Công Nghệ Mạng 5G: Tổng Quan và Ứng Dụng | Môn Công nghệ không dây - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58583460
Chương I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ MẠNG 5G
I.1. Công nghệ mạng 5G
Mạng 5G là một thế hệ mới của công nghệ mạng di động, mang lại tốc độ truyền tải dữ
liệu nhanh hơn, độ trễ thấp hơn và khả năng kết nối đa dạng hơn. Nó được xây dựng trên cơ
sở công nghệ mạng 4G LTE hiện đang sử dụng và cung cấp một số tính năng mới như công
nghệ truyền tải thông tin đa kênh (MIMO), tần số cao hơn, băng thông lớn hơn và độ trễ thấp hơn.
5G cũng cung cấp một môi trường mạng có thể phù hợp cho các ứng dụng IoT (Internet
of Things) và các dịch vụ như tự động hóa, xe tự hành, thực tế ảo, truyền hình 4K và 8K và các ứng dụng y tế.
Tuy nhiên, để triển khai 5G, các nhà cung cấp mạng phải đầu tư nhiều tiền vào hạ tầng,
bao gồm cả việc cài đặt các trạm phát sóng mới. Ngoài ra, các ứng dụng mới phát triển trên
nền tảng 5G cũng sẽ cần có sự phát triển của các ứng dụng, giao thức và tiêu chuẩn mới.
I.2. So sánh mạng 5G và 4G 5G 4G Tốc độ mạng Tối đa 10Gbps Tối đa 1Gbps
Độ trễ khi kết nối(ping) Từ 4ms tới 1ms 50ms – 100ms Băng tần
Dao động từ 30Ghz tới 300Ghz Dao động từ 700Mhz tới 2.600Mhz Độ phủ sóng
Rộng, nhờ trạm HAPS treo trên
Giới hạn, do trạm kết nối không xây trên mặt đất
Kết nối nhiều thiết bị
Gấp 10 tới 100 lần số lượng thiết Kết nối giữa các thiết bị cá bị tương tác cùng lúc
nhân ở phạm vi giới hạn Sử dụng năng lượng
Ít, giảm 90% năng lượng tiêu thụ Bình thường
Bảng 2.1 So sánh mạng 4G và mạng 5G lOMoAR cPSD| 58583460
Chương II. CÁC VẤN ĐỀ VỀ BẢO MẬT TRONG MẠNG 5G
Mạng di động 5G được xem là một bước đột phá lớn trong công nghệ truyền thông di
động, tuy nhiên nó cũng mang đến một số vấn đề về bảo mật. Dưới đây là một số lỗ hổng
bảo mật có thể gặp phải trên mạng 5G:
II.1 Tấn công giả mạo IMSI (IMSI catchers)
IMSI catchers là một dạng trạm phát sóng giả được sử dụng để theo dõi vị trí dữ liệu và
chặn lưu lượng di động của người dùng trên mạng 5G. Nếu kẻ tấn công có thể thu thập thông
tin IMSI của người dùng, họ có thể giả mạo thiết bị và truy cập vào mạng với danh tính giả mạo.
II.2. Tấn công đoạn mã hoá
Kẻ tấn công tìm cách phá mã hoá để truy cập vào một tài liệu hoặc hệ thống bị mã hoá,
họ có thể đọc được các tin nhắn, cuộc gọi và thông tin nhạy cảm khác được truyền trên mạng.
Có 2 phương thức tấn công đoạn mã hóa:
- Phương thức 1: Password Cracking (Bẻ khóa Mật Khẩu)
- Phương thức 2: Bẻ khóa phương thức mã hóa WPA
II.3. Tấn công quản lý thông tin đăng nhập
Kẻ tấn công truy cập vào thông tin đăng nhập của người dùng và sử dụng nó để đăng
nhập vào tài khoản của họ trên mạng 5G.
II.4. Tấn công từ chối dịch vụ phân tán (DDoS)
Kẻ tấn công sử dụng các kỹ thuật như DDoS (distributed denial-of-service - phân tán chối
dịch vụ) để tấn công các thiết bị trên mạng 5G, làm cho mạng bị quá tải và gây ra sự cố mạng.
Điều này có thể gây ảnh hưởng đến hoạt động kinh doanh, truy cập trang web, dịch vụ trực
tuyến và các hoạt động khác của mục tiêu bị tấn công.
II.5. Tấn công bằng phần mềm độc hại
Kẻ tấn công sử dụng phần mềm độc hại để truy cập vào mạng 5G và thu thập thông tin,
giả mạo danh tính hoặc gây hại cho hệ thống. lOMoAR cPSD| 58583460
Chương III. GIẢI PHÁP BẢO MẬT CHO MẠNG 5G
Để đảm bảo được an ninh, an toàn các ứng dụng trên nền tảng 5G, các quốc gia, các tập
đoàn, doanh nghiệp, nhà cung cấp hạ tầng, công nghệ và các cá nhân phải cùng nhau hợp tác
trên nhiều khía cạnh, cụ thể là: III.1. Quốc gia
Cần xây dựng các bộ luật, ban hành các quy định về chuyển đổi số, xây dựng chính phủ
điện tử, làm rõ trách nhiệm của các bộ, ban, ngành trong việc khai thác, ứng dụng công nghệ 5G.
III.2. Ngành công nghệ thông tin
Cần thúc đẩy việc thiết lập các tiêu chuẩn 5G và xác định các tiêu chuẩn ứng dụng, yêu
cầu an ninh bảo mật theo từng giai đoạn để hỗ trợ các ngành khác trong việc sử dụng công nghệ 5G
III.3. Các nhà cung cấp dịch vụ mạng
Cần xây dựng một hệ thống mạng đủ mạnh, bền vững, đảm bảo khả năng ứng phó với
các cuộc tấn công mạng có độ phức tạp và quy mô rộng.
III.4. Người dùng cá nhân
Cần nâng cao nhận thức về an ninh bảo mật mạng 5G, hiểu rõ những kiến thức về mạng
internet và các mối đe dọa trên môi trường internet, hình thành thói quen sử dụng mạng an toàn, bảo mật.
Chương IV. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
- Kỹ thuật mã hóa mạnh hơn: Mã hóa là một phương pháp giúp bảo vệ thông tin khỏi những
người không được phép truy cập. Với công nghệ 5G, các kỹ thuật mã hóa mới sẽ được áp
dụng như mã hóa cổ điển, mã hóa đa yếu tố (multi-factor encryption), mã hóa khóa công
khai (public key encryption) để bảo vệ thông tin cá nhân của người dùng.
- Điều khiển truy cập thông minh: Các mạng 5G sẽ có khả năng định danh người dùng và
điều khiển truy cập thông minh, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ chia sẻ thông tin cụ
thể cho các thiết bị được phép truy cập.
- Bảo vệ chống lại tấn công DDoS: Các cuộc tấn công DDoS (Distributed Denial of
Service) là một trong những mối đe dọa lớn nhất đối với các mạng 5G. Các kỹ thuật mới lOMoAR cPSD| 58583460
như bảo vệ đám mây, bảo vệ tường lửa và bảo vệ phân tán sẽ giúp bảo vệ các mạng 5G
khỏi các cuộc tấn công này.
- Bảo vệ chống lại các cuộc tấn công tiên tiến: Các cuộc tấn công như tấn công giả mạo thẻ
SIM, tấn công giả mạo cơ quan cấp phép và tấn công bằng phần mềm độc hại là những
mối đe dọa ngày càng lớn đối với các mạng 5G. Các công nghệ như giám sát, phát hiện
và phản ứng sẽ được sử dụng để bảo vệ các mạng 5G khỏi các cuộc tấn công này.
- Sự tương tác giữa các mạng: Vì các mạng 5G được triển khai khắp nơi, việc đảm bảo tính
toàn vẹn và bảo mật của thông tin trong mạng là vô cùng quan trọng. -
Chương V. ỨNG DỤNG MẠNG 5G
TRONG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN
V.1. Mạng 5G và Nghiên cứu khoa học -
Thảo luận về cách mạng 5G có thể cung cấp cơ sở hạ tầng cho việc thu thập, lưu trữ và
chia sẻ dữ liệu nghiên cứu trong thời gian thực, từ việc mô phỏng các hiện tượng tự nhiên
đến việc phân tích dữ liệu lớn từ các thiết bị cảm biến. -
Phân tích ưu điểm của mạng 5G trong việc tạo ra môi trường làm việc kỹ thuật số linh
hoạt và hiệu quả cho các nhóm nghiên cứu và đề xuất các chiến lược để tận dụng tiềm năng này.
V.2. Mạng 5G và Công nghệ Blockchain -
Nghiên cứu về cách mạng 5G có thể kết hợp với công nghệ Blockchain để tạo ra các
ứng dụng mới trong lĩnh vực tài chính, logitics và quản lý dữ liệu. -
Phân tích ưu điểm và thách thức của việc tích hợp giữa mạng 5G và Blockchain và đề
xuất các chiến lược triển khai.
V.3. Mạng 5G và Trí Tuệ Nhân Tạo (AI) -
Nghiên cứu về cách mạng 5G có thể hỗ trợ triển khai các ứng dụng Trí Tuệ Nhân Tạo
(AI) như xe tự hành, chăm sóc sức khỏe thông minh và hệ thống nhà thông minh. -
Đánh giá hiệu suất và khả năng tích hợp giữa mạng 5G và AI để tạo ra các ứng dụng
tiên tiến và thông minh hơn.. lOMoAR cPSD| 58583460
V.4. Mạng 5G và Internet of Things (IoT) -
Đề xuất các kịch bản triển khai mạng 5G cho IoT trong các lĩnh vực như chăm sóc sức
khỏe, quản lý thành phố thông minh và nông nghiệp thông minh, bao gồm cả việc phân
tích cấu trúc mạng và chiến lược triển khai. -
Nghiên cứu về cách mạng 5G có thể cung cấp tính linh hoạt và độ trễ thấp cho các ứng
dụng IoT đòi hỏi sự phản ứng nhanh chóng và đồng bộ.
V.5. Mạng 5G và Y tế thông minh -
Nghiên cứu về cách mạng 5G có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế để cải thiện dịch vụ
chăm sóc sức khỏe, giám sát bệnh nhân từ xa và tăng cường chẩn đoán y tế, bằng cách
cung cấp kết nối đáng tin cậy và bảo mật giữa các thiết bị y tế và hệ thống. -
Đánh giá ưu điểm và thách thức của việc triển khai mạng 5G trong lĩnh vực y tế và đề
xuất các chiến lược triển khai hiệu quả, cũng như xem xét các vấn đề về quy định và
đạo đức trong việc sử dụng công nghệ mạng 5G trong y tế.
Công nghệ 5G hoạt động như thế nào? -
Giờ chúng ta đã biết công nghệ 5G là gì. Tiếp đến ta cần hiểu rõ cách thức hoạt động
của nó vì nó khác với 4G LTE truyền thống. Đầu tiên, hãy nói về phổ tần số 5G. -
Cũng giống như 4G LTE, công nghệ 5G hoạt động trên một loạt các phân bổ phổ tần số
vô tuyến nhưng có khả năng chạy trên một phạm vi rộng hơn so với các mạng hiện tại.
Dạng 5G phổ biến nhất đang được sử dụng được gọi là Sub-6 và mmWave.Sub-6 có
nghĩa là mạng 5G hoạt động ở tần số dưới 6GHz. Tất cả các nhà cung cấp dịch vụ đều
có một số mạng Sub-6, chủ yếu là do 4G LTE hiện đang chạy trên các tần số thấp hơn.
Ví dụ, T-Mobile sở hữu phổ tần băng tần thấp 600MHz và 2.5GHz thuộc sở hữu của
Sprint trước đây đều được sử dụng cho 5G. -
Phổ tần Sub-6 cực kỳ quan trọng trong việc triển khai mạng 5G. Bởi vì các sóng vô
tuyến tần số thấp hơn này có thể truyền đi khoảng cách xa và xuyên qua các bức tường
và chướng ngại vật. Điều đó có nghĩa là các nhà mạng có thể triển khai các mạng lớn
hơn nhiều mà không cần phải xây dựng một số lượng lớn các tháp di động mới. -
mmWave dùng để chỉ các sóng vô tuyến tần số siêu cao từ 30Ghz đến 300Ghz. Nó được
sử dụng để tăng tốc kết nối 5G và cung cấp tốc độ tải xuống nhiều gigabit mỗi giây.
Mặc dù kết nối mmWave có thể mang lại tốc độ tải xuống siêu nhanh, nhưng tín hiệu
tần số cao không thể truyền đi khoảng cách xa và “khó” vượt qua chướng ngại vật. -
Để tạo ra một mạng mmWave mạnh mẽ, các nhà cung cấp dịch vụ cần hàng nghìn
“cổng” mạng nhỏ ở mọi thành phố. Về cơ bản, việc triển khai mạng mmWave thường đi
kèm với việc phải xây dựng các mạng nhỏ xung quanh gần như mọi ngóc ngách của
mọi tòa nhà. Tuy nhiên, mmWave lại có thể xử lý một lượng dữ liệu và số lượng người
dùng đáng kinh ngạc cùng một lúc. Điều đó làm cho lựa chọn mmWave tốt hơn trong
các thành phố đông dân cư, cũng như những nơi như sân vận động và văn phòng. lOMoAR cPSD| 58583460
mmWave cũng đang sử dụng phổ tần hoàn toàn mới không bị các mạng 3G, 4G và
Sub6 5G khác lấn át. Vì vậy không có sự “thiếu hụt” tài nguyên. -
Tất cả các nhà mạng lớn đều đang triển khai mạng mmWave, nhưng cho đến nay những
kết nối siêu nhanh đó chỉ giới hạn ở một số khu vực trung tâm ở các thành phố lớn.
Chúng ta mong đợi rằng mạng mmWave sẽ ngày càng mạnh mẽ hơn nhưng vẫn chưa có
câu trả lời về thời gian cụ thể. Cho đến lúc đó, Sub-6 sẽ cung cấp cho đại đa số mọi
người mạng 5G phù hợp để sử dụng trong phần lớn thời gian. -
Rõ ràng, mạng 5G nhanh hơn mạng 4G, nhưng cụ thể là nhanh hơn bao nhiêu? Các tiêu
chuẩn cho công nghệ viễn thông do 3GPP phát triển hơi phức tạp. Dưới đây là thông tin
tóm tắt chung về tốc độ của mạng 5G:
+ Tốc độ dữ liệu cao nhất:
5G cung cấp tốc độ dữ liệu nhanh hơn đáng kể. Tốc độ dữ liệu cao nhất có thể đạt
20Gbps tải xuống và 10Gbps tải lên trên mỗi trạm di động. Xin lưu ý, đó không phải là
tốc độ bạn sẽ trải nghiệm với 5G (trừ khi bạn có kết nối chuyên dụng). Đó là tốc độ
được chia sẻ bởi tất cả người dùng trên thiết bị di động và thậm chí tốc độ này có thể
còn cao hơn trong tương lai. + Tốc độ 5G thực tế:
Mặc dù tốc độ dữ liệu cao nhất nghe có vẻ khá ấn tượng, nhưng tốc độ thực tế sẽ không
giống nhau. Thông số kỹ thuật 5G cho phép người dùng tải xuống tốc độ 100Mbps và
tốc độ tải lên 50Mbps. + Độ trễ:
Độ trễ (thời gian cần để dữ liệu di chuyển từ điểm này đến điểm khác) ở mức 4 mili
giây trong trường hợp lý tưởng và ở mức 1 mili giây đối với các trường hợp sử dụng
yêu cầu tốc độ tối đa. + Hiệu quả:
Sóng 5G tiết kiệm năng lượng khi sử dụng và chuyển sang chế độ năng lượng thấp khi
không sử dụng. Lý tưởng nhất là sóng có thể chuyển sang trạng thái năng lượng thấp
trong vòng 10 mili giây khi không còn được sử dụng.
5G nhanh như thế nào? - Hiệu quả phổ:
Dự kiến, 5G sẽ có hiệu suất phổ được cải thiện một chút so với LTE, ở 30bits / Hz
downlink và 15 bit / Hz uplink. - Tính di động:
Với 5G, các trạm gốc sẽ hỗ trợ chuyển động từ 0 đến 310 dặm / giờ. Mặc dù điều này
có thể dễ dàng thực hiện trên mạng LTE nhưng tính di động như vậy có thể là một thách
thức trên các mạng mmWave mới. - Mật độ kết nối: lOMoAR cPSD| 58583460
Về mật độ kết nối, 5G có thể hỗ trợ nhiều thiết bị kết nối hơn 4G LTE. Các trạng thái
tiêu chuẩn 5G sẽ có thể hỗ trợ 1 triệu thiết bị được kết nối trên mỗi km vuông. Đó là
một con số khổng lồ!!! -
Trong thế giới thực, tốc độ 5G thực tế sẽ rất khác nhau. Cuối cùng, mạng Sub-6 sẽ có
thể cung cấp tốc độ hàng trăm gigabit mỗi giây. Thế nhưng hiện tại kết nối có thể ở
nhiều nơi chỉ từ 50Mbps đến 400Mbps. -
Tốc độ mmWave trong thế giới thực khó giảm hơn một chút vì “sự hiếm” của nó. Nếu
bạn tình cờ truy cập đường mạng mmWave, bạn có thể đạt được tốc độ lên đến 4Gbps.
Tốc độ đó nhanh hơn nhiều lần so với các mạng 4G LTE nhanh nhất. Nhưng một lần
nữa, các kết nối đó rất thưa thớt và tính khả dụng rộng rãi của chúng còn “khá lâu”. -
Ở nhiều khu vực, Internet 5G chậm hơn hoặc đôi khi chậm hơn 4G LTE. Điều đó
thường là do khả năng cung cấp phổ tần hạn chế vì các nhà cung cấp dịch vụ cố gắng sử
dụng một đoạn sóng vô tuyến để hỗ trợ đồng thời mạng 4G hiện tại và mạng 5G mới.
Những tốc độ 5G đó sẽ được cải thiện khi nhiều thiết bị được chuyển sang 5G và các
nhà mạng bắt đầu thay đổi phân bổ.