Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu các giải pháp kết nối vạn vật IoT trong mạng thông tin di động thế hệ mới (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu các giải pháp kết nối vạn vật IoT trong mạng thông tin di động thế hệ mới (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu các giải pháp kết nối vạn vật IoT trong mạng thông tin di động thế hệ mới (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu các giải pháp kết nối vạn vật IoT trong mạng thông tin di động thế hệ mới (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu các giải pháp kết nối vạn vật IoT trong mạng thông tin di động thế hệ mới (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu các giải pháp kết nối vạn vật IoT trong mạng thông tin di động thế hệ mới (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu các giải pháp kết nối vạn vật IoT trong mạng thông tin di động thế hệ mới (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu các giải pháp kết nối vạn vật IoT trong mạng thông tin di động thế hệ mới (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu các giải pháp kết nối vạn vật IoT trong mạng thông tin di động thế hệ mới (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu các giải pháp kết nối vạn vật IoT trong mạng thông tin di động thế hệ mới (Luận văn thạc sĩ)
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN THỊ QUYÊN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KẾT NỐI VẠN VẬT IoT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – 2018 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN THỊ QUYÊN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KẾT NỐI VẠN VẬT IoT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƢƠNG TRUNG KIÊN HÀ NỘI - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng dƣới hƣớng dẫn TS Trƣơng Trung Kiên Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn NGUYỄN THỊ QUYÊN ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất thầy cô khoa Quốc tế Sau đại học - Học viện Cơng nghệ Bƣu Viễn thơng ln nhiệt tình hƣớng dẫn, truyền đạt kiến thức suốt thời gian học tập tạo trƣờng, tảng giúp tơi thực luận văn tốt nghiệp Học viên xin chân thành cảm ơnTS Trƣơng Trung Kiên, công tác Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, Học viện Công nghệ Bƣu Viễn thơng, tận tình hƣớng dẫn học viên hoàn thành luận văn Học viên xin chân thành cảm ơn bạn bè sát cánh giúp học viên có đƣợc kết nhƣ ngày hơm Đề tài nghiên cứu luận văn có nội dung bao phủ rộng Tuy nhiên, thời gian nghiên cứu hạn hẹp Vì vậy, luận văn có thiếu sót Học viên mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy bạn Xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn NGUYỄN THỊ QUYÊN iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .v DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THEO HỌ CÔNG NGHỆ 3GPP .4 1.1 Giới thiệu chƣơng .4 1.2 Sự phát triển hệ mạng thông tin di động từ 2G đến 5G họ công nghệ 3GPP 1.3 Các đặc điểm kỹ thuật hệ mạng thông tin di động 3GPP LTE-Advanced/LTE-Advanced Pro .6 1.3.1 Ghép sóng mang 1.3.2 VoLTE 1.3.3 Kỹ thuật phối hợp đa điểm (CoMP) 1.3.4 Tích hợp chặt chẽ LTE giải tần không phép 1.3.5 Tăng cường hỗ trợ cho IoT 10 1.3.6 Kết nối kép 10 1.3.7 256 QAM đường xuống 64 QAM đường lên .10 1.3.8 Hỗ trợ HetNet 10 1.3.9 Các mạng tự tổ chức .11 1.4 Kết luận chƣơng 11 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG KẾT NỐI VẠN VẬT .12 2.1 Giới thiệu chƣơng 12 2.2 Các yếu tố thúc đẩy thị trƣờng IoT 12 iv 2.2.1 Cuộc cách mạng từ M2M tới IoT .13 2.2.2 Thị trường IoT 14 2.2.3 Các dự đoán thị trường IoT .17 2.3 Các yêu cầu kỹ thuật mạng IoT 20 2.3.1 Yêu cầu chung 21 2.3.2 Nghiên cứu yêu cầu 3GPP .23 2.3.3 Những yêu cầu cao 25 2.4 Kết luận chƣơng 26 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP KẾT NỐI IoT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI 27 3.1 Giới thiệu chƣơng 27 3.2 Các giải pháp mạng thông tin di động LTE-Advanced Rel.12 .28 3.2.1 Thông tin dạng máy (MTC-Machine Type Communications) 28 3.2.2 Chế độ tiết kiệm công suất .29 3.3 Các giải pháp mạng LTE-Advanced Pro Rel.13 30 3.3.1 Mở rộng vùng phủ 30 3.3.2 Thông tin dạng máy tăng cường (eMTC-enhanced MTC) .31 3.3.3 IoT băng hẹp 34 3.3.4 Chế độ thu không liên tục mở rộng (eDRx – Extended Discontinuous Reception) 38 3.3.5 Giải pháp kiến trúc mạng giao thức cho IoT 39 3.4 Các giải pháp mạng LTE-Advanced Pro Rel-14 45 3.5 Các giải pháp dự kiến mạng vô tuyến mớicho mạng 5G 53 3.6 Nhận xét đánh giá giải pháp kỹ thuật 55 3.7 Kết luận chƣơng 57 KẾT LUẬN .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Architecture Enhancements Tăng kiến trúc cho dung lƣợng AESE for Services Capability Exposure dịch vụ BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BW Bandwidth Băng thơng CA Carrier Aggregation Ghép sóng mang Cat- Category Loại- CE Coverage Enhancement Tăng độ bao phủ D2D Device-to-Device Từ thiết bị tới thiết bị DCN Dedicated Core Network Mạng lõi chuyên dụng DECOR Dedicated Core Network Mạng lõi chuyên dụng DL Downlink Đƣờng xuống EC Extended Coverage (Channels) Mở rộng độ bao phủ eDRX Extended Discontinuos Reception Chế độ thu không liên tục mở rộng eMB Enhanced Mobile Broadband Băng thông di động nâng cao eMBMS Enhanced Multimedia Broadcast Multicast Service Dịch vụ đa truyền thông đa dịch vụ nâng cao eMTC Enhanced Machine Type Communication Tăng cƣờng thông tin dạng máy KPI Key Performance Index Ch số thực M2M Machine to Machine Máy tới máy MTC Machine Type Communications Thông tin dạng máy Narrowband Băng hẹp Narrowband IoT IoT băng hẹp NB NB-IoT vi Từ viết tắt OFDMA PCH PDCCH PDN PS PUSCH QoS QPSK Tiếng Anh Tiếng Việt Orthogonal Frequency Division Multiple Access Truy nhập phân chia đa tần số trực giao Paging Channel Kênh phân phối Physical Downlink Control Kênh điều khiển vật lý đƣờng Channel xuống Packet Data Network Đóng gói liệu mạng Packet Switched Chuyển mạch gói Physical Channel Uplink Shared Kênh chia sẻ vật lý đƣờng xuống Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ Quadrature Phase Shift Dịch pha cầu phƣơng Keying RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RAT Radio Access Technology Kỹ thuật truy nhập vô tuyến Tần số vô tuyến RF Radio Frequency SCH Shared Channel Kênh chia sẻ SDN Software Defined Networking Mạng định nghĩa phần mềm SGW Serving Gateway Cổng dịch vụ TM Transmission Mode Chế độ phát UE User Equipment Thiết bị ngƣời dùng UL Uplink Đƣờng lên Voice Over LTE Thoại qua LTE VoLTE vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các giả định mật độ thiết bị cell tốn thị đòi hỏi cao .24 Bảng 2.2 Các toán yêu cầu đƣợc chọn lọc, hợp đánh giá tính khả thi mặt kỹ thuật công nghệ 25 Bảng 3.1 Các đặc tính kỹ thuật kênh vật lý .31 Bảng 3.2 Thông số LTE Cat .38 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Ghép sóng mang Hình 1.2 Kỹ thuật phối hợp đa điểm (CoMP) Hình 2.1 Quá trình phát triển từ M2M tới IoT 13 Hình 2.2 Thị trƣờng IoT 16 Hình 2.3 Phần trăm phát triển kết nối IoT IoT di động tổng thị trƣờng IoT từ 2010-2022 18 Hình 2.4 Sự phát triển thị trƣờng IoT thiết bị đặc trƣng 2015-2022 19 Hình 2.5 Các giá trị thị trƣờng IoT toàn cầu năm 2020 20 Hình 3.1 Khả mở rộng LTE để đáp ứng yêu cầu kết nối IoT 28 Hình 3.2 Chế độ tiết kiệm công suất (PSM) Rel-12 30 Hình 3.3 Mở rộng vùng phủ Rel-13 .31 Hình 3.4 Cat-M1 (eMTC) hoạt động vùng băng hẹp bên sóng mang LTE 33 Hình 3.5 Các tính triển khai linh hoạt Cat-NB1 (NB-IoT) .35 Hình 3.6 Các kỹ thuật mở rộng độ bao phủ LTE IoT 37 Hình 3.7 Các thiết bị LTE IoT – Cat M1 Cat-NB1 .38 Hình 3.8 Chu kỳ ngh chế độ nhàn rỗi eDRX cho thiết bị LTE IoT 39 Hình 3.9 Kiến trúc AESE 41 Hình 3.10 Kiến trúc CIoT với C-SGN .45 Hình 3.11 Kiến trúc M2M trình độ cao 52 Hình 3.12 Các đặc điểm kỹ thuật 5G cho trƣờng hợp sử dụng IoT .54 46 yếu bao gồm độ trễ thấp, độ phức tạp UE hiệu phổ Những hệ thống M2M NB-IoT tận dụng sớm lợi việc tối ƣu hóa vơ tuyến, cho phép chi phí chipset thấp, tối ƣu hóa tiêu thụ lƣợng cho thiết bị cách thức xử lý liệu nhỏ 3GPP Rel-14 dự kiến bao gồm cải tiến cho M2M NB-IoT nhƣ sau: Các cải tiến chung cho MTC: Vị trí, VoLTE, tốc độ liệu cao Cải tiến NB-IoT Yêu cầu RF NB-IoT với CDMA Độ trễ UE cho IoT thiết bị đeo tay Các cải tiến cho thiết bị LTE UE tới độ trễ mạng cho IoT thiết bị đeo tay Nghiên cứu nhu cầu cho APNs Ngăn chặn hợp pháp Cải tiến DECOR Mở rộng Rel-14 cho IoT Tăng cƣờng nhóm chức mạng Dải thơng hỗ trợ cho NB-IoT Rel-14 Các dịch vụ thị trƣờng công nghệ Phần cung cấp mô tả ngắn gọn cải tiến M2M NB-IoT nhƣ nêu 3GPP Rel-14 3.4.1 Cải tiến MTC Mặc dù CIoT cung cấp hội đáng kể cho nhà khai thác di động nhƣng vần cần có cải tiến Trong Rel-14, có thêm cải tiến lĩnh vực định vị, quảng bá, di động, tốc độ liệu VoLTE Vì việc định vị theo dõi thiết bị quan trọng IoT, cần phải xem xét, nghiên cứu cải tiến thông tin liên quan đến việc đo thời gian truyền nhận Tính tính đến độ phức tạp mức tiêu hao lƣợng UE thời gian đến khác (OTDOA) Đặc biệt, 3GPP RAN4 RAN1 cân nhắc cải tiến dựa thông số sử dụng để định vị Cải tiến CID nâng cao (E-CID) xem xét tín hiệu tham chiếu (RSRP) chất lƣợng tín hiệu tham 47 chiếu (RSRQ) Nhƣ lƣu ý trƣớc đó, OTDOA đƣợc kiểm tra nhƣ ECID cho đo lƣờng khoảng cách thời gian Rx-Tx UE Các tính OTDOA bao gồm cấu hình PRS để cải tiến sử dụng tài nguyên nhảy tần số PRS để định vị đƣợc xác RAN thực việc 3GPP RAN2 đầu làm việc với 3GPP RAN1 để cải thiện: Hỗ trợ truyền dẫn đƣờng xuống đa điểm (ví dụ cập nhật phần mềm, gửi tin theo nhóm) 3GPP mở rộng Rel-13 Single-Cell Point-to-Multipoint (SCPTM) để hỗ trợ truyền đa điểm cho eMTC Cung cấp cải tiến bổ sung hỗ trợ hoạt động băng hẹp (ví dụ MPDCCH tăng độ phủ sóng) 3GPP RAN4 dự kiến xem xét vàhỗ trợ phát triển tiêu chuẩn đầy đủ cho phép đo tần số liên vùng cho eMTC cho cải tiến VoLTE; RAN1 RAN2 xem cải tiến đƣợc thực nhƣ để hỗ trợ eMTC Hơn nữa, với tốc độ liệu cao hơn, 3GPP RAN1, RAN2 RAN4 cải tiến Các tham số đƣợc xem xét để cải thiện đạt đƣợc tốc độ liệu cao đƣợc ghi nhận nhƣ nêu RP-161321 Gói HARQ-ACK chế độ CE HD-FDD Băng thông PDSCH/PUSCHđƣợc kết nối CE chế độ A để tăng cƣờng hỗ trợ, ví dụ, truyền phát giọng nói âm ứng dụng toán khác RAN1 giới thiệu MTC UE có khả cao để hỗ trợ tốc độ liệu cao MTC UE có khả cao hỗ trợ băng thông lên đến 5MHz tốc độ liệu tối đa Mbps đƣờng lên đƣờng xuống Hơn nữa, UE (UE, UE), hoạt động chế độ tăng độ bao phủ Rel-14 sử dụng băng thơng lên đến 20MHz Kích thƣớc phát tối đa (2984 bit cho MTC UE 1.4MHz 4008 bit cho MTC UE 5MHz) Hỗ trợ lên tới 10 DL HARQ CE chế độ A HD-FDD Cuối cùng, cải tiến VoLTE cho thiết bị eMTC đƣợc thực Mục tiêu để tăng độ bao phủ VoLTE cho thiết bị FDD TDD half-duplex 48 Những cải tiến tiềm bao gồm yếu tố lặp lặp lại điều ch nh thời gian độ trễ 3.4.2 Cải tiến NB-IoT IoT băng hẹp trở thành tiêu chuẩn 3GPP Rel-13 yêu cầu độ phủ sóng đƣợc cải tiến nhà, độ nhạy cho thiết bị hỗ trợ số lƣợng lớn thiết bị có thơng lƣợng thấp Thị trƣờng IoT tăng đáng kể cho phép chức 3GPP Rel-13 NB-IoT hỗ trợ thoại thời gian thực để mở rộng chi phí cực thấp vào thị trƣờng IoT Các trƣờng hợp sử dụng cho NB-IoT bao gồm ứng dụng nhƣ tòa nhà thơng minh thành phố, theo dõi tài sản, tiện ích nông nghiệp giám sát môi trƣờng Dựa vào kỳ vọng thị trƣờng, loại máy truyền thông có nhu cầu cao nhà điều hành phủ từ góc độ tồn cầu Để đáp ứng, NB-IoT đƣợc tăng cƣờng để mở rộng hỗ trợ vào số tính 3GPPLTE, chẳng hạn nhƣ định vị vị trí đa điểm Rel-14 hỗ trợ định vị, multicast, cải tiến khối tài nguyên vật lý nonanchor, cải tiến tính liên tục tính di động dịch vụ; Định vị: việc đƣa yêu cầu cốt lõi E-UTRAN Cell Identifier (ECID) đƣợc đánh giá cho: E-ULTRAN Cell Identifier (ECID): Việc đƣa yêu cầu cốt lõi ECID đƣợc đánh giá để đo công suất tín hiệu tham chiếu nhận đƣợc / chất lƣợng tín hiệu tham chiếu nhận đƣợc RSRP / RSRQ đo độ chênh lệch thời gian UE Rx-Tx OTDOA: Tín hiệu tham chiếu băng hẹp đƣợc xác định cho vị trí OTDOA eNB-IoT với xem xét tính xác, độ phức tạp UE công suất tiêu thụ Các giải pháp chi tiết tính cải tiến tƣơng ứng thảo luận 3GPP UTDOA: Hỗ trợ UTDOA eNB-IoT đƣợc thực theo điều kiện sử dụng truyềnNB-IoT sử dụng cho UE Rel-13 Đa điểm: Các yêu cầu đƣợc xem xét để mở rộng Rel-13 SingleCell điểmđa điểm (SC-PTM) để hỗ trợ truyền tải đƣờng xuống đa điểm (ví dụ cập nhật 49 phần mềm phần mềm, gửi tin theo nhóm) cho NB-IoT cần, hỗ trợ bổ sung cho băng hẹp bao gồm hỗ trợ cho NPDCCH tăng độ bao phủ Khối tài nguyên vật lý Non-anchor (PRB): Những cải tiến hỗ trợ việc phát NPRACH PRB non-anchor NB-IoT, paging PRB NB-IoT non-anchor Điều làm tăng khả truy nhập ngẫu nhiên dung lƣợng trang NB-IoT Tính di động cải tiến dịch vụ liên tục: Những cải tiến nàydự kiến đƣợc xem xét Rel-14, cho phép cải tiến để kết nối di động nỗ lực cải thiện tính liên tục dịch vụ tránh phục hồi NAS Non-Access Stratum cho giải pháp Control Plane (CP) User Plane (UP) mà không tăng công suất tiêu thụ UE Mức công suất mới: Các mức đƣợc đánh giá ch định rõ ràng, cần thiết, mức lƣợng UE với mức 14 dBm Khi đánh giá, thích hợp, tín hiệu hỗ trợ đƣợc phát triển để hỗ trợ công suất phát tối đa thấp để phù hợp với nguồn có kích thƣớc nhỏ (thiết bị đeo đƣợc) Cuối cùng, Rel-14 đƣa kích thƣớc khối phát tối đa lớn (1352 bit đƣờng xuống 1800 bit đƣờng lên) hỗ trợ xử lý tới HARQ đƣờng lên đƣờng xuống, làm giảm độ trễ nhƣ điện tiêu thụ 3.4.3 Yêu cầu RF NB-IoT với CDMA Một số dải ƣu tiên cao đƣợc chấp nhận 3GPP Rel-13 cho NB-IoT; dải đƣợc chấp nhận 1,2,3,5,8,12,13, 17, 18, 19, 20, 26, 28 66 3GPP RAN4 làm việc để hoàn thành yêu cầu cho NB-IoT RF Đây cạnh tranh công nghệ, cần phải xem xét để giải thách thức tồn công nghệ khác thị trƣờng nay, trƣờng hợp CDMA 3GPP đánh giá tồn nhà điều hành liên quan đến CDMA NB-IoT đạt đƣợc kết luận sau: Yêu cầu tỷ lệ ròênh lân cận NB-IoT BS Rel-13 (ACLR) đủ để đảm bảo bảo vệ cho hệ thống CDMA, khơng có u cầu thêm 50 Yêu cầu lựa chọn kênh lân cận Rel – 13 NB-IoT BS đủ đảm bảo tồn với hệ thống CDMA lân cận khơng có u cầu thêm Yêu cầu Rel-13 NB-IoT UE ACS đủ đảm bảo tồn với hệ thống CDMA lân cận, khơng có u cầu thêm 3GPP ghi nhận yêu cầu NB-IoT UE RF Rel-13 cung cấp khoảng 49 dB ACLR với khoảng cách 385 kHz, đảm bảo tồn đồng thời với hệ thống CDMA lân cận không cần thêm yêu cầu Về bản, kết nghiên cứu cho thấy yêu cầu Rel-13 NB-IoT BS UE thỏa mãncùng tồn với hệ thống CDMA trƣớc khơng cần thêm yêu cầu Mở rộng Rel-14 cho CIoT: 3GPP Rel-14 thêm khả sau cho CIoT: GPRS hỗ trợ cho liệu nhỏ Non-IP qua SCEF Cho phép sử dụng mở rộng vùng phủ Dịch vụ truyền tin cậy UE SCEF Tính di động vào –ra NB-IoT RAT Tái sử dụng kiến trúc định vị dịch vụ để tối ƣu hóa Control Plane CIoT EPS QoS UE để tối ƣu hóa NB-IoT Control Plane Điều khiển tải CN để truyền liệu qua Control Plane EPS GPRS hỗ trợ lựa chọn tối ƣu hóa CIoT EPS liệu nhỏ Non- IP giao diện cho SCEF nhƣ môi trƣờng GPRS Cả hai đƣợc hỗ trợ EPS CIoT Rel-13 ban đầu Ngoài ra, Mở rộng vùng phủ (CE) đƣợc hỗ trợ có Rel-13, nhƣng Rel-14 thêm khả cho phép chọn lọc, ch cho ngƣời dùng đăng ký dịch vụ CE Thông tin tin cậy UE SCEF để phát tin Tính di động RAT NB-IoT băng tần 3GPP khác đƣợc hỗ trợ từ Rel-14 trở Để đạt đƣợc chất lƣợng dịch vụ, điều quan trọng phải phân biệt tình tải với ứng dụng ƣu tiên cao từ "trò chơi" áp dụng CIoT, ƣu tiên cho thiết bị quan trọng nhất.Và cuối kiểm soát điều khiển tải bảo vệ 51 MME phục vụ tải gây lƣu lƣợng truy cập mức từ thiết bị sử dụng kiểm sốt CIoT EPS tối ƣu hóa Thơng thƣờng, đặc điểm nhận dạng đƣợc sử dụng để lập thơng tin đích đến điều sau đây: Nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI – International Mobile Equipment Identifier) Nhận dạng điện thoại di động quốc tế (IMSI) Phần mềm xác định mạng điện thoại di động (MSISDN) Địa ch kiểm soát truy cập truyền thông (địa ch MAC) Địa ch IP tĩnh Giao thức phiên liên lạc nhận dạng tài nguyên không đồng Thông số kỹ thuật 3GPP LI (TS 33.106, 33.107 33.108) xác định yêu cầu giai đoạn 1, giai đoạn giai đoạn dung lƣợng LI Dung lƣợng LI cho truyền thông IoT chƣa đƣợc quy định chi tiết kỹ thuật 3GPP LI 3.4.4 Nghiên cứu nhu cầu cho đa điểm truy cập 3GPP hoàn thành nghiên cứu cần thiết đa điểm truy nhập (APNs) Nghiên cứu xem xét trƣờng hợp sử dụng cho ô tô, thiết bị ngƣời sử dụng xe cung cấp dịch vụ M2M quốc tế cho khách hàng doanh nghiệp cung cấp giải pháp sau: Giải pháp dựa UICC Nhƣ nghiên cứu ch ra, điều đòi hỏi tính phép lƣu trữ sử dụng nhiều APN USIM Tính khơng ảnh hƣởng đến RAN hay Core Networks Giải pháp dựa UICC không ảnh hƣởng đến tảng Không dây Thông thƣờng (OTAOver The Air) tảng đƣợc sử dụng lại để cập nhật danh sách APN thông tin / lĩnh vực Giải pháp dựa thiết bị quản lý Giải pháp cung cấp khả xử lý nhiều thiết bị sử dụng giao diện lớp quản lý dịch vụ Lớp quản lý thiết bị cung cấp đệm cho lớp quản lý dịch vụ từ mối quan hệ tin cậy mạng (ví dụ: mối quan hệ UICC nhà cung cấp dịch vụ, UICC 52 nhà điều hành mạng, nhƣ UICC thiết bị) Để làm rõ, mối quan hệ đƣợc minh họa cấu trúc cấp cao M2M (Hình 3.12) Hình 3.11 Kiến trúc M2M trình độ cao [1] Giải pháp dựa mạng Xác định giải pháp đạt đƣợc APN với chế trƣớc cho mạng kế thừa Ngồi ra, có nhiều chế đƣợc mơ tả TR 22.802, cần lƣu ý yêu cầu đƣợc đáp ứng cách sử dụng ch APN; nhƣng ch có ứng dụng hoạt động thời điểm cụ thể, yêu cầu kết nối khác đạt đƣợc cách sử dụng nhiều APN Tuy nhiên, ch có APN hoạt động thời điểm định Giải pháp dựa cung cấp APN Dựa nghiên cứu này, giải pháp giống nhƣ giải pháp dựa UICC, giải pháp sử dụng lại OMA DM đối tƣợng quản lý đƣợc xác định tƣơng ứng với APN Ngoài ra, mối quan hệ OMA DM đƣợc xác định trƣớc đƣợc lƣu ý, ví dụ, bootstrap OMA DM từ UICC đƣợc xác định, vv Giải pháp không ảnh hƣởng đến đặc tính OMA DM thơng số 3GPP Nghiên cứu Rel-14 xem xét UE M2M; tính đến tập hợp chung UE 3.4.5 Tăng cường mạng lõi chuyên dụng Nhƣ đề cập trƣớc đó, 3GPP giới thiệu Rel-13 khái niệm mạng lõi chuyên dụng riêng biệt (DCN), DCN bao gồm MME chuyên biệt, 53 SGW PGW đƣợc thiết kế để đáp ứng yêu cầu thiết bị khác cách hiệu tốn Trong Rel-14, 3GPP tăng cƣờng tính để loại bỏ lựa chọn DCN ngẫu nhiên Mạng truy nhập vô tuyến (RAN), dẫn đến việc chọn DCN khơng thích hợp mà sau cần phải định tuyến lại tín hiệu UE tới DCN thích hợp Điều đạt đƣợc cách cho phép Mạng Lõi cung cấp cho UE thông tin nhận dạng DCN có liên quan đến PLMN thu đƣợc từ thuê bao lần đính kèm lần tới VPLMN UE lƣu trữ danh tính DCN tƣơng ứng với PLMN, UE cung cấp nhận dạng DCN cho mạng kết nối lại với PLMN, để RAN sử dụng thơng tin để định tuyến tín hiệu UE tới MME phục vụ cho UE UE đƣợc cấu hình với nhận dạng DCN mặc định để loại bỏ khả định tuyến lại tín hiệu mạng lõi thành phần PLMN Dải thông cho Rel-14 NB-IoT Trong Rel-14, NB-IoT hỗ trợ thêm dải thông sau: Dải 11 Nhật Bản Dải 25 Mỹ Dải 31 Châu Âu Dải 70 Mỹ 3.5 Các giải pháp dự kiến mạng vô tuyến cho mạng 5G Mở rộng tiêu chuẩn IoT Rel-13/14, 5G nhằm mục đích tinh ch nh yêu cầu ch số quan trọng (KPIs) kết hợp với trƣờng hợp sử dụng 5G IoT (xem hình 3.14) Các chi tiết đƣợc bổ sung bao gồm nhƣ tần số sóng mang, tích hợp băng thơng hệ thống, bố cục mạng / khoảng cách Inter-site (ISD), Trạm gốc (BS)/ Các yếu tố anten UE, phân bố UE/tốc độ, dịch vụ 54 Hình 3.12 Các đặc điểm kỹ thuật 5G cho trƣờng hợp sử dụng IoT [1] Đối với Thông tin dạng máy chủ động Massive Machine-Type Communications (mMTC), Diễn đàn 5G mong muốn thiết lập KPIs để phủ sóng thị với cell lớn với phạm vi phủ sóng liên tục phổ biến Mục tiêu mật độ kết nối cần 000 000 thiết bị / km2 môi trƣờng đô thị Đối với trƣờng hợp sử dụng MTC quan trọng với Độ tin cậy cực cao Độ trễ thấp (URLLC), Thông số kỹ thuật chi tiết giúp đạt đƣợc KPI sau: Độ tin cậy: Độ tin cậy sở đƣợc đánh giá xác suất thành cơng việc truyền X byte vòng ms, thời gian để cung cấp gói liệu nhỏ từ lớp giao thức vô tuyến 2/3 điểm truy cập liệu dịch vụ (SDI) tới lớp giao thức vô tuyến 2/3 SDU giao diện vô tuyến, với chất lƣợng kênh xác định (ví dụ vùng phủ sóng) Thơng số kỹ thuật 5G cần giúp đạt đƣợc xác suất thành cơng 1-10-5 cho X byte (ví dụ: 20 byte) với độ trễ ngƣời dùng 1ms Độ trễ: Đối với mạng 5G, độ trễ mong muốn cho ngƣời sử dụng không đƣợc vƣợt 0,5 ms UL 0,5 ms DL Hơn nữa, có thể, độ trễ phải đủ thấp để hỗ trợ việc sử dụng truy cập 5G nhƣ công nghệ truyền không dây Yêu cầu eMBB cho độ trễ ngƣời dùng nên 4ms cho UL 4ms cho DL Để tăng trƣờng hợp sử dụng Vehicle-to-Everything (eV2X), đặc điểm kỹ thuật 5G phải đáp ứng đƣợc ch tiêu KPI sau cung cấp gói sử dụng có kích thƣớc [300 byte]: 55 Độ tin cậy: = 10-5, độ trễ ngƣời dùng = – 10 ms cho liên lạc trực tiếp qua đƣờng biên khoảng cách liên lạc X mét Độ tin cậy = 10-5 độ trễ ngƣời dùng = ms gói bị trễ qua BS Tiết kiệm pin tối ƣu nguồn UICC cho MTC: 5G giúp xác định xem cần có chế cho UICC xác định yêu cầu dựa phát Điều bao gồm khuyến nghị bối cảnh tối ƣu cụ thể liên quan đến khoảng thời gian tiết kiệm công suất; thêm nữa, đề nghị lƣu ý tƣơng tác với chế khác Đối mMTC, thời lƣợng pin UE độ bao phủ mở rộng hoạt động truyền liệu di động ban đầugồm 200 byte UL ngày 20byte DL từ MCL 164dB, với dung lƣợng lƣu trữ 5Wh Trong điều kiện này, mục tiêu sử dụng pin UE vƣợt 10 năm, mong muốn 15 năm Với khả tiết kiệm lƣợng, tốc độ cải thiện nhanh hàng trăm lần so với công nghệ mạng có, giảm thiểu đáng kể độ trễ truyền liệu trực tuyến, hỗ trợ, giao tiếp tốt với thiết bị cơng nghệ có khả kết nối, 5G chìa khóa cho IoT Các cảm biến yếu tố quan trọng để trích xuất liệu từ đối tƣợng từ môi trƣờng Hàng tỷ cảm biến đƣợc tích hợp vào thiết bị gia dụng, hệ thống an ninh, thiết bị theo dõi sức khỏe, khóa cửa, xe thiết bị đeo 3.6 Nhận xét đánh giá giải pháp kỹ thuật Trong 3GPP xác định giải pháp dựa LTE cho IoT mở rộng cho công nghệ 5G tƣơng lai, vài công nghệ 3GPP đƣợc định nghĩa LPWA (Low Power Wide Area) Trong phần này, công nghệ eMTC NB-IoT đƣợc so sánh với LoRa SigFox, hai đại diện giải pháp LPWA 3GPP IoT Sự khác biệt đáng ý công nghệ eMTC NB-IoT đƣợc định nghĩa 3GPP, tổ chức tiêu chuẩn hố tồn cầu đƣợc hỗ trợ hệ sinh thái tồn cầu trƣởng thành Các cơng nghệ LPWA khác đƣợc xác định tổ chức 3GPP sở hữu độc quyền thiếu quy mô hệ sinh thái 3GPP Sự khác biệt quan trọng khác công nghệ IoT LTE hỗ trợ 56 nhiều mức liệu từ cao đến thấp với khả di động khác giải đƣợc nhiều trƣờng hợp sử dụng IoT Ngƣợc lại, SigFox LoRa ch hỗ trợ tốc độ liệu thấp với khả di động hạn chế, hạn chế trƣờng hợp sử dụng Hơn nữa, eMTC NB-IoT tận dụng triển khai mạng LTE tồn giới cho phép phổ biến rộng khắp tiết kiệm chi phí cho hoạt động mạng Các công nghệ 3GPP nhƣ LoRa SigFox đòi hỏi phải triển khai trì mạng lƣới chun dụng làm tăng chi phí cho ngƣời dùng cuối NB-IoT đƣa liên kết tốt SigFox LoRa Đôi với việc triển khai mạng lƣới LTE dày đặc, eMTC NB-IoT cho phép truy cập tới thiết bị IoT vị trí từ xa Các công nghệ IoT LTE sử dụng dải đƣợc cấp phép bao gồm dải LTE có băng tần dùng lại (ví dụ: mạng di động GSM) Phổ tần đƣợc cấp phép bảo vệ chống lại can thiệp từ nhiễu đảm bảo độ tin cậy QoS Ngồi ra, nhà khai thác LTE phân bổ nguồn tài nguyên phổ tần phù hợp với nhu cầu công suất dịch vụ IoT, hiệu mở rộng để hỗ trợ số lƣợng lớn ngƣời dùng IoT khu vực định SigFox hay LoRa dựa vào phổ tần không cấp phép băng tần thấp thông thƣờng có băng thơng giới hạn giới hạn quy định nghiêm ngặt công suất phát Tx chu kỳ hoạt động Ví dụ, Châu Âu, SigFox LoRa sử dụng băng tần khơng có giấy phép 863-870MHz, giới hạn công suất truyền dẫn tới 25mW (14dBm) chu kỳ hoạt động kênh truy cập tới 0,1 phần trăm phần trăm thời gian kênh phụ thuộc vào băng chiếm Do đó, thơng thƣờng giới hạn nghiêm ngặt số lƣợng tin ngày (ví dụ, SigFox cho phép ch có thơng báo đƣờng xuống ngày) tổng số thiết bị IoT khu vực định bị giới hạn dung lƣợng Các giải pháp IoT LTE sử dụng chế bảo mật đầu cuối đƣợc xác định 3GPP đƣợc chứng minh đầy đủ hàng tỷ ngƣời dùng LTE SigFox không cung cấp bảo mật đầu cuối, LoRa dựa vào mã hóa phần mềm chƣa đƣợc chứng minh 57 Nhìn tƣơng lai, cơng nghệ IoT LTE có đƣờng tiến hóa rõ ràng, bao gồm cải tiến Rel-14 Narrowband 5G cho Massive IoT Sự phát triển tƣơng lai công nghệ 3GPP LPWA không rõ ràng không chắn 3.7 Kết luận chƣơng Một chuyển đổi ngành công nghiệp đƣợc tiến hành, đƣợc thúc đẩy vơ số phát triển tồn cầu bao gồm việc mở rộng liên tục kết nối internet, việc áp dụng thiết bị di động loạt sáng kiến đổi Sự chuyển đổi nhƣ phát triển tự nhiên trình thực tầm nhìn điều có lợi từ kết nối internet có IoT hàng đầu chuyển đổi Việc kích hoạt IoT nỗ lực đa chiều đòi hỏi khơng ch đầu tƣ vào đổi cơng nghệ kinh doanh, mà bao gồm liên kết ngành để đảm bảo yêu cầu trƣờng hợp sử dụng IoT đƣợc xác định cách thực tế cho ứng dụng thị trƣờng đại chúng ứng dụng quan trọng, phức tạp thách thức đƣợc giải thơng qua việc gắn kết Nhƣ dự đốn, tiêu chuẩn đóng vai trò quan trọng IoT nhƣ tất mạng, 3GPP làm phần phép phát triển mạng di động thiết bị hỗ trợ tham vọng ngày tăng IoT Chƣơng nhằm minh họa chi tiết cho mục tiêu IoT kết nối cell, cụ thể giảm phức tạp thiết bị chi phí, mở rộng phạm vi hỗ trợ ứng dụng sâu nhà từ xa, triển khai, linh hoạt, dung lƣợng cao kéo dài tuổi thọ pin Công nghệ truy cập vô tuyến công nghệ tiết kiệm lƣợng 3GPP LTE mô tả chƣơng (eMTC, NB-IoT, eDRX) giải loạt ứng dụng IoT dƣới dạng Massive IoT, chẳng hạn nhƣ cảm biến từ xa, tòa nhà thông minh, tài sản / xe theo dõi, nông nghiệp thơng minh, theo dõi kiểm sốt cơng nghiệp, Kết nối CIoT tận dụng lợi hệ sinh thái toàn cầu LTE đƣợc thiết lập tốt, tận dụng sở hạ tầng đƣợc cài đặt trạm sở LTE, EPC, OAM, nhƣ tính đƣợc quy định 3GPP cho NB -IoT hỗ trợ bảo mật 3GPP đại với khả 58 xác thực, bảo vệ tín hiệu mã hóa liệu Cuối cùng, điều quan trọng ch cách triển khai IoT phổ đƣợc điều ch nh nguyên tắc băng rộng di động LTE đƣợc cấp phép khơng có giấy phép, dung lƣợng mục tiêu hiệu suất phủ sóng đƣợc đảm bảo cho tuổi thọ thiết bị IoT Song song với việc phát triển tính truy cập vô tuyến, 3GPP ch cách tổng thể kiến trúc LTE / EPC cần đƣợc tăng cƣờng để xử lý IoT cách hiệu quả, số cải tiến lựa chọn mạng lõi tiếp xúc với dịch vụ 3GPP tới API cách an toàn Hơn nữa, 3GPP xem xét số tính cải tiến liên tục cho LTE IoT theo Rel-14 Ngành công nghiệp đồng ý 5G công nghệ đƣợc lựa chọn cho ứng dụng đòi hỏi dung lƣợng cao nhƣ độ trễ thấp Các mạng 5G kết hợp với khả truy cập LTE với giao diện không gian (còn đƣợc gọi 5G Narrow Radio) cung cấp độ bao phủ, băng thông (1 Gbps ngƣời dùng) độ trễ -1 ms cần thiết để hỗ trợ ứng dụng quan trọng thời gian cấp cứu, an tồn giao thơng, sản xuất từ xa kiểm soát sở hạ tầng quan trọng 59 KẾT LUẬN Tiêu chuẩn phát triển truy cập vô tuyến 5G đƣợc tiến hành, với mục tiêu hoàn thành (giai đoạn 1) triển khai hệ thống ban đầu đƣợc nhắm mục tiêu cho năm 2018 Khi LTE tiếp tục phần tách rời mạng vô tuyến 5G tƣơng lai, điều quan trọng phải đảm bảo yêu cầu IoT đặc tính kỹ thuật tiếp tục phát triển cho truy cập vô tuyến LTE NR, song song lộ trình cho 3GPP Trong bối cảnh này, khả công nghệ di động tƣơng lai chứng nhƣ eMTC NB-IoT ƣu tiên hàng đầu Cho dù việc lựa chọn theo dõi công nghệ di động (với eMTC NB-IoT) công nghệ diện rộng khác để kết nối IoT (ví dụ: LoRa, SigFox) phụ thuộc vào ma trận yếu tố Việc theo dõi di động mang lại ƣu điểm công nghệ hấp dẫn tiếp tục tăng cƣờng khả sở hạ tầng LTE để giải thị trƣờng IoT khổng lồ tƣơng lai Kết đạt đƣợc: Luận văn đạt đƣợc số kết quan trọng sau: Nội dung luận văn cao học cung cấp số kiến thức phát triển hệ mạng từ 2G đến 5G họ công nghệ 3GPP, mạng kết nối vạn vật IoTtừ ch số hƣớng nghiên cứu giúp cho việc nghiên cứu, phát triển triển khai công nghệ Việt Nam Luận văn cao học tài liệu tham khảo quý giá tiếng Việt giải pháp kết nối IoT mạng thông tin di động 3GPP LTEAdvanced/LTE-Advanced Pro 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO * Tiếng Anh [1] 5G Americas, “LTE and 5G technologies enabling the Internet of Things”, technical report, Dec 2016 [2] Ericsson, “Cellular networks for massive IoT,” white paper, Jan 2016 [3] Nokia, “LTE evolution for IoT connectivity,” technical report, Mar 2015 [4] Qualcomm, “Highlights of 5G and the Internet of Things”, presentation slides, Jun 2016 [5] Qualcomm Technologies, “Paving the path to Narrowband 5G with LTE Internet of Things (IoT),” presentation slides, Jun 2016 [6] Rysavy research, “Mobile Broadband Transformation LTE to 5G,” technical report, Aug 2016 [7] S Roessel and S Sesia, “Cellular Internet-of-Things – Explained,” tutorial at IEEE GLOBECOM 2016, Dec 2016 ... Các yếu tố thúc đẩy thị trƣờng IoT Các yêu cầu kỹ thuật mạng Iot Kết luận chƣơng Chƣơng – Nghiên cứu số giải pháp kết nối IoT mạng thông tin di động hệ Các giải pháp mạng thông tin di động. .. VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN THỊ QUYÊN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KẾT NỐI VẠN VẬT IoT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ MỚI Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã... giá giải pháp kỹ thuật hỗ trợ IoT mạng thông tin di động 3GPP LTE-Advanced/LTE-Advanced Pro Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu: giải pháp kỹ thuật hỗ trợ IoT mạng thông tin di động