Mục đích nghiên cứu
Đề tài sáng kiến nghiên cứu về truyền thông giữa các thiết bị trong mạng công nghệ 5G, với trọng tâm là đảm bảo an toàn trong việc truyền thông trực tiếp giữa các thiết bị Mục tiêu là cung cấp kết nối nhanh chóng và đáng tin cậy, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong kỷ nguyên số.
Phương pháp nghiên cứu
+) Phương pháp nghiên cứu lí luận
+) Phương pháp điều tra quan sát
+) Phương pháp tổng hợp thực nghiệm
5 Bố cục của đề tài SKKN
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận và tài liệu tham khảo, đề tài được trình bày trong 4 chương
Chương 1 Cở sở lí luận và thực tiễn
Chương 2 Truyền thông an toàn trong mạng 5G
Chương 3 Giải pháp trong truyền thông an toàn của các thiết bị di động mạng 5G Chương 4 Thực nghiệm
PHẦN B: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
1.1 Tổng quan về kỹ thuật truyền thông trong mạng di động 5G
1.1.1 Tổng quan về các thế hệ di động không dây
Trong những năm gần đây, nhu cầu gia tăng đối với dịch vụ di động đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mạng di động không dây Bài viết này sẽ xem xét các thế hệ phát triển của mạng di động, bắt đầu từ 1G, thế hệ công nghệ điện thoại không dây đầu tiên với tốc độ tối đa 2,4 Kb/giây, nhưng gặp nhiều hạn chế như chất lượng giọng nói kém và tuổi thọ pin ngắn Tiếp theo là 2G, dựa trên hệ thống GSM, sử dụng tín hiệu số với tốc độ dữ liệu lên tới 64 Kb/giây, cung cấp các dịch vụ như tin nhắn văn bản và đa phương tiện, cải thiện đáng kể về chất lượng và dung lượng so với 1G.
Mạng di động 2.5G, kết hợp giữa công nghệ 2G và GPRS, gặp phải nhược điểm lớn là phụ thuộc vào tín hiệu số mạnh và không xử lý được dữ liệu phức tạp như video Tốc độ mạng của 2.5G dao động từ 64 đến 144 Kb/giây, trong khi 3G, ra mắt năm 2000, nâng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 2Mb/giây với các tính năng nổi bật như gửi nhận email lớn và hội nghị truyền hình Tuy nhiên, chi phí cấp phép và xây dựng hạ tầng cho 3G rất cao, cùng với yêu cầu băng thông lớn và thiết bị đắt tiền Thế hệ thứ tư (4G) cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn, từ 100 Mbps đến 1 Gbps, với khả năng truyền phát video chất lượng cao, nhưng cũng gặp phải vấn đề như tiêu thụ năng lượng lớn, yêu cầu phần cứng phức tạp và chi phí thiết bị cao 5G hứa hẹn sẽ mang lại bước tiến lớn so với 4G, cải thiện chất lượng dịch vụ (QoS) và bảo mật trong khi giảm chi phí cho mỗi bit.
Hình 1.1 Các ứng dụng của các thế hệ của mạng không giây
Mạng 5G sẽ kết hợp tất cả các mạng hiện có để tạo ra một mạng viễn thông mới, với mục tiêu chính là cung cấp tốc độ dữ liệu rất cao cho một lượng người dùng khổng lồ và hỗ trợ kết nối đồng thời cho nhiều cảm biến So với 4G, mạng 5G cần nâng cao hiệu quả phổ và phải tương thích với 4G LTE và Wi-Fi, nhằm đảm bảo vùng phủ sóng tốc độ cao và liên lạc mượt mà với độ trễ thấp Sự thay đổi về khối lượng lưu lượng dữ liệu hàng tháng trên mạng IP cũng được thể hiện qua các số liệu cụ thể.
Hình 1.2 Giải pháp đa tích hợp trong mạng 5G
Để đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu ngày càng tăng, mạng 5G cần có những đặc điểm quan trọng như tính linh hoạt và thông minh, một sơ đồ quản lý phổ đầy đủ, cải thiện hiệu quả đồng thời giảm chi phí Ngoài ra, mạng 5G phải hỗ trợ Internet vạn vật (IoT) với hàng tỷ thiết bị, cung cấp phân bổ băng thông linh hoạt dựa trên nhu cầu người dùng, và tích hợp với các tiêu chuẩn di động và Wi-Fi trước đây và hiện tại nhằm đảm bảo tốc độ truyền thông cao và giảm độ trễ.
Hình 1.3 Dữ liệu truyền qua các năm (tính theo petabit/tháng)
Bảng 1.1 định nghĩa thuật ngữ này qua ba cách: (1) dung lượng khu vực, thể hiện bằng tốc độ dữ liệu tổng hợp, là tổng lượng dữ liệu mà mạng cung cấp tính theo bit/s; (2) tốc độ cạnh (%), phản ánh tốc độ dữ liệu thấp nhất mà người dùng kỳ vọng trong phạm vi mạng; và (3) tốc độ tối đa, là mức tốc độ dữ liệu cao nhất mà người dùng có thể mong đợi.
Bảng 1.1 Định hướng cải tiến trong mạng 5G
1.1.2 Giới thiệu thế hệ mạng di động thứ 5
Mạng 5G, thế hệ di động thứ năm, được thiết kế để nâng cao tiêu chuẩn viễn thông với tốc độ dữ liệu cực cao cho đông đảo người dùng Nó cũng hỗ trợ kết nối đồng thời, cho phép triển khai nhiều nhà cung cấp dịch vụ So với mạng 4G, 5G hứa hẹn cải thiện rõ rệt về hiệu quả sử dụng phổ.
Bảng 1.1 Băng thông của các thế hệ di động khác nhau
Mạng 5G dự kiến sẽ mang lại nhiều cải tiến đáng kể, bao gồm tốc độ bit cao hơn, khả năng xử lý nhiều thiết bị kết nối đồng thời, hiệu suất phổ cao hơn, mức tiêu thụ pin thấp, và xác suất ngừng hoạt động thấp hơn, giúp cải thiện độ phủ sóng Ngoài ra, 5G còn hứa hẹn tốc độ bit cao trong các khu vực có diện tích lớn, độ trễ thấp hơn, số lượng thiết bị hỗ trợ cao hơn, chi phí triển khai cơ sở hạ tầng giảm, và liên lạc đáng tin cậy hơn Bảng 1.2 trình bày hiệu năng dự kiến của mạng 5G.
Bảng 1.2 Các thông số cơ bản của mạng 5G
Công nghệ 5G sẽ kết nối toàn cầu một cách không giới hạn thông qua các giải pháp thông minh, dựa trên khái niệm sơ đồ đường dẫn dữ liệu đa đường Điều này sẽ tạo ra một mạng không dây thực sự toàn cầu (wwww) Để hiện thực hóa một thế giới không dây như vậy, cần phải tích hợp các mạng khác nhau, với thiết kế cuối cùng dự kiến sẽ là một đường dẫn dữ liệu đa băng.
Bài viết giới thiệu kiến trúc mạng 5G, được thiết kế dựa trên việc thu thập các mạng hiện tại và tương lai Hình 1.4 minh họa cấu trúc tích hợp này, cho thấy sự kết hợp giữa các mạng hiện tại và các mạng tiềm năng trong tương lai.
Hình 1.4 Cấu trúc mạng 5G kết hợp giữa mạng hiện tại và tương lai
1.1.2.2 Các ứng dụng cho mạng 5G
Sự xuất hiện của mạng 5G sẽ tác động mạnh mẽ đến mọi hình thức giao tiếp Hãy cùng khám phá một số yêu cầu quan trọng đối với mạng 5G mới này.
Nhu cầu ngày càng cao về kết nối thông lượng lớn và dịch vụ chất lượng tốt hơn đã thúc đẩy sự phát triển của mạng 5G Mạng 5G sẽ phục vụ cho nhiều lĩnh vực như chăm sóc sức khỏe, giải trí trực tuyến, trò chơi, và giám sát an ninh, đồng thời ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta Ngoài ra, 5G sẽ đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực kinh doanh, giáo dục, và các ngành nghề như bác sĩ, phi công, và cảnh sát Một trong những lợi thế nổi bật của mạng 5G là khả năng thiết lập mạng lưới toàn cầu, tận dụng mọi phương tiện thông tin liên lạc sẵn có.
1.1.2.3 Thông số kỹ thuật mạng 5G
Trong công nghệ 3G và 4G, mục tiêu chính là cải thiện tốc độ tối đa và hiệu quả sử dụng phổ Đối với 5G, mục tiêu là nâng cao hiệu quả của mạng thông qua kiến trúc HetNet mật độ dày, một giải pháp chi phí thấp và hiệu quả.
1.1.2.4 Thách thức khi triển khai 5G
Các cơ chế tích hợp các tiêu chuẩn khác nhau và cung cấp nền tảng chung là thách thức lớn trong thiết kế mạng 5G Việc thiết lập mạng không dây 5G đòi hỏi sự đồng bộ hóa và tương thích giữa các công nghệ và tiêu chuẩn khác nhau.
Mạng 5G có thể được phân loại thành ba loại chính: khả năng cung cấp dung lượng lớn và kết nối mạnh mẽ, hỗ trợ đa dạng dịch vụ và ứng dụng trong cuộc sống, và tính linh hoạt trong việc sử dụng phổ tần Mục tiêu cuối cùng của 5G là kết nối nhiều thiết bị từ ô tô đến thiết bị gia dụng, với hiệu suất không giới hạn, yêu cầu tốc độ lên tới nhiều gigabits mỗi giây Mạng 5G sẽ xây dựng các thành phố thông minh với cơ sở hạ tầng hiện đại, cung cấp tự động hóa công nghệ di động và kết nối IoT đáng tin cậy với độ trễ thấp Để đáp ứng các yêu cầu về video siêu HD và ứng dụng thực tế ảo, 5G cần hỗ trợ tốc độ dữ liệu tối thiểu 1 Gb/giây Các thách thức trong thiết kế mạng 5G bao gồm đảm bảo tốc độ dữ liệu, độ trễ, thời gian chuyển đổi giữa các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau và mức tiêu thụ năng lượng.
1000 lần lưu lượng truy cập, tốc độ dữ liệu cao nhất là 51010 Gbps, hiệu suất phổ
Mạng 5G yêu cầu băng thông 10 bps/Hz với độ trễ 1 ms cho người dùng và 50 ms cho điều khiển Ngoài ra, cần xem xét việc sử dụng mmWAV và các băng tần không được cấp phép Tính cơ động cũng là yếu tố quan trọng, với tốc độ tối đa vượt quá 350 km/h và thời gian chuyển đổi tắt tay dưới 10 ms Đặc biệt, độ tin cậy của mạng 5G dự kiến sẽ đạt mức rất cao.
Hình 1.5 Các yêu cầu đối với dịch vụ của mạng 5G
1.1.2.5 Truyền thông giữa các thiết bị trong 5G
