bài tập lớn đề tài mạng 5g

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CƠ KHÍ NGÀNH CƠ KHÍ – CƠ ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN VẬT LÍ ĐỀ TÀI: MẠNG 5G Giáo viên hướng dẫn Lớp: L04 Thầy Trần Văn Tiến Nhóm: Năm học: 2018 - 2019 Báo cáo Bài tập lớnVật lí ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CƠ KHÍ NGÀNH CƠ KHÍ CƠ – ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN VẬT LÍ ĐỀ TÀI: Mạng 5G Giáo viên hướng dẫn Lớp: L04 Thầy Trần Văn Tiến Nhóm: Năm học: 2018 - 2019 Trang Báo cáo Bài tập lớnVật lí DANH SÁCH THÀNH VIÊN Lớp: L02 Nhóm: STT Họ tên MSSV Nguyễn Đình Hưng 1812494 Trương Trần Bảo Huyền 1812450 Tạ Việt Hoàng 1812290 Đinh Xuân Huy 1812345 Nguyễn Duy Khang 1812543 Trang Báo cáo Bài tập lớnVật lí Contents DANH SÁCH THÀNH VIÊN .1 DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH .5 Phần mở đầu: Phần nội dung: Khái niệm: .6 Bối cảnh: Đặc Điểm: Tiêu chuẩn: Cách thức hoạt động: .9 Ưu điểm nhược điểm: .10 6.1 Ưu điểm: 10 6.2 Nhược điểm: 11 So Sánh 5G 4G: 12 Triển vọng: 13 Các dự án nghiên cứu phát triển: 13 Trang Báo cáo Bài tập lớnVật lí DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1: tiêu chuẩn mạng……………………………………… trang Bảng 7.1: so sánh 5G 4G……………………………………….trang 12 Trang Báo cáo Bài tập lớnVật lí DANH MỤC HÌNH Hình 3.1: so sánh tốc độ mạng……………………………………………trang Hình 5.1………………………………………………………………… trang 10 Trang Báo cáo Bài tập lớnVật lí Phần mở đầu: Kể từ mạng 3G trở nên phổ biến đóng góp nhiều lợi ích vào sống đời thường nhật Ngồi việc giúp thơng tin liên lạc lành mạch đem lại nhiều dịch vụ giải trí ứng dụng công việc giám sát phương tiện giao thông, hỗ trợ dịch vụ trực tuyến xem video, tin nhắn thoại, hội nghị truyền hình, dịch vụ internet tốc độ cao Khơng dừng đó, số quốc gia phát triển đưa vào sử dụng công nghệ mạng 4G LTE có tốc độ cao chuẩn mạng 3G nhiều Mạng 4G hỗ trợ dịch vụ tương tự 3G có tốc độ tải xuống (download) lên đến 100 Mb/giây Thêm vào đó, mạng 4G có băng thơng rộng hỗ trợ chức quản lý chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service), ứng dụng truy cập mạng không băng tần rộng (Wireless roadband access), tin nhắn đa phương tiện MMS (Multimedia Messaging Service), truyền hình trực tuyến độ phân giải cao (HDTV), DVB (Digital Video Broadcasting) dịch vụ cần đến băng thơng rộng khác Ở khía cạnh khác, nhiều quốc gia giới chưa thức nâng cấp công nghệ 4G Tuy nhiên với phát triển mạnh mẽ thiết bị có khả nối mạng (IoT - Internet of Things) tăng trưởng số lượng thiết bị di động tương lai đặt tốn việc tìm kiếm tảng cơng nghệ di động đáp ứng nhu cầu Dự kiến đến năm 2020 có khoảng 50 tỷ thiết bị có khả nối mạng Đây tiền đề cho việc phát triển mạng công nghệ 5G Phần nội dung: Khái niệm: 5G viết tắt “5th Generation” (thế hệ mạng di động thứ hệ thống không dây thứ 5), hệ công nghệ truyền thông di động sau hệ 4G Bối cảnh: 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 Tổ chức mạng quốc tế ITU vừa công bố báo cáo cơng nghệ vơ tuyến IMT-2020, gọi 5G, công nghệ 5G Trang Báo cáo Bài tập lớnVật lí hồn thiện vào cuối năm 2017 Tuy nhiên, cần thêm khoảng thời gian để xuất đại trà quốc gia Đặc Điểm: Theo nhà phát minh, mạng 5G có tốc độ nhanh khoảng 100 lần so với mạng 4G nay, giúp mở nhiều khả hấp dẫn Hình 3.1: so sánh tốc độ mạng 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 Các quan chức thành phố theo dõi tình trạng tắc nghẽn giao thông, mức độ ô nhiễm nhu cầu bãi đậu xe, gửi thông 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 Tiêu chuẩn: Trang Báo cáo Bài tập lớnVật lí Các hệ thống 5G phù hợp với thông số kỹ thuật IMT-2020 dự kiến giúp tăng cường khả cho thiết bị mạng, kết hợp chặt chẽ với ứng dụng dự định mắt thời gian tới tham số sau khả IMT-2020 5G: Khả Mô tả Mục tiêu 5G Bối cảnh sử dụng Tốc độ Tốc độ liệu tối đa có 20 Gbit/s eMBB liệu đỉnh thể đạt Tốc độ Tốc độ liệu đạt Gbit/s eMBB liệu người toàn khu vực dùng phủ sóng Độ trễ Mạng vơ tuyến đóng góp ms URLLC 500 km/h eMBB/URLLC 106/km2 MMTC eMBB vào thời gian di chuyển gói Tính di động Tốc độ tối đa cho yêu cầu bàn giao QoS Mật độ kết Tổng số thiết bị nối đơn vị diện tích Hiệu Dữ liệu gửi/nhận Tương đương với lượng đơn vị tiêu thụ 4G lượng (theo thiết bị mạng) Hiệu suất Thông lượng phổ đơn vị băng thông không dây tế bào mạng (network cell) Trang 3–4x 4G eMBB Báo cáo Bài tập lớnVật lí Tổng lưu Tổng lưu lượng tồn lượng truy khu vực phủ sóng 1000 (Mbit/s)/m2 eMBB cập Bảng 4.1: tiêu chuẩn mạng 5g Cách thức hoạt động: Mạng di động 5G sử dụng sóng milimét (Millimetre wave) Sóng milimét đại diện cho phổ tín hiệu RF tần số 20GHz 300GHz với bước sóng từ 1~15mm, xét khía cạnh mạng vơ tuyến thiết bị thơng tin, tên gọi sóng milimét tương ứng với dải tần 24GHz, 38GHz, 60GHz Và gần đây, dải tần 70GHz, 80 GHz sử dụng cơng cộng cho mục đích thiết lập mạng truyền thông vô tuyến Những dải tần tận dụng cải thiện nhiều tốc độ băng thông không dây Hiện thời, gần khơng có liệu truyền mốc 24GHz, bước sóng có xu hướng sử dụng tầm gần, hoạt động với khoảng cách ngắn Ví dụ, mạng 4G LTE AT&T thời hoạt động dải tần 700MHz, 850MHz, 1,9GHz 2,1GHz Trang Báo cáo Bài tập lớnVật lí Hình 5.1 Ba dải tần milimét sử dụng với mục đích thương mại Anh (57-66 GHz, 71-76 GHz, 81-86 GHz) Ưu điểm nhược điểm: 6.1 Ưu điểm: - Tốc độ liệu khoảng 10 Gbps cao đạt Điều cung cấp trải nghiệm người dùng tốt tốc độ tải xuống tải lên cao - Băng thơng cao sử dụng với trợ giúp tính tổng hợp sóng mang - Dung lượng lớn (1.000 lần dung lượng 4G) - Giảm độ trễ (độ trễ dừng) - Cung cấp độ phân giải cao băng thông lớn - Công nghệ để thu thập tất mạng tảng - Tiêu thụ pin thấp - Kết nối đồng thời làm việc - Có thể cung cấp kết nối thống nhất, không bị gián đoạn quán toàn giới - Cho phép truy cập song song nhiều dịch vụ - Song song nhiều dịch vụ, chẳng hạn bạn biết thời tiết địa điểm nói chuyện với người khác - Bạn điều khiển PC thiết bị cầm tay - Giáo dục trở nên dễ dàng Một học sinh ngồi nơi giới tham dự lớp học Trang 10 Báo cáo Bài tập lớnVật lí - Điều trị y tế trở nên dễ dàng & tiết kiệm Một bác sĩ điều trị cho bệnh nhân vùng xa xôi giới - Giám sát dễ dàng Một tổ chức phủ điều tra cung cấp giám sát nơi giới Có thể giảm tỷ lệ tội phạm - Hình dung vũ trụ, thiên hà hành tinh - Có thể xác định vị trí tìm kiếm người tích - Có thể, thảm họa tự nhiên bao gồm sóng thần, động đất, vv phát nhanh 6.2 Nhược điểm: - Mặc dù, cơng nghệ 5G nghiên cứu khái niệm hóa để giải tất vấn đề khó khăn tín hiệu vơ tuyến giới di động, lý bảo mật thiếu tiến công nghệ hầu hết khu vực địa lý, gặp phải thiếu sót - Cơng nghệ trình nghiên cứu khả tồn diễn - Tốc độ, cơng nghệ cho khó đạt (trong tương lai, vậy) hỗ trợ cơng nghệ khơng đủ lực hầu hết nơi giới - Nó đòi hỏi kỹ sư lành nghề để cài đặt trì mạng 5G Hơn thiết bị 5G tốn Điều làm tăng chi phí giai đoạn triển khai bảo trì 5G - Nhiều thiết bị cũ không đủ khả cho 5G, đó, tất chúng cần thay thiết bị - thỏa thuận đắt tiền - Phát triển sở hạ tầng cần chi phí cao - Sẽ thời gian để vấn đề bảo mật quyền riêng tư giải hoàn toàn mạng 5G - Độ che phủ độ rộng băng tần tăng - Chúng ta phải sử dụng nhiều tháp di động để tạo băng thơng lớn độ bao phủ bao phủ nhiều không gian tế bào 3G 4G Do đó, người dùng 5G khơng nhận vùng phủ sóng tương đương với 3G 4G giai đoạn ban đầu Trang 11 Báo cáo Bài tập lớnVật lí  Về mặt logic mà nói việc xây dựng hệ thống chắn thách thức tốn nhiều thời gian để thực So Sánh 5G 4G: 5G có tốc độ kết nối nhanh so với 4G LTE phạm vi phủ sóng rộng sử dụng cơng nghệ vơ tuyến tiên tiến Nó có độ trễ 4G làm cho ứng dụng giật “lag” Nói đơn giản, 5G có tốc độ upload/download liệu nhanh nhiều so với công nghệ cũ Trên lý thuyết, 5G download với tốc độ tối đa khoảng từ tới 10 GB/s với độ trễ mili giây Còn thực tế, tốc độ download trung bình 5G tối thiểu 50 Mb/s với độ trễ 10 mili giây Nhanh nhiều so với tốc độ download trung bình 4G 15 MB/s độ trễ 50 mili giây Mạng lưới 4G LTE xây dựng số cột ăng-ten lớn xây cách hàng dặm Còn với 5G yêu cầu nhiều hộp nhỏ kết nối với Những trạm 5G mini đặt đỉnh đèn giao thông đặt cạnh hai bên tòa nhà cách vài chục tới vài trăm mét Mạng 5G Mạng 4G 10 Gbps; ping 1-4 Mbps 1-1,5 Gbps; ping 75 Mbps Ví dụ: tốc độ 5G cho phép Ví dụ: tốc độ 4G cho phép xem video với độ phân giải xem video với độ phân giải 8k tải phim 3D 8k tải phim 3D mất 30s phút Băng tầng sử dụng 30 – 300 GHz 700 – 2600 MHz Độ phủ sóng Rộng, sử dụng trạm HAPS Bị giới hạn, trạm xây treo lơ lửng không mặt đất Tốc độ trung Tình trạng gián đoạn Tình trạng gián đoạn Khó kiểm sốt tình thiết bị trạng gián đoạn, chuyển mạng thiết bị Điện Giảm 90% điện cho Khơng có bật hiệu việc sử dụng mạng sử dụng pin Trang 12 Báo cáo Bài tập lớnVật lí Giúp tăng 10 năm tuổi thọ pin cho điện thoại dung lượng pin thấp Bảng 7.1: so sánh 5G 4G Triển vọng: Mạng 5G tung vào năm 2020 để đáp ứng nhu cầu kinh doanh người tiêu dung Một số nước Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc dự kiến triển khai mạng 5G giai đoạn 2019-2020 Trong năm 2019, TPHCM tập trung thực đề án xây dựng TPHCM thành đô thị thông minh, gắn với việc xây dựng điện tử, viễn thông, công nghệ thông tin (CNTT) phấn đấu triển khai mạng viễn thơng 5G Có thể hình dung, TPHCM triển khai mạng viễn thông 5G mang lại nhiều lợi ích lớn TP ln tập trung phát triển đột phá ngành điện tử CNTT Các dự án nghiên cứu phát triển: Trong năm 2008, chương trình "5G hệ thống thơng tin di động dựa chùm tia phân chia nhiều truy cập chuyển tiếp với hợp tác nhóm" thành lập Hàn Quốc R & D CNTT Trong năm 2012, Chính phủ Anh cơng bố việc thành lập Trung tâm Đổi 5G Đại học Surrey - trung tâm nghiên cứu giới thiết lập riêng cho nghiên cứu điện thoại di động 5G Trong năm 2012, NYU WIRELESS thành lập trung tâm nghiên cứu đa ngành, tập trung vào nghiên cứu không dây 5G lĩnh vực khoa học y tế máy tính Trung tâm tài trợ Quỹ Khoa học Quốc gia hội đồng 10 công ty lớn không dây (tính đến tháng năm 2014), người phục vụ hội đồng quản trị Đại lý công nghiệp trung tâm NYU WIRELESS tiến hành công bố đo kênh cho thấy tần số sóng milimet khả thi cho multi-Gigabit tốc độ liệu thứ hai cho mạng 5G tương lai Trong năm 2012, Ủy ban châu Âu, lãnh đạo Neelie Kroes, cam 50.000.000 € cho nghiên cứu để cung cấp công nghệ điện thoại di động 5G vào năm 2020 Trong đó, Dự án Metis 2020 lái xe số công ty viễn thông, nhằm Trang 13 Báo cáo Bài tập lớnVật lí đạt cỡ quốc tế đồng thuận rộng rãi điện thoại di động không dây hệ thống thông tin liên lạc toàn cầu tương lai Mục tiêu kỹ thuật tổng thể Metis để cung cấp khái niệm hệ thống hỗ trợ điện thoại di động cao 1000 lần hệ thống quang phổ hiệu so với triển khai LTE Ngoài ra, năm 2013 dự án khác bắt đầu, gọi 5GrEEn, liên quan đến dự án Metis tập trung vào việc thiết kế mạng Xanh 5G Mobile Ở mục tiêu để xây dựng hướng dẫn cho định nghĩa mạng hệ với chăm sóc đặc biệt lượng hiệu quả, tính bền vững khả chi trả khía cạnh Trong tháng 11 năm 2013, nhà cung cấp thiết bị viễn thông Trung Quốc Huawei cho biết đầu tư 600 triệu USD cho nghiên cứu công nghệ 5G năm năm Chủ động nghiên cứu 5G công ty không bao gồm đầu tư cho công nghệ 5G productize cho nhà khai thác viễn thơng tồn cầu Vào năm 2015, Huawei Ericsson thử nghiệm công nghệ liên quan đến 5G vùng nông thôn miền bắc Hà Lan Tháng năm 2015, hàng loạt dự án khởi động: - Các dự án châu Âu METIS-II 5GNORMA: dự án METIS-II xây dựng dựa dự án METIS thành công phát triển thiết kế mạng 5G cung cấp công cụ kỹ thuật cần thiết để tích hợp sử dụng hiệu cơng nghệ thành phần 5G phát triển METIS-II cung cấp khuôn khổ hợp tác 5G khuôn khổ 5G-PPP để đánh giá chung khái niệm mạng 5G chuẩn bị hành động phối hợp cho quan quản lý tiêu chuẩn hóa Mặt khác, mục tiêu 5G NORMA phát triển kiến trúc mạng di động 5G mới, thích nghi mang tính tương lai Kiến trúc cho phép tạo mức độ tuỳ biến mạng chưa thấy, đảm bảo yêu cầu an ninh, chi phí lượng nghiêm ngặt, cung cấp mở cửa kiến trúc theo API, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế thông qua đổi hàng đầu Với 5G NORMA, người chơi hàng đầu hệ sinh thái di động nhằm mục đích củng cố vị dẫn đầu châu Âu 5G - Dự án nghiên cứu châu Âu MmMAGIC: dự án mmMAGIC phát triển khái niệm công nghệ truy cập vô tuyến di động (RAT) cho việc triển khai băng tần mmwave Đây thành phần quan trọng hệ sinh thái đa Trang 14 Báo cáo Bài tập lớnVật lí tạp 5G sử dụng làm tảng cho tiêu chuẩn hóa tồn cầu Dự án cho phép dịch vụ băng thông rộng di động cực nhanh cho người sử dụng di động, hỗ trợ stream UHD / 3D, ứng dụng sâu sắc dịch vụ đám mây cực nhạy Một phương thức liên lạc vô tuyến mới, bao gồm chức quản lý mạng thành phần kiến trúc thiết kế theo hướng dẫn KPI PPP PPG khai thác việc sử dụng kỹ thuật hợp tác để tạo theo dõi chùm tia để giải thách thức cụ thể việc truyền sóng di động sóng mm Tham vọng dự án mở đường cho người châu Âu bắt đầu theo tiêu chuẩn 5G tăng cường khả cạnh tranh châu Âu Tập đoàn tập hợp nhà cung cấp sở hạ tầng lớn, nhà khai thác lớn châu Âu, viện nghiên cứu hàng đầu trường đại học, nhà cung cấp thiết bị đo lường SME mmMAGIC dẫn dắt điều phối Samsung Ericsson đóng vai trò người quản lý kỹ thuật Intel, Fraunhofer HHI, Nokia, Huawei Samsung dẫn dắt năm gói cơng việc kỹ thuật dự án - IMDEA Networks đưa dự án Xhaul: phần Dự án Hợp tác Công-Tư 5G H2020 Châu Âu (5G PPP) Xhaul phát triển giải pháp mạng vận chuyển 5G hiệu quả, chia sẻ hiệu với chi phí thấp kết hợp phân đoạn mạng backhaul mạng Mạng lưới vận chuyển kết nối linh hoạt chức truy cập vô tuyến chức mạng lõi 5G lưu trữ nút đám mây mạng Xhaul đơn giản hóa hoạt động mạng đa dạng công nghệ ngày gia tăng Do đó, cho phép tối ưu hố tồn Hệ thống Chất lượng Dịch vụ (QoS) sử dụng lượng phát triển ứng dụng nhận thức mạng Liên minh Xhaul bao gồm 21 đối tác bao gồm nhà cung cấp hàng đầu ngành công nghiệp viễn thông, nhà khai thác, công ty IT, doanh nghiệp vừa nhỏ tổ chức giáo dục - Dự án nghiên cứu 5G châu Âu Flex5Gware: Mục tiêu Flex5Gware cung cấp phần cứng có khả cấu hình lại cao (HW) với tảng phần mềm HW-agnostic (SW) nhắm đến yếu tố thiết bị mạng có tính đến lực gia tăng, giảm tiêu hao lượng, khả Trang 15 Báo cáo Bài tập lớnVật lí mở rộng khả module hóa, chuyển đổi mượt mà từ hệ thống không dây di động 4G lên 5G Điều cho phép tảng 5G HW/SW đáp ứng yêu cầu áp đặt tăng trưởng theo cấp số liệu di động tăng lên gấp 1000 lần với đa dạng lớn ứng dụng (từ tỷ lệ bit/điện thấp cho M2M đến độ tương phản độ phân giải cao ứng dụng) - Dự án SUPERFUIDITY: phần Dự án Hợp tác Công tư nhân-Công H2020 (5G PPP) Châu Âu CNIT dẫn đầu bắt đầu Tổ hợp SUPERFLUIDITY bao gồm công ty viễn thông CNTT cho tổng cộng 18 đối tác Trong vật lý, siêu chảy (superfluidity) trạng thái vật chất hoạt động chất lỏng độ nhờn - Dự án SUPERFLUIDITY: nhằm mục đích đạt siêu lỏng Internet: khả nhanh chóng di chuyển dịch vụ, khởi chạy chúng nơi mạng (mạng lõi, tập hợp, mạng biên) chuyển chúng đến vị trí khác Dự án giải thiếu sót quan trọng mạng lưới nay: thời gian cung cấp dài, với việc cung cấp dự phòng lãng phí nhằm đáp ứng nhu cầu thay đổi; dựa vào thiết bị phần cứng cứng chi phí không hiệu quả; phức tạp nảy sinh từ ba dạng không đồng nhất: giao thông nguồn không đồng nhất; dịch vụ nhu cầu không đồng nhất; công nghệ truy cập không đồng nhất, với thành phần mạng nhiều nhà cung cấp SUPERFLUIDITY cung cấp khái niệm hội tụ 5G dựa đám mây, cho phép trường hợp sử dụng sáng tạo mảng di động, tăng cường mô hình kinh doanh mới, giảm chi phí đầu tư hoạt động Trang 16 ...Báo cáo Bài tập lớnVật lí ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CƠ KHÍ NGÀNH CƠ KHÍ CƠ – ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN VẬT LÍ ĐỀ TÀI: Mạng 5G Giáo viên hướng dẫn... sánh 5G 4G……………………………………….trang 12 Trang Báo cáo Bài tập lớnVật lí DANH MỤC HÌNH Hình 3.1: so sánh tốc độ mạng …………………………………………trang Hình 5.1………………………………………………………………… trang 10 Trang Báo cáo Bài tập. .. triển công nghệ thông tin liên lạc 5G Tổ chức mạng quốc tế ITU vừa công bố báo cáo cơng nghệ vơ tuyến IMT-2020, gọi 5G, công nghệ 5G Trang Báo cáo Bài tập lớnVật lí hồn thiện vào cuối năm 2017