Mạng di động đóng vai trò xương sống cho hầu hết những gì chúng ta biết và yêu thích như cho phép chúng ta truy cập internet, đi xe, kết nối với bạn bè, mua sắm, xem video và nhiều thứ khác nữa. Ngoài những lợi ích cá nhân mà chúng ta đã quen thuộc, các mạng di động cũng đóng vai trò quan trọng và ngày càng tăng trong nhiều ứng dụng IoT.

Trong một số bài viết trước đây chúng ta đã khám phá các công nghệ kết nối khác bao gồm WiFi, Bluetooth và LPWAN. Lý do chúng ta có rất nhiều lựa chọn kết nối là vì các ứng dụng IoT có thể khác nhau với các yêu cầu khác nhau.

Mặc dù các công nghệ kết nối tiếp tục được cải thiện. Cuối cùng sẽ luôn có sự đánh đổi giữa mức tiêu thụ năng lượng, phạm vi và băng thông. Kết nối di động trước đây tập trung vào phạm vi và băng thông với tiêu thụ điện năng cao, có nghĩa là nó có thể gửi nhiều dữ liệu trên quãng đường dài nhưng làm cạn kiệt pin khá nhanh. Điều này phù hợp với các thiết bị được kết nối với nguồn điện hoặc có thể được sạc lại thường xuyên (ví dụ như điện thoại), nhưng không thể sử dụng cho các ứng dụng IoT yêu cầu cảm biến và thiết bị từ xa cần sử dụng pin hàng tháng hoặc hàng năm.

Tuy nhiên, đó vẫn chưa phải là toàn bộ câu chuyện khi nói đến mạng di động. Bạn có thể nghe thấy những cái tên như 2G, 3G và 4G, nhưng các công nghệ di động mới như NB-IoT và LTE-M được nhắm mục tiêu cụ thể vào các ứng dụng IoT. Và 5G có khả năng cũng sẽ mang lại nhiều lợi ích cho IoT.

Làm thế nào để mạng di động hoạt động?

Khi chúng ta gọi, gửi văn bản hoặc truy cập Internet thông qua các thiết bị di động, chúng ta sẽ gửi tín hiệu không dây đến các tháp di động gần đó. Những tháp di động này đều nhận được tín hiệu của chúng ta và gửi tín hiệu trở lại cho chúng ta. Các tháp di động là một phần của các trạm cơ sở, có kết nối có dây với các trạm cơ sở khác và với internet, giúp truyền thông tin qua các khoảng cách lớn hơn phạm vi bao phủ của từng tháp di động.

Giống như tất cả các công nghệ truyền thông không dây, mạng di động sử dụng sóng điện từ để gửi thông tin. Giống như đài có các dải tần số khác nhau, bạn có thể điều chỉnh (ví dụ: điều chỉnh thành 101.1 có nghĩa là bạn nghe được tần số 101,1 Mhz), các công nghệ truyền thông không dây cũng có các dải tần số cụ thể.

Nếu tất cả các giao tiếp không dây sử dụng cùng tần số, sẽ có rất nhiều nhiễu và không thể truyền thông rõ ràng. Do đó, FCC quy định các dải tần nào có thể được sử dụng bởi ai và các nhà mạng di động đều có một băng tần cụ thể mà họ được phép hoạt động.

Nhưng ngay cả với các băng tần được chỉ định riêng, các nhà mạng vẫn cần xem xét can thiệp. Nếu một sóng mang có hai tháp di động gần nhau và hoạt động trên cùng một tần số, tín hiệu của chúng sẽ gây nhiễu lẫn nhau và gây ra vấn đề cho bất kỳ ai cố gắng sử dụng mạng trong khu vực đó.

Giải pháp cho vấn đề này cũng là câu trả lời cho câu hỏi tiếp theo.

Tại sao được gọi là mạng di động?

Nó được gọi là mạng di động vì các nhà khai thác mạng phân chia các khu vực thành các tế bào. Mỗi ô có một tháp di động hoạt động ở tần số khác với các tháp di động liền kề. Ví dụ, nếu sắp theo hình lục giác, bạn chỉ cần 7 tần số khác nhau để đảm bảo cùng một tần số không được sử dụng trong các tế bào liền kề.

Diện tích của mỗi tế bào phụ thuộc vào mật độ sử dụng. Trong một thành phố, mỗi tế bào có một phạm vi nửa cây số, trong khi các tế bào ở các vùng nông thôn có thể có phạm vi lên tới hơn 5 cây số.

Khi người dùng di chuyển giữa các tế bào, tần số của họ sẽ tự động thay đổi để chuyển sang các tháp di động mới (còn gọi là bàn giao).

Một thế hệ có nghĩa là gì?

Ngay cả khi tất cả những điều trên hoàn toàn mới đối với bạn, chắc chắn bạn đã nghe các thuật ngữ như 3G hoặc 4G trước đây. Đó chính là thế hệ thứ 3 và thứ 4.

Mỗi thế hệ là một tập hợp các tiêu chuẩn và công nghệ được xác định bởi một cơ quan tiêu chuẩn gọi là Khu vực Thông tin vô tuyến ITU (ITU-R). Tổ chức này chịu trách nhiệm quản lý các tiêu chuẩn và phổ tần số vô tuyến quốc tế, giúp đảm bảo sử dụng hiệu quả phổ tần. Nếu không có cơ quan và quy tắc quản lý ai có thể sử dụng phổ nào, các công ty và tổ chức khác nhau có thể can thiệp lẫn nhau và làm suy giảm dịch vụ tổng thể.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng vẫn có thể có các công nghệ khác nhau ngay cả dưới cùng một tiêu chuẩn. Ví dụ, UMTS (Hệ thống viễn thông di động toàn cầu) là công nghệ 3G được sử dụng chủ yếu ở châu Âu, Nhật Bản và Trung Quốc trong khi hệ thống CDMA2000 được sử dụng ở Bắc Mỹ và Hàn Quốc.

Như vậy sự khác biệt giữa 1G, 2G, 3G và 4G là gì?

Bắt đầu với hệ thống 1G được giới thiệu vào đầu năm 1980. Mỗi thế hệ mới lại được giới thiệu khoảng 10 năm kể từ đó. Mỗi thế hệ có các dải tần số mới, tốc độ dữ liệu cao hơn và các công nghệ truyền dẫn mới (không tương thích ngược).

Vì mỗi thế hệ khác nhau nên bạn có thể không có vùng phủ sóng 4G trên điện thoại nhưng vẫn có 3G (và đó là lý do tại sao bạn không có dữ liệu cho bất kỳ thứ gì trên Internet mà vẫn có thể thực hiện cuộc gọi và gửi tin nhắn).

Một số nhà mạng đã đưa ra thông báo rằng họ đã bỏ mạng 2G, điều này là để giải phóng phổ vô tuyến cho các mục đích sử dụng khác. Bất kỳ máy nào đang sử dụng bộ đàm 2G sẽ cần phải thay thế bộ đàm bằng thế hệ mới để tiếp tục hoạt động.

Kết nối di động có phải là một lựa chọn tốt cho IoT không?

Tất cả tùy vào trường hợp sử dụng cụ thể của bạn. Như đã đề cập trong phần giới thiệu, mạng di động trước đây không phù hợp với nhiều ứng dụng IoT vì nó tiêu tốn rất nhiều năng lượng và khá tốn kém trên trên mỗi đơn vị cở sở. Điều này đã hạn chế kết nối di động chỉ dành cho các ứng dụng có nguồn năng lượng trực tiếp, cần gửi nhiều dữ liệu, không liên quan nhiều thiết bị và nằm trong khu vực đông dân cư.

Đối với các trường hợp sử dụng yêu cầu cảm biến hoặc thiết bị chạy bằng pin, không yêu cầu gởi nhiều dữ liệu, có hàng ngàn thiết bị hoặc có thể ở xa, mạng di động không phải là một lựa chọn thích hợp. Nhưng một số trong đó đang thay đổi.

Các nhà mạng đang đẩy mạnh các công nghệ di động mới như NB-IoT và LTE-M, đặc biệt nhắm vào IoT. Mặc dù vẫn cần ở gần các khu vực đông dân cư (gần các tháp di động), các công nghệ này sẽ cung cấp kết nối năng lượng thấp, băng thông thấp, năng lượng thấp sẽ cho phép rất nhiều trường hợp sử dụng IoT mới hiện đang bị hạn chế về chi phí.

Hãy để mắt đến các công nghệ di động này trong năm tới vì nhiều nhà mạng sẽ triển khai dịch vụ của họ.

Còn với 5G thì sao?

Thế hệ kết nối di động tiếp theo hứa hẹn sẽ mang tính cách mạng, cung cấp tốc độ lên tới 100Gbps (so với 1Gbps của 4G hiện tại). Băng thông khổng lồ này sẽ là một yếu tố quyết định quan trọng cho nhiều ứng dụng trong tương lai bao gồm các phương tiện tự trị, tăng cường và thực tế ảo, v.v.

Có lẽ một trong những biến đổi nhất của 5G sẽ là nó đóng vai trò thay thế cho cáp vật lý. Thay vì xây dựng cơ sở hạ tầng cáp tốn nhiều thời gian và tài nguyên, các thành phố và doanh nghiệp có thể sử dụng 5G để đáp ứng nhu cầu của họ. Điều này cũng mở ra các ứng dụng mới để sử dụng đám mây, trước đây có thể bị giới hạn bởi số lượng dữ liệu cần gửi, thay vì dựa vào xử lý cục bộ.

Ngoài băng thông cao, 5G cũng hứa hẹn độ trễ cực thấp và độ tin cậy cao, khiến nó trở thành một công cụ hỗ trợ cho các ứng dụng IoT công nghiệp. Các nhà máy của tương lai có thể từ bỏ ethernet có dây trong môi trường sản xuất công nghiệp để trở thành các nhà máy năng động và có thể cấu hình lại, thay đổi theo nhu cầu và yêu cầu mới.