CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G
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 SVTH: HOÀNG XUÂN TẤN LỚP: D13CQVT02 Trang
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 nên trạm 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.
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5GCHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G
• 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.
• 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.
3.2.Cấu trúc mạng 5G
Hình 3.4. Cấu trúc mạng 5G – The NanoCore
3.2.1.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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5GCHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G
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.
3.2.2.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.
3.2.3.Công nghệ 5G
3.2.3.1.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.
Hình 3.5. Điện toán 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 đám mây có thể truy cập tất cả các dữ liệu từ bất cứ nơi nào trên thế giới vào bất kỳ lúc nào.Ví dụ như là Gmail, tất cả tài liệu được lưu trữ trên máy chủ Gmail và các quy trình được thực hiện trên đám mây.Người sử dụng cung cấp cho các lệnh sau đó quá trình xảy ra trên máy chủ của Gmail và kết quả được hiển thị trên màn hình.
Sự phát triển của điện toán đám mây cung cấp cho nhà khai thác những cơ hội to lớn.Kể từ khi điện toán đám mây liên kết trên mạng, nó cho thấy tầm quan trong của mạng lưới và thúc đẩy phát triển mạng lưới. Nó cũng đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ an toàn và đáng tin cậy, Người sử dụng điện toán đám mây có thể tránh được chi phí vốn cho các Nanocore, do đó cũng làm giảm chi phí mua cơ sở hạ tầng vật lý bằng cách cho thuê sử dụng từ một nhà cung cấp bên thứ ba.
Các phân đoạn của điện toán đám mây, được chia làm 3 phân đoạn chính như sau:
Ứng dụng (Applications)
Nền tảng (Platform)
Cơ sở hạ tầng (Infrastructure)
Mỗi phân đoạn phục vụ cho các sản phẩm khác nhau phục vụ cho các doanh nghiệp và cá nhân với mục đích ứng dụng khác nhau.
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5GCHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G
3.2.3.2.All IP Network.
Hình 3.6. All-IP Network
All-IP Network (AIPN) là một sự tiến hóa của hệ thống 3GPP để đáp ứng nhu cầu dịch vụ ngày càng tăng của thị trường viễn thông di động. Nó chủ yếu tập trung vào cải tiến của công nghệ chuyển mạch gói, mạng AIPN cung cấp một sự phát triển liên tục và tối ưu hóa các giải pháp hệ thống nhằm tạo ra một lợi thế cạnh tranh cả về hiệu suất và chi phí. All-IP dựa trên ứng dụng điện thoại di động và các dịch vụ như cổng thông tin điện thoại di động, thương mại di động, chăm sóc sức khỏe, chính phủ, ngân hàng và một số lĩnh vực khác.
Những lợi ích của cấu trúc Flat IP là:
Chi phí truy cập thấp.
Truy cập liền mạch
Kinh nghiện người dùng cải thiện
Giảm độ trễ hệ thống
Truy cập vô tuyến được tách riêng và phát triển mạng lõi. Các vấn đề quan trọng của All IP:
Hỗ trợ cho một loạt các hệ thống truy cập khác nhau.
Khả năng thích ứng và di chuyển từ thiết bị đầu cuối khác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khả năng lựa chọn các hệ thống truy cập thích hợp.
Cung cấp các dịch vụ ứng dụng tiên tiến.
Khả năng xử lý hiệu quả và tối ưu.
Mức độ bảo mật cao.
3.2.3.3.Nano technology
Công nghệ Nano là việc áp dụng các công nghệ nano để kiểm soát quá trình trên quy mô nanomet, tức là giữa 0.1 và 100 nm. Công nghệ này còn được gọi là công nghệ Nano phân tử ( MNT : Molecular Nanotechnology).Công nghệ nano được coi là cuộc cách mạng công nghiệp tiếp theo và các ngành công nghệ viễn thông sẽ được thay đổi hoàn toàn bởi nó trong tương lai. Vì các ứng dụng trong tương lai sẽ yêu cầu bộ nhớ và tính toán điện năng nhiều hơn để cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn, mà công nghệ hiện nay không thể giải quyết được những thách thức này. Do vậy công nghệ nano có thể cung cấp các giải pháp hiệu quả cho khả năng tính toán hiệu quả, cảm biến, mở rộng bộ nhớ và tương tác với người máy. Công nghệ nano sẽ có tác động đáng kể trong thiết bị điện thoại di động cũng như mạng lõi như sau:
Điện thoại di động đã trở thành một thiết bị thông tin liên lạc không thể thiếu trong thế giới công nghệ hiện đại.Công nghệ nano trong thiết bị điện thoại di động giúp cho cảm biến thông minh được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp, giao thông vận tải, thông tin liên lạc, y tế, thông tin an toàn.
Các mạng lõi đòi hỏi tốc độ, công suất cao, đáng tin cậy để tương tác ngày càng nhiều các công nghệ truy cập không đồng nhất. Hiện nay công nghệ nano được sử dụng trong xử lý tín hiệu kỹ thuật số ( DSP: Digital Signal Processing).
3.2.4.Cấu trúc mạng 5G giả định