Công nghệ NB IOT (Các vấn đề hiện đại của kỹ thuật máy tính)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC
CÁC VẤN ĐỀ HIỆN ĐẠI KỸ THUẬT MÁY TÍNH
Tên tiểu luận:
CƠNG NGHỆ NB-IOT

Họ và tên: Nguyễn Văn Hùng
Lớp: K65k
MSV: 20020671
Khoa: Điện tử Viễn thông


MỤC LỤC
TÓM TẮT ................................................................................................................................................................ 4
I. GIỚI THIỆU ......................................................................................................................................................... 5
A . TÓM TẮT LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NB-IOT VÀ TIÊU CHUẨN HĨA .................................................................. 6
B.TÍNH NĂNG CỦA NB-IOT .................................................................................................................................... 8
1. Tiêu Thụ Năng Lượng Thấp .......................................................................................................................... 8
2. Tầm Phủ Rộng và Độ Trễ Thấp ...................................................................................................................... 9
3. Kết Nối thông qua LTE.................................................................................................................................10
4.Sự hỗ trợ từ các nhà khai thác lớn ..............................................................................................................11
5. Phương thức hoạt động của NB-IoT ...........................................................................................................11
6. Cấu trúc khung............................................................................................................................................11
7. Mạng NB-IoT ...............................................................................................................................................12
8. Thích ứng liên kết bán tĩnh .........................................................................................................................13
9. Truyền lại dữ liệu ........................................................................................................................................13
C. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VÀ CÔNG NGHỆ CHỦ YẾU CỦA NB-IoT............................................................................14
1. Lý thuyết phân tích kết nối .........................................................................................................................14
2. Lý thuyết phân tích độ trễ ..........................................................................................................................14

3. Cơ chế tăng độ phủ ....................................................................................................................................15
4. Công nghệ điện siêu thấp ...........................................................................................................................15
5. Mối quan hệ kết hợp giữa tiến hiệu và dữ liệu ..........................................................................................15
II. SO SÁNH GIỮA NB-IoT VÀ CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG KHÁC ............................................. 16
A. SO SÁNH GIỮA NB-IoT VÀ eMTC CƠNG NGHỆ ...............................................................................................16
1. Phát triển cơng nghệ MTC ..........................................................................................................................16
2. Nguồn gốc và phát triển eMTC ...................................................................................................................17
3. Sự khác biệt giữa NB-IoT và eMTC .............................................................................................................17
III. ỨNG DỤNG THÔNG MINH CỦA NB-IoT ................................................................................................... 21
A. ỨNG DỤNG CỦA NB-IoT .................................................................................................................................21
1. Dịch vụ báo cáo ngoại lệ tự động ...............................................................................................................21
2. Dịch vụ báo cáo định kỳ tự chủ ..................................................................................................................21
3. Dịch vụ lệnh mạng ......................................................................................................................................21
4. Dịch vụ nâng cấp phần mềm: .....................................................................................................................21
B. CÁC ĐƠN VỊ ỨNG DỤNG THÔNG MINH NB-IoT .............................................................................................22
1. Giải pháp đỗ xe thông minh của Huawei và China Unicom........................................................................22
2. Nắp giếng thông minh của Zhongxing Telecom..........................................................................................22
2


3. Ứng dụng quan trắc môi trường của Ericsson và Intel ...............................................................................22
IV. YÊU CẦU BẢO MẬT CỦA NB-IoT............................................................................................................... 23
A. LỚP NHẬN THỨC ............................................................................................................................................23
1. Tấn công Thụ Động .....................................................................................................................................23
2. Tấn Công Tích Cực.......................................................................................................................................24
B. LỚP TRUYỀN THƠNG ......................................................................................................................................24
1. Truy Cập vào Thiết Bị Dung Lượng Cao ......................................................................................................24
2. Môi Trường Mạng Mở ................................................................................................................................24
3. Phát hiện xâm nhập ....................................................................................................................................25
C. LỚP ỨNG DỤNG..............................................................................................................................................25

V. KẾT LUẬN........................................................................................................................................................ 25
CHÚ THÍCH .......................................................................................................................................................... 26
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................................................... 28

3


TĨM TẮT
Trong nghiên cứu này, tơi tập trung vào việc đánh giá nền tảng và các đặc điểm tiên tiến của Internet
Băng thông Hẹp cho Vạn vật (NB-IoT). Bài báo bắt đầu bằng việc giới thiệu tổng quan về NB-IoT, bao
gồm nền tảng chung, lịch sử phát triển và tiêu chuẩn hóa.
Sau đó, tơi sẽ phân tích chi tiết các tính năng của NB-IoT thơng qua việc xem xét các nghiên cứu hiện
tại, tập trung vào lý thuyết cơ bản và công nghệ chủ chốt. Cụ thể, tôi sẽ thảo luận về lý thuyết số kết nối,
phân tích độ trễ, cơ chế tăng cường vùng phủ sóng, cơng nghệ tiêu thụ năng lượng thấp, và mối quan hệ
giữa tín hiệu và dữ liệu.
Tiếp theo, tôi tiến hành so sánh hiệu suất của NB-IoT với một số công nghệ truyền thông di động và
không dây khác. So sánh này bao gồm các khía cạnh như độ trễ, bảo mật, tính khả dụng, tốc độ truyền
dữ liệu, tiêu thụ năng lượng, hiệu suất quang phổ và vùng phủ sóng. Mục tiêu là cung cấp một cái nhìn
tồn diện về ưu điểm và nhược điểm của NB-IoT so với các cơng nghệ khác.
Ngồi ra, tơi sẽ dành thời gian để phân tích ứng dụng NB-IoT trong năm lĩnh vực thông minh khác nhau,
bao gồm thành phố thơng minh, tịa nhà thơng minh, hệ thống giám sát môi trường thông minh, dịch vụ
người dùng thơng minh và đo lường thơng minh. Qua đó, tơi sẽ làm rõ cách mà NB-IoT có thể ứng dụng
và cung cấp giải pháp trong các ngữ cảnh khác nhau.
Cuối cùng, bài báo tóm tắt là những yêu cầu bảo mật cần được ưu tiên giải quyết khi triển khai NB-IoT.
Những thảo luận này nhằm mục đích giúp đọc giả hiểu rõ các hướng nghiên cứu trong tương lai của NBIoT.

4


I. GIỚI THIỆU

Trong suốt 20 năm vừa qua, công nghệ Internet of Things (IoT) đã trải qua sự phát triển đáng kể và đã
tích hợp vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Đặc biệt, mọi thứ đều có thể kết nối thông qua Mạng IoT. Sự tiến
bộ của IoT đã đem lại cải thiện đáng kể về quy mô xử lý dữ liệu lớn [1], sự không đồng nhất [2], và hiệu
suất [3].
Nếu nhìn từ góc độ tốc độ truyền tải, dịch vụ của IoT có thể được phân chia thành hai loại chính: dịch vụ
tốc độ dữ liệu cao (ví dụ: dịch vụ video) và dịch vụ tốc độ dữ liệu thấp [4]. Thống kê năm 2017 từ ATECH
đã chỉ ra rằng hơn 67% tổng số dịch vụ IoT thuộc loại tốc độ dữ liệu thấp, cho thấy sự mong đợi lớn đối
với công nghệ WAN tốc độ dữ liệu thấp.

Gần đây, sự phát triển của IoT đã tạo ra sự trưởng thành và phổ biến rộng rãi của các cơng nghệ truyền
thơng IoT. Nếu nhìn từ góc độ khoảng cách truyền, chúng ta có thể phân loại các cơng nghệ truyền thông
IoT thành hai loại: công nghệ truyền thông ngắn khoảng cách và công nghệ truyền thông WAN [5], [6].
Các công nghệ truyền thông ngắn khoảng cách bao gồm Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth, Z-wave, và nhiều loại
khác, thường được ứng dụng trong nhà thơng minh. Trong khi đó, cơng nghệ truyền thông WAN được
mong đợi để cung cấp dịch vụ tốc độ dữ liệu thấp như bãi đỗ xe thông minh, mà theo thống kê năm 2017
chiếm hơn 67% tổng số dịch vụ IoT. Công nghệ mạng diện rộng tiết kiệm năng lượng (LPWAN) đặc biệt
nổi bật trong số này.

Trong bối cảnh này, sự phát triển đặc biệt rõ ràng của công nghệ truyền thông LPWAN nổi bật. Cấp phép
phổ tần số chia thành hai loại chính: cơng nghệ hoạt động trong phổ tần trái phép và công nghệ hoạt động
trong phạm vi được phép. Các công nghệ như Lora, Sigfox đại diện cho loại không chuẩn và tùy chỉnh,
trong khi GSM, CDMA, WCDMA, LTE, và công nghệ LTE phát triển đại diện cho loại được phép [7],
[8]. Các tiêu chuẩn cho những công nghệ được phát triển bởi các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế như 3GPP
và 3GPP2 [10].
Internet vạn vật băng thông hẹp (NB-IoT) là một công nghệ mạng diện rộng sử dụng năng lượng thấp
(LPWA) có quy mô lớn, đề xuất để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của IoT.
Các ứng dụng điển hình của NB-IoT bao gồm đo lường thông minh và giám sát môi trường [11], [12].
NB-IoT hỗ trợ kết nối lớn, tiêu thụ điện năng cực thấp [13], vùng phủ sóng rộng và kích hoạt hai chiều
giữa mặt phẳng báo hiệu [14] và mặt phẳng dữ liệu [15], [16]. Đồng thời, nó được hỗ trợ bởi một mạng
thơng tin di động [17]. Vì vậy, NB-IoT là một công nghệ đầy triển vọng [18].

5


A . TÓM TẮT LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NB-IOT VÀ TIÊU CHUẨN HĨA

Bảng 1 : Tóm tắt lịch sử phát triển và q trình tiêu chuẩn hóa NB-IoT.

Trải qua một quãng thời gian dài, mạng di động chủ yếu tập trung vào dịch vụ thoại và dịch vụ di động
rộng băng. Từ năm 2005, 3GPP đã bắt đầu nghiên cứu sâu trên mạng di động để hỗ trợ Dịch vụ Truyền
thông kiểu máy (MTC). Nghiên cứu này, nhằm mục đích làm cho MTC trở thành một phần quan trọng
của mạng 5G, đã tiến triển và trở nên khả thi [19]. Bảng 1 [21] thể hiện sự phát triển của MTC trong
mạng 5G.

6


Dựa trên triển khai sớm của MTC, 3GPP (R8-R11) tập trung chủ yếu vào vấn đề của tình trạng quá tải
và tắc nghẽn trên cả mặt phẳng dữ liệu và tín hiệu. Cơng việc này tập trung vào việc số hóa và đánh địa
chỉ, cũng như giải quyết thiếu hụt tài nguyên trong quá trình truy cập đồng bộ của nhiều thiết bị đầu cuối
vào mạng. Sau khi nắm bắt rõ nhu cầu và đặc điểm của dịch vụ MTC [22], vào R12, 3GPP đã công bố
những cải tiến liên quan đến truy cập mạng GSM và thiết kế thiết bị đầu cuối MTC chi phí thấp.
Được quảng bá bởi công nghệ LPWA không thuộc 3GPP (như LoRa và Sigfox), trong chu kỳ phát triển
R13, 3GPP đã đặt ra 5 mục tiêu cho MTC. Những mục tiêu này bao gồm việc tăng cường phạm vi phủ
sóng trong nhà, hỗ trợ các thiết bị đầu cuối dữ liệu nhỏ lớn, giảm độ phức tạp và chi phí của thiết bị đầu
cuối, tăng hiệu quả năng lượng, và hỗ trợ các tính năng độ trễ khác nhau. R13 cũng định nghĩa 3 loại
giao diện khơng khí băng tần hẹp mới, bao gồm EC-GSM-IoT tương thích với GSM, tương thích với
LTE eMTC, và cơng nghệ NB-IoT hồn tồn mới, do Huawei Technologies Co. Ltd độc đáo hướng dẫn.
So với các công nghệ LPWA không thuộc 3GPP, công nghệ 3GPP LPWA (NB-IoT đại diện) thu hút sự
chú ý nhiều hơn từ ngành công nghiệp. Dự kiến chi phí giảm và việc thương mại hóa chip đầu cuối cho

NB-IoT sẽ trở nên thực tế vào năm 2017. Tháng 2 năm 2015, nhóm cơng tác IMT2020 của Trung Quốc
đã giới thiệu các khái niệm liên quan đến NB-IoT, và từ đó, họ đã tiếp t