Tổng quan nghiên cứu

Internet vạn vật (IoT) đang trở thành xu hướng công nghệ trọng điểm toàn cầu với dự báo đến năm 2020 có khoảng 50 tỷ thiết bị kết nối Internet, mở ra kỷ nguyên "Any THING" communication – kết nối mọi vật thể. Tại Việt Nam, việc chuẩn hóa và phân bổ băng tần cho các thiết bị IoT là vấn đề cấp thiết nhằm thúc đẩy phát triển hệ sinh thái IoT đa dạng, hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Luận văn tập trung nghiên cứu đề xuất phương án phân bổ băng tần 915-925 MHz hỗ trợ triển khai mạng kết nối IoT tại Việt Nam trong giai đoạn 2017-2019, dựa trên phân tích hiện trạng sử dụng băng tần, kinh nghiệm quốc tế và đánh giá kỹ thuật can nhiễu.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng phương án phân bổ băng tần 915-925 MHz phù hợp với đặc thù kỹ thuật và quy định quản lý tần số tại Việt Nam, đồng thời đảm bảo khả năng triển khai mạng IoT hiệu quả, giảm thiểu can nhiễu với các hệ thống hiện có. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào băng tần 915-925 MHz, phân tích các công nghệ IoT phổ biến, hiện trạng sử dụng băng tần tại Việt Nam và quốc tế, cùng các ứng dụng IoT trong quản lý năng lượng, nông nghiệp, môi trường và giao thông vận tải. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ các cơ quan quản lý nhà nước hoạch định chính sách tần số, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho các doanh nghiệp viễn thông và công nghiệp IoT phát triển bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về kiến trúc mạng IoT, tiêu chuẩn công nghệ kết nối và quản lý tần số vô tuyến. Hai khung lý thuyết chính bao gồm:

  1. Kiến trúc mạng IoT đa lớp: Bao gồm lớp nhận thức (Perception) với các cảm biến vật lý, lớp thực thể trừu tượng (Abstraction) xử lý dữ liệu, lớp quản lý dịch vụ (Middleware) cung cấp dịch vụ cho ứng dụng, lớp ứng dụng phục vụ các lĩnh vực cụ thể và lớp nghiệp vụ quản lý tổng thể hệ thống. Mô hình này giúp phân tích cấu trúc và chức năng của mạng IoT, từ đó đánh giá yêu cầu kỹ thuật và khả năng tích hợp băng tần.

  2. Tiêu chuẩn công nghệ IoT trong băng tần di động và LPWAN: Nghiên cứu các tiêu chuẩn 3GPP như EC-GSM, LTE-M, NB-IoT với các đặc tính kỹ thuật về vùng phủ, công suất, tốc độ dữ liệu và tiết kiệm năng lượng. Đồng thời, phân tích các công nghệ LPWAN miễn cấp phép như ZigBee, Z-Wave, LoRa, SigFox với các đặc điểm về băng tần, công suất phát và mô hình mạng.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng được sử dụng gồm: ERP (Effective Radiated Power), DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), FSK (Frequency Shift Keying), OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), và các thuật ngữ về quản lý tần số như phân kênh, can nhiễu, miễn giấy phép.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết, khảo sát hiện trạng và mô phỏng kỹ thuật:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các văn bản pháp luật, quy hoạch tần số của Bộ Thông tin và Truyền thông Việt Nam, báo cáo kỹ thuật quốc tế của ITU, 3GPP, APT, cùng số liệu thực tế từ các dự án triển khai IoT tại Việt Nam như hệ thống đo chỉ số công tơ điện từ xa và dịch vụ thu phí tự động đường bộ.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích kỹ thuật can nhiễu giữa các hệ thống sử dụng băng tần 915-925 MHz, đánh giá vùng phủ sóng, công suất phát, và khả năng tương thích giữa các công nghệ IoT. Sử dụng mô hình đo đạc thực tế và mô phỏng để đánh giá ảnh hưởng của thiết bị RFID đến hệ thống IoT SigFox.

  • Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu tập trung vào các thiết bị và hệ thống IoT đang hoạt động tại các thành phố lớn và các tỉnh trên toàn quốc, với dữ liệu thu thập trong giai đoạn 2017-2019. Phân tích so sánh kinh nghiệm quốc tế từ các nước trong khu vực châu Á-Thái Bình Dương và châu Âu.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khách quan, khoa học và khả năng áp dụng thực tiễn cao cho việc đề xuất phương án phân bổ băng tần.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng sử dụng băng tần 915-925 MHz tại Việt Nam: Băng tần này được sử dụng chủ yếu cho thiết bị RFID miễn giấy phép với công suất phát tối đa 500 mW ERP, phục vụ các ứng dụng như thu phí tự động đường bộ và các thiết bị IoT trong nhà thông minh. Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã triển khai 10 triệu bộ công tơ điện tử từ xa sử dụng công nghệ vô tuyến trên các băng tần khác nhau, trong đó có băng tần 408.925 MHz. Số liệu cho thấy phạm vi phủ sóng và công suất phát phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo thu thập dữ liệu hiệu quả.

  2. Kinh nghiệm quốc tế về quản lý tần số IoT: Các quốc gia như Trung Quốc, Singapore, Thái Lan đều áp dụng chính sách trung lập công nghệ, cho phép sử dụng cả băng tần cấp phép và miễn cấp phép cho IoT. Ví dụ, Singapore dự kiến doanh thu IoT đạt 714 triệu đô la Singapore vào năm 2025, với sự phát triển mạnh mẽ của NB-IoT. Các nước châu Âu quy định băng tần 915-921 MHz cho thiết bị cự ly ngắn công suất cao, áp dụng các điều kiện kỹ thuật nghiêm ngặt để hạn chế can nhiễu.

  3. Đánh giá kỹ thuật can nhiễu và vùng phủ: Mô hình đo đạc thực tế cho thấy thiết bị RFID hoạt động trong băng tần 915-925 MHz có thể gây nhiễu cho hệ thống IoT SigFox nếu không được phân bổ tần số hợp lý. Các phương án phân bổ băng tần được đề xuất nhằm giảm thiểu ảnh hưởng này, đảm bảo vùng phục vụ và độ tin cậy của mạng IoT.

  4. So sánh các công nghệ IoT trong băng tần 900 MHz: LTE-M, NB-IoT và EC-GSM-IoT đều có ưu điểm về vùng phủ và tiết kiệm năng lượng, phù hợp với các ứng dụng Massive IoT. Trong khi đó, các công nghệ LPWAN miễn cấp phép như LoRa và SigFox có lợi thế về chi phí và triển khai nhanh, nhưng cần kiểm soát chặt chẽ về công suất và phân kênh để tránh can nhiễu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các hiện tượng can nhiễu chủ yếu do sự chồng lấn tần số và công suất phát không đồng nhất giữa các thiết bị RFID và mạng IoT SigFox. Việc phân bổ băng tần hợp lý, kết hợp với các kỹ thuật điều chế và quản lý tần số như LBT (Listen Before Talk) sẽ giúp giảm thiểu can nhiễu, nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần.

So với các nghiên cứu quốc tế, Việt Nam đang trong giai đoạn hoàn thiện chính sách quản lý tần số cho IoT, học hỏi kinh nghiệm từ các nước phát triển để xây dựng quy hoạch phù hợp với điều kiện thực tế. Việc áp dụng các tiêu chuẩn công nghệ 3GPP và LPWAN miễn cấp phép sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển hệ sinh thái IoT đa dạng, đáp ứng nhu cầu quản lý năng lượng, nông nghiệp, môi trường và giao thông.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh vùng phủ sóng, công suất phát và tỷ lệ can nhiễu giữa các phương án phân bổ băng tần, cũng như bảng tổng hợp các tiêu chuẩn kỹ thuật của các công nghệ IoT phổ biến.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Phân bổ băng tần 915-925 MHz theo phương án phân vùng tần số: Đề xuất chia băng tần thành các phân đoạn riêng biệt cho thiết bị RFID và mạng IoT SigFox, giảm thiểu chồng lấn tần số, đảm bảo vùng phủ và độ tin cậy. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, do Bộ Thông tin và Truyền thông chủ trì phối hợp với các doanh nghiệp viễn thông.

  2. Áp dụng kỹ thuật quản lý tần số tiên tiến: Khuyến nghị sử dụng kỹ thuật LBT, điều chế trải phổ DSSS và quản lý công suất phát để hạn chế can nhiễu giữa các thiết bị. Chủ thể thực hiện là các nhà sản xuất thiết bị và nhà mạng IoT, với lộ trình áp dụng trong 1 năm.

  3. Xây dựng khung pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật cho thiết bị IoT: Cần ban hành các quy định cụ thể về giới hạn công suất, điều kiện hoạt động và phân kênh tần số cho thiết bị IoT trong băng tần 915-925 MHz, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế. Bộ Thông tin và Truyền thông phối hợp với các cơ quan liên quan thực hiện trong 1-3 năm.

  4. Thúc đẩy nghiên cứu và phát triển công nghệ IoT phù hợp với điều kiện Việt Nam: Hỗ trợ các dự án nghiên cứu ứng dụng công nghệ LTE-M, NB-IoT và LPWAN miễn cấp phép, tập trung vào các lĩnh vực quản lý năng lượng, nông nghiệp và giao thông. Các viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp công nghệ thực hiện liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tần số vô tuyến điện: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và kinh nghiệm quốc tế để xây dựng chính sách phân bổ tần số, quy chuẩn kỹ thuật và quản lý thiết bị IoT hiệu quả.

  2. Doanh nghiệp viễn thông và nhà cung cấp dịch vụ IoT: Tham khảo để lựa chọn công nghệ phù hợp, tối ưu hóa sử dụng băng tần 915-925 MHz, giảm thiểu can nhiễu và nâng cao chất lượng dịch vụ.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành kỹ thuật viễn thông: Cung cấp kiến thức tổng quan về công nghệ IoT, tiêu chuẩn kỹ thuật, mô hình mạng và các phương pháp phân tích kỹ thuật can nhiễu.

  4. Các tổ chức phát triển ứng dụng IoT trong quản lý năng lượng, nông nghiệp, môi trường và giao thông: Hỗ trợ hiểu rõ về yêu cầu kỹ thuật, khả năng triển khai và các giải pháp công nghệ phù hợp với băng tần 915-925 MHz.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao băng tần 915-925 MHz được chọn để triển khai IoT tại Việt Nam?
    Băng tần này có đặc điểm công suất phát thấp, vùng phủ rộng và được miễn giấy phép sử dụng cho thiết bị RFID, phù hợp với các ứng dụng IoT cự ly ngắn và trung bình. Ngoài ra, băng tần này ít bị tắc nghẽn so với các băng tần cao hơn, giúp giảm can nhiễu.

  2. Các công nghệ IoT nào phù hợp với băng tần 915-925 MHz?
    Các công nghệ như NB-IoT, LTE-M, EC-GSM-IoT trong băng tần cấp phép và các công nghệ LPWAN miễn cấp phép như LoRa, SigFox, ZigBee đều có thể hoạt động hiệu quả trong băng tần này, tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng và quy định quản lý.

  3. Làm thế nào để giảm thiểu can nhiễu giữa thiết bị RFID và mạng IoT SigFox?
    Có thể áp dụng phân bổ tần số hợp lý, kỹ thuật điều chế trải phổ, quản lý công suất phát và sử dụng kỹ thuật LBT để tránh phát sóng đồng thời trên cùng kênh, từ đó giảm thiểu can nhiễu.

  4. Việt Nam đã triển khai ứng dụng IoT nào sử dụng băng tần 915-925 MHz?
    Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã triển khai hệ thống đo chỉ số công tơ điện tử từ xa, và các trạm thu phí tự động đường bộ sử dụng thiết bị RFID hoạt động trong băng tần này, với quy mô hàng triệu thiết bị trên toàn quốc.

  5. Kinh nghiệm quốc tế nào có thể áp dụng cho Việt Nam trong quản lý tần số IoT?
    Các nước như Singapore, Trung Quốc và các quốc gia châu Âu áp dụng chính sách trung lập công nghệ, cho phép sử dụng linh hoạt băng tần cấp phép và miễn cấp phép, đồng thời xây dựng quy chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt để đảm bảo hiệu quả và hạn chế can nhiễu.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích tổng quan công nghệ IoT, hiện trạng sử dụng băng tần 915-925 MHz tại Việt Nam và kinh nghiệm quốc tế về quản lý tần số cho thiết bị IoT.
  • Đã đánh giá kỹ thuật can nhiễu giữa các hệ thống RFID và mạng IoT SigFox, từ đó đề xuất phương án phân bổ băng tần hợp lý, đảm bảo hiệu quả triển khai mạng IoT.
  • Đề xuất áp dụng các kỹ thuật quản lý tần số tiên tiến và xây dựng khung pháp lý phù hợp để phát triển hệ sinh thái IoT tại Việt Nam.
  • Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, hỗ trợ các cơ quan quản lý và doanh nghiệp trong việc hoạch định chính sách và triển khai công nghệ IoT.
  • Các bước tiếp theo bao gồm hoàn thiện quy chuẩn kỹ thuật, thử nghiệm thực tế các phương án phân bổ và thúc đẩy nghiên cứu ứng dụng IoT trong các lĩnh vực ưu tiên.

Hành động ngay: Các cơ quan quản lý và doanh nghiệp cần phối hợp triển khai các đề xuất nhằm tận dụng hiệu quả băng tần 915-925 MHz, thúc đẩy phát triển mạng IoT bền vững tại Việt Nam.