CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G Trong chương này, trên cơ sở tình hình triển khai mạng 5G cũng như xu hướng triển khai 5G tại Việt Nam, và trên thế giới học viên sẽ tìm hiếu sơ bộ, tổng quan mạng 5G, các kiến trúc của mạng và ứng dụng của 5G từ đó đưa ra cái nhìn khái quát về 5G và các ứng dụng nổi bật khi triển khai dành cho đời sống nói chung và ứng dụng có hiệu quả khai thác tiềm năng của 5G trong nông nghiệp.1 Tổng quan về mạng 5G Trong viễn thông, 5G là tiêu chuẩn công nghệ thế hệ thứ năm cho mạng di động băng thông rộng, được các công ty điện thoại di động bắt đầu triển khai trên toàn thế giới vào năm 2019 và là sự kế thừa dự kiến của mạng 4G cung cấp kết nối với hầu hết các điện thoại di động hiện nay. Theo Hiệp hội GSM, mạng 5G được dự đoán sẽ có hơn 1,7 tỷ thuê bao trên toàn thế giới vào năm 2025. Giống như các thế hệ mạng trước đó, mạng 5G là mạng di động, trong đó khu vực dịch vụ được chia thành các khu vực địa lý nhỏ gọi là ô (cell). Tất cả các thiết bị không dây 5G trong một ô được kết nối với Internet và mạng điện thoại bằng sóng vô tuyến thông qua một ăng-ten cục bộ trong ô.
Ưu điểm chính của các mạng mới là chúng sẽ có băng thông lớn hơn, cho tốc độ tải xuống cao hơn, lên đến 10 Gbps. Do băng thông tăng lên, dự kiến các mạng sẽ ngày càng được sử dụng làm nhà cung cấp dịch vụ internet nói chung cho máy tính xách tay và máy tính để bàn và cũng sẽ tạo ra các ứng dụng mới trong internet vạn vật (IoT) và các khu vực giữa máy và máy. Điện thoại di động 4G không thể sử dụng các mạng mới, vốn yêu cầu các thiết bị không dây hỗ trợ 5G. Tốc độ tăng lên đạt được một phần bằng cách sử dụng thêm các sóng vô tuyến tần số cao hơn ngoài các tần số băng tần thấp và trung bình được sử dụng trong các mạng di động trước đây.
Tuy nhiên, sóng vô tuyến tần số cao hơn có phạm vi vật lý hữu ích ngắn hơn, đòi hỏi các ô địa lý nhỏ hơn. Đối với dịch vụ rộng rãi, mạng 5G hoạt động trên tối đa ba băng tần - thấp, trung bình và cao. Mạng 5G sẽ bao gồm các mạng bao gồm tối đa ba loại ô khác nhau, mỗi loại yêu cầu thiết kế ăng-ten cụ thể cũng như cung cấp sự cân bằng khác nhau giữa tốc độ tải xuống với khoảng cách và 2 khu vực dịch vụ. Điện thoại di động 5G và thiết bị không dây kết nối với mạng thông qua ăng-ten tốc độ cao nhất trong phạm vi tại vị trí của chúng.
5G có thể được triển khai ở băng tần thấp, băng trung tần hoặc băng tần cao từ 24 GHz lên đến 54 GHz. 5G băng tần thấp sử dụng dải tần số tương tự như điện thoại di động 4G, 600-900 MHz, cho tốc độ tải xuống cao hơn một chút so với 4G: 30-250 Mbps. Trạm di động băng tần thấp có phạm vi và vùng phủ sóng tương tự như trạm 4G. 5G băng tần trung bình sử dụng vi sóng 2,3-4,7 GHz, cho phép tốc độ 100-900 Mbps, với mỗi trạm di động cung cấp dịch vụ trong bán kính lên đến vài km.
Mức độ dịch vụ này được triển khai rộng rãi nhất và đã được triển khai ở nhiều khu vực đô thị vào năm 2020. 5G băng tần cao sử dụng tần số 24-47 GHz, gần cuối dải sóng milimet, mặc dù tần số cao hơn có thể được sử dụng trong tương lai. Nó thường đạt được tốc độ tải xuống trong phạm vi Gbps, có thể so sánh với internet cáp. Tuy nhiên, sóng milimet (mmWave hoặc mmW) có phạm vi hạn chế hơn, cần nhiều ô nhỏ.
Chúng có thể bị cản trở hoặc bị chặn bởi các vật liệu như tường hay cửa sổ. Do chi phí cao hơn, các kế hoạch chỉ triển khai các ô này trong môi trường đô thị dày đặc và các khu vực tập trung đông người như sân vận động thể thao và trung tâm hội nghị. Các tốc độ trên là những tốc độ đạt được trong các thử nghiệm thực tế vào năm 2020 và tốc độ dự kiến sẽ tăng lên trong quá trình triển khai. Dải phổ từ 24,25-29,5 GHz là dải phổ 5G mmWave được cấp phép và triển khai nhiều nhất trên thế giới.2 Kiến trúc và công nghệ trong mạng 5G.
Kiến trúc mạng 5G Mạng di động cung cấp kết nối không dây với các thiết bị đang di chuyển. Những thiết bị này, được gọi là Thiết bị Người dùng (UE), theo truyền thống tương ứng với điện thoại thông minh và máy tính bảng, nhưng sẽ ngày càng bao gồm ô tô, máy bay không người lái, máy công nghiệp và nông nghiệp, robot, thiết bị gia dụng, thiết bị y tế, v. 23 Nhiều thiết bị bay không người lái có thể được triển khai để thực hiện nhiều nhiệm vụ trên một vài mẫu đất, điều này có thể dự kiến sẽ làm tăng lưu lượng truy cập bằng phương pháp bay không người lái. Thông thường, máy bay không người lái nông nghiệp được sử dụng cho các hoạt động ở độ cao thấp (dưới 120 m) và chúng sử dụng kết nối vô tuyến cụ thể hoặc Wi-Fi; do đó, có một phạm vi rất hạn chế từ 3- 7 km với một ăng ten phát lớn.
Mạng di động 5G phù hợp để tích hợp với quản lý lưu lượng bằng máy bay không người lái để tạo điều kiện liên lạc bằng máy bay không người lái ở độ cao thấp nhằm tăng cường bảo mật và an toàn cho các hoạt động của máy bay không người lái. Phạm vi phủ sóng băng thông rộng di động phổ biến sẽ đạt được với mạng 5G trên bầu trời cũng như mặt đất. Với công nghệ 5G, nông dân có thể điều khiển máy bay không người lái trên một khoảng cách lớn bằng tay hoặc thông qua các trạm kiểm soát được lập trình và về mặt kỹ thuật, máy bay không người lái có thể được điều khiển từ mọi nơi trên thế giới. Mạng di động 5G cho phép nông dân nhận dữ liệu thời gian thực; chẳng hạn như các luồng video độ nét cao, cùng với dữ liệu giác quan thiết yếu khác và phép đo từ xa từ máy bay không người lái nhanh hơn và liền mạch so với các mạng di động thế hệ trước.
Máy bay không người lái không cần phải mang một lượng lớn sức mạnh xử lý và tất cả dữ liệu có thể được gửi lên đám mây để xử lý với tốc độ nhanh hơn với công nghệ 5G. Nhiều máy bay không người lái có thể kết hợp với nhau để cung cấp ánh sáng tự hành đồng bộ trên một khu vực địa lý và thực hiện nhiều tác vụ với mức tiêu thụ năng lượng và tổn thất truyền dữ liệu tối thiểu, do đó cho phép kéo dài thời gian cảm biến trên không với hoạt động hiệu quả về chi phí. Mạng di động 5G sẽ tích hợp với các hệ thống quản lý lưu lượng bằng máy bay không người lái để tăng cường an toàn cho các hoạt động bằng máy bay không người lái và cung cấp kết nối an toàn và chất lượng cao để làm cho hoạt động bằng máy bay không người lái tiết kiệm chi phí. Vì lượng lớn dữ liệu có liên quan, nên cần có kết nối dữ liệu với băng thông lớn và nhanh chóng, như được cung cấp bởi vùng phủ sóng mạng 5G ổn định.
Giám sát thời gian thực Hệ thống giám sát nông nghiệp thông minh. Dựa trên công nghệ Internet vạn vật trong nông nghiệp, khả năng truy cập từ xa và thời gian thực vào thông tin môi trường cơ sở và thông tin video, và thông qua phân tích, điều khiển từ xa hoặc tự động của quạt rèm ướt, tưới nhỏ giọt, sưởi ấm và chiếu sáng và các thiết bị khác, cho năng suất cao, chất lượng và điều kiện sinh thái. nồng độ điôxít, cường độ ánh sáng và hình ảnh video, thông qua phân tích mô hình, có thể tự động điều khiển quạt rèm ướt nhà kính, phun tưới nhỏ giọt, che nắng bên trong và bên ngoài, cửa sổ phía trên cửa sổ, hệ thống sưởi và ánh sáng và các thiết bị khác; Đồng thời, hệ thống cũng có thể đẩy thông tin giám sát thời gian thực và thông tin cảnh báo đến người quản lý thông qua điện thoại di động, PDA, máy tính và các thiết bị đầu cuối thông tin khác, nhằm đạt được thông tin nhà kính, quản lý từ xa thông minh. Hệ thống nông nghiệp thông minh Quản lý truy suất Giám sát môi Giám sát môi nguồn gốc sản phẩm trường nhà kính trường kho lạnh Chuẩn đoán bệnh từ Giám sát video Phân tích dữ liệu xa thông minh Hình 2.3: Nền tảng hệ thống giám sát nông nghiệp thông minh.
Cảm biến không dây được kết nối với internet có thể liên tục theo dõi các điều kiện môi trường như độ ẩm, nhiệt độ, độ sáng và độ ẩm của đất. Dựa trên bất kỳ sự thay đổi nào trong các điều kiện này, một hành động khắc phục tự động có thể được thực hiện để duy trì các điều kiện bình thường cho sự phát triển của cây trồng. Dữ liệu nông nghiệp nhận được từ các cảm biến tương ứng sẽ ở các định dạng khác nhau dựa trên độ phân giải độ chính xác cần thiết và sẽ yêu cầu các giao diện thích hợp để tương thích. Các giao diện chương trình ứng dụng nguồn (API), chẳng hạn như Open 25 Ag Data Alliance (API OADA, 2018), được sử dụng để sử dụng các nền tảng lưu trữ chung cho các giao dịch dữ liệu.
Nhiều kho dữ liệu với các định dạng tệp khác nhau có sẵn từ các nguồn mở để có thể tương tác. Minh họa về các cảm biến IoT này để giám sát thời gian thực được hiển thị trong Hình .4: Minh họa máy bay không người lái, cảm biến giám sát thời gian thực và thực tế tăng cường tại nơi làm việc. Truyền thông kiểu máy tiến hóa dài hạn (LTE-M) và IoT băng hẹp (NB-IoT) đang mở đường cho tương lai tích hợp 5G và sẽ định hình nông nghiệp thông minh trong những năm tới. Với mạng di động 5G, một số lượng lớn các cảm biến (1 triệu thiết bị trên km vuông) có thể được kết nối với một trạm di động duy nhất, điều này cuối cùng sẽ cho phép nông dân cài đặt nhiều cảm biến IoT hơn để thực hiện tất cả các tác vụ hiệu quả hơn.
Càng nhiều cảm biến IoT được sử dụng để theo dõi các điểm dữ liệu, khả năng dự đoán và biết trước các thay đổi khác nhau trong trang trại càng cao và đưa ra quyết định nhanh hơn và tốt hơn.