DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F Nghiên cứu phát triển cách mạng mạng 5G Đặng Nhân Cách Giám đốc Trung tâm liệu Công nghệ thông tin Đại học Giao Thơng Vận Tải Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Hồ Chí Minh, Việt 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 GIỚI THIỆU Các công nghệ giao tiếp không dây ngày gần thiếu sống thường nhật, đời thay đổi cách liên lạc, làm việc giải trí truyền thống người Qua thời gian hệ di động sau đời theo chu kì 10 năm năm 1990 Con người nói chuyện với gửi tin nhắn text sóng vơ tuyến với tần số băng thơng thấp Các hệ di động không dây 2G( WAP), 3G (GPRS) hay 4G (LTE) sử dụng công nghệ truyền tin ngày nhanh hơn, WAP, CDMA2000, GPRS, Long term Evolution- LTE, WiMax (IEEE 802.16) Có bốn yếu tố dùng để phân biệt hệ truyền thông: 1.Chuyển đổi ngữ cảnh, 2.Băng thông, Lưu lượng truyền 4.Kết nối sóng vơ tuyến[3] Cơng nghệ giao tiếp đại giúp giải công việc nhanh chóng với đầy đủ tiện ích tích hợp sẵn thiết bị viễn thơng đầu cuối đặc biệt điện thoại thông minh (smartphone) Cấu hình điện thoại ngày ý để đáp ứng khả tương thích với dịch vụ nhà cung cấp dịch vụ Thế hệ di động thứ năm xem bước tiến khổng lồ ngành công nghiệp truyền thông đại giới Nhà thông minh, thiết bị thông minh, đáng mong đợi thành phố thông minh, thiết bị thơng minh có khả tự kết nối thành mạng lưới, điều khiển tụ động truyền liệu với tốc độ cực cao (Tốc độ mong muốn mạng 5G lớn 1Gbps với băng thơng từ đến 300Ghz) Nguyễn Hồng Sơn Khoa Công nghệ thông tin Đại học Giao Thông Vận Tải Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Email: hoangson1911@gmail.com II CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY Công nghệ truyền thông không dây thực biết đến hệ truyền thông không dây đời- Thế hệ thứ (1G) bước tiến từ giao tiếp có dây (0G), gọi thoại tín hiệu tương tự truyền sóng vơ tuyến Việc thay tín hiệu tương tự tín hiệu số truyền liệu bên cạnh truyền âm giúp hệ truyền thông thứ hai đời (2G) 2G mang lại giới khác lĩnh vực thông tin di động sử dụng tảng Hệ Thống Truyền Thơng Di Động Tồn Cầu- Global System for Mobile communication (GSM), 2G tảng phát triển cho hệ sau này, minh chứng hệ thứ (3G), băng thông rộng hơn, tốc độ truyền cao khả kết nối tốt kết nối CDMA (Code Division Multiple Access) Thế hệ truyền thông thứ tư (4G) phát triển dựa 3.5 G hệ di động tốt thời điểm tại, cung cấp tốc độ truy cập Internet lên tới 1Gbps kết nối công nghệ Dồn theo tần số trực giao- Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDMA) [3], đảm bảm đường truyền video sẵ sàng dáp ứng thời gian thực lúc nơi Thế hệ truyền thông thứ (5G) chắn hệ di động mà tổ chức quốc gia toàn cầu nghiên cứu, với tính siêu việt tốc độ đường truyền cao nhất, ln có sẵn, đâu có thay đổi hồn tồn tương lại cơng nghệ toàn cầu vào đầu thập thấp kỉ 20 kỉ thứ 21 A Công nghệ hệ truyền thông thứ nhât (1G) Thế hệ thứ đưa vào để sử dụng truyền giọng nói vào năm năm 1980 với băng thông từ 824- 894Mhz, tốc độ truyền vào khoảng 2,4Kbps truyền tín hiệu tương tự công nghệ Dịch vụ di động nâng cao(Advance Mobile Phone Service) AMPS, sử dụng kĩ thuật Đa kết nối phân chia tần sốFrequency Division for Multiple Access (FDMA) [3] Nhược điểm hệ thứ không bảo mật tín hiệu lặp lại qua trạm, truyền khoảng cách xa.[6] B Công nghệ hệ truyền thông thứ hai (2G) Thế hệ truyền thông thứ hai khai thác vào năm 1990 thay việc truyền tín hiệu tương tự thành tín hiệu số hệ thống số có bổ sung thêm số tính gửi thư điện tử tin nhắn kí tự tảng GSM [3] tỉ người 212 quốc gia sử dụng [4] Băng thông cho DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F công nghệ 850-1900Mhz, tốc độ truyền tối đa 64Kbps, với chuẩn công nghệ GSM(2G), General Packet Radio Service (GPRS- 2,5G) Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE- 2,75G) Chuyển mạch mạng điện tử chuyển mạch gói hạ tầng Public Switched Telephone Network (PSTN) [6] C Công nghệ hệ truyền thông thứ ba (3G) Dịch vụ 3G hay biết đến với tên IMT-2000 (International Mobile Telecommunication-2000) [4] 3G cung cấp dịch vụ internet tốc độ cao thông qua dịch vụ Internet Protocol (IP) Chức 3G cung cấp tảng truy cập internet không dây, đa phương tiện, thư điện tử hội nghị điện tử Chuẩn 3G Wireless-CDMA (WCDMA) thiết kế cho giao diện chuyển mạch gói khơng dây Vì vậy, máy tính điện thoại chia sẻ kết nối internet với lúc nơi Hệ thống 3G có tốc độ truyền liệu lên đến 2-Mbps thơng qua kênh truyền có băng thông rộng 5-Mhz Các chuẩn sử dụng cho 3G W-CDMA, GSM EDGE, UMTS, DECT, WiMax CDMA 2000 [6] D Công nghệ hệ truyền thông thứ tư (4G) 4G hệ mạng tổ hợp tính 2G 3G, hoạt động dựa IP (All-IP Network) hứa hẹn cung cấp dịch vụ IP bảo mật hơn,truyền liệu đa luồng, kết nối tốc độ Gigabit, công nghệ tiền thân 4G WiMax (Mỹ), Wifi, LTE với băng thông rộng nhiều dịch vụ dịch vụ 3G Một số thuật ngữ dịch vụ 4G Chât lượng kết nối dịch vụ không dây (QoS), Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện- Multimedia Messaging Service (MMS), video chat, truyền hình dành cho di động,Truyền hình phân giải cao Digital Video Broad-casting (DVB) thi công hệ thống mạng 4G [1] E Công nghệ hệ truyền thông thứ năm (5G) 5G tên sử dụng số báo nghiên cứu dự án để nói hệ truyền thông dựa tảng công nghệ truyền thông 4G 5G giới chuyên gia dự đoán vào thực tề vào khoảng đầu năm 2020 5G chưa sử dụng cách thức bơi tổ chức chun trách hay tài liệu thức khái niệm Wimax, 3GPP, LTE [5] Các nghiên cứu thúc đẩy để đảm bào 5G mắt thời hạn Khả truyền tải mong muốn mạng 5G lên đến hàng Giabit giây, nhanh 200 lần so với mạng 4G, Gbps nơi 5G bao gồm dịch vụ thu phát video trực tuyến, gọi IP phong phú bao gồm gọi 3D, tốc độ truy cập internet không ngờ với khả phát triển phần cứng thiết bị đầu cuối, sử dụng điện thoại thơng minh thay cho laptop hay thiết bị điều khiển Khái niệm Internet of Thing hình thành khía cạnh chủ yếu khai thác 5G có Giao thơng thơng minh tơ tự hành; nhà thông minh thiết bị thực tế áo, sản phẩm chăm sóc sức khỏe [7], tất yếu tố điều khiển trung tâm điều 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 Tương tự 802.11 APMS,TACS Số 802.11b GSM based, GPRS, EDGE Mạch điện tử, Gói liệu Số 802.11g/a UMTS/HSPA Tất gói tin Mạng lõi (Core Network) PSTN PSTN Gói liệu (khơng cho giao tiếp khơng khí) Gói N/W Số 802.11n LTE/ LTE nâng cao, Wimax, Wifi Tất gói tin 3-300Ghz Tốc độ mong muốn 10Gbps Số 802.11ac WWWW Internet Internet Kiểu truyền tin Hợp theo chiều ngang Hợp theo chiều ngang Hợp theo chiều ngang Dịch vụ Gọi thoại Thoại kĩ thuật số, tin nhắn kí tự, sức chứa liệu gói tin cao Tích hợp với dịch vụ thoại, video liệu chất lượng cao Hợp theo chiều ngang chiều dọc Khả kết nối liệu động, thiết bị đeo Hợp theo chiều ngang chiều dọc Khả kết nối thông tin cao, thiết bị đeo trí tuệ nhân tạo Mạch điện tử Bảng Các hệ mạng truyền thông không dây DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F III KIẾN TRÚC MẠNG 5G A Điện toán đám mây- nơi (Ambitious Computing) 5G phải có “điện tốn đám mây nơi” nghĩa người dùng có khả truy cập ứng dụng thời gian thực, dịch vụ internet tảng công nghệ vô tuyến nào, đâu Để tạo mơi trường hệ thống bao gồm vô số cảm biến xung quang người có khả thu thập liệu lan truyền thơng tin cách nhanh chóng [4], muốn việc phát triển trạm thu phát cảm biễn phải tích hợp cơng nghệ phân chia chum tín hiệu đa truy cập- Beam Division Multiple Access (BDMA) [3] C Cổng giao tiếp kết hợp (Aggregation) Có khác biệt cổng giao tiếp kết hợp mạng viễn thông truyền thống mạng 5G, mạng 5G có cấu trúc dựa tảng IP Các kết nối vơ tuyến có cơng nghệ kết nối khác nên cần có phương thức giao tiếp phù hợp với mạng IP, điều có nghĩa là, cơng nghệ truyền thơng vơ tuyến cần có giao thức cổng kết nối với mạng Internet thông qua Cổng Giao Tiếp Kết Hợp , hạ tầng công nghệ ngồi Internet đóng vai trò đường truyền IP B Khái niệm Flat IP Mạng 5G sử dụng khái niệu Flat IP để dễ dàng cho hệ thống kết nối vô tuyến cập nhật lên thành mạng Nanocore nhất, công nghệ mạng Nanocore sử dụng với tính công cụ an ninh dựa tảng Flat IP Để đáp ứng nhu cầu người sử dụng cho ứng dụng thời gian thực, điều khiển không dây chuyển sang cấu trúc mạng Flat IP Kiến trúc Flat IP cung cấp cách thức để xác định tên kí tự thiết bị (IPv6), khơng giống cấu trúc phân tầng sử dụng “địa IP thông thường” Với việc sử dụng cấu trúc mặt phẳng IP, người dùng có thể: Giảm số lượng yếu tố mạng gói data để giảm thiểu chi phí vận hành phí tiêu dùng Tách riêng chi phí phân phối dịch vụ từ khối liệu truyền để phù hợp vớp hạ tầng Tối thiểu hóa độ trễ hệ thống kích hoạt dịch vụ mà có trễ độ thấp cho phép Việc triển khai hệ thống kết nối vô tuyến gói tin mạng core độc lập với có khoảng khơng rộng trước Đảm bảo tính mềm dẻo thi cơng lắp đặt Tạo mạng lõi tích hợp sử dụng cho điện thoại kết nối IP nói chung Mạng 5G hội tụ nhiều công nghệ truyền thông tiên tiến, mà cơng nghệ có tác động đến hệ thống truyền dẫn không dây để chuyển sang cơng nghệ 5G: Cơng nghệ mạng Nano Điện toán đám mây Nền All IP Hình Cấu trúc mặt phẳng IP Cấu trúc mạng IP loại bỏ kiến trúc phân tầng tập trung, thay vào gói tin liệu mạng core Flat IP phẳng, cấu trúc phân cách đơn giản thi công loại bỏ nhiều thành phần mắc xích cấu trúc mạng Hình Mạng lõi Nanocore Hình Mạng viễn thơng truyền thống mạng 5G IV MẠNG 5G- NANOCORE DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F A Công nghệ nano Công nghệ nano ứng dụng khoa học nano để điều khiển tiến trình thiết bị có đơn vị chia độ nano nghĩa 0.1 100 nm Lĩnh vực biết đến công nghệ phân tử nano- Molecular nanotechnology (MNT) MNT liên hệ đến việc điều khiển cấu trúc vật chất dựa vào nguyên tử- bởi- nguyên tử phân tử kĩ thuật phân tử Cụm từ công nghệ nano giới thiệu lần Nori Taniguchi vào năm 1974 Hội nghị quốc tế kĩ thuật sản xuất Tokyo Công nghệ nano cách mạng công nghiệp tiếp theo, ngành công nghiệp viễn thông bị biến đổi bơi công nghệ vài năm Công nghệ nano cho thấy tầm ảnh hưởng vào việc bảo an thiết bị cảm ứng Nó xem xét tín hiệu phổ biến ngành thông tin liên lạc B Thiết bị nano Trong mạng 5G, điện thoại di động nói riêng hay thiết bị đầu cuối tích hợp cơng nghệ nano nói chung xem thiết bị nano Nhu cầu người khai thác ứng dụng thiết bị nano đa dạng, bao gồm nhà ở, văn phòng, nơi công cộng, việc tồn dày đặc thiết bị nano tạo nên mơi trường thơng minh, kích hoạt cảm ứng, điện toán giao tiếp Các đặc trưng thiết bị nano sau: Tự làm (Self Cleaning): điện thoại có khả tự dọn dẹp thân Tự cung cấp lượng (Self powerd): điện thoại có khả lấy lượng từ mặt trời, nước, hay khơng khí Có cảm quan môi trường (Sense the environment): điện thoại cho bạn biết thời tiết, độ ẩm, mức độ ô nhiễm, nhiều Mềm dẻo (Flexible): Uốn cong khơng bị vỡ Trong suốt (Transparent): “nhìn xuyên” qua điện thoại a Morph (Nokia) b Nokia Humanform Hình Các thiết bị Nano C Điện toán đám mây Trong mạng 5G điện toán đám mây sáng kiến công nghệ, nơi lưu trữ điều khiển thông tin liệu thông qua mạng internet máy chủ điều khiển trung tâm (Central Romote Server) Người dùng không cần cài đặt ứng dụng mà truy cập liệu, thơng tin, hồ sơ lúc nơi đâu Người sử dụng vào thị trường điện toán đám mây tạo dịch vụ sau trải nghiệm mơi trường thị trường số hóa Điều làm cho người dùng cảm nhận ứng dụng thời gian thực sử dụng 5G Điện toán đám mây cung cấp tính bảo mật đáp ứng cao thơng qua mã hóa, tiết kiệm chi phí lắp đặt sở hạ tầng hệ thống truyền thông cũ Điện tốn đám mây có phần chính: Ứng dụng (Application): Các phần mềm dịch vụ Hệ thống (Platform): Là sản phầm dùng để lắp đặt internet (Net Suite, Amzon, Google…) cho phép người dùng truy cập vào máy chủ trung tâm Hạ tầng (Infrastructure): Là phần môi trường hạ tầng nhà cung cấp cho phép người dùng xây dựng ứng dụng, lưu trữ đám mây D Mạng All IP Mạng All-IP Network (AIPN) giới thiệu hệ thống 3GPP việc nâng cao nhu cầu thị trường di động Các dịch vụ đáp ứng thời gian thực thông qua tin quảng bá, truyền hình, đường truyền mặt đất, người dùng dần chuyển qua kiến trúc mạng Flat IP AIPN cung cấp cải tiến liên tục tối ưu hóa hệ thống để cung cấp sức cạnh tranh chất lượng giá thành Ưu điểm kiến trúc AIPN: Chi phí thấp Kết nối phổ biến liên tục Cải thiện trải nghiệm người dùng Giảm độ trễ hệ thống Tách riêng kết nối vô tuyến cải tiến mạng lõi III KĨ THUẬT PHÂN CHIA CHÙM TÍN HIỆU ĐA TRUY CẬP- BDMA A Các công nghệ đa truy cập Mục tiêu truyền thông di động cung cấp dịch vụ cải tiến mềm dẻo đến số lượng lớn người sử dụng điện thoại di động với chi phí thấp Một thách thức lớn đặt cho công nghệ không dây phải nâng cao dung lượng truyền hệ thống dải phổ tần số hữu hạn Để làm điều này, phải đòi hỏi cơng nghệ truyền khơng dây đa truy cập Các kĩ thuật Đa truy cập phân chia theo tần sốFrequency Division Multiple Access (FDMA), Đa truy cập phân chia theo thời gian- Time Division Multiple Access (TDMA), Đa truy cập phân chia mã- Code Division Multiple Access (CDMA), Dồn theo tần số trực giao- Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) Trong giao tiếp thông tin liên lạc, nhu cầu nâng cao dung lượng truyền lớn, dải băng thơng cho phép hữu hạn Số lượng di động ngày tăng đòi hỏi việc tăng số lượng trạm thu phát tín hiệu Để giải vần DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F đề lượng lớn vật chất tăng theo thời gian nhu cầu sử dụng, mong chờ cải tiến kĩ thuật sử dụng tài nguyên khác miền thời gian tần số để tăng dung lượng truyền tương lai Hình Các cơng nghệ đa truy cập B Công nghê Đa truy cập phân chia chùm tín hiệu Khi trạm giao tiếp với trạm điện thoại, chùm sóng trực giao phân phát xuống trạm điện thoại Kĩ thuật BDMA phát minh phân chia ăn-ten theo vị trí trạm điện thoại để thực đa truy cập, dung lượng tín hiệu hệ thống nâng cao Trạm trạm điện thoại truyền tín hiệu theo đường thẳng Line of Sight (LoS) Khi hai trạm biết xác vị trí nhau, chúng truyền chùm sóng trực tiếp cho mà không quấy rầy đến trạm biên Khi trạm điện thoại định vị bời nhiều hướng khác hướng trạm nền, trạm truyền chùm chùm sóng đồng thời theo hướng khác để truyền liệu đến trạm điện thoại Một trạm điện thoại không nhận chùm sóng từ trạm nền,những trạm điện thoại hướng với trạm chia sẻ chùm sóng giao tiếp với trạm Trạm điện thọai chia chùm sóng phân chia nguồn tần số/ thời gian nguồn sóng trực giao Trạm thay đổi hướng, số lượng độ rộng chùm sóng cách thích nghi dễ dàng theo thay đổi môi trường truyền trạm điện thoại Chùm sóng phân chia làm ba chiều, tối đa việc tái sử dụng không gian tần số/ thời gian Trong bước đầu kết nối, trạm trạm điện thoại chưa biết vị trí nhau, trạm điện thoại dò sóng tốc độ truyền, gửi thơng tin cho trạm Tiếp theo, trạm tính tốn hướng độ rộng của chùm sóng tín hiệu phát xuống dựa hướng tốc độ mà nhận từ trạm điện thoại Về sau, Trạm phát chùm tín hiệu xuống cho trạm điện thoại theo thơng số tính tốn Khi trạm điện thoại nhận tín hiệu gửi từ trạm nền, dò hướng tín hiệu phát xuống để xác định hướng tín hiệu gửi lên, gửi chùm tín hiệu lên cho trạm Sau trạm điện thoại trạm hình thành đường truyền, có chùm sóng cập nhật gửi theo chu kì để trì kết nối hai trạm Gói tin Phân chia cặp tần số- chùm sóng đa truy cập Frequency Division Duplex- BDMA (FDD- BDMA) Phân chia cặp thời gian- chùm sóng đa truy cập Time Division Duplex- BDMA (TDDBDMA) giống Chỉ khác thông tin trạm định vị phân chia tần số (FDD) phân chia thời gian (TDD) Các chùm sóng trạm quảng bà đượ phân chia theo tần số, chùm sóng việc hình thành kết nối ban đầu phân chia theo thời gian Kĩ thuật BDMA ứng dụng cho việc thiết kế phần tử hệ thống giao tiếp không dây cho hệ truyền thông di động Các nhà nghiên cứu phát triển Hàn Quốc đề xuất sử dụng BDMA giao diện vô tuyến cho 5G IV CÁC NGHIÊN CỨU VỀ 5G A Giao tiếp di động sóng mmWave Đối với nhu cầu tăng dung lượng truyền thông tin hệ thống lên tới hàng Gigabit sóng mili mét (mmWave) mong đợi áp dụng truyền thông tin tín hiệu tốc độ cao, tần số áp dụng sóng mili mét khoảng 60 GHz Các chuẩn kĩ thuật truyền sóng mmWave phổ biến 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 đưa để đánh giá cho hoạt động sóng mili mét hoạt động 5G Sóng mmWave có khả truyền tín hiệu hàng Gigabit mơi trường nhiễu mưa hấp thụ khơng khí với khoảng cách khoảng 200 mét bước sóng khoảng 5mm, tần số 60GHz, suy hao 24dB tương đương 22GHz [14] Sóng mmWave có tính định hướng đến ăn-ten, việc định hướng trực tiếp từ sóng đến đơn vị thu phát cần thực thuật toán nhận biết chùm sóng thơng tin Các sóng điện từ it có khả nhiễu xạ xung quanh vật cản bước sóng ngắn, nên dễ bị chặn vật cản lớn nhiều so với bước sóng Trong mơi trường phòng làm việc tín hiệu bị chặn khoảng 1% đến 2% lần có hoạt động đến năm người Hoạt động nghiên cứu thực nghiệm gần Samsung (Hàn Quốc) sử dụng sóng mmWave việc truyền tải liệu 5G môi trường khác Tốc độ truyền tải đạt 1.2 Gbps di chuyển với tốc độ 110 kilomet (km/h) sử dụng tần số 28GHz, tốc độ truyền tải liệu tối đa (trạm điện thoại đặt trạm nền) lên tới 7.5Gbps [13] Do sóng mmWave truyền khoảng cách ngắn nên Samsung sử dụng công nghệ Hybrid Adaptive Array Technology để truyền với khoảng cách xa B Hiệu lượng mạng 5G Hiệu lượng yêu cầu thiết song song với việc nghiên cứu phát triển mạng 5G Theo khảo sát dung lượng truyền của điện thoại hàng tháng vào thời điểm đời 5G Cisco (2015) lên tới gần 25 exabytes/tháng (1 Exabyte = 109 Gigabyte) [15] Và lượng đáp ứng cho việc trì hoạt động tồn hệ thống viễn thơng vấn đề lớn DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F C Mạng nanocore: Đòn bẩy SDN 5G SDN (Software-defined Networking) khái niệm ứng dụng cho phép người quản trị viên tác vụ vào trường điều khiển, trường liệu dịch vụ hệ thống mạng mà không cần trực tiếp thao tác lên lớp mạng mơ hình OSI SDN cung cấp chế quản lý tập trung (SDN controller) kênh truyền bảo mật Hình Lưu lượng di động toàn cầu (Cisco 2015) Các giải pháp lượng đưa nhằm tối thiểu mức sử dụng lượng toàn hệ thống bao gồm hệ thống mạng 5G, thiết bị thu phát, trạm thu phát tổn hao lượng Phân vùng nhỏ (tăng hiệu phủ sóng) [16]: hệ thống mạng khơng phân bổ đòng nên ta chia thành đơn vị phủ sóng microcells (bán kính kilomet), picocells (bán kính 100m) femtocells (bán kính 10m) Sử dụng ứng dụng hoạch định mạng (SDN) để phân vùng liệu vùng điều khiển Thiết lập đám mây truy cập vô tuyến tập trung bên cạnh lắp nhiều ăn-ten Các thiết bị đa truy cập vào ra- Multiple input multiple output (MIMO) có kích thước lớn nhiều số lượng thiết bị di động mmWave: Tăng băng thơng 3-300 GHz, bước sóng 1-10mm Các thiết bị thông minh kết nối tập trung: có chức phân phối dịch vụ, kết nối thiết bị với Device-to-device (D2D), nhớ tạm, từ chối gây rối thiết bị Giao tiếp máy móc Machine-to-machine (M2M): lắp đặt thiết bị cuối (xe cộ) hệ thống khối (cảm biến), độ trễ thấp tuổi thọ pin lớn 10 năm Hình Hệ thống tiết kiệm lượng cho mạng 5G Hình Kiến trúc mơ hình SDN Hoạt động mơ hình SDN hiểu hình [17], trường điều khiển giao tiếp trực tiếp với hai trường ứng dụng (Giao diện phía bắc SDN- NBIs) trường liệu (Giao diện điều khiển liệu phía nam SDN- CDPI) SDN cho phép phân phối tài nguyên mạng nhu cầu người sử dụng, tự tính toán dự liệu dich vụ, hệ thống mạng ảo tin tưởng, dịch vụ đám mây an toàn Cấu trúc hệ thống cho phép lắp đặt kết nối dễ dàng, nhanh chóng khơng phụ thuộc đến người dùng, thay đổi hệ thống mạng doanh nghiệp hay mạng công cộng Với thiết kế mạng đơn giản, phần tử mạng không cần phải chọn lựa cấu hình giao thức truyền tin, phần tử mạng tham gia vào hệ thống trung tâm điều khiển SDN thực việc cấu hình giao thức phương thức, chuẩn kết nối dịch vụ bảo mật an ninh Giá trị đòn bẩy SDN mạng 5G khả cung cấp mạng ảo, tự động với ứng dụng nguồn cập nhật nhanh chóng, mạng ảo an tồn tin tưởng Mặt khác, kiến trúc mơ hình SDN phân chia chức hệ thống mạng thành khối riêng việt, có khả kích hoạt định tuyến gói liệu luồng liệu kết nối với hạ tầng mạng không dây hay đám mây Một chức hữu dụng bổ sung vào công nghệ SDN mà có ảnh hưởng đến mạng 5G tương lai- cách mà tái cấu trúc lại kiến trúc mạng khơng dây, ảo hóa nhiều mạng chức mạng, cơng nghệ Ảo hóa chức mạng- Network Function Virtualization (NFV) Công nghệ NFV nhóm chức năng, dịch vụ mạng khơng dây thành ứng dụng dùng để điều khiển, khả lắp đặt phiên điều khiển biên- Session Border Controller (SBC) [18] đóng vai trò tăng cường bảo mật nhờ DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F vào khả bảo vệ hệ thống mạng không dây đặt biệt biên khỏi cơng từ bên ngồi Cơng nghệ SDN nhắm đến việc xây dựng hạ tầng đầu cuối từ cấu trúc mạng phân tầng xác định, cách di chuyển chức phần cứng tảng lưu trữ tính tốn nhất, xem máy chủ hay đám mây Triển khai NFV việc áp dụng vào mạng 5G nói chung cần có tính tương thích Xây dựng hạ tầng chức tập trung đòi hỏi gói tin truyền qua hệ thống mạng ảo phần tử phần cứng mạng nhau, đồng giao thức, khả truyền ổn định hệ thống bất đồng bộ, hiệu lượng truyền dẫn, tránh việc tự dự liệu tải phần tử mạng việc sử dung lượng tài nguyên cần thiết [19] D Hệ thống mạng tảng đám mây Hệ thống mạng ảo hay hệ thống điều khiển, lưu trữ tập trung khái niệm sử dụng nhiều việc khai thác công nghệ điện toán đám mây thiết kế, cung cấp dịch vụ vận hành mạng 5G Hệ thống mạng ảo xây dựng ứng dụng mạng từ hạ tầng phần cứng thành trung tâm, trung tâm có vai trò sử dụng tài nguyên phần cứng phục vụ cho công tác lưu trữ, truy xuất liệu cách nhanh chóng, tối ưu khả lưu trữ dựa vào liệu phân tán Cùng với tốc độ băng thơng siêu việt mạng 5G, người dùng xây dựng ứng dụng thời gian thực trải nghiệm trực tiếp điện toán đám mây mà không cần bắt buộc ứng dụng phải tải máy người dùng Những yêu cầu hệ thống đám mây: Dung lượng kết nối: Đối với mạng truyền thống, dung lượng người dùng cần đủ để phục vụ nhu cầu cá nhân Nhung thời đại nay, bên cạnh xu hướng phát triển công nghệ Internet of Thing (IoT) nhu cầu kết nối người thiết bị, thiết bị với thiết bị ngày lớn Theo đó, IoT góp mặt 1,9 tỷ thiết bị tỷ thiết bị khác vào năm 2018 – tương đương với số điện thoại thơng minh, TV thơng minh, máy tính bảng, thiết bị điện tốn đeo máy tính lai (PC combined) [20], vậy, tốc độ mạng 5G yếu tố định chất lượng công nghệ tương lai Hình Tỉ lệ thiết bị IoT toàn cầu Chất lượng mạng: Với số lượng dịch vụ đa dạng phong phú, người dùng mong đợi khả đáp ứng hệ thống mạng phải nhanh chóng tốc độ truyền phải đủ độ mượt mà cho dù môi trường truyền hay nơi đâu Tối ưu hóa tài nguyên: Hệ thống mạng truyền thống dựa vào cải tiến phần cứng hay hạ tầng để cải thiện chất lượng dịch vụ Tuy nhiên, hệ thống đám mây, tất phần tử mạng đề xem xét đến việc tối ưu bao gồm, hiệu suất, lượng, khả lưu trữ E Ứng dụng 5G: Giao thông thông minh Theo thống kê Tổ chức Y Tế Thế Giới, năm có khoảng 1.2 triệu người chết cho tai nạn giao thông Để giảm thiểu số đến mức có thể, nghiên cứu xe thông minh, xe tự lái, hệ thống thông minh xúc tiến Theo đó, với đời 5G, hứa hẹn có bùng nổ khoa học cơng nghệ tồn cầu giao thông thông minh không ngoại lệ Giao thông thông minh bao gồm giao tiếp phương tiện, dự báo,cảnh báo đường Trong phương tiện giao tiếp với để xác định vị trí, tốc độ, hướng di chuyển, vật cản ổn định phương tiện Công nghệ giao tiếp phương tiện (Vehicle-to-vehicle) sử dụng dải liên lạc ngắn (Deicated Short-Range Communication) có tần số khoảng 5.9GHz, khả giao tiếp phạm vi khoảng 300 mét giữ liên lạc khoảng 10 giây di chuyển đường cao tốc[21] Công nghệ 5G giao thông nghiên cứu ứng dụng ngành công nghiệp tự động hóa, dự báo thơng tin ùn tắc xe tự hành [22] V HƯỚNG NGHIÊN CỨU A Hạ tầng không đồng Cấu trúc mạng phân tầng truyền thống có xu hướng chuyển tồn sang cấu trúc mặt phẳng IP (IP-based) Các thành phần hệ thống mạng phân tầng bị lược bỏ, điều khơng có nghĩa số lượng phần tử hệ thống giảm xuống Nhu cầu đáp ứng thời gian thực truyền tải liệu cao mạng di động hệ thứ đặt số vấn đề, số lượng cảm biến, trạm thu phát sóng dày đặt, hệ thống ăn-ten kim loại phải đủ lớn để đảm bảo độ nhạy tín hiệu sóng mmWave, server dịch vụ lưu trữ đặt nhiều nơi liệu lớn phân tán, lớp giao tiếp vô tuyến truy cập đa dạng phương thức truyền sóng (CDMA, BDMA, Wimax, LTE, ) phải có cách thức cổng giao tiếp IP B World Wide Wireless Web (WWWW) Không gian World wide web chứa thông tin xác định tài liệu trang web, sử dụng đường dẫn kí tự kết nối thơng qua mạng internet tồn cầu sử dụng kết nối có dây Wwww khái niệm sinh cho khơng gian mạng internet khơng dây tồn cầu Nó có khả hỗ trợ cách đắt lực cho kết nối không dây dựa ứng dụng web bao gồm ứng dụng đầy đủ lực đồ họa đa phương tiện lớn 4G DocuSign Envelope ID: B4DA0B90-2402-4394-8550-8E461051F17F Hiện chưa có báo nghiên cứu đầy đủ wwww công bố wireless web ứng dụng hệ di động thứ đời khả truy cập WAP sóng vơ tuyến vào năm đầu kỉ 21 Kể từ bước tiến không ngừng đưa hệ thứ tư 4G 4G có lượng truy cập wireless web đủ lớn để 5G đời hình thành khái niệm khơng gian truy cập tồn cầu khơng dây Labs, DOCOMO Euro-Labs, Nokia Solutions and Networks, Huawei ERC, University of Kaiserslautern, Nokia)[24] có tín hiệu thực nghiệm khả thi cho mạng 5G Những nghiên cứu trải nghiệm đến thời gian diễn Olympic mùa hè 2018 Tokyo (NTT Docomo- Nhật Bản) thương mại hóa vào năm 2020 [25] C Tác động hệ sinh thái công nghệ 5G lên hệ sinh thái người tự nhiên Khơng thể phủ nhận lợi ích to lớn mà tiến công nghệ mang lại cho người Nhưng bên cạnh đó, cơng nghệ ngày thay đổi thói quen sinh hoạt, vận động tác động đến sức khỏe người Ánh sáng xanh từ hình thiết bị di động, máy tính bản, laptop, thiết bị nano gây rối loạn hoocmon Melatonin (hooc môn điều chỉnh đồng hồ sinh học người) [23]; việc sử dụng thiết công cụ tìm kiếm khiến người khơng thể nhớ nhiều, khả nhớ bị phụ thuộc vào thiết bị, chí bị chứng qn nhanh Internet chứa nhiều thông tin thú vị khiến người bị nghiện nghiện ma túy.Việc phát triển cơng cụ điều khiển thơng minh tích hợp làm người vận động nhà lẫn ngồi trời, ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe Hệ sinh thái người có nguy suy thối giao tiếp người người ngày từ xuất công nghệ tiên tiến Chúng ta dần hạn chế tham gia hoạt động chúng có internet, hoạt động vui chơi giải trí thời đại cơng nghệ sử dụng ta ngồi chỗ khơng nói tiếng Việc phát triển khoa học công nghệ điều tất yếu mang tính hữu ích, bên cạnh cần có nhiều nghiên cứu tác động công nghệ hành vi xã hội lồi người hệ qua với mơi trường tự nhiên tương lai để đảm bảo việc phát triển bề vững [1] Asvin Gohil, Hardik Modi, Shobhit K Patel,”5G Technology of Mobile D Trí tuệ nhân tạo - Artificial intelligent (AI) Công nghệ mạng 5G hướng đến hạ tầng thông minh: thiết bị thông minh, nhà thông minh, thành phố thông minh Để hạ tầng trở nên thơng minh việc tính tốn hệ thống phải thực thi với mật độ lớn thời gian đáp ứng nhanh trung tâm điều khiển tập trung Chính phát triển trí tuệ nhân tạo cốt lõi cho việc ứng dụng điều khiển thơng minh, phân tích liên kết hàng triệu có hàng tỉ liệu hệ thống liệu tập trung toàn cầu VI TỔNG KẾT Sự phát triển hệ di động đặc biệt với chức truyền liệu không dây kéo theo phát triển cơng nghệ tồn cầu bao hàm tất lĩnh vực đời sống xã hội, mở kỉ nguyên nhân loại Việc nghiên cứu hệ mạng 5G tổ chức công nghệ hàng đầu giới nghiên cứu: Samsung, SK Telecom, NTT Docomo (Nhật Bản), nhóm nghiên cứu METIS (Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society)- Châu Âu (Ericsson, Alcatel-Lucent Bell VII TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 – 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 – 8887) Volume 5– 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 Requirements–Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications–Amendment 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 Mämmelä, “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 ... việc nghiên cứu phát triển mạng 5G Theo khảo sát dung lượng truyền của điện thoại hàng tháng vào thời điểm đời 5G Cisco (2015) lên tới gần 25 exabytes/tháng (1 Exabyte = 109 Gigabyte) [15] Và lượng... không dây cho hệ truyền thông di động Các nhà nghiên cứu phát triển Hàn Quốc đề xuất sử dụng BDMA giao diện vô tuyến cho 5G IV CÁC NGHIÊN CỨU VỀ 5G A Giao tiếp di động sóng mmWave Đối với nhu... thống mạng 4G [1] E Công nghệ hệ truyền thông thứ năm (5G) 5G tên sử dụng số báo nghiên cứu dự án để nói hệ truyền thông dựa tảng công nghệ truyền thông 4G 5G giới chuyên gia dự đoán vào thực tề vào