Mạng di động

Mạng di động cung cấp kết nối không dây diện rộng bằng cách chia một khu vực thành các ô được phục vụ bởi các trạm gốc và kết nối chúng thông qua một mạng lõi, phát triển từ các hệ thống tập trung vào thoại thành băng thông rộng di động 4G và 5G dựa trên gói tin, mang lại Internet di động ngày nay.

Definition

Mạng di động là một mạng không dây diện rộng phân chia khu vực phủ sóng của nó thành các ô, mỗi ô được phục vụ bởi một trạm gốc, và kết nối các trạm gốc này thông qua một mạng lõi xử lý xác thực, tính di động và kết nối với các mạng bên ngoài như Internet.

Scope

Chủ đề này bao gồm kiến trúc và hoạt động của mạng dữ liệu di động: khái niệm di động về các ô, trạm gốc và tái sử dụng tần số; tổ chức của mạng truy cập vô tuyến và mạng lõi; sự phát triển từ các thế hệ trước đến 4G LTE và 5G, bao gồm sự chuyển đổi sang các lõi chuyển mạch gói hoàn toàn bằng IP; và các khả năng cấp cao mà 5G hướng tới như dung lượng cao hơn, độ trễ thấp hơn và mật độ thiết bị lớn. Nó đề cập đến tính di động và chuyển giao ở mức tổng quan, để quản lý tính di động chi tiết cho một chủ đề riêng.

Core questions

• Khái niệm di động là gì, và tại sao các khu vực phủ sóng được chia thành các ô?
• Tái sử dụng tần số làm tăng dung lượng của hệ thống di động như thế nào?
• Mạng truy cập vô tuyến và mạng lõi được tổ chức như thế nào?
• Mạng di động đã phát triển từ tập trung vào thoại sang 4G và 5G hoàn toàn bằng IP như thế nào?
• Những khả năng mới nào, chẳng hạn như độ trễ thấp và kết nối lớn, mà 5G hướng tới cung cấp?

Key concepts

• các ô và trạm gốc
• tái sử dụng tần số
• mạng truy cập vô tuyến
• mạng lõi di động
• 4G LTE
• 5G
• lõi gói tin hoàn toàn bằng IP
• băng thông rộng di động
• chuyển giao (tổng quan)

Key theories

Khái niệm di động và tái sử dụng tần số

Việc chia một khu vực dịch vụ thành các ô và tái sử dụng cùng tần số trong các ô không liền kề cho phép một phổ tần hạn chế phục vụ nhiều người dùng; các ô nhỏ hơn làm tăng dung lượng với chi phí là nhiều trạm gốc hơn và chuyển giao thường xuyên hơn.

Phân tách mạng truy cập vô tuyến và mạng lõi

Các hệ thống di động tách biệt mạng truy cập vô tuyến của các trạm gốc quản lý liên kết không dây khỏi mạng lõi xác thực người dùng, quản lý phiên và tính di động, và định tuyến lưu lượng đến và đi từ các mạng bên ngoài, một cấu trúc được tinh chỉnh qua các thế hệ.

Sự phát triển theo thế hệ sang hoàn toàn bằng IP

Mạng di động đã tiến triển từ thoại analog (1G) qua thoại kỹ thuật số và dữ liệu hạn chế đến 4G LTE và 5G chuyển mạch gói, hoàn toàn bằng IP, ngày càng mang lưu lượng Internet và tích hợp với mạng IP từ đầu đến cuối.

Clinical relevance

Mạng di động cung cấp Internet di động cho hàng tỷ thiết bị và là hình thức kết nối chính ở nhiều nơi trên thế giới. Việc chuyển sang các lõi 4G và 5G hoàn toàn bằng IP tích hợp chặt chẽ công nghệ di động và Internet, và các mục tiêu của 5G về độ trễ thấp và mật độ thiết bị lớn là nền tảng cho các ứng dụng từ video di động đến tự động hóa công nghiệp và Internet Vạn Vật, làm cho kiến trúc di động trở nên trung tâm trong việc lập kế hoạch kết nối hiện đại.

History

Điện thoại di động bắt đầu với các hệ thống 1G analog, sau đó là 2G kỹ thuật số (như GSM) bổ sung tin nhắn và dữ liệu hạn chế. Dữ liệu gói tin phát triển qua 2.5G/3G, và 4G LTE giới thiệu kiến trúc chuyển mạch gói hoàn toàn bằng IP, được tối ưu hóa cho dữ liệu. 5G tiếp theo với các công nghệ vô tuyến mới và một lõi dựa trên dịch vụ nhằm mục tiêu thông lượng cao hơn, độ trễ thấp hơn và hỗ trợ số lượng lớn thiết bị được kết nối.

Key figures

• James F. Kurose
• Keith W. Ross
• Andrew S. Tanenbaum

Seminal works

• kurose2021
• tanenbaum2010

Frequently asked questions

Tại sao mạng di động được chia thành các ô?

Phổ tần bị hạn chế, vì vậy một bộ phát duy nhất bao phủ toàn bộ khu vực chỉ có thể phục vụ một vài người dùng. Việc chia khu vực thành các ô, mỗi ô có trạm gốc riêng, và tái sử dụng tần số trong các ô đủ xa nhau cho phép cùng một phổ tần phục vụ nhiều người dùng hơn đồng thời, làm tăng đáng kể dung lượng.

Điều gì làm cho 5G khác biệt so với 4G?

5G sử dụng các công nghệ vô tuyến mới và một lõi được thiết kế lại để cung cấp tốc độ dữ liệu đỉnh cao hơn, độ trễ thấp hơn và hỗ trợ nhiều thiết bị đồng thời hơn 4G. Những cải tiến này không chỉ nhằm mục tiêu điện thoại nhanh hơn mà còn các ứng dụng mới như điều khiển thời gian thực, triển khai Internet Vạn Vật dày đặc và băng thông rộng không dây cố định.