1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG PHAN TRUNG KIÊN Nghiên cứu một số công nghệ vô tuyến thế hệ mới và khả năng
ứng dụng tại Việt Nam Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã số : 60.52.70
Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ XUÂN CÔNG

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2012 2


2. Các kết quả nghiên cứu đạt được
2.1. Chương 1: “Tổng quan về các công nghệ vô tuyến thế hệ mới”
Nội dung chương này nghiên cứu các vấn đề:
+ Tổng quan về công nghệ quang không dây.
3

+ Tổng quan về công nghệ mạng sensor vô tuyến.
Truyền thông quang không dây là hệ thống truyền thông quang sử dụng môi trường
vô tuyến làm kênh truyền thông. Truyền thông quang không dây được xem là công nghệ
tiềm năng cho các ứng dụng vô tuyến băng rộng trong môi trường trong nhà và ngoài trời.
Các hệ thống truyền thông quang không dây hấp dẫn trong việc cung cấp các dịch vụ băng
rộng do có băng thông cao, dễ dàng triển khai và không cần yêu cầu cấp phổ tần số. Ý tưởng
sử dụng vô tuyến làm môi trường truyền thông quang đã xuất hiện kể từ khi phát minh ra
laser. Truyền thông quang không dây xuất hiện vào những năm 1960 cho các ứng dụng
trong quân sự. Vào cuối những năm 1980, truyền thông quang không dây mới được xem
như là lựa chọn để thương mại hoá, tuy nhiên các hạn chế về mặt công nghệ đã ngăn không
cho công nghệ này thành công. Công nghệ truyền thông quang không dây mới chỉ trở nên
hấp dẫn trong thời gian gần đây khi mà các công nghệ như công nghệ laser bán dẫn công
suất cao, công nghệ thích nghi, công nghệ thiết kế anten quang, đã phát triển. Truyền
thông quang không dây trong môi trường trong nhà được gọi là truyền thông hồng ngoại
không dây, còn truyền thông quang không dây trong môi trường ngoài trời được gọi là
truyền thông quang qua không gian tự do (FSO).
Để truyền thông hồng ngoại không dây, mong muốn tồn tại các đường truyền dẫn
không trực tiếp, không yêu cầu sự đồng chỉnh chính xác giữa máy phát và máy thu. Chúng
có thể được phân loại thành đường truyền trong tầm nhìn thẳng (LOS) và các đường truyền
khuếch tán. Đường truyền LOS yêu cầu không có chướng ngại che chắn để truyền thông tin
cậy. Trong khi đó, truyền thông FSO thường yêu cầu LOS trực tiếp và các đường liên kết
laser điểm-tới-điểm từ máy phát đến máy thu qua không gian. Truyền thông FSO có thể đạt
tốc độ tới vài Gbps, với khoảng cách lên tới vài km.

liệu đã thu thập được. Với sự tiến bộ gần đây của công nghệ các hệ thống cơ điện tử vi mô
(MEMS), truyền thông vô tuyến, và điện tử số, việc thiết kế và phát triển các node cảm biến
có chi phí thấp, công suất thấp, đa chức năng với kích thước nhỏ và có khả năng truyền
thông không dây qua khoảng cách ngắn đã trở thành hiện thực. Các đặc tính cơ bản của các
mạng cảm biến vô tuyến là:
 Có khả năng tự tổ chức
 Truyền thông quảng bá qua khoảng cách ngắn và định tuyến multihop
 Triển khai dày đặc và nỗ lực hợp tác của các node cảm biến
 Cấu hình thường xuyên thay đổi do fading và node bị thất bại
5

 Hạn chế về năng lượng, công suất phát, bộ nhớ và tiêu thụ công suất
2.2. Chương 2: “Nghiên cứu công nghệ quang không dây”
Nội dung chương này nghiên cứu:
+ Bước sóng hoạt động của công nghệ quang không dây.
+ Mô tả hệ thống quang không dây gồm máy phát, môi trường truyền dẫn, máy thu,
các kỹ thuật truyền dẫn gồm DBIR, DFIR, QDIR.
+ Các thách thức thiết kế hệ thống gồm sự đảm bảo an toàn cho mắt, nhiễu từ các
nguồn sáng xung quanh, các đặc tính đa đường của kênh đối với bức xạ khuếch tán.
+ Các kỹ thuật điều chế và các kỹ thuật đa truy nhập trong quang không dây.
+ Giới thiệu công nghệ mạng LAN quang không dây và công nghệ quang không dây
ngoài trời FSO.
Truyền thông quang không dây (OWC) là hệ thống truyền thông quang sử dụng môi
trường vô tuyến làm kênh truyền thông [32, 33]. Truyền thông vô tuyến RF và quang không
dây sử dụng dải sóng hồng ngoại và gần hồng ngoại(IR: 1 - 750 nm (300 GHz - 400 THz);
gần IR: 750 - 950 nm) là những hệ thống chủ yếu hiện nay sử dụng phổ điện từ để phát
thông tin vô tuyến. Mặc dù hiện nay hầu hết môi trường được sử dụng cho truyền thông
không dây là vô tuyến radio, công nghệ quang không dây IR đang trở nên phổ biến hơn và
với các ưu điểm của mình, đang trở nên trội hơn truyền thông vô tuyến ở một số ứng dụng.
Xét về khía cạnh phổ tần, công nghệ IR cung cấp băng thông rộng tiềm năng, và hiện nay

bào lân cận phải khác nhau. Hơn nữa, IR cung cấp khả năng triển khai nhanh và linh hoạt
trong việc thiết lập các đường liên kết truyền thông tạm thời.
Ưu điểm khác của công nghệ IR là chi phí thấp, kích thước nhỏ, và sự tiêu thụ công
suất hạn chế của các phần tử IR. Đó là do các hệ thống truyền thông IR sử dụng các thiết bị
quang điện tử đã được phát triển và cải tiến qua hàng chục năm cho truyền thông sợi quang
và các ứng dụng khác. Một trong những phần tử như vậy là diode phát quang (LED) với
thời gian đáp ứng nhanh hơn, công suất bức xạ đầu ra cao, hiệu quả được cải thiện, đang là
sự lựa chọn cho các ứng dụng truyền thông quang không dây khoảng cách ngắn. Phần tử
khác cũng đã được cải tiến qua hàng chục năm là laser diode (LD) và bộ tách sóng dương-
bên trong-âm (PIN) ngày càng trở nên nhanh hơn và đáp ứng được tốc độ dữ liệu cao hơn.
Mặc dù có các ưu điểm nêu trên, công nghệ IR cũng có các nhược điểm. Truyền
thông quang không dây dễ bị blocking bởi người và các đối tượng, dẫn đến làm tổn hao tín
hiệu thu được hoặc ngắt đường liên kết truyền thông (phụ thuộc vào cấu hình của hệ thống).
Hơn nữa, các hệ thống IR nói chung hoạt động trong các môi trường trong đó có các nguồn
sáng khác hiện diện. Nguồn sáng cơ bản này có năng lượng trong vùng phổ tần được sử
dụng bởi các máy phát và máy thu IR, gây tạp âm trong bộ tách sóng photodetector, do đó
giới hạn khoảng cách của hệ thống. Mặt khác, các hệ thống quang không dây cũng bị ảnh
7

hưởng bởi các hiện tượng khí quyển như sương mù và tuyết, làm giảm khoảng cách của hệ
thống và làm suy giảm chất lượng truyền dẫn tín hiệu khi hoạt động ở môi trường ngoài trời.
Một số nhược điểm của công nghệ IR như tổn hao và tạp âm ánh sáng nền… có thể
được khắc phục bằng cách tăng mức công suất quang ở máy phát. Tuy nhiên, mức phát xạ
công suất cao từ một số máy phát có thể gây nguy hiểm tới võng mạc (do dó cần có các quy
định về an toàn cho mắt), và với việc xem xét quỹ công suất, sẽ tồn tại giới hạn công suất
quang có thể được phát an toàn và hiệu quả bởi các máy phát IR vô tuyến.
Với các ưu nhược điểm nêu trên của công nghệ IR, thì dường như cả IR và RF được
xem là các công nghệ bổ trợ cho nhau, tuỳ thuộc vào ứng dụng cụ thể. IR sẽ được sử dụng
cho các hệ thống khoảng cách ngắn trong đó có yêu cầu về bảo mật, chi phí thấp, và chống
nhiễu vô tuyến. Vô tuyến RF sẽ tiếp tục được sử dụng cho truyền dẫn đường dài, trong đó

các xung đột từ các đầu cuối khác nhau.
Từ những năm 1970 cho đến nay, các nghiên cứu về lĩnh vực truyền thông quang không dây
đã tăng lên đáng kể, và một số sản phẩm thương mại dựa trên công nghệ này đã trở thành
hiện thực. Việc tiêu chuẩn hoá IR và truyền thông vô tuyến được hiệp hội dữ liệu bức xạ
hồng ngoại (IrDA) thực hiện, nhu cầu đối với các ứng dụng đang ngày càng tăng, chứng tỏ
cả công nghệ IR và RF sẽ tiếp tục phát triển và mở rộng trong tương lai.
2.3. Chương 3: “Nghiên cứu công nghệ mạng sensor vô tuyến”
Nội dung chương này nghiên cứu:
+ Kiến trúc của mạng cảm biến.
+ Kiến trúc giao thức node cảm biến gồm lớp vật lý; lớp liên kết dữ liệu với giao thức
MAC và điều khiển sửa lỗi; lớp mạng với các giao thức SMECN, Flooding, Gossiping,
SPIN, SAR, LEACH, và truyền tin trực tiếp; lớp truyền tải gồm truyền tải sự kiện tới node
đích, truyền tải node đích tới node cảm biến; lớp ứng dụng với các giao thức SMP, TADAP,
và SQDDP.
Mạng cảm biến vô tuyến (WSN) là tập hợp các node cảm biến tính toán có kích
thước gọn, chi phí tương đối thấp thực hiện việc đo lường các điều kiện môi trường hoặc
các tham số khác và chuyển tiếp những thông số đo được tới điểm trung tâm để xử lý. Các
node cảm biến (WN) có thể cảm nhận môi trường, có thể truyền thông với các node lân cận,
9

và trong nhiều trường hợp có thể thực hiện các tính toán đơn giản dựa trên dữ liệu đã thu
thập được. Các mạng cảm biến WSN hỗ trợ dải rộng các ứng dụng hữu ích.
Một mạng cảm biến bao gồm một số lượng lớn các node cảm biến được triển khai
dày đặc hoặc ở trong hiện tượng hoặc rất gần hiện tượng. Vị trí của node cảm biến không
cần thiết được xác định trước, điều này cho phép sự triển khai ngẫu nhiên mạng cảm biến ở
những địa hình không thể truy nhập tới hoặc các hoạt động làm giảm nhẹ tai hoạ. Nói khác
đi, điều này có nghĩa là các giao thức và các thuật toán mạng cảm biến phải có khả năng tự
tổ chức. Đặc tính duy nhất khác của mạng cảm biến là sự nỗ lực hợp tác của các node cảm
biến.
Các đặc tính trên của mạng cảm biến đảm bảo một dải rộng các ứng dụng của mạng

 Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm
 Dải truyền dẫn
 Các tác động trên đường truyền dẫn
 Các kỹ thuật điều chế
 Các topology mạng
- Các tiêu chuẩn (chính thức):
 IEEE 802.11 a/b/g cùng với các giao thức bảo mật
 IEEE 802.9.1 PAN/Bluetooth
 IEEE 80.15.3 băng thông cực rộng (UWB)
 IEEE 802.9.4/ZigBee (IEEE 80.15.4 là lớp vật lý, ZigBee là mạng logic và phần
mềm ứng dụng)
 IEEE 80.16 WiMax
 IEEE 1451.5 (Nhóm hợp tác về cảm biến vô tuyến)
 IP di động
- Các tiêu chuẩn (thực tế):
 Tiny OS (hệ điều hành)
 Tiny DB (hệ thống xử lý để chiết xuất thông tin từ mạng các cảm biến TinyOS)
- Các ứng dụng phần mềm:
 Các hệ điều hành
 Phần mềm mạng
 Phần mềm kết nối cơ sở dữ liệu trực tiếp
 Phần mềm middleware
 Phần mềm quản lý dữ liệu
2.4. Chương 4: “Khuyến nghị về khả năng ứng dụng công nghệ vô tuyến thế hệ mới
tại Việt Nam”
11

Nội dung chương này là dựa trên các kết quả nghiên cứu ở các chương trước và tình
hình thực tế tại Việt Nam để đưa ra các khuyến nghị, đề xuất cho các doanh nghiệp về khả
năng ứng dụng triển khai các công nghệ vô tuyến thế hệ mới tiềm năng tại Việt Nam, tổng

truy nhập Ethernet hồng ngoại kết nối mạng LAN. Truyền thông quang không dây FSO
12

ngoài trời được sử dụng để cung cấp truyền thông băng rộng điểm tới điểm, khoảng cách
ngắn tới trung bình (dưới 10 km), triển khai nhanh, linh hoạt, và hiệu quả về chi phí. Hiện
nay, sản phẩm quang không dây trong nhà đã được sản xuất bởi các hãng như: ACTiSYS
Corporation, Cannon, Seiko Epson, Brother Casio, Clarinet Systems, Fujitsu, Sharp,
Panasonic, Fujifilm… Sản phẩm thiết bị và giải pháp FSO được cung cấp bởi nhiều hãng
sản xuất như: LightPointe MRV, CableFree Solutions, SKYFIBER,…
- Mạng cảm biến vô tuyến WSN là tập hợp các node cảm biến được triển khai dày
đặc bên trong hoặc rất gần hiện tượng vật lý, thực hiện việc đo lường các điều kiện môi
trường hoặc các thông số khác và chuyển tiếp những thông số đo được tới điểm trung tâm
để xử lý. Các node cảm biến có thể cảm nhận môi trường, có thể truyền thông với các node
lân cận, và trong nhiều trường hợp có thể thực hiện các tính toán đơn giản dựa trên dữ liệu
đã thu thập được. Kiến trúc giao thức mạng cảm biến được nghiên cứu từ lớp vật lý, lớp liên
kết dữ liệu, lớp mạng với các giao thức như SMECN, flooding, gossiping, SPIN,… đến lớp
truyền tải và lớp ứng dụng. Hiện nay, các platform phần cứng, platform phần mềm, và nỗ
lực tiêu chuẩn hoá đã được phát triển cho các mạng WSN. Mạng cảm biến WSN có nhiều
ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như ứng dụng trong quân sự, trong giám sát môi
trường, trong sức khoẻ, trong khu vực gia đình, và trong công nghiệp.
Việc ứng dụng các công nghệ vô tuyến thế hệ mới là hoàn toàn khả thi tại Việt Nam,
với rất nhiều ứng dụng hữu ích trong các lĩnh vực khác nhau trong truyền thông, quân sự, y
tế,…
Một số hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài có thể là nghiên cứu sâu về từng loại
công nghệ vô tuyến thế hệ mới, nghiên cứu các tiêu chuẩn cho các công nghệ vô tuyến thế
hệ mới, nghiên cứu mạng Internet quang, LTE Advanced, WiMAX IEEE 802.10m, nghiên
cứu giải pháp triển khai, chế tạo, thử nghiệm thiết bị cho các công nghệ vô tuyến thế hệ
mới