Bàn về vai trò của 4G trong việc xây dựng IoT

766

Internet of Things (IoT) và công nghệ thông tin di động 4G là những từ khóa “hot” nhất trong cộng đồng CNTT và viễn thông tại Việt Nam. Trong bối cảnh mối quan hệ giữa ngành CNTT và viễn thông ngày càng trở nên chặt chẽ hơn bao giờ hết, bài viết dưới đây sẽ thảo luận về các yếu tố khiến thông tin di động 4G có khả năng thúc đẩy sự triển khai IoT và cách thức IoT tác động đến sự phát triển của công nghệ thông tin di động.

Tóm lược lịch sử phát triển CNTT di động- 2G/3G/4G là gì?

Kể từ thế hệ đầu tiên vào những năm 80, CNTT di động đã không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng. Quá trình phát triển này được đóng góp và thực hiện bởi một số tổ chức công nghiệp và chuẩn hóa khác nhau như 3GPP, 3GPP2, Wimax Forum… Trong số đó, 3GPP (3rd Generation Partnership) nổi lên là một nhân tố chính có ảnh hưởng quan trọng đến sự hình thành và phát triển của các công nghệ di động mới. Được hỗ trợ bởi rất nhiều các nhà mạng và nhà sản xuất thiết bị lớn trên thế giới, 3GPP chính là tổ chức chịu trách nhiệm xây dựng các công nghệ thông tin di động phổ biến và thành công nhất hiện nay bao gồm GSM/GRPS/EDGE, UMTS/HSPA/HSPA+/LTE/LTE-Advanced.

Nếu GSM/GRPS/EDGE và UMTS/HSPA/HSPA+ thường được đề cập đến như thế hệ thứ hai và thứ ba của công nghệ di động thì mọi thứ phức tạp hơn nhiều khi định nghĩa 4G. Theo Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), tổ chức chuẩn hóa quốc tế cao nhất trong lĩnh vực viễn thông, thì thuật ngữ “4G” vẫn chưa được định nghĩa một cách chính thức. Tuy nhiên, ITU đã xác định rằng IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications – Advanced) là bước tiếp theo của công nghệ di động không dây băng rộng xây dựng trên nền tảng IMT-2000 (International Mobile Telecommunications – 2000), công nghệ mà vẫn thường được gọi là 3G. Do đó, có thể hiểu rằng tất cả các công nghệ đáp ứng được IMT-Advanced đều được xem là 4G. Cho đến nay, chỉ có duy nhất 2 công nghệ là LTE-Advanced và WirelessMAN-Advanced (WiMAX 2)  được ITU chính thức công nhận là đã đáp ứng các tiêu chuẩn của hệ thống IMT-Advanced, tức là 4G. Tuy nhiên, nhiều công nghệ tiền thân của LTE-Advanced và WiMAX 2 như LTE, HSPA +, WiMax… vẫn được các nhà mạng gọi là “4G” một cách không chính thống, đặc biệt là trong marketing.

LTE-Advanced được chuẩn hóa bởi 3GPP lần đầu tiên trong phiên bản (Release) 10 và tiếp tục được hoàn thiện, phát triển trong các phiên bản từ 11 đến 13. Công nghệ 4G hiện đang được các nhà mạng Việt Nam triển khai thử nghiệm là LTE-Advanced phiên bản 11 và 12.

Làm thế nào 4G có thể thúc đẩy sự hiện thực hóa IoT?

Dù chưa được định nghĩa một cách chính thức, tuy nhiên có thể hiểu Internet of Things về cơ bản là việc kết nối các thiết bị có kết nối Internet với nhau. IoT là một mạng lưới kết nối khổng lồ mọi thứ: điện thoại thông minh, công tơ điện/ nước/ ga thông minh, thiết bị đeo tay, ô tô có khả năng kết nối, đồ gia dụng, thiết bị cảm biến,… Nó cũng bao gồm cả các bộ phận của máy móc, như động cơ phản lực của máy bay hoặc mũi khoan của một giàn khoan dầu.

Các công ty công nghệ hàng đầu như Ericsson và Cisco dự đoán rằng sẽ có 50 tỷ thiết bị trong khi Gartner cho rằng sẽ có khoảng 26 tỷ thiết bị trong phân khúc thiết bị được kết nối IoT trước năm 2020. Vì vậy, việc xác định xem các thiết bị này sẽ được kết nối như thế nào có vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng đến việc hiện thực hóa các viễn cảnh về IoT. Nền tảng kết nối này cũng sẽ quyết định các kiến trúc giải pháp IoT cũng như các thành phần của chúng. Hiện tại có một số lựa chọn cho kết nối IoT, bao gồm:

  • Các công nghệ thông tin di động như 2G (GSM/GPRS/EDGE), 3G (UMTS, HSPA), 4G (LTE/LTE-Advanced),
  • Công nghệ hoạt động trong các băng tần không yêu cầu cấp phép như Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, …
  • Một số công nghệ vô tuyến mới được thiết kế riêng cho các ứng dụng giao tiếp máy như LoRA, SIGFOX, …

Trong tương lai, sẽ có rất nhiều ứng dụng IoT, mỗi ứng dụng sẽ có những yêu cầu khác nhau về chi phí thiết bị, tuổi thọ pin, vùng phủ sóng, tốc độ dữ liệu, tính di động, độ trễ, độ tin cậy và chất lượng dịch vụ. Công nghệ thông tin di động nói chung và công nghệ 4G nói riêng cho thấy có thể đem tới một loạt các ưu điểm rõ ràng cho các ứng dụng IoT khác nhau:

  • Phủ sóng rộng khắp: Các mạng di động đã được xây dựng, phát triển trong suốt ba thập kỷ qua và đến nay nó đã chiếm đến 90% dân số thế giới. Thêm vào đó, các công nghệ mới cho phép triển khai ngày càng nhiều trạm có bán kính vùng phủ nhỏ, hỗ trợ tăng vùng phủ của các khu vực trong nhà như trung tâm mua sắm, các tòa nhà công ty lớn, trạm tàu ​​điện ngầm,…
  • Khả năng mở rộng: Các mạng di động được xây dựng để có thể xử lý một lượng dữ liệu di động băng rộng khổng lồ và nhờ vậy có thể dễ dàng tiếp nhận dữ liệu từ hầu hết các ứng dụng IoT vốn yêu cầu lưu lượng tương đối nhỏ. Ngoài ra, mạng di động còn phục vụ rất nhiều loại ứng dụng khác nhau với những yêu cầu đa dạng từ giao tiếp máy tầng thấp đến những ứng dụng tiêu thụ băng thông lớn như truyền dẫn video.
  • Mạng lưới nhanh và hiệu quả: Các công nghệ mới như 4G LTE/LTE-Advanced cung cấp giải pháp toàn diện để truyền tải dữ liệu một cách tin cậy trên một mạng phân tán với tốc độ cao, độ trễ thấp và với hiệu quả sử dụng băng tần cao.
  • Độ tin cậy: Độ tin cậy là điều kiện then chốt cho rất nhiều ứng dụng M2M, đặc biệt các ứng dụng liên quan đến vấn đề an ninh và giám sát, đưa ra cảnh báo trong thời gian thực. Công nghệ 4G với các công cụ quản lý chất lượng dịch vụ (Qualtity of Service) đã được kiểm chứng cho phép đáp ứng được các ứng dụng trọng yếu một cách tin cậy.

Các công nghệ di động mới đáp ứng tốt hơn cho IoT

Mặc dù có rất nhiều lợi thế nổi bật nhưng mạng 4G vẫn tồn tại một số nhược điểm khi ứng dụng vào các thiết bị IoT. Được thiết kế chủ yếu để tối ưu hóa trải nghiệm khách hàng cho các dịch vụ băng thông cao, vì thế về cơ bản công nghệ 4G mang lại lợi ích tối đa cho các ứng dụng như chia sẻ video trên di động giữa người dùng thông qua các thiết bị khác nhau. Tuy nhiên, trong một môi trường mà lưu lượng truyền dẫn của các ứng dụng là tương đối nhỏ nhưng có hàng tỉ thiết bị được kết nối với nhau theo cùng một cách như IoT thì cách tiếp cận này chưa phù hợp và tối ưu hóa. Trong bối cảnh đó, 3GPP đã thực hiện những bước tiến lớn công nghệ lớn nhằm đáp ứng các yêu cầu về kết nối của IoT. Các cải tiến quan trọng như giảm giá thành thiết bị, tăng thời lượng pin, tăng vùng phủ sóng, hỗ trợ lượng lớn kết nối IoT đã được 3GPP đề xuất trong các Release mới (11, 12 và 13) thông qua một số công nghệ mới như LTE-M (LTE cho giao tiếp máy), NB-IoT (IoT băng hẹp), Chế độ tiết kiệm pin/ hoặc chức năng tiếp nhận gián đoạn mở rộng (eDRX)…

Chu Quang Hiển – FPT IS
(Bài viết được đăng trên ấn phẩm Đặc san công nghệ FPT, FPT TechInsight No.1)

Tin liên quan:
  • 1
    Share