Tổng quan các lĩnh vực trong viễn thông

z  Tổng quan lĩnh vực viễn thông Tổng quan lĩnh vực viễn thông – Phần Nguồn : blogthongtin.info  Mục đích phần viết nhằm giới thiệu cách tiếp cận lĩnh vực khác viễn thông dựa vào mô hình viễn thông viết trước a Xử lý tín hiệu Trước tiên, cốt lõi viễn thông truyền thông tin Thông tin phần quan trọng thiếu Thông tin viễn thông có nhiều dạng khác nhau, tiếng nói, hình ảnh, video… Mỗi thông tin có thuộc tính khác Thông tin tồn dạng: analog (tính hiệu liên tục theo thời gian hay gọi tín hiệu tương tự) digital (tính hiệu số) Tín hiệu liên tục theo thời gian xử lý cách hiệu theo qui trình: biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số (biến đổi A/D), xử lý tín hiệu số (lọc, biến đổi, tách lấy thông tin, nén, lưu trử, truyền,…) sau đó, cần, phục hồi lại thành tín hiệu tương tự (biến đổi D/A) để phục vụ cho mục đích cụ thể Tất xử lý thông tin nén kích thước thông tin, chuyển đổi định dạng, giảm kích thước thông tin, watermaking, xóa nhiễu, tái chế, phục hồi, nhận dạng … gọi chung xử lý tín hiệu (Signal Processing) Thực chất xử lý tín hiệu môn sở thiếu cho nhiều ngành khoa học, kỹ thuật như: điện, điện tử, tự động hóa, tin học, vật lý viễn thông Xứ lý tín hiệu có nội dung rộng dựa sở toán học tương đối phức tạp Nó có nhiều ứng dụng đa dạng, nhiều lĩnh vực khác Rất khó phân biệt rạch ròi đâu xử lý tín hiệu viễn thông, đâu cho viễn thông Dưới xin giới thiệu số khía cạnh xử lý tín hiệu viễn thông: - Nhu cầu truyền thông tin multimedia (hình ảnh, âm thanh, video) với thời gian thực (real-time) ngày cao dẫn đến cần phải có định dạng cho kích thước nhỏ chất lượng tốt Đó nhiệm vụ xử lý tín hiệu multimedia - Bài toán nhận dạng: nhận dạng tiếng nói, hình ảnh, chữ viết, chuẩn đoán bệnh qua telemedicine (y học từ xa thông qua Internet), xác định vị trí, tốc độ, đường vật thể liên lạc di động (mobile communicating object) , chuẩn đoán “bệnh” thiết bị viễn thông hệ thống (dựa vào thông tin xác suất)… dạng xử lý tín hiệu - Trong truyền thông, thông tin thường bị nhiễu noise, echo, bị hiệu ứng fading, đa đường, mixer (trộn lẫn thông tin từ nhiều nguồn)… Thông tin thu cần phải xử lý để làm giảm hiệu ứng b Truyền thông kỹ thuật số Trước truyền đi, thông tin phải mã hóa, nén, điều chế, v.v minh họa sơ đồ truyền thông tin hình Tất trình diễn dây chuyền truyền thông tin điều chế, encoder, mã hóa, v.v gọi chung truyền thông kỹ thuật số (digital communication) Đôi người ta xem truyền thông kỹ thuật số dạng xử lý tín hiệu Tuy nhiên, muốn tách biệt khỏi phần xử lý tín hiệu mang nhiều đặc thù riêng Kỹ thuật truyền thông số phát triển từ gần 60 năm qua, tính từ đời lý thuyết thông tin Claude Shannon (1948) Nhưng phải đến năm 70’s hệ thống đầu tiền sử dụng lý thuyết thông tin đời đến lúc tốc độ tính tóan phần cứng đủ khả thực thuật toán phức tạp lý thuyết truyền thông Sơ đồ truyền thông tin Mỗi block hình vấn đề nghiên cứu truyền thông kỹ thuật số Truyền thông kỹ thuật số xây dựng phát triển giao thức viễn thông lớp vật lý (physical) lớp kết nối thông tin (data-link) (trong mô hình lớp ISO mà giới thiệu phần sau) Cùng với đời phát triển nhiều công nghệ truyền thông mới, đặc biệt công nghệ không dây, truyền thông kỹ thuật số không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu truyền thông với tốc độ nhanh hiệu cao (ít lỗi) Các nghiên cứu nhằm tìm cải tiến trình mã hóa, điều chế, mã hóa sữa sai phối hợp phức tạp, cách thức “access” vào kênh truyền có chọn lọc, kỹ thuật trãi phổ tiếp diễn Khuynh hướng thiết kế dây chuyền truyền thông có khả tự thích ứng (adaptive), có khả nhận thức (cognitive), tự cấu hình (reconfigurable) để truyền thông tin nhiều mạng truy cập khác hay gọi software defined radio (SDR) tập trung nghiên cứu phát triển Các kỹ thuật đòi hỏi thành phần RF (radio frequency) vi xử lý số (digital processor), nhớ (memory) phải ngày cung cấp nhiều tính với giá thành thấp lượng tiêu thụ thấp c Truyền sóng điện từ/vô tuyến điện tử RF Thông tin sau chuyển đổi thành tín hiệu tương tự truyền máy phát máy thu thông qua môi trường dây dẫn (sóng điện từ) môi trường không dây dẫn (sóng vô tuyến) Trong viễn thông không dây, ngày người nói đến việc kết hợp nhiều angten để thu phát sóng (MIMO) sử dụng angten thông minh (smart antenna) để tăng hiệu truyền sóng Bên cạnh đó, có gắng nhằm biến khả sử dụng đường dây tải điện kiêm đường dây tải thông tin tiếp tục nghiên cứu Ví dụ mô hình đơn giản máy thu kỹ thuật số Để truyền sóng thông tin, cần phải có máy phát máy thu Hình ví dụ máy thu bao gồm angten, lọc, trộn (mixer), chuyển đổi A/D ngược lại D/A… Khía cạnh viễn thông gắn liền với lĩnh vực điện tử (vi mạch xử lý, FPGA, ASIC…)     Tổng quan lĩnh vực viễn thông (phần 2) Nguồn : blogthongtin.info  d Mạng viễn thông Thông thường, thông tin trao đổi hai thực thể (source sink) truyền qua nhiều thực thể trung gian để tạo thành đường nối (logical link) thực thể Tất thực thể tham gia cấu thành cho trình trao đổi thông tin tạo thành mạng (network) viễn thông Hình 4: Ví dụ mạng ad hoc Một ví dụ đơn giản mạng mạng ad hoc hình Trong mạng này, thực thể liên lạc với trực tiếp, thông qua thực thể trung gian khác Một ví dụ phức tạp thực thể A kết từ PDA tới AP wifi không dây AP wifi lại nối kết phía sau modem ADSL đến SDLAM (cáp ADSL) DSLAM nối kết vào mạng lõi Ở đâu bên kia, thực thể đối thoại B nối kết vào mạng lõi thông qua mạng di động UMTS chẳng hạn Mô hình mạng vừa miêu tả thể hình Hình 5: Kiến trúc mạng viễn thông Nhìn kiến trúc mạng, ta dễ dàng phân biệt mạng: mạng truy cập (access network) mạng lõi (core network/ transport network) Sự phân chia rõ ràng mô hình mạng tế bào - Mạng lõi/trục: Khuynh hướng phát triển mạng lõi mạng IP (IP-based core) phép nối kết nhiều công nghệ mạng truy cập khác lại với dễ dàng thông tin tương lai hoàn toàn dạng gói Vấn đề mạng lõi làm thể để chuyển gói thông tin thật nhanh (hàng trăm Gbps trở lên) Ý tưởng chủ đạo để thực điều cắt gói thông tin thành gói nhỏ (giống ATM), thực routing mức độ thấp IP chẳng hạn dựa vào label MPLS, VCI/VPI ATM, Ethernet Bên cạnh người ta đưa khái niệm chất lượng dịch vụ (Quality of Service) vào mạng lõi (DiffServ, Intserv, RSVP…) Một ví dụ mạng lõi hội tụ mạngATM, Ethernet, Voice, Frame Relay, IP nhờ vào MPLS thể hình Lớp vật lý mạng lõi sử dụng kỹ thuật truyền cáp quang SDH, SONET, WDM để vận chuyển thông tin với tốc độ cao Hình 6: Mạng lõi tương lai sử dụng MPLS - Công nghệ Internet: Internet xem mạng công cộng tầm giới dựa công nghệ IP (Internet Protocol) Tên Internet sử dụng vào năm 1983 để mạng ARPANET, mạng xây dựng từ năm 70’s (thời kỳ chiến tranh lạnh) Hoa Kỳ với mục đích dùng cho liên lạc quân đội Nhiệm vụ mạng ARPANET làm hoặt động phần mạng bị hỏng, đặt bối cảnh bị công hạt nhân Liên Xô Từ mạngInternet không ngừng phát triển Điểm khác biệt Internet mạng điện thoại thời Internet thông tin đóng thành gói (packet) không cần thiết phải tạo circuit (mạch) nối thực thể liên lạc đầu cuối.Internet động mô hình lớp (7 lớp) với nhiều giao thức khác Trong công nghệ mạng IP, người ta ngày quan tâm đến chất lượng dịch vụ: giao thức QoS, điều khiển tắt nghẹn mạng (congestion), điều chỉnh lưu thông traffic mạng, đặt/thuê trước tài nguyên mạng (RSVP),… Cũng nhằm hướng đến chất lượng dịch vụ tốt router, switch tốc độ cực nhanh (ultra-high speed) quan tâm nghiên cứu Kéo theo nghiên cứu ứng dụng hiệu lý thuyết hàng đợi nâng cao, phân bố công việc nâng cao thiết bị viễn thông Bên cạnh Internet tốc độ cao, Internet di động (mobile) nhu cầu cấp thiết: Internet không dây, VoIP di động (Skype, SIP, H323, MEGACO), quản lý di động (Mobile IP, Mobike, IKEv2, IPv4-IPv6 translation) Gần đây, kỹ thuật P2P (peer-topeer) (chia sẻ thông tin ngang hàng) Kazza, Bittorent, Skype, P2P TV…nhận sử hưởng ứng mạnh mẻ người dùng - Công nghệ mạng di động không dây: Công nghệ mạng di động ngày phát triển mạnh mẻ Mỗi mạng di động phát triển nhằm vào đối tượng người dùng khác nhau, ứng dụng khác Các công nghệ bật: +Đầu tiên phải kể đến mạng tế bào (cellular):Mạng tế bào phát triển thông qua thể hệ từ 1G đến beyond 3G Mạng di động thể hệ thứ 3G (UMTS, CDMA2000) triển khai rộng khắp Tuy nhiên nhiều nghiên cứu hướng mạng thể hệ 3.9G (gẫn 4G) 3G LTE 3GPP UMB 3GPP2 Mục đích tăng tốc độ truyền thông tin lên tầm hàng trăm Mbps + Mạng satellite dùng thay thể cho cáp biển dùng cho liên lạc nơi mà triển khai hạ tầng mạng (liên lạc đến tàu đại dương, sa mạc…) Satellite dùng cho định vị trời (GPS) + Mạng WLAN 802.11: Hiện thị trường tìm thấy mạng 802.11a/b/g chuẩn khác i/k/l/m/n/f/e… nhiều chuẩn hoàn tất giai đoạn hóa qua trình đưa thị trường nhiều chuẩn giai đoạn nghiên cứu chuẩn hóa + Mạng WIMAX , WiBro (802.16): Phiên cố định (802.16d) giai đoạn thử nghiệm triển khai số nước, phiên di động (802.16e) chuẩn hóa xong IEEE bắt tay vào nghiên cứu chuẩn hóa 802.16j (relay Wimax) + Mạng Wireless Personal Area Network (WPAN): Mạng hoạt động khỏang cách tầm vài mét trở lại Bluetooth (802.15.1), Zigbee (802.15.4), RFID, mạng băng thông cực rộng UWB (Ultra Wideband) (802.15.3) Vấn đề giải giao thoa RF vấn đề mà WPAN cần phải giải Bên cạnh người ta ứng dụng mạng WPAN vào việc định vị nhà (indoor) GPS cho phép định vị outdoor + Mạng adhoc cảm biến: Ứng dụng ngày rộng rải, quân đội, đời sống ngày, y tế, quản lý môi trường… Một số vấn đề cộm mạng adhoc cảm biến routing, khả tự hiệu chỉnh (reconfigurable), bảo mật tiết kiệm lượng + Mạng 4G: Do có nhiều mạng khác nhau, khuynh hướng hội tụ tất chúng lại để phục vụ người dùng cách tốt Lý hội tụ công nghệ đáp ứng tất nhu cầu như: tốc độ truyền thông tin cao, chất lượng dịch vụ cao, vùng phủ sóng lớn, thích ứng cho người dùng di chuyển với tốc độ cao, giá thành rẻ… Tuy theo ứng dụng có loại hình mạng thích ứng Tương lai viễn thông phát triển theo hướng hội tụ: thiết bị đầu cuối (terminal) phát triển theo hướng tất (one-in-all), mạng phát triển theo hướng hội tụ theo nhiều mức độ khác Các vấn đề liên quan đến mạng không dây di di động đề cập đến e Bảo mật Trong viễn thông vấn đề bảo mật ngày trở nên quan trọng thiết yếu Bảo mật chia thành mảng chính, bảo mật cho mạng (network security) mã hóa (cryptology) Ngành mã hóa ngành khoa học lâu đời Trong kỷ nguyên đại, mã hóa xây dựng dựa lý thuyết tóan học phức tạp số nguyên tố, định lý fermat, hay gần dựa vào đường elip, lượng tử (Quantum)… Cùng với phát triển vượt bật tốc độ tính toán, thuật tóan mã hóa ngày phải cải tiến để chóng lại việc bẻ khóa thuật tóan tìm kiếm exhaustive Trong suốt trình liên lạc, thông tin cần phải mã hóa cho có thực thể liên lạc với giải mã thông tin thực thể trung gian đọc địa để chuyển thông tin Mã hóa tham gia vào trình thông nhiều mức độ khác nhau: sóng radio, thông tin góiIP,… Trong mạng viễn thông, nhiều giao thức nghiên cứu hình thành nhằm đáp ứng nhu cầu bảo mật liên lạc như: SSL/TLS, IPsec, VPN, Radius/Diameter, EAP….Mỗi công nghệ mạng di động có chế bảo mật riêng Một số vần đề bảo mật mạng làm để thực trình xác thực (authentication identification) thực thể mạng nhanh, giảm khối lượng thông tin trao đổi (overhead) thực thể, giải toán bảo mật mạng hội tụ…   .. .Tổng quan lĩnh vực viễn thông – Phần Nguồn : blogthongtin.info  Mục đích phần viết nhằm giới thiệu cách tiếp cận lĩnh vực khác viễn thông dựa vào mô hình viễn thông viết trước... tiên, cốt lõi viễn thông truyền thông tin Thông tin phần quan trọng thiếu Thông tin viễn thông có nhiều dạng khác nhau, tiếng nói, hình ảnh, video… Mỗi thông tin có thuộc tính khác Thông tin tồn... lĩnh vực điện tử (vi mạch xử lý, FPGA, ASIC…)     Tổng quan lĩnh vực viễn thông (phần 2) Nguồn : blogthongtin.info  d Mạng viễn thông Thông thường, thông tin trao đổi hai thực thể (source sink) truyền