Nghiên cứu hệ thống 5G ứng dụng cho IoT

Nghiên cứu hệ thống 5G ứng dụng cho IoT Nghiên cứu hệ thống 5G ứng dụng cho IoT Nghiên cứu hệ thống 5G ứng dụng cho IoT luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu hệ thống 5G ứng dụng cho IoT

PHẠM VĂN ĐỨC Ngành: Kỹ thuật viễn thông

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hữu Trung

Viện: Điện tử - Viễn thông

HÀ NỘI, 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu hệ thống 5G ứng dụng cho IoT

PHẠM VĂN ĐỨC Ngành: Kỹ thuật viễn thông

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hữu Trung

HÀ NỘI, 2020

Chữ ký của GVHD

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Phạm Văn Đức, Luận án “Nghiên cứu hệ thống 5G ứng dụng cho

IoT” này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng

dẫn khoa học của PGS TS Nguyễn Hữu Trung Các dữ liệu được nêu trong luận

án là hoàn toàn trung thực, phản ánh đúng kết quả đo đạc thực tế Mọi thông tin trích dẫn đều tuân thủ các quy định về sở hữu trí tuệ; các tài liệu tham khảo được liệt kê rõ ràng

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này

Tác giả luận án

Phạm Văn Đức

TÓM TẮT

Công nghệ mạng di động 5G là tương lai của công nghệ LTE hiện tại, thúc đẩy cho tương lai của mạng không dây và mạng máy tính, vì tốc độ cao hơn tốc độ của mạng LTE hiện tại, công nghệ sẽ đẩy lên một tầm cao mới Công nghệ này hỗ trợ cho các kênh vô tuyến với tốc độ truy cập dữ liệu lên rất cao So sánh với công nghệ LTE khác, nó có tốc độ và dung lượng cao, hỗ trợ đa phương tiện tương tác, thoại, internet và tốc độ dữ liệu của nó lên tới Gbps, giúp nó nhanh hơn những công nghệ của LTE khác Bên cạnh đó, cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 mang đến những công nghệ khiến cuộc sống con người ngày càng tiện nghi, ngày càng thuận tiện Và một trong những công nghệ hiện đại đó chính là những

hệ thống IOT (Internet of Things), nơi mà mọi thiết bị có thể kết nối với nhau Công nghệ này giúp cho con người xây dựng được những căn nhà thông minh có thể điều khiển một cách dễ dàng thông qua các sản phẩm thông minh như điện thoại, máy tính bảng, thậm chí những chiếc đồng hồ thông minh và xa hơn là xây dựng thành phố thông minh Mạng 5G đã đến với thế giới và các nhà mạng từ khắp các quốc gia đang nhanh như chớp thay đổi cách thức kinh doanh viễn thông và cung cấp các khả năng mới và biến đổi trong không gian IoT (Internet

of Things)

Khi mạng 5G trở nên phổ biến hơn nữa vào năm 2020, tiêu chuẩn mới này

sẽ tăng thêm sức hấp dẫn của các giải pháp di động trong các lĩnh vực có sẵn Và khi phần cứng hỗ trợ 5G ra mắt, các công ty có thể sử dụng mạng để hỗ trợ

doanh nghiệp IoT của chính mình

Luận án với đề tài “Nghiên cứu hệ thống 5G ứng dụng cho IoT” này

cung cấp giải thích chi tiết về công nghệ 5G, cấu trúc, thách thức, ưu điểm và nhược điểm, các vấn đề và kết thúc với tương lai của công nghệ 5G với xu thế làm nền tảng cho IoT để mang lại những cơ hội mới rất khác biệt cho con người, doanh nghiệp và xã hội trong tương lai

M ỤC LỤC

MỤC LỤC i

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Tính cấp thiết của đề tài 3

3 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5

3.1 Mục tiêu nghiên cứu 5

3.2 Đối tượng nghiên cứu 6

3.3 Phạm vi nghiên cứu 6

4 Phương pháp và nhiệm vụ nghiên cứu 6

4.1 Phương pháp nghiên cứu 6

4.2 Các nhiệm vụ nghiên cứu 7

5 Các đóng góp khoa học của luận án 7

6 Bố cục của luận án 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 9

1.1 Lịch sử phát triển hệ thống mạng thông tin di động 9

1.1.1 Thế hệ mạng di động đầu tiên - 1G 9

1.1.2 Thế hệ mạng di động thứ 2-2G 9

1.1.3 Thế hệ mạng di động thứ 3-3G 10

1.1.4 Thế hệ mạng di động thứ 4-4G 11

1.2 Vấn đề triển khai công nghệ mạng di động thế hệ mới 5G 12

1.3 Xu thế phát triển công nghệ trên nền tảng ứng dụng hệ thống mạng 5G 14

1.4 Xu hướng kết nối vạn vật-IoT 15

1.5 Kết luận chương 16

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG MẠNG 5G 17

2.1 Cấu trúc công nghệ mạng 5G 17

2.1.1 Các tính năng chính của cấu trúc 5G 17

2.1.2 Cấu trúc cơ bản của 5G 20

2.1.3 Cấu trúc mạng của mạng di động 5G 21

2.2 Nền tảng phần mềm mạng 5G 29

2.2.1 Mạng cục bộ không dây (WLAN) 29

2.2.2 LTE và LTE nâng cao 40

2.2.3 Mạng 5G 46

2.3 Thách thức trong triển khai công nghệ mạng 5G 49

2.4 Kết luận chương 55

CHƯƠNG 3 HỆ SINH THÁI IOT 56

3.1 Hệ sinh thái Internet of Things-IoT 56

3.1.1 Kiến trúc IoT 56

3.1.2 Đặc tính cơ bản của Internet of Things 57

3.1.3 Ứng dụng của Internet of Things 58

3.2 Mô hình nhà thông minh 59

3.3 Một số mô hình nhà thông minh tại Việt Nam 60

3.3.1 Bkav SmartHome Luxury [8] 60

3.3.2 Nhà thông minh TIS SMART HOME [9] 61

3.3.3 Nhà thông minh Schneider- Wiser Home [10] 62

3.4 Các thành phần trong xây dựng mô hình nhà thông minh 63

3.4.1 ESP8266 63

3.4.2 Công nghệ RFID và module RFID RC522 65

3.4.3 Hồng ngoại 73

3.4.4 Wi-Fi 73

3.4.5 Giao thức truyền thông HTTP 75

3.4.6 Firebase [7] 77

3.4.7 Hệ điều hành Android [6] 78

3.5 Kết luận chương 82

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH ỨNG DỤNG IOT 83

4.1 Tổng quan về hệ thống thực nghiệm 83

4.2 Thiết kế hệ module phần cứng 84

4.2.1 Sơ đồ khối 84

4.2.2 Sơ đồ mạch nguyên lý 86

4.2.3 Mạch in và sản phẩm thực tế 94

4.3 Thiết kế bộ ứng dụng điều khiển 97

4.3.1 Phần mềm Android Studio 97

4.3.2 Phân tích hệ thống ứng dụng điều khiển 98

4.3.3 Yêu cầu chức năng 99

4.3.4 Mô hình hóa chức năng 99

4.3.5 Mô hình hóa hoạt động 100

4.3.6 Thiết kế database 102

4.3.7 Thiết kế App Android 103

4.4 Kiểm thử và đánh giá hệ thống 105

4.5 Kết luận chương 107

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

Chức nặng, Cơ sở hạ tầng, thiết

bị, hệ thống mạng 5G 1G, 2G, 3G,

converter Chuyển đổi tương tự-số

AP Access Point Điểm truy cập

API Application Progmraming

Interface Giao diện lập trình ứng dụng

CDMA Code Division Multiple

Access Đa truy cập phân chia theo mã

CN Core Network Mạng lõi

EDGE Enhanced Data rates for

GSM Evolution

Nâng cao tốc độ dữ liệu cho GMS

FFT Fast Fourier transform Biến đổi Fourier nhanh

GPRS General Packet Radio

Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GSM Global System for Mobile

HSPA High Speed Packet

Access Truy cập gói tốc độ cao

HSUP High-Speed Uplink

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

Protocol I/O Input/Output Đầu vao/đầu ra

IDE Intergrated Development

Environment Môi trường phát triển tích hợp

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử IoT Internet of Things Vạn vật kết nối

IP Internet Protocol Giao thức kết nối

LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn

MCU Micro Controller Unit Bộ vi điều khiển

PC Personal Computer Máy tính cá nhân

PDA Personal Digital Assistant Trợ lý kỹ thuật số cá nhân

QoE Quality of experience Chất lượng trải nghiệm

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RAT Radio Access Technology Công nghệ truy cập vô tuyến

RN Radio Network Mạng vô tuyến

SDN Software Defined

Network Mạng định nghĩa phần mềm SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu cực đại trên nhiễu

TCP/IP Transport Control

Protocol/Internet Protocol

Giao thức tải vận/giao thức kết nối

Tx, Rx Transmitter, Receiver Bên phát, Bên nhận

UDP User Datagram Protocol Giao thức datagram người dùng UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

Telecommunications Service

toàn cầu USB Universal Serial Bus Chuẩn kết nối tuần tự đa dụng

WCDM Wideband Code Division

Multiple Access Wideband CDMA

Wifi Wireless Fidelity Mạng không dây sử dụng sóng

vô tuyến

WLAN Wireless Local Area

Network Mạng cục bộ không dây WPA WiFi Protected Access Truy cập wifi được bảo mật

DANH M ỤC HÌNH ẢNH

Hình M-1: Tiến sỹ Magnus Ewerbring giới thiệu Báo cáo mới nhất của Ericson

về 5G 2

Hình M-2: Tốc độ truyền tải dữ liệu của công nghệ 5G lên tới trên 5,7Gb/s 2

Hình M-3: Truyền tải phim 4K rất mượt mà bằng công nghệ 5G 3

Hình M-4: Mô hình bãi đỗ xe thông minh ứng dụng IoT qua kết nối 5G 4

Hình M-5: 5G và cơ hội gia tăng lợi ích cho các doanh nghiệp 5

Hình 1.1: Công nghệ mạng từ thế hệ 1G đến 5G [19] 13

Hình 1.2: Chu kỳ cloud của thế hệ thứ 5 [1] 15

Hình 2.1: Cấu trúc cơ sở mạng 5G [1] 20

Hình 2.2: Cấu trúc mạng 5G [1] 22

Hình 2.3: Cấu trúc mạng di động 5G [1] 24

Hình 2.4: Các lát mạng 5G bổ sung trên cơ sở hạ tầng [1] 26

Hình 2.5: Sơ đồ khối và chức năng mã của mạng WLAN [1] 33

Hình 2.6: Code Testbench cho bộ thu phát WLAN [1] 34

Hình 2.7: Code chức năng cho máy phát WLAN [1] 35

Hình 2.8: Code chức năng cho mô hình kênh WLAN [1] 36

Hình 2.9: Code chức năng Testbench độc lập cho mạng WLAN [1] 37

Hình 2.10: Mô phỏng WLAN [1] 37

Hình 2.11: Phân tích phổ mạng WLAN [1] 38

Hình 2.12: Sơ đồ chòm sao cho mạng WLAN [1] 39

Hình 2.13: Sơ đồ khối và chức năng code của LTE/LTE A [1] 40

Hình 2.14: Code chức năng cho LTE/LTE A [1] 40

Hình 2.15: Code chức năng máy phát cho LTE/LTE A [1] 42

Hình 2.16: Code chức năng kênh cho LTE/LTE A [1] 42

Hình 2.17: Code chức năng Testbench cho LTE/LTE A [1] 43

Hình 2.18: Mô phỏng LTE/LTE A [1] 43

Hình 2.19: Trình tạo ví dụ của LTE/LTE A [1] 44

Hình 2.20: Sơ đồ chòm sao cho LTE/LTE A [1] 45

Hình 2.21: Biểu đồ chòm sao có giá trị SNR tốt hơn [1] 45

Hình 2.22: Phân tích phổ của LTE/LTE A [1] 46

Hình 2.23: Code chức năng cho FBMC [1] 47

Hình 2.24: Tạo dạng sóng cho FBMC [1] 48

Hình 2.25: Code chức năng cho UFMC [1] 48

Hình 2.26: Dạng sóng được tạo dành cho UFMC [1] 49

Hình 3.1: Mô hình IoT 56

Hình 3.2: Các thành phần cơ bản của hệ thống nhà thông minh 60

Hình 3.4: Mô hình nhà thông minh TIS SMART HOME 62

Hình 3.5: Bảng điều khiển nhà thông minh Schneider - Wiser Home 63

Hình 3.6: ESP8266 V12E 64

Hình 3.7: Sơ đồ chân của nodeMCU ESP8266 v12E 65

Hình 3.8: Công nghệ RFID 65

Hình 3.9: Thành phần của hệ thống RFID 67

Hình 3.10: Thẻ Tag RFID 68

Hình 3.11: Đầu đọc RFID 69

Hình 3.12: Mô hình truyền nhận RFID 70

Hình 3.13: Sơ đồ chân module RFID RC522 72

Hình 3.14: Wifi 74

Hình 3.15: Giao thức HTTP 76

Hình 3.16: Biểu đồ thời gian kết nối HTTP không bền vững 76

Hình 3.17: Các tầng của hệ điều hành Android [6] 79

Hình 4.1: Hình ảnh tổng quan hệ thống 83

Hình 4.2: Sơ đồ khối tổng quan hệ thống 84

Hìn 4.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển công suất 85

Hình 4.4: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển cửa RFID 85

Hình 4.5: Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống điều khiển công suất 86

Hình 4.6: Sơ đồ mạch nguyên lý khối nguồn 86

Hình 4.7: Bộ nguồn Hi-Link 87

Hình 4.8: Sơ đồ mạch nguyên lý khối xử lý trung tâm 87

Hình 4.9: Node MCU ESP8266 V12E 87

Hình 4.10: Sơ đồ mạch nguyên lý khối bắt điểm 0 88

Hình 4.11: Sơ đồ mạch nguyên lý khối thu hồng ngoại 88

Hình 4.12: Mắt thu hồng ngoại 1838T 88

Hình 4.13: Sơ đồ mạch nguyên lý khối cảm biến DHT11 89

Hình 4.14: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 89

Hình 4.15: Sơ đồ mạch nguyên lý khối điều khiển 89

Hình 4.16: MOC3021 (Trái) và BTA16 (Phải) 90

Hình 4.17: Sơ đồ mạch nguyên lý khối thời gian thực 90

Hình 4.18: IC thời gian thực DS1307 90

Hình 4.19: Sơ đồ mạch nguyên lý khối cảnh báo 91

Hình 4.20: Còi Buzzer 5V DC 91

Hình 4.21: Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống điều khiển cửa RFID 91

Hình 4.22: Sơ đồ mạch nguyên lý khối xử lý trung tâm 92

Hình 4.23: Sơ đồ mạch nguyên lý khối điều khiển thiết bị 92

Hình 4.24: Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống điều khiển đèn cầu thang 93

Hình 4.25: Module thu phát hồng ngoại 94

Hình 4.26: Mạch in 2 lớp của mạch điều khiển công suất 94

Hình 4.27: Lớp Top và Bottom của mạch in (mạch điều khiển công suất) 95

Hình 4.28: Mô hình mạch 3D (mạch điều khiển công suất) 95

Hình 4.29: Mô hình mạch 3D (mạch điều khiển cửa RFID) 96

Hình 4.30: Sản phẩm mạch điều khiển công suất 96

Hình 4.31: Sản phẩm mạch điều khiển cửa RFID 96

Hình 4.32: File AndroidMandifest.xml 97

Hình 4.33: Thiết kế giao diện trong Android Studio 98

Hình 4.34: Các Class trong Android Studio 98

Hình 4.35: Activity Diagram hệ thống 99

Hình 4.36: Sơ đồ use case hệ thống 100

Hình 4.37: Biểu đồ tuần tự hoạt động đăng nhập 101

Hình 4.38: Biểu đồ tuần tự hoạt động điều khiển 101

Hình 4.39: Biểu đồ tuần tự hoạt động quản lý tài khoản và quản lý quyền điều khiển 102

Hình 4.40: Giao diện chính App cho thiết bị treo tường 103

Hình 4.41: Giao diện điều khiển công suất 104

Hình 4.42: Giao diện cài đặt ngưỡng thông số 104

Hình 4.43: Giao diện chức năng điều khiển bằng giọng nói 105

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Sự khác nhau giữa các thế hệ mạng di động 14

Bảng 3.1: Thông số cơ bản của module ESP8266 64

Bảng 4.1: Test lần 1 ngày lúc 10h00 ngày 01/06/2020 106

Bảng 4.2: Test lần 2 lúc 15h00 ngày 06/06 106

Bảng 4.3 Test lần 3 lúc 14h00 ngày 8/06 106

Bảng 4.4: Test lần 4 lúc 18h00 ngày 11/06 106

M Ở ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Do nhu cầu của con người và những thách thức, thế giới mạng di động luôn thay đổi phát triển để đạt được mục tiêu Dưới đây là những mục tiêu quan trọng:

+ Giải quyết tốc độ truyền dữ liệu: tốc độ của 5G sẽ nhanh hơn 4G gấp khoảng 100 lần đồng thời độ trễ cũng giảm đi rất nhiều

+ Cải thiện chất lượng dịch vụ: mạng 5G dùng kỹ thuật song công toàn phần (Full Duplex) thu và phát tín hiệu gần như cùng một lúc Hơn nữa, kỹ thuật sóng milimet và sự lắp đặt càng nhiều ăng-ten dành cho tế bào nhỏ làm cho các thiết bị kết nối truyền tải với chất lượng tốt hơn rất nhiều so với các thế hệ mạng trước

+ Kết nối nhiều thiết bị: đó là kỹ thuật MIMO quy mô lớn sẽ hỗ trợ càng nhiều cổng cho trạm gốc

+ Tiết kiệm điện năng: làm tăng lên tuổi thọ pin của các thiết bị như điện thoại di động, máy tính xách tay …

Ngày nay, các cụm từ “nhà thông minh” và “Internet vạn vật” thường xuyên được nhắc đến như là một xu hướng tiên tiến, hướng con người đến với cuộc sống tiện nghi và thoải mái do công nghệ mang lại Nhà thông minh là khái niệm kết nối vạn vật thông qua internet của kỷ nguyên 4.0, các thiết bị như thiết

bị chiếu sáng, rèm cửa điều hòa, máy lọc nước, thiết bị âm thanh, camera, tivi được kết nối và giao tiếp với nhau tạo ra mô hình không dây kết nối qua điện thoại, với giá thành đầu tư cho hệ thống không quá đắt, phù hợp với tình hình thực tế tại Việt Nam, mặc dù chưa được phát triển mạnh mẽ song hứa hẹn nhiều kết quả tốt trong tương lai

Tại Hội thảo “Xu hướng công nghệ 5G và IoT hướng tới cách mạng công nghiệp 4.0” do Ericsson và Cục Tần số vô tuyến điện (ARFM) vừa tổ chức đã trình diễn công nghệ 5G và những ứng dụng hiệu quả mà công nghệ này mang lại

Tiến sỹ Magnus Ewerbring, Giám đốc Công nghệ Ericsson khu vực châu Á-Thái Bình Dương cho biết: Số liệu mới nhất từ Báo cáo Di động của Ericsson

cho thấy, công nghệ 5G đang phát triển nhanh chóng và sẽ có nửa tỉ thuê bao vào năm 2022

Hình M-1: Tiến sỹ Magnus Ewerbring giới thiệu Báo cáo mới nhất của

Ericson về 5G

5G chính là nền tảng để khai thác tối đa tiềm năng của Xã hội Nối mạng (Networked Society) 5G sẽ mở ra những thị trường kinh doanh mới cho các doanh nghiệp, tạo ra những nguồn doanh thu mới với những mô hình kinh doanh

và hình thức sử dụng khác biệt, bao gồm cả các ứng dụng IoT (Internet of Things)

5,7Gb/s

Trọng tâm của việc tạo ra một hệ sinh thái 5G là 5G plug-ins của Ericsson, qua đó sẽ đưa các chức năng 5G sớm hơn vào các mạng 4G / LTE hiện có và cho phép lưu lượng cao trong môi trường tải cao như nhà máy, trung tâm mua sắm và

tạo nền tảng vững chắc cho việc sử dụng vạn vật kết nối (IoT) trở thành hiện thực

2 Tính c ấp thiết của đề tài

Băng thông rộng và Đa phương tiện ở mọi nơi: Với 5G, người dùng sẽ trải nghiệm truy cập băng thông rộng tại những khu vực có mật độ người dùng cao như các buổi hòa nhạc, sự kiện thể thao và lễ hội, loại bỏ các vấn đề về dung lượng, độ nhiễu và độ tin cậy Khách hàng sử dụng 5G sẽ được tận hưởng các bộ phim 4K được tải về trong vòng vài giây mà không cần kết nối Wi-Fi, trong khi các chương trình truyền hình và sự kiện thể thao trực tiếp sẽ mang lại trải nghiệm thực tế ảo, giống như bạn đang có mặt trực tiếp tại nơi diễn ra sự kiện Đối với khách hàng, 5G cũng sẽ tối đa hóa chất lượng trải nghiệm của họ với kết nối cả trong nhà và ngoài trời, đồng thời cung cấp kết nối băng thông rộng có chất lượng cao ngay cả trong các điều kiện khó khăn về mạng

Hình M-3: Truyền tải phim 4K rất mượt mà bằng công nghệ 5G

Tương tác con người-máy móc: Hiệu năng cao của các mạng 5G sẽ giúp con người tiếp cận IoT dễ dàng hơn thông qua nâng cao nhận thức về bối cảnh sống của con người

Kiểm soát chặt chẽ các thiết bị ở xa: Mạng 5G cho phép kiểm soát từ xa các máy móc hạng nặng Từ đó mở ra những khả năng mới như nâng cao hiệu suất và hạ thấp chi phí, rủi ro trong những môi trường nguy hiểm, độc hại

Mạng cảm biến: Công nghệ 5G sẽ mở rộng cơ hội và mô hình kinh doanh thông qua chức năng giám sát, theo dõi và tự động hóa trên quy mô lớn Từ những nông trại và cánh đồng được kết nối cho tới những thành phố và tòa nhà

thông minh, công nghệ 5G góp phần hạ thấp chi phí, nâng cao hiệu suất và cung cấp dữ liệu thời gian thực theo những cách thức mới, ấn tượng

Giao thông vận tải thông minh: Việc chuyển đổi hướng tới 5G đồng nghĩa với việc công nghệ Truyền thông Máy móc trên Quy mô lớn (massive Machine Type Communications - mMTC) sẽ cho phép các thành phố, hệ thống giao thông

và cơ sở hạ tầng giao thông truyền dữ liệu theo thời gian thực, để nâng cao hiệu quả bảo trì và hoạt động

Hình M-4: Mô hình bãi đỗ xe thông minh ứng dụng IoT qua kết nối 5G

Kiểm soát các dịch vụ trọng yếu và cơ sở hạ tầng: Độ tin cậy cao và độ trễ thấp của công nghệ 5G giải phóng năng lực để kiểm soát các dịch vụ và cơ sở hạ tầng trọng yếu Từ đó mang lại nhiều cơ hội mới cho các lĩnh vực an toàn xã hội, chính phủ, quản lý thành phố và các công ty dịch vụ công cộng

Ericsson đã công bố một báo cáo về Tiềm năng kinh doanh 5G trong đó phân tích kỹ lưỡng về cơ hội kinh doanh 5G của thị trường số hóa công nghiệp căn cứ vào 8 thách thức lớn trong ngành Báo cáo cho thấy:

Phần lớn thị trường số hóa công nghiệp sẽ được công nghệ 5G hỗ trợ Chúng tôi ước tính một thị trường có quy mô 1,2 nghìn tỉ USD vào năm 2026 cần được khai thác cho các công ty ICT

Ngoài ra, đến năm 2026, sẽ có một cơ hội thị trường toàn cầu trị giá 582

tỷ USD khi các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sử dụng công nghệ 5G để số hóa công nghiệp

Đối với các nhà mạng viễn thông, điều đó tương ứng với tiềm năng bổ sung thêm 34% tăng trưởng doanh thu vào năm 2026 Trong một nghiên cứu tiếp

đó, Ericsson chỉ ra rằng, ngành sản xuất, năng lượng/dịch vụ công cộng có cơ hội cao nhất để tạo ra hoặc nâng cao doanh thu nhờ 5G

5G mang lại cơ hội tiếp cận những tiềm năng kinh doanh còn chưa được nắm bắt Đây là lúc xây dựng hoạt động kinh doanh mạng 5G của các công ty Với những cơ hội như IoT nằm trong tầm tay, chúng ta không cần phải chờ đợi

để bắt đầu đánh giá những mô hình kinh doanh mới và tạo ra các luồng doanh thu mới Ericsson là một đối tác chiến lược trên hành trình tới 5G

3 M ục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận án nhằm vào ba mục tiêu chính sau đây:

 Xác định tiêu chuẩn 5G rộng hơn, xác định điểm mạnh và điểm yếu của nó so với các tiêu chuẩn hiện có, những thách thức cũng như đưa ra mốc thời gian để triển khai và kỳ vọng trong ngành công nghiệp không dây

 Xem xét các thực tiễn mới mà 5G sẽ kích hoạt trong IoT, đặc biệt tập trung vào khả năng phân tích từ xa trên băng thông cao, cũng như khả năng sử dụng các trung tâm xử lý từ xa cho các dịch vụ quan trọng Và kiểm tra các khu vực nơi 5G sẽ để lại những khoảng trống và cách các công ty sẽ cần đối phó với những hạn chế ban đầu Trong thực tế, ở một số trường hợp, 5G thậm chí không phải là tốt nhất trong số các giải pháp di động Các công ty sử dụng các thiết bị IoT và nhà cung cấp dịch vụ và giải pháp dựa trên IoT cần sáng suốt trong việc xác định nơi nào 5G sẽ khả thi và nơi nào sẽ không

 Đề xuất ý tưởng xây dựng, phát triển một mô hình ứng dụng cho nhà thông minh với các nội dung chính sau:

− Tìm hiểu, xây dựng một hệ thống toàn diện có tính ứng dụng thực tiễn

− Xây dựng được một cơ sở dữ liệu đáp ứng đủ các tiêu chí đặt ra với một

hệ thống, đa nền tảng, có tính kế thừa cao

− Phần mềm điều khiển trực quan, dễ dàng sử dụng

− Phần cứng có thể dễ dàng triển khai, giảm thiểu chi phí phát sinh

3.2 Đối tượng nghiên cứu

Từ các mục tiêu đã đặt ra, luận án sẽ tập trung nghiên cứu các đối tượng như sau:

+ Sự triển khai của thế hệ mạng di động thứ 5 (5G)

+ Cấu trúc công nghệ mạng 5G

+ Nền tảng phần mềm mạng 5G

+ Công nghệ mong đợi trong 5G

+ Hệ sinh thái Internet of Things- IoT

3.3 Phạm vi nghiên cứu

Với các mục tiêu và đối tượng nghiên cứu đã được xác định, phạm vi nghiên cứu của luận án sẽ bao gồm:

+ Thông tin vô tuyến, hệ thống thông tin di động

+ Cơ sở lý thuyết về công nghệ mạng 5G

+ Cơ sở lý thuyết về mô hình IoT

+ Phân tích thiết kế hệ thống ứng dụng nền tảng 5G cho IoT

4 Phương pháp và nhiệm vụ nghiên cứu

4.1 Phương pháp nghiên cứu

+ Nghiên cứu lý thuyết thông tin vô tuyến, hệ thống di động để có cái nhìn tổng quan về các thế hệ mạng qua các thời kỳ phát triển, đánh giá xu thế cũng như tiềm năng triển khai lên thế hệ mạng mới tiên tiến hơn

+ Nghiên cứu lý thuyết về hệ sinh thái IoT, cho cái nhìn tổng quan về xu thế phát triển mới dựa trên nền tảng hệ thống 5G

+ Phân tích các cơ hội và thách thức để triển khai 5G cũng như ứng dụng cho IoT trong tương lai

4.2 Các nhiệm vụ nghiên cứu

“IoT cần một nền tảng di động mới để kết nối Trong vòng hai năm tới, công nghệ 5G sẽ bùng nổ, tốc độ băng thông nhờ đó sẽ được tối ưu hóa Bản thân dịch vụ đám mây trong vòng 1-2 năm tới cũng có sự thay đổi về truyền dẫn, cấu trúc, chia sẻ băng thông” Và đó cũng là lý do để luận án đưa ra các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể cho đề tài như sau:

+ Khảo sát, phân loại, đánh giá (lý thuyết, mô hình, tiêu chí, phương pháp) các mô hình mạng di động hiện tại, cơ sở hạ tầng cần chuẩn bị để triển khai 5G

+ Phân tích những khó khăn, thách thức khi triển khai ứng dụng 5G cho

hệ sinh thái IoT, xây dựng lộ trình phát triển phù hợp

+ Xây dựng mô hình phân tích thiết kế hệ thống ứng dụng 5G cho IoT để minh chứng các luận điểm lý thuyết và đánh giá tính khả thi trong triển khai thực

tế

5 Các đóng góp khoa học của luận án

Thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu đã trình bày ở phía trên, từ khía cạnh phương pháp luận tiếp cận vấn đề, có thể tóm tắt các đóng góp của luận án như sau:

+ Xác định 5G là gì ? Nó hoạt động như thế nào?

+ Phần mềm sử dụng và các đặc điểm kỹ thuật quan trọng trong hệ thống mạng 5G

+ Xác định hệ sinh thái IoT là gì ? Phân tích, đánh giá tiềm năng phát triển của IoT

+ Đưa ra các kết quả phân tích, đánh giá khả năng triển khai hệ thống mạng 5G, những yếu tố cần chuẩn bị để tiến lên 5G

+ Đề xuất và phân tích thiết kế mô hình IoT ứng dụng hệ thống mạng 5G

để kết nối và tương tác

6 B ố cục của luận án

Trên cơ sở các nhiệm vụ và kết quả nghiên cứu đã được trình bày ở trên, tác giả trình bày luận án theo năm chương với các nội dung được tóm tắt như sau như sau:

Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Chương này sẽ giới thiệu tổng quan về lịch sử phát triển hệ thống mạng thông tin di động, vấn đề triển khai công nghệ mạng thế hệ mới 5G cùng với xu thế phát triển công nghệ trên nền tảng áp dụng mạng 5G Và đó là nền tảng cho

xu thế kết nối vạn IoT ra đời

Chương 2: Hệ thống mạng 5G

Các nội dung chi tiết về hệ thống, công nghệ mạng 5G sẽ được trình bày ở chương này, bao gồm: cấu trúc công nghệ mạng, nền tảng phần mềm, và thách thức trong công cuộc triển khai mạng 5G

Chương 3: Hệ sinh thái IoT

Chương này sẽ nghiên cứu chi tiết về hệ sinh thái IoT, mô hình ứng dụng của IoT đó là các mô hình nhà thông minh và theo đó sẽ tìm hiểu về các thành phần trong xây dựng mô hình nhà thông minh

Chương 4: Phân tích và thiết kế mô hình ứng dụng IoT

Nội dung chính của chương này sẽ trình bày về phương án phân tích và thiết kế mô hình ứng dụng IoT, bao gồm: tổng quan về hệ thống thực nghiệm, thiết kế hệ module phần cứng, thiết kế bộ ứng dụng điều khiển, kiểm thử và đánh giá hệ thống

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống mạng thông tin di động

1.1.1 Thế hệ mạng di động đầu tiên - 1G

Đầu thế kỷ 20, thông tin vô tuyến di động đã được sử dụng cho việc liên lạc trong quân sự Điện thoại trên xe hơi đã được thử nghiệm vào năm 1946 Hệ thống này đã sử dụng máy phát lớn trên mái của một tòa nhà cao tầng Một kênh duy nhất được sử dụng như hệ thống bán song công được gọi là hệ thống Push-to-talk của Cameron vào năm 1950 Năm 1960 IMPS (Hệ thống điện thoại di động cải tiến) được giới thiệu có thể xử lý nói và nghe cùng một lúc IMPS đã sử dụng hai kênh, một kênh để gửi và một kênh để nhận trong viễn thông cho chế độ song công toàn phần

Mở đầu của Viễn thông: Năm 1970, các công ty tư nhân bắt đầu phát triển các hệ thống của riêng họ, các tổ chức tư nhân đó là hệ thống điện thoại di động tương tự (AMPS) được sử dụng ở Hoa Kỳ, hệ thống liên lạc truy cập tổng thể (TACS), điện thoại di động Bắc Âu (NMT) được sử dụng ở các khu vực thuộc Châu Âu và Nhật Bản và tổng hệ thống liên lạc truy cập (J-TACS) được sử dụng

ở Nhật Bản và Hồng Kông Các hệ thống này được gọi là các mạng thế hệ thứ nhất được giới thiệu vào năm 1982 bởi BELL Labs, thường được gọi là hệ thống điện thoại di động tiên tiến (AMPS)

Ý tưởng cơ bản trong AMPS là sử dụng các vị trí địa lý có thể được coi là các tế bào nhỏ và sau đó có thể được sử dụng lại nhiều lần, có thể hỗ trợ người dùng nhiều hơn gấp 5 đến 10 lần, sau đó được gọi là 1N IMPS (Hệ thống điện thoại di động cải tiến) Mối quan tâm chính trong 1G là bảo mật yếu, chế độ giao tiếp hoàn toàn tương tự và không chuyển vùng

1.1.2 Thế hệ mạng di động thứ 2-2G

Để có thể chuyển vùng, sự hình thành của ETSI (Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu) đã được tạo ra, đó là sự khởi đầu của thế hệ thứ hai Các mạng được ra mắt thương mại vào năm 1991 tại Phần Lan dựa trên GSM (Hệ thống toàn cầu cho thiết bị di động) Mạng thế hệ thứ hai có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 9,6kbps Lợi ích chính là các cuộc hội thoại được mã hóa kỹ thuật số, hiệu quả hơn trên phổ tần và thâm nhập điện thoại di động rộng hơn và giới thiệu về dịch vụ dữ liệu (SMS)

Để tạo ra tốc độ dữ liệu cao hơn, các nhà mạng GSM đã bắt đầu phát triển một dịch vụ có tên General Packet Radio Service (GPRS) đề cập đến 2.5G Nó được phát triển vào năm 1995 và chủ yếu là mạng chuyển mạch gói với GSM GPRS có thể truyền dữ liệu với tốc độ lên tới 160 Kbps Giai đoạn sau GPRS được tăng tốc độ dữ liệu cho GSM Evolution (EDGE) được gọi là 2.7G vào năm

1997 Nó đã giới thiệu về điều chế 8PSK và có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới

500 Kbps khi sử dụng cùng một phạm vi GPRS Trong thời gian này, internet đã trở nên phổ biến 2.5G bắt đầu phát triển và điện thoại bắt đầu hỗ trợ duyệt web Đây là một sự bùng nổ Internet vào năm 1998

1.1.3 Thế hệ mạng di động thứ 3-3G

Nhu cầu này đã thiết lập 3GPP UMTS (Hệ thống viễn thông di động toàn cầu) vào năm 1999 Hệ thống này sử dụng CDMA băng rộng, đó là W-CDMA (UMTS) Năm 2000, sự hình thành 3GPP của các cơ quan chủ quản đã được phát triển Vì lợi ích của việc sản xuất các tiêu chuẩn toàn cầu, sự hợp tác cho GSM

và UMTS đã được mở rộng hơn nữa từ ETSI để bao gồm phát triển tiêu chuẩn khu vực của nó như ARIB và TTC từ Nhật Bản, TTA từ Hàn Quốc, ATIS từ Mỹ

và CCSA từ Trung Quốc Việc tạo ra thành công cho một đặc tả hệ thống lớn và phức tạp như vậy đòi hỏi một tổ chức có cấu trúc tốt Như thế 3GGP đã sinh ra, cũng là nơi sinh ra sự quan sát của ITU

ITU-R quản lý phổ tần số vô tuyến quốc tế, đảm bảo sử dụng phổ hiệu quả, xác định họ công nghệ, phân bổ phổ và yêu cầu đề xuất cho công nghệ vô tuyến Ba tổ chức bắt đầu phát triển để đáp ứng các yêu cầu do ITU-R đề xuất là 3GPP, 3GPP2 và IEEE Sự phát triển của 3GPP bắt đầu từ GSM (Hệ thống toàn cầu cho thông tin di động), GPRS (Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp), EDGE, UMTS (Hệ thống viễn thông di động toàn cầu), HSDPA (Truy cập gói đường xuống tốc độ cao), HSUPA (Truy cập gói đường lên tốc độ cao), HSPA (Truy cập gói tốc độ cao), LTE (Tiến hóa dài hạn) và LTE tiên tiến

Sự phát triển của 3GPP2 bắt đầu từ IS-95, CDMA 2000, CDMA EVDO, CDMA EVDO REV A đến CDMA EVDO REV B Sự phát triển của IEEE bắt đầu từ 802.16 FIXED WIMAX, 802.16 MOBILE WIMAX đến 802.16M Chỉ có 3GGP được chi phối và được chấp nhận rộng rãi

Mục tiêu của 3GPP (UMTS) là cung cấp tốc độ dữ liệu 2 Mbps cho người dùng đứng yên hoặc đi bộ và 384 Kbps cho phương tiện di chuyển Việc nâng cấp là PHÁT HÀNH thứ 4 của tiêu chuẩn 3GGP được cung cấp để sử dụng hiệu quả tất cả IP trong lõi vào năm 2001 Đây là yếu tố quyết định chính đặt nền tảng cho HSPA

Vào năm 2002, PHÁT HÀNH thứ 5 đã được giới thiệu là HSDPA cốt lõi

Nó cung cấp việc sử dụng để tải xuống gói với tốc độ dữ liệu lên tới 14 Mbps bằng cách giảm độ trễ (Delay) Hơn nữa, PHÁT HÀNH thứ 6 đã được giới thiệu bao gồm việc phát hành HSUPA vào năm 2004 với việc giảm tốc độ dữ liệu liên kết bị trì hoãn tăng lên 5,74 Mbps bằng cách giảm độ trễ Phát hành này cũng là

sự ra đời của MBMS cho các dịch vụ phát song Sau đó, PHÁT HÀNH thứ 7 tiếp tục được giới thiệu, cũng giới thiệu MIMO và điều chế bậc cao hơn lên đến 64 QAM Công nghệ HSPA+ đã phát triển vào năm 2007 cung cấp tốc độ dữ liệu của liên kết tải xuống (D/L) lên tới 28 Mbps và tốc độ dữ liệu của liên kết tải lên (U/L) lên tới 11 Mbps

1.1.4 Thế hệ mạng di động thứ 4-4G

Ban đầu, mục tiêu của viễn thông là tính di động và kết nối toàn cầu Toàn

bộ kiến trúc mới đã được phát triển trong LTE SAE (System Architecture Evolution) và cổng phát thanh Tiêu chuẩn hóa Tiến hóa dài hạn (LTE) bắt đầu vào năm 2004 và RELEASE 8 cuối cùng đã được kết tinh vào tháng 6 năm 2005 sau một loạt tinh chế

Những đặc điểm quan trọng trong PHÁT HÀNH thứ 8 của LTE:

+ Làm giảm trễ cho thiết lập kết nối và độ trễ truyền

+ Tăng thông lượng dữ liệu

+ Tăng tốc độ bit của Cell-EDGE

+ Giảm chi phí trong mỗi bit

+ Đơn giản hóa cấu trúc mạng

+ Khả năng di động liền mạch, kết hợp giữa các công nghệ truy nhập vô tuyến

+ Tiêu thụ điện năng hợp lý dành cho các thiết bị di động

Những tính năng này đã tạo ra một tiến bộ trong công nghệ vô tuyến

Ba công nghệ cơ bản đã định hình hệ thống thế hệ thứ tư trong giao diện công nghệ vô tuyến là đa sóng mang, công nghệ MIMO multiple Anten và ứng dụng chuyển mạch gói trên giao diện vô tuyến Là kết quả của hoạt động mạnh

mẽ của rất nhiều tổ chức, thông số kỹ thuật của PHÁT HÀNH thứ 8 đã hoàn thành vào tháng 12 năm 2007 Việc triển khai thương mại đầu tiên của LTE đã diễn ra vào cuối năm 2009 tại Bắc Âu LTE tiên tiến của PHÁT HÀNH 10, 11,

12, 13 trong năm 2011, 2012, 2013 và 2016 đã đặt mục tiêu Multicell HSDPA, HETNET, phối hợp đa điểm, tập hợp nhà cung cấp và MIMO

1.2 V ấn đề triển khai công nghệ mạng di động thế hệ mới 5G

Đây là lúc chúng ta phải chuyển từ các dịch vụ thành phương pháp đa dịch

vụ Việc chuyển đổi sẽ được chuyển từ LTE sang LTE Advanced và các tính năng sẽ được thêm dưới dạng các mạng phổ biến mà người dùng có thể kết nối đồng thời với một số công nghệ truy cập không dây và di chuyển liền mạch

Chuyển tiếp hợp tác xã nhóm: Kỹ thuật này sử dụng để tận dụng tốc độ dữ liệu cao trên một khu vực rộng của một tế bào mạng Công nghệ vô tuyến nhận thức sẽ cho phép thiết bị của người dùng nhìn vào cảnh quan vô tuyến được đặt

để chọn mạng truy cập vô tuyến tối ưu, sơ đồ điều chế và các tham số khác để cấu hình cho kết nối tốt nhất trong hiệu suất tối ưu Anten thông minh sẽ được chuyển hướng để kết nối tốt hơn được cung cấp cho người dùng Hơn nữa, 5G sẽ tận dụng thế mạnh của công nghệ quang học và không dây 5G điều khiển bởi phần mềm ảo hóa chức năng mạng (NFV) và mạng điều khiển bằng phần mềm (SDN), IoT, IoE và mạng phân phối nội dung (CDN)

5G (mạng di động và mạng không dây thế hệ thứ năm) có thể là một giao tiếp không dây hoàn chỉnh mà không giới hạn, mang đến cho chúng ta không dây hoàn hảo trong thế giới thực - World Wide Wireless Web (WWWW) 5G biểu thị giai đoạn chính tiếp theo của các tiêu chuẩn viễn thông di động ngoài các tiêu chuẩn 4G/IMT-Advanced Hiện tại, 5G không phải là một thuật ngữ chính thức được sử dụng cho bất kỳ đặc điểm kỹ thuật cụ thể nào hoặc trong bất kỳ tài liệu chính thức nào, nhưng đã công bố bởi các công ty viễn thông hoặc cơ quan tiêu chuẩn hóa như 3GPP, WiMaxForum hoặc ITU-R Mỗi phát hành mới sẽ tăng cường hiệu năng hệ thống hơn nữa và thêm các khả năng mới với các khu vực ứng dụng mới Một số ứng dụng bổ sung, được hưởng lợi từ kết nối di động là tự

động hóa gia đình, giao thông thông minh, bảo mật và sách điện tử IEEE 802.16

là một loạt các tiêu chuẩn băng thông rộng không dây được ủy quyền bởi Viện kỹ nghệ điện và điện tử (IEEE) Nó đã được liên minh thương mại hóa dưới tên gọi

là Wi Wi-xa (từ "Khả năng tương tác toàn cầu để truy cập sóng vi mô") bởi liên minh công nghiệp diễn đàn WiMAX IEEE 802.16 tiêu chuẩn hóa giao diện không khí và các chức năng liên quan liên quan đến vòng lặp cục bộ không dây Công nghệ di động 5G đã thay đổi phương tiện để sử dụng điện thoại di động trong phạm vi băng thông rất cao Người dùng chưa từng trải nghiệm trước đây

về một công nghệ có giá trị cao như vậy Các công nghệ 5G bao gồm tất cả các loại tính năng tiên tiến giúp công nghệ di động 5G trở nên mạnh mẽ nhất và có đáp ứng nhu cầu rất lớn trong tương lai Người dùng có thể kết nối điện thoại di động công nghệ 5G với máy tính xách tay của mình để truy cập internet băng thông rộng Công nghệ 5G bao gồm máy ảnh, ghi âm MP3, phát video, bộ nhớ điện thoại lớn, tốc độ quay số, phát âm thanh và nhiều thứ khác không thể tưởng tượng được Với mạng thế hệ thứ 5, cấu trúc mạng bao gồm một thiết bị đầu cuối cho người dùng (có vai trò quan trọng trong cấu trúc mới) và một số công nghệ truy cập vô tuyến độc lập, tự trị (RAT) Hệ thống di động 5G là mô hình hoàn toàn dựa trên IP cho khả năng tương tác của mạng không dây và mạng di động Trong mỗi thiết bị đầu cuối, mỗi công nghệ truy cập vô tuyến được xem là liên kết IP với thế giới Internet bên ngoài

Sự khác biệt giữa tất cả 5 thế hệ LTE được thể hiện trong bảng dưới đây:

Bảng 1.1: Sự khác nhau giữa các thế hệ mạng di động[1]

1.3 Xu th ế phát triển công nghệ trên nền tảng ứng dụng hệ thống mạng 5G

Trong khi xem xét về LTE, trọng tâm là về băng thông có sẵn Nhưng tiếp theo, nghiên cứu về việc cung cấp kết nối lan tỏa sẽ cung cấp cho người dùng được truy cập nhanh chóng và dễ dàng truy cập internet, không vấn đề là họ ở giữa biển, dưới lòng đất hay trên bầu trời Mặc dù tiêu chuẩn LTE đang kết hợp chặt chẽ một biến thể gọi là Truyền thông loại máy (MTC) cho IoT Các công nghệ 5G được thiết kế từ cơ sở lên để hỗ trợ MTC giống như các thiết bị mạng Theo như các công nghệ mới, hầu hết mọi công nghệ đều là điều kiện tiên quyết của các phiên bản cũ Tương tự như thế, thế hệ 5G sẽ bao gồm công nghệ 2G, 3G, LTE, LTE-A, Wi-Fi, M2M, Chúng ta có thể dự đoán rằng thiết kế của 5G

sẽ có khả năng hỗ trợ rất nhiều ứng dụng như IoT, tăng cường thực tế cho phát video trực tuyến HD, kết nối game trực tuyến 5G sẽ tận dụng khả năng xử lý rất nhiều thiết bị được kết nối và nhiều loại lưu lượng Ví dụ, 5G sẽ cung cấp các liên kết tốc độ nhanh hơn nhiều cho truyền phát video độ nét cao cũng như tốc độ

dữ liệu thấp cho các mạng cảm biến

Hình 1.2: Chu kỳ cloud của thế hệ thứ 5 [1]

Mạng di động 5G sẽ có các cấu trúc mới như các thể loại mạng truy cập

vô tuyến (RAN): RAN cloud và RAN ảo để thiết lập một mạng tập trung hơn và

sự sử dụng tốt nhất của các trang trại máy chủ thông qua các trung tâm dữ liệu cục bộ

Cuối cùng, mạng 5G sẽ dùng các công nghệ vô tuyến nhận thức để cho cơ

sở hạ tầng tự động quyết định phân loại kênh giữa các đối tượng có thể di chuyển

và không thể di chuyển và làm cho phù hợp với điều kiện khung thời gian hạn chế Nói cách khác, 5G sẽ phục vụ cho công nghiệp và các ứng dụng mạng xã hội cùng một lúc

1.4 Xu hướng kết nối vạn vật-IoT

Ngày nay, các cụm từ “nhà thông minh” và “Internet vạn vật” thường xuyên được nhắc đến như là một xu hướng tiên tiến, hướng con người đến với cuộc sống tiện nghi và thoải mái do công nghệ mang lại Đó không còn là thứ trong tương lai xa mà đã hiện diện khắp nơi trên thế giới Qua báo chí, các phương tiện truyền thông, Internet chúng ta có thể dễ dàng tìm thấy các mô hình nhà thông minh hiện có

Nhà thông minh là khái niệm kết nối vạn vật thông qua internet của kỷ nguyên 4.0, các thiết bị như thiết bị chiếu sáng, rèm cửa điều hòa, máy lọc nước, thiết bị âm thanh, camera, tivi được kết nối và giao tiếp với nhau tạo ra mô

hình không dây kết nối qua điện thoại, với giá thành đầu tư cho hệ thống không quá đắt, phù hợp với tình hình thực tế tại Việt Nam, mặc dù chưa được phát triển mạnh mẽ song hứa hẹn nhiều kết quả tốt trong tương lai

1.5 K ết luận chương

Đề tài được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng công nghệ mạng 5G để xây dựng, phát triển một mô hình nhà thông minh Qua nội dung phần giới thiệu tổng quan về đề tài, các nội dung tiếp theo sẽ được nghiên cứu như sau:

+ Tìm hiểu chi tiết về công nghệ mạng 5G,

+ Tìm hiểu, xây dựng một hệ thống toàn diện có tính ứng dụng thực tiễn, + Xây dựng được một cơ sở dữ liệu đáp ứng đủ các tiêu chí đặt ra với một

hệ thống, đa nền tảng, có tính kế thừa cao,

+ Phần mềm điều khiển trực quan, dễ dàng sử dụng,

+ Phần cứng có thể dễ dàng triển khai, giảm thiểu chi phí phát sinh

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG MẠNG 5G 2.1 Cấu trúc công nghệ mạng 5G

2.1.1 Các tính năng chính của cấu trúc 5G

Những thách thức chính cần tập trung là những thách thức về lưu lượng truy cập gấp 1000 lần và tốc độ dữ liệu gấp100 lần Sự tăng rất mạnh về lưu lượng và tốc độ dữ liệu có thể được kiểm soát bởi nhiều công nghệ kỹ thuật nhưng ta có thể tập trung vào 3 công nghệ có thể kiểm soát tỷ lệ cao được Đó là các công nghệ lớp vật lý (PHY) bao gồm MIMO, FBMC, đa truy cập không trực giao (NOMA) … Nó chủ yếu tập trung vào việc cải thiện hiệu quả phổ để tăng dung lượng mạng Việc khai thác phổ tần mà không dùng ở tần số sóng milimet (mm) rất có ích để cải thiện dung lượng mạng

Mạng sử dụng UDN (Universal Domain Network) có thể tăng dung lượng theo tỷ lệ của số lượng tế bào mạng Xem xét việc tăng cường mạng, mạng Heterogeneous (HetNet) bao gồm macro ENodeB (eNB) và eNB công suất thấp (micro eNb, pico, eNB, ) Giao tiếp giữa thiết bị với thiết bị (D2D) thay thế cho HetNet có thể cải thiện tốc độ dữ liệu cao nhất và phổ rất hiệu quả Cân bằng tải giữa các hệ thống công nghệ đa truy cập vô tuyến (RAT) vẫn có thể tăng dung lượng mạng bằng việc cải thiện tài nguyên mạng để có hiệu quả

Việc tăng cường mật độ mạng có thể tăng dung lượng bằng cách giảm tổn thất đường truyền giữa người dùng và trạm gốc, nhưng nó làm tăng cả nhiễu lẫn tín hiệu mong muốn và làm giảm ảnh hướng của nhiễu nhiệt Chúng ta có thể nói tương đương là hệ thống trở nên hạn chế nhiễu và việc di chuyển nhiễu sẽ là một cải tiến cho hiệu quả liên kết Hơn nữa, nhiễu trở nên phức tạp hơn khi tăng mật

độ của các tế bào phức tạp của mạng Ở bên thu, cần phải loại bỏ nhiễu, cấu trúc mạng cũng cần hỗ trợ và sự phối hợp giữa các tế bào khác nhau Lượng tín hiệu điều khiển trong cơ chế phối hợp phân tán sẽ tăng theo phương trình bậc hai, và cường độ tế bào nhỏ cũng gia tăng Sự phối hợp trung tâm sẽ là tính năng ưu tiên dành cho cấu trúc 5G Dựa trên việc xử lý trung tâm, hiệu suất mạng có thể cải thiện nhiều hơn nữa bằng việc phối hợp và quản lý tài nguyên chung trên nhiều tế bào mạng và nhiều hệ thống RAT Ngoài ra, sự hạn chế phạm vi phủ sóng của tế bào nhỏ và tính di động của người dùng khiến cho khi người dùng di chuyển nhanh sẽ phải chuyển giao thường xuyên Đây rất rõ ràng là sự phối hợp và quản

lý trung tâm cần thiết cho mạng truy cập vô tuyến (RAN) của công nghệ 5G Khi

đó, mạng lõi tế bào (CN) cũng nên được xét để quản lý sự tăng trưởng rất mạnh

về lưu lương giao thông

Cách truyền thống tập trung vào chức năng kênh truyền tải dữ liệu tại ranh giới với internet và bắt buộc tất cả các mạng phải đi qua P-GW trong mạng LTE làm phức tạp hóa việc thực hiện P-GW và gây ra tắc nghẽn tại P-GW Ngoài chức năng là bộ phận dữ liệu ra, P-GW còn thực hiện rất nhiều chức năng như giám sát, thanh toán, kiểm soát truy cập, chẳng hạn Với rất nhiều chức năng trong P-GW, dẫn đến khả năng linh hoạt và khả năng mở rộng thấp hơn Sau đó, nhà vận hành không thể tăng cường chức năng điều khiển và dữ liệu một cách riêng lẻ được Hơn nữa, mạng truyền thống không hỗ trợ chỉ dẫn một tập hợp con

đã được chọn thông qua các hộp cần thiết (ví dụ: firewall, DPI, ) theo yêu cầu của người dùng và trạng thái mạng Như vậy là cần tách bộ phận điều khiển khỏi

bộ phận dữ liệu và tập trung về nguyên lý thiết kế cho bộ phận điều khiển Rõ ràng là có thể kết luận được rằng tách bộ phận điều khiển khỏi bộ phận dữ liệu và

xử lý tập trung (ví dụ: lập lịch chung, giảm thiểu nhiễu trung tâm, ) là những tính năng quan trọng của mạng di động thế hệ thứ 5 nhằm cải thiện dung lượng mạng

Độ trễ mức thấp: Một số dịch vụ và ứng dụng liên quan đến chăm sóc

sức khỏe, an ninh, điều khiển phương tiện và nhiệm vụ quan trọng có nhu cầu chặt chẽ về độ trễ, trong đó nhu cầu thách thức nhất là ở mức 1 ms Một sơ đồ vật

lý gọi là kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số tổng quát (GFDM) được thiết kế để vượt qua thử thách thời gian thực cho mạng 5G Ngoài ra, các công nghệ như bộ nhớ đệm cục bộ nội dung và D2D cũng có thể giảm độ trễ đầu cuối đáng kể Ví dụ: lưu trữ nội dung phổ biến trong EPC có thể giảm trễ phản ứng và truyền nội dung trùng lặp Do đó, cấu trúc mạng 5G sẽ hỗ trợ điều khoản bộ nhớ đệm hợp tác giữa các eNB và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên bộ đệm trên toàn cầu Hơn nữa, D2D có thể giảm trực tiếp độ trễ đầu cuối, nhưng nhiễu trong viễn tưởng của D2D cũng cần được xử lý theo cách tập trung Nói chung, độ trễ đầu cuối có thể giảm trực tiếp bởi bộ nhớ đệm và D2D thích hợp, với một bộ điều khiển tập trung logic để phối hợp và quản lý các tài nguyên tương ứng

S ố lượng lớn của thiết bị được kết nối: Khác với giao tiếp giữa người

với người, MTC có những đặc điểm và yêu cầu rộng rãi Rất nhiều thiết bị MTC được kết nối thì càng mở rộng tính đa dạng của MTC Ngoài ra, số lượng người dùng được phục vụ trên mỗi eNB có thể được giảm do mật độ mạng và như vậy,

áp lực của eNB sẽ giảm bớt Mặt khác, mạng cần sự thích nghi linh hoạt có thể lập trình sâu hơn với các ứng dụng khác nhau và đảm bảo QoS (chất lượng dịch vụ) tương ứng Do đó, mạng được khuyến nghị nên tách phần mềm ra khỏi phần cứng và xây dựng phần mềm thông qua bộ xử lý đa năng (GPPs) qua công nghệ

ảo hóa và giao diện lập trình Ví dụ để đáp ứng một số dịch vụ MTC đặc biệt, giao thức phải làm đơn giản hóa hoặc chỉnh để giảm độ trễ và mức tiêu thụ điện năng Rõ rang là việc tách phần mềm ra khỏi phần cứng rất cần thiết cho mạng di động 5G để hỗ trợ ảo hóa và khả năng lập trình, làm cho mạng dễ dàng lập trình

và có thể thích ứng với các dịch vụ và ứng dụng

Gi ảm chi phí: Vì các chức năng mạng luôn đi cùng với các thực thể phần

cứng độc quyền riêng biệt, nên việc triển khai các dịch vụ mạng mới có chi phí cao cho năng lượng, thách thức đầu tư về các kỹ năng cần thiết cho thiết kế, tích hợp và vận hành các thiết bị dựa trên phần cứng phức tạp Hơn nữa, các thiết bị dựa trên phần cứng nhanh chóng hết tuổi thọ, đòi hỏi phần lớn chu trình triển khai tích hợp thiết kế phải được lặp lại với rất ít hoặc không có lợi nhuận Vòng đời phần cứng cũng đang càng ngắn khi tăng tốc đổi mới dịch vụ và công nghệ, ngăn cấm việc tung ra các dịch vụ mạng kiếm thu nhập mới và hạn chế đổi mới trong một thế giới kết nối ở trung tâm mạng Vì vậy cần phải tách phần mềm từ phần cứng sang phần điều hành cấu trúc mạng hướng tới việc triển khai các dịch

vụ lên máy chủ, bộ chuyển đổi và kho lưu trữ công nghiệp ảo hóa Ngoài ra, để giảm đầu tư của bộ khai thác mạng ảo di động (MVNO), mạng tương lai sẽ hỗ trợ ảo hóa mạng giúp giảm việc triển khai thiết bị trạm gốc và năng lượng để hoạt động mạng không dây thông qua việc chia sẻ cơ sở hạ tầng mạng của bộ phận điều hành Cả việc tách phần mềm khỏi phần cứng và ảo hóa mạng đều cần thiết cho mạng di động 5G để giảm CAPEX và OPEX thông qua việc giảm chi phí thiết bị và cải thiện việc sử dụng tài nguyên mạng

S ự cải tiến hiệu suất năng lượng: Hiệu suất năng lượng có thể được hiểu

theo 2 quan điểm, đó là hiệu suất năng lượng của cơ sở hạ tầng mạng và thiết bị

đầu cuối Hiệu suất năng lượng của mạng và thiết bị đầu cuối càng cao tương ứng với chi phí vận hành càng thấp và tuổi thọ pin càng dài Các công nghệ như massive MIMO, UDN chẳng hạn có khả năng cải thiện chất lượng liên kết, giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng trên liên kết vô tuyến Để kéo dài tuổi thọ pin của thiết bị đầu cuối, khi thiết kế phải chọn thành phần (như CPU, màn hình, RF, thiết bị âm thanh, ) tối ưu về mặt hiệu suất năng lượng Giao thức cũng có thể đơn giản hóa hoặc tùy chỉnh về hiệu suất năng lượng Như vậy, cấu trúc mạng nên được cung cấp các giao thức khác nhau dựa trên cùng một cơ sở hạ tầng thông qua ảo hóa mạng Về hiệu suất năng lượng mạng, ngoài lợi ích từ UDN và MIMO quy mô lớn, cấu trúc mạng có thể bật/tắt trạm gốc của tế bào nhỏ tùy vào tải lưu lượng trong khi duy trì vùng phủ sóng của tế bào vĩ mô Cần phải lưu ý rằng việc bật/tắt động này cũng phải có sự hợp tác và phối hợp giữa nhiều tế bào mạng theo cách tập trung Bên cạnh việc cải tiến hiệu suất năng lượng của thiết

bị, cấu trúc mạng di động 5G cũng có thể tăng tổng hiệu suất năng lượng thông qua ảo hóa mạng, quản lý và điều phối tài nguyên mạng trung tâm

2.1.2 Cấu trúc cơ bản của 5G

Cấu trúc của mạng 5G rất tiên tiến, các thành phần mạng và các thiết bị đầu cuối khác nhau được nâng cấp đặc trưng để đáp ứng một tình hình mới Tuy nhiên, khả năng nâng cấp dựa trên công nghệ vô tuyến nhận thức gồm có các tính năng quan trọng khác nhau như khả năng của thiết bị để định vị địa lý, cũng như thời tiết, nhiệt độ,

Hình 2.1: Cấu trúc cơ sở mạng 5G [1]

Hình ảnh trên đây, mô hình hệ thống của 5G là mô hình hoàn toàn dựa trên IP được thiết kế cho mạng không dây và di động Hệ thống bao gồm một thiết bị đầu cuối chính và một số công nghệ truy cập vô tuyến độc lập, tự trị Mỗi công nghệ kỹ thuật vô tuyến được coi như liên kết địa chỉ IP cho thế giới internet bên ngoài Công nghệ IP được thiết kế dành riêng để đảm bảo đầy đủ dữ liệu điều khiển cho định tuyến các gói IP phù hợp liên quan đến một kết nối ứng dụng nhất định, tức là các phiên giữa các ứng dụng và máy chủ trên internet Hơn nữa,

để cố định định tuyến của các gói tin nên đặt theo đúng các điều khoản của người dùng đã cho sẵn Có mấy phần khác nhau nữa trong cấu trúc 5G: lõi, không dây

và di động Phần được sử dụng rộng rãi nhất là cấu trúc mạng, được thảo luận trong tiểu mục dưới đây

2.1.3 Cấu trúc mạng của mạng di động 5G

Agyapong, Iwamura, Staehle, Kiess và Stewebbour đã đề xuất một cấu trúc cho mạng 5G Trước khi trình bày cấu trúc, chúng ta sẽ thảo luận về các thành phần chính của cấu trúc mạng, đó là:

+ Hai lớp mạng logic, một mạng vô tuyến (RN) chỉ cung cấp một tập hợp tối thiểu của chức năng L1/L2 và một điện toán đám mây mạng cung cấp tất cả các chức năng lớp cao hơn

+ Triển khai động và mở rộng các chức năng trong điện toán đám mây thông qua SDN và NFV

+ Một chồng giao thức hoàn thành được thông qua việc loại bỏ các chức năng dự phòng và tích hợp của AS và NAS

+ Cung cấp riêng lẻ phạm vi bảo hiểm và công suất trong RN bằng cách

sử dụng cấu trúc phân chia bộ phận C/U và các dải tần số khác nhau cho vùng phủ sóng và công suất

+ Chuyển tiếp và lồng nhau (kết nối không rõ ràng các thiết bị có tài nguyên hạn chế với mạng thông qua một hoặc nhiều thiết bị có nhiều tài nguyên hơn) để hỗ trợ nhiều thiết bị, di động nhóm và các Hotspot donamic

+ Truy cập không kết nối và dựa trên tranh chấp với dạng sóng mới dành cho truy cập không đồng bộ số lượng lớn của thiết bị MTC

+ Trí thông minh mạng điều khiển dữ liệu dành cho tối ưu hóa việc lập kế hoạch và sử dụng tài nguyên mạng

Hình 2.2: Cấu trúc mạng 5G [1]

Cấu trúc mạng chỉ bao gồm hai lớp logic: mạng vô tuyến và điện toán đám mây Các loại trạm gốc và RRU khác nhau thực hiện một bộ chức năng L1/L2 tối thiểu cấu thành mạng vô tuyến Điện toán đám mây bao gồm một thực thể bộ phận U (UPE) và thực thể bộ phận C (CPE) thực hiện các chức năng lớp cao hơn liên quan tương ứng đến bộ phận U và C Việc thực hiện về mặt vật lý của điện toán đám mây có thể được tùy chỉnh để đáp ứng cho mục tiêu hiệu suất khác nhau Ví dụ: phiên bản UPE và CPE có thể được đặt gần trạm gốc và RRU

để đáp ứng nhu cầu dịch vụ quan trọng Để hỗ trợ các dịch vụ quan trọng, có thể nên kết nối RRU3 với một trung tâm dữ liệu nhỏ ở gần (trung tâm dữ liệu 3) thay

vì một trung tâm dữ liệu lớn ở xa (trung tâm dữ liệu 2) Nói cách khác, RRU1 có thể kết nối với một trung tâm dữ liệu lớn ở xa (trung tâm dữ liệu 2) thay vì một trung tâm dữ liệu nhỏ gần đó (trung tâm dữ liệu 1) nếu không cần hỗ trợ cho dịch

vụ quan trọng Tính linh hoạt như thế cho phép nhà điều hành triển khai trung tâm dữ liệu lớn và nhỏ để hỗ trợ nhu cầu dịch vụ cụ thể

Cấu trúc như vậy làm đơn giản hóa mạng và tạo điều kiện cho quản lý và triển khai linh hoạt, nhanh chóng Các trạm cơ sở sẽ trở nên đơn giản hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn do giảm bớt các chức năng, như vậy việc triển khai dày đặc

có giá cả phải chăng để triển khai và vận hành Điện toán đám mây cho phép

tổng hợp tài nguyên, giảm việc cung cấp quá mức và sử dụng quá mức tài nguyên mạng

Triển khai động và mở rộng chức năng mạng với SDN và NFV

Do việc triển khai chức năng SDN và NFV, CPE và UPE trong điện toán đám mây có thể được triển khai nhanh chóng, được sắp xếp và thu nhỏ theo yêu cầu Chẳng hạn, khi một trung tâm dữ liệu cục bộ không thể đối phó với đám đông flash (ví dụ: do thảm họa cục bộ), có thể nhanh chóng mượn thêm dung lượng bổ sung từ trung tâm dữ liệu khác Các tài nguyên trong một trung tâm dữ liệu có thể chuyển nhanh chóng để hỗ trợ các ứng dụng phổ biến đơn giản bằng cách thêm các phiên bản bổ sung của phần mềm được yêu cầu

Ngoài tính linh hoạt ở cấp ứng dụng này, việc sử dụng cơ sở hạ tầng điện toán đám mây cũng cung cấp tính linh hoạt đối với khả năng xử lý có sẵn Tài nguyên điện toán đám mây dự phòng có thể cho vay được khi nhu cầu thấp, trong khi tài nguyên bổ sung có thể được thuê thông qua cơ sở hạ tầng dưới dạng kinh doanh dịch vụ (IaaS) trong giờ cao điểm Hơn nữa, một phạm vi rộng rãi của mô hình kinh doanh “như một dịch vụ” dựa trên việc cung cấp các chức năng mạng

cụ thể như một dịch vụ (tức là XaaS) cũng có thể hình dung được Các bộ phận hoàn chỉnh hoặc cụ thể của mạng có thể được cung cấp cho những khách hàng (ví dụ: bộ phận điều hành mạng, doanh nghiệp) có yêu cầu cụ thể riêng biệt, ví dụ: trong một mô hình “mạng vô tuyến là một dịch vun” hoặc “mạng di động là một dịch vụ” Mô hình “UPE/CPE/NI là một dịch vụ”, trong đó các chức năng mạng lõi riêng biệt (Hình 2) của mạng di động được cung cấp một la carte như một dịch vụ, cũng có thể được hình dung Các bộ phận của nền tảng có thể được cho bên thứ ba như người chơi OTT thuê để cho phép triển khai các dịch vụ và ứng dụng độ trễ cực thấp cho người sử dụng cuối Bên cạnh mô hình kinh doanh XaaS có thể được tạo điều kiện, tính linh hoạt của điện toán đám mây, kết hợp với công nghệ SDN và NFV, cũng giúp mạng dễ dàng hơn, nhanh hơn và rẻ hơn

để triển khai và quản lý

Hình 2.3: Cấu trúc mạng di động 5G [1]

Hệ thống 5G bao gồm ba lớp:

(i) L ớp tài nguyên hạ tầng: Tài nguyên vật lý của mạng hội tụ di động

cố định, gồm có các nút truy cập, nút điện toán đám mây (có thể xử lý hoặc lưu trữ tài nguyên), thiết bị 5G, nút mạng và các liên kết liên quan Các tài nguyên được tiếp xúc với các lớp cao hơn và cho thực thể phối hợp thông qua các nguyên tắc ảo hóa

(ii) L ớp hỗ trợ kinh doanh: Thư viện của tất cả các chức năng được yêu

cầu trong một mạng hội tụ ở dạng khối dựng cấu trúc mô-đun, bao gồm các chức năng được thực hiện bởi các mô-đun phần mềm có thể được truy xuất từ kho lưu trữ đến vị trí mong muốn và một bộ tham số cấu hình cho các phần nhất định của mạng, ví dụ: truy cập vô tuyến Các chức năng và khả năng đó được yêu cầu bởi thực thể phối hợp, thông qua giao diện API có liên quan

(iii) L ớp ứng dụng kinh doanh: Các ứng dụng và dịch vụ cụ thể của bộ

điều hành, doanh nghiệp hoặc bên thứ ba sử dụng mạng 5G

Ba lớp này được khớp nối bởi một thực thể phối hợp, đóng vai trò trung tâm trong cấu trúc này Khả năng quản lý đầu cuối mạng ảo như vậy là bổ sung cho khả năng tự động hóa OSS và SON truyền thống Thực thể đóng vai trò là điểm liên lạc để dịch các ca sử dụng và mô hình kinh doanh thành các dịch vụ và

lát mạng thực tế Nó xác định các lát mạng cho một kịch bản ứng dụng nhất định, xâu chuỗi các chức năng mạng mô đun liên quan, gán cấu hình hiệu năng liên quan và cuối cùng ánh xạ tất cả những thứ này vào tài nguyên cơ sở hạ tầng Nó cũng quản lý sự mở rộng khả năng của các chức năng đó cũng như phân phối địa

lý Trong một số mô hình kinh doanh nhất định, cũng có thể có khả năng dành cho các bên thứ ba (ví dụ: MVNO) để tạo và quản lý các lát mạng riêng, thông qua các nguyên tắc XaaS và API Trí thông minh hỗ trợ dữ liệu sử dụng để tối ưu hóa tất cả khía cạnh của thành phần dịch vụ và phân phối

Chia cắt lát mạng: Một lát mạng, cụ thể là “lát 5G”, hỗ trợ dịch vụ liên lạc của một loại kết nối với cách xử lý cụ thể bộ phận U và C cho dịch vụ này Cuối cùng, một lát 5G gồm có một tập hợp các chức năng mạng 5G và các cài đặt RAT cụ thể được kết hợp cho trường hợp sử dụng cụ thể hoặc mô hình kinh doanh Do đó, một lát 5G có thể bao trùm tất cả các miền của mạng: mô-đun phần mềm chạy trên các nút điện toán đám mây, cấu hình cụ thể của mạng truyền tải hỗ trợ vị trí linh hoạt của chức năng, cấu hình vô tuyến chuyên dụng hoặc thậm chí RAT cụ thể, cũng như cấu hình của thiết bị mạng 5G Không phải tất cả các lát đều chứa các chức năng giống nhau và một số chức năng mà ngày nay có

vẻ cần thiết cho mạng di động thậm chí có thể bị thiếu trong một số lát

Mục đích của lát mạng 5G là chỉ cung cấp xử lý lưu lượng cần thiết cho trường hợp sử dụng và tránh khỏi tất cả các chức năng không cần thiết khác Tính linh hoạt đằng sau khái niệm lát mạng là một khóa quyết định để mở rộng các doanh nghiệp hiện có và tạo ra các doanh nghiệp mới Các thực thể bên thứ ba có thể được cấp quyền kiểm soát các khía cạnh nhất định của việc chia cắt lát thông qua API phù hợp, để cung cấp các dịch vụ phù hợp Hình 3 minh họa một ví dụ

về nhiều lát mạng 5G được vận hành đồng thời trên cùng một cơ sở hạ tầng

Hình 2.4: Các lát mạng 5G bổ sung trên cơ sở hạ tầng [1]

Ví dụ: Một lát mạng 5G dành cho việc sử dụng điện thoại thông minh thường có thể được nhận ra bằng cách cài đặt các chức năng chính thức được phân phối trên mạng Với lát mạng 5G hỗ trợ sử dụng ô tô, bảo mật, độ tin cậy và

độ trễ có thể rất quan trọng Với một lát mạng như vậy, tất cả các chức năng cần thiết có thể khởi tạo tại nút cạnh điện toán đám mây, bao gồm ứng dụng cần thiết

do các ràng buộc về độ trễ Để cho phép lên ứng dụng như vậy trên một nút điện toán đám mây, cần xác định đầy đủ các giao diện mở Đối với lát mạng 5G hỗ trợ các thiết bị loại máy quy mô lớn (ví dụ: cảm biến), một số chức năng bộ phận C

cơ bản có thể được cấu hình, bỏ qua mọi chức năng di động, với tài nguyên dựa trên tranh chấp để truy cập

Bất kể các lát được mạng hỗ trợ, mạng 5G phải chứa chức năng đảm bảo hoạt động được kiểm soát và bảo mật của đầu cuối mạng và trong mọi trường hợp Phân phối chức năng phụ thuộc theo kịch bản: Như đã nêu ở trên, một hệ thống mạng 5G sẽ di chuyển ra khỏi phương pháp “một kích thước phù hợp với mọi thứ” đến tới một mạng mà có thể điều chỉnh theo các trường hợp sử dụng cụ thể bằng cách kết hợp chức năng mạng 5G một cách phù hợp với RAT 5G Hình

4 cho thấy những ví dụ thực tế về mặt vật lý khác nhau có thể có với một hệ thống như vậy