại, internet tốc độ liệu lên tới Gbps, giúp nhanh cơng nghệ LTE khác Bên cạnh đó, cách mạng cơng nghiệp 4.0 mang đến công nghệ khiến sống người ngày tiện nghi, ngày thuận tiện Và cơng nghệ đại hệ thống IOT (Internet of Things), nơi mà thiết bị kết nối với Cơng nghệ giúp cho người xây dựng nhà thơng minh điều khiển cách dễ dàng thông qua sản phẩm thông minh điện thoại, máy tính bảng, chí đồng hồ thơng minh xa xây dựng thành phố thông minh Mạng 5G đến với giới nhà mạng từ khắp quốc gia nhanh chớp thay đổi cách thức kinh doanh viễn thông cung cấp khả biến đổi không gian IoT (Internet of Things) Khi mạng 5G trở nên phổ biến vào năm 2020, tiêu chuẩn tăng thêm sức hấp dẫn giải pháp di động lĩnh vực có sẵn Và phần cứng hỗ trợ 5G mắt, cơng ty sử dụng mạng để hỗ trợ doanh nghiệp IoT Luận án với đề tài “Nghiên cứu hệ thống 5G ứng dụng cho IoT” cung cấp giải thích chi tiết cơng nghệ 5G, cấu trúc, thách thức, ưu điểm nhược điểm, vấn đề kết thúc với tương lai công nghệ 5G với xu làm tảng cho IoT để mang lại hội khác biệt cho người, doanh nghiệp xã hội tương lai MỤC LỤC MỤC LỤC i MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Tính cấp thiết đề tài 3 Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Mục tiêu nghiên cứu 3.2 Đối tượng nghiên cứu 3.3 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nhiệm vụ nghiên cứu 4.1 Phương pháp nghiên cứu 4.2 Các nhiệm vụ nghiên cứu Các đóng góp khoa học luận án Bố cục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống mạng thông tin di động 1.1.1 Thế hệ mạng di động - 1G 1.1.2 Thế hệ mạng di động thứ 2-2G 1.1.3 Thế hệ mạng di động thứ 3-3G 10 1.1.4 Thế hệ mạng di động thứ 4-4G 11 1.2 Vấn đề triển khai công nghệ mạng di động hệ 5G 12 1.3 Xu phát triển công nghệ tảng ứng dụng hệ thống mạng 5G 14 1.4 Xu hướng kết nối vạn vật-IoT 15 1.5 Kết luận chương 16 CHƯƠNG HỆ THỐNG MẠNG 5G 17 2.1 Cấu trúc công nghệ mạng 5G 17 2.1.1 Các tính cấu trúc 5G 17 2.1.2 Cấu trúc 5G 20 2.1.3 Cấu trúc mạng mạng di động 5G 21 2.2 Nền tảng phần mềm mạng 5G 29 2.2.1 Mạng cục không dây (WLAN) 29 2.2.2 LTE LTE nâng cao 40 i 2.2.3 Mạng 5G .46 2.3 Thách thức triển khai công nghệ mạng 5G 49 2.4 Kết luận chương .55 CHƯƠNG HỆ SINH THÁI IOT 56 3.1 Hệ sinh thái Internet of Things-IoT .56 3.1.1 Kiến trúc IoT .56 3.1.2 Đặc tính Internet of Things .57 3.1.3 Ứng dụng Internet of Things 58 3.2 Mơ hình nhà thơng minh 59 3.3 Một số mơ hình nhà thơng minh Việt Nam 60 3.3.1 Bkav SmartHome Luxury [8] .60 3.3.2 Nhà thông minh TIS SMART HOME [9] 61 3.3.3 Nhà thông minh Schneider- Wiser Home [10] 62 3.4 Các thành phần xây dựng mơ hình nhà thông minh 63 3.4.1 ESP8266 63 3.4.2 Công nghệ RFID module RFID RC522 .65 3.4.3 Hồng ngoại 73 3.4.4 Wi-Fi 73 3.4.5 Giao thức truyền thông HTTP 75 3.4.6 Firebase [7] 77 3.4.7 Hệ điều hành Android [6] 78 3.5 Kết luận chương .82 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH ỨNG DỤNG IOT 83 4.1 Tổng quan hệ thống thực nghiệm .83 4.2 Thiết kế hệ module phần cứng .84 4.2.1 Sơ đồ khối 84 4.2.2 Sơ đồ mạch nguyên lý .86 4.2.3 Mạch in sản phẩm thực tế 94 4.3 Thiết kế ứng dụng điều khiển 97 4.3.1 Phần mềm Android Studio 97 4.3.2 Phân tích hệ thống ứng dụng điều khiển 98 4.3.3 Yêu cầu chức 99 ii 4.3.4 Mơ hình hóa chức 99 4.3.5 Mơ hình hóa hoạt động 100 4.3.6 Thiết kế database 102 4.3.7 Thiết kế App Android 103 4.4 Kiểm thử đánh giá hệ thống 105 4.5 Kết luận chương 107 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh 5GF, 5GI, 5G Function, 5GD, Infrastructure, Device, 5GSYS System 1G, 2G, 3G, 4G, 5G 3GPP ADC AP API CDMA CN EDGE FFT GPRS GSM HSDP HSPA HSUP HTTP Tiếng Việt Chức nặng, Cơ sở hạ tầng, thiết bị, hệ thống mạng 5G Thế hệ mạng di động thứ 1, thứ Generation 2, thứ 3, thứ 4, thứ 3rd Generation Partnership Project Analog-to-digital Dự án đối tác hệ thứ Chuyển đổi tương tự-số converter Access Point Điểm truy cập Application Progmraming Interface Code Division Multiple Access Giao diện lập trình ứng dụng Đa truy cập phân chia theo mã Core Network Mạng lõi Enhanced Data rates for Nâng cao tốc độ liệu cho GSM Evolution GMS Fast Fourier transform Biến đổi Fourier nhanh General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp Global System for Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn communications cầu High-Speed Downlink Truy cập gói đường truyền Packet Access xuống tốc độ cao High Speed Packet Access Truy cập gói tốc độ cao High-Speed Uplink Truy cập gói đường truyền lên Packet Access tốc độ cao HyperText Transfer Giao thức truyền siêu văn iv Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Protocol I/O IDE IEEE Input/Output Đầu vao/đầu Intergrated Development Environment Institute of Electrical and Electronics Engineers Môi trường phát triển tích hợp Viện kỹ nghệ Điện Điện tử IoT Internet of Things Vạn vật kết nối IP Internet Protocol Giao thức kết nối LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn MCU Micro Controller Unit Bộ vi điều khiển NFV OAI Network Functions Virtualization Ảo hóa mạng Open Air Interface Giao diện không gian mở Orthogonal Frequency- Ghép kênh phân chia theo tần số Division Multiplexing trực giao PC Personal Computer Máy tính cá nhân PDA Personal Digital Assistant Trợ lý kỹ thuật số cá nhân QoE Quality of experience Chất lượng trải nghiệm QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RAT Radio Access Technology Công nghệ truy cập vô tuyến RN Radio Network OFDM SDN SNR TCP/IP Mạng vô tuyến Software Defined Mạng định nghĩa phần mềm Network Signal-to-Noise Ratio Transport Tỉ số tín hiệu cực đại nhiễu Control Giao thức tải vận/giao thức kết Protocol/Internet Protocol nối Tx, Rx Transmitter, Receiver Bên phát, Bên nhận UDP User Datagram Protocol Giao thức datagram người dùng UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động v Viết tắt Tiếng Anh Telecommunications Tiếng Việt toàn cầu Service USB WCDM Wifi WLAN WPA Universal Serial Bus Wideband Code Division Multiple Access Wireless Fidelity Wireless Local Area Network WiFi Protected Access Chuẩn kết nối đa dụng Wideband CDMA Mạng không dây sử dụng sóng vơ tuyến Mạng cục khơng dây Truy cập wifi bảo mật vi