TÀI LIỆU về MẠNG 5g

cấu trúc mạng di động 5G (Thế hệ mạng di động thứ 5 hoặc hệ thống không dây thứ 5) là thế hệ tiếp theo của công nghệ truyền thông di động sau thế hệ 4G Theo các nhà phát minh, mạng 5G sẽ có tốc độ nhanh hơn khoảng 100 lần so với mạng 4G hiện nay, giúp mở ra nhiều khả năng mới và hấp dẫn. Lúc đó, xe tự lái có thể đưa ra những quyết định quan trọng tùy theo thời gian và hoàn cảnh. Tính năng chat video sẽ có hình ảnh mượt mà và trôi chảy hơn, làm cho chúng ta cảm thấy như đang ở trong cùng một mạng nội bộ.Các cơ quan chức năng trong thành phố có thể theo dõi tình trạng tắc nghẽn giao thông, mức độ ô nhiễm và nhu cầu tại các bãi đậu xe, do đó có thể gửi những thông tin này đến những chiếc xe thông minh của mọi người dân theo thời gian thực.

TÀI LIỆU VỀ MẠNG 5G I) SƠ LƯỢC VỀ 5G  5G (Thế hệ mạng di động thứ hệ thống không dây thứ 5) hệ công nghệ truyền thông di động sau hệ 4G Theo nhà phát minh, mạng 5G có tốc độ nhanh khoảng 100 lần so với mạng 4G nay, giúp mở nhiều khả hấp dẫn Lúc đó, xe tự lái đưa định quan trọng tùy theo thời gian hồn cảnh Tính chat video có hình ảnh mượt mà trơi chảy hơn, làm cho cảm thấy mạng nội bộ.Các quan chức thành phố theo dõi tình trạng tắc nghẽn giao thông, mức độ ô nhiễm nhu cầu bãi đậu xe, gửi thơng tin đến xe thông minh người dân theo thời gian thực  Mạng 5G xem chìa khóa để vào giới Mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT), cảm biến yếu tố quan trọng để trích xuất liệu từ đối tượng từ môi trường Hàng tỷ cảm biến tích hợp vào thiết bị gia dụng, hệ thống an ninh, thiết bị theo dõi sức khỏe, khóa cửa, xe thiết bị đeo Tuy nhiên, để cung cấp 5G, nhà mạng cần phải tăng cường hạ tầng sở mạng lưới (gọi trạm gốc) Họ bắt đầu cách khai thác dải phổ trống Sóng tín hiệu với tần số đo MHz nâng cao lên thành GHz hay chí nhanh Tần số giao tiếp điện thoại mức GHz mạng 5G yêu cầu băng tần cao Mạng 5G tung vào năm 2020 để đáp ứng nhu cầu kinh doanh người tiêu dùng  Bối cảnh 5G  Kể từ hệ thống 1G Nordic Mobile Telephone giới thiệu lần vào năm 1981, khoảng 10 năm lại xuất hệ điện thoại di động Các hệ thống 2G bắt đầu tung vào năm 1991, hệ thống 3G xuất lần đầu vào năm 2001 hệ thống 4G hoàn toàn tuân thủ tiêu chuẩn "IMT nâng cao" chuẩn hóa vào năm 2012 Sự phát triển hệ thống tiêu chuẩn mạng 2G (GSM) 3G (IMT-2000 UMTS) khoảng 10 năm kể từ dự án R & D thức bắt đầu, trình phát triển hệ thống 4G năm 2001 2002 Các công nghệ làm tiền đề cho hệ thường giới thiệu thị trường từ vài năm trước đó, ví dụ hệ thống CdmaOne/IS95 Mỹ vào năm 1995 xem tiền đề cho 3G, hệ thống Mobile WiMAX Hàn Quốc năm 2006 xem tiền đề cho 4G, hệ thống thử nghiệm cho LTE Scandinavia năm 2009 Từ tháng năm 2008, Machine-to-Machine Intelligence (M2Mi) Corp - tổ hợp NASA Research Park - lãnh đạo Geoff Brown - bắt đầu phát triển công nghệ thông tin liên lạc 5G  Các hệ điện thoại di động thường dựa yêu cầu tiêu chuẩn di động khơng-tương-thích-ngược - theo ITU-R, IMT-2000 cho 3G IMT-Advanced cho 4G Song song với phát triển hệ điện thoại di động ITU-R, IEEE quan tiêu chuẩn hóa khác phát triển công nghệ truyền thông không dây, thường cho tốc độ liệu cao tần số cao hơn, phạm vi truyền ngắn Các tiêu chuẩn gigabit IEEE IEEE 802.11ac, đưa vào thương mại từ năm 2013, gần tiếp nối tiêu chuẩn đa gigabit khác WiGig hay IEEE 802.11ad  Trong báo cáo Ericsson Mobility Report công bố tháng 6/2014, Ericsson dự đoán tới năm 2019, tỷ lệ thuê bao 4G LTE Bắc Mỹ chiếm tới 85% khu vực ứng dụng 5G Nhật Bản Hàn Quốc dự kiến quốc gia sớm triển khai 5G NTT DOCOMO SK Telecom quan tâm đến công nghệ  Seizo Onoe, Phó chủ tịch điều hành kiêm Giám đốc kỹ thuật NTT DOCOMO tin rằng: "5G hứa hẹn mang tới tính quan trọng hỗ trợ ứng dụng, mang lại lợi ích cho người dùng ngành công nghiệp Thành công Ericsson chứng tỏ tiềm thực tế công nghệ truy cập vô tuyến 5G giai đoạn đầu tiên"  Theo Sathya Atreyam, chuyên gia IDC, chưa có chuẩn thức cho 5G, 5G đạt bước tiến vượt bậc từ tầm nhìn cơng nghệ trở thành yếu tố quan trọng chiến lược phát triển mạng lưới kinh doanh nhà khai thác viễn thông Với tốc độ nhanh hơn, giảm độ trễ hiệu suất hoạt động cao khu vực mật độ cao, 5G mang đến trải nghiệm tiên tiến cho người dùng, đồng thời thúc đẩy phát triển ứng dụng M2M phục vụ người tiêu dùng 1) Mạng di động 5G: thách thức an tồn thơng tin  Cơng nghệ mạng 5G hứa hẹn mang đến cho người dùng trải nghiệm chưa có chất lượng cao đa dạng loại hình dịch vụ thơng tin di động, giới kết nối vạn vật (IoT) Để đáp ứng yêu cầu trên, thách thức vấn đề ATTT mà mạng 5G phải đối mặt không nhỏ Bài báo giới thiệu kiến trúc đề xuất phân tích khó khăn bảo mật mà mạng 5G phải đối mặt *) Kiến trúc mạng 5G đề xuất  Công nghệ mạng 4G LTE/LTE-A triển khai rộng khắp toàn giới, nhiên chưa đủ đáp ứng nhu cầu thơng tin giải trí với chất lượng ngày cao người dùng Chất lượng tín hiệu bị suy giảm rõ rệt, chí kết nối khu vực có mật độ cao người sử dụng (sân vận động, lễ hội, bến xe, ) hay di chuyển phương tiện giao thông tốc độ cao (tàu điện, tàu hỏa) Hơn nữa,      mạng 4G không hỗ trợ công nghệ truy nhập vơ tuyến đa dạng nay, để đáp ứng yêu cầu IoT Do đó, Liên minh viễn thông quốc tế ITU định nghĩa mạng thông tin di động hệ với tên gọi IMT-2020 (hay ngắn gọn 5G), dự kiến tiêu chuẩn hóa vào năm 2018 triển khai dịch vụ từ năm 2020 Để đạt yêu cầu khắt khe đó, mạng 5G cần áp dụng đồng bộ, tổng thể công nghệ tiên tiến mặt Kiến trúc mạng 5G đề xuất sở giải pháp mạng khơng đồng HetNet (Hình vẽ) Trong đó, phần mạng lõi phân chia thành lớp riêng biệt: Lớp truyền tải, lớp điều khiển lớp quản lý Lớp truyền tải ứng dụng công nghệ ảo hóa định nghĩa phần mềm SDN/NFV Lớp điều khiển gồm chức kiểm soát việc cấp phát, chuyển giao tài nguyên vô tuyến SDRN; Điều khiển, giám sát truy cập liệu công nghệ điện tốn đám mây; Điều khiển ảo hóa hạ tầng thiết bị mạng Lớp quản lý đảm nhận chức logic quản lý di động, quản lý thuê bao, quản lý sách,… tương đương thực thể chức mạng 4G hệ trước, kèm theo quản lý khả tự cấu trúc, tự khắc phục cố theo công nghệ mạng SON (Self Organizing Network) Lớp truy nhập hỗ trợ đa dạng kiến trúc, bao gồm: C-RAN (mạng truy nhập vô tuyến hợp tác, tập trung hóa), UDN (mạng mật độ siêu cao), WiFi, WiMAX, PLC (công nghệ truyền thông đường dây tải điện), VLC (công nghệ truyền thông ánh sáng khả kiến),… với công nghệ truy nhập vô tuyến di động như: massive MIMO, macro cell, small cell, truy cập đa công nghệ, sử dụng tần số cao, kỹ thuật chia sẻ phổ tần linh động Lớp đầu cuối không bao gồm điện thoại thông minh mà gồm mạng cảm biến khơng dây (WSN), truyền thơng trực tiếp thiết bị (D2D), máy móc (M2M) xe cộ (V2X),… theo xu hướng IoT Kiến trúc mạng 5G đề xuất phân tách tương đối rõ ràng lớp chức năng, thể tính hội tụ tương hỗ cao với đa dạng chuẩn cơng nghệ Tuy nhiên, điều dẫn đến việc rủi ro ATTT mà công nghệ 5G phải đối mặt phức tạp, có tính tích hợp tương tác cơng nghệ tích hợp *) Thách thức An tồn thơng tin  Mỗi lớp mạng kiến trúc mạng 5G phải đối mặt với nguy ATTT khác Việc phân tích rủi ro ATTT lớp mạng sở để xây dựng giải pháp bảo đảm phù hợp *) Lớp quản lý  Các thành phần mạng lớp quản lý chịu trách nhiệm thông tin cá nhân thuê bao, định trình thiết lập kết nối sách dịch vụ Thành phần quản lý SON chịu trách nhiệm cấu hình, thiết lập hạ tầng kiến trúc mạng Mặc dù thành phần khó bị công nằm mạng lõi hệ thống, bảo vệ chặt chẽ Tuy nhiên, tính chất quan trọng sống hệ thống nên mục tiêu công với tin tặc Mức độ ảnh hưởng công lớp đặc biệt nghiêm trọng, tác động toàn mạng *) Các rủi ro ATTT bao gồm:  Chiếm quyền điều khiển: Nhằm chiếm dụng toàn phần quyền quản lý thiết bị, thay đổi thông tin, sửa đổi sách dịch vụ, sửa cấu hình thiết bị mạng với ý đồ riêng, tạm dừng hoạt động hệ thống Loại hình cơng có tính chất nguy hiểm Một chiếm quyền điều khiển thiết bị, kẻ cơng dễ dàng thực cách thức công khác  Phá vỡ tính sẵn sàng hệ thống: Nhằm vắt kiệt tài nguyên thiết bị hệ thống, dẫn đến hệ thống khơng đủ lực hoạt động, đình trệ dịch vụ Các hình thức cơng DoS, DdoS,… công vào băng thông, giao thức, sử dụng gói tin bất thường, thơng qua proxy, khai thác lỗ hổng hệ điều hành thiết bị mạng,  Lấy cắp thông tin: Nhằm lấy thông tin riêng tư người dùng bao gồm thông tin cá nhân, lịch sử gọi, tài khoản điện thoại, Lấy thông tin cấu hình, cách thức tổ chức thiết bị mạng nhằm phục vụ cho mục đích công Các phương pháp chủ yếu sử dụng khai thác lỗ hổng chiếm quyền kiểm soát hệ điều hành thiết bị mạng, chép giải mã bất hợp pháp thông tin log file, tin thông báo, *) Lớp điều khiển  Thành phần lớp điều khiển quản lý hoạt động thiết bị hạ tầng tài nguyên hệ thống, bao gồm tài nguyên vô tuyến, lực chuyển mạch truy xuất liệu nội dung Tương tự lớp quản lý, lớp điều khiển trọng bảo mật nên khó bị cơng Tuy nhiên, bị cơng, mức độ ảnh hưởng tác động phạm vi toàn hệ thống Các rủi ro bao gồm:  Chiếm quyền điều khiển: Thay đổi thông tin sách cấu hình, phân bổ tài ngun mạng tạm dừng hoạt động thiết bị Cho phép thiết bị bất hợp pháp thiết lập kết nối vào hạ tầng mạng để mở đường cho bước công tiếp theo, hủy hoại, chép tài nguyên liệu nội dung nhà mạng  Phá vỡ tính sẵn sàng hệ thống: Mục đích nhằm làm gián đoạn việc điều khiển cấp phát tài nguyên vô tuyến chuyển mạch gây ảnh hưởng đến chất lượng tính ổn định dịch vụ khách hàng, gây khó khăn việc truy xuất *) Lớp truyền tải  Các thiết bị lớp truyền tải chịu trách nhiệm trực tiếp việc chuyển giao kết nối thông tin cho thuê bao Phạm vi chịu ảnh hưởng thiết bị lớp bị công mang tính cục Các rủi ro ATTT bao gồm công từ chối dịch vụ chiếm quyền điều khiển Mục đích đối tượng cơng nhằm gây suy giảm lực thiết bị; Điều khiển chuyển tiếp, chép liệu thuê bao theo hướng khác đánh cắp thông tin *) Lớp truy nhập  Trong kiến trúc mạng 5G, tính đa dạng công nghệ truy nhập hỗ trợ, nên ngồi rủi ro truyền thống giao diện vơ tuyến thơng thường, mạng 5G chịu tác động mang tính “cộng hưởng” nhiều nguy khác đến từ đa dạng loại hình cơng nghệ kết nối Phạm vi ảnh hưởng nhỏ, tác động đến dịch vụ liệu một nhóm người ung định Tuy nhiên, giao diện vô tuyến ungg tiện thường kẻ cơng lợi dụng truy cập hệ thống, công lớp cao Một số nguy an toàn như: Phá ung:  Kẻ cơng sử dụng nhiều nguồn phát ung bên làm nhiễu kênh vô tuyến, cản trở thuê bao kết nối vào mạng  Truy nhập bất hợp pháp: Lợi dụng điểm yếu kỹ thuật xác thực, kẻ cơng giả mạo danh người ung hợp pháp, chiếm quyền truy nhập hệ thống Thông thường, việc truy nhập bất hợp pháp vào mạng di động không dễ dàng Tuy nhiên, mạng 5G cho phép thiết bị đầu cuối kết nối thông qua WiFi, WiMAX, VLC,… có khả bảo mật khơng cao, làm tăng nguy an toàn truy nhập *) Nghe thông tin:  Từ phiên nâng cấp mạng 2G, vấn đề khắc phục Tuy nhiên, kết nối qua cơng nghệ truy nhập khác, nguy rò rỉ thơng tin trở nên cao Tin tặc dò tìm tham số phục vụ cho việc giải mã liệu, theo dõi theo thời gian thực, lưu trữ lại thông tin *) Sao chép liệu:  Tin tặc thực chặn bắt toàn liệu, bao gồm liệu mã hóa phạm vi dò tìm Dữ liệu lưu trữ ngoại tuyến để giải mã Cùng với trợ giúp siêu máy tính, q trình giải mã liệu rút ngắn đáng kể Giống rủi ro kể trên, công nghệ truy cập WiFi, WiMAX, VLC chưa đủ mạnh để đảm bảo vấn đề *) Lớp đầu cuối  Lớp đầu cuối đánh giá có mức an tồn thấp kiến trúc mạng 5G Khi bị công, phạm vi ảnh hưởng lớp tác động đến chất lượng dịch vụ, liệu thông tin người sử dụng Các rủi ro đến từ thiết bị đầu cuối bao gồm:  Khơng thực quy trình an tồn: Người dùng thông thường bỏ qua việc tuân thủ số sách an tồn như: thực thao tác cài đặt, sử dụng giao thức phần mềm bảo mật Các yêu cầu xác thực chiều, mã hóa liệu truyền tải, sử dụng phần mềm dành riêng cho giao dịch điện tử không coi trọng mức  Sử dụng Hệ điều hành phần mềm không nguyên tắc: Hệ điều hành thường bị sửa đổi (root, jailbreak,…), cài đặt phần mềm không nguồn gốc, không sử dụng phần mềm bảo mật điện thoại, khơng kích hoạt cập nhật tự động,… ngun nhân dẫn đến thiết bị nhiễm phần mềm độc hại, bị theo dõi, đánh cắp liệu tài khoản người dùng  Sử dụng mơ hình kết nối khơng an tồn: Thường kết nối ngang hàng khơng trọng tính bảo mật Mạng 5G cho phép sử dụng kết nối trực tiếp (D2D, M2M, V2X) kết nối chuyển tiếp (WSN) để chia sẻ thông tin thiết bị Cho đến nay, ATTT nội dung lớn nghiên cứu mơ hình kết nối  Năng lực thiết bị hạn chế: Với thiết bị kết nối mạng theo xu hướng IoT, hầu hết có cấu hình phần cứng phần mềm hạn chế Các điểm kết nối phần lớn không đủ lực để áp dụng kỹ thuật bảo mật tiên tiến nhằm đảm bảo an toàn cho thiết bị Kết luận Loài người bước vào kỷ nguyên Internet, công nghệ mạng 5G kỳ vọng giúp thực hóa điều cách nhanh chóng Người dùng trải nghiệm dịch vụ chất lượng cao, kiểm soát tốt sống Tuy vậy, thách thức ATTT mà mạng di động 5G phải đối mặt không nhỏ Tuy nhiên, thời điểm công nghệ 5G đạt đến độ chín muồi, thời gian dài để nhà khoa học nghiên cứu đưa phương án bảo vệ ATTT tối ưu cho hệ thống II) Nền tảng công nghệ 5G Mạng Intertnet di động hệ thứ năm mong đợi tảng World Wide Wireless Web (wwww) hoàn hảo để kết nối nơi trái đất Một giới kết nối không dây thực sự, nơi truy cập Internet xun suốt mà khơng gặp phải rào cản, giới hạn mặt không gian thời gian Về chất, mạng 5G phát triển dựa tảng 4G mức độ cao Mạng 5G hỗ trợ LAS-CDMA (Large Area Synchronized Code Division Multiple Access), UWB (Ultra Wideband), Network-LMDS (Local Multipoint Distribution Service), Ipv6 BDMA (Beam Division Multiple Access) Với hỗ trợ đa dạng tảng, người dùng kết nối lúc với nhiều thiết bị qua mạng không dây dễ dàng chuyển đổi qua lại cách nhanh chóng mà khơng gặp phải trở ngại Các thiết bị sử dụng mạng di động khác 2,5G, 3G, 4G 5G, Wi-Fi, WPAN công nghệ truy cập khác xuất tương lai Như đề cập trên, thời đại IoT (Internet of Things) dần ảnh hưởng đến sống người Các thiết bị đồng hồ thông minh, vòng đeo tay theo theo dõi sức khỏe, thiết bị cảm biến xe hơi, kính thơng minh cảm biến giám sát 24/7 thiết bị đòi hỏi tính tương tác cao thơng qua Internet để kết nối trì liên tục, liền mạch truyền tải khối lượng lớn liệu Lưu ý mạng 5G giai đoạn phát triển nên có nhiều đề xuất tranh luận lộ trình cách thức hoạt động Tuy nhiên, chắn điều khơng giống tiêu chuẩn truyền thông không dây trước đây, hệ mạng buộc phải giải vấn đề thách thức liên quan đến công nghệ nhiều Nếu 4G tập trung vào việc cải thiện khả tốc độ kết nối 5G bao gồm tất điều bổ sung thêm nhân tố quan trọng trí thơng minh Những thách thức 5G gặp phải Theo dự kiến, công nghệ mạng 5G mắt vào năm 2020, giới quan sát chưa thấy dự án thức để phát triển mạng 5G mang tầm vóc quốc tế khởi động ngồi số dự án riêng lẻ tập đồn cơng nghệ tự nghiên cứu Điển hình Samsung vừa kết hợp với trường đại học New York để tự tìm hướng riêng Huawei cho biết đầu tư khoảng 600 triệu USD cho hoạt động nghiên cứu phát triển (R&D) công nghệ 5G đến năm 2018 tham gia vào số dự án nghiên cứu công nghệ 5G EU phối hợp xây dựng Trung tâm Sáng tạo 5G (5G Innovation Center - 5GIC) Anh quốc nhằm xây dựng hệ thống tiêu chuẩn thống cho mạng 5G phạm vi tồn cầu Cơng nghệ 5G vòng nghiên cứu nhà khoa học tìm kiếm giải pháp thích hợp Theo Osseiran, nhà nghiên cứu cao cấp Ericsson kiêm điều phối viên dự án METIS thành lập trường đại học phối hợp cơng ty tài châu Âu để tìm giải pháp tối ưu cho mạng 5G) METIS cho biết xem xét công nghệ khác nhau, bao gồm kỹ thuật điều chế mã hóa liệu mới, quản lý can thiệp tốt hơn, mạng lưới liên lạc nhiều chặng (multi-hop) thiết kế thiết bị truyền nhận liệu tiên tiến Osseiran mạnh đặc thù mạng 5G sử dụng kết hợp nhiều hệ thống khác cơng nghệ sóng milimeter Samsung phần nhỏ Những lợi ích mạng 5G mang lại lớn Mặc dù vậy, số vấn đề cần phải giải trước cơng nghệ 5G trở thành thực Đó sẵn sàng băng tần thách thức mặt công nghệ, chẳng hạn làm để tạo kiến trúc mạng gia tăng lượng liệu truyền tải cao tốc độ truyền tải liệu cần thiết để chứa nhiều người dùng hệ thống mạng Theo thống kê, từ đến năm 2020 số lượng thiết bị thơng minh tăng nhanh cách chóng mặt, có đến 50 tỷ thiết bị kết nối với mạng di động Với tăng trưởng nhanh chóng vậy, đồng nghĩa với lượng liệu cần chia cao gấp 1.000 lần tốc độ truyền tải nhanh từ 10 đến 100 lần tốc độ mạng Bên cạnh đó, việc hỗ trợ đa dạng nhiều tảng thiết bị, dịch vụ ứng dụng sử dụng băng tần khác thách thức chờ đón 5G Mạng di động tương lai trở thành mạng “Internet” khơng kết nối người với người mà người với máy móc, thiết bị Vì chúng cần phải đáp ứng yếu tố quan trọng QoS (Quality of Service), tính bảo mật độ tin cậy Để trở thành thực, công nghệ 5G cần có khả đáp ứng tốc độ truyền tải vào khoảng 10 Gb/giây, tương tự mạng cáp quang xử lý hết nội dung đa phương tiện truyền thông ảo với độ phân giải siêu nét Để hỗ trợ ứng dụng thực tế ảo video độ phân giải siêu nét, tốc độ truyền liệu buộc phải đạt mức tối thiểu Gb/giây cao Bên cạnh đó, dịch vụ đám mây di động lại đòi hỏi tốc độ truy suất cao lên đến 10 Gb/giây Ngồi băng thơng cực lớn, tương tự mạng cáp quang nay, thời gian đáp ứng độ trễ mạng 5G phải ln mức thấp với đơn vị tính nhỏ mms (mili giây) đạt yêu cầu hỗ trợ thiết bị di động thời gian thực, ứng dụng thiết bị liên lạc phương tiện với Mạng 5G hỗ trợ cơng nghệ truy cập sóng radio khác nhau, để đảm bảo dịch vụ thơng suốt thời gian lần chuyển mạch không vượt 10 mms Với 50 tỷ thiết bị IoT xuất thị trường vào năm 2020, tương ứng với số lượng người dùng kết nối vào mạng di động đồng nghĩa với hàng tỷ hay chí hàng trăm tỷ ứng dụng kích hoạt ln trạng thái hoạt động (always-on) rõ ràng với băng thơng đáp ứng Tương lai công nghệ 5G Theo dự kiến, công nghệ mạng 5G mắt vào năm 2020, giới quan sát chưa thấy dự án thức để phát triển mạng 5G mang tầm vóc quốc tế khởi động ngồi số dự án riêng lẻ tập đồn cơng nghệ tự nghiên cứu Điển hình Samsung vừa kết hợp với trường đại học New York để tự tìm hướng riêng Huawei cho biết đầu tư khoảng 600 triệu USD cho hoạt động nghiên cứu phát triển (R&D) công nghệ 5G đến năm 2018 tham gia vào số dự án nghiên cứu công nghệ 5G EU phối hợp xây dựng Trung tâm Sáng tạo 5G (5G Innovation Center - 5GIC) Anh quốc nhằm xây dựng hệ thống tiêu chuẩn thống cho mạng 5G phạm vi tồn cầu Cơng nghệ 5G vòng nghiên cứu nhà khoa học tìm kiếm giải pháp thích hợp Theo Osseiran, nhà nghiên cứu cao cấp Ericsson kiêm điều phối viên dự án METIS thành lập trường đại học phối hợp cơng ty tài châu Âu để tìm giải pháp tối ưu cho mạng 5G) METIS cho biết xem xét công nghệ khác nhau, bao gồm kỹ thuật điều chế mã hóa liệu mới, quản lý can thiệp tốt hơn, mạng lưới liên lạc nhiều chặng (multi-hop) thiết kế thiết bị truyền nhận liệu tiên tiến Osseiran mạnh đặc thù mạng 5G sử dụng kết hợp nhiều hệ thống khác cơng nghệ sóng milimeter Samsung phần nhỏ Các đặc tính cơng nghệ mạng 5G Như giới thiệu trước, mạng 5G đời với mục tiêu đáp ứng yêu cầu vô khắt khe kết nối truyền dẫn với tham số kỹ thuật vô ấn tượng, mà 5G đặc trưng việc sử dụng loạt công nghệ đại như: Massive MIMO, trạm gốc thông minh, truyền tải RAN sóng mm, dạng sóng mới, truyền dẫn khơng trực giao, truy nhập phổ tần chia sẻ, phối hợp liên node nâng cao, truyền tải đồng thời thu nhận, tích hợp quản lý multi-RAT, truyền thông thiêt bị đến thiết bị (D2D), đường trục khơng dây tích hợp truy cập, mạng tính di động linh hoạt, nhận thức bối cảnh mạng, mạng di động nhỏ (SCNs)…Dưới phần mơ tả cụ thể số đặc tính cơng nghệ tiềm mạng 5G Massive MIMO Trạm gốc thông minh Massive MIMO công nghệ sử dụng mảng anten lớn với số lượng phần tử mảng lên tới hàng trăm phần tử anten với mục tiêu tăng dung lượng truyền dẫn cải thiện độ tăng ích anten lên nhiều lần Massive MIMO mở rộng khái niệm MU-MIMO cách gia tăng đáng kể số lượng anten triển khai trạm gốc để tăng số lượng người dùng phục vụ lúc khối tài nguyên tần số, thời gian, hiệu suất sử dụng phổ tăng từ đến 10 lần, với hàng trăm anten phụ vụ hàng chục người dùng thông lượng cao Hơn nữa, tiền mã hóa u cầu tín hiệu người dùng giảm để đơn giản việc tạo búp kết hợp Thách thức việc thu thập thơng tin kênh máy phát giải cách triển khai song công phân chia theo thời gian, mà phổ tần sử dụng cho đường xuống đường lên, đảm bảo kênh đường xuống gần giống với kênh đường lên tương đương với đường truyền đối xứng thơng tin quang Nhiều cấu hình khác cho anten MIMO sử dụng mơ tả hình từ hệ thống anten phân tán đến mảng hình trụ hay mảng phẳng Các cấu hình anten mảng cho việc triển khai massive MIMO Trạm gốc thông minh sử dụng massive MIMO Trên sở công nghệ massive MIMO, với việc điểu chỉnh pha biên độ tín hiệu phần tử anten mảng phần mềm (SDR) trạm gốc, kết hợp với đặc tính phổ hẹp sóng milimet (mmWave), ta tạo chùm sóng tập trung, tự động hướng chùm sóng tới thiết bị đầu cuối có kết nối, thiết lập cường độ tín hiệu dựa yêu cầu hồn cảnh mơi trường Kỹ thuật điều chùm sóng gọi beamforming Trạm gốc sử dụng kỹ thuật beamforming gọi trạm gốc thông minh nâng cao hiệu sử dụng phổ tần cải thiện hiệu suất hệ thống lên nhiều lần Kiến trúc trạm gốc thơng minh mơ tả hình Truyền thông thiết bị đến thiết bị (Devide to Devide – D2D) Truyền thông thiết bị đến thiết bị (D2D) cho phép giao tiếp trực tiếp thiết bị gần cách sử dụng liên kết tế bào ad-hoc, qua cải thiện việc sử dụng phổ tần, băng thông hệ thống lượng mạng Trong mạng 5G, số lượng thiết bị truy cập vào mạng vô lớn, điều dẫn đến nguy thắt cổ chai hệ thống trạm gốc không đáp ứng đủ yêu cầu kết nối khu vực mạng Với D2D, kết nối tới trạm gốc giảm thiểu đáng kể, đồng thời cho phép người dùng trải nghiệm lợi ích độ trễ truyền thông nhỏ hơn, tăng tốc độ liệu giảm tiêu thụ lượng khoảng cách truyền thông ngắn D2D cho phép tạo mô hình mạng phân cấp với đám mây di động cách tự động nhằm tối ưu hóa sử dụng lượng phổ tần hệ thống Với D2D, mạng di động 5G trở thành mạng cảm biến không dây WSN khổng lồ đa hình mơ tả đây, vừa cho phép liên lạc trực tuyến thời gian thực, vừa cho phép truyền tải liệu tốc độ cao, lại có khả cảm biến phản hồi hứa hẹn tạo giới Internet vạn vật IoT tiện lợi an toàn Trong trường hợp này, thiết bị tham gia vào mạng đóng vài trò nút cảm biến, chia sẻ kết nối thông tin Các nút khu vực điều khiển cấu hình thành đám mây di động tương đương với cụm WSN, nút thành viên cụm chia sẻ với vai trò làm nút chủ (Cloud Head – CH) hay nút chuyển tiếp (Relay Node) nhằm chuyển tiếp kết nối, lưu lượng đến trạm gốc nút khác Với thuật tốn thơng minh công nghệ, thiết bị mạng luôn sử dụng kết nối tốt Mơ hình truyền thông D2D mạng 5G Các kết nối từ một thiết bị đến thiết bị khác đến trạm gốc kết nối trực tiếp, kết nối chuyển tiếp đa chặng với điểm chuyển tiếp thiết bị khác mạng Bằng cách này, D2D mang lại khả đảm bảo kết nối thành công với tỷ lệ cao đáng kể so với mạng truy nhập thông thường hình Trong kịch này, trạm gốc mạng bị cố ngừng hoạt động mạng truy nhập thơng thường khơng có D2D, nút nằm vùng phủ sóng trạm gốc bị kết nối tới mạng khơng thể liên lạc ngồi khơng có công nghệ mạng khác khả dụng Với mạng truy nhập sử dụng D2D, trường hợp này, đám mây di động hình thành tiếp tục hoạt ộng giao tiếp liên đám mây nội đám mây với nhau, nút giữ vai trò CH thực nhiệm vụ dò tìm kết nối tới nút nằm vùng phủ khả dụng, nút có kết nối tới trạm gốc hoạt động gần thiết lập kết nối, khơi phục liên lạc Mơ hình truyền thơng D2D với trạm gốc bị cố Nhận thức bối cảnh mạng Các mạng cung cấp tài nguyên để phục vụ cho loạt thiết bị ứng dụng cách phù hợp mà không cần thông tin bối cảnh Nhận thức bối cảnh cho phép mạng thích ứng với nhu cầu ứng dụng khn khổ sách điều hành hạn chế Thêm vào đó, khả mạng thiết bị người dùng nhận thức bối cảnh (ví dụ: vị trí, mơ hình truyền thống dựa nghiên cứu lịch sử, sở thích th bao) giúp nâng cao kinh nghiệm người dùng Khả cho phép khái niệm Internet đến với người sử dụng với thơng tin có liên quan kịp thời người dùng phải vào Internet để lấy thơng tin có liên quan kịp thời người dùng phải vào Internet để lấy thơng tin sau để lọc phần thông tin không liên quan Nhận thức bối cảnh bao gồm điều sau đây: Phân tích mạng: bao gồm lựa chọn RATs, lớp mạng (macrocell, smallcell, Wi-Fi), mức độ tắc nghẽn, khả đặc tính hoạt động Phân tích thuê bao: bao gồm thuộc tính thuê bao, mức độ hoạt động, trạng thái quản lý, phân tích kinh nghiệm, hoạt động thuê bao lịch sử, lịch sử vị trí, vị trí tại, địa liên lạc thuê bao, vị trí bối cảnh (ví dụ, cơng việc, gia đình) ứng dụng sử dụng Các thuộc tính thiết bị khả năng: bao gồm thông tin thiết bị đơn chức thiết bị đa chức năng, thiết bị hỗ trợ cho ứng dụng chuyên ngành, MTC, thiết bị thuê bao khả tối ưu hóa mạng Yêu cầu ứng dụng: bao gồm yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS (ví dụ, độ trễ, thơng lượng, thời gian chờ), độ tin cậy kết nối, giá truy cập, tiêu thụ lượng mức độ bảo mật Các thuê bao ưu tiên: bao gồm tùy chọn truy cập ưu tiên, tiết kiệm điện so với hiệu suất chi phí truy cập Các sách điều hành đăng ký bối cảnh: bao gồm dịch vụ cho phép, thuộc tính dịch vụ QoS Thơng tin bối cảnh thu thập từ thiết bị giám sát, phần tử mạng, sở liệu phân tích tảng Nó xử lý hệ thống mạng Thuộc tính dịch vụ truy cập bao gồm chi phí, độ tin cậy, điện tiêu thụ, mức độ bảo mật, QoS tính di động Thuộc tính dịch vụ truy cập ánh xạ tới đặc tính cấu hình 5G gán mạng Kiến trúc nhỏ (Small cell network – SCN) Sự xuất dịch vụ 5G dẫn đến yêu cầu nghiêm ngặt tốc độ bit diện tích phủ sóng mà mạng khơng dây hệ dự kiến cung cấp Xu hướng tăng thúc giục nhà khai thác mạng di động xem xét cách thức để cải thiện vùng phủ sóng, thúc đẩy lực mạng lưới, làm giảm vốn kinh phí hoạt động mạng di động Một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để giải vấn đề thông qua việc triển khai kiến trúc ô nhỏ (SCNs), với trạm phát sóng phủ sóng quy mơ nhà hay khu phố diện tích vừa phải, cơng suất thấp Việc sử dụng SCNs cho phép mạng 5G hệ cung cấp tốc độ liệu cao, cho phép giảm tải lưu lượng truy cập từ ô lớn (macrocell) cung cấp dung lượng dành riêng cho gia đình, doanh nghiệp điểm nóng thị SCNs bao gồm loạt rộng rãi ô nhỏ, chẳng hạn microcell, picocell tế bào femtocell chuyển tiếp không dây tiên tiến anten phân tán triển khai thực tế nơi Việc sử dụng kiến trúc ô nhỏ cho phép mạng trở thành mạng mơ hình phân cấp với hai hay nhiều lớp thứ cấp bao phủ ô lớn Kiến trúc giúp mạng sử dụng phổ tần hiệu hơn, giảm đáng kể kết nối tập trung vào trạm gốc Do khoảng cách từ người dùng đến trạm gốc nhỏ tương đương nên tốc độ liệu tới người dùng ví trí phân bố hơn, điều thấy mơ hình phân bố lưu lượng Phân bố lưu lượng toàn mạng 5G Truy nhập phổ tần chia sẻ Ủy ban truyền thông liên bang (FCC) tích cực nỗ lực tạo phổ tần cho truyền thông di động FCC 2010 National Broadband Plan bao gồm phổ tần từ 1.2GHz đến 1.7 GHz yêu cầu để đáp ứng mở rộng lưu lượng số liệu vô tuyến FCC theo đuổi truy nhập phổ tần chia sẻ cách để giải phóng phổ tần Người dùng thứ cấp phép sử dụng phổ tần mà người dùng khách hàng đặc thù khơng sử dụng phổ tần vị trí địa lý xác định thời điểm xác định FCC công khai thông báo đề xuất cho phổ tần ba tầng băng tần 3.5GHz: khách hàng đặc thù, bảo vệ truy nhập chứng thực chung Một máy chủ truy nhập quản lý phân chia phổ thần tầng Một số yêu cầu cần thiết cho mạng di động để sử dụng phổ tần chia sẻ: RAN phải có khả giao tiếp với SAS để yêu cầu nhận phân chia phổ tần, để cung cấp cho SAS thông tin nhận biết phổ tần từ trạm gốc Trạm gốc phải có phổ nhanh khả nhận biết phổ tần Nhận biết phổ tần nghĩa giám sát kênh tần số cho việc sử dụng người dùng Với phổ tần nhanh, người dùng phục vụ kênh chuyển sang kênh sau đó, để bảo vệ khách hàng đặc thù, dừng phát kênh SAS yêu cầu Điều đạt với vơ tuyến thích ứng băng rộng Sự chuyển dời thiết kế theo cách mà người sử dụng không thấy hồn thành thơng qua kích kết hợp kênh để số kênh bị chặn tạm thời, truyền thơng tiếp tục kênh lại Mạng ảo hóa tập trung Điện toán đàn hồi lưu trữ trung tâm liệu mở nhu cầu cho cho phép xác định mạng phần mềm (Software Defined Networks – SDN) SDN cấu trúc mới, thiết kế cho phép hệ thống mạng trở nên linh động có hiệu chi phí SDN khái niệm mang tính lý thuyết, mặt chất, SDN tách riêng mặt phẳng điều khiển phân tán từ mặt phẳng chuyển tiếp đưa chức mặt phẳng điều khiển vào mặt phẳng điều khiển tập trung Mặt phẳng điều khiển mặt phẳng chuyển tiếp hai dạng tiến trình mà thiết bị mạng thực Ví dụ, cấu trúc mạng truyền thống, ta truy cập vào router, trực tác vụ cấu hình giao thức gateway hoạt động thực thiết bị (trên mặt phẳng điều khiển mặt phẳng chuyển tiếp router), nút network hoạt động cách độc lập dựa cấu hình nội nút Điều có nghĩa, cho dù cấu trúc mạng có linh động, hiệu kết tác vụ hoạt động mạng phải phụ thuộc vào cấu hình nút Nếu số lượng nút nhiều (1000, 10000 nút) đồng nghĩa nhà vận hành mạng phải quản lý toàn (1000, 10000) mặt phẳng điều khiển Mơ hình lớp SDN Các ứng dụng SDN 5G mở rộng ngồi kiểm sốt nguồn tài nguyên truyền tải bao gồm khung sách mạng khơng dây Nói rộng hơn, khung SDN áp dụng cho chức điều khiển khơng dây ví dụ như: quản lý di động, an ninh, sạc pin tối ưu hóa ứng dụng Kiến trúc SDN Mạng chức ảo hóa (Network Function Virtualization – NFV) trừu tượng hóa nhiều thiết bị mạng router gateway, cho phép di chuyển chức mạng từ thiết bị phần cứng chuyên dụng tới máy chủ chung Với NFV, phần lớn thông tin đưa lên phận quản lý (hệ thống máy chủ,…), phần cứng chuyên dụng hoạt động với phần mềm chạy phần cứng đa Kết giải pháp sở hạ tầng thơng tin ảo hóa hồn tồn, bao gồm máy chủ ảo, hệ thống lưu trữ mạng, làm đơn giản hoá việc triển khai quản lý cho nhà cung cấp dịch vụ mạng viễn thông Ki ến trúc NFV NFV SDN cách mạng hóa hệ hạ tầng mạng Cùng với nhau, chúng tăng thêm tính linh hoạt, khả mở rộng, thông minh tái sử dụng cho hầu hết khía cạnh hệ thống mạng Tính di động linh hoạt Tính di động linh hoạt cho phép tự động cấu hình tạm thời cho thiết bị theo ngữ cảnh, cấu hình cố định cho thiết bị chuyên biệt Tính di động linh hoạt bao gồm hai thành phần: Quản lý tính di động thiết bị hoạt động Theo dõi đưa thiết bị có hỗ trợ chế độ chờ để tiết kiệm điện Chế độ chờ liên quan đến việc theo dõi vị trí thiết bị “chế độ ngủ” Hoạt động di động đề cập đến việc xác lập IP tin cậy, nơi điểm cuối đường hầm cập nhật UE di chuyển trạm gốc để phiên IP trì liên tục Cung cấp loạt tùy chọn di động khơng có 4G nay, cho phép đáp ứng tốt nhu cầu thiết bị, ứng dụng tài nguyên mạng Điều có lợi cho mạng người dùng Với chế độ “tính di động hoạt động”, mã “anchor” gán cho số yếu tố mạng, chẳng hạn router trạm gốc, tập hợp router, router biên , trường hợp “tính di động khơng hoạt động”, yếu tố mạng gán mã “no anchor” Một thiết bị điện thoại thơng minh hoạt động đa chế độ cho ứng dụng khác Tính di động linh hoạt kích hoạt hai công nghệ quan trọng Đầu tiên nhận thức bối cảnh Các mạng cần thuộc tính thơng tin nhu cầu ứng dụng khả thiết bị để xác định mức độ phù hợp hoạt động chế độ nhàn rỗi di động để gán Cơng nghệ thứ hai kiểm sốt SDN đường dẫn truyền tải Chế độ “tính di động hoạt động” gán “anchor động” điểm trung tâm gần thiết bị Điều đòi hỏi phải có điều khiển nhận biết ngữ cảnh lập trình yếu tố truyền tải để thiết lập đường hầm nơi cần thiết chuyển tiếp lưu lượng phù hợp Đường trục vơ tuyến, tích hợp truy cập Ở nhiều nơi giới, tuyến đường trục vơ tuyến phần tổng danh mục vốn đầu tư mạng đường trục, đặc biệt khu vực dân cư, nơi mà giải pháp đường trục khác không kinh tế không khả thi mặt kỹ thuật Đường trục vô tuyến dựa công nghệ kết nối vô tuyến độc lập, sử dụng phương thức đường truyền tầm nhìn thằng (Line of Sight) Trong hệ thống thông tin di động trước đây, mạng đường trục vô tuyến thường sử dụng phổ tần 6GHz, điển hình công nghệ WiMax cố định Hiện nay, xu hướng giải phóng phổ tần chật hẹp (dưới 6GHz) khai thác sử dụng băng tần milimet (trên 30GHz) với ưu điểm đặc tính phổ hẹp, băng thông rộng quan tâm Gần đây, đường trục sử dụng phổ tần băng E (70-80GHz) bắt đầu triển khai cho tốc độ truyền dẫn lên đến 5Gbps Trong trường hợp đường trục tích hợp truy cập, người ta thấy việc truy cập kết nối đường trục hai kết nối giải pháp truy cập không dây tổng thể thống nhất: Cùng cơng nghệ truy nhập vơ tuyến sử dụng kết nối truy cập (BS – UE) kết nối đường trục Các kết nối đường trục truy cập dựa hốc phổ Điều khơng có nghĩa tần số sóng mang phải sử dụng hai đường kết nối lúc vị trí Quản lý tài ngun, tối ưu hóa QoS nhiệm vụ khác thực chung cho kết nối đường trục truy cập Mục đích tích hợp truy cập, đường trục để đạt hiệu sử dụng công nghệ, phổ cải thiện hiệu suất, chất lượng chung toàn kết nối đầu cuối – đầu cuối Sử dụng phổ tần milimet Ngành công nghiệp di động, trải qua bốn thập kỷ tồn tại, phụ thuộc hoàn toàn vào dải tần số biết đến tên gọi “sóng siêu cao tần” (ultrahigh frequency band) vốn có băng thơng vào khoảng 1% toàn dải tần phép sử dụng Các kỹ sư vô tuyến xem dải tần số khoảng từ 300 MHz đến GHz “thiên đường” cho công nghệ mạng di động dải tần có giá cấp phép vô đát (lên tới hàng chục tỷ USD) Bước sóng dải tần đủ ngắn để dùng anten nhỏ nằm gọn thiết bị cầm tay đủ dài để vòng qua xuyên qua vật cản nhà cửa cối Ngay phát cơng suất thấp, tín hiệu truyền cách đáng tin cậy khoảng cách xa hàng số môi trường nào, trung tâm thành phố hay cánh đồng cỏ xanh Tuy nhiên, cho dù cơng ty viễn thơng có sẵn lòng chi trả đến cho dải tần số này, họ khơng có đủ băng thông để dùng Việc sử dụng điện thoại thơng minh máy tính bảng gia tăng nhanh chóng, người sử dụng duyệt web, xem phim, chia sẻ ảnh di chuyển dẫn đến lượng liệu truyền tải qua sóng vơ tuyến trở nên nhiều hết Lưu lượng thơng tin di động tồn giới tăng gấp đôi sau năm, theo báo cáo từ Cisco Ericsson, việc gia tăng theo cấp số nhân tiếp diễn tương lai Đến năm 2020, người sử dụng thiết bị di động thông thường tải xuống khoảng TB liệu năm – tương đương với khoảng 1000 phim dài Các nhóm xây dựng tiêu chuẩn truyền thơng không dây làm đủ kiểu để tăng dung lượng cho mạng di động 4G theo chuẩn LTE ngày nay, bao gồm cách sử dụng nhiều anten, chia nhỏ thu phát sóng, phối hợp thiết bị cách thông minh Nhưng giải pháp chẳng thể giải gia tăng lưu lượng liệu sau bốn đến sáu năm Các chuyên gia lĩnh vực đồng ý công nghệ di động 5G phải có mặt vào cuối thập kỷ Và để triển khai mạng di động này, công ty viễn thông chắn cần đến dải tần Nhưng tìm đâu bây giờ? Rất may có dải tần cực rộng với tần số GHz mà trước không ý Chúng ta nói đến tần số có bước sóng khoảng milimet Theo định nghĩa Liên minh Viễn thơng Thế giới (ITU), dải tần số milimet, gọi dải tần số siêu siêu cao, dải tần số từ 30GHz đến 300 GHz Tuy nhiên, dùng thuật ngữ này, bao gồm phần lớn tần số nằm dải tần số siêu cao, khoảng từ 10 đến 30 GHz, tín hiệu tần số lan truyền với đặc tính tương tự tín hiệu milimet Các nhà nghiên cứu dự đoán nhà chức trách dành đến 100 GHz băng thơng dải tần cho thông tin di động – nghĩa 100 lần so với lượng băng thông mà mạng di động có ngày hơm Bằng cách khai thác dải tần này, công ty viễn thơng cung cấp cho người tiêu dùng dung lượng liệu lớn gấp hàng trăm lần so với 4G LTE cho phép tải liệu xuống với tốc độ hàng chục Gbps với mức giá thấp Về mặt lịch sử, công ty viễn thông không sử dụng dải tần milimet thiết bị thu phát sóng q tốn họ cho tần số việc truyền tín hiệu trạm thu phát thiết bị di động truyền thống không tốt Họ lo ngại tín hiệu milimet bị hấp thụ phân tán khơng khí, mưa, cối không xuyên vào bên nhà được.Nhưng lo ngại nhanh chóng biến Những kết nghiên cứu gần dần thuyết phục ngành thông tin di động xem xét lại dải tần rộng lớn chưa sử dụng Một số link cho bạn tham khảo thêm công nghệ 5G: https://www.google.com.vn/url? sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjTw PmdtbTSAhUGHZQKHTqrDcoQFggnMAM&url=https%3A%2F %2Fwww.qualcomm.com%2Fmedia%2Fdocuments%2Ffiles%2Fqualcomm-5gvision-presentation.pdf&usg=AFQjCNEiUSNnoJOnJIaLb1qB454TsDCjA&bvm=bv.148441817,d.dGc http://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_4Gto5G.html http://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_4Gto5G.html https://telecom-newsrf.blogspot.com/search?q=5g ... vấn đề ATTT mà mạng 5G phải đối mặt không nhỏ Bài báo giới thiệu kiến trúc đề xuất phân tích khó khăn bảo mật mà mạng 5G phải đối mặt *) Kiến trúc mạng 5G đề xuất  Công nghệ mạng 4G LTE/LTE-A... nhận liệu tiên tiến Osseiran mạnh đặc thù mạng 5G sử dụng kết hợp nhiều hệ thống khác cơng nghệ sóng milimeter Samsung phần nhỏ Các đặc tính cơng nghệ mạng 5G Như giới thiệu trước, mạng 5G đời... %2Fwww.qualcomm.com%2Fmedia%2Fdocuments%2Ffiles%2Fqualcomm-5gvision-presentation.pdf&usg=AFQjCNEiUSNnoJOnJIaLb1qB454TsDCjA&bvm=bv.148441817,d.dGc http://www.sharetechnote.com/html /5G/ 5G_4Gto5G.html http://www.sharetechnote.com/html /5G/ 5G_4Gto5G.html