IV. Kết luận chương
CHƯƠNG III: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G I.Giới thiệu chung
I.Giới thiệu chung
Sự phát triển của công nghệ thông tin di động không dừng lại ở công nghệ 4G/LTE - Advanced. Mỗi phiên bản mới sẽ tiếp tục nâng cao hiệu suất hệ thống với lĩnh vực ứng dụng mới.Công nghệ mới sẽ bổ sung thêm ứng dụng như kết nối điện thoại di động, tự động hóa nhà, giao thông vận tải thông minh, an ninh và sách điện tử,…
Cho đến nay tổ chức Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) vẫn chưa công bố rộng rãi các yêu cầu cụ thể và chi tiết những công nghệ sẽ được tích hợp vào mạng 5G.Công nghệ 5G vẫn còn đang được nghiên cứu và các nhà khoa học vẫn đang tìm kiếm giải pháp thích hợp nhất.Dự kiến, việc triển khai mạng 5G có thể sẽ bắt đầu vào năm 2020 và tới năm 2025 sẽ được phổ biến toàn cầu.
Hình 3.1.Mạng di động thế hệ 5G có thể được đưa vào năm 2020
Theo dự kiến yêu cầu của mạng 5G, sẽ có sự khác biệt lớn giữa các thế hệ hiện tại với thế hệ 5G bao gồm:
- Mức tiêu thụ pin thấp hơn, tăng tuổi thọ của pin. - Xác suất tắc nghẽn thấp.
- Độ trễ được giảm bớt đáng kể so với LTE.
- Tốc độ nhanh hơn, cung cấp nhiều kết nối ổn định và đáng tin cậy hơn, phạm vi bao phủ tốt hơn và tốc độ dữ liệu cao ở viền tế bào giúp cho giải quyết các vấn đề liên quan đến diện tích phủ sóng (thậm chí ngay cả trên biển, nơi các trạm phát sóng trên đất liền không thể phủ sóng cũng bắt được tín hiệu 5G) - An toàn hơn, tiết kiệm năng lượng, bổ sung thêm tính năng cho phần cứng
- Đồng thời truyền được nhiều đường truyền dữ liệu. - Khoảng tốc độ dữ liệu 1Gbps khi di động
- Hiệu quả phổ hệ thống cao hơn đáng kể so với 4G
- Web không dây trên toàn cầu (WWWW: World Wide Wireless Web), các ứng dụng web không dây dựa trên bao gồm đầy đủ các khả năng đa phương tiện vượt quá tốc độ 4G để kết nối mọi nơi trên trái đất.
- Các ứng dụng kết hợp với cảm biến nhân tạo thông minh (AI), cuộc sống của con người sẽ được bao phủ bởi các cảm biến nhân tạo có thể giao tiếp được với điện thoại di động thông minh. Khả năng tương tác linh hoạt và hỗ trợ nhiều loại thiết bị khác nhau như máy tính bảng, thiết bị đeo tay, …
- Không gây hại cho sức khỏe con người.
- Lệ phí lưu lương truy cập rẻ hơn do chi phí triển khai cơ sở hạ tầng thấp Thế hệ 5G là một công nghệ mới mà sẽ cung cấp tất cả các ứng dụng có thể, bằng cách sử dụng một thiết bị bao quát, kết nối hầu hết các cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc đã tồn tại.Các thiết bị đầu cuối 5G sẽ là một đa cấu hình lại và được kích hoạt nhận thức vô tuyến.Nó sẽ có phần mềm xác định phương pháp điều chế vô tuyến.Các mạng di động 5G sẽ tập trung vào việc phát triển các thiết bị đầu cuối sao cho có thể truy cập công nghệ mạng không dây khác nhau cùng một lúc và sẽ kết hợp các luồng khác nhau từ các công nghệ khác nhau.
Điểm đặc biệt về cải tiến của thế hệ 5G so với những mạng thế hệ trước (dùng các trạm cở sở trên mặt đất) là mạng 5G có thể sử dụng các trạm HAPS (High Altitude Stratospheric Platform Stations).
Hình 3.2. Mô hình trạm HAPS
Các trạm HAPS có thể là những chiếc máy bay hoặc quả bóng được thiết kế để hoạt động ở độ cao rất thấp, treo lơ lửng ở một vị trí cố định trong thời gian dài, khoảng cách từ 17km – 22km so với mặt đất và hoạt động như một vệ tinh. HAPS được cung cấp nguồn bằng pin, động cơ hoặc tế bào năng lương mặt trời. Nó làm việc như một trạm phát có thể so sánh với anten cao và truyền tín hiệu bằng giao tiếp không dây. Đó là kỹ thuật mới và rất tốt trong việc phục vụ dịch vụ thông tin không dây băng thông rộng. Trạm HAPS cung cấp một phạm vi với bán kính khoảng tầm 30 Km. Do đó có thể thiết lập duy nhất trạm HAPS thay vì phải dùng một số trạm cơ sở đặt trên mặt đất ở khu vực ngoại ô và nông thôn như ở các thế hệ trước. Trạm HAPS không yêu cầu bệ phóng đắt tiền như vệ tinh mà cung cấp cho các hiệu quả chi phí cũng như có thể dễ dàng triển khai, vì vậy nó cũng được sử dụng trong trường hợp khẩn cấp hoặc tai nạn. HAPS cung cấp các tuyến liên kết quan sát với công suất cao của các ứng dụng băng thông rộng. Do ở trên cao có tác động của gió nêntrạm HAPS sẽ thay đổi tùy ở vị trí theo chiều dọc và chiều ngang. Sự chuyển động này làm thay đổi, sai lệch góc nhìn các thiết bị đầu cuối trên mặt đất. Nếu sự thay đổi này lớn hơn bề rộng chùm tia của anten thì yêu cầu tăng hoạt động liên kết.Nhờ sử dụng cách này nó sẽ khắc phục được nhiều hạn chế và sẽ giúp đường truyền tín hiệu được thẳng hơn và giảm tình trạng bị cản trở bởi những nhà cao tầng. Do các trạm nằm ở
trên cao nên sẽ có khả năng bao phủ diện tích rộng lớn giúp cho làm giảm những vấn đề về diện tích phủ sóng.
Hình 3.3. Mô hình trạm HAPS trong tương lai ( ảnh : Internet)
Mặc dù đã có một số cải tiến mới ở công nghệ không dây thế hệ 5G nhưng nó vẫn có những thách thức cho sự phát triển đó là :
+ Tối ưu hóa phép đo hiệu suất: việc đánh giá của các mạng thông tin liên lạc không dây thường được đặc trưng bằng cách tính toán một hoặc hai phép đo hiệu suất, do độ phức tạp cao. Đối với một đánh giá đầy đủ và công bằng của hệ thống không dây 5G, số liệu hiệu suất hơn nên được xem xét.Chúng bao gồm hiệu quả quang phổ, hiệu quả năng lượng, độ trễ, độ tin cậy, tính công bằng của người dùng, QoS, độ phức tạp thực. Như vậy, có một khuôn khổ chung được để đánh giá hiệu suất của hệ thống không dây 5G
+ Mô hình kênh thực tế củahệ thống không dây 5G: mô hình thực tế kênh với độ chính xác hoàn toàn, độ phức tạp cao. Chẳng hạn như hệ thống MIMO lớn, mô hình không thể áp dụng trực tiếp cho kênh MIMO lớn.
+ Tích hợp các tiêu chuẩn khác nhau: Mỗi thực hành kỹ thuật có tiêu chuẩn riêng của họ (F.eks Telecom có 3GPP, 3GPP2, ITU, IETF, vv). Để tích hợp các tiêu chuẩn khác nhau, đòi hỏi phải có cách tiếp cận có hệ thống tiêu thụ và thời gian.
+ Nền tảng phổ biến: Không có kiến trúc chung cho kết nối thực hành kỹ thuật khác nhau. Một cơ quan quản lý chung là cần thiết, mà tạo ra một nền tảng
chung cho tất cả các thực hành kỹ thuật để hợp thức các vấn đề kết nối liên thông cũng như chia sẻ kiến thức.
Nhận thức vô tuyến –cách thức mới để sử dụng quang phổ: Các thế hệ di động mới thường được gán dải tần số mới và quang phổ băng thông rộng hơn cho mỗi kênh tần số. Nhưng có rất ít chỗ cho các băng tần mới hoặc băng thông lớn hơn bởi vì quang phổ đã, đang và sẽ tiếp tục là một nguồn lực khan hiếm cho các ngành công nghiệp điện thoại di động thông tin liên lạc. Tuy ngành công nghiệp di động có quang phổ dành riêng cho thông tin di động và được cấp phép cho một nhà điều hành nhất định. Nhưng điều này có thể bao gồm việc sử dụng phổ không có giấy phép hoặc phổ chủ yếu sử dụng cho các dịch vụ truyền thông khác như là một bổ sung cho hoạt động trong phổ tần được cấp phép.Tuy nhiên, các ứng dụng của nhận thức vô tuyến để truyền thông di động là một khu vực tương đối mới và tiếp tục nghiên cứu và đánh giá tính khả thi và tác động của việc sử dụng như vậy.
Software Defined Radio (SDR): lợi ích từ tốc độ sử lý ngày càng cao để phát triển nhiều băng, cơ sở trạm đa tiêu chuẩn và thiết bị đầu cuối. Mặc dù trong tương lai các thiết bị đầu cuối sẽ được thích ứng giao diện không gian cho các công nghệ truy nhập vô tuyến có sẵn.Hiện tại, điều này được thực hiện bởi các cơ sở hạ tầng.Một số lợi ích cở sở hạ tầng dự kiến từ SDR. Ví dụ để tăng dung lương mạng tại một thời điểm cụ thể ( như trong các lễ hội hoặc các sự kiện thể thao), một nhà điều hành sẽ cấu hình lại mạng lưới của mình thêm một số modem tại một trạm thu phát gốc (BTS). Trong hệ thống 5G dự kiến, SDR sẽ trở thành một khả năng cho thiết bị đầu cuối và mạng thông qua phần mềm tải về.Đối với nhà sản xuất điều này có thể là một sự trợ giúp mạnh mẽ để cung cấp đa tiêu chuẩn, thiết bị đa băng tần với giảm nỗ lực phát triển và chi phí.
Khả năng tương tác giữa một số loại truy cập không dây: Khả năng tương tác liền mạch giữa các mạng không đồng nhất giúp cho thành công của hệ thống 5G với công nghệ truy cập phát triển khác nhau. Một giải pháp mới nhằm đảm bảo khả năng tương tác giữa một số loại truy cập mạng không dây được đưa ra bởi
các phát triển chuẩn IEEE 802.21.IEEE 802.21 đang tập trung vào việc tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển giao giữa mạng không dây khác nhau trong các môi trường không đồng nhất bất kể các loại phương tiện nào.Mục đích của IEEE 802.21 là để giảm bớt việc sử dụng các nút di động bằng cách cung cấp chuyển giao không bị gián đoạn trong mạng không đồng nhất.Nó sẽ đóng góp một phần quan trọng trong việc hướng đến các khả năng tương tác lại của mạng không dây 5G và hệ thống truyền thông di động.Khả năng tương tác thiết lập lại cấu hình cung cấp cho các nhà mạng với một khả năng để lựa chọn, với các khoản đầu tư tối thiểu giữa các mạng truy cập không dây thay thê. Việc lựa chọn có thể được thực hiện dựa trên một số tiêu chí như:
- Kiểm soát tắc nghẽn. - Chia sẻ phổ hiệu quả.
- Sự cân bằng và chia sẻ giữa các mạng không dây cùng tồn tại trong không
gian khác nhau.
- So sánh giữa các truy cập tài nguyên sẵn có và truy nhập dịch vụ riêng biệt. Nói chung các yêu cầu chính cho khả năng tương tác mà cần phải được đưa vào xem xét như sau:
- Initial Network Selection (INS):lựa chọn mạng ban đầu (INS ) là một trong các chức năng cơ bản của khả năng tương tác xử lý giữa các mạng không đồng nhất. Một lựa chọn thông minh của một mạng phù hợp bởi người sử dụng sẽ cho kết quả chặn thấp hơn, dung lượng cao hơn và tăng cường chất lường dịch vụ.
- Hỗ trợ tính di động: khi một mạng lưới đã được lựa chọn , người dùng có thể thay đổi mạng ban đầu đã chọn theo điều kiện khác nhau.
- Hợp tác hay thỏa thuận chuyển vùng giữa các nhà khai thác mạng khác nhau. Khai thác phải cung cấp cho người sử dụng những lợi ích tương tự được xử lý trong một nhà điều hành mạng.
- Xác định các thuê bao phải được thực hiện trong một hệ thống môi trường tinh khiết.
Sự tích hợp giữa các khớp nối: Tùy thuộc vào mức độ tích hợp được yêu cầu giữa các công nghệ truy cập vô tuyến có sẵn. Một loạt các phương pháp tiếp cận có thể được thực hiện cho khả năng tương tác hiệu quả.Nếu sự tích hợp giữa công nghệ khác nhau là chặt chẽ, cung cấp các dịch vụ thêm hiệu quả và lưa chọn mạng cũng như quá trình chuyển giao nhanh hơn.Tuy nhiên, với mức độ tích hợp cao đòi hỏi phải nỗ lực đáng kể và cơ chế có thể hỗ trợ việc trao đổi dữ liệu cần thiết và báo hiệu giữa các đài truy cập mạng khác nhau.
Hiệu quả năng lượng mạng: Tiêu thụ năng lượng thấp cho thiết bị đầu cuối như điện thoại di động là một yêu cầu quan trọng, phải làm sao cho giảm kích thước pin và cải thiện thời gian pin.
II.Cấu trúc mạng 5G
1.Flatter IP network
Mạng Flat IP chắc chắn là giải pháp quan trọng để làm cho 5G có thể áp dụng được đối với tất cả các loại công nghệ. Để đáp ứng nhu cầu khách hàng cho các ứng dụng thời gian thực dữ liệu gửi qua mạng điện thoại di động băng thông rộng, các nhà khai thác không dây đang chuyển sang cấu trúc mạng flat IP. Mạng này cung cấp phương thức để nhận biết thiết bị sử dụng tên ký hiệu, khác với cấu trúc có phân cấp như được sử dụng trong “ normal” của địa chỉ IP.
Với việc chuyển san kiến trúc flat IP, các nhà khai thác di động có thể:
-Giảm số lượng các phần tử mạng trong các dữ liệu đường dẫn đến giảm chi phí hoạt động.
-Giảm độ trễ hệ thống và cho phép các ứng dụng hoạt động với độ sai lệch thấp của trễ.
-Phát triển truy cập vô tuyến và gói mạng lõi độc lập với nhau đến một mức độ lớn hơn so với trước đây tạo linh hoạt hơn trong kế hoạch lập mạng và triển khai.
-Phát triển một mạng lõi linh hoạt có thể phục vụ như là cơ sở cho sự đổi mới dịch vụ thông qua cả điện thoại di động và mạng truy nhập IP chung.
-Tạo ra một nền tảng cho phép nhà khai thác dịch vụ di động băng thông rộng để có thể cạnh tranh với mạng dây.
Mạng 5G sử dụng Flat IP làm cho dễ dàng hơn cho RAN (Radio Access Network) khác nhau để nâng cấp trong một mạng NanoCore duy nhất.
2.Hệ thống Aggregator
Mạng lưới viễn thông hiện nay theo hình thức phân cấp, lưu lương truy cập thuê bao gộp chung lại tại tập hợp điểm (BSC/RNC) và sau đo chuyển đến cổng. Hệ thống Flat IP làm giảm công suất trên tập hợp điểm và lưu lương sẽ chuyển trực tiếp từ trạm gốc đến các cổng phương tiện truyền thông.Tất cả các mạng sử dụng (GSM, CDMA, Wimax và Wireline) có thể được kết nối với một Super Core với công suất lớn.Điều này thực hiện ở các cơ sở hạ tầng mạng duy nhất.Giải pháp về Super Core sẽ loại bỏ tất cả các chi phí liên kết và sự phức tạp
cho các nhà điều hành mạng.Nó cũng sẽ làm giảm số lượng của sự tồn tại mạng khi kết thúc kết nối, do đó làm giảm đáng kể về độ trễ.
Tuy nhiên hệ thống này cũng có yêu cầu :
- Yêu cầu dự phòng cao: theo giải pháp Super Core, tất cả các nhà khai thác mạng sẽ được dịch chuyển đến cơ sở hạ tầng duy nhất. Do đó yêu cầu dự phòng cao và an toàn trong lõi mạng.
- Tính minh bạch giữa các nhà khai thác mạng: liên quan đến dữ liệu thuê bao và khâu quản lý, vv…. Kết cấu Super Core do cơ quan điều hành chính phủ quản lý.
3.Công nghệ 5G
3.1.Cloud Computing ( điện toán đám mây)
Cloud Computing là một công nghệ sử dụng internet và máy chủ từ xa trung tâm để duy trì dữ liệu và các ứng dụng điện toán đám mây.Trong 5G mạng máy chủ từ xa trung tâm này sẽ lưu trữ nội dung mà chúng ta cung cấp. Điện toán đám mây cho phép người dùng và doanh nghiệp sử dụng các ứng dụng mà không cần cài đặt và truy nhập các tập tin cá nhân ở bất kỳ máy nào có truy cập internet.Điều đó sẽ được sử dụng trong Nanocore, nơi mà người dùng truy cập vào tài khoản riêng của mình thì nhà cung cấp nội dung toàn cầu thông qua Nanocore dưới hình thức của đám mây.
Điện toán đám mây là kỹ thuật mới và duy nhất để truy cập dữ liệu văn bản, ứng dụng, file video, file nhạc,…từ bất kỳ nơi nào mà không cần mang theo bất kỳ thiết bị lưu trữ dữ liệu. Bởi tất cả các thông tin về người sử dụng điện toán
