CHƯƠNG 1 - NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN VÀ AN NINH TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Nghiên cứu, nắm bắt và phát triển hệ thống thông tin di động 4G-LTE là một yêu cầu vô cùng cấp thiết hiện nay, phù hợp với xu thế phát triển của Việt Nam nói riêng và của ngành viễn thông trên thế giới nói chung. Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét về sự phát triển của ma ̣ng thông tin di đô ̣ng, phát triể n từ thế hê ̣ thứ 2 (2G), tới (3G) và tiến lên 4G/LTE. Đồng thời, tìm hiểu các vấn đề an ninh trong mạng thông tin di động, cùng các thông tin các chuẩn hóa liên quan đến vấn đề an ninh mạng thông tin di động 4G LTE.1 Tổng quan về sự phát triển của mạng thông tin di động Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G được cho trên hình 1.1 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G 5 Hệ thống thông tin di động 1G Những hệ thống thông tin di động 1G sử dụng FDM ở mạng truy nhập và TDM ở mạng lõi. Khi có cuộc gọi, người dùng sẽ được cấp phát một kênh dành riêng gồm hai tần số khác nhau cho đường lên và đường xuống.
Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số này chủ yếu được thiết kế cho truyền thoại, còn tương đối đơn giản và còn nhiều hạn chế như dung lượng và tốc độ thấp, an ninh kém và chất lượng cuộc gọi chưa cao. Điển hình có thể kể đến hệ thống AMPS sử dụng tại Bắc Mỹ, TACS tại Anh hay C-450 tại Đức. Hệ thống thông tin di động 2G Thế hệ hai 2G của mạng di động được triển khai vào những năm 1990, sử dụng điều chế số GPSK, đa truy nhập TDMA, CDMA và FDMA. Công nghệ vô tuyến 2G sử dụng phổ vô tuyến hiệu quả hơn 1G, có thể điều khiển được công suất phát, có khả năng roaming quốc tế và có chất lượng dịch vụ tốt hơn.
Hệ thống 2G thông dụng nhất được biết đến là GSM, IS-95, PDC, IS-136 và CDMA. Trong đó, GSM được phổ biến rộng rãi hơn cả. GSM Sử dụng công nghệ TDMA kết hợp với FDMA trên ba băng tần 900MHz, 1800MHz, 1900 MHz và có thể cung cấp dịch vụ thoại với tốc độ 13kbps và tốc độ dữ liệu tối đa là 9. Sự bùng nổ của mạng Internet đã có những ảnh hưởng to lớn đến nhu cầu đối với các dịch vụ vô tuyến băng rộng: dịch vụ internet, dịch vụ viễn thông.
Vì thế, GSM đã phát triển công nghệ 2.75G dựa trên chuyển mạch gói giúp tăng tốc độ truyền số liệu. GPRS là công nghệ 2.5G được thiết kế để làm việc song song với 2G GSM, hỗ trợ tốc độ 172 Kbps, cho phép cung cấp dịch vụ internet. EDGE là công nghệ 2.75G hỗ trợ tốc độ bit tối đa lên tới 384kbps trên nền GSM. Người sử dụng sẽ trả tiền dựa trên dung lượng dữ liệu tải xuống/lên thay vì trả tiền dựa trên thời gian chiếm kênh như đối với các dịch vụ chuyển mạch kênh trong mạng 2G.
Hệ thống thông tin di động 3G Công nghệ vô tuyến 3G là sự hội tụ của nhiều hệ thống viễn thông, hỗ trợ dịch vụ gói tốc độ cao: 144 Kbps với các phương tiện di chuyển, 384 Kbps với các phương tiện di chuyển chậm và 2 Mbps với môi trường văn phòng. 3G cung cấp các dịch vụ 6 đa phương tiện như truyền hình hội nghị, duyệt web hay định vị vệ tinh… Có 2 hướng phát triển 3G là WCDMA, CDMA2000. CDMA2000 tương thích với CDMA thế hệ hai IS-95 phần lớn đã được sử dụng ở Mỹ. WCDMA tương thích với mạng 2G GSM phổ biến ở châu Âu và châu Á.
Ngoài ra, thiết kế của 3G cho phép đảm bảo QoS và tương thích cao giữa các chuẩn công nghệ khác nhau. Các công nghệ 3G cho phép các nhà khai thác mạng cung cấp các dịch vụ truyền thông đa phương tiện tiên tiến với các phương thức tính cước đa dạng. Hệ thống thông tin di động 4G Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư sử dụng nhiều công nghệ mới cho phép truy nhập di động băng thông siêu rộng trên nền IP từ đầu cuối với khả năng tùy chỉnh dịch vụ cao. Được chuẩn hóa bởi ITU với tên gọi IMT-Advanced, 4G đáp ứng các yêu cầu được đề ra trong ITU-R M.2134 như tốc độ lên đến 100Mbps trong điều kiện di chuyển tốc độ cao và 1 Gbps khi di chuyển tốc độ thấp; khả năng triển khai quy mô rộng và hỗ trợ nhiều ứng dụng, dịch vụ đa dạng chất lượng cao với chi phí phải chăng; khả năng tương thích cao giữa các dịch vụ di động và cố định; thiết bị và ứng dụng thân thiện với người dùng.
Hệ thống LTE được mong đợi sẽ cạnh tranh được trong rất nhiều năm tới nên các yêu cầu và mục đích thiết lập trước khá nghiêm ngặt. Bảng dưới mô tả tóm tắt sự phát triển của mạng thông tin di động tính tới thời điểm này.1 Tổng kết các thế hệ thông tin di động Thế hệ thông tin Hệ thống Dịch vụ chung Chú thích di động AMPS, TACS, 1G Thoại FDMA, tương tự NMT Chủ yếu cho thoại GSM, IS-136, TDMA, CDMA, công nghệ số 2G kết hợp với dịch IS-95 băng hẹp (8-13 kbps) vụ bản tin ngắn 7 TDMA (kết hợp nhiều khe thời Chủ yếu vẫn là gian hoặc tần số) hoặc CDMA, GPRS, EDGE, thoại, dịch vụ số sử dụng phổ chồng lên phổ tần 2.5 G cdma 2000 1x liệu gói tốc độ của 2G, tăng cường truyền số thấp và trung bình liệu gói. Tốc độ tối đa đạt 144 kbps CDMA, CDMA/TDMA, băng cdma2000 1x Truyền dẫn thoại rộng, riêng cdma2000 1x EV sử EV DO/DV, 3G và dịch vụ số liệu dụng pgoor chồng lên phổ của cdma2000, đa phương tiện 2G. Tốc độ tối đa đường xuống WCDMA 2Mbps, đường lên 384 kbps Phát triển từ 3G, CDMA/HS- DSCH.
Tích hợp thoại, HSDPA, HSPDA cho tốc độ tối đa đường dịch vụ và đa 3.4 Mbps, HSUPA phương tiện tốc HSOPA đường lên 5.7 Mbps, HSOPA độ cao cho tốc độ downlink/uplink tối đa là 200 Mbps/ 100 Mbps. OFMA, MC/DC-CDMA, tốc độ Truyền dẫn thoại, tối đa ở môi trường trong nhà là 4G 4G số liệu, đa phương 5Gbps, 100 Mbps mô trường tiện tốc độ cực cao ngoài trời, trên đối tượng chuyển động nhanh (250 km/h) 1.2 Tình hình triển khai 4G LTE tại Việt Nam và trên thế giới 1.1 Tình hình triển khai 4G-LTE trên thế giới: Công nghệ thông tin di động thế hệ thứ tư 4G là công nghệ hứa hẹn đầy tiềm năng, đặc trưng bởi tốc độ truyền dữ liệu cao và chất lượng truyền âm thanh tốt. Sự khác biệt chính giữa các mạng 4G và 3G là công nghệ 4G dựa hoàn toàn vào các giao thức gói dữ liệu, trong khi 3G kết hợp truyền âm và gói. Để truyền tiếng nói trong công nghệ 4G sử dụng dịch vụ cung cấp VoIP, cho phép thực hiện cuộc gọi thoại bằng cách truyền theo gói dữ liệu.
Công nghệ 4G sẽ cho phép các thuê bao xem các kênh truyền hình độ phân giải cao, điều khiển thiết bị gia dụng thông qua thiết bị di động, tiến hành các cuộc gọi điện thoại đường dài giá rẻ. 8 Hiện nay, nhiều nước công nghệ tiên tiến trên thế giới đã sử dụng công nghệ 3G và 3,5G. Tuy nhiên, nhiều nước khác đang tìm cách đi trực tiếp lên mạng 4G, bỏ qua 3G, như các mạng ở Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và Nicaragua. Ngày 14/12/2009, công ty viễn thông Thụy Điển TeliaSonera đã công bố khởi động mạng 4G thương mại đầu tiên trên thế giới dùng chuẩn LTE tại Stockholm và Oslo.
Năm 2010, TeliaSonera mở rộng mạng 4G đến 25 thành phố và các khu vực vui chơi giải trí ở Thụy Điển và 4 thành phố ở Na Uy. Đến cuối năm 2010, TeliaSonera cũng giới thiệu mạng lưới thương mại 4G cho các khách hàng ở Phần Lan, Đan Mạch, Estonia, và Liva. Tháng 5/2011, các nhà nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu Điện tử và Viễn thông Hàn Quốc tuyên bố nước này đã tạo ra mạng lưới 4G nhanh và mạnh nhất thế giới dựa trên công nghệ LTE Advanced (nhanh gấp 40 lần so với mạng 3G đang được sử dụng). Theo số liệu thống kê của Hiệp hội các nhà cung cấp dịch vụ di động toàn cầu (GSA), tính đến ngày 1/6/2016, thị trường viễn thông thế giới đã có 503 mạng 4G thương mại tại 167 quốc gia.
Con số này sẽ còn tăng nhanh trong thời gian tới bởi hiện có hàng loạt các nhà mạng khác cũng đang thử nghiệm công nghệ này. Điều đó cho thấy 4G đã trở thành xu thế chung trên toàn thế giới. Theo GSA, hiện tại, VoLTE đã được tổng cộng 126 nhà mạng đầu tư triển khai, thử nghiệm, nghiên cứu tại 60 quốc gia. Dự báo, số mạng VoLTE thương mại sẽ chạm mốc 100 mạng vào cuối năm 2016, tăng tiếp vào những năm tiếp theo.2 Tình hình nghiên cứu và thử nghiệm 4G-LTE tại Việt Nam Việt Nam là một trong những quốc gia đã đưa vào khai thác hệ thống thông tin di động 2G từ rất sớm, đã phủ sóng và cung cấp dịch vụ cho khắp các tỉnh thành trong cả nước.
Trong những năm gần đây, nước ta cũng đã đưa công nghệ 3G vào triển khai. Tuy nhiên, theo đánh giá, hiện nguồn thu từ 3G của các nhà mạng mới chỉ chiếm khoảng từ 2-3%, còn lại từ các dịch vụ truyền thống là gọi và tin nhắn. Thực tế cho thấy, đã hơn hai năm “ra đời” nhưng các dịch vụ trên nền tảng công nghệ 3G vẫn còn xa xỉ và chưa thực sự trở thành xu hướng tiêu dùng. Nhiều dịch vụ như 9 Mobile TV, Mobile Camera, Video Call vẫn còn kém thông dụng, chỉ có dịch vụ truy cập Internet từ điện thoại di động và qua máy tính từ 3G có ưu thế hơn trong nhu cầu sử dụng và xu hướng tiêu dùng, nhưng số người dùng và tần suất sử dụng vẫn còn hạn chế, do giá cước đắt và tốc độ đường truyền còn chậm, không ổn định.
Các doanh nghiệp lớn trong nước đều đã có những thử nghiệm, nghiên cứu ở mức độ, đường đi khác nhau. VNPT, Viettel đã thử nghiệm 4G theo hướng WiMAX nhưng sau đó đã không tiếp tục đi theo hướng này và chuyển theo hướng LTE. Cho tới nay, 4 nhà mạng đã đươc cấp phép 4G, bao gồm VNPT, Viettel, Mobiphone và Gtel trên băng tần 1800 MHz.