Tìm hiểu công nghệ 5g và ứng dụng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH xii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv LỜI NÓI ĐẦU xv CHƯƠNG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG1 1.1 Công nghệ tương tự -0G 1G 1.2 Hệ thống thông tin di động hệ thứ 1.2.1 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 1.2.2 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 1.3 Hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) 1.4 1.5 Hệ thống thông tin di động hệ4 (4G) 12 Hệ thống thông tin hệ thứ (5G) 15 CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G 18 2.1 Kiến trúc hệ thống 5G 18 2.1.1 Mạng truy nhập vô tuyến đám mây C-RAN 19 2.1.2 Mạng di chuyển MN 21 2.1.3 Truyền thông D2D 22 2.2 Mạng lõi Nano 26 2.2.1 Công nghệ Nano 27 2.2.2 Điện toán đám mây 36 2.2.3 Mạng All IP 39 2.3 Các lớp mạng 40 2.4 Kỹ thuật truyền dẫn 43 2.4.1 Dạng sóng 43 2.4.2 Điều chế 46 2.4.3 Ghép kênh 47 2.4.4 Đa truy nhập 50 2.4.5 Anten 61 SV: NGUYỄN HẢI YẾN x Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC 2.5 An ninh mạng hệ thống thông tin di động 5G 65 2.5.1 Thiết bị người sử dụng UE 65 2.5.2 Mạng truy nhập 68 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G 78 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO xii SV: NGUYỄN HẢI YẾN xi Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu Tên hình ảnh Trang 1.1 Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động 1.2 Một mẫu điện thoại thời 0G 1.3 IPhone 2G sản phẩm tiêu biểu cho hệ thống thông tin hệ thứ 1.4 Ví dụ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) 1.5 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 1.6 Lộ trình phát triển lên 3G 10 1.7 Hình ảnh tổng thể OFDM 13 1.8 Khối khả hệ thống 5G tương lai 16 2.1 Kiến trúc hệ thống 5G (Nguồn: METIS) 18 2.2 Sự thay đổi từ RAN sang C-RAN 21 2.3 Mạng di chuyển MN 22 2.4 Mạng dày đặc UDN 23 2.5 Các trường hợp can thiệp lẫn truyền thông D2D 25 2.6 Mạng lõi Nano hệ thống 5G 27 2.7 Morph – Khái niệm công nghệ cho tương lai 29 2.8 Cảm biến Nano 30 2.9 Qubit 33 2.10 Nanodot 34 2.11 Mật mã lượng tử 35 2.12 Điện toán đám mây 37 2.13 Các lớp mạng hệ thống 5G 40 SV: NGUYỄN HẢI YẾN xii Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC 2.14 Lớp mạng (Network Layer) 42 2.15 Lịch sử trình kết nối (Nguồn: Cisco) 44 2.16 So sánh công nghệ milimeter-wave công nghệ 45 2.17 So sánh phương thức ghép kênh 50 2.18 Đa truy nhập phân chia theo búp sóng BDMA 51 2.19 Nguyên lý hoạt động BDMA 52 2.20 Cấu trúc khung TDD-BDMA 53 2.21 Cấu trúc khung FDD-BDMA 53 2.22 Sơ đồ biến thể NOMA 55 2.23 Hệ thống NOMA đường xuống sử dụng trình SIC cho người dùng 57 2.24 Hệ thống NOMA đường lên sử dụng trình SIC cho người dùng 58 2.25 So sánh OMA (OFDMA) NOMA đường xuống 59 2.26 So sánh OMA (OFDMA) NOMA đường lên 60 2.27 Mơ hình kênh MIMO với N୲ Anten phát N୰ Anten thu 63 2.28 Anten Massive MIMO 62 2.29 Mơ hình Cell sử dụng Anten Massive MIMO 63 2.30 Phần mềm độc hại (Malware) 66 2.31 Hệ thống botnet 68 3.1 Internet of Thing 78 3.2 Ngôi nhà thông minh 80 3.3 Thử nghiệm tốc độ 5G Samsung 83 SV: NGUYỄN HẢI YẾN xiii Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5G 1G 2G 3G 4G APSK BS CDMA CSI CQI DL IoT NOMA OFDMA OMA RAN SC SDMA SIC SNR UE UL OFDM FBMC GFDM 5௧௛ Generation The First Generation The Second Generation The Third Generation The Fourth Generation Amplitude & Phase Shift Keying Base Station Code Division Multiple Access Chanel Statr Information Chanel Quality Indicator Downlink Internet of things Non-Orthogonal Multiple Access Orthogonal Frequency-Division Multiple Access Orthogonal Multiple Access Radio Access Network Superposition Coding Spatial Division Multiple Access Successive Interference Cancellation Signal to-Noise Ratio User Equipment Uplink Orthogonal Frequency Division Multiplexing Filter – bank Multicarrier Generalized Frenquency Division Multiplexing SV: NGUYỄN HẢI YẾN xiv Thế hệ Hệ thống di động hệ Hệ thống di động hệ Hệ thống di động hệ Hệ thống di động hệ Khóa chuyển pha biên độ Trạm gốc Đa truy nhập phân chia theo mã Thông tin trạng thái kênh Chỉ thị chất lượng kênh Đường xuống Vạn vật kết nối Internet Đa truy nhập không trực giao Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao Đa truy nhập trực giao Mạng truy nhập vơ tuyến Mã hóa chồng lẫn Đa truy nhập mã thưa Loại bỏ nhiễu kế cận Tỷ số tín hiệu tạp âm Thiết bị người dung Đường lên Đa sóng mang trực giao Bộ lọc ngân hàng Đa phân chia theo tần số tổng quát Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC LỜI NÓI ĐẦU Thời điểm tại, mạng 4G bắt đầu đưa vào sử dụng triển khai Việt Nam vào năm 2017, đến năm 2020, nhà phân tích cho rằng, liên tục xảy tình trạng q tải thơng tin Ngun nhân, cho dù tăng vọt doanh số bán hàng loại điện thoại thơng minh (smartphone) máy tính bảng (tablet) đồng nghĩa với khối lượng liệu ngày lớn, có phần nhỏ lượng truy cập thiết bị này, lại phần lớn lượng thông 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, công 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 2, 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 địi hỏi ngành cơng 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 thông tin di động 5G điều diễn tương lai không xa Và lý mà em chọn đề tài “TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ 5G VÀ ỨNG DỤNG”làm đề tài cho SV: NGUYỄN HẢI YẾN xv Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC 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 Nội dung đồ án gồm: Chương 1: Quá trình phát triển hệ thống thơng tin di động Chương 2: Kiến trúc hệ thống thông tin di động 5G Chương 3: Ứng dụng triển khai hệ thống thông tin di động 5G Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa ĐTVT tạo điều kiện, giúp đỡ trang bị cho em kiến thức quý báu Em xin chân thành cảm ơn thầy THS ĐÀO XUÂN PHÚCđã hướng dẫn tận tình giúp đỡ em hồn thành tốt đồ án thời hạn Tuy nhiên, hạn chế mặt thời gian lực thân nên nội dung đồ án không tránh khỏi thiếu sót Kính mong thấy giáo bạn quan tâm đóng góp ý kiến thêm để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Hải Yến SV: NGUYỄN HẢI YẾN xvi Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC CHƯƠNG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Giới thiệu chương: Chương trình bày lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động giới Cho nhìn tổng quan tiêu chuẩn, ưu nhược điểm hệ thông tin di động phát triển giới Đồng thời chương đề cập cập đến yêu cầu đặt racủa hệ thống thông tin di động hệ thứ (5G) Thông tin di động lĩnh vực quan trọng đời sống xã hội Xã hội phát triển, nhu cầu thông tin di động người tang lên thông tin di động khẳng định cần thiết tính tiện dụng Cho đến hệ thống thơng tin di động trải qua nhiều giao đoạn phát triển, từ hệ di động hệ đến hệ hệ phát triển giới-thế hệ Trong chương trình bày khái quát đặc tính chung hệ thống thơng tin di động Khi ngành thông tin quảng bá vơ tuyến phát triển ý tưởng thiết bị điện thoại vô tuyến đời tiền thân mạng thông tin di động sau Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến thử nghiệm ST Louis, bang Missouri Mỹ Sau năm 50, việc phát minh chất bán dẫn ảnh hưởng lớn đến lĩnh vực thông tin di động Ứng dụng linh kiện bán dẫn vào thông tin di động cải thiện số nhược điểm mà trước chưa làm SV: NGUYỄN HẢI YẾN Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC Thuật ngữ thông tin di động tế bào đời vào năm 70, kết hợp vùng phủ sóng riêng lẻ thành cơng, giải tốn khó dung lượng Hình 1.1: Lộ trình phát triển hệ thống thơng tin di động tế bào 1.1 Công nghệ tương tự -0G 1G Có hai hệ ngành cơng nghệ di động coi tương tự Các công nghệ coi 0G 1G 1G công nghệ di động tổ ong (cellular) đầu tiên, 0G công nghệ di động tiền tổ ong (pre-cellular) Các thiết bị đầu cuối sử dụng 0G khó gọi thiết bị di động Các mẫu mã lớn thường gắn vào xe ô tơ Sau đó, thiết bị cầm tay đời, 0G bị thay thế hệ 1G Khía cạnh chủ yếu phân biệt 0G 1G công nghệ 1G sử dụng mạng tổ ong (cellular network) Một mạng tổ ong mạng tạo nên số cell Mỗi cell phục vụ máy phát cố định, thường gọi trạm gốc Trên thực tế có vài ví dụ việc sử dụng mạng tổ ong 0G, điều làm nên khác biệt 1G 0G 1G hỗ trợ việc kết nối liền mạch di chuyển từ cell sang cell khác Điều có nghĩa là, người dùng khỏi tầm hoạt động trạm gốc thực gọi, sử dụng công nghệ 0G người dung bị ngắt SV: NGUYỄN HẢI YẾN Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC kết nối, sử dụng công nghệ 1G người dung không nhận thấy ngắt quãng Mặt khác, công nghệ 0G thường bán song cơng (có nghĩa viêc thu phát âm khơng xảy đồng thời) Hình 1.2 Một mẫu điện thoại thời 0G Vào năm 1970, mạng sử dụng công nghệ 0G bị tải nghiêm trọng Một chuẩn tương tự khác giới thiệu 1G Giống 0G, 1G sử dụng băng tần vô tuyến UHF Việc truyền âm thực mà khơng có mã hóa giao diện vơ tuyến Điều có nghĩa có máy quét đơn giản nghe điện đàm Các cố gắng nhà chức trách nhằm ngăn chặn việc xâm nhập bất hợp pháp không giải vấn đề Bên cạnh việc bảo vệ thông tin cá nhân, nhược điểm hệ thống đưa đến vấn đề khác liệu truyền gửi mà khơng mã hóa, kỹ thuật bảo mật cịn thơ sơ dễ dàng lộ cho hacker Hầu hết công nghệ 1G có dạng bảo mật, thủ tục nhận thực thô sơ Thủ tục bao gồm việc xác nhận hai số: số nhận dạng di động MIN số thuê bao điện tử ESN Quá trình xác nhận diễn thiết bị di động bắt đầu liên lạc với hệ thống Đầu tiên, số đen (blacklist) kiểm tra xem xét thiết bị di động có bị khóa hay không Tiếp theo tin gửi tới HLR để thông qua kết hợp MIN ESN Cả hai số truyền khơng mã hóa giao diện vơ tuyến Hacker nghe SV: NGUYỄN HẢI YẾN Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC (Universal Integrated Circuit Card) hay tin xác thực giải pháp để hạn chế công Tấn công liệu người dùng nhận dạng bảo mật: Nghe liệu người sử dụng mạng E-UTRAN thiết bị kiểu công nguy hiểm loại cơng 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 dòng liệu người sử dụng mạng Kiểu công chủ yếu khai thác vào tuyến liệu cho người sử dụng không bảo vệ HeNB Vì lý này, liệu khơng 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 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 cơng dạng bao gồm: SV: NGUYỄN HẢI YẾN 73 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC Tấn công 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: 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 không sử dụng nó, sau thời gian khơng hoạt động, kênh liệu bị vơ 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 cơng, qua làm giảm hiệu suất mạng Bão hòa 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 th bao nhằm hỗ trợ cho trình xử lý gọi chuyển giao HSS cung cấp chức hỗ trợ cho việc xác thực cấp quyền SV: NGUYỄN HẢI YẾN 74 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC 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 thông 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 công DDoS vào thực thể mạng bên ngồi khác như: mạng doanh nghiệp, cơng ty, bệnh viện… Vì mạng ngồi kết nối với mạng lõi nên dù không trực tiếp nhằm vào mạng lõi, công DDoS có khả làm giảm hiệu suất 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 SV: NGUYỄN HẢI YẾN 75 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC điện thoại thông minh ẩn chứa nhiều nguy an ninh mạng Những điện thoại thông 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 thơng minh Nói cách khác, điện thoại thông 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 thơng 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 thông 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, SV: NGUYỄN HẢI YẾN 76 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC 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: NGUYỄN HẢI YẾN 77 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 5G Mạng khơng dây “thực sự” 5G thời đại mạng khơng dây “thực sự”, cánh để hướng đến giới Internet of Thing – IoT, nơi mà, tên nó, thứ (con người, thiết bị, đồ vật, máy móc…) có khả ăng kết nối khơng dây với với Internet Hình 3.1: Internet of Things (IoT) SV: NGUYỄN HẢI YẾN 78 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC 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 thơng Những xe tích hợp nhiều cơng nghệ, từ camera có khả cho tầm nhìn 360௢ , 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 thơng 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 Ngôi nhà thông minh tự động quản lý lưu lượng truy cập kết nối, tăng giảm phù hợp thiết bị để đảm bảo tiết kiệm lượng nhà Khơng 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 SV: NGUYỄN HẢI YẾN 79 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XN PHÚC Hình 3.2 Ngơi nhà thơng minh Thành phố thơng minh: thành phố có: Tịa nhà thơng minh: Những tịa nhà có khả ăng nh nhà thông minh quy mô lớn Giao thơng thơng minh: Tự động hóa phươ ương tiện giao thông, tuyến đường, tăng t cường an tồn giao thơng, giảm thiểu tắt nghẽn, hạn chế chất thải từ phương ph tiện yêu cầu hệ thống giao thông thông minh 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 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 eo tay tích hợp khả giám sát nhịp tim người sử dụng, kết giám sát truyền tải đến bác sĩ SV: NGUYỄN HẢI YẾN 80 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC 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 Triển khai hệ thống thông tin di động 5G 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 công nghệ: Nhiễu xuyên kênh: Đây vấn đề hệ thống viễn thơng 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 nguyên), 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 thơng với ngồi Cell phải đảm bảo luôn sẵn SV: NGUYỄN HẢI YẾN 81 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC 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 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 yêu 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 Thực tế triển khai hệ thống thông tin di động 5G SV: NGUYỄN HẢI YẾN 82 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC 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 Hình 3.3: Thử nghiệm tốc độ 5G Samsung 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 Samsung công bố họ sẵn sang công đoạn để tiến hành mắt “5G RF Integrated Circuit” (RFIC) – chip xử lý 5G hệ kết nối di động, mệnh danh cột mốc quan trọng công phát triển tiến tới tích hợp 5G tiêu chuẩn chung xã hội công nghệ 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 SV: NGUYỄN HẢI YẾN 83 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC khắc phục vấn đề truyền sóng di động milimet bước đột phá giúp mạng 5G đạt tốc độ cao khơng mơi trường phịng thí nghiệm mơi trường thực tế bên ngồi 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 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 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 thuận hợp tác chiến lược phát triển tiêu chuẩn công nghệ cho mạng di động 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 vàSan Francisco Tham gia Verizon dự án phát triển công nghệ cao đối tác Nokia, Qualcomm, Cisco, Samsung Alcatel-Lucent 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 SV: NGUYỄN HẢI YẾN 84 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC 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: NGUYỄN HẢI YẾN 85 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC 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 thơng tin di động hệ Việt Nam SV: NGUYỄN HẢI YẾN 86 Lớp: ĐTVT K16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: THS ĐÀO XUÂN PHÚC 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 (Phòng Kỹ thuật, Bộ tư lệnh Lăng), “MIMO – Công nghệ truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao”, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ, số (42), năm 2007 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 [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: NGUYỄN HẢI YẾN xii Lớp: ĐTVT K16 ... lõi Nano hệ thống 5G 2.2.1 Công nghệ Nano Các tiêu chuẩn Công nghệ Nano giới thiệu Nori Taniguchi Hội nghị Quốc tế kỹ thuật sản xuất Tokyo vào nnăm 1974 Công nghệ Nano việc ứng dụng kỹ thuật Nano... tốt, đáng mong đợi Chính việc đời hệ thông 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 SV: NGUYỄN HẢI YẾN xv Lớp: ĐTVT K16... biết đến với tên Công nghệ Nano phân tử MNT (Molecular NanoTechnology) Công nghệ Nano trở thành cách mạng công nghệ, mục tiêu hướng tới hệ thống viễn thông thời gian tới Công nghệ Nano cho thấy