Đang tải... (xem toàn văn)
Mạng di động 6G tìm hiểu những thông tin và nguyên lý cơ bản. Sử dụng cho sinh viên các trường Cao Đẳng Đại Học trên cả nước. Mục tiêu nghiên cứu phát triển từ hệ thống mạng 4G, 5G. Báo cáo dựa trên sự tìm hiểu, nghiên cứu hệ thống mạng 5G và các tài liệu các trường đại học, các bài nghiên cứu.
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI Đề tài: Tìm hiểu mạng di động 6G GV hướng dẫn: Sinh viên: Lớp: Mã sinh viên: Đỗ Xuân Thu Nguyễn Quang Vương 67DCDT22 67DCDT20131 Hà Nội, 18 tháng 08 năm 2019 Mục Lục Lời mở đầu 34 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ SÁU (6G) 35 1.1 Lịch sử hình thành .35 1.2 Các hệ mạng di động .39 1.3 Giới thiệu mạng không dây mạng di động 6G 48 1.4 Phân loại .49 1.5 Các mơ hình mạng khơng dây 51 1.5.1 Mơ hình mạng AD-HOC 51 1.5.2 Mơ hình mạng INFRASTRUCTURE .51 1.6 Chuẩn IEEE 802.11 52 1.7 Các thiết bị mạng không dây 53 1.7.1 Access Point 53 1.7.2 Wireless Adapter 53 1.7.3 Wireless card .54 1.7.4 Cầu nối Wi-Fi 54 1.7.5 Camera không dây .54 1.7.6 Thiết bị nghe nhạc xem phim .55 1.7.7 Router du lịch .55 1.8 Bảo mật mạng không dây .55 1.8.1 Khả bảo mật mạng không dây 55 1.8.2 Các biện pháp thiết lập hệ thống an ninh mạng không dây: 57 1.8.3 Các phần mềm bảo mật .64 1.9 Mạng di động 6G .66 1.9.1 Ưu điểm mạng 6G .69 1.9.2 Những khó khăn trở ngại 72 CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ TRÊN NỀN MẠNG 6G 74 2.1 Mạng 6G với sức mạnh từ AI 74 2.1.1 Giới thiệu AI 6G .74 2.1.2 Kiến trúc mạng 6G .76 2.1.3 Ứng dụng công nghệ AI cho mạng 6G 78 2.1.4 6G cho ứng dụng sử dụng AI 80 2.1.5 Giao tiếp phần cứng cho mạng 6G 83 2.2 Công nghệ giao tiếp ánh sáng nhìn thấy .86 2.2.1 Giới thiệu công nghệ giao tiếp ánh sáng .86 2.2.2 Cần thiết xây dựng sở hạ tầng cho phép dịch 87 2.2.3 Cơng nghệ AI quản lí tài nguyên C4 90 2.2.4 Truyền thông qua SUB-TERAHERTZ liên kết ánh sáng 93 2.3 Công nghệ máy học lượng tử cho mạng 6G 97 2.3.1 Mạng B5G 97 2.3.2 Công nghệ Machine Learning B5G 98 2.3.3 Truyền thông mạng B5G .100 2.3.4 Đóng góp cơng việc .101 CHƯƠNG 3: 5G VÀ MẠNG TRUYỀN THÔNG ĐI KÈM 104 3.1 Mục tiêu mạng 5G 104 3.1.1 Băng thông rộng di động nâng cao 104 3.1.2 Truyền thông độ trễ thấp đáng tin cậy (URLLC) .105 3.1.3 Truyền thông loại máy lớn (mMTC) .105 3.1.4 Internet thông minh 106 3.2 Beyond 5G: Những thách thức mở công nghệ 106 3.2.1 Thông lượng 106 3.2.2 Dung lượng mạng .106 3.2.3 Năng lượng sử dụng hiệu 107 3.2.4 Backhaul tắc nghẽn mạng truy cập 107 3.2.5 Bảo mật liệu 108 3.3 Công nghệ viễn thông với Machine Learning (ML) .108 3.3.1 Nguyên tắc phân loại ứng dụng .108 3.3.2 Mạng nơ ron cho truyền thông hệ .112 3.3.3 Deep Learning cho mạng truyền thông 114 3.4 Công nghệ lượng tử hỗ trợ QML 116 3.4.1 Lượng tử hỗ trợ QC 117 3.4.2 Các ứng dụng ý hỗ trợ .123 3.4.3 Nguyên tắc máy học lượng tử 125 3.4.4 Deep learning lượng tử 127 3.4.5 Song song hóa, tăng cường khả mở rộng tổng quát cho 128 3.5 Những thách thức việc kích hoạt lượng tử hỗ trợ QML .129 CHƯƠNG 4: CÁC ỨNG DỤNG TIỀM NĂNG SỬ DỤNG 6G 131 4.1 Ứng dụng 131 4.2 Nâng cấp công nghệ 6G 134 4.3 Kiến trúc mạng sáng tạo 136 4.4 Tích hợp trí thơng minh mạng .138 CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN .140 5.1 Netword Edge 140 5.1.1 Bộ nhớ đệm chủ động thơng minh tính tốn cạnh di động 141 5.1.2 Tối ưu hóa đa mục tiêu tối ưu hóa định tuyến 142 5.1.3 Phân tích liệu lớn IOT liệu lớn: Hiện thực hóa 143 5.1.4 Bảo mật quyền riêng tư .144 5.1.5 Hài hòa khả tương tác mạng .144 5.2 Giao diện không gian ứng dụng đầu cuối cho người dùng .145 5.2.1 Cấu hình nhiều ăng-ten 145 5.2.2 Truyền thông quang học, MMWAVE TERAHZ .146 5.2.3 Tế bào nhỏ khơng có tế bào 147 5.2.4 Bộ mã hóa tự động 148 5.2.5 Học từ người dùng 149 5.2.6 Đa truy cập 149 5.2.7 Đài phát nhận thức thông minh mạng không dây tự d 150 CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .152 7.1 Tổng kết 152 7.2 Hướng phát triển 152 Phụ lục hình ảnh Hình 1 Marconi bên thiết kế .5 Hình Mạng di động khơng dây 6G Hình Mạng 1G đến 6G Hình Triển vọng mạng 6G .8 Hình Các hệ khác mạng di động Hình Sự phát triển mạng di động 10 Hình Đặc điểm 3G 12 Hình Đặc điểm mạng 2G, 2.5G, 2.75G .13 Hình Đặc điểm mạng 3G 13 Hình 10 Đặc điểm 5G 15 Hình 11 Mạng 6G độ phủ 17 Hình 12 Phân loại mạng vô tuyến 19 Hình 13 Mơ hình vật lý AD-HOC 21 Hình 14 Mơ hình vật lý 22 Hình 15 Giải pháp WEP tối ưu 30 Hình 16 Q trình mã hóa giải mã 32 Hình 17 Mơ hình xác nhận .33 Hình 18 Xác nhận 802.1x EAP-TLS 34 Hình 19 802.1x EAP-TLS Controller Mode .34 Hình 20 Truy tìm kẻ đột nhập vào mạng Wi-Fi 35 Hình 21 Nhận cảnh báo thiết bị kết nối 35 Hình 22 Truy tìm "kẻ đến" .36 Hình 23 Cơng nghệ mạng vệ tinh 6G 37 Hình Lộ trình cho phát triển 6G .45 Hình 2 Kiến truc mạng 6G .46 Hình Tính khóa SOFTWARE DEFINED RADIO (SDR), COGNITIVE RADIO (CR) INTELLIGENT RADIO (IR) .48 Hình AI xử lí thứ hệ thống mạng kết hợp với thiết bị .51 Hình Thự thuật tốn nội suy qua MapReduce 52 Hình Một cấu trúc phần cứng chù 53 Hình Lộ trình 6G đề xuất 57 Hình So sánh KPI 5G 6G (NS tức không định) 59 Hình Mơ C4 tầm phủ 3D .62 Hình 10 Phần cứng mạch IC Sub-THz 64 Hình 11 Lộ trình cho giao thức Visible Light từ Mbps đến tốc độ Tbps .66 Hình Minh họa loại, lớp, mặt cấp độ khác mạng truyền thông B5G ứng dụng tiềm QML 111 Lời mở đầu Khi giới kỹ thuật số ngày thông minh, tự động hóa cao cơng nghệ có mặt khắp nơi, tốc độ liệu trở nên ngày quan trọng Mạng di động không dây đường liệu tốc độ cao kết nối đầy đủ, giới kỹ thuật số thông minh, cần kết nối thứ từ người, phương tiện, tất cảm biến, liệu, liệu đám mây chí tác nhân robot Mạng không dây hệ thứ năm (5G) phát hành, sớm cung cấp tiến đáng kể cho sống người, khơng thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu kết nối ngày yêu cầu tốc độ xử lí cao hệ thống Do việc hình dung cách phát triển hệ thống 6G để giải nhu cầu mạng thông minh tương lai vô cần thiết Truyền thông di động không dây sử dụng nhiều năm, ngày phương tiện di động tăng lên không ngừng theo thời gian Đã có nhiều hệ mạng di động từ 0G, 1G, 2G, 3G, 4G 5G Phiên 5G, số quốc gia sử dụng mạng không dây 5G Mạng 5G mạng truyền thơng khơng dây mạnh có tốc độ cực nhanh, đáp ứng hầu hết u cầu người sử dụng Nhưng khơng phải kết thúc mong muốn loài người thời đại ngày nay, tương lai hệ mạng di động hoàn thiện 6G tiến tới xa 7G Hiện hướng tới tương lai trải nghiệm 6G Điện thoại di động có tính ưu việt vô nhỏ gọn, với nhớ tốc độ cao mức tiêu thụ điện thấp Ngày công nghệ Bluetooth, NFC công nghệ khác tương tự trở lên đơn giản Mạng thông tin di động khơng dây 6G phủ sóng tồn giới giao tiếp nó, điều giống hệ thống viễn thơng tồn cầu số công ty phát minh, điều khiến hệ thống cá nhân tạo khó khăn chuyển vùng liệu mặt không gian Hệ thống liên lạc điện thoại di động 6G phát triển để để tích hợp hệ thống truyền thơng đơn vị để giải vấn đề Các công nghệ di động 2G, 3G, 4G 5G phát triển thành khía cạnh cơng nghệ cao Cơng nghệ di động 6G hệ tiên tiến tài nguyên di động không dây công nghệ 6G tạo thay đổi đáng kinh ngạc công nghệ di động cách mạng 4.0 ngày Trong đồ án nhóm em tìm hiểu cơng nghệ mạng khơng dây 6G, nhìn nhận việc sử dụng 6G tiềm nhóm em cố gắng cung cấp dự đoán yêu cầu để thiết kế cần thiết cho mạng di động cịn mẻ Nhu cầu thật cần thiết, cơng nghệ đầy hứa hẹn cung cấp sở cho hệ thống viễn thông người tương lai không xa CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ SÁU (6G) 1.1 Lịch sử hình thành Năm 1894, Marconi bắt đầu thử nghiệm năm 1899 gửi điện báo băng qua kênh đào Anh mà khơng cần sử dụng loại dây Thành tựu “chuyển tin tín hiệu” đánh dấu tiến lớn dấu hiệu cho đời hệ thống giá trị mang tính thực tiễn cao năm sau đó, thiết bị vơ tuyến Marconi chuyển nhận điện báo qua Đại Tây Dương Công nghệ không dây mà Marconi phát triển pha trộn điện báo có dây truyền thống sóng Hertz (được đặt tên sau Heinrich Hertz phát minh chúng) Hình 1 Marconi bên thiết kế Trong chiến tranh giới I, lần sử dụng chiến Boer năm 1899 năm 1912, thiết bị vô tuyến sử dụng tàu Titanic Trước thập niên 1920, điện báo vô tuyến trở thành phương tiện truyền thông hữu hiệu cho phép gửi tin nhắn cá nhân băng qua lục địa Cùng với đời radio (máy phát thanh), công nghệ không dây tồn cách thương mại hóa Thập niên 1980, cơng nghệ vơ tuyến xuất với hiệu analog Thập niên 1990, chuyển sang tín hiệu kĩ thuật số sóng thoại ngày có chất lượng tốt hơn, nhanh chóng ngày cơng nghệ phát triển đột phá với tín hiệu 4G Năm 1994, công ty viễn thông Ericsson bắt đầu sáng chế phát triển công nghệ kết nối thiết bị di động thay dây cáp Họ đặt tên thiết bị “Bluetooth” Ngày giới nhận thức thay đổi mang tính cách mạng lĩnh vực thiết bị di động truyền thơng khơng dây, điều mang lại đổi lớn lĩnh vực viễn thơng di động Kinh nghiệm triển khai Internet 3G ngày tốt Sau 3G cải tiến, nhìn nhận cấp bách để có mạng truyền thơng tốt hơn, sau 5G hồn thành giao tiếp khơng dây mà không cần trở ngại hạn chế Nó thực trở lên tiên tiến mặt truyền thông không dây, hệ thống 5G điện thoại di động muốn có "địa IP riêng địa support" vĩnh viễn Từ 1G đến 5G, tới hệ thống viễn thơng di động tồn cầu (UMTS) tiên tiến dài hạn (LTE) đổi mới, hệ công nghệ di động được thiết kế để đáp ứng nhu cầu nhà mạng đạt tốc độ hình Tuy nhiên, thời đại thứ ngày trở nên tập trung vào liệu, phụ thuộc vào liệu tính tự động hóa Tự động hóa triệt để sản xuất cơng nghiệp quy trình thúc đẩy suất Hệ thống tự kiểm soát tập trung vào tuyến đường, đại dương không gian Hàng triệu cảm biến thiết lập vào thành phố, nhà cửa khu sản xuất thực phẩm hệ thống vận hành trí thơng minh nhân tạo thường cư trú môi trường new local “clouds” “fog” tạo nhiều ứng dụng Thế giới di động chạy đua nhanh nhà sản xuất di động tạo điện thoại di động với cơng nghệ phân loại thành Camera Mobiles, Music Mobiles, Office Mobiles, Touch Mobiles, Mp3 mobiles, Card slot mobiles, FM mobiles, Bluetooth mobiles, GPS mobiles, Games mobiles, 3G mobiles, Wi-Fi mobiles, E-mail mobiles, Qwerty mobiles, Smartphones, Business Mobiles thiết bị khác Ngược lại, nhà sản xuất di động giảm giá điện thoại di động thấp để cá nhân sở hữu điện thoại di động trở thành điều cần thiết để tiếp cận ngày tốt với công nghệ Con người phát triển kinh tế với công nghệ di động điều khơng cịn q xa lạ Các thiết bị điện thoại di động cao cấp hoạt động tốt điều khơng cịn phải nghi ngờ Công nghệ di động 3G trở nên quen thuộc hầu phát triển nước phát triển Với việc 3G ngày trở nên quen thuộc, công nghệ cấp 4G phát triển Apple lên cấp độ 5G họ giới thiệu ipod thiết bị khác Họ không dừng lại đó, họ thực bước chuyển tiếp công nghệ 6G mắt iPod Nano 6G iPod nano 6G có sẵn phiên 8GB 16GB Mạng truyền thông cung cấp cho hệ thống mạng mơ hình hệ thống thơng minh Nhưng, khả tốc độ mạng bị yếu nhanh chóng Mạng cần chuyển số lượng lớn liệu, tốc độ cao nhiều Kết nối vượt phạm vi cá nhân để máy tính giao tiếp, kết nối không người, mà liệu, tài nguyên điện toán, phương tiện, thiết bị cầm tay, cảm biến chí robot 5G thực bước quan trọng việc phát triển độ trễ truy cập mạng thấp, cách cung cấp thêm kết nối không dây cho mạng thần kinh thông qua (i) dải tần số (ví dụ: phổ milimet sóng (mmWave)), (ii) sử dụng phổ nâng cao quản lý, (iii) tích hợp licensed unlicensed bands Tuy nhiên, phát triển nhanh chóng trung tâm liệu quy trình tự động vượt khả hệ thống 5G phát triển Hình Mạng di động khơng dây 6G Các phát minh gần thúc đẩy nhà nghiên cứu nhìn vào hệ hệ thống không dây, tức hệ di động thứ sáu (6G), để đáp ứng nhu cầu cho hệ thống đầy đủ kết nối, giới kỹ thuật số thơng minh Ở đề tài nhóm em tập trung tìm hiểu 6G tương lai biến chuyển Hệ thống phát triển nhanh chóng Cụ thể, nhóm em xem xét số ứng dụng tiềm cho hệ thống kết nối tương lai cố gắng ước tính yêu cầu băng thông, độ trễ, kết nối yếu tố khác Quan trọng, xác định số trường hợp sử dụng vượt hiệu suất hệ thống 5G phát triển ngày hôm chứng minh quan trọng để suy nghĩ phát triển dài hạn 5G Các nghiên cứu cho thấy rằng, để đáp ứng nhu cầu này, cần thay đổi hồn tồn cơng nghệ truyền thơng bản, kiến trúc mạng mơ hình triển khai thực cần thiết Cụ thể, hình dung sau: + Cơng nghệ truyền thông đột phá: Mạng 5G thiết kế để hoạt động tần số cao, ví dụ: dải mmWave Mạng NR, 6G hưởng lợi nhiều từ công nghệ phổ cao hơn, ví dụ: thơng qua terahertz thơng tin quang + Kiến trúc mạng sáng tạo: có tiến 5G việc thiết lập mạng hiệu hơn, không đồng yêu cầu ứng dụng mạng tương lai yêu cầu mơ hình kiến trúc dựa phối hợp chặt chẽ công nghệ truyền thông khác nhau, phân tập ảo hóa thiết bị mạng tích hợp truy cập backhaul nâng cao + Tích hợp AI mạng: 6G kì vọng mang thơng tin q giá từ sở tính tốn tập trung đến thiết bị đầu cuối mạng Học không giám sát, với chia sẻ kiến thức liên kết với nhà điều hành, thúc đẩy mạng thời gian thực thơng qua dự đốn Do đó, báo này, nhóm em khảo sát cơng nghệ bùng nổ ngày khơng có sẵn mạng có ý nghĩa tiềm cho hệ thống 6G tương lai, bao gồm phát triển lớp protocol stack (giao thức ngăn xếp), từ phương thức giao tiếp lớp vật lý đến thiết kế mạng Ta nghiên cứu diễn biến thiết kế mạng, chúng có phần đề xuất cho 5G, cần cải tiến kiến trúc để đáp ứng yêu cầu cao trường hợp sử dụng 6G Hình Mạng 1G đến 6G Hình Triển vọng mạng 6G Kỷ nguyên kỷ nguyên công nghệ không dây Mọi điều xung quanh hướng tới việc kết nối không dây Các thuật ngữ không dây sử dụng cho mạng mà khơng có kết nối vật lý hai thiết bị, thay trung bình lị vi sóng, sóng radio tia hồng ngoại sử dụng cho giao tiếp qua khoảng cách Thẻ giao diện mạng(NIC), định tuyến chuyển mạch thiết bị mạng khơng dây Một ngành phát triển nhanh phổ biến lĩnh vực mạng không dây truyền thông di động Nó cho thấy cách rõ nét gia tăng vài năm qua với xu hướng sau Giao tiếp di động định nghĩa giao tiếp gửi nhận văn bản, hình ảnh video qua điện thoại di động qua mạng không dây Các tệp liệu quan trọng (liên quan đến cơng việc cá nhân) gửi cho nơi giới vài giây Hầu tất người thích làm điều thiết bị di động để liên lạc chúng tiện dụng sử dụng nơi lúc Kết sẵn có mở rộng ngày, cung cấp tính công nghệ để làm cho sống dễ dàng Với gia tăng nhu cầu, mục đích truyền thơng di động kết nối nhiều người dùng theo cách nhanh Điều giảm khoảng cách người Việc phát minh điện thoại di động có từ năm 1940 Các kỹ sư AT&T họ bắt đầu phát triển tế bào cho trạm sở điện thoại di động Điện thoại di động trước điện thoại radio, điện thoại thực Motorola giới thiệu điện thoại di động vào năm 1970; kích thước viên gạch khơng sử dụng cho mục đích thương mại Đầu tiên điện thoại di động thương mại điện thoại di động Bắc Âu phát triển năm 1981 Nhiều vấn đề khác hệ truyền thông di động phát triển 0G chuyển sang 7.5G Mỗi hệ tốt hơn, với tốc độ cao trước cung cấp nhiều tính cho người dùng 1.2 Các hệ mạng di động Thế hệ biết đến với 0G Nó bao gồm điện thoại vô tuyến di động phát minh nhiều trước điện thoại di động ngày Chúng radio hai chiều hoạt động mức tần số cao từ 160 MHz 0G cải thiện đặt tên 0,5G Tốc độ liệu từ 14,4-19,2 Kb / giây Cơng nghệ 0G (Zero hệ), cịn gọi cơng nghệ điện thoại di động điện thoại trước, điện thoại asradio mà số người sử dụng điện thoại loại xe họ trước điện thoại di động đời Các hệ thống điện thoại vô tuyến di động trước công nghệ điện thoại di động đại Các kỹ thuật sử dụng hệ thống 0G bao gồm AMTS (Hệ thống điện thoại di động tiên tiến), MTS (Hệ thống điện thoại di động), PTT (Push to Talk), IMTS (Dịch vụ điện thoại di động cải tiến) trước công nghệ điện thoại di động đại Từ thời điểm khởi đầu hệ cellulartelephones đầu tiên, hệ thống thường gọi hệ thống as0G (thế hệ khơng) Nó hoạt động băng tần VHF 160 MHz cách sử dụng điều chế tần số 160-162 MHz cho thiết bị di động trạm forbase 168- 170 MHz 0,5G tập hợp tính cải tiến so với cơng nghệ 0G Tốc độ báo hiệu thô 19,2 kbps, với mã hóa ReedSolomon, tốc độ liệu hiệu 14,4 kbps đầy đủ trước kiểm soát Hình Các hệ khác mạng di động 1G viết tắt hệ Nó mắt lần với vai trị thương mại vào năm 1970 sau mắt Đan Mạch, Na Uy, Phần Lan Thụy Điển vào năm 1980 1G sử dụng để thực gọi giọng nói quốc gia; không thực gọi người quốc gia