tổng quan về wimax

tổng quan về wimax

1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIMAX

1.1 Lịch sử

Ngày nay sự phát triển của mạng viễn thông với dịch vụ ngày càng đa dạng đã làm cho các công nghệ truy nhập tiên tiến ngày càng được phát minh và đưa vào phục vụ Hiện nay chúng ta biết đến truy nhập Internet với các dịch vụ quay số Modem thoại, ADSL hay các đường thuê bao riêng hoặc sử dụng các hệ thống vô tuyến như điện thoại di động hay mạng WiFi Mỗi phương phấp truy nhập mạng đều có đặc điểm riêng:

 Với Modem quay số điện thoại thì thốc độ thấp

 ADSL có tốc độ lên tới 8Mb/s nhưng cần có đường dây kết nối

 Các đường thuê bao riêng thì giá thành đắt mà lại khó triển khai với các khu vực

 Hệ thống di động 3G thì tốc độ truy nhập Internet cũng không vượt quá 2Mb/s

 Mạng WiFi (hay LAN không dây) chỉ có thể áp dụng cho các máy tính trao đổi thông tin khoảng cách ngắn

Với thực tế các công nghệ như vậy, WIMAX (Worldwide Interoprability for Microwave Access) đã ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy nhập Internet không

dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và WiFi Hệ thống WIMAX có thể cung cấp đường truyền với tốc độ lên tới 70Mb/s và có bán kính phủ sóng của một trạm là 50Km

Mô hình phủ sóng của WIMAX tương tự như mạng tế bào Hoạt động của WIMAX rất mềm dẻo và tương tự như của WiFi khi truy nhập mạng tức là khi một máy tính có nhu cầu truy nhập mạng thì nó sẽ tự động kết nối đến trạm anten WIMAX gần nhất.Điều quan trọng nhất WIMAX xây dựng dựa trên tiêu chuẩn IEEE.802.16

1.2 Chuẩn IEEE 802.16

Có thể nhiều nhà cung cấp dịch vụ và vận hành còn xa lạ với chuẩn IEEE 802.16 (WiMAX) nhưng đây sẽ là công nghệ không dây mang tính cách mạng trong ngành công nghiệp dịch vụ không dây băng rộng Chuẩn 802.16, giao tiếp dành cho hệ thống truy cập không dây băng rộng cố định còn được biết đến với tên chuẩn giao tiếp không dây IEEE WirelessMAN Chuẩn được thiết kế mới hoàn toàn với mục tiêu cung cấp những trục kết nối trực tiếp trong mạng nội thị (Metropolitan Area Network-MAN) đạt băng thông tương đương cáp, DSL, giao diện T1/E1 phổ biến hiện nay

PAN LAN MAN

WAN

IEEE 802.20

IEEE 802.16 Wireless MAN

IEEE 802.11

IEEE 802.15 ETSI

HIPERPAN

ETSI HIPERLAN

ETSI HIPERMAN

& HIPERACCESS

3GPP EDGE (GSM)

Hình 1Chuẩn không dây toàn cầu Tháng 1/2003, IEEE cho phép chuẩn 802.16a sử dụng băng tần từ 2GHz đến 11GHz; rộng hơn băng tần từ 10GHz đến 66GHz của chuẩn 802.16 phát hành tháng 4/2002 trước

đó Nhờ đặc tính không dây mà các nhà cung cấp dịch vụ và vận hành có thể triển khai đường trục dễ dàng, tiết kiệm chi phí đến những vùng địa hình hiểm trở, mở rộng năng lực mạng tại những tuyến cáp đường trục đang quá tải; đặc biệt đường phố không bị "đào lên lấp xuống" như hiện nay Thiết bị phát IEEE 802.16a có thể lắp ngay trên nóc tòa nhà chứ không cần đầu tư đặt trên tháp cao hoặc đỉnh núi như những công nghệ khác.Hệ thống 802.16a chuẩn có thể đạt đến bán kính 48km bằng cách liên kết các trạm có bán kính làm việc 6-9 km

Trong quá trình phát triển 802.16, tính liên thông luôn được đề cao Đầu tiên, diễn đàn Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) được thành lập vào năm

2003 và qui tụ được nhiều công ty hàng đầu như Intel, LG Electronics, Motorola, Fujitsu,

Siemens Để thúc đẩy các nhà sản xuất hệ thống truy xuất không dây băng rộng đưa ra thiết bị tương thích IEEE 802.16, WiMAX cũng đã hợp tác chặt chẽ với liên minh Wi-Fi

để hỗ trợ tốt chuẩn IEEE 802.11 Để đạt được sự liên thông, WiMAX buộc phải tạo một

số System Profile tương ứng với qui định sử dụng tần số khác nhau của từng khu vực địa lý.Ví dụ, nhà cung cấp dịch vụ tại châu Âu dùng băng tần 3,5GHz với băng thông 14MHz đòi hỏi thiết bị hỗ trợ kênh băng thông 3,5MHz hoặc 7 MHz, chức năng TDD (Time Division Duplex) hoặc FDD (Frequency Division Duplex).Tương tự, nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây (WISP) tại Mỹ lại dùng băng tần 5,8GHz UNII nên thiết bị hệ thống cần phải hỗ trợ băng thông 10MHz và kỹ thuật TDD

Trong quá trình xây dựng khung chuẩn, 802.16a kế thừa các hệ thống đã có để có thể được ứng dụng rộng rãi như thiết kế ban đầu OFDMA dùng trong 3 lớp PHY được thiết

kế mở để có thể điều chỉnh linh hoạt, thích ứng với tất cả các kênh có độ rộng băng thông

từ 1,75MHz đến 20MHz Single Carrier Access (SCa) trong Wi-Fi được giữ lại trong 802.16a làm đường liên kết xương sống, trong khi OFDM với FFT (Fast Fourier Transform) 256 điểm lại hỗ trợ những truy xuất cố định băng thông lên đến 10MHz Kỹ thuật OFDMA được cải tiến dựa trên OFDM để hỗ trợ hệ di động tốc độ cao, cho phép kênh hóa dữ liệu tải xuống (Downlink-DL) và tải lên (Uplink-UL), ấn định hằng số tỷ lệ giữa kích thước FFT với độ rộng kênh

Hình 2:Cấu trúc 802.16 công nghiệp

Lớp MAC 802.16 được thiết kế hỗ trợ ứng dụng điểm-đa điểm dựa trên CSMA/CA (Collision Sense Multiple Access with Collision Avoidance).MAC AP 802.16 quản lý tài nguyên UL, DL và gồm luôn cả chức năng định thời truyền và nhận Lớp MAC còn có một số chức năng hỗ trợ ứng dụng diện rộng mà tính di động không ổn định như tích hợp dịch vụ di động: bình chọn tức thời (realtime Polling Service) và không tức thời (non-realtime Polling Service) ; Đóng gói/phân mảnh để tăng độ hiệu quả sử dụng băng tần; Quản lý khóa riêng tư (PKM-privacy key management) để bảo mật từ lớp MAC; Hỗ trợ phát đa luồng; Chuyển mạch tốc độ cao; Quản lý năng lượng PKM phiên bản 2 còn có khả năng kết hợp với giao thức xác thực mở rộng (EAP-Extensible Authentication Protocol)

Tiền chuẩn Hậu chuẩn

Sau khi chuẩn hóa, nhà sản xuất thiết bị chỉ cần tập trung đẩy nhanh thiết kế và giảm giá (biểu diễn bằng các lớp màu xanh)

Với tốc độ tải dữ liệu lên đến 75Mbps, một kênh đáp ứng của trạm 802.16a hoàn toàn đủ năng lực cùng lúc phục vụ 60 khách hàng kết nối cấp T1 và hàng trăm kết nối DSL gia đình, với băng thông kênh là 20MHz Trong thực tế, để đạt hiệu quả kinh tế, các nhà vận hành và cung cấp dịch vụ thường phải chấp nhận cân đối phục vụ thành phần khách hàng doanh nghiệp doanh thu cao với thành phần thuê bao gia đình số đông Vì thế, chuẩn 802.16a đã hỗ trợ thiết thực nhà vận hành mạng, cho phép cấu hình mức ưu tiên cho từng cấp dịch vụ.Như thế, doanh nghiệp có thể đặt chế độ ưu tiên dịch vụ cấp T1 cho doanh nghiệp hoặc dịch vụ tốc độ DSL cho người dùng gia đình.Đặc tả 802.16a còn bao gồm tính năng bảo mật và QoS cần thiết để hỗ trợ những dịch vụ thoại và video trực tuyến.Dịch vụ thoại 802.16 có thể dùng kỹ thuật thoại TDM (Time Division Multiplexed) hoặc VoIP (Voice over IP)

Chuẩn 802.16a cho phép triển khai những mạng trục tốc độ cao, chi phí thấp.Tại châu

Âu, nơi các nhà vận hành ít chấp nhận chia sẻ cáp trục với đối thủ cạnh tranh, mạng trục WiMax đã có đất phát triển và được sử dụng trong 80% tháp sóng Riêng tại Mỹ, do có điều luật qui định các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba phải thuê tuyến cáp trục từ nhà cung cấp mạng trục Internet nên tốc độ ứng dụng WiMax chậm hơn châu Âu Tuy vậy, tỷ lệ ứng dụng WiMax làm mạng trục cũng đã chiếm đến 20% và sắp tới sẽ phát triển rất nhanh vì FCC đang chuẩn bị bỏ ràng buộc về tuyến cáp trục với các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba Đối với các nước đang phát triển thì giải pháp kết nối không dây 802.16a cho

phép nâng cấp năng lực dịch vụ nhanh chóng theo nhu cầu thực tế mà không phải lo ngại

về vấn đề đào đường, thay đổi kiến trúc hạ tầng

1.3.2 Kết nối mạng không dây doanh nghiệp:

Chuẩn 802.16a được dùng làm cơ sở để liên thông các mạng LAN không dây, hotspot WiFi 802.11 hiện có Doanh nghiệp có thể tự do mở rộng qui mô văn phòng mà môi trường mạng cục bộ vẫn được liền lạc nếu có mạng trung gian không dây chuẩn 802.16a Nhìn rộng hơn, doanh nghiệp có thể triển khai mạng LAN không dây thống nhất cho tất

cả văn phòng trong phạm vi một quốc gia

1.3.3 Băng rộng theo nhu cầu:

Hệ thống không dây cho phép triển khai hiệu quả ngay cả khi sử dụng ngắn hạn Với sự

hỗ trợ của công nghệ 802.16a, hệ thống hotspot 802.11 vẫn đủ năng lực phục vụ dịch vụ kết nối tốc độ cao tại những hội chợ, triển lãm có đến hàng ngàn khách Nhà cung cấp dịch vụ có thể nâng cấp hoặc giảm bớt năng lực phục vụ của hệ thống theo nhu cầu thực

tế, giúp nâng cao hiệu quả kinh doanh, tăng tính cạnh tranh của doanh nghiệp

1.3.4 Mở rộng nhanh vùng phủ sóng

Hệ thống 802.16a cho phép phủ sóng đến những vùng hiểm trở, thiếu cáp trước đây Do tuyến cáp DSL chỉ có thể đáp ứng trong bán kính 4,8km tính từ trạm điều phối trung tâm nên còn nhiều vùng địa hình hiểm trở mà nhà cung cấp không thể với tới Thống kê gần đây cho thấy có hơn 2.500 nhà cung cấp dịch vụ không dây (Wireless ISP) địa phương hoạt động hiệu quả trên 6.000 thị trường tại Mỹ Không chỉ triển khai dịch vụ dữ liệu tốc

độ cao, hệ thống còn cho phép triển khai dịch vụ thoại cho những người dùng ở vùng sâu vùng xa

1.3.5 Roaming dich vụ

Với công nghệ IEEE 802.16e mở rộng từ 802.16a, trong tương lai người dùng sẽ được hỗ trợ dịch vụ roaming tương tự điện thoại di động, tự động chuyển kết nối đến nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây địa phương ngay khi ra ngoài vùng phủ sóng của mạng gia đình, công ty -Dự kiến đến 2006, công nghệ WiMAX sẽ được tích hợp vào máy tính

xách tay, PDA như Wi-Fi hiện nay và từng bước hình thành nên những vùng dịch vụ không dây băng rộng mang tên "MetroZones"

Hình 3 Mô hình triển khai mạng WIMAX

1.4 Giới thiệu chung về công nghệ Wimax

Công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng Wimax là tên viết tắt của cụm từ “Worldwide Interoperability of Microwave Access” Mô tả WiMAX trong bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16 Wireless Metropolitan Area Network (MAN) cho rằng các hệ thống tương thích với Wimax sẽ có sự tương tác giữa vô tuyến cố định với Internet cable và DSL thường

Một hệ thống Wimax tiêu biểu gồm có 2 phần:

 Một trạm gốc Wimax: Trạm gốc gồm các khối điện tử đặt trong nhà và một anten Wimax Tiêu biểu, một trạm gốc có bán kính phủ sóng lên đến 10 km (Theo lý thuyết, một trạm gốc có bán kính phủ sóng lên đến 50 km, tuy nhiên do điều kiện

thực tế nên chỉ giới hạn ở bán kính khoảng 10 km) Bất kỳ node vô tuyến nằm trong vùng phủ sóng điều có thể truy cập đến Internet

 Một máy thu WiMax: máy thu và anten có thể là một hộp đơn hay là một card PCMCA gắn vào trong máy tính hoặc laptop Truy cập đến trạm gốc Wimax giống như truy cập đến điểm truy cập của mạng Wifi, nhưng có vùng phủ sóng thì rộng hơn

Nhiều trạm gốc có thể kết nối lẫn nhau bằng cách sử dụng các liên kết Viba backhaul tốc

độ cao.Điều này cho phép các thuê bao Wimax chuyển vùng từ trạm gốc này đến khu vực trạm gốc khác, cũng tương tự như chuyển vùng trong mạng điện thoại tế bào

Các đặc điểm kỹ thuật quan trọng trong công nghệ Wimax (Wireless MAN IEEE 802.16)

 Bán kính phủ sóng: 50 km tính từ trạm gốc

 Tốc độ tối đa: 70 Mbps

 Non-Line-of-sight (NLoS) giữa người sử dụng và trạm gốc

 Các băng tần số: 2-11 GHz và 10-66 GHz (băng đăng ký và chưa đăng ký)

 Định nghĩa cả hai lớp MAC và PHY và cho phép nhiều chi tiết kỹ thuật lớp PHY Mạng MAN vô tuyến Wimax dựa trên bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16 cung cấp truy cập Internet vô tuyến băng rộng tới nhà riêng và doanh nghiệp với cước phí thấp Tốc độ truyền chia sẽ lên đến 75Mbps từ một trạm đơn, có thể cung cấp truy cập băng rộng mà không cần có một đường truyền vật lý từ người dùng đầu cuối tới nhà cung cấp dịch vụ Giao dịch vụ tới khách hàng đầu cuối giống như giao kênh truyền 300Kbps cho nhà riêng

và 2Mbps cho doanh nghiệp

Giao dịch vụ tới khách hàng đầu cuối giống như giao kênh truyền 300Kbps cho nhà riêng

và 2Mbps cho doanh nghiệp (Chuẩn mô tả ở phần cuối)

Công nghệ này đặc biệt hữu ích cho các vùng nông thôn và các nơi khác mà ở đó chưa có truy cập băng rộng Cơ sở hạ tầng hiện hữu do các nhà cung cấp kéo cáp sở hữu chỉ cung cấp dịch vụ tới những vùng còn giới hạn, phù hợp cho truyền cáp; mở rộng để có khả năng cung cấp dịch vụ băng rộng thì chi phí cao, vì thế sẽ ngăn cản phát triển đến những vùng có mật độ dân cư thấp

Công nghệ DSL giới hạn người dùng đầu cuối phải ở trong vòng 3 dặm từ tổng đài PTC hoặc trạm phân phối của nhà khai thác, vì thế nhiều người đặc biệt ở những vùng nông thôn thì công nghệ DSL không đáp ứng được Ngược lại vùng phủ sóng rộng và môi trường truyền không dây đã giúp cho Wimax vượt qua những giới hạn này.Mặc dù vùng phủ sóng tối ưu là 4-6 dặm với tốc độ cao, tuy nhiên khi giảm tốc độ sẽ tăng khỏang cách lên xấp xỉ 30 dặm.Chi phí tương đối thấp để triển khai dịch vụ Wimax có liên quan đến cáp hoặc DSL, sẽ khuyến khích các nhà cung cấp dịch vụ mở rộng vùng phủ sóng tới những khách hàng nhà riêng và doanh nghiệp mới Trong khi công nghệ này không cung cấp dịch vụ băng rộng chung, lúc này nên mở rộng vùng dịch vụ hiện vượt quá giới hạn của họ và sẽ có thể phủ hết các vùng dân cư

Wimax hứa hẹn cung cấp dự phòng nhanh các dịch vụ băng rộng Thông thường PTCL yêu cầu nhiều tháng mới cung cấp đường E1 mới và các kết nối mức dữ liệu thương mại cho các khách hàng doanh nghiệp dưới điều kiện tốt nhất, chi phí lắp đặt còn khá cao.Nhà khai thác DSL bị giới hạn cung cấp các kết nối tốc độ cao chỉ trong những vùng họ đã có thiết bị nhà trạm và tổng đài Dựa vào kích thước doanh nghiệp và tài nguyên dự phòng

đã phát triển đột biến trong các năm vừa qua và sẽ phát triển trong tương lai để định hướng theo tổ chức thương mại thế giới WTO Sự cản trở của thời gian lắp đặt lâu và chi phí dự phòng cao sẽ kiềm hảm sự phát triển của nó Mạng backbone trong nước ta cùng với tuyến trung kế chính tạo cho nó hiện rỏ ưu điểm vượt trội của công nghệ này để triển khai băng rộng tới các vùng sâu vùng xa và xa các tuyến trung kế

Kế họach phát triển đã thông báo trong diễn đàn phát triển của Intel, Intel sẽ cho ra mắt chip Wimax đầu tiên năm 2004 Kết nối băng rộng cố định tới nhà riêng và doanh nghiệp được đưa ra trong bộ chuẩn 802.16a (đã được chuẩn hóa vào tháng 01 năm 2003), tiếp theo là truy cập di động tới máy tính xách tay theo bộ chuẩn 802.16e (đang hợp chuẩn) Chuẩn 802.16a cho phép công nghệ này họat động ở vùng tần số từ 2-11 GHz và không

bị giới hạn LOS Tuy nhiên, các công ty khác cũng có sự phát triển đáng kể như Navini, Proxim, Alvarion,…

Nhiều cơ hội đến cho các công ty này đã phát triển những ứng dụng dựa trên những ưu điểm của công nghệ mới này Giải pháp kinh doanh bổ sung như giám sát khu vực, phóng viên tin tức, chăm sóc sức khỏe tại nhà, cán bộ công ty công ích,… các dịch vụ yêu cầu kết nối với các máy tính ở doanh nghiệp của họ hoặc với hệ thống Internet VPN và các dịch vụ tương tự khác cũng có thể tận dụng được các ưu điểm của công nghệ này, dù cần trang bị lại một số công cụ

Mang băng rộng tới các vùng chưa phát triển, chưa có dịch vụ, hạ tầng cơ sở mạng dây dẫn băng rộng cho nhà riêng, doanh nghiệp chưa tồn tại hoặc không đáng tin cậy Để mở rộng dịch vụ Internet tới vùng sâu, vùng xa, nhà cung cấp dịch vụ phải cung cấp cơ sở hạ tầng viễn thông mặt đất mới, bắt buộc phải chịu giá cả dịch vụ rất cao.Đây là nguyên nhân chính làm cho tỷ trọng dịch vụ diễn thông ở nước ta thấp.Để đạt được lãi ròng hợp

lý và khỏang thời gian có thể chấp nhận được, chi phí hạ tầng cơ sở phải được giữ ở mức thấp và được quản lý chặt chẽ.Yếu tố chi phí giữ vai trò rất quan trọng ở những vùng dân

cư thưa thớt, chưa triển khai công nghệ viễn thông truyền thống

Công nghệ vô tuyến tầm xa hứa hẹn mang lại dịch vụ có ích cho nhiều vùng mà công nghệ dây dẫn truyền thống thực tế chưa có.Theo một số chuyên gia như Sean Maloney (phó chủ tịch hội đồng quản trị Intel và tổng giám đốc của nhóm viễn thông Intel), một số hãng truyền thông đang xem xét cung cấp dịch vụ Wimax diện rộng ở những quốc gia phát triển và đang phát triển

Thị trường kinh doanh nhỏ hiện nay được phục vụ ở mức độ lớn bởi vô tuyến điểm-điểm hoặc mạng cáp DSL phạm vi nhỏ cho kết nối băng rộng Hơn nữa giới hạn vị trí đã thảo luận rồi, các công nghệ này điển hình là cung cấp băng thông upstream bị giới hạn, mà giới hạn đáng kể cho những khách hàng doanh nghiệp, tùy vào nhu cầu cụ thể của họ Các doanh nghiệp này có kế họach đặt máy chủ Web, hỗ trợ hoặc lặp kế họach hỗ trợ người dùng ở xa có nhu cầu, mà có thể nói tìm thấy giới hạn này có ý nghĩa rất đặc biệt.Hơn nữa, từ khi các nhà cung cấp mạng dây dẫn xây dựng ở nơi chủ yếu để phục vụ thị trường truyền hình cáp, thì khi đó họ không còn xây dựng ở nhiều khu vực thương mại nữa

Mạng Wimax cung cấp tương tác với kênh phân phối này từ khi họ không phụ thuộc vào

hạ tầng cơ sở đoạn cuối hiện có và họ cung cấp băng thông upstream lớn hơn rất nhiều so với cáp và DSL Các mạng này cũng có độ tin cậy cao từ khi các nhà cung cấp lắp thêm cell tới những vùng dịch vụ với mức chi phí thực thấp hơn so với mở rộng mạng cáp hoặc DSL

Trong khi ở các quốc gia phát triển đã có sẵn mạng lớn cáp và/hoặc DSL phục vụ khu vực doanh nghiệp và dân cư đông.Vì vậy, các phương thức phục vụ mới phải có thời gian cạnh tranh trên thị trường này, khi mà khách hàng ở đây có dịch vụ phục vụ tốt Vì vậy, Wimax đem lại nhiều lợi ích ở vùng sâu, vùng xa và những vùng chưa có dịch vụ băng rộng, lợi ích mang lại cho nhà cung cấp ở đây là khá thấp và cản trở sự phát triển chung