hệ thống thông tin di động 5g tìm hiểu công nghệ 5g và ứng dụng

Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v LỜI NÓI ĐẦU x CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai (2G) 1.3 Hệ thống thông tin di động 2,5G 1.4 Hệ thống thông tin di động hệ thứ ba (3G) 1.5 Hệ thống thông tin di động tiền 4G (pre-4G) 1.6 Hệ thống thông tin di động hệ thứ tư (4G) 11 1.7 Hệ thống thông tin di động hệ thứ năm (5G) 12 CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G 15 2.1 Kiến trúc hệ thống 5G 15 2.1.1 Mạng truy nhập vô tuyến đám mây C-RAN 16 2.1.2 Mạng di chuyển MN 18 2.1.3 Truyền thông D2D 19 2.2 Mạng lõi Nano 21 2.2.1 Công nghệ Nano 22 2.2.2 Điện toán đám mây 30 2.2.3 Mạng All IP 32 SV: Đặng Anh Khoa i Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp 2.3 GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương Các lớp mạng 33 2.3.1 Lớp Kiến trúc không dây mở (OWA – Open Wireless Architecture) 34 2.3.2 Lớp mạng (Network Layer) 34 2.3.3 Lớp Giao thức vận chuyển mở (OTP – Open Transport Protocol) 35 2.3.4 Lớp ứng dụng (Application layer) 36 2.4 Kỹ thuật truyền dẫn 36 2.4.1 Dạng sóng 36 2.4.2 Điều chế 39 2.4.3 Ghép kênh 40 2.4.4 Đa truy nhập 42 2.4.5 Anten 47 2.5 An ninh mạng hệ thống thông tin di động 5G 51 2.5.1 Thiết bị người sử dụng UE 51 2.5.2 Mạng truy nhập 54 2.5.3 Mạng lõi 59 2.5.4 Các mạng IP bên 61 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G 63 3.1 Mạng không dây “thực sự” 63 3.2 Triển khai hệ thống thông tin di động 5G 66 3.2.1 Những thách thức phải đối mặt 66 3.2.2 Thực tế triển khai hệ thống thông tin di động 5G 67 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO xii SV: Đặng Anh Khoa ii Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu Tên hình ảnh Trang 1.1 Lộ trình phát triển hệ thống thơng tin di động 1.2 Khối khả hệ thống 5G tương lai 13 2.1 Kiến trúc hệ thống 5G (Nguồn: METIS) 15 2.2 Sự thay đổi từ RAN sang C-RAN 17 2.3 Mạng di chuyển MN 18 2.4 Mạng dày đặc UDN 19 2.5 Các trường hợp can thiệp lẫn truyền thông D2D 21 2.6 Mạng lõi Nano hệ thống 5G 22 2.7 Điện thoại Nano “trong suốt” 24 2.8 Morph – Khái niệm công nghệ cho tương lai 24 2.9 Cảm biến Nano 25 2.10 Qubit 27 2.11 Nanodot 28 2.12 Mật mã lượng tử 29 2.13 Điện toán đám mây 31 2.14 Các lớp mạng hệ thống 5G 34 2.15 Lớp mạng (Network Layer) 35 2.16 Lịch sử trình kết nối (Nguồn: Cisco) 37 2.17 So sánh công nghệ milimeter-wave công nghệ 38 SV: Đặng Anh Khoa iii Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương 2.18 So sánh phương thức điều chế 42 2.19 Đa truy nhập phân chia theo búp sóng BDMA 43 2.20 Nguyên lý hoạt động BDMA 44 2.21 Cấu trúc khung TDD-BDMA 45 2.22 Cấu trúc khung FDD-BDMA 45 2.23 Đa truy nhập không trực giao NOMA 46 2.24 So sánh OFDMA NOMA 47 2.25 Mơ hình kênh MIMO với Nt Anten phát Nr Anten thu 48 2.26 Anten Massive MIMO 49 2.27 Mô hình Cell sử dụng Anten Massive MIMO 50 2.28 Phần mềm độc hại (Malware) 52 2.29 Hệ thống botnet 54 2.30 Ví dụ cơng MITM 58 3.1 Internet of Everything 63 3.2 Ngôi nhà thông minh 64 3.3 Thành phố thông minh 65 3.4 Địa điểm thử nghiệm Thành Đô (Trung Quốc) 68 3.5 SK Telecom Nokia hợp tác thành lập “Trung tâm nghiên cứu 5G” 69 3.6 Một địa điểm triển lãm Verizon MWC 2015 69 SV: Đặng Anh Khoa iv Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt English Tiếng Việt # 3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án đối tác hệ thứ A ACL Access Control List Danh sách điều khiển truy cập AMPS Advanced Mobile Phone System Dịch vụ điện thoại di động cao cấp B BDMA Beam Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo búp sóng BS Base Station Trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc C CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã C-RAN Cloud Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến đám mây C-RNTI Cell Radio Network Temporary Identifier Số nhận dạng mạng vô tuyến Cell tạm thời D D2D Divice to Divice Communication Truyền thông Thiết bị - Thiết bị DoS Denial of Service Từ chối dịch vụ DDoS Distributed Denial of Service Từ chối dịch vụ phân tán SV: Đặng Anh Khoa v Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương DPC Dirty Paper Coding Mã hóa “tờ giấy bẩn” DRX Discontinuous Reception Thu nhận không liên tục DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DUE D2D User Equipment Thiết bị người sử dụng dùng truyền thông D2D E EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Cải tiến tốc độ liệu cho phát triển GSM F FBMC Filter Bank Multi-Carrier Đa sóng mang lọc băng tần FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số G GFDM Generalised Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số tiêu chuẩn GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống thơng tin di động tồn cầu H HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao nội trú SV: Đặng Anh Khoa vi Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp HSUPA GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao I IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ nghệ Điện Điện tử IMT International Mobile Telecommunications Viễn thông di động quốc tế IoE Internet of Everything Internet thứ IP Internet Protocol Giao thức Internet IS Interim Standard Tiêu chuẩn tạm thời ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế L LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn M MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy cập môi trường METIS Mobile and wireless communications Enablers for Twenty-twenty (2020) Information Society Thông tin di động truyền thông không dây ứng dụng vào năm 2020 MIMO Multi-input Multi-output Đa đầu vào – Đa đầu MITM Man In The Middle Tấn công man-in-the-middle SV: Đặng Anh Khoa vii Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện MN Moving Network Mạng di chuyển MS Mobile Station Trạm di động MRN Moving Relay Node Điểm chuyển tiếp di động N NOMA Non-Orthogonal Multiple Access Đa truy nhập không trực giao O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OSI Open Systems Interconnection Reference Model Mơ hình tham chiếu kết nối hệ thống mở OTP Open Transport Protocol Giao thức vận chuyển mở OWA Open Wireless Architecture Kiến trúc không dây mở P PAPR Peak-to-Average Power Ratio Tỉ số cơng suất đỉnh trung bình PHY Physical Layer Lớp vật lý Q QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ S SDMA Space Division Multiple Access SV: Đặng Anh Khoa viii Đa truy nhập phân chia theo không gian Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương SIC Successive Interference Cancellation Hủy bỏ can thiệp liên tục SIM Subcriber Indentification Module Mô-đun nhật thực thuê bao SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn T TACS Total Access Communications System Hệ thống thơng tin truy nhập tồn TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian U UDN Ultra-Dense Network Mạng dày đặc UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UFMC Universal Filtered Multi-Carrier Đa sóng mang lọc tồn UMB Ultra Mobile Broadband Băng thơng rộng siêu di động UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu W WAM WAve Modulation Điều chế sóng WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access Tương tác toàn cầu truy nhập viba SV: Đặng Anh Khoa ix Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương LỜI NÓI ĐẦU Thời điểm tại, mạng 4G bắt đầu đưa vào sử dụng, đến năm 2020, nhà phân tích cho rằng, liên tục xảy tình trạng q tải thơng tin Nguyên nhân, cho dù tăng vọt doanh số bán hàng loại điện thoại thông minh (smartphone) máy tính bảng (tablet) đồng nghĩa với khối lượng liệu ngày lớn, có phần nhỏ lượng truy cập thiết bị này, cịn lại phần lớn lượng thơng tin từ việc kết nối “vật thể” với nhau, ví dụ tivi, đồng hồ, đồ gia dụng, máy điều nhiệt chí khóa cửa , tất số hóa, người sử dụng thực kết nối, giao tiếp, điều khiển chúng lúc nơi Ưu điểm mạng 4G tải khối lượng liệu lớn phức tạp so với hệ thống di động trước, nhiên, với tốc độ phát triển cơng nghệ chóng mặt vài năm nữa, cơng nghệ 4G đáp ứng Tại Đại hội giới di động 2012 - Mobile World Congress 2012 (MWC 2012) tổ chức Barcelona - Tây Ban Nha vào tháng vừa qua, chủ tịch Google, Eric Schmidt vẽ viễn cảnh, robot dự hội nghị truyền video HD qua mạng không dây, AT&T, Qualcomm, Sony Intel tạo "ngôi nhà kết nối", nơi mà chí quần áo truyền tín hiệu Vì mạng khơng dây cần phải hiểu tính loại thiết bị biết phải đáp ứng Đây khó khăn thực cho nhà mạng, điều đòi hỏi ngành công nghiệp di động giới cần phát triển mạng thơng minh xử lý hàng tỉ kết nối mà ổn định có chất lượng dịch vụ tốt, đáng mong đợi Chính việc đời hệ thơng tin di động 5G điều diễn tương lai không xa Và lý mà em chọn đề tài “TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ 5G VÀ ỨNG DỤNG” làm đề tài cho báo cáo tốt nghiệp Bài báo cáo nêu yêu cầu đặt hệ thống thông tin di động 5G với kỹ thuật tiên tiến xem ứng viên sáng giá việc xây dựng triển khai cho hệ thống tương lai SV: Đặng Anh Khoa x Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương Nghe liệu người sử dụng mạng E-UTRAN thiết bị kiểu công nguy hiểm loại công Những kẻ cơng cài đặt HeNB riêng chúng cấu hình vào chế độ truy cập mở Sau đó, thiết bị mục tiêu sử dụng HeNB bất để gửi yêu cầu truy nhập vào mạng lõi mà không hay biết Kết kẻ cơng dễ dàng nghe tồn dịng liệu người sử dụng mạng Kiểu công chủ yếu khai thác vào tuyến liệu cho người sử dụng khơng bảo vệ HeNB Vì lý này, liệu không bảo vệ không nên để lại khu vực an toàn bên HeNB để tránh công nghe Hơn nữa, người sử dụng đầu cuối nên khai báo họ kết nối với HeNB kiểu đóng mở  Tấn cơng chức quản lý tài nguyên vô tuyến RRM: Làm xáo trộn chức quản lý tài nguyên vô tuyến RRM kiểu cơng mà đó, HeNB cung cấp sai lệch thông tin tài nguyên vô tuyến Để đạt điều này, kẻ công truy nhập vào HeNB thay đổi phương diện quản lý tài nguyên Hậu gây tượng gia tăng mức số lượng thiết bị chuyển giao Như vậy, cần phải tăng cường an ninh cho giao diện cấu hình HeNB để tránh kiểu công 2.5.3 Mạng lõi Do việc sử dụng kiến trức mở dựa IP nên hệ thống di động 5G phải đối mặt với nguy cao bị công IP, dạng công phổ biến Internet Các công dạng bao gồm:  Tấn cơng DDoS nhằm vào mạng lõi: Tấn công DDoS trở thành vấn đề vô nghiêm trọng hệ thống mạng Khi mạng di động 5G đưa vào hoạt động, hàng triệu người kết nối, ảnh hưởng công DoS DDoS mạng lõi gia tăng Trong truyền thông 5G, cơng DDoS gây botnet với số lượng lớn thiết bị nhiễm mã độc Sau hai ví dụ cơng mở rộng mạng lõi 5G: SV: Đặng Anh Khoa 59 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương  Khuếch đại tín hiệu: Kiểu cơng gây botnet số lượng lớn thiết bị nhiễm mã độc Cell, qua làm cạn kiệt nguồn tài nguyên mạng Cell Kiểu cơng lợi dụng phần mào đầu tín hiệu để gửi yêu cầu thiết lập giải phóng kênh liệu vơ tuyến riêng mạng Do đó, lượng lớn kênh liệu riêng khởi động đồng thời, buộc thành phần mạng khác phải xử lý khối lượng lớn tín hiệu để đáp ứng nhu cầu cho kênh liệu Sau chiếm kênh liệu riêng, bot khơng sử dụng nó, sau thời gian không hoạt động, kênh liệu bị vô hiệu hóa kèm theo thủ tục vơ hiệu hóa kênh liệu Các thiết bị độc hại botnet tiến hành lặp lặp lại bước tương tự để khuếch đại công, qua làm giảm hiệu suất mạng  Bão hịa máy chủ thuê bao thường trú HSS: HSS nút quan trọng Lõi gói tiến hóa EPC, bao gồm sở liệu chủ chốt User đồng thời cịn chứa thơng tin liên quan đến thuê bao nhằm hỗ trợ cho trình xử lý gọi chuyển giao HSS cung cấp chức hỗ trợ cho việc xác thực cấp quyền truy cập Một mạng có nhiều HSS dựa số lượng thuê bao di động, suất thiết bị tổ chức mạng Dễ dàng thấy việc công DDoS vào HSS gây hậu Nếu HSS bị bão hịa, khả cập nhật lưu trữ, chí cịn có khả làm sai lệch thơng tin thuê bao, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến mạng lõi di động  Tấn công DDoS nhằm vào thực thể bên mạng lõi: Trong tương lai, mạng di động 5G trở thành cánh mở để kẻ công thiết lập cơng DDoS vào thực thể mạng bên ngồi khác như: mạng doanh nghiệp, công ty, bệnh viện… Vì mạng ngồi kết nối với SV: Đặng Anh Khoa 60 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương mạng lõi nên dù không trực tiếp nhằm vào mạng lõi, công DDoS có khả làm giảm hiệu suất 2.5.4 Các mạng IP bên ngồi Trong thời đại truyền thơng 5G, mạng IP bên (như mạng doanh nghiệp) mục tiêu công DDoS của công phần mềm độc hại Phần tập trung vào cách thức mà mạng doanh nghiệp bị nhiễm phần mềm độc hại thông qua thiết bị di động hệ thống giải pháp để giảm thiểu vấn đề Sự phát triển mạnh mẽ điện thoại thông minh giúp cho sở hữu cho riêng Những điện thoại thông minh không giúp họ lĩnh vực cá nhân mà giúp họ hồn thành tốt cơng việc Đã có khơng doanh nghiệp thiết kế phần mềm riêng phục vụ cho mục đích kinh doanh họ, giúp họ dễ dàng quản lý trình sản xuất, giao dịch… Với tiềm hệ thống 5G, việc sử dụng điện thoại thông minh cài đặt phần mềm trở nên phổ biến Tuy nhiên, việc truy cập vào mạng doanh nghiệp điện thoại thông minh ẩn chứa nhiều nguy an ninh mạng Những điện thoại thơng minh hồn tồn có khả nhiễm phần mềm độc hại, nhờ mà kẻ cơng khai thác liệu doanh nghiệp Một ví dụ, gần đây, ứng dụng DreamDroid đưa vào thị trường Android thu hút nhiều ý người sử dụng Vậy, cần kẻ công cài đặt mã độc vào ứng dụng đưa lên thị trường, người dùng thuộc doanh nghiệp tải cài đặt, thiết bị họ vơ tình bị nhiễm phần mềm độc hại, nhờ mà kẻ cơng xâm nhập trái phép vào mạng doanh nghiệp Một đặc tính khác điện thoại thơng minh tương lai mà kẻ cơng tận dụng để xâm nhập vào mạng doanh nghiệp, khả kết nối đa dạng Những điện thoại không hỗ trợ kết nối với mạng di động (2G/3G/4G/5G) mà hỗ trợ kết nối WiFi, Bluetooth, USB, NFC… Kẻ cơng làm dụng công nghệ kết nối để truyền phần mềm độc hại đến điện thoại thông SV: Đặng Anh Khoa 61 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương minh Nói cách khác, điện thoại thơng minh nhân viên doanh nghiệp vơ tình trở thành cầu nối để kẻ cơng cơng vào mạng doanh nghiệp… Ví dụ, trường hợp điện thoại thông minh nhân viên kết nối với máy tính văn phịng, máy tính tất nhiên kết nối với mạng nội doanh nghiệp, bot-master xâm nhập vào điện thoại nhân viên thông qua WiFi (hoặc dạng kết nối khác) qua dễ dàng đưa mã độc vào mạng doanh nghiệp thông qua kết nối USB từ điện thoại đến máy tính Để tránh việc mạng doanh nghiệp bị nhiễm phần mềm độc hại từ điện thoại thơng minh nhân viên, có cách phổ biến, thực quét định kỳ tất điện thoại thơng minh tồn nhân viên phần mềm chống mã độc Tuy nhiên, phương pháp tốn cho doanh nghiệp Có giải pháp khác mang hiệu kinh tế đề xuất, lấy mẫu chiến lược (Strategic Sampling) Lấy mẫu chiến lược phương pháp xác thực định kỳ lấy mẫu điện thoại đại diện an ninh Sau đó, điện thoại bị lấy mẫu kiểm tra độ tin cậy Mức độ đại diện an ninh thiết bị xác định thông qua mức độ ảnh hưởng nhân viên sở hữu thiết bị lược sử Co-location thiết bị Kết luận chương: Chương trình bày kỹ thuật truyền dẫn tiêu biểu, ứng dụng vào hệ thống 5G Những kỹ thuật cung cấp khả hoàn toàn vượt trội so với kỹ thuật Tuy nhiên, nhược điểm chung chúng, tính phức tạp xử lý tín hiệu thiết kế phần cứng Các thiết bị xử lý tín hiệu phải xử lý lượng lớn thông tin với độ phức tạp cao mà đảm bảo chất lượng, đồng thời kích thước chúng phải thực nhỏ gọn Đây lý khiến cho Nano trở thành công nghệ cốt lõi việc xây dựng hệ thống thông tin di động 5G Việc nắm bắt công nghệ, kỹ thuật tiên tiến phần giúp có nhìn tổng quan hệ thống thơng tin di dộng 5G, giúp cho việc tiếp cận hệ thông tin di động Việt Nam trở nên dễ dàng SV: Đặng Anh Khoa 62 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương CHƯƠNG ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G Giới thiệu chương: Chương đề cập đến khả ứng dụng hệ thống 5G, bên cạnh cịn nêu lên thách thức tình hình triển khai hệ thống thực tế giới 3.1 Mạng khơng dây “thực sự” 5G thời đại mạng không dây “thực sự”, cánh để hướng đến giới Internet of Everything – IoE, nơi mà, tên nó, thứ (con người, thiết bị, đồ vật, máy móc…) có khả kết nối khơng dây với với Internet Hình 3.1 Internet of Everything Với việc thứ liên kết với nhau, người gần làm việc họ muốn nơi lúc Sau vài ví dụ cho khả IoE: - Tự động hóa: ta trải nghiệm khả lái xe tự động ô tô tham gia giao thông Những xe tích hợp nhiều cơng nghệ, từ SV: Đặng Anh Khoa 63 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương camera có khả cho tầm nhìn 360𝑜 , cảm biến lắp đặt xung quanh xe để xác định khoảng cách phương tiện, nhận dạng người tính tự động lái theo lịch trình đề trước Bên cạnh đó, xe cịn có khả cung cấp dịch vụ đáp ứng nhu cầu giải trí người xe TV, Internet… Người sử dụng việc ngồi tận hưởng chuyến hoàn toàn tự động, thoải mái mà đảm bảo an tồn - Ngơi nhà thơng minh: Mọi thứ nhà thông minh hóa Từ vật dụng cố định (TV, tủ lạnh, máy điều hòa…) vật dụng cá nhân (máy tính xách tay, điện thoại, máy tính bảng…), chí hệ thống an ninh, hệ thống chiếu sáng,… tất kết nối với với người sử dụng Ngơi nhà thơng minh tự động quản lý lưu lượng truy cập kết nối, tăng giảm phù hợp thiết bị để đảm bảo tiết kiệm lượng nhà Không thế, chủ ngơi nhà thực thao tác thiết bị nhà thơng qua di động/máy tính xách tay/máy tính bảng lúc đâu mà họ muốn Hình 3.2 Ngơi nhà thơng minh SV: Đặng Anh Khoa 64 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương - Thành phố thơng minh: thành phố có: o Tịa nhà thơng minh: Những tịa nhà có khả nhà thông minh quy mô lớn o Giao thơng thơng minh: Tự động hóa phương tiện giao thơng, tuyến đường, tăng cường an tồn giao thông, giảm thiểu tắt nghẽn, hạn chế chất thải từ phương tiện yêu cầu hệ thống giao thông thông minh o Năng lượng thơng minh: Có khả tự điều tiết nhu cầu lượng đến người sử dụng để nâng cao hiệu suất lượng, khả quản lý tiết kiệm chi phí Hình 3.3 Thành phố thơng minh - Chăm sóc sức khỏe: Người bệnh khơng thiết phải bênh viện, họ đưa nhà giám sát, chăm sóc từ xa thơng qua hệ thống kết nối thơng minh Bên cạnh đó, vật dụng cá nhận tích hợp chức giám sát sức khỏe phát triển mạnh mẽ Chẳng hạn đồng hồ đeo tay tích hợp khả giám sát nhịp tim người sử dụng, kết giám sát truyền tải đến bác sĩ - Giáo dục thơng minh: Việc học thực đâu Mọi người truy cập, kết nối với hình thành lớp học online, kết hợp với thiết bị, công cụ tương tác thông minh, việc học thực hành thực trở nên dễ dàng thuận tiện hết SV: Đặng Anh Khoa 65 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương 3.2 Triển khai hệ thống thông tin di động 5G 3.2.1 Những thách thức phải đối mặt Sự đời hệ thống thơng tin 5G xem cách mạng lớn ngành viễn thông thiết bị sử dụng lẫn phương thức truyền dẫn Không thể phủ nhận ưu điểm tiềm tàng mạng 5G, nhiên, việc triển khai vào thực tiễn chuyện dễ dàng, phải đối mặt với nhiều thách thức  Thách thức cơng nghệ: - Nhiễu xun kênh: Đây vấn đề hệ thống viễn thông nào, 5G ngoại lệ Một điều đáng nói, mạng 5G, số lượng kết nối gia tăng cách khủng khiếp, việc xuất nhiều số lượng kênh truyền diện tích nhỏ điều tất yếu, điều khiến cho vấn đề giải nhiễu xuyên kênh trở nên quan trọng hết - Khả Điều khiển truy nhập môi trường MAC: Việc xuất với mật độ dày đặc điểm truy cập thiết bị đầu cuối dẫn đến thông lượng người sử dụng bị giảm (do giới hạn tài ngun), độ trễ cao Chính vậy, việc đời mạng 5G phải với khả Điều khiển truy nhập môi trường hiệu quả, đảm bảo thông lượng độ trễ cho người sử dụng - Quản lý lưu lượng: Việc lượng lớn thiết bị, hệ thống liên kết, truyền thông với ngồi Cell phải đảm bảo ln ln sẵn sàng không phép xảy tắc nghẽn, tải Đây thách thức lớn mà hệ thống 5G phải giải  Thách thức triển khai: - Đa dịch vụ: Một yêu cầu cho mạng 5G khả cung cấp đa dịch vụ cho mạng không đồng nhất, cho thiết bị hoạt động địa hình khác Việc triển khai hệ thống 5G phải kèm với đời tiêu chuẩn để cung cấp linh hoạt, bao quát dồi dịch vụ không dây đáp ứng kỳ vọng người sử dụng SV: Đặng Anh Khoa 66 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương - Cơ sở hạ tầng: Hệ thống 5G đặt yêu cầu lớn công nghệ trang thiết bị Anten Massive MIMO, thiết bị hỗ trợ ghép kênh, điều chế mới, điện thoại 5G… tất phải thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm phải đảm bảo u cầu chất lượng Cơng nghệ NANO xem hướng giải quyết, nhiên, nay, việc phát triển cơng nghệ NANO cịn thách thức lớn nhân loại - Truyền thông, hàng hải viễn thám: Để hướng đến mạng truyền thông không dây “thực sự”, hệ thống 5G phải đáp ứng khía cạnh - Bảo mật an ninh mạng: Đây vấn đề tối quan trọng hệ thống viễn thơng Hệ thống 5G cần phải đảm bảo khả bảo vệ an toàn liệu cá nhân người sử dụng, phải phát hiện, xử lý ngăn chặn mối đe dọa an ninh mạng bối cảnh mà số lượng thiết bị kết nối lên đến hàng chục tỷ 3.2.2 Thực tế triển khai hệ thống thông tin di động 5G Hiện nay, nhiều tổ chức, quốc gia tiến hành đưa dự định tiến hành thử nghiệm cho hệ thống thông tin di động 5G tương lai Năm 2013, Samsung tiến hành thử nghiệm mạng 5G tần số 28 GHz với 64 Anten truyền dẫn tín hiệu Trong thử nghiệm này, Samsung đạt tới mốc download 940 MB/s (7,5 Gb/s) đứng yên 150 MB/s (1,2 Gb/s) di chuyển với tốc độ khoảng 110 km/h Gần đây, NTT DoCoMo, nhà mạng động lớn Nhật Bản công bố trở thành nhà mạng giới tiến hành thử nghiệm mạng 5G môi trường thực tế đạt tốc độ lên tới Gb/s Nhà mạng sử dụng kỹ thuật beamforming, beam-tracking bước sóng milimet dải tần 70 GHz để đạt thành Theo DoCoMo, việc sử dụng beamforming theo dõi thiết bị đổi quan trọng để khắc phục vấn đề truyền sóng di động milimet bước đột phá giúp mạng 5G đạt tốc độ cao không mơi trường phịng thí nghiệm mơi trường thực tế bên Trong năm 2015, hãng Huawei (Trung Quốc) DoCoMo kết hợp với để tiến hành thử nghiệm kết nối không dây 5G quy mô rộng, sử dụng băng tần GHz SV: Đặng Anh Khoa 67 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương Địa điểm thử nghiệm Thành Đô (Trung Quốc), thử nghiệm nhằm kiểm thử công nghệ Massive MIMO đa người dùng đầu tiên, thực kết nối đồng thời 24 thiết bị môi trường thông tin di động macro cell để truyền trực tiếp hình ảnh video hoạt động thử nghiệm đến gian hàng Triển lãm CEATEC JAPAN 2015 diễn Chiba (Nhật Bản) Cuộc thử nghiệm đem lại thành công đáng kể, tốc độ tải xuống trung bình lên đến 3,6 Gb/s kênh băng tần siêu rộng 100 MHz Hình 3.4 Địa điểm thử nghiệm Thành Đơ (Trung Quốc) Cũng năm 2015, nhà mạng Hàn Quốc SK Telecom hợp tác với Nokia Networks để thử nghiệm số công nghệ ứng viên cho 5G Theo đó, việc sử dụng đồng thời cơng nghệ truyền dẫn điều chế biên độ cầu phương QAM (Quadruple Amplitude Modulation), đa đầu vào – đa đầu (8x8 MIMO) băng thông 400 MHz, thử nghiệm SK Telecom Nokia Networks đạt tốc độ đỉnh lên đến 19,1Gbps Ngày 28/09/2015, Đối thoại Cấp cao Kinh tế - Thương mại Trung Quốc-châu Âu lần thứ diễn Bắc Kinh, Trung Quốc Liên minh châu Âu (EU) ký thoả SV: Đặng Anh Khoa 68 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương thuận hợp tác chiến lược phát triển tiêu chuẩn cơng nghệ cho mạng di động 5G Hình 3.5 SK Telecom Nokia hợp tác thành lập “Trung tâm nghiên cứu 5G” Verizon, nhà mạng không dây lớn nước Mỹ, lên kế hoạch thử nghiệm công nghệ 5G thực tế vào năm 2016 Hiện Verizon xây trạm thu phát sóng 5G trung tâm nghiên cứu Waltham, Massachusetts San Francisco Tham gia Verizon dự án phát triển công nghệ cao đối tác Nokia, Qualcomm, Cisco, Samsung Alcatel-Lucent Hình 3.6 Một địa điểm triển lãm Verizon MWC 2015 SV: Đặng Anh Khoa 69 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương Hầu hết tổ chức, quốc gia dự định thương mại hóa hồn tồn hệ thống thơng tin di động hệ thứ (5G) vào năm 2020 Kết luận chương: Hiện nay, tổ chức, quốc gia lớn giới riết tiến hành nghiên cứu, thử nghiệm hệ thống 5G Mặc dù phải đối mặt với thách thức lớn, với phát triển khoa học kỹ thuật, việc triển khai thành cơng hệ thống thơng tin di động 5G tồn giới điều hồn tồn năm tới SV: Đặng Anh Khoa 70 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương KẾT LUẬN Đồ án trình bày yêu cầu đặt hệ thống thông tin di động hệ thứ (5G) công nghệ, kỹ thuật tiên tiến cho ứng viên sáng giá việc xây dựng triển khai hệ thống Đồng thời đồ án đề cập đến thách thức việc triển khai hệ thống 5G vào thực tế thực trạng triển khai hệ thống quốc gia lớn Dựa kỹ thuật đề cập, tiến hành nghiên cứu chuyên sâu nguyên lý, chế hoạt động chúng, từ định hướng trình phát triển hệ thống thông tin di động hệ Việt Nam SV: Đặng Anh Khoa 71 Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tài liệu tiếng Việt: [1] Trần Xuân Nam, Đinh Thế Cường, Nguyễn Tuấn Minh (Học viện Kỹ thuật Quân sự), Nguyễn Vĩnh Hạnh (Phịng Kỹ thuật, Bộ tư lệnh Lăng), “MIMO – Cơng nghệ truyền dẫn vơ tuyến tốc độ cao”, Tạp chí Khoa học & Công nghệ, số (42), năm 2007 [2] Trường Đại học Quy Nhơn, Khoa Kỹ thuật Cơng nghệ, Giáo trình Thơng tin di động, năm 2014  Tài liệu tiếng Anh: [1] Jonathan Rodriguez, Fundamentals oF 5G mobile networks, Wiley, 2015 [2] Ma Zheng, Zhang ZhengQuan, Ding ZhiGuo, Fan PingZhi, Li HengChao, “Key techniques for 5G wireless communications: network architecture, physical layer, and MAC layer perspectives”, Science China Information Sciences, Vol 58, April 2015 [3] Asvin Gohil, Hardik Modi, Shobhit K Patel, “5G Technology of Mobile Communication: A Survey”, International Conference on Intelligent Systems and Signal Processing (ISSP), 2013 [4] Yuya Saito, Yoshihisa Kishiyama, Anass Benjebbour, Takehiro Nakamura, Anxin Li, and Kenichi Higuchi, “Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) for Future Radio Access”, Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 2013 IEEE 77th, 2013  Tài liệu điện tử: [1] www.pcworld.com.vn [2] www.hucotu.wordpress.com [3] www.company.nokia.com [4] www.arxiv.org SV: Đặng Anh Khoa xii Lớp: KT ĐT – TT K34 Đồ án tốt ngiệp GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Bảo Phương [5] www.telecoms.com [6] www.huawei.com [7] www.en.wikipedia.org [8] www.ieeexplore.ieee.org [9] www.itu.int Và tài liệu khác SV: Đặng Anh Khoa xiii Lớp: KT ĐT – TT K34 ... cho hệ thống thông tin di động 2G khơng thống nhất, việc chuyển giao tồn cầu khó thực 1.3 Hệ thống thông tin di động 2 ,5G Hệ thống thông tin di động 2 ,5G nâng cấp từ hệ thống thông tin di động. .. bị di động lớn 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai (2G) Hệ thống thông tin di động 2G đặc trưng công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số Thông tin di động 2G sử dụng công nghệ đa truy nhập phân... thống thông tin di động hệ thứ (1G) Hệ thống thông tin di động 1G mạng điện thoại di động nhân loại, khơi mào Nhật vào năm 1979 Hệ thống thông tin di động 1G ứng dụng công nghệ truyền dẫn tương