(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng mạng thông tin di động 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn: TS NGUYỄN TRUNG KIÊN

HÀ NỘI 2021

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây nội dung và các số liệu của đề tài nghiên cứu riêng của tôi và được TS Nguyễn Trung Kiên hướng dẫn Các số liệu và các kết quả trong luận văn này là trung thực có xuất xứ rõ ràng và hợp pháp, chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Tôi không sao chép tài liệu hay công trình nghiên cứu của người khác để làm luận văn này

Tôi xin chịu trách nhiệm nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào về nội dung của luận văn Trường Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông không liên quan đến những vi phạm bản quyền tác giả do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Hà Nội, tháng …… năm 2021

Tác giả luận văn

Nguyễn Đức Tuấn

ii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Trung Kiên, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, người đã dành nhiều thời gian tận tình hướng dẫn định hướng giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình tìm hiểu và nghiên cứu luận văn Thầy đã đưa ra nhiều ý kiến đóng góp quý báu giúp tôi có thể hoàn thiện tốt được luận văn

Tôi cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô của Học Viện Công nghệ Bưu chính viễn thông nói chung và các thầy cô Khoa Sau Đại Học nói riêng đã giúp đỡ, định hướng và cung cấp các kiến thức quý báu đồng thời tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Nguyễn Đức Tuấn

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT vii

I MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài: 1

2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: 1

3 Mục đích nghiên cứu: 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2

5 Phương pháp nghiên cứu: 2

6 Cấu trúc luận văn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G 1

1.1 Tổng quan về mạng 5G 1

1.2 Kiến trúc và công nghệ trong mạng 5G 2

1.2.1 Kiến trúc mạng 5G 2

1.2.2 Một số công nghệ sử dụng trong mạng 5G 8

1.3 Ứng dụng của mạng 5G 9

1.3.1 Mạng di động tốc độ cao 9

1.3.2 Truyền thông đa phương tiện và giải trí 10

1.3.3 Chăm sóc sức khỏe 10

1.3.4 Nông nghiệp thông minh 11

1.3.5 Logistics và vận chuyển hàng hóa 11

1.4 Tình hình triển khai 5G trên thế giới và Việt Nam 12

1.5 Kết luận Chương 14

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG MẠNG DI ĐỘNG 5G TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH 16

2.1 Nghiên cứu về sản xuất thông minh 16

2.1.1 Khái niệm sản xuất thông minh 16

2.1.2 Ưu điểm và nhược điểm của sản xuất thông minh 17

iv

2.1.3 So sánh cách tiếp cận của sản xuất thông minh so với sản xuất truyền

thống 18

2.2 Sự phù hợp của mạng 5G với sản xuất thông minh 19

2.3 Nghiên cứu ứng dụng của 5G trong sản xuất thông minh lĩnh vực nông nghiệp 20

2.3.1 Thiết bị bay không người lái (UAVs) 22

2.3.2 Giám sát thời gian thực 24

2.3.3 Tư vấn ảo và bảo trì dự đoán 26

2.3.4 Công nghệ thực tế ảo và thực tế tăng cường 27

2.3.5 Robot do AI điều khiển 28

2.3.6 Phân tích dữ liệu và kho lưu trữ đám mây 29

2.4 Nghiên cứu một số mô hình ứng dụng 5G trong nông nghiệp thông minh của một số nước và của Việt Nam 32

2.5 Phân tích về tiềm năng ứng dụng của mạng 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh ở Việt Nam 34

2.5.1 Máy móc nông nghiệp kết nối 5G 34

2.5.2 Theo dõi vật nuôi theo thời gian thực 35

2.5.3 Giảm tiêu thụ nước 36

2.5.4 Sử dụng máy bay không người lái để phun thuốc 37

2.5.5 Theo dõi cỏ dại và côn trùng phá hoại 37

2.6 Kết luận chương 38

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH ỨNG DỤNG MẠNG 5G TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 39

3.2 Việt Nam với sự dịch chuyển sang sản xuất nông nghiệp thông minh 41

3.3 Một số đặc trưng và thách thức trong sản xuất nông nghiệp Việt Nam 45

3.4 Đề xuất giải pháp ứng dụng mạng 5G và các công nghệ số liên quan vào bài toán sản xuất nông nghiệp thông minh ở Việt Nam 49

3.5 Một số đề xuất về hướng nghiên cứu công nghệ liên quan 51

3.5.1 Các vấn đề kỹ thuật trong 5G 52

3.5.2 Sự phối hợp mạng 5G và các mạng IoT đang có 53

3.5.3 Sử dụng Điện toán biên vào sản xuất nông nghiệp 53

3.5.4 Áp dụng Trí tuệ nhân tạo (AI) vào sản xuất nông nghiệp 55

v

3.5.5 Ứng dụng Robot và tự động hóa trong sản xuất nông nghiệp thông minh

58

3.5.6 Công nghệ máy bay không người lái (Drone) và giám sát cây trồng 59

3.6 Kết luận chương 61

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 63

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Kiến trúc tổng quát mạng 5G 3

Hình 1.2: Mạng lõi di động được chia thành Mặt phẳng điều khiển và Mặt phẳng người dùng 4

Hình 1.3: Trạm gốc phát hiện (và kết nối với) UE đang hoạt động 4

Hình 1.4: Trạm gốc thiết lập kết nối mặt phẳng điều khiển giữa mỗi UE và mạng lõi 4

Hình 1.5: Trạm gốc thiết lập một hoặc nhiều đường hầm giữa mỗi UE và Mặt phẳng người dùng của Mạng lõi 5

Hình 1.6: Mặt phẳng điều khiển từ trạm gốc đến trạm gốc (và trạm gốc đến mạng lõi) được truyền qua SCTP/IP và mặt phẳng người dùng được truyền qua GTP/UDP/IP 5

Hình 1.7: Trạm gốc thực hiện quá trình chuyển giao UE 6

Hình 1.8: Trạm gốc hợp tác để thực hiện truyền đa đường (tập hợp liên kết) tới các UE 6

Hình 1.9: Kiến trúc mạng lõi 5G 6

Hình 1.10: Khả năng của mạng 5G 8

Hình 1.11: Tốc độ phát triển 5G trên thế giới 13

Hình 2.1: Nền tảng nông nghiệp thông minh 21

Hình 2.2: Tổng quan về ứng dụng 5G trong nông nghiệp thông minh 22

Hình 2.3: Nền tảng hệ thống giám sát nông nghiệp thông minh 24

Hình 2.4: Minh họa máy bay không người lái, cảm biến giám sát thời gian thực và thực tế tăng cường tại nơi làm việc 25

Hình 2.5: Minh họa về AR bằng kính AR 27

Hình 2.6: Minh họa các loại rô bốt do AI hỗ trợ 29

Hình 2.7: Cơ chế dữ liệu đám mây 31

Hình 2.8: Hoạt động đồng bộ của các thiết bị hỗ trợ 5G khác nhau để kiểm soát dịch hại 31

Hình 2.9: Máy móc kết nối 5G và công nghệ AI tự động thu hoạch rau 35

Hình 2.10: Sự kết hợp giữa 5G và công nghệ thực tế ảo trong chăn nuôi bò sữa 36

Hình 2.11: Giám sát nhiệt độ, độ ẩm qua thiết bị kết nối 5G 36

Hình 2.12: Sử dụng Drone kết hợp 5G để tự động phun thuốc cho ruộng ngô 37

Hình 3.1 Modul chức năng tưới thông minh 39

Hình 3.2 : Những xu hướng công nghệ trong Nông nghiệp số hiện nay 52

Hình 3.3: Phân tích đánh giá sức khỏe cây trồng bằng drone 60

vii

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Từ Viết Tắt Thuật ngữ Tiếng Anh Thuật ngữ Tiếng Việt

AI Artificial intelligence Trí thông minh nhân tạo

AMF Access and Mobility

Management Functions

Chức năng quản lý di động và Truy cập cốt lõi

API Application program interface Giao diện lập trình ứng dụng

AR Augmented reality technology Công nghệ thực tế tăng cường AUSF Authentication server function Chức năng máy chủ xác thực

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

GSA Global mobile Suppliers

LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn

LTE-M Long-term evolutionary

machine communication

Truyền thông kiểu máy tiến hóa dài hạn

MARD Ministry of Agriculture and

Rural Development of Vietnam

Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Việt Nam

MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào- đa đầu ra

NEF Network contact function Chức năng tiếp xúc mạng

NRF NF Repository Function Chức năng kho lưu trữ

NSSF Network slice selection

function

Chức năng chọn lát mạng

OADA Open Ag Data Alliance

PCF Policy Control Functions Chức năng Kiểm soát Chính sách

RAN Wireless access network Mạng truy nhập vô tuyến

SAMIS Agricultural Climate

Monitoring and Information System

Hệ thống Thông tin và Giám sát Khí hậu Nông nghiệp

SCTP Stream Control Transport

Protocol

Giao thức truyền tải kiểm soát luồng

SDSF Structured data storage network

viii

SMF Session management function Chức năng quản lý phiên

UAV Unmanned aerial vehicle Máy bay không người lái

UDM Unified data management Quản lý dữ liệu hợp nhất

UDSF Network function for storing

unstructured data

Chức năng mạng lưu trữ dữ liệu phi cấu trúc

UE User Equipment Thiết bị Người dùng

UPF User Plane Function Chức năng Mặt phẳng Người dùng

WSN Wireless Sensor Network -

WSN

Mạng cảm biến không dây

đa phương tiện Tổ chức 3GPP đã phát hành các tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động mới nhất hiện nay là 5G

Công nghệ 5G được kỳ vọng đưa lĩnh vực nông nghiệp toàn cầu tiến vào “cuộc cách mạng xanh”, là một trong những ngành lớn nhất thế giới mang lại giá trị hàng ngàn tỷ USD mỗi năm.Với tốc độ nhanh gấp 100 lần so với mạng 4G, mạng 5G đang được nhiều nước trên thế giới triển khai là một công nghệ mới nhất, hiện đại nhất trong công nghệ truyền dữ liệu đã được nhiều nước nghiên cứu và thử nghiệm trong các hoạt động canh tác và chăn nuôi nông nghiệp

Nền nông nghiệp của nhiều nước trên thế giới đã nhanh chóng áp dụng công nghệ 5G để theo dõi các điều kiện môi trường nhằm giúp cho sự tăng trưởng tối ưu cho cây trồng, quá trình theo dõi, cho ăn, giám sát chăn nuôi, việc cày, gieo, cho ăn, theo dõi sức khỏe và thu hoạch cây trồng cũng được thực hiện tự động thông qua máy móc nông nghiệp được kết nối 5G mà không cần có sự can thiệp của con người

Tất cả điều này có thể thực hiện được với các mạng di động khác nhưng băng thông cao của 5G, hỗ trợ một số lượng lớn cảm biến giao tiếp đồng thời và độ trễ thấp, làm cho nó trở nên hoàn hảo để ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp

2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu:

Hiện nay trên thế giới, đã có nhiều nước triển khai 5G và Việt Nam cũng đang trên đà phát triển 5G theo tiêu chuẩn này trong những năm tới

Mạng 5G được coi như cơ sở để xây dựng một xã hội số trong giai đoạn tới Với sự hỗ trợ đa dạng các yêu cầu kết nối: từ băng thông rất thấp, không đòi hỏi cao

về độ trễ (các cảm biến IoT) đến băng thông rất rộng với độ trễ thấp, mạng 5G hỗ trợ rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó có Nông nghiệp thông minh

2

Nông nghiệp thông minh là thuật ngữ dùng để mô tả việc áp dụng các công nghệ thông tin và truyền thông hiện đại nhằm nâng cao, giám sát, tự động hóa hoặc cải thiện các hoạt động và quy trình nông nghiệp Ở đây, các bộ cảm biến thu thập thông tin như độ ẩm của đất, sự bón phân, thời tiết và truyền thông tin đó qua một cổng qua mạng không dây di động đến một trung tâmcung cấp cho nông dân quyền truy cập thông tin và phân tích theo thời gian thực về đất đai, cây trồng, vật nuôi, hậu cần và máy móc nông cụ Nông nghiệp thông minh giúp ngành Nông nghiệp cải thiện hiệu suất hoạt động của mình bằng cách phân tích dữ liệu được thu thập và xử lý dữ liệu đó theo những cách tăng năng suất hoặc hợp lý hóa hoạt động

Nông nghiệp thông minh sử dụng mạng 5G như một phương thức kết nối, kết hợp với các công nghệ khác như: IoT, điện toán đám mây, robot, AI để tạo ra các giải pháp mạnh mẽ giải quyết các thách thức trong sản xuất nông nghiệp hiện đang gặp phải

Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu về mạng 5G, các công nghệ và kỹ thuật mà 5G được thiết kế để hỗ trợ cho các ứng dụng, dịch vụ sản xuất thông minh, từ đó có

sự đề xuất ứng dụng mạng 5G trong điều kiện sản xuất nông nghiệp của Việt Nam

3 Mục đích nghiên cứu:

Trên cơ sở nghiên cứu công nghệ và ứng dụng của mạng 5G, phân tích và đề

xuất các kiến nghị ứng dụng mạng 5G trong sản xuất nông nghiệp hiện đại

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu: Mạng thông tin di động 5G

Phạm vi nghiên cứu: đề tài tập trung vào nghiên cứu, ứng dụng của mạng viễn thông 5G vào sản xuất nông nghiệp thông minh

Luận văn tập trung nghiên cứu các giải pháp áp dụng đối với nghành nông nghiệp thông minh trên các nước có nền nông nghiệp phát triển, từ đó đưa ra giải pháp cho nghành nông nghiệp để có thể áp dụng tại Việt Nam

5 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp lý thuyết: thu thập thông tin về các mạng thông tin di động 5G, phân tích các giải pháp ứng dụng trong thông tin di động nói chung để từ đó đưa ra

3

các giải pháp ứng dụng cho sản xuất nông nghiệp trong thông tin di động 5G nói riêng

6 Cấu trúc luận văn

Luận văn được tổ chức thành 3 Chương chính với các nội dung:

Chương 1 – Tổng quan mạng 5G

Chương này trình bày sơ bộ về mạng thông tin di động 5G;các kiến trúc và công nghệ trong mạng 5G; các ứng dụng của mạng 5G; và tình hình triển khai mạng thông tin di động 5G trên thế giới và của Việt Nam Kết chương tập trung xác định câu trả lời cho câu hỏi vấn đề cần nghiên cứu là gì

Chương 2 – Nghiên cứu tiềm năng ứng dụng mạng 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh

Nội dung Chương bao gồm nghiên cứu về sản xuất thông minh; những ưu, nhược điểm khi áp dụng sản xuất thông minh, đưa ra những so sánh, tiếp cận của sản xuất thông minh với sản xuất truyền thống từ đó cho thấy sự phù hợp của mạng 5G trong sản xuất thông minh

Luận văn cũng tập trung nghiên cứu 1 số mô hình ứng dụng mạng 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh của 1 số nước trên thế giới và của Việt Nam.Phân tích tiềm năng ứng dụng của mạng 5G trong sản xuất nông nghiệp thông minh ở Việt Nam.Chương 3 – Nghiên cứu dề xuất mô hình ứng dụng mạng 5G trong sản xuất thông minh phù hợp với điều kiện Việt Nam

Chương này thể hiện nội dung phân tích tình hình chung của sản xuất nông nghiệp thông minh của nước ta Một số đặc trưng, thách thức của sản xuất nông nghiệp thông minh và áp dụng các công nghệ phù hợp cho sản xuất nông nghiệp thông minh, đưa ra 1 số giải pháp ứng dụng mạng 5G và các công nghệ liên quan vào bài toán sản xuất nông nghiệp thông minh ở Việt Nam

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G

Trong chương này, trên cơ sở tình hình triển khai mạng 5G cũng như xu hướng triển khai 5G tại Việt Nam, và trên thế giới học viên sẽ tìm hiếu sơ bộ, tổng quan mạng 5G, các kiến trúc của mạng và ứng dụng của 5G từ đó đưa ra cái nhìn khái quát

về 5G và các ứng dụng nổi bật khi triển khai dành cho đời sống nói chung và ứng dụng có hiệu quả khai thác tiềm năng của 5G trong nông nghiệp

1.1 Tổng quan về mạng 5G

Trong viễn thông, 5G là tiêu chuẩn công nghệ thế hệ thứ năm cho mạng di động băng thông rộng, được các công ty điện thoại di động bắt đầu triển khai trên toàn thế giới vào năm 2019 và là sự kế thừa dự kiến của mạng 4G cung cấp kết nối với hầu hết các điện thoại di động hiện nay Theo Hiệp hội GSM, mạng 5G được dự đoán sẽ

có hơn 1,7 tỷ thuê bao trên toàn thế giới vào năm 2025 Giống như các thế hệ mạng trước đó, mạng 5G là mạng di động, trong đó khu vực dịch vụ được chia thành các khu vực địa lý nhỏ gọi là ô (cell) Tất cả các thiết bị không dây 5G trong một ô được kết nối với Internet và mạng điện thoại bằng sóng vô tuyến thông qua một ăng-ten cục bộ trong ô Ưu điểm chính của các mạng mới là chúng sẽ có băng thông lớn hơn, cho tốc độ tải xuống cao hơn, lên đến 10 Gbps Do băng thông tăng lên, dự kiến các mạng sẽ ngày càng được sử dụng làm nhà cung cấp dịch vụ internet nói chung cho máy tính xách tay và máy tính để bàn và cũng sẽ tạo ra các ứng dụng mới trong internet vạn vật (IoT) và các khu vực giữa máy và máy Điện thoại di động 4G không thể sử dụng các mạng mới, vốn yêu cầu các thiết bị không dây hỗ trợ 5G

Tốc độ tăng lên đạt được một phần bằng cách sử dụng thêm các sóng vô tuyến tần số cao hơn ngoài các tần số băng tần thấp và trung bình được sử dụng trong các mạng di động trước đây Tuy nhiên, sóng vô tuyến tần số cao hơn có phạm vi vật lý hữu ích ngắn hơn, đòi hỏi các ô địa lý nhỏ hơn Đối với dịch vụ rộng rãi, mạng 5G hoạt động trên tối đa ba băng tần - thấp, trung bình và cao Mạng 5G sẽ bao gồm các mạng bao gồm tối đa ba loại ô khác nhau, mỗi loại yêu cầu thiết kế ăng-ten cụ thể cũng như cung cấp sự cân bằng khác nhau giữa tốc độ tải xuống với khoảng cách và

2

khu vực dịch vụ Điện thoại di động 5G và thiết bị không dây kết nối với mạng thông qua ăng-ten tốc độ cao nhất trong phạm vi tại vị trí của chúng

5G có thể được triển khai ở băng tần thấp, băng trung tần hoặc băng tần cao từ

24 GHz lên đến 54 GHz 5G băng tần thấp sử dụng dải tần số tương tự như điện thoại

di động 4G, 600-900 MHz, cho tốc độ tải xuống cao hơn một chút so với 4G: 30-250 Mbps Trạm di động băng tần thấp có phạm vi và vùng phủ sóng tương tự như trạm 4G 5G băng tần trung bình sử dụng vi sóng 2,3-4,7 GHz, cho phép tốc độ 100-900 Mbps, với mỗi trạm di động cung cấp dịch vụ trong bán kính lên đến vài km Mức độ dịch vụ này được triển khai rộng rãi nhất và đã được triển khai ở nhiều khu vực đô thị vào năm 2020 5G băng tần cao sử dụng tần số 24-47 GHz, gần cuối dải sóng milimet, mặc dù tần số cao hơn có thể được sử dụng trong tương lai Nó thường đạt được tốc độ tải xuống trong phạm vi Gbps, có thể so sánh với internet cáp Tuy nhiên, sóng milimet (mmWave hoặc mmW) có phạm vi hạn chế hơn, cần nhiều ô nhỏ Chúng có thể bị cản trở hoặc bị chặn bởi các vật liệu như tường hay cửa sổ Do chi phí cao hơn, các kế hoạch chỉ triển khai các ô này trong môi trường đô thị dày đặc và các khu vực tập trung đông người như sân vận động thể thao và trung tâm hội nghị Các tốc độ trên là những tốc độ đạt được trong các thử nghiệm thực tế vào năm 2020

và tốc độ dự kiến sẽ tăng lên trong quá trình triển khai Dải phổ từ 24,25-29,5 GHz

là dải phổ 5G mmWave được cấp phép và triển khai nhiều nhất trên thế giới

1.2 Kiến trúc và công nghệ trong mạng 5G

1.2.1 Kiến trúc mạng 5G

Mạng di động cung cấp kết nối không dây với các thiết bị đang di chuyển Những thiết bị này, được gọi là Thiết bị Người dùng (UE), theo truyền thống tương ứng với điện thoại thông minh và máy tính bảng, nhưng sẽ ngày càng bao gồm ô tô, máy bay không người lái, máy công nghiệp và nông nghiệp, robot, thiết bị gia dụng, thiết bị y tế, v.v

23

Nhiều thiết bị bay không người lái có thể được triển khai để thực hiện nhiều nhiệm vụ trên một vài mẫu đất, điều này có thể dự kiến sẽ làm tăng lưu lượng truy cập bằng phương pháp bay không người lái Thông thường, máy bay không người lái nông nghiệp được sử dụng cho các hoạt động ở độ cao thấp (dưới 120 m) và chúng

sử dụng kết nối vô tuyến cụ thể hoặc Wi-Fi; do đó, có một phạm vi rất hạn chế từ

3-7 km với một ăng ten phát lớn Mạng di động 5G phù hợp để tích hợp với quản lý lưu lượng bằng máy bay không người lái để tạo điều kiện liên lạc bằng máy bay không người lái ở độ cao thấp nhằm tăng cường bảo mật và an toàn cho các hoạt động của máy bay không người lái Phạm vi phủ sóng băng thông rộng di động phổ biến sẽ đạt được với mạng 5G trên bầu trời cũng như mặt đất

Với công nghệ 5G, nông dân có thể điều khiển máy bay không người lái trên một khoảng cách lớn bằng tay hoặc thông qua các trạm kiểm soát được lập trình và

về mặt kỹ thuật, máy bay không người lái có thể được điều khiển từ mọi nơi trên thế giới Mạng di động 5G cho phép nông dân nhận dữ liệu thời gian thực; chẳng hạn như các luồng video độ nét cao, cùng với dữ liệu giác quan thiết yếu khác và phép đo

từ xa từ máy bay không người lái nhanh hơn và liền mạch so với các mạng di động thế hệ trước

Máy bay không người lái không cần phải mang một lượng lớn sức mạnh xử lý

và tất cả dữ liệu có thể được gửi lên đám mây để xử lý với tốc độ nhanh hơn với công nghệ 5G Nhiều máy bay không người lái có thể kết hợp với nhau để cung cấp ánh sáng tự hành đồng bộ trên một khu vực địa lý và thực hiện nhiều tác vụ với mức tiêu thụ năng lượng và tổn thất truyền dữ liệu tối thiểu, do đó cho phép kéo dài thời gian cảm biến trên không với hoạt động hiệu quả về chi phí

Mạng di động 5G sẽ tích hợp với các hệ thống quản lý lưu lượng bằng máy bay không người lái để tăng cường an toàn cho các hoạt động bằng máy bay không người lái và cung cấp kết nối an toàn và chất lượng cao để làm cho hoạt động bằng máy bay không người lái tiết kiệm chi phí Vì lượng lớn dữ liệu có liên quan, nên cần có kết nối dữ liệu với băng thông lớn và nhanh chóng, như được cung cấp bởi vùng phủ sóng mạng 5G ổn định

24

2.3.2 Giám sát thời gian thực

Hệ thống giám sát nông nghiệp thông minh Dựa trên công nghệ Internet vạn vật trong nông nghiệp, khả năng truy cập từ xa và thời gian thực vào thông tin môi trường cơ sở và thông tin video, và thông qua phân tích, điều khiển từ xa hoặc tự động của quạt rèm ướt, tưới nhỏ giọt, sưởi ấm và chiếu sáng và các thiết bị khác, cho năng suất cao, chất lượng và điều kiện sinh thái nồng độ điôxít, cường độ ánh sáng

và hình ảnh video, thông qua phân tích mô hình, có thể tự động điều khiển quạt rèm ướt nhà kính, phun tưới nhỏ giọt, che nắng bên trong và bên ngoài, cửa sổ phía trên cửa sổ, hệ thống sưởi và ánh sáng và các thiết bị khác; Đồng thời, hệ thống cũng có thể đẩy thông tin giám sát thời gian thực và thông tin cảnh báo đến người quản lý thông qua điện thoại di động, PDA, máy tính và các thiết bị đầu cuối thông tin khác, nhằm đạt được thông tin nhà kính, quản lý từ xa thông minh

Hình 2.3: Nền tảng hệ thống giám sát nông nghiệp thông minh

Cảm biến không dây được kết nối với internet có thể liên tục theo dõi các điều kiện môi trường như độ ẩm, nhiệt độ, độ sáng và độ ẩm của đất Dựa trên bất kỳ sự thay đổi nào trong các điều kiện này, một hành động khắc phục tự động có thể được thực hiện để duy trì các điều kiện bình thường cho sự phát triển của cây trồng Dữ liệu nông nghiệp nhận được từ các cảm biến tương ứng sẽ ở các định dạng khác nhau dựa trên độ phân giải độ chính xác cần thiết và sẽ yêu cầu các giao diện thích hợp để tương thích Các giao diện chương trình ứng dụng nguồn (API), chẳng hạn như Open

Hệ thống nông nghiệp thông minh

Quản lý truy suất

nguồn gốc sản phẩm

Giám sát môi trường nhà kính

Giám sát môi trường kho lạnh

Chuẩn đoán bệnh từ

xa

Giám sát video thông minh

Phân tích dữ liệu

Hình 2.4: Minh họa máy bay không người lái, cảm biến giám sát thời gian thực và

thực tế tăng cường tại nơi làm việc

Truyền thông kiểu máy tiến hóa dài hạn (LTE-M) và IoT băng hẹp (NB-IoT) đang mở đường cho tương lai tích hợp 5G và sẽ định hình nông nghiệp thông minh trong những năm tới Với mạng di động 5G, một số lượng lớn các cảm biến (1 triệu thiết bị trên km vuông) có thể được kết nối với một trạm di động duy nhất, điều này cuối cùng sẽ cho phép nông dân cài đặt nhiều cảm biến IoT hơn để thực hiện tất cả các tác vụ hiệu quả hơn Càng nhiều cảm biến IoT được sử dụng để theo dõi các điểm

dữ liệu, khả năng dự đoán và biết trước các thay đổi khác nhau trong trang trại càng cao và đưa ra quyết định nhanh hơn và tốt hơn Các cảm biến phải có khả năng kết nối tầm xa và tiết kiệm điện, vì hầu hết các cảm biến đều chạy bằng năng lượng mặt trời hoặc pin Các cảm biến IoT này tận dụng khả năng truyền tải điện năng thấp và

26

độ tin cậy của công nghệ 5G Do đó, tuổi thọ của các cảm biến được tăng lên đáng kể bằng cách truyền dữ liệu ở mức năng lượng thấp hơn và tránh truyền lại dữ liệu Vì 5G NR hỗ trợ băng thông thích ứng thay đổi từ băng thông thấp hơn sang băng thông cao hơn, nó nâng cao hiệu suất năng lượng mạng và giảm nhiễu, đồng thời sự tồn tại của mạng liên kết và LTE giúp bạn có thể sử dụng các mạng di động hiện có và có thể phù hợp với sự phát triển trong tương lai

2.3.3 Tư vấn ảo và bảo trì dự đoán

Các chuyên gia lĩnh vực nông nghiệp hoặc các dịch vụ tư vấn có thể đáp ứng nhu cầu của nông dân thông qua tư vấn ảo sử dụng truyền trực tuyến độ phân giải cao (HD) mà không cần đến một cuộc họp thực tế trong sự thoải mái tại nhà Ngoài hội nghị truyền hình thông thường, các chuyên gia lĩnh vực hoặc dịch vụ tư vấn có thể trực tiếp lấy nguồn cấp dữ liệu trực tiếp từ các cảm biến giám sát thời gian thực hoặc máy bay không người lái nông nghiệp để có được cái nhìn chi tiết về tình hình và cung cấp các giải pháp cần thiết cho nông dân để cải thiện hoạt động nông nghiệp đúng thời hạn Một số dịch vụ được cung cấp bởi các dịch vụ tư vấn là tư vấn cây trồng, lập kế hoạch môi trường, nông nghiệp chính xác, lấy mẫu đất, quản lý dịch hại

và kiểm tra sức khỏe động vật trang trại

Với tốc độ dữ liệu nhanh và độ trễ thấp của công nghệ 5G, nhiều máy móc và thiết bị có thể được theo dõi và giám sát trong thời gian thực để theo dõi trước các bộ phận hỏng hóc hoặc tình trạng nhiên liệu để sửa chữa kịp thời mà không bị chậm trễ hoặc tạm dừng bất kỳ nhiệm vụ đã lên kế hoạch trước nào 5G sẽ bổ sung một mô hình bảo trì mới được gọi là bảo trì dự đoán nâng cao bằng cách sử dụng nhiều cảm biến được trang bị cho các máy móc và thiết bị khác nhau để đo một số lượng lớn các thông số khác nhau trong thời gian thực Với bảo trì dự đoán, người nông dân được thông báo về mọi vấn đề sắp xảy ra và bất kỳ bộ phận hỏng hóc nào dựa trên phản hồi từ các cảm biến hỗ trợ 5G khác nhau, cho phép việc sửa chữa được lên lịch kịp thời và không phải tạm dừng bất kỳ hoạt động nào Điều này có thể làm giảm đáng

kể thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch do thiết bị bị lỗi hoặc sự cố máy móc

27

2.3.4 Công nghệ thực tế ảo và thực tế tăng cường

Những tiến bộ trong công nghệ và bộ dụng cụ thực tế tăng cường (AR) và thực

tế ảo (VR) cấp người tiêu dùng có thể hỗ trợ nông dân theo nhiều cách AR có thể cung cấp thông tin hỗ trợ như số liệu thống kê về cây trồng, vật nuôi, máy móc, thiết

bị đo từ xa và thức ăn bay không người lái, cập nhật thời tiết, đất và điều kiện nước, phát hiện bệnh do AI hỗ trợ cho cả cây trồng và vật nuôi, phát hiện dịch hại, kiểm tra đất đai, v.v thông qua kính đeo được và điện thoại thông minh Ví dụ: bằng cách đeo kính AR và xem xét các loại cây trồng, người nông dân có thể có được thông tin quan trọng, chẳng hạn như liệu cây trồng có bị nhiễm bệnh hay không hoặc khi nào chúng có thể được thu hoạch, như được trình bày trong Hình 6 Do đó, nông dân có thể thực hiện canh tác một cách hiệu quả hơn cách sản xuất có khả năng giảm thiểu lao động, thời gian tiêu thụ, tổn thất cây trồng và đảm bảo năng suất chất lượng

Hình 2.5: Minh họa về AR bằng kính AR

VR có thể được sử dụng để đào tạo và thực hành nông nghiệp mô phỏng nhập vai Để có trải nghiệm VR trên đám mây công bằng, video 4K 360º được hiển thị trước yêu cầu tốc độ dữ liệu chỉ 20-60 Mbps và độ trễ dưới 50 ms, trong khi để có trải nghiệm VR lý tưởng, video 12K 360º được hiển thị trước yêu cầu tốc độ dữ liệu

là tối thiểu 440 Mbps và độ trễ dưới 10 ms Trải nghiệm VR tương tác đẩy mạnh hơn nữa các giới hạn của yêu cầu kết nối Để có trải nghiệm VR tương tác nhập vai trường