NỘI DUNG
Vào cuối thế kỷ 19, thông tin vô tuyến đã ra đời, cho phép liên lạc ở khoảng cách xa với máy phát và máy thu có khả năng giao tiếp di động Tuy nhiên, vào thời điểm đó, phương thức liên lạc chủ yếu vẫn là điện báo Morse.
Năm 1947, mạng điện thoại di động tế bào ra đời, đánh dấu sự phát triển của hệ thống thông tin di động Hệ thống này cho phép liên lạc qua nhiều điểm truy cập khác nhau trong một vùng địa lý, được gọi là các tế bào (cell) Các tế bào được thiết kế để phủ kín vùng phủ sóng, kết nối với nhau thông qua chuyển mạch tổng đài di động, với trung tâm đặt tại khu vực trung tâm Người sử dụng có thể di chuyển tự do trong vùng phủ sóng của các trạm gốc (Base station).
Vào đầu thập niên 1980, một mạng điện thoại di động đã được phát triển tại Châu Âu, ban đầu chỉ hoạt động trong một số khu vực nhất định Đến năm 1982, mạng này được chuẩn hóa bởi Hội nghị quản lý bưu chính viễn thông Châu Âu (CEPT) để mở rộng sử dụng trên toàn châu lục.
Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM, lần đầu tiên được triển khai tại Phần Lan, đã trở thành tiêu chuẩn phổ biến cho điện thoại di động toàn cầu Tại Việt Nam, công nghệ GSM được áp dụng từ năm 1993.
Năm 1991, Qualcomm đã triển khai hệ thống di động dựa trên công nghệ CDMA với chuẩn IS-95A Đến năm 2003, Việt Nam bắt đầu áp dụng công nghệ CDMA trong hệ thống di động của mình.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG
Lịch sử ra đời và phát triển
Vào cuối thế kỷ 19, công nghệ thông tin vô tuyến đã cho phép liên lạc trên khoảng cách xa, với máy phát và máy thu có khả năng giao tiếp di động Tuy nhiên, vào thời điểm đó, hình thức liên lạc chủ yếu vẫn là qua điện báo Morse.
Năm 1947, mạng điện thoại di động tế bào ra đời, đánh dấu sự phát triển của hệ thống thông tin di động Hệ thống này cho phép liên lạc qua nhiều điểm truy cập khác nhau trên một vùng địa lý, được gọi là các cell Các tế bào được thiết kế để phủ kín vùng phủ sóng, kết nối qua chuyển mạch tổng đài di động tại trung tâm vùng Người sử dụng có thể di chuyển tự do trong khu vực phủ sóng của các trạm gốc (Base station).
Vào đầu thập niên 1980, Châu Âu đã phát triển một mạng điện thoại di động hạn chế sử dụng trong một số khu vực Năm 1982, mạng này được chuẩn hóa bởi Hội nghị quản lý bưu chính viễn thông Châu Âu (CEPT) để mở rộng sử dụng trên toàn châu lục.
Mạng điện thoại di động GSM, được triển khai đầu tiên tại Phần Lan, đã trở thành tiêu chuẩn phổ biến cho điện thoại di động toàn cầu Tại Việt Nam, công nghệ GSM đã được áp dụng từ năm 1993.
Năm 1991, Qualcomm đã triển khai hệ thống di động dựa trên công nghệ CDMA với chuẩn IS-95A Đến năm 2003, Việt Nam đã áp dụng công nghệ CDMA trong hệ thống di động và chính thức đưa vào sử dụng.
Một số thế hệ mạng
Các thế hệ di động khác nhau đều có bốn khía cạnh là:
Hình 1 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào
1.Hệ thống thông tin di động thế hệ 1G (First Generation)
Thế hệ di động 1G, ra mắt vào năm 1984, là thế hệ di động không dây đầu tiên trên thế giới, được thiết kế vào những năm 1970 Công nghệ này dựa trên sóng vô tuyến tương tự và chủ yếu cung cấp dịch vụ thoại cơ bản.
Hệ thống giao tiếp thông tin sử dụng phương thức đa truy nhập FDMA kết nối qua tín hiệu analog và anten thu phát sóng gắn ngoài Các tín hiệu này được truyền tới trạm thu phát sóng, nơi xử lý tín hiệu thoại thông qua các module tích hợp trong máy di động, bao gồm cả module thu và phát tín hiệu Do đó, các thế hệ máy di động đầu tiên có kích thước lớn, cồng kềnh, chất lượng âm thanh thấp và bảo mật không cao.
Thế hệ mạng di động 1G, với tần số chỉ 150MHz, đã được phân chia thành nhiều chuẩn kết nối khác nhau và được tổ chức theo các vùng địa lý riêng biệt trên toàn cầu.
NMT (Nordic Mobile Telephone) là một hệ thống di động tương tự, được thiết kế cho các quốc gia Bắc Âu như Na Uy, Phần Lan, Iceland, Đan Mạch và Thụy Điển, cũng như Nga.
Hệ thống AMPS (Advanced Mobile Phone System) là một công nghệ điện thoại di động tương tự, được phát triển bởi phòng thí nghiệm Bell và chính thức ra mắt tại châu Mỹ vào năm 1983.
+TACS (Total Access Communications System: hệ thống tổng truy nhập thông tin) là các hệ thống lỗi thời của AMPS, sử dụng tại Anh
Hệ thống di động thế hệ 1 áp dụng phương pháp đa truy nhập đơn giản nhưng không đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về dung lượng và tốc độ Hệ thống này gặp phải một số hạn chế đáng kể.
+Phân bố tần số rất hạn chế, dung lượng nhỏ
+ Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trường fading đa tia
+Không đảm bảo tính bí mật các cuộc gọi
Việc giảm giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng là không được phép, đồng thời sự không tương thích giữa các hệ thống, đặc biệt tại Châu Âu, khiến cho thuê bao không thể sử dụng thiết bị di động của mình ở các quốc gia khác.
+Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp
Giải pháp hiệu quả nhất để khắc phục các hạn chế hiện tại là chuyển sang sử dụng công nghệ thông tin số cho thông tin di động, kết hợp với kỹ thuật đa truy cập mới, mang lại lợi ích vượt trội về dung lượng và dịch vụ Điều này đã dẫn đến sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai.
2.Hệ thống thông tin di động thế hệ 2G (Second Generation)
Thế hệ 2G ra đời vào những năm 90, đánh dấu sự chuyển mình của mạng di động từ tín hiệu tương tự analog sang tín hiệu kỹ thuật số digital Sự cải cách này không chỉ mang tính đột phá mà còn hoàn toàn khác biệt so với thế hệ 1G, tạo ra một kỷ nguyên mới cho kết nối thông tin di động.
Mạng 2G đem lại cho người sử dụng đi động 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian dài như là :
+ Các dữ liệu được mã hóa theo dạng kỹ thuật số, chất lượng thoại tốt hơn, dung lượng tăng
+ Có phạm vi kết nối rộng hơn thế hệ 1G
+ Có sự xuất hiện của tin nhắn dưới dạng văn bản (SMS)
Khi tín hiệu thoại được thu nhận, nó sẽ được mã hóa thành tín hiệu kỹ thuật số thông qua nhiều mã hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại lưu chuyển trên cùng một băng thông, tiết kiệm thời gian và chi phí Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đều áp dụng kỹ thuật điều chế số và sử dụng hai phương pháp đa truy nhập.
+ Đa truy nhập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access- TDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau
+ Đa truy nhập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access- CDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các chuồi mã khác nhau
Tiêu chuẩn 2G đã được cải thiện liên tục và cung cấp nhiều dạng kết nối mạng phù hợp với yêu cầu sử dụng của từng thiết bị cũng như hạ tầng từng quốc gia GSM (Global System for Mobile Communication) sử dụng phương thức truy cập TDMA và song công FDD, lần đầu tiên được áp dụng tại Châu Âu và sau đó trở thành chuẩn chung tại 6 châu lục Đến nay, GSM vẫn được sử dụng rộng rãi, với hơn 80% nhà cung cấp mạng thông tin di động toàn cầu, và là công nghệ truyền thông có tốc độ nhanh nhất từ trước đến nay.
IS-95, hay còn gọi là CDMA One, là công nghệ dựa trên nền tảng đa truy nhập CDMA, đã được áp dụng rộng rãi tại Mỹ và một số quốc gia châu Á như Hàn Quốc, chiếm khoảng 17% thị phần mạng toàn cầu.
PDC (Personal Digital Cellular) là công nghệ dựa trên nền tảng TDMA tại Nhật Bản, trong khi IS-136, hay còn gọi là D-AMPS (Digital-AMPS), sử dụng TDMA song công TDD IS-136 hiện là chuẩn kết nối phổ biến nhất, được áp dụng rộng rãi ở Hoa Kỳ và nhiều quốc gia khác trên thế giới.
Trong mạng 2G, tín hiệu kỹ thuật số được sử dụng để trao đổi giữa điện thoại và các tháp phát sóng, làm tăng hiệu quả trên 2 phương diện chính:
Dữ liệu giọng nói số có khả năng nén và ghép kênh hiệu quả hơn so với mã hóa analog nhờ vào việc áp dụng nhiều phương thức mã hóa, cho phép đồng thời mã hóa nhiều cuộc gọi trên cùng một dải băng tần.
Hệ thống kỹ thuật số được phát triển nhằm giảm thiểu năng lượng sóng radio phát ra từ điện thoại, cho phép thiết kế điện thoại 2G nhỏ gọn hơn và tiết kiệm chi phí đầu tư cho các tháp phát sóng.
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG MẠNG 5G
Giới thiệu chung
Sự phát triển của công nghệ thông tin di động không ngừng mở rộng vượt ra ngoài 4G/LTE - Advanced, với mỗi phiên bản mới nâng cao hiệu suất hệ thống và mở ra nhiều lĩnh vực ứng dụng mới Công nghệ mới sẽ tích hợp các ứng dụng như kết nối điện thoại di động, tự động hóa nhà, giao thông vận tải thông minh, an ninh và sách điện tử, tạo ra những trải nghiệm tiện ích cho người dùng.
Tính đến thời điểm hiện tại, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) chưa công bố cụ thể các yêu cầu về công nghệ cho mạng 5G Công nghệ 5G vẫn đang trong quá trình nghiên cứu, với các nhà khoa học tìm kiếm giải pháp tối ưu Dự kiến, việc triển khai mạng 5G sẽ bắt đầu vào năm 2020 và đến năm 2025 sẽ được phổ biến trên toàn cầu.
Hình 6 Mạng di động thế hệ 5G có thể được đưa vào năm 2020
Theo dự kiến mạng 5G sẽ có những khác biệt so với các thế hệ trước:
- Mức tiêu thụ pin thấp hơn, tăng tuổi thọ của pin
- Xác suất tắc nghẽn thấp
- Độ trễ được giảm bớt đáng kể so với LTE
Tốc độ nhanh hơn và kết nối ổn định, đáng tin cậy hơn giúp cải thiện phạm vi phủ sóng và tốc độ dữ liệu cao trong miền tế bào, giải quyết hiệu quả các vấn đề liên quan đến diện tích phủ sóng, bao gồm cả khu vực biển, nơi các trạm phát sóng có thể gặp khó khăn.
15 phát sóng trên đất liền không thể phủ sóng cũng bắt được tín hiệu 5G)
- An toàn hơn, tiết kiệm năng lượng, bổ sung thêm tính năng cho phần cứng
- Đồng thời truyền được nhiều đường truyền dữ liệu
- Tốc độ dữ liệu khi di động là 1Gbps
- Hiệu quả phổ hệ thống cao hơn đáng kể so với 4G
Web không dây toàn cầu (WWWW: World Wide Wireless Web) cung cấp các ứng dụng web không dây với khả năng đa phương tiện vượt trội, cho phép kết nối mọi lúc, mọi nơi trên trái đất với tốc độ nhanh hơn 4G.
Các ứng dụng kết hợp với cảm biến nhân tạo thông minh (AI) sẽ làm cho cuộc sống của con người trở nên tiện lợi hơn, khi mà các cảm biến này có khả năng giao tiếp với điện thoại di động thông minh Chúng hỗ trợ tương tác linh hoạt và tương thích với nhiều thiết bị khác nhau như máy tính bảng và thiết bị đeo tay.
- Không gây hại cho sức khỏe con người
Lệ phí lưu lượng truy cập 5G sẽ rẻ hơn nhờ vào chi phí triển khai cơ sở hạ tầng thấp Công nghệ 5G sẽ cung cấp các ứng dụng toàn diện thông qua một thiết bị kết nối hầu hết các cơ sở hạ tầng thông tin hiện có Các thiết bị đầu cuối 5G sẽ có khả năng đa cấu hình và nhận thức vô tuyến, với phần mềm điều chỉnh phương pháp điều chế Mạng di động 5G sẽ tập trung phát triển các thiết bị đầu cuối có khả năng truy cập đồng thời nhiều công nghệ mạng không dây và kết hợp các luồng dữ liệu từ nhiều công nghệ khác nhau.
Kiến trúc hệ thống 5G
Hình 7 Kiến trúc hệ thống 5G (Nguồn METIS)
Hệ thống 5G sẽ được xây dựng dựa trên kiến trúc mạng truy cập vô tuyến đám mây C-RAN, với việc sử dụng phủ sóng phân chia theo các Cell Các trạm gốc (BS) sẽ được trang bị anten Massive MIMO để quản lý các MacroCell, trong đó MacroCell sẽ được chia thành nhiều Cell nhỏ được quản lý thông qua các Node mạng Ngoài ra, hệ thống 5G còn phát triển các công nghệ mới như Mạng di động MN và Truyền thông D2D (Device to Device Communication).
Các trạm BS với Anten Massive MIMO đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ mạng C-RAN giao tiếp với các mạng truy nhập cơ bản như 2G, 3G và 4G Trong hệ thống 5G, người dùng có khả năng phối hợp với nhau để tạo thành các mảng Anten Massive MIMO ảo Những mảng này, kết hợp với Anten tại các Node truy nhập ở các Cell nhỏ, tạo ra các liên kết Massive MIMO, từ đó nâng cao hiệu quả truyền dữ liệu của hệ thống.
1 Mạng truy nhập vô tuyến đám mây C-RAN
C-RAN là một kiến trúc được đề xuất cho các mạng di động trong tươnglai.Nó lần đầu tiên được giới thiệu bởi Viện nghiên cứu di động Trung Quốc vào tháng4 năm 2010 tại Bắc Kinh Một cách dễ hiểu, C-RAN là một kiến trúc mạng truy cập
17 vô tuyến được xây dựng dựa trên điện toán đám mây để hỗ trợ cho 2G, 3G, 4G và các chuẩn truyền thông không dây khác trong tương lai.[1]
Kiến trúc mạng truy cập vô tuyến truyền thống sử dụng các trạm thu phát sóng BTS để quản lý khu vực nhỏ và đảm bảo phủ sóng liên tục Tuy nhiên, việc tái sử dụng tần số giữa các BTS dẫn đến hiện tượng can nhiễu giữa các Cell lân cận, cùng với nhiều nhược điểm khác trong kiến trúc này.
- Việc xây dựng và vận hành các trạm BTS khá tốn kém
Việc nâng cao dung lượng hệ thống gặp khó khăn khi thêm nhiều BTS, vì điều này làm gia tăng sự can nhiễu giữa các BTS, nghiêm trọng hơn so với trước đây.
“tái sử dụng” tần số
Mỗi BTS có khả năng xử lý riêng biệt không thể chia sẻ với các BTS khác, do đó, chúng chỉ đáp ứng được lưu lượng tối đa mà không thể xử lý lưu lượng trung bình của hệ thống Điều này dẫn đến việc lãng phí tài nguyên xử lý và năng lượng trong thời gian không sử dụng của các BTS.
Hệ thống BTS trong C-RAN áp dụng các kỹ thuật tiên tiến trong thông tin không dây, thông tin quang và công nghệ thông tin như anten thông minh, công nghệ điều chế và ghép kênh hiệu quả Đồng thời, C-RAN sử dụng sóng milimet trong truyền dẫn và tận dụng nền tảng mở cùng công nghệ ảo hóa thời gian thực của điện toán đám mây, giúp phân bổ tài nguyên linh động, hỗ trợ các nhà cung cấp và môi trường đa công nghệ.
Hình 8 Sự thay đổi từ RAN sang C-RAN
Trong tương lai, mạng thông tin không dây sẽ phải đối mặt với lượng lớn truy cập từ các phương tiện di chuyển như ô tô, xe buýt và tàu lửa Để giải quyết vấn đề này, một giải pháp khả thi là triển khai các Điểm chuyển tiếp di động (MRN) trên các phương tiện, nhằm tạo ra một mạng di động riêng cho từng phương tiện, được gọi là mạng di chuyển (MN).
Sử dụng anten phù hợp, một MRN có khả năng giảm hoặc loại bỏ suy hao xuyên qua xe cộ, điều này rất quan trọng cho việc cải thiện quá trình giao tiếp của hệ thống Hơn nữa, các điểm MRN có thể tận dụng công nghệ anten thông minh và các phương pháp xử lý tín hiệu tiên tiến, nhờ vào việc ít bị hạn chế về kích thước và năng lượng so với các thiết bị người dùng thường kết nối với trạm gốc lớn.
Hình 9 Mạng di chuyển MN
Các MRN có thể phục vụ người dùng bên ngoài phương tiện di chuyển, trở thành trạm gốc di động trong mạng Do đó, phương tiện và hệ thống giao thông sẽ đóng vai trò quan trọng trong mạng di động không dây tương lai, cung cấp thêm dung lượng thông tin và mở rộng vùng phủ của hệ thống truyền thông di động.
Việc triển khai các MRN gặp nhiều thách thức, bao gồm yêu cầu về hệ thống đường trục hiệu quả, công nghệ phân bổ tài nguyên, quản lý can thiệp phức tạp và phương thức quản lý di động phù hợp.
Mạng UDN (Ultra-Dense Network) xuất hiện không chỉ do sự gia tăng số lượng người dùng mà còn bởi sự phát triển của nhiều cấu trúc liên kết, bao gồm tín hiệu từ các dải quang phổ khác nhau.
UDN cung cấp dung lượng cao hơn tại những khu vực đông người như sự kiện thể thao, sân bay và trường học, nơi mà thông tin dễ bị mất do chướng ngại vật Sự ra đời của UDN đã giảm bớt vai trò của hệ thống Cell truyền thống.
20 các thiết bị cầm tay ở trong các khu vực lân cận nhau có thể giao tiếp với nhau thông qua truyền thông D2D (Divive-to-Divice Communication)
Hình 10 Mạng cực kỳ dày đặc UDN
Truyền thông D2D (Device-to-Device) là một phương pháp hiệu quả để tăng cường dung lượng hệ thống và hiệu quả phổ, cho phép các thiết bị giao tiếp trực tiếp và chia sẻ tài nguyên tần số Các thiết bị người sử dụng (DUE) có khả năng thực hiện chuyển tiếp truyền dẫn, tạo ra liên kết truyền thông nhiều bước (multi-hop), từ đó cải thiện và mở rộng phạm vi phủ sóng của truyền thông D2D Lợi ích của phương pháp này phụ thuộc vào số lượng cặp DUE sẵn sàng cho các ứng dụng khác nhau.
Trong mạng 5G, sự gia tăng số lượng thiết bị thông minh kết nối đã làm cho truyền thông D2D trở nên thiết yếu Để triển khai hiệu quả truyền thông D2D trong môi trường 5G, cần phải khắc phục một số thách thức quan trọng.
Mạng lõi Nano
Đáp ứng các tiêu chuẩn cho hệ thống 5G là một thách thức lớn, đòi hỏi không chỉ những phương thức truyền dẫn mới mà còn cần công nghệ nền tảng tiên tiến để thiết kế và xây dựng thiết bị Xây dựng mạng lõi Nano được xem là giải pháp tối ưu nhất để đáp ứng các yêu cầu này cho hệ thống 5G.
Mạng lõi Nano được định nghĩa một cách đơn giản là sự hội tụ của 3công nghệ: + Công nghệ Nano
Hình 12 Mạng lõi Nano trong hệ thống 5G
Công nghệ Nano, được Nori Taniguchi giới thiệu tại Hội nghị Quốc tế về kỹ thuật sản xuất Tokyo năm 1974, là việc ứng dụng kỹ thuật Nano để kiểm soát hoạt động của các hệ thống ở cấp độ nguyên tử và phân tử.
23 diện tích được tính bằng Nanomet (từ 0,1 – 100nm) Lĩnh vực này còn được biết đến với cái tên Công nghệ Nano phân tửMNT (Molecular NanoTechnology).[1]
Công nghệ Nano đang tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực công nghệ thông tin, ảnh hưởng sâu rộng đến cả mạng di động và mạng lõi Nó không chỉ cải thiện hiệu suất của các thiết bị cảm biến mà còn nâng cao vấn đề an ninh mạng Nhờ những ứng dụng đa dạng, công nghệ Nano đã trở thành khái niệm then chốt trong sự phát triển của ngành công nghệ thông tin.
Cấu trúc Nano đang nổi bật với tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị thông tin kỹ thuật, mang lại những chức năng mới mẻ Chúng có khả năng được tích hợp vào các vật liệu trung tâm cho điện từ và quang học Những vi cấu trúc này đại diện cho một trạng thái độc đáo của vật chất, hứa hẹn sẽ tạo ra những sản phẩm mới và hữu ích.
Cấu trúc Nano với kích thước nhỏ giúp tăng tỉ trọng gói, mang lại lợi ích về tốc độ xử lý dữ liệu và khả năng chứa thông tin Sự khác biệt nhỏ về năng lượng giữa các cấu hình của vi cấu trúc, đặc biệt là phân tử hữu cơ lớn, có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể do các tương tác này Điều này tạo ra tiềm năng lớn trong việc phát triển vật liệu có tỉ trọng cao và tỉ số diện tích bề mặt trên thể tích cao, như trong ứng dụng bộ nhớ.
1.1.Thiết bị Nano Điện thoại di động hiện nay không chỉ đơn thuần dùng để liên lạc Có hàng trăm, hàng ngàn ứng dụng được phát triển phục vụ cho hầu hết các nhu cầu của người sử dụng, từ việc giải trí cho đến việc kiểm tra, giám sát sức khỏe, giám sát an ninh từ xa, Điện thoại di động đã dần trở thành một thiết bị thể hiện cá tính của mỗi người sử dụng Chính vì sự phát triển mạnh mẽ của điện thoại di động, cũng như sự tăng cao trong nhu cầu của người sử dụng Đây chính là lúc mà các thiết bị sử dụng
Công nghệ Nano ngày càng trở nên quan trọng và hữu ích, đặc biệt trong việc phát triển các thiết bị điện thoại sử dụng hệ thống 5G lõi Nano, được gọi là Thiết bị Nano (NE-NanoEquipment).
*Những đặc tính nổi bật của NE:
- Nguồn năng lượng tự nhiên: Nguồn năng lượng có thể là năng lượng mặt trời, nước, không khí,
- Khả năng cảm biến môi trường: cảm biến được sự thay đổi của môi trường, dự báo thời tiết, đánh giá mức độ ô nhiễm
- Thiết kế dễ uốn dẻo, linh động, khó bị phá vỡ
- Trong suốt, có khả năng “nhìn xuyên” qua được
- Khả năng tự làm sạch bề mặt
Nokia, một hãng điện thoại nổi tiếng, đã hợp tác với Trường Đại học Cambridge (Anh) để phát triển khái niệm công nghệ mới mang tên Morph.
Hình 13 Morph-Khái niệm công nghệ cho tương lai
Morph là công nghệ ứng dụng Nano, cho phép thiết bị di động trong tương lai có khả năng co giãn linh hoạt Công nghệ này giúp người dùng chuyển đổi thiết bị của mình thành nhiều hình dạng khác nhau.
Cảm biến Nano là thiết bị có khả năng truyền tải thông tin từ quy mô Nano đến thế giới vĩ mô, bao gồm các loại cảm biến sinh học và hóa học Những cảm biến này mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như giao thông vận tải.
25 thông tin liên lạc, xây dựng, y tế, bảo hiểm, an ninh quốc gia
* Một số ứng dụng của cảm biến Nano:
- Cảm biến Vật lý: phương pháp này cho phép đo đạc được các đặc tính riêng của hầu hết các phân tử sinh học
- Cảm biến hóa học: cảm biến khí gas dựa trên ống Nano
- Cảm biến sinh học: Cho khả năng xác định DNA bằng việc sử dụng hạt Nano được mã hóa
Cảm biến Nano với kích thước siêu nhỏ và khả năng cảm biến chính xác có thể dễ dàng tích hợp vào mọi hệ thống hoặc thiết bị mà không chiếm nhiều diện tích Đặc biệt, nó còn có thể được thiết kế thành robot Nano, cho phép thâm nhập vào cơ thể con người để cung cấp thông tin nội bộ.
1.3 Công nghệ Nano trong mạng lõi Nano
Hệ thống 5G yêu cầu tốc độ dữ liệu cao và lưu lượng đáng tin cậy để thực hiện các tác vụ lớn mà vẫn đảm bảo an ninh mạng Các mạng lõi hiện tại như LTE và WiMAX không đáp ứng được yêu cầu này, trong khi mạng lõi Nano sử dụng công nghệ Nano có khả năng thực hiện điều đó Để xây dựng nền tảng vững chắc cho mạng lõi Nano, cần phát triển hệ thống phần cứng và phần mềm trong cơ sở hạ tầng mạng, đảm bảo hiệu suất, tính linh hoạt và khả năng mở rộng.
Hệ thống Xử lý tín hiệu số (DSP) có khả năng đáp ứng các yêu cầu biến đổi và chuyển mã cho các thiết bị, đảm bảo hiệu suất và chất lượng tín hiệu tốt nhất.
26 khi bộ vi xử lý máy tính với hiệu suất cao nhất sẽlàm nhiệm vụ điều khiển và báo hiệu
Một yêu cầu quan trọng là tích hợp các chức năng với hệ thống mạng có khả năng cung cấp dịch vụ cao Kiến trúc Điện toán Viễn thông Nâng cao ATCA (Advanced Telecommunications Computing Architecture) được xem là giải pháp tối ưu cho yêu cầu này, cho phép thiết lập hệ thống kết nối và cơ sở hạ tầng riêng biệt để hỗ trợ các card DSP mật độ cao.
Công nghệ Nano hiện đang được áp dụng trong việc chế tạo DSP, mở ra một giai đoạn mới với khả năng tăng tốc độ và hiệu suất làm việc của toàn bộ hệ thống.
Các lớp mạng
Để đảm bảo các thiết bị đầu cuối trong mạng truyền thôngkết nốivớinhau, hệOSI xây dựng cáclớp mạng.[1]
Hình 19 Các lớp mạng trong hệ thống 5G
1 Lớp Kiến trúc không dây mở (OWA - Open WirelessArchitecture)
Lớp OWA được xây dựng dựa trên lớp 1 (lớp Vật lý) và lớp 2 (lớp Liênkết dữ liệu) trong mô hình OSI
Lớp OWA cung cấp giải pháp giúp ứng dụng và hệ điều hành hoạt động độc lập với lớp truyền thông không dây Nó khai báo các module truyền thông không dây trên giao diện vô tuyến tương ứng với công nghệ truyền dẫn vô tuyến vật lý (RTTs), cho phép các hệ điều hành khác tương tác trên hệ điều hành máy chủ của thiết bị di động, hỗ trợ chuyển giao giữa các nền tảng hệ điều hành khác nhau.
Với kiến trúc không dây mở, người dùng có thể dễ dàng truy cập vào các hệ thống mạng không dây của các thế hệ di động khác nhau mà không cần phải thay đổi thiết bị.
Lớp mạng được xây dựng trên nền tảng IP, trong đó IPv4 hiện đang phổ biến toàn cầu và là chuẩn giao thức cơ bản cho các thiết bị kết nối Tuy nhiên, IPv4 gặp phải một số hạn chế, như giới hạn địa chỉ và khó khăn trong việc hỗ trợ QoS cho từng luồng dữ liệu Những vấn đề này đã được khắc phục trong giao thức IPv6, mặc dù kích thước phần mở đầu của bản tin sẽ tăng lên đáng kể.
Hệ thống mạng 5G sẽ sử dụng giao thức IPv6 di động MIPv6, cho phép các thiết bị di động duy trì kết nối khi di chuyển giữa các mạng khác nhau mà không cần thay đổi địa chỉ IP Điều này có nghĩa là người dùng có thể kết nối Internet ở bất cứ đâu trên thế giới MIPv6 giải quyết hai vấn đề quan trọng: chuyển giao liên tục mà không cần thay đổi địa chỉ IP và nâng cao khả năng nhận dạng gói tin của các địa chỉ IP.
Điện thoại 5G sẽ duy trì kết nối mạng đa không dây ảo bằng cách chia lớp mạng của hệ thống thành hai phần: lớp mạng thấp cho giao diện và lớp mạng cao cho thiết bị đầu cuối.
Hình 20 Lớp mạng (Netwword Layer)
3.Lớp Giao thức vận chuyển mở (OTP-Open Transport Protocol)
Lớp Vận chuyển có vai trò khác nhau trong mạng di động vô tuyến và mạng hữu tuyến Trong các phiên bản hệ thống TCP, mất phân đoạn bản tin thường do nghẽn mạng, trong khi ở mạng vô tuyến, nguyên nhân chủ yếu là do lỗi bit khi truyền qua giao diện vô tuyến Do đó, việc cải tiến giao thức TCP là cần thiết để khôi phục các phân đoạn TCP bị mất trên đường truyền không dây Đặc biệt, trong mạng 5G, lớp Vận chuyển không chỉ đảm nhiệm việc truyền tải mà còn có khả năng tải và cài đặt dữ liệu, cho phép điện thoại di động cập nhật các phiên bản mới của giao thức vận chuyển nhằm hỗ trợ các công nghệ không dây đặc biệt, được gọi là Giao thức Vận chuyển mở OTP.
4 Lớp ứng dụng (Application layer)
Lớp ứng dụng trong hệ thống 5G được phát triển dựa trên mô hình OSI, với yêu cầu quan trọng nhất là cung cấp khả năng giám sát thông minh các tham số QoS từ thiết bị di động Mặc dù điện thoại di động hiện tại có khả năng tự động chọn giao diện không dây để kết nối Internet, nhưng chúng chưa thể lựa chọn kết nối tốt nhất cho từng dịch vụ dựa trên lịch sử QoS Tuy nhiên, điện thoại di động 5G sẽ khắc phục điều này bằng cách cung cấp khả năng thử nghiệm chất lượng dịch vụ Các tham số QoS như độ trễ, jitter, băng thông, tổn thất và độ tin cậy sẽ được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu, cho phép thiết bị sử dụng các thuật toán thông minh để chọn kết nối không dây tối ưu, đảm bảo QoS và giảm thiểu chi phí tổn thất.
Kỹ thuật truyền dẫn
Hiện nay, các nhà cung cấp dịch vụ thường sử dụng sóng centimet (tần số vài trăm MHz) để truyền dẫn, nhờ vào khả năng xuyên thấu và dễ dàng vượt qua các chướng ngại vật.
Đến năm 2020, Cisco dự đoán sẽ có hơn 50 tỷ thiết bị kết nối vào mạng di động, tạo ra áp lực lớn lên tài nguyên phổ tần sử dụng bước sóng centimet Tuy nhiên, một giải pháp tiềm năng là dải tần rộng trên 3 GHz, thường ít được chú ý, đó là các tần số có bước sóng milimet, hay còn gọi là sóng milimet.
Sóng milimet, mặc dù không phải là công nghệ mới, đã được áp dụng trong chuẩn WiGig (Wireless Gigabit Alliance) cho kết nối không dây trong nhà Tuy nhiên, sóng milimet ít được chú ý do những nhược điểm như khả năng đâm xuyên kém, tiêu tốn năng lượng, khoảng cách truyền ngắn và dễ bị hấp thụ bởi môi trường Chính vì vậy, sóng milimet chỉ được coi là phù hợp cho việc truyền dẫn không dây trong nhà hoặc ở cự ly ngắn.
Hình 21 So sánh giữa công nghệ milimeter-ware và công nghệ hiện tại
Tại Anh, đã có 3 băng tần đã được phân bổ cho việc sử dụng sóngMillimetre với mục đích thương mại, cụ thể như sau:
* 57 - 66GHz: Dải tần sóng Millimetre 60GHz (hay Băng tần V)được quản lýbởi OFCOM cho việc cấp phép sử dụng Lượng lớn tín hiệu hấpthụ đi qua oxy khí
Băng tần từ 57 - 64GHz được quy định và cấp phép sử dụng cho các giải pháp sóng Millimetre điểm - điểm và điểm - đa điểm, trong khi dải 64 - 66GHz không cần cấp phép và có thể tự kết hợp Các quy định chặt chẽ này khiến băng tần chỉ phù hợp cho phạm vi ngắn.
Dải tần 71 - 76GHz và 81 - 86GHz, còn được gọi là băng tần E, được OFCOM quản lý cho các hoạt động cấp phép độc quyền Đây là băng tần lý tưởng cho mạng vô tuyến sóng millimetre, hỗ trợ kết nối điểm - điểm hiệu quả.
Tốc độ thông lượng cao hơn đáng kể có thể đạt được với các thiết bị sóng millimeter khi áp dụng các kỹ thuật tiên tiến, vượt trội so với các tốc độ thông lượng ở tần số thấp hơn.
Dải tần 94 GHz (Băng tần W) được quản lý bởi FCC Part 15 cho phép hoạt động không cấp phép, nhưng chỉ giới hạn trong môi trường trong nhà Ngoài ra, dải tần này cũng được sử dụng cho các ứng dụng kết nối điểm - điểm ngoài trời theo quy định của FCC Part.
101, nhưng do dải tần từ 94 - 94.1 GHZ bị loại bỏ nên dải tần 92GHz -95GHz ít có hiệu quả phổ như các dải tần khác
Sóng milimet đang mở ra một tương lai mới cho hệ thống truyền thông, nhờ vào việc kết hợp với các hệ thống anten tiên tiến như anten Massive MIMO Sự kết hợp này không chỉ giúp mở rộng phạm vi phủ sóng mà còn giảm thiểu suy hao do môi trường, tạo nền tảng vững chắc cho thông tin trong hệ thống thông tin di động 5G.
Hiện nay, các mạng tiên tiến chủ yếu sử dụng phương pháp điều chế QAM, một kỹ thuật kết hợp giữa điều chế biên độ (ASK) và điều chế pha (PSK) QAM thực hiện điều chế biên độ nhiều mức trên hai sóng mang, được dịch pha 90 độ, giúp tăng hiệu suất phổ tần và giảm khả năng nhiễu.
38 năng mắc lỗi, đáp ứng được nhu cầu vềtruyền dẫn các dòng dữ liệu có tốc độ bit cao với độ rộng băng thông tần cógiới hạn
Gần đây, công ty MagnaCom đã đề xuất một phương thức điều chế mới mang tên WAM (Wave Modulation) để đáp ứng nhu cầu tương lai WAM là một phương thức điều chế tín hiệu số tiên tiến, sử dụng kỹ thuật nén phổ nhằm cải thiện hiệu quả phổ Kỹ thuật này không chỉ tăng tốc độ tín hiệu mà còn giảm độ phức tạp của ký tự trong bản tin Bên cạnh đó, WAM áp dụng tín hiệu phi tuyến được xử lý kỹ thuật số ở phía thu, giúp giảm chi phí và công suất phát trong thiết kế máy phát.
Theo MagnaCom, WAM dự kiến sẽ có những cải tiến đáng kể so vớiQAM:
- Độ lợi hệ thống tăng hơn 10dB
- Khoảng cách truyền tín hiệu tăng gấp 4 lần
- Giảm 1/2 lượng năng lượng tiêu thụ
- Tăng 50% hiệu năng sử dụng phổ
- Có khả năng chống nhiễu tốt hơn
- Tốc độ bit cao hơn
- Chi phí thấp hơn, thiết kế đơn giản hơn
- Có khả năng thích ứng với các hệ thống khác
Với những ưu điểm này, WAM sẽ là ứng cử viên sáng giá cho côngnghệ điều chế trong hệ thống thông tin 5G
Hiện nay, hầu hết các hệ thống mạng sử dụng kỹ thuật OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) để ghép kênh OFDMA là một phương pháp điều chế đa sóng mang, trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau, cho phép chồng lấn phổ tín hiệu mà vẫn có thể khôi phục tín hiệu ban đầu ở phía thu Nhờ vào sự chồng lấn này, hệ thống OFDM đạt hiệu suất sử dụng phổ cao hơn.
39 nhiều so với kỹ thuật điềuchế thông thường.[1]
* Tuy nhiên, OFDM vẫn tồn tại một số nhược điểm sau:
- Tính linh hoạt: Tiền tố lặp CP làm giảm hiệu quả phổ ngăn cản khảnăng xử lý linh hoạt của định dạng khung
- Đường bao biên độ của tín hiệu phát không bằng phẳng Điều này gâyra méo phi tuyến ở các bộ khuếch đại công suất ở máy phát và máy thu
- Khả năng mở rộng: Phạm vi phổ nhỏ, với phổ hẹp chỉ chứa đượckhoảng 4-6 sóng con với các dạng sóng khác nhau
- Độ tin cậy: OFDM dễ bị tác động cả trong miền thời gian lẫn tần số dobiến đổi
- Tốc độ: khó khăn trong việc hỗ trợ các ký tự ngắn do hiện tượng trải trễ kênh
Một số phương pháp ứng dụng cho hệ thống 5G bao gồm Đa sóng mang lọc băng tần FBMC (Filter Bank Multi-Carrier) FBMC được coi là một dạng sóng mới tiềm năng cho hệ thống 5G, với khả năng lọc từng sóng mang con theo thiết kế bộ lọc, giúp giảm thiểu búp sóng phụ Các bộ lọc sóng mang con của FBMC có khoảng tần số hẹp, yêu cầu độ dài lọc lớn hơn FBMC có thể đạt được trực giao thông qua việc thực hiện bù QAM (O-QAM) và sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật.
- Cung cấp phổ hiệu quả, phù hợp với nhiều hệ thống
- Không sử dụng CP (tiền tố lặp) => hiệu suất sử dụng phổ cao hơn
- Hạn chế các búp sóng phụ
- Có khả năng chống nhiễu tốt
FBMC (Filter Bank Multi-Carrier) có một số hạn chế như tính toán phức tạp và độ dài khung dữ liệu có thể cao hơn đáng kể, điều này làm khó khăn trong việc đáp ứng yêu cầu độ trễ Trong khi đó, đa sóng mang lọc toàn bộ UFMC (Universal Filtered Multi-Carrier) cũng được đề cập như một giải pháp thay thế.
40 là dạng sóng kết hợp giữa CP-OFDM và FBMC, khắc phục những hạn chế của cả hai Khác với FBMC, UFMC chia tín hiệu thành nhiều băng tần nhỏ và lọc từng băng tần con, giúp giảm đáng kể các búp sóng phụ và độ dài bộ lọc nguyên mẫu FBMC không cần sử dụng tiền tố lặp CP.
GFDM (Generalised Frequency Division Multiplexing) là một kỹ thuật ghép kênh linh hoạt, cho phép các sóng mang không cần phải trực giao Với cấu trúc khung linh hoạt, GFDM đáp ứng yêu cầu về độ trễ và có thể thiết kế khung phù hợp với giới hạn thời gian 100ms Ngay cả khi cần tăng các thành phần trong khung, sự sắp xếp không liên tục hoặc phân bố không theo tỷ lệ của các sóng mang có thể được sử dụng để chứa thêm dữ liệu Hơn nữa, GFDM giúp kiểm soát tốt hiện tượng bức xạ ngoài băng tần (OOB) và giảm tỷ số công suất đỉnh trung bình (PAPR).
Hình 22 So sánh các phương thức ghép kênh
An ninh mạng trong hệ thống 5G
Trong hệ thống 5G, kẻ tấn công có thể nhắm đến các thiết bị người dùng UE, mạng truy cập, mạng lõi và các mạng IP bên ngoài Bài viết này sẽ trình bày các ví dụ điển hình về những mối đe dọa tiềm ẩn và thách thức trong việc đảm bảo an ninh mạng cho hệ thống 5G.
1.Thiết bị người sử dụng UE
Trong thời đại 5G, thiết bị người dùng như điện thoại thông minh và máy tính bảng trở thành phần quan trọng trong cuộc sống hàng ngày, cung cấp nhiều tính năng hấp dẫn và truy cập vào ứng dụng dịch vụ chất lượng cao Tuy nhiên, sự phổ biến của các thiết bị này, kết hợp với khả năng truyền tải dữ liệu lớn của mạng 5G và việc sử dụng các hệ điều hành mở, đã biến chúng thành mục tiêu hàng đầu của các cuộc tấn công mạng Ngoài các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DoS), các thiết bị còn phải đối mặt với các mối đe dọa tinh vi hơn từ phần mềm độc hại như worm, virus và trojan, có thể dễ dàng xâm nhập theo nhiều cách khác nhau.
Hình 31 Phần mềm độc hại
Các hệ điều hành mở cho phép người dùng cài đặt ứng dụng từ nhiều nguồn, kể cả nguồn không đáng tin cậy, dẫn đến nguy cơ bị tấn công Kẻ tấn công có thể tích hợp phần mềm độc hại vào các ứng dụng có vẻ vô hại như trò chơi hay video, từ đó khai thác dữ liệu cá nhân trên thiết bị hoặc khởi động các cuộc tấn công như DoS vào các mục tiêu khác Điều này cho thấy rằng, trong tương lai, sự an toàn của các thiết bị di động không chỉ ảnh hưởng đến người sử dụng mà còn đe dọa toàn bộ hệ thống mạng di động 5G.
1.1 Tấn công bằng phần mềm độc hại nhắm vào các UE
Trong tương lai, người dùng sẽ chủ yếu lưu trữ thông tin cá nhân trên các thiết bị di động, bao gồm danh bạ, thư từ, thông tin tài khoản ngân hàng, hình ảnh và dữ liệu GPS Điều này làm tăng mức độ nguy hiểm khi phần mềm độc hại xâm nhập vào thiết bị, vì kẻ tấn công có thể dễ dàng truy cập toàn bộ thông tin cá nhân, thông tin tài chính và xác định vị trí của người dùng thông qua GPS.
Các cuộc tấn công có thể được thực hiện bởi botnet di động, nhắm đến số lượng lớn người dùng thiết bị di động cùng một lúc một cách tự động Botnet là mạng lưới được hình thành từ các thiết bị mà kẻ tấn công có thể điều khiển từ xa Nếu thiết bị của bạn là một phần của mạng botnet, có nghĩa là nó đã bị nhiễm phần mềm độc hại như virus hoặc worm Kẻ tấn công sử dụng mạng này để điều khiển hàng trăm ngàn máy tính của nạn nhân cho mục đích riêng của mình.
Trong hệ thống 5G, các thiết bị người dùng (UE) được trang bị nhiều tùy chọn kết nối khác nhau, dẫn đến việc tăng băng thông Uplink và duy trì trạng thái kết nối liên tục với Internet Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho các cuộc tấn công và việc kích hoạt Botnet trở nên dễ dàng hơn Botnet trong mạng 5G có thể xâm nhập vào các thiết bị dưới sự kiểm soát của một đối tượng chính gọi là bot-master Bot-master có khả năng truy cập và quản lý botnet từ xa thông qua máy chủ bot-proxy, chịu trách nhiệm lựa chọn thiết bị để nhiễm phần mềm độc hại và biến chúng thành bot Để thực hiện điều này, bot-master sẽ khai thác các lỗ hổng bảo mật của thiết bị và sử dụng các kỹ thuật tương tự như HTTP để phân phối mã lệnh phục vụ mục đích tấn công, điều này có thể xảy ra trong hệ thống mạng 5G.
- Máy chủ bot-proxy: là phương tiện truyền thông cho phép bot-masterra lệnh và điều khiển các bot
Bot sẽ được lập trình và điều khiển bởi bot-master để thực hiện nhiều hoạt động tấn công vào các phần tử mạng di động, nhằm lấy cắp dữ liệu và gián tiếp cài đặt phần mềm độc hại lên các thiết bị khác.
Trong mạng truyền thông 5G, mạng truy cập sẽ trở nên không đồng nhất và phức tạp hơn, bao gồm nhiều công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau như 2G, 3G, và 4G, cùng với các phương thức truy cập tiên tiến Điều này giúp đảm bảo quá trình phục vụ luôn sẵn sàng Tuy nhiên, việc hỗ trợ nhiều mạng truy cập khác nhau cũng khiến hệ thống 5G "thừa hưởng" những vấn đề về an ninh mạng từ các mạng truy cập trước đó.
2.1.Tấn công trong mạng truy nhập 4G
Định vị vị trí UE trong mạng LTE là một vấn đề an ninh quan trọng, vì nó có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự riêng tư của các thuê bao khi UE hiện diện trong một Cell hoặc nhiều Cell.
Kẻ tấn công có thể định vị được vị trícác UE trong mạng truy nhập bằng việc sử dụng
52 các kỹ thuật dựa trên sốnhận dạng mạng vô tuyến Cell tạm thời C-RNTI (Cell Radio NetworkTemporary Identifier) hoặc sốthứ tự các gói tin
C-RNTI đóng vai trò quan trọng trong việc định vị vị trí của UE, cung cấp một mã nhận dạng duy nhất và tạm thời ở cấp độ Cell Mã này được mạng ấn định thông qua tín hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC khi một UE kết nối với Cell Tuy nhiên, thông tin C-RNTI cũng có thể bị kẻ tấn công lợi dụng để xác định vị trí của UE.
Việc xác định xem UE có đang ở trong Cell hay không là bước quan trọng để định vị vị trí của UE Một giải pháp hiệu quả được đề xuất là tái phân bổ định kỳ C-RNTI Việc này giúp bảo vệ thông tin về sự hiện diện của UE trong Cell, khiến cho kẻ tấn công gặp khó khăn trong việc thu thập dữ liệu Hơn nữa, tái phân bổ C-RNTI định kỳ còn làm cho kẻ tấn công không thể phân biệt được các UE đã di chuyển sang Cell khác hay chỉ đơn giản là đã chuyển sang C-RNTI khác.
Để ngăn chặn kẻ tấn công xác định phép ánh xạ giữa các C-RNTI cũ và mới, việc định vị vị trí UE dựa trên số thứ tự gói tin cần được xem xét kỹ lưỡng Việc sử dụng số thứ tự gói tin liên tục cho các User hoặc gói tin điều khiển trong quá trình chuyển giao có thể tạo điều kiện cho kẻ tấn công theo dõi các UE Do đó, để bảo mật, các số thứ tự gói tin nên được đánh ngẫu nhiên thay vì liên tục trong quá trình chuyển giao hoặc chuyển đổi chế độ.
*Tấn công dựa trên báo cáo trạng thái Bộ đệm giả:
Trong mạng LTE, báo cáo trạng thái bộ đệm đóng vai trò quan trọng trong việc lập danh sách gói tin, cân bằng tải và điều khiển thuật toán Tuy nhiên, kẻ tấn công có thể lợi dụng thông tin này bằng cách gửi báo cáo giả mạo từ các UE, từ đó thay đổi chế độ hoạt động của các thuật toán tại các eNB, dẫn đến các vấn đề dịch vụ nghiêm trọng cho các UE.
Kẻ tấn công có thể dễ dàng đánh cắp băng thông và thực hiện tấn công DoS bằng cách thay đổi chế độ của các thuật toán lập danh sách gói tin và cân bằng tải tại eNB Điều này không chỉ ảnh hưởng đến tài nguyên mạng mà còn ngăn cản các UE mới truy cập vào Cell Để ngăn chặn các kiểu tấn công này, việc sử dụng “vé” truy nhập một lần kết hợp với báo cáo trạng thái bộ đệm đã được đề xuất, yêu cầu các UE trình “vé” này cho eNB để được cấp phép truy nhập, với mỗi “vé” sẽ khác nhau cho từng báo cáo trạng thái trong chu kỳ thu nhận không liên tục DRX.
*Tấn công chèn bản tin:
Trong mạng LTE, thiết bị người dùng (UE) có thể duy trì hoạt động ngay cả khi bộ phận thu vô tuyến tắt để tiết kiệm năng lượng, thông qua chu kỳ DRX Tuy nhiên, trong chu kỳ DRX dài, UE vẫn có khả năng truyền tải gói tin qua đường truyền khẩn cấp, điều này tạo ra một lỗ hổng an ninh Kẻ tấn công có thể gửi các đơn vị dữ liệu giao thức điều khiển C-PDU vào hệ thống trong chu kỳ DRX, dẫn đến tấn công từ chối dịch vụ (DOS) đối với các UE mới Một giải pháp được đề xuất để giảm thiểu rủi ro này là gửi yêu cầu dung lượng thông qua báo cáo trạng thái bộ đệm Uplink.
2.2.Tấn công HeNB của các FemtoCell
Một số ứng dụng
5G đánh dấu kỷ nguyên của mạng không dây thực sự, mở ra cánh cửa cho một thế giới Internet of Things (IoT), nơi mọi thứ từ con người, thiết bị đến đồ vật và máy móc đều có khả năng kết nối không dây với nhau.
Với sự kết nối mạnh mẽ từ Internet of Things (IoT), con người có thể thực hiện mọi việc ở bất kỳ đâu và lúc nào Một ví dụ điển hình là khả năng tự động hóa trong lái xe Những chiếc ô tô hiện đại được trang bị công nghệ tiên tiến như camera 360° và cảm biến xung quanh, giúp xác định khoảng cách với các phương tiện khác và nhận diện người đi bộ Ngoài ra, xe còn cung cấp các dịch vụ giải trí như TV và Internet, cho phép người sử dụng thư giãn trong một chuyến đi hoàn toàn tự động và an toàn.
Hình 34 Xe tự động lái
Ngôi nhà thông minh là một không gian hiện đại, nơi mọi thiết bị từ đồ gia dụng như TV, tủ lạnh, máy điều hòa đến các thiết bị cá nhân như laptop, điện thoại, máy tính bảng đều được kết nối với nhau và với người sử dụng Hệ thống này có khả năng tự động quản lý lưu lượng kết nối và điều chỉnh các thiết bị để tiết kiệm năng lượng hiệu quả Chủ nhà có thể dễ dàng điều khiển mọi thiết bị thông qua điện thoại, laptop hoặc máy tính bảng bất kỳ lúc nào và ở bất kỳ đâu, mang lại sự tiện lợi tối đa cho cuộc sống hàng ngày.
Hình 35 Ngôi nhà thông minh
- Thành phố thông minh là thành phố có:
Giao thông thông minh bao gồm việc tự động hóa các phương tiện và tuyến đường, nhằm tăng cường an toàn giao thông, giảm thiểu tắc nghẽn và hạn chế chất thải từ các phương tiện Trong khi đó, tòa nhà thông minh được xem như những ngôi nhà thông minh nhưng với quy mô lớn hơn, mang lại nhiều tiện ích và hiệu quả trong quản lý.
Năng lượng thông minh tự động điều chỉnh nhu cầu sử dụng, giúp nâng cao hiệu suất năng lượng và tối ưu hóa khả năng quản lý Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn mang lại lợi ích bền vững cho người tiêu dùng.
Hình 36 Đô thị thông minh
Chăm sóc sức khỏe hiện đại cho phép người bệnh không cần phải ở lại bệnh viện mà có thể được theo dõi và chăm sóc từ xa nhờ vào các hệ thống kết nối thông minh Các thiết bị cá nhân tích hợp chức năng giám sát sức khỏe, như đồng hồ đeo tay với khả năng theo dõi nhịp tim, đang ngày càng phát triển Kết quả giám sát sẽ được truyền tải trực tiếp đến bác sĩ, giúp nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe.
Hình 37 Chăm sóc sức khoẻ từ xa
Giáo dục thông minh cho phép việc học diễn ra ở bất kỳ đâu, với khả năng truy cập và kết nối giữa mọi người để tạo thành lớp học trực tuyến Sự kết hợp với các thiết bị và công cụ tương tác thông minh giúp việc học và thực hành trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn bao giờ hết.
Hình 38 Giáo dục thông minh
- Game và thực tế ảo:
Game di động đã có sự phát triển vượt bậc, gần đuổi kịp các nền tảng chơi game chuyên nghiệp Tuy nhiên, một trong những hạn chế lớn nhất là tốc độ đường truyền, khiến người chơi chưa thể có trải nghiệm tương tự như trên các hệ máy khác Tuy nhiên, với sự cải thiện đáng kể trong tốc độ internet không dây, game di động đang dần đạt được tốc độ ngang bằng, thậm chí nhanh hơn so với đường truyền cáp quang Đây sẽ là bước tiến lớn cho ngành công nghiệp game di động.
Công nghệ VR đang phát triển mạnh mẽ, mang đến cho con người trải nghiệm sống động trong không gian ảo Hiện nay, VR đã tạo ra hình ảnh và âm thanh chân thực, nhưng để hoàn thiện trải nghiệm, cảm giác xúc giác cũng cần được cải thiện Microsoft đang nghiên cứu công cụ “Claw”, giúp người dùng cảm nhận hình dạng và tính chất của vật thể trong môi trường thực tế ảo Bộ “móng vuốt” này sử dụng nhiều môtơ và cảm biến lực, kết hợp với bộ truyền động lắp dưới ngón tay, mang lại phản hồi rung và thay đổi độ đàn hồi khi chạm vào vật thể, từ đó tạo ra cảm giác chân thật hơn cho người dùng.
Hình 39 Công nghệ thực tế ảo
Triển khai hệ thống 5G
1 Thực tế triển khai hệ thống 5G
Trên toàn cầu, hiện có hơn 18 mạng 5G đã được triển khai, với sự hỗ trợ từ hơn 20 nhà cung cấp thiết bị khác nhau Ngoài ra, có 134 mạng thử nghiệm 5G đang hoạt động tại 62 quốc gia Dự kiến, vào năm 2019, chuẩn 5G sẽ chính thức được thông qua tại hội nghị vô tuyến.
61 tuyến quốc tế của ITU-A
Gần đây, các công ty hàng đầu châu Âu đã đồng thuận về kế hoạch triển khai và thương mại hóa 5G, được gọi là “Tuyên ngôn 5G” Đây là bản công bố chính thức và toàn diện nhất về lộ trình phát triển và triển khai 5G tại châu Âu từ trước đến nay.
Tuyên ngôn 5G đã được chuẩn bị từ đầu năm, với đề nghị của EC chuyển băng tần 700 MHz từ truyền hình sang phục vụ cho triển khai 5G vào năm 2020 Băng tần 700 MHz được xem là lý tưởng cho việc triển khai 5G và IoT.
“Tuyên ngôn 5G” được ra mắt nhằm kêu gọi các thành viên châu Âu hành động ngay lập tức, với mục tiêu hoàn thiện và đồng bộ mạng 5G vào năm 2020.
Tại châu Âu, nhiều quốc gia đã chấp nhận đề nghị của EC về việc sử dụng tần số 700MHz cho dịch vụ điện thoại di động Cụ thể, Pháp và Đức đã cho phép triển khai tần số này, trong khi Đan Mạch, Phần Lan, Thụy Điển và Anh cũng đã lên kế hoạch thực hiện trong những năm tới.
Hiện nay, nhiều tổ chức và quốc gia đang tiến hành hoặc lên kế hoạch cho các cuộc thử nghiệm hệ thống thông tin di động 5G trong tương lai.
Các công ty điện thoại di động tại Hàn Quốc, đặc biệt là Samsung và LG, đang nhanh chóng phát triển smartphone hỗ trợ 5G, dự kiến ra mắt vào đầu năm 2019 Samsung đã thử nghiệm mạng 5G trên tần số 28 GHz với 64 ăng-ten, đạt tốc độ tải xuống 940 MB/s (7,5 Gb/s) khi đứng yên và 150 MB/s (1,2 Gb/s) khi di chuyển với tốc độ 110 km/h Gần đây, Samsung đã công bố sẵn sàng cho việc ra mắt công nghệ “5G RF”.
Chip xử lý 5G thế hệ tiếp theo, được gọi là "Integrated Circuit" (RFIC), đánh dấu một cột mốc quan trọng trong sự phát triển và tiến bộ của công nghệ 5G, hướng tới việc tích hợp 5G như một tiêu chuẩn chung trong kết nối di động.
Hình 40 Thử nghiệm tốc độ 5G của Samsung
Người Hàn Quốc rất ưa chuộng công nghệ mới, đặc biệt là mạng 5G, vì nó tiết kiệm thời gian và thuận lợi cho kinh doanh Điều này giải thích tại sao Hàn Quốc triển khai mạng 5G nhanh hơn cả Mỹ và Trung Quốc Ngành công nghiệp 5G toàn cầu dự kiến đạt giá trị 42,82 tỉ USD vào năm 2030, khiến các cường quốc như Mỹ, Nhật Bản và Trung Quốc không thể bỏ qua Phát triển sớm công nghệ này sẽ mang lại nhiều kinh nghiệm và cơ hội ký kết hợp đồng cung cấp công nghệ Theo The Wall Street Journal, Mỹ và Trung Quốc đang cạnh tranh quyết liệt để kiểm soát công nghệ 5G, hứa hẹn sẽ thay đổi cách sử dụng Internet.
Mạng 5G hứa hẹn sẽ cải thiện khả năng vận hành xe tự lái và hỗ trợ bác sĩ thực hiện phẫu thuật phức tạp từ xa Ngoài ra, mạng 5G còn nâng cao hiệu suất của các thiết bị kết nối Internet nhờ vào tốc độ xử lý nhanh hơn.
Trung Quốc xem mạng 5G là thế hệ tương lai nhờ vào những ưu điểm vượt trội như tốc độ truyền dữ liệu nhanh, độ trễ thấp, tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí, nâng cao năng lực hệ thống và khả năng kết nối nhiều thiết bị hơn.
Trong bối cảnh quan hệ Mỹ-Trung đang căng thẳng, Trung Quốc đang tăng cường nỗ lực để chiếm ưu thế, trong đó công nghệ 5G trở thành một yếu tố chính trong cuộc chiến chính trị.
Mỹ đang nỗ lực gây áp lực lên Trung Quốc thông qua việc cấm nhập khẩu và sử dụng các giải pháp 5G từ các tập đoàn lớn như Huawei và ZTE.
Lộ trình 5G của Trung Quốc được chuẩn bị kỹ lưỡng trong khuôn khổ "Made in China 2025" Từ năm 2012, nhiều công ty Trung Quốc đã tham gia nghiên cứu và phát triển hệ thống 5G, trước khi China Mobile ra mắt dịch vụ 4G Mạng 5G, với tốc độ truyền dữ liệu nhanh gấp 20 lần 4G, hứa hẹn mang lại những ứng dụng mới như Internet of Things, xe tự động và các thành phố thông minh Trung Quốc đã tiến hành thử nghiệm công nghệ 5G và dự kiến sẽ khai trương dịch vụ 5G thương mại vào năm 2020, đặc biệt ở các thành phố lớn.
Mạng 5G mang lại cho người tiêu dùng khả năng gửi video độ phân giải cao chỉ trong vài giây, chơi game mượt mà và sử dụng các ứng dụng khác mà không bị giật Công nghệ này hỗ trợ gia tăng số lượng thiết bị kết nối toàn cầu, từ đồng hồ thể thao đến TV thông minh và loa kết nối Internet tại nhà Theo cơ quan viễn thông quốc tế của Liên Hợp Quốc, 5G có khả năng kết nối lên tới 1 triệu thiết bị trong khu vực 1 km².
Một số giải pháp đề xuất để triển khai mạng 5G tại Việt Nam
Trước khi xem xét các đề xuất triển khai mạng 5G tại Việt Nam, cần đánh giá ưu nhược điểm của mạng 4G và sự khác biệt giữa 4G và 5G.
Mạng 4G có công suất cao, cho phép hỗ trợ một lượng lớn người dùng đồng thời Bên cạnh đó, tốc độ truyền dữ liệu của mạng 4G cũng rất nhanh, đáp ứng nhu cầu sử dụng của khách hàng trong mọi thời điểm.
69 hơn so với mạng bình thường, thành ra, các vận dụng truyền thông chạy mượt hơn luôn làm tín đồ thế giới công nghệ không thể cưỡng lại được
Tốc độ truy cập web cao sở hữu dung lượng lớn nên quý khách đều thích tiêu dùng mạng 4G vào công tác, giải trí mà không lo ngắt quãng
Mạng 4G có tốc độ nhanh tương đương với internet cáp quang, cho phép người dùng không còn phụ thuộc vào wifi và sử dụng mạng tốc độ cao mọi lúc, mọi nơi, kể cả ở những vùng núi xa xôi hẻo lánh.
Mặc dù mạng 4G mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, nhưng khi được triển khai tại Việt Nam, nó vẫn bộc lộ một số nhược điểm nhất định.
Để sử dụng mạng 4G, người dùng cần mua sim 4G tại các đại lý của nhà mạng di động trên toàn quốc và thực hiện chuyển đổi số điện thoại từ sim hiện tại sang sim 4G mới.
Với tốc độ nhanh chóng của sim 4G, việc tiêu tốn dung lượng là điều không thể tránh khỏi Để tiết kiệm chi phí, người dùng nên đăng ký các gói ưu đãi data từ nhà mạng.
Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng mạng 4G có thể làm hao pin điện thoại và máy tính, nhưng nguyên nhân không phải do bản thân mạng 4G mà là do các công ty triển khai mạng này chưa tối ưu hóa hiệu suất.
Mạng 4G đã tạo ra một sự bùng nổ lớn cho người dùng smartphone và máy tính bảng tại Việt Nam, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội Tuy nhiên, vẫn còn một số nhược điểm nhỏ cần được khắc phục Hy vọng rằng người tiêu dùng sẽ có cái nhìn tổng quan hơn về mạng 4G và sử dụng nó một cách hiệu quả nhất.
* Sự khác biệt giữa 4G và 5G:
Mạng di động thế hệ đầu tiên (1G) chỉ cung cấp dịch vụ thoại cơ bản Tiếp theo, mạng 2G không chỉ cho phép gọi điện mà còn hỗ trợ nhắn tin Đến mạng 3G, người dùng có thể thực hiện cuộc gọi, nhắn tin và truy cập dữ liệu.
70 liệu Mạng 4G cung cấp các dịch vụ 3G với tốc độ cao hơn Mạng 5G sẽ hoàn toàn khác biệt
Mạng 5G sẽ mang đến tốc độ dữ liệu nhanh gấp 100 lần so với trước đây, cho phép truy cập tức thời vào các dịch vụ và ứng dụng Độ trễ mạng được giảm xuống 5 lần, mở ra cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực như giao thông thông minh và điều khiển máy móc từ xa Lượng dữ liệu di động tăng lên hàng nghìn lần, đồng thời tuổi thọ pin được cải thiện gấp nhiều lần, hỗ trợ cho các cảm biến ở xa và mạng bền vững.
Việc chuyển đổi sang công nghệ 5G không chỉ nâng cao hiệu suất gấp nhiều lần so với các thế hệ trước mà còn giới thiệu mạng Internet công nghiệp và mô hình kết nối như một dịch vụ thông qua công nghệ phân chia mạng (network slicing) 5G sẽ cho phép thực hiện các giao dịch an toàn hơn và cải thiện hiệu suất năng lượng, giúp các thiết bị IoT có tuổi thọ pin dài hơn hàng chục lần Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới, các hình thức sử dụng chưa từng thấy, cùng với những thị trường và mô hình kinh doanh mới.
Hệ sinh thái 5G được xây dựng xung quanh các plug-in 5G của Ericsson, cho phép tích hợp chức năng 5G vào các mạng 4G/LTE hiện tại Điều này không chỉ hỗ trợ lưu lượng cao trong các môi trường tải nặng như nhà máy và trung tâm mua sắm, mà còn tạo nền tảng vững chắc cho việc triển khai Internet vạn vật (IoT).
Tóm lại, hiện nay chúng ta có thể hình dung những điểm khác biệt lớn giữa 4G và 5G như sau:
- Mạng 4G có thể được phổ biến từ năm 2014-2015, trong khi mạng 5G phải tới năm 2019 mới có thể trở thành hiện thực
- Mạng 5G sẽ nhanh hơn đáng kể so với 4G
- Mạng 5G sẽ không sử dụng trạm cơ sở trên mặt đất như 4G mà sử dụng trạm HAPS
- Mạng 5G sẽ không còn gặp vấn đề về vùng phủ sóng
Mạng 5G sẽ mang lại cải tiến đáng kể trong phương pháp truyền dữ liệu, tiết kiệm năng lượng và bổ sung tính năng cho phần cứng Tuy nhiên, chúng ta cần chờ đợi thêm thời gian để có thông tin cụ thể và thực tế hơn.
* Một số đề xuất khi triển khai mạng 5G tại Việt Nam:
Dựa trên việc phân tích và đánh giá tình hình hạ tầng kỹ thuật công nghệ hiện tại, bài viết xác định các điều kiện quan trọng cần thiết để triển khai thành công mạng 5G tại Việt Nam.
Mạng 4G đã mang lại sự tiến bộ vượt bậc so với 3G, với tốc độ dữ liệu cao điểm đạt 100Mbit/s cho di động cao và 1Gbit/s cho di động thấp, trong khi 3G chỉ đạt 0.2Mb/s Điều này được thực hiện nhờ vào công nghệ MIMO (Multiple Input, Multiple Output), một phương pháp nâng cao khả năng của liên kết vô tuyến bằng cách sử dụng nhiều anten phát và thu.