Bao mat du lieu trong mang wimax 132266

Với chiều hướng giá thành của máy tính xách tay ngày cànggiảm và nhu cầu truy nhập Internet ngày càng tăng, tại các nước phát triển cácdịch vụ truy nhập Internet không dây đã trở nên phổ

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, công nghệ thông tin đã chứng kiến sự bùng nổ củacông nghệ mạng không dây Khả năng liên lạc không dây đã gần như tất yếutrong các thiết bị cầm tay (PDA), máy tính xách tay, điện thoại di động và cácthiết bị số khác Với các tính năng ưu việt về vùng phục vụ kết nối linh động,khả năng triển khai nhanh chóng, giá thành ngày càng giảm

Xu hướng kết nối không dây/vô tuyến ngày càng trở nên phổ cập trong kếtnối mạng máy tính Với chiều hướng giá thành của máy tính xách tay ngày cànggiảm và nhu cầu truy nhập Internet ngày càng tăng, tại các nước phát triển cácdịch vụ truy nhập Internet không dây đã trở nên phổ cập, bạn có thể ngồi trongtiền sảnh của một khách sạn và truy nhập Internet từ máy tính xách tay của mìnhmột cách dễ dàng thông qua kết nối không dây và công nghệ dịch chuyển địa chỉ

IP Công nghệ hiện tại đã đem đến Bluetooth kết nối không dây, WiFi truy xuấtInternet không dây, điện thoại di động Nhưng bên cạnh ưu điểm, công nghệkết nối không dây hiện nay còn hạn chế và chưa thật sự liên thông với nhau Vấn

đề chính với truy nhập WiFi đó là các hotspot thì rất nhỏ, vì vậy phủ sóng rảirác Cần có một hệ thống không dây mà cung cấp tốc độ băng rộng cao khả năng

phủ sóng lớn hơn Đó chính là WiMAX (Worldwide Interoperability

Microwave Access) Nó cũng được biết đến như là IEEE 802.16 WiMAX làmột công nghệ dựa trên nền tảng một chuẩn tiến hóa cho mạng không dây điểm

- đa điểm Là giải pháp cho mạng đô thị không dây băng rộng với phạm vi phủsóng tới 50 km và tốc độ bit lên tới 70 Mbps với kênh 20 MHz, bán kính cell từ2-9 km

Chuẩn được thiết kế mới hoàn toàn với mục tiêu cung cấp những trục kết nốitrực tiếp trong mạng nội thị (Metropolitan Area Network-MAN) đạt băng thông

tương đương cáp, DSL, trục T1 phổ biến hiện nay.Công nghệ WiMAX đang là

xu hướng mới cho các tiêu chuẩn giao diện vô tuyến trong việc truy nhập khôngdây băng thông rộng cho cả thiết bị cố định, xách tay và di động Chất lượngdịch vụ được thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast cũng như diđộng, sử dụng cả phổ tần cấp phép và không được cấp phép WiMAX thực sựđang được các nhà cung cấp dịch vụ cũng như các nhà sản xuất quan tâm

WiMAX được phát triển dựa trên nền tảng công nghệ ghép kênh phân chiatheo tần số trực giao Lợi ích của WiMAX là khả năng ghép kênh cao, vì thế cácnhà cung cấp dịch vụ có thể dễ dàng cung cấp cho khách hàng dịch vụ truy nhậpkhông dây Khả năng hoạt động NLOS

Sự tiện lợi của mạng không dây cũng đặt ra một thử thách lớn về bảo mậtđường truyền cho các nhà quản trị mạng Ưu thế về sự tiện lợi của kết nối khôngdây có thể bị giảm sút do những khó khăn nảy sinh trong bảo mật mạng Tháchthức càng trở nên khó khăn hơn với một mạng có phạm vi rộng, và khả năng diđộng như WiMAX

Vậy mạng WiMAX đã giải quyết vấn đề bảo mật dữ liệu như thế nào? Lựa

chọn đề tài: “Bảo mật dữ liệu trong mạng WiMAX”, em muốn trình bày tổng

quan về mạng WiMAX và vấn đề bảo mật dữ liệu của nó Dựa vào những tàiliệu tìm kiếm được (chủ yếu dựa theo chuẩn WiMAX cố định), đồ án được chiathành 2 phần, 5 chương, được tóm tắt như sau:

Phần I: Tổng quan về công nghệ WiMAX

Chương 1: Giới thiệu chung về mạng WiMAX

Chương 2: Kiến trúc mạng

Phần II: Bảo mật dữ liệu

Chương 3: Tổng quan về bảo mật dữ liệu

Chương 4: Giao thức PKM

Chương 5: Mã hóa dữ liệu

Do còn hạn chế về khả năng hiểu biết và thời gian nên đồ án này không tránhkhỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô và các bạn

để đồ án được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày 10 tháng 4 năm 2008

Sinh viên Đan Hùng Sơn

Phần I

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WiMAX

Chương 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX

1.1 KHÁI NIỆM

WiMAX là hệ thống truy nhập vi ba có tính tương thích toàn cầu dựa trên cơ

sở tiêu chuẩn IEEE 802.16 Công nghệ WiMAX cung cấp phạm vi và băngthông lớn hơn họ các chuẩn WiFi và cung cấp một sự thay thế không dây chobackhaul có dây và những triển khai last mile mà sử dụng các modem cáp, cáccông nghệ DSL, các hệ thống T-x/E-x và các công nghệ OC-x

WiMAX là một chuẩn không dây đang phát triển rất nhanh, hứa hẹn tạo rakhả năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định lẫn mạngkhông dây di động, phạm vi phủ sóng được mở rộng

2.2 ĐẶC ĐIỂM

WiMAX đã được thiết kế để chú trọng vào những thách thức gắn với các loạitriển khai truy nhập có dây truyền thống như:

Backhaul Sử dụng các anten điểm - điểm để nối nhiều hotspot với nhau và

đến các trạm gốc qua những khoảng cách dài (đường kết nối giữa điểm truynhập WLAN và mạng băng rộng cố định)

Last mile Sử dụng các anten điểm - đa điểm để nối các thuê bao thuộc nhà

riêng hoặc doanh nghiệp tới trạm gốc

WiMAX đã được phát triển với nhiều mục tiêu quan tâm như:

Cấu trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ các cấu trúc hệ thống bao gồm điểm

-đa điểm, công nghệ mesh và phủ sóng khắp mọi nơi MAC (điều khiển truynhập phương tiện truyền dẫn) hỗ trợ điểm - đa điểm và dịch vụ rộng khắp bởilập lịch một khe thời gian cho mỗi SS (trạm thuê bao) Nếu có duy nhất một SStrong mạng, BS (trạm gốc) sẽ liên lạc với SS trên cơ sở điểm - điểm Một BStrong một cấu hình điểm - điểm có thể sử dụng anten chùm hẹp hơn để bao phủ

các khoảng cách xa hơn

Chất lượng dịch vụ QoS: WiMAX có thể được tối ưu động đối với hỗn

hợp lưu lượng sẽ được mang Có 4 loại dịch vụ được hỗ trợ: dịch vụ cấp phát tựnguyện (UGS), dịch vụ hỏi vòng thời gian thực (rtPS), dịch vụ hỏi vòng khôngthời gian thực (nrtPS), nỗ lực tốt nhất (BE).iMX

Triển khai nhanh: So sánh với triển khai các giải pháp có dây, WiMAX

yêu cầu ít hoặc không có bất cứ sự xây dựng thiết lập bên ngoài Ví dụ, đào hố

để tạo rãnh các đường cáp thì không yêu cầu Các nhà vận hành mà đã có đượccác đăng ký để sử dụng một trong các dải tần đăng ký, hoặc dự kiến sử dụngmột trong các dải tần không đăng ký, không cần đệ trình các ứng dụng hơn nữacho chính phủ

Dịch vụ đa mức: Cách thức nơi mà QoS được phân phát nói chung dựa

vào sự thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sửdụng cuối cùng Chi tiết hơn, một nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp cácSLA khác nhau tới các thuê bao khác nhau, thậm chí tới những người dùng khácnhau sử dụng cùng SS Cung cấp truy nhập băng rộng cố định trong những khuvực đô thị và ngoại ô, nơi chất lượng cáp đồng thì kém hoặc đưa vào khó khăn,

khắc phục thiết bị số trong những vùng mật độ thấp nơi mà các nhân tố côngnghệ và kinh tế thực hiện phát triển băng rộng rất thách thức

Tính tương thích: WiMAX dựa vào quốc tế, các chuẩn không có tính chất

rõ rệt nhà cung cấp, tạo ra sự dễ dàng đối với người dùng cuối cùng để truyền tải

và sử dụng SS của họ ở các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụkhác nhau Tính tương thích bảo vệ sự đầu tư của một nhà vận hành ban đầu vì

nó có thể chọn lựa thiết bị từ các nhà đại lý thiết bị và nó sẽ tiếp tục đưa chi phíthiết bị xuống khi có một sự chấp nhận đa số

Di động: IEEE 802.16e bổ sung thêm các đặc điểm chính hỗ trợ khả năng

di động Những cải tiến lớp vật lý OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực giao)

và OFDMA (đa truy nhập phân chia tần số trực giao) để hỗ trợ các thiết bị vàcác dịch vụ trong một môi trường di động Những cải tiến này bao gồm

OFDMA mở rộng được, MIMO (nhiều đầu ra nhiều đầu vào), hỗ trợ đối vớichế độ idle/sleep và hand-off, sẽ cho phép khả năng di động đầy đủ ở tốc độ tới

160 km/h Mạng WiMAX di động cho phép người sử dụng có thể truy cậpInternet không dây băng thông rộng tại bất cứ trong thành phố nào

Lợi nhuận: WiMAX dựa vào một chuẩn quốc tế mở Sự chấp nhận đa số

của chuẩn và sử dụng chi phí thấp, các chip được sản xuất hàng loạt, sẽ đưa chiphí giảm đột ngột và giá cạnh tranh xảy ra sẽ cung cấp sự tiết kiệm chi phí đáng

kể cho các nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng cuối cùng Môi trường khôngdây được sử dụng bởi WiMAX cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phá vỡnhững chi phí gắn với triển khai có dây, như thời gian và công sức

Hoạt động NLOS: Khả năng hoạt động của mạng WiMAX mà không đòi

hỏi tầm nhìn thẳng giữa BS và SS Khả năng này của nó giúp các sản phẩmWiMAX phân phát dải thông rộng trong một môi trường NLOS

Phủ sóng rộng hơn: WiMAX hỗ trợ động nhiều mức điều chế bao gồm

BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM Khi yêu cầu với bộ khuếch đại công suất cao

và hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ BPSK hoặc QPSK) Các hệ thốngWiMAX có thể phủ sóng một vùng địa lý rộng khi đường truyền giữa BS và SSkhông bị cản trở Mở rộng phạm vi bị giới hạn hiện tại của WLAN công cộng(hotspot) đến phạm vi rộng (hotzone) - cùng công nghệ thì có thể sử dụng ở nhà

và di chuyển Ở những điều kiện tốt nhất có thể đạt được phạm vi phủ sóng 50

km với tốc độ dữ liệu bị hạ thấp (một vài Mbit/s), phạm vi phủ sóng điển hình làgần 5 km với CPE (NLOS) trong nhà và gần 15 km với một CPE được nối vớimột anten bên ngoài (LOS)

Dung lượng cao: Có thể đạt được dung lượng 70 Mbit/s cho các trạm gốc

với một kênh 20 MHz trong các điều kiện truyền sóng tốt nhất

Tính mở rộng Chuẩn 802.16-2004 hỗ trợ các dải thông kênh tần số vô

tuyến (RF) mềm dẻo và sử dụng lại các kênh tần số này như là một cách để tăngdung lượng mạng Chuẩn cũng định rõ hỗ trợ đối với TPC (điều khiển công suấtphát) và các phép đo chất lượng kênh như các công cụ thêm vào để hỗ trợ sử

dụng phổ hiệu quả Chuẩn đã được thiết kế để đạt tỷ lệ lên tới hàng trăm thậmchí hàng nghìn người sử dụng trong một kênh RF Các nhà vận hành có thể cấpphát lại phổ qua hình quạt như số thuê bao gia tăng Hỗ trợ nhiều kênh cho phépcác nhà chế tạo thiết bị cung cấp một phương tiện để chú trọng vào phạm vi sửdụng phổ và những quy định cấp phát được nói rõ bởi các nhà vận hành trongcác thị trường quốc tế thay đổi khác nhau.

Bảo mật: Bằng cách mã hóa các liên kết vô tuyến giữa BS và SS, sử dụng

chuẩn mã hóa tiên tiến AES ở chế độ CCM, đảm bảo sự toàn vẹn của dữ liệutrao đổi qua giao diện vô tuyến Cung cấp cho các nhà vận hành với sự bảo vệmạnh chống lại những hành vi đánh cắp dịch vụ.e

2.3 CÁC CHUẨN WiMAX

1.3.1 CHUẨN IEEE 802.16 - 2001

Chuẩn IEEE 802.16-2001 được hoàn thành vào tháng 10/2001 và được công

bố vào 4/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN™cho các mạng vùng đô thị

Đặc điểm chính của IEEE 802.16 - 2001:

Giao diện không gian cho hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố địnhhoạt động ở dải tần 10-66 GHz, cần thỏa mãn tầm nhìn thẳng

Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-SC

Tốc độ bit: 32-134 Mbps với kênh 28 MHz

Điều chế QPSK, 16 QAM và 64 QAM

Các dải thông kênh 20 MHz, 25 MHz, 28 MHz

Bán kính cell: 2-5 km

Kết nối có hướng, MAC TDM/TDMA, QoS, bảo mật

2.3.2 CHUẨN IEEE 802.16a

Vì những khó khăn trong triển khai chuẩn IEEE 802.16, hướng vào việc sửdụng tần số từ 10-66 GHz, một dự án sửa đổi có tên IEEE 802.16a đã được hoàn

thành vào tháng 11/2002 và được công bố vào tháng 4/2003 Chuẩn này được

mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trong băng tần 2-11 GHz,bao gồm cả những phổ cấp phép và không cấp phép và không cần thoả mãn điềukiện tầm nhìn thẳng

Đặc điểm chính của IEEE 802.16a như sau:

Bổ sung 802.16, các hiệu chỉnh MAC và các đặc điểm PHY thêm vào cho2-11 GHz (NLOS)

Tốc độ bit: tới 70 Mbps với kênh 20 MHz

Điều chế OFDMA với 2048 sóng mang, OFDM 256 sóng mang, QPSK, 16QAM, 64 QAM

Dải thông kênh có thể thay đổi giữa 1,25 MHz và 20 MHz

Bán kính cell: 6-9 km

Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-OFDM, OFDMA, SCa

Các chức năng MAC thêm vào: hỗ trợ PHY OFDM và OFDMA, hỗ trợcông nghệ Mesh, ARQ

2.3.3 CHUẨN IEEE 802.16 - 2004

Tháng 7/2004, chuẩn IEEE 802.16-2004 hay IEEE 802.16d được thông qua,kết hợp của các chuẩn IEEE 802.16 - 2001, IEEE 802.16a, ứng dụng LOS ở dảitần số 10-66 GHz và NLOS ở dải 2-11 GHz Khả năng vô tuyến bổ sung như là

“beam forming” và kênh con OFDM

2.3.4 CHUẨN IEEE 802.16e

Đầu năm 2005, chuẩn không dây băng thông rộng 802.16e với tên gọi Mobile WiMax đã được phê chuẩn, cho phép trạm gốc kết nối tới những thiết bịđang di chuyển Chuẩn này giúp cho các thiết bị từ các nhà sản xuất này có thểlàm việc, tương thích tốt với các thiết bị từ các nhà sản xuất khác 802.16e hoạtđộng ở các băng tần nhỏ hơn 6 GHz, tốc độ lên tới 15 Mbps với kênh 5 MHz,bán kính cell từ 2-5 km

WiMAX 802.16e có hỗ trợ hand-off và roaming Sử dụngSOFDMA, một công nghệ điều chế đa sóng mang Các nhà cungcấp dịch vụ mà triển khai 802.16e cũng có thể sử dụng mạng

để cung cấp dịch vụ cố định 802.16e hỗ trợ cho SOFDMA cho phép sốsóng mang thay đổi, ngoài các mô hình OFDM và OFDMA Sự phân chia sóngmang trong mô hình OFDMA được thiết kế để tối thiểu ảnh hưởng của nhiễuphía thiết bị người dùng với anten đa hướng Cụ thể hơn, 802.16e đưa ra hỗ trợcải tiến hỗ trợ MIMO và AAS, cũng như các handoff cứng và mềm Nó cũng cảitiến các khả năng tiết kiệm công suất cho các thiết bị di động và các đặc điểmbảo mật linh hoạt hơn

1.4.1.1 Băng tần đăng ký 2,5 GHz

Đã được cấp phát trong phần lớn thế giới, bao gồm bắc Mỹ, Mỹ Latin, đông

và tây Âu và nhiều vùng của châu Á - thái bình dương như một băng tần đăng

ký Mỗi quốc gia thường cấp phát dải khác nhau, vì vậy phổ được cấp phát quacác vùng có thể từ 2,495 GHz đến 2,690 GHz Tổng phổ khả dụng là 195 MHz,bao gồm các dải phòng vệ và các kênh MDS, giữa 2,495 GHz và 2,690 GHz Hỗtrợ FDD, TDD Phổ trên mỗi đăng ký là 22,5 MHz, một block 16,5 MHz và mộtblock 6 MHz, tổng số 8 đăng ký

2.4.2.4 Băng tần đăng ký 3,5 GHz.

Ở châu âu, viện chuẩn viễn thông châu âu đã phân phối dải 3,5 GHz, bắt đầuđược sử dụng cho WPLL, cho các giải pháp WiMAX đăng ký Tổng phổ khảdụng, thay đổi theo quốc gia nhưng nói chung khoảng 200 MHz giữa 3,4 GHz

và 3,8 GHz Hỗ trợ FDD, TDD, một vài quốc gia chỉ sử dụng FDD trong khicác quốc gia khác cho phép sử dụng FDD hoặc TDD Phổ trên mỗi đăng ký thayđổi từ 25 MHz đến 256 MHz

2.4.3 BĂNG TẦN KHÔNG ĐĂNG KÝ 5GHz

Phần lớn các quốc gia toàn thế giới đã sử dụng phổ 5 GHz cho các phươngtiện liên lạc không đăng ký Các băng 5,15 GHz và 5,85 GHz đã được chỉ địnhnhư không đăng ký trong phần lớn thế giới

Các giải pháp không đăng ký cung cấp một vài thuận lợi chính hơn các giảipháp đăng ký, bao gồm chi phí ban đầu thấp hơn, rút ra nhanh hơn, và một băngchung có thể được sử dụng ở phần lớn thế giới Các lợi ích này đang thu hút sựquan tâm và có khả năng cho sự chấp nhận băng rộng nhanh chóng

Tuy nhiên một giải pháp không đăng ký thì khả năng nhiễu cao hơn, và nhiều

sự cạnh tranh đối với các nhà kinh doanh bất động sản cho việc triển khai Mộtgiải pháp không đăng ký sẽ không được xem như một sự thay thế cho giải phápđăng ký Mỗi giải pháp cung cấp một thị trường khác nhau dựa vào sự thỏa hiệpgiữa chi phí và QoS

2.5 TRUYỀN SÓNG

Trong khi nhiều công nghệ hiện đang tồn tại cho không dây băng rộng chỉ cóthể cung cấp phủ sóng LOS, công nghệ WiMAX được tối ưu để cung cấp phủsóng NLOS Công nghệ tiên tiến của WiMAX cung cấp tốt nhất cho cả hai CảLOS và NLOS bị ảnh hưởng bởi các đặc tính đường truyền môi trường củachúng, tổn thất đường dẫn, và ngân quỹ kết nối vô tuyến

Trong liên lạc LOS, một tín hiệu đi qua một đường trực tiếp và không bị tắc

nghẽn từ máy phát đến máy thu Một liên lạc LOS yêu cầu phần lớn miềnFresnel thứ nhất thì không bị ngăn cản của bất kì vật cản nào, nếu tiêu chuẩn nàykhông thỏa mãn thì có sự thu nhỏ đáng kể cường độ tín hiệu quan sát Độ hởFresnel được yêu cầu phụ thuộc vào tần số hoạt động và khoảng cách giữa vị trímáy phát và máy thu.

Trong liên lạc NLOS, tín hiệu đến máy thu qua phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ Cáctín hiệu đến máy thu bao gồm các thành phần từ đường trực tiếp, các đườngđược phản xạ nhiều lần, năng lượng bị tán xạ, và các đường truyền bị nhiễu xạ.Các tín hiệu này có khoảng trễ khác nhau, suy hao, phân cực, và độ ổn địnhquan hệ với đường truyền trực tiếp Là nguyên nhân gây ra nhiễu ISI và méo tínhiệu Điều đó không phải là vấn đề đối với LOS, nhưng với NLOS thì lại là vấn

đề chính

Hiện tượng đa đường cũng có thể gây ra sự phân cực tín hiệu bị thay đổi Vìvậy sử dụng phân cực như là biện pháp sử dụng lại tần số, như được thực hiệnthông thường trong các triển khai LOS có thể khó giải quyết trong các ứng dụngNLOS

Một hệ thống vô tuyến sử dụng các tín hiệu đa đường này như thế nào hướngtới một thuận lợi là chìa khóa để cung cấp dịch vụ trong các điều kiện NLOS.Một sản phẩm mà chỉ đơn thuần tăng công suất để xuyên qua các vật cản (đôilúc được gọi là “gần tầm nhìn thẳng”) thì không phải là công nghệ NLOS bởi vìphương pháp này vẫn còn dựa vào đường truyền trực tiếp đủ mạnh mà không sửdụng năng lượng xuất hiện trong các tín hiệu gián tiếp

Do có nhiều ưu điểm nên những triển khai NLOS tạo ra sự hấp dẫn Ví

dụ, các yêu cầu lập kế hoạch chặt chẽ và giới hạn chiều cao anten mà thường không cho phép anten được bố trí cho LOS Với những triển khai tế bào kề nhau phạm vi rộng, nơi tần số được sử dụng lại là tới hạn, hạ thấp anten là thuận lợi để giảm nhiễu kênh chung giữa các vị trí cell liền kề Điều này thường có tác dụng thúc đẩy các trạm gốc hoạt động trong các điều kiện NLOS Các hệ thống LOS không thể giảm chiều cao anten bởi vì làm

như vậy sẽ có tác động đến đường quan sát trực tiếp được yêu cầu từ CPE đến trạm gốc.

Công nghệ NLOS cũng giảm phí tổn cài đặt bằng cách đặt dưới các mái chethiết bị CPE đúng như nguyên bản và giảm bớt khó khăn định vị trí các địa điểmđặt CPE thích hợp Công nghệ cũng giảm bớt nhu cầu quan sát vị trí thiết bị phíatrước và cải thiện độ chính xác của các công cụ lập kế hoạch NLOS Xem minhhọa trên hình 1.1

Hình 1.1 Minh họa hoạt động WiMAX Công nghệ NLOS và những tính năng được nâng cao trong WiMAX tạo khả năng sử dụng thiết bị phía đầu khách hàng (CPE) trong nhà Điều này

có hai khó khăn chính: đầu tiên là khắc phục những tổn hao xuyên qua tòa nhà và thứ hai, phủ sóng các khoảng cách hợp lý với công suất truyền và các tăng ích anten thấp hơn mà thường được kết hợp với các CPE trong nhà.

Công nghệ WiMAX, giải quyết và giảm nhẹ các vấn đề do bởi các điều kiện

NLOS bằng cách sử dụng: công nghệ OFDM, OFDMA, điều chế thích nghi, cáccông nghệ sửa lỗi, các công nghệ anten, điều khiển công suất, kênh con Dướiđây trình bày khái quát về những giải pháp nêu trên.

1.5.1 CÔNG NGHỆ OFDM

Công nghệ OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực giao), dựa vào FDM làcông nghệ mà sử dụng nhiều tần số để truyền đồng thời nhiều tín hiệu songsong, tăng tốc độ truyền dẫn Mỗi tín hiệu có dải tần số riêng (sóng mang con)

mà sau đó được điều chế theo dữ liệu Mỗi sóng mang con được tách biệt bởi

một dải bảo vệ để đảm bảo rằng chúng không chồng lên nhau Những sóng mang này sau đó được giải điều chế ở máy thu sử dụng các bộ lọc để tách riêng các dải OFDM tương tự với FDM nhưng hiệu quả phổ lớn hơn bởi khoảng cách các kênh con khép gần hơn (cho đến khi chúng thực sự chồng nhau) Điều này được thực hiện bởi tìm các tần số mà chúng trực giao, có

nghĩa là chúng vuông góc theo cảm nhận toán học, cho phép phổ của mỗi dảithông con được giảm đáng kể bằng cách di chuyển các dải bảo vệ và cho phépcác tín hiệu chồng nhau Để giải điều chế tín hiệu, cần một bộ biến đổi Fourierrời rạc (DFT) So sánh FDM và OFDM được minh họa trên Hình 1 2

Hình 1.2 So sánh FDM và OFDM Trong OFDM chúng ta có 256 sóng mang với 192 sóng mang con dữ liệu,

8 sóng mang con pilot Trong hầu hết dạng cơ sở của nó, mỗi sóng mang con

dữ liệu có thể on hoặc off để chỉ ra bit thông tin 1 hoặc 0 Tuy nhiên, điều chế

khóa dịch pha (PSK) hoặc điều chế biên độ cầu phương (QAM) là tiêu biểu được chú ý để tăng thông lượng dữ liệu

Hình 1.3 OFDM với 256 sóng mang

Vì vậy trong trường hợp này, một luồng dữ liệu sẽ được chia thành n (192)

luồng dữ liệu song song, mỗi luồng ở 1/n (1/192) tốc độ nguyên thủy Mỗi luồng sau đó được ánh xạ đến sóng mang con dữ liệu riêng biệt và sử dụng điều chế PSK hoặc QAM

Các sóng mang con pilot cung cấp một tham chiếu để tối thiểu những dịchchuyển tần số và pha trong thời gian truyền trong khi các sóng mang null chophép các khoảng bảo vệ và sóng mang DC (tần số trung tâm) Tất cả các sóngmang con được gửi ở cùng thời gian

OFDM nén nhiều sóng mang được điều chế chặt chẽ cùng nhau, giảm dảithông yêu cầu nhưng giữ các tín hiệu được điều chế trực giao để chúng khônggây ra nhiễu lẫn nhau Nó cung cấp các hoạt động với một phương thức hiệu quảkhắc phục các trở ngại của truyền sóng NLOS Dạng sóng OFDM WiMAXcung cấp thuận lợi là có thể hoạt động với khoảng trễ lớn hơn ở môi trườngNLOS Do ưu điểm của thời gian symbol OFDM và sử dụng một tiền tố lặp CP,dạng sóng OFDM loại trừ các vấn đề ISI và phức hợp cân bằng thích nghi Bởi

vì dạng sóng OFDM bao gồm nhiều sóng mang trực giao băng hẹp, fading lựachọn được hạn chế trong một tập con các sóng mang mà tương đối dễ để hiệuchỉnh Thông tin được gửi song song với OFDM và liên tiếp với sóng mang đơn

Khả năng khắc phục khoảng trễ, đa đường và ISI theo cách hiệu quả cho phép thông lượng tốc độ dữ liệu cao

2.5.2 CÔNG NGHỆ OFDMA

Công nghệ OFDMA cho phép một vài sóng mang con được gán tới nhữngngười dùng khác nhau Ví dụ các sóng mang con 1, 3 và 7 có thể được gán chongười dùng 1, và các sóng mang con 2, 5 và 9 cho người dùng 2 Những nhómsóng mang con này được xem như các kênh con OFDMA mở rộng được chophép các kích thước FFT nhỏ hơn để cải thiện chất lượng đối với các kênh dảithông thấp hơn

Để giảm bớt fading lựa chọn tần số, các sóng mang của một trong các kênhcon được trải rộng theo phổ kênh Hình 1 4 miêu tả nguyên lý của sự phân chiathành các kênh con

Hình 1.4 Các kênh con trong OFDMA

Khoảng sóng mang có thể dùng được được phân thành một số nhóm liên tiếp.Mỗi nhóm chứa một số các sóng mang liên tiếp NE, sau đó loại trừ các kênh conpilot được gán ban đầu Một kênh con có một thành phần từ mỗi nhóm đượcđịnh vị qua một quá trình giả ngẫu nhiên dựa vào sự hoán vị, vì vậy NG là sốthành phần kênh con Với N = 2048, đường xuống NG = 48 và NE =32, đườnglên NG = 53 và NE =32

Về bản chất, nguyên lý OFDMA bao gồm một số người dùng khác nhau chia

sẻ khoảng FFT đường lên, trong khi mỗi người dùng truyền một hoặc hơn cáckênh con Phân chia trong các kênh con là một dạng của FDMA, nơi mà thuê

bao truyền 1/NE = 1/32 dải thông kênh khả dụng đối với OFDMA 2048 sóngmang Một tốc độ dữ liệu luồng lên thấp phù hợp với sự bất đối xứng lưu lượngnơi mà các luồng từ mỗi thuê bao thêm lên trong chế độ đa điểm - điểm, trongkhi tất cả các luồng xuống, các kênh con được truyền cùng nhau.

2.5.3 ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI

Điều chế thích nghi cho phép hệ thống WiMAX điều chỉnh sơ đồ điều chế tínhiệu phụ thuộc vào điều kiện SNR của liên kết vô tuyến Khi liên kết vô tuyếnchất lượng cao, sơ đồ điều chế cao nhất được sử dụng, đưa ra hệ thống dunglượng lớn hơn

Hình 1.5 Bán kính cell quan hệ với điều chế thích nghi

Trong quá trình suy giảm tín hiệu, hệ thống WiMAX có thể dịch đến một sơ

đồ điều chế thấp hơn để duy trì chất lượng kết nối và ổn định liên kết Đặc điểmnày cho phép hệ thống khắc phục fading lựa chọn thời gian

2.5.4 CÔNG NGHỆ SỬA LỖI

Các công nghệ sửa lỗi đã được hợp nhất trong WiMAX để giảm các yêu cầu

tỉ số tín hiệu trên tạp âm hệ thống Các thuật toán FEC, mã hóa xoắn và chènđược dùng để phát hiện và sửa các lỗi cải thiện thông lượng Các công nghệ sửalỗi mạnh giúp khôi phục các khung bị lỗi mà có thể bị mất do fading lựa chọntần số và các lỗi cụm Tự động yêu cầu lặp lại (ARQ) được dùng để sửa lỗi mà

không thể được sửa bởi FEC, gửi lại thông tin bị lỗi Điều này có ý nghĩa cảithiện chất lượng tốc độ lỗi bit (BER) đối với một mức ngưỡng như nhau.

2.5.5 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

Các thuật toán điều khiển công suất được dùng để cải thiện chất lượng toàn

bộ hệ thống, nó được thực hiện bởi trạm gốc gửi thông tin điều khiển công suấtđến mỗi CPE để điều chỉnh mức công suất truyền sao cho mức đã nhận ở trạmgốc thì ở một mức đã xác định trước Khi các MS ở gần hoặc xa BS, hoặc trongmôi trường fading thay đổi động, mức chỉ tiêu đã định trước này có nghĩa làCPE chỉ truyền đủ công suất thỏa mãn yêu cầu này Điều khiển công suất giảm

sự tiêu thụ công suất tổng thể của CPE và nhiễu với những trạm gốc cùng vị trí.Với LOS công suất truyền của CPE gần tương ứng với khoảng cách của nó đếntrạm gốc, với NLOS tùy thuộc nhiều vào độ hở và vật cản

2.5.6 CÁC CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN TIÊN TIẾN

Công nghệ anten có thể dùng để cải thiện truyền dẫn theo hai cách - sử dụngcông nghệ phân tập và sử dụng các hệ thống anten và các công nghệ chuyểnmạch tiên tiến Các công nghệ này có thể cải thiện tính co dãn và tỉ số tín hiệutrên tạp âm nhưng không bảo đảm phát dẫn sẽ không bị ảnh hưởng của nhiễu

1.5.6.1 Phân tập thu và phát

Các lược đồ phân tập được sử dụng để lợi dụng các tín hiệu đa đường và phản

xạ xảy ra trong các môi trường NLOS Bằng cách sử dụng nhiều anten (truyềnvà/hoặc nhận), fading, nhiễu và tổn hao đường truyền có thể được làm giảm.Phân tập truyền sử dụng mã thời gian không gian STC Đối với phân tập nhận,các công nghệ như kết hợp tỷ lệ tối đa (MRC) mang lại ưu điểm của hai đườngthu riêng biệt Về MISO (một đầu ra nhiều đầu vào) xem Hình 1 6

Hình 1.6 MISO

Mở rộng tới MIMO (xem Hình 1 7), sử dụng MIMO cũng sẽ nâng cao thônglượng và tăng các đường tín hiệu MIMO sử dụng nhiều anten thu và/hoặc phátcho ghép kênh theo không gian Mỗi anten có thể truyền dữ liệu khác nhau màsau đó có thể được giải mã ở máy thu Đối với OFDMA, bởi vì mỗi sóng mangcon là các kênh băng hẹp tương tự, fading lựa chọn tần số xuất hiện như làfading phẳng tới mỗi sóng mang Hiệu ứng này có thể sau đó được mô hình hóanhư là một sự khuếch đại không đổi phức hợp và có thể đơn giản hóa sự thựchiện của một máy thu MIMO cho OFDMA

Hình 1.7 MIMO 2.5.6.4 Các hệ thống anten thích nghi

AAS là một phần tùy chọn Các trạm gốc có trang bị AAS có thể tạo ra cácchùm mà có thể được lái, tập trung năng lượng truyền để đạt được phạm vi lớnhơn Khi nhận, chúng có thể tập trung ở hướng cụ thể của máy thu Điều nàygiúp cho loại bỏ nhiễu không mong muốn từ các vị trí khác Xem Hình 1 8 vàHình 1 9.

Hình 1.8 Beam Shaping

Hình 1.9 AAS đường xuống 2.6 THỊ TRƯỜNG CHO WiMAX

Truy nhập băng rộng toàn quốc đã trở thành một ưu thế trong nhiều quốc gia.Trong hầu hết các quốc gia phát triển, phạm vi phủ sóng băng rộng trung bìnhtới 90% trong các năm sắp tới Ngoài ra, những vùng nông thôn phạm vi băngrộng sẽ không vượt quá 50% Sự khác biệt dịch vụ có thể được phân loại bởi haiđặc điểm: loại vùng (nông thôn hoặc thành phố) và mức phát triển quốc gia.Trong các quốc gia phát triển, phát triển dịch vụ DSL đã từng có quy mô lớntrong những triển khai ở thành phố và ngoại ô, trong khi mức độ bao phủ củacác vùng hẻo lánh - những thị trấn nhỏ và các vùng nông thôn hơn thì đang giữlại phía sau Những trở ngại cần khắc phục là chất lượng đường truyền kém củanền tảng cáp đồng được thiết lập, khoảng cách rộng hơn đến các trụ sở trung tâmhoặc các cabinet, hoặc mật độ dân số thấp Trong tình huống này, WiMAX với

hỗ trợ QoS, phạm vi rộng hơn và tốc đỗ dữ liệu tương tự với DSL, đương nhiênđược xác định vị trí như một sự chọn lựa đầu tiên có thể tồn tại cung cấp truynhập băng rộng tới những người sử dụng

2.7 CÁC ỨNG DỤNG

1.7.1 CÁC MÔ HÌNH ỨNG DỤNG

WiMAX tích hợp hoàn toàn vào các mạng cố định và di động đang tồn tại, bổsung chúng khi cần thiết

1.7.1.1 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX)

Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 Tiêuchuẩn này gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với các antenđặt cố định tại nhà các thuê bao Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp tương

tự như chảo thông tin vệ tinh

Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưng tấtnhiên thu không khỏe bằng anten ngoài trời Băng tần công tác (theo quy định

và phân bổ của quốc gia) trong băng 2,5 GHz hoặc 3,5 GHz Trong mạng cốđịnh, WiMAX thực hiện cách tiếp nối không dây đến các modem cáp, đến cácđôi dây thuê bao của mạng xDSL hoặc mạch Tx/Ex (truyền phát/chuyển mạch)

và mạch OC-x (truyền tải qua sóng quang) WiMAX cố định có thể phục vụ chocác loại người dùng như: các xí nghiệp, các khu dân cư nhỏ lẻ, mạng cáp truynhập WLAN công cộng nối tới mạng đô thị, các trạm gốc BS của mạng thôngtin di động và các mạch điều khiển trạm BS Về cách phân bố theo địa lý, cácuser thì có thể phân tán tại các địa phương như nông thôn và các vùng sâu vùng

xa khó đưa mạng cáp hữu tuyến đến đó

2.7.3 CÁC ỨNG DỤNG

Hình 1.10 Các ứng dụng WiMAX

Các ứng dụng WiMAX được minh họa trên Hình 1 10 như:

Truy nhập băng rộng last-mile cố định như một sự thay thế cho DSL códây, cable, hoặc các kết nối T1

Backhaul chi phí rẻ cho các vị trí cell và các hotspot WiFi

Khả năng kết nối tốc độ cao cho các doanh nghiệp

Hình 1.11 CPE WiMAX cho truy nhập cố định, card WiMAX PC

Đối với những khách hàng được đặt ở vị trí vài km từ trạm gốc WiMAX, mộtanten bên ngoài tự cài đặt có thể được yêu cầu để cải thiện chất lượng truyềndẫn Để phục vụ các khách hàng ở biệt lập, một anten chỉ dẫn trỏ đến trạm gốcWiMAX có thể được yêu cầu Với các khách hàng yêu cầu thoại thêm vào cácdịch vụ băng rộng, CPE cụ thể sẽ cho phép kết nối bình thường hoặc các cuộcgọi điện thoại VoIP Cuối cùng thì chip WiMAX sẽ được nhúng trong các thiết

bị trung tâm dữ liệu

1.8 SO SÁNH WiMAX VỚI CÁC CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY KHÁC

Hiện nay một số công nghệ truy cập Internet như Dial-up có tốc độ thấp,ADSL đạt tốc độ 8 Mbps nhưng cần có dây, các kênh thuê riêng thì đắt và khótriển khai Các hệ thống hiện tại chỉ đạt tốc độ 9,6 Kbps GSM, GPRS (2,5G) chỉđạt tốc độ 171,2 Kbps, EDGE 300-400 Kbps, hệ thống 3G đạt tốc độ 2 Mbps.Mạng WiFi (WLAN) chỉ đạt được khoảng cách ngắn Trong khi đó, WiMAXcung cấp phương tiện truy nhập không dây tổng hợp thay thế ADSL, WiFi và nó

có thể đạt tốc độ lên tới 70 Mbps, bán kính phủ sóng 50 km với mô hình phủsóng giống điện thoại tế bào Bảng 1.1 sẽ mô tả cho chúng ta thấy một số ưuđiểm của các công nghệ không dây hiện nay

Mạng 3G WiFi

802.11

WiMAX 802.16

Mobile-Fi 802.20

Tốc độ 384 Kbps

-2 Mbps

11 Mbps - 54Mbps

2 - 5 kmNLOS

38 km

Phổ tần số phổ không

dây hiện có

2,4 Ghz 802.11b/g5,2 Ghz -802.11a

-10 - 66 Ghz802.16

2 - 11 Ghz802.16a

< 3,5 Ghz

Ưu điểm

phạm vi phủsóng, khảnăng di động

tốc độ cao, giá

rẻ

tốc độ cao,phạm vi phủsóng

tốc độ cao,khả năng diđộng

Nhược điểm giá cao phạm vi ngắn vấn đề giao

Khả năng di

cố định và diđộng

di động hoàntoàn

di động hoàntoàn

Bảng 1.1 Đặc điểm của một số công nghệ không dây

Chương 3

KIẾN TRÚC MẠNG

2.1 MÔ HÌNH THAM CHIẾU

Hình 2.1 minh họa mô hình tham chiếu và phạm vi của chuẩn Trong mô hìnhtham chiếu này, lớp PHY tương ứng với lớp 1 (lớp vật lý) và lớp MAC tươngứng với lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) trong mô hình OSI

Hình 2.12 Mô hình tham chiếu

Trên hình ta có thể thấy lớp MAC bao gồm 3 lớp con Lớp con hội tụ chuyênbiệt dịch vụ cung cấp bất cứ biến đổi hay ánh xạ dữ liệu mạng bên ngoài, mànhận được qua điểm truy nhập dịch vụ CS (CS SAP), vào trong các MAC SDUđược tiếp nhận bởi lớp con phần chung MAC (CPS) qua MAC SAP Tức làphân loại các đơn vị dữ liệu dịch vụ mạng ngoài (các SDU) và kết hợp chúngvới định danh luồng dịch vụ (SFID) MAC và định danh kết nối (CID) riêng Nócũng có thể bao gồm các chức năng như nén đầu mục tải (PHS) Nhiều đặc tính

CS được cung cấp cho giao tiếp với các giao thức khác nhau Định dạng bêntrong của payload CS là duy nhất với CS, và MAC CPS không được đòi hỏiphải hiểu định dạng hay phân tích bất cứ thông tin nàu từ payload CS MACCPS cung cấp chức năng MAC cốt lõi truy nhập hệ thống, định vị dải thông,

thiết lập kết nối, và quản lý kết nối Nó nhận dữ liệu từ các CS khác nhau, quaMAC SAP, mà được phân loại tới các kết nối MAC riêng MAC cũng chứa mộtlớp con bảo mật riêng cung cấp nhận thực, trao đổi khóa bảo mật và mã hóa.Lớp vật lý là một ánh xạ hai chiều giữa các MAC-PDU và các khung lớp vật

lý được nhận và được truyền qua mã hóa và điều chế các tín hiệu RF

3.2 LỚP MAC (medium access control)

2.2.1 LỚP CON HỘI TỤ MAC

Chuẩn định nghĩa hai lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ tổng thể để ánh xạcác dịch vụ đến và từ những kết nối MAC Lớp con hội tụ ATM được địnhnghĩa cho những dịch vụ ATM và lớp con hội tụ gói được định nghĩa để ánh xạcác dịch vụ gói như IPv4, IPv6, Ethernet và VLAN Nhiệm vụ chủ yếu của lớpcon là phân loại các SDU (đơn vị dữ liệu dịch vụ) theo kết nối MAC thích hợp,bảo toàn hay cho phép QoS và cho phép định vị dải thông Ngoài những chứcnăng cơ bản này, các lớp con hội tụ có thể cũng thực hiện nhiều chức năng phứctạp hơn như chặn và xây dựng lại đầu mục tải tối đa để nâng cao hiệu suất kếtnối không gian

2.2.2 LỚP CON PHẦN CHUNG MAC

Lớp con phần chung MAC (MAC CPS) là trung tâm của chuẩn Trong lớpcon này, các quy tắc cho quản lý kết nối, định vị dải thông và cơ cấu cho truynhập hệ thống được định nghĩa Ngoài ra các chức năng như lập lịch đường lên,yêu cầu và cấp phát dải thông và yêu cầu lặp lại tự động (ARQ) cũng được địnhnghĩa

MAC 802.16 theo kiểu hướng kết nối Tất cả những dịch vụ bao gồm nhữngdịch vụ không kết nối cố hữu, được ánh xạ tới một kết nối Điều đó cung cấpmột cơ chế cho yêu cầu dải thông, việc kết hợp QoS và các tham số về lưulượng, vận chuyển và định tuyến dữ liệu đến lớp con hội tụ thích hợp và tất cảcác hoạt động khác có liên quan đến điều khoản hợp đồng của dịch vụ Các kếtnối được tham chiếu đến các CID 16 bit và có thể yêu cầu liên tiếp dải thôngđược cấp phát hay dải thông theo yêu cầu

Lúc vào mạng, SS được gán ba kết nối quản lý cho mỗi hướng Ba kết nối nàyphản ánh ba yêu cầu QoS khác nhau được sử dụng bởi ba mức quản lý khácnhau Kết nối đầu tiên là kết nối cơ sở được dùng để truyền các thông điệp ngắn,

“time-critical MAC” và điều khiển liên kết vô tuyến RLC Kết nối quản lý sơcấp được sử dụng để truyền các thông điệp dài hơn, chịu trễ nhiều hơn như đểchứng thực và cài đặt kết nối Kết nối quản lý thứ cấp được sử dụng để truyềncác thông điệp quản lý dựa trên cơ sở các chuẩn như DHCP (Dynamic HostConfiguration Protocol), TFTP (Trivial File Transfer Protocol) và SNMP(Simple Network Management Protocol)

Ngoài những kết nối quản lý này, các SS được cấp phát các kết nối vậnchuyển cho các dịch vụ đã ký hợp đồng Những kết nối vận chuyển theo mộthướng duy nhất đơn giản hoá các tham số QoS đường lên và đường xuống khácnhau và các tham số lưu lượng Và MAC còn dự trữ các kết nối bổ sung chonhững mục đích khác như sự truy nhập lúc khởi đầu trên cơ sở cạnh tranh, sựtruyền quảng bá cho đường xuống cũng như cho báo hiệu kiểm tra tuần tự(polling)

2.2.2.2 Các định dạng MAC PDU (protocol data unit)

MAC BS và MAC SS trao đổi các bản tin và các bản tin này được xem nhưcác PDU Định dạng của MAC PDU xem Hình 2 13

Hình 2.13 Các định dạng MAC PDU

Trên hình ta có thể thấy bản tin bao gồm ba phần: header MAC chiều dài cốđịnh là 6 byte, payload chiều dài thay đổi và CRC Ngoại trừ các PDU yêu cầudải thông (không có payload), các MAC PDU có thể chứa hoặc các bản tin quản

lý MAC hoặc dữ liệu lớp con hội tụ - MAC SDU Payload là tùy chọn, CRCcũng tùy chọn và chỉ được sử dụng nếu SS yêu cầu trong các tham số QoS

Có hai loại header MAC: header MAC chung (GMH) và header MAC yêucầu dải thông (BR) GMH được sử dụng để truyền dữ liệu hoặc các bản tin quản

lý MAC Header BR được sử dụng bởi SS để yêu cầu nhiều dải thông hơn trên

UL Header MAC và các bản tin quản lý MAC không được mã hóa

A Định dạng header MAC chung.

Hình 2.14 Định dạng của header MAC PDU chung

Trên hình 2.3, minh họa định dạng của một header MAC chung Ý nghĩa cáctrường được giải thích trong bảng trong bảng 2.1

Tuần tự khóa mã hóaChỉ số của khóa mã hóa lưu lượng (TEK) và vectorkhởi tạo được sử dụng để mã hóa payload Trườngnày chỉ có ý nghĩa khi trường EC được thiết lập là 1.

Tuần tự kiểm tra headerMột trường 8 bit được sử dụng để phát hiện các lỗitrong header Đa thức sinh là g(D)=D8+D2-D-1 Bênphát sẽ tính toán giá trị HCS cho 5 byte đầu tiên củaheader, chèn kết quả vào trường HCS (byte cuối cùngcủa header MAC)

HT 1 Loại header Được thiết lập là 0

LEN 11 Chiều dài Chiều dài tính theo byte của MAC PDU

mà bao gồm header MAC và CRC nếu có

Type 6 Trường này chỉ ra các loại subheader và payload đặc

biệt có mặt trong payload bản tin

Bảng 2.1 Các trường header MAC chung

B Định dạng header MAC yêu cầu dải thông.

PDU yêu cầu dải thông chỉ chứa header yêu cầu dải thông và sẽ không chứapayload Trên hình 2.4, minh họa định dạng của một header MAC chung, ýnghĩa các trường được giải thích trong bảng trong bảng 2.2

Hình 2.4 Định dạng header yêu cầu dải thông

Tên Chiều

Chỉ thị CRC1=CRC được gắn vào payload PDU sau khi mã hóa,nếu có

Tuần tự khóa mã hóaChỉ số của khóa mã hóa lưu lượng (TEK) và vectorkhởi tạo được sử dụng để mã hóa payload Trường nàychỉ có ý nghĩa khi trường EC được thiết lập là 1

HCS 8 Tuần tự kiểm tra header

Một trường 8 bit được sử dụng để phát hiện các lỗitrong header Đa thức sinh là g(D)=D8+D2-D-1 Bênphát sẽ tính toán giá trị HCS cho 5 byte đầu tiên của

header, chèn kết quả vào trường HCS (byte cuối cùngcủa header MAC)

HT 1 Loại header Được thiết lập là 0

LEN 11 Chiều dài Chiều dài tính theo byte của MAC PDU mà

bao gồm header MAC và CRC nếu có

Type 6 Trường này chỉ ra các loại subheader và payload đặc

biệt có mặt trong payload bản tin

Bảng 2.2 Các trường header MAC yêu cầu dải thông

C Các loại MAC - PDU

MAC PDU dữ liệu: payload là các MAC SDU, các segment, ví dụ như dữliệu từ lớp trên (các CS PDU), được truyền trên các kết nối dữ liệu

MAC PDU quản lý: payload là các bản tin quản lý MAC hoặc các gói IPđược gói gọn trong các MAC CS PDU, được truyền trên các kết nối quản lý

Các MAC PDU yêu cầu dải thông: HT=1 và không có payload, chỉ cóheader

D Các subheader và các payload đặc biệt

Có 5 loại subheader có thể có mặt Mỗi subheader PDU (mesh, ARQ Feedback, Fragmentation, Packing, và Grant Mangement) có thể được chèn theosau ngay header MAC chung

Fast-Các subheader ARQ Fast-Feedback and Grant Management được sử dụng đểtruyền ARQ và các trạng thái cấp phát dải thông giữa BS và SS

Các subheader phân mảnh và đóng gói được sử dụng để tận dụng có hiệu quảđịnh vị dải thông Subheader Packing khi được sử dụng, MAC có thể đóng góinhiều SDU vào một MAC PDU Khi đóng gói các MAC SDU chiều dài thayđổi, MAC đặc trước mỗi SDU một subheader Packing

Nếu cả hai subheader Fragmentation và Grant Mangement đều có mặt, thìsubheader Grant Mangement sẽ đặt trước Nếu subheader mesh có mặt, nó sẽ đặttrước tất cả các subheader khác Subheader ARQ Fast-Feedback sẽ luôn xuấthiện như là subheader cuối cùng Subheader duy nhất cho mỗi SDU là

subheader Packing Các subheader Fragmentation và Packing không thể cùngxuất hiện trong cùng MAC PDU

2.2.2.3 Xây dựng và truyền các MAC PDU.

Các MAC PDU được truyền trên các burst PHY, burst PHY có thể chứa nhiều block FEC

Hình 2.6 Phân mảnh các MAC SDU

cố định được gói sẽ được tạo ra như Hình 2 18

Hình 2.7 Đóng gói các MAC SDU với chiều dài cố định.

Khi các SDU chiều dài thay đổi, như 802.3/Ethernet, quan hệ nxk+j giữatrường length của header MAC và các MAC SDU lớp cao hơn không còn đảmbảo nữa Điều này đòi hỏi chỉ số nơi mà một MAC SDU kết thúc và SDU khácbắt đầu Trong trường hợp MAC SDU chiều dài thay đổi, MAC gắn thêm mộtsubheader packing cho mỗi MAC SDU

Một MAC PDU chứa một chuỗi các MAC SDU chiều dài thay đổi được đónggói được tạo ra như trong hình 2.8 Nếu hơn một MAC SDU được đóng gói

trong MAC PDU, trường type trong header MAC chỉ ra sự xuất hiện của cácsubheader packing (PSH).

Hình 2.8 Quá trình đóng gói các MAC SDU chiều dài thay đổi

Đóng gói và phân mảnh đồng thời cho phép sử dụng hiệu quả kết nối khônggian Để thực hiện điều này, khi một subheader packing có mặt, thông tin phânmảnh cho các MAC SDU riêng hoặc các mảnh MAC SDU được chứa trongsubheader packing tương ứng

D Tính toán CRC

Một luồng dịch vụ có thể yêu cầu một CRC được thêm vào mỗi MAC PDUmang dữ liệu cho luồng dịch vụ đó Trong trường hợp này, với mỗi MAC PDUvới HT=0, một CRC sẽ được nối vào payload của MAC PDU CRC sẽ được tínhsau mã hóa, CRC bảo vệ Header chung và payload đã mã hóa

E Mã hóa các PDU

Khi truyền một MAC PDU trên một kết nối mà được ánh xạ tới một SA, bêngửi sẽ thực hiện mã hóa và nhận thực dữ liệu payload MAC PDU mà được chỉ

ra bởi SA đó Khi nhận một MAC PDU trên một kết nối được ánh xạ tới một

SA, bên nhận sẽ thực hiện giải mã và nhận thực dữ liệu payload MAC PDU,được chỉ ra bởi SA đó

Header MAC chung sẽ không được mã hóa Header chứa tất cả thông tin mãhóa (trường EC, trường EKS và CID) cần thiết cho giải mã một payload ở trạmnhận

F Đệm

Khoảng được chỉ định trong một burst dữ liệu mà không được sử dụng sẽđược khởi tạo một trạng thái đã biết Điều này có thể được thực hiện bằng cáchthiết lập mỗi byte không sử dụng giá trị byte nhồi (0xFF) Nếu kích thước vùngkhông sử dụng ít nhất bằng kích thước của header MAC, vùng này cũng có thểđược khởi tạo bằng cách tạo một khoảng không sử dụng như là một MAC PDU.Khi làm như vậy, trường CID header MAC sẽ được thiết lập giá trị CID đệm,các trường Type, CI, EC, HT sẽ được thiết lập là 0, trường length sẽ được thiếtlập số byte không sử dụng (chứa kích thước của header MAC được tạo choMAC PDU đệm) trong burst dữ liệu, và HCS sẽ được tính theo cách này

2.2.2.4 Cơ cấu ARQ

ARQ sẽ không được sử dụng với đặc tả PHY WirelessMAN-SC Cơ cấuARQ là một phần của MAC, mà là tùy chọn bổ sung Khi được bổ sung, ARQ

có thể được phép trên cơ sở mỗi kết nối Mỗi kết nối ARQ sẽ được chỉ rõ vàđược dàn xếp trong thời gian tạo kết nối Một kết nối không thể có sự kết hợp cảlưu lượng ARQ và không ARQ Chỉ hiệu quả với các ứng dụng không thời gianthực

Thông tin feedback ARQ có thể được gửi như một bản tin quản lý MAC độclập trên kết nối quản lý cơ bản thích hợp, hoặc được mang trên một kết nối đangtồn tại Feedback ARQ không thể bị phân mảnh Cửa sổ trượt ở lớp 2 dựa vào cơcấu điều khiển luồng ARQ sử dụng một trường số tuần tự 11 bit, CRC 32 đểkiểm tra lỗi dữ liệu

2.2.2.5 Truy nhập kênh và QoS

IEEE 802.16 có thể hỗ trợ nhiều dịch vụ thông tin (dữ liệu, thoại, video) vớicác yêu cầu QoS khác nhau

Cơ cấu nguyên lý để cung cấp QoS là phải kết hợp các gói qua giao diệnMAC vào một luồng dịch vụ được nhận biết bởi CID Một luồng dịch vụ là mộtluồng vô hướng mà được cung cấp một QoS riêng biệt SS và BS cung cấp QoS

này theo tập tham số QoS được định nghĩa cho luồng dịch vụ Mục đích chínhcủa các đặc tính QoS được định nghĩa ở đây là để xác định thứ tự và lập lịchtruyền ở giao diện không gian

Các luồng dịch vụ tồn tại ở hướng đường lên và đường xuống và có thể tồn tại

mà không được hoạt động để mang lưu lượng Tất cả các luồng dịch vụ có mộtSFID 32 bit, các luồng dịch vụ họat động và chấp nhận cũng có một CID 16 bit.Một luồng dịch vụ là một dịch vụ vận chuyển MAC mà cung cấp vận chuyển

vô hướng các gói dữ liệu đường lên được truyền bởi SS hoặc các gói dữ liệuđường xuống được truyền bởi BS Một luồng dịch vụ được mô tả bởi một tậptham số QoS như: trễ, jitter và các bảo đảm thông lượng

Các loại luồng dịch vụ: các luồng dịch vụ dự trữ, các luồng dịch vụ “admitted”,

các luồng dịch vụ “active”

Các luồng dịch vụ có thể là tĩnh (được xây dựng trước) hoặc được tạo động.Module cấp phép BS cho phép hay từ chối mỗi thay đổi tham số QoS Chuẩnđịnh nghĩa nhiều khái niệm liên quan đến QoS như: lập lịch luồng dịch vụ QoS,thiết lập dịch vụ động, mô hình hoạt động hai pha

Các dịch vụ lập lịch

Các dịch vụ lập lịch tương ứng với các cơ cấu xử lý dữ liệu được hỗ trợ bởi

bộ lập lịch MAC cho vận chuyển dữ liệu trên một kết nối Mỗi kết nối được kếthợp với một dịch vụ dữ liệu riêng Mỗi dịch vụ dữ liệu được kết hợp với một tậpcác tham số QoS mà xác định số lượng các hướng hoạt động của nó

Lập lịch yêu cầu/cấp phát đường lên được thực hiện bởi BS với mục đíchcung cấp cho mỗi SS phụ thuộc dải thông cho các truyền dẫn đường lên hoặccác cơ hội yêu cầu dải thông Mỗi kết nối theo hướng đường lên được ánh xạđến một dịch vụ lập lịch Mỗi dịch vụ lập lịch liên quan đến một tập các quy tắcdựa trên trình lập lịch BS (BS-scheduler) chịu trách nhiệm cấp phát dung lượngcho đường lên và giao thức cấp phát theo yêu cầu giữa SS và BS Đặc tả chi tiếtcác quy tắc và scheduling-service được dùng cho một kết nối đường lên đặc thù

được thỏa thuận tại thời gian cài đặt kết nối Bằng việc chỉ rõ một dịch vụ lậplịch và các tham số QoS kết hợp, bộ lập lịch BS có thể dự đoán được thônglượng và trễ cần thiết của lưu lượng đường lên và cung cấp các thăm dò và/hoặccác cấp phát ở các thời gian thích hợp.

Bốn dịch vụ được hỗ trợ: UGS, rtPS, nrtPS, BE

UGS (dịch vụ cấp phát tự nguyện): được thiết kế hỗ trợ các luồng dịch vụ

thời gian thực mà tạo ra các gói dữ liệu kích thước cố định theo chu kỳ, như T1/E1 và VoIP mà không nén khoảng lặng

Dịch vụ cung cấp các cấp phát kích thước cố định trên cơ sở định kỳ thời gianthực, mà loại ra overhead và trễ của các yêu cầu SS và đảm bảo rằng các cấpphát là sẵn sàng thỏa mãn các nhu cầu thời gian thực của luồng BS sẽ cung cấpcác thành phần thông tin burst cấp phát dữ liệu tới SS ở các khoảng định kỳ.Kích thước của các cấp phát này sẽ đủ để giữ dữ liệu chiều dài cố định kết hợpvới luồng dịch vụ (với header MAC chung và subheader quản lý cấp phát kếthợp) nhưng có thể lớn hơn ở sự xem xét của trình lập lịch BS Những kết nốiđược cấu hình UGS thì không được phép sử dụng các cơ hội truy cập ngẫu nhiêncho các yêu cầu Đầu mục quản lý cấp phát được sử dụng để đưa thông tin trạngthái từ SS tới BS về trạng thái của luồng dịch vụ UGS Bit có ý nghĩa lớn nhấtcủa trường quản lý cấp phát là bit báo lỗi SI SS sẽ thiết lập cờ này ngay khi nóphát hiện ra rằng luồng dịch vụ này đã vượt quá hàng đợi truyền của nó do cácyếu tố như mất các cấp phát hoặc là lệch giờ giữa hệ thống WiMAX và mạngbên ngoài Ngay khi SS phát hiện ra hàng đợi truyền của luồng dịch này trở vềtrong giới hạn, nó sẽ xóa cờ SI Nhờ vào sự phát hiện cờ cho phép BS cung cấpdung lượng bổ sung nào đó cho SS, cho phép SS hồi phục trạng thái hàng đợitrung bình Bit hỏi vòng (poll-me) có thể được sử dụng để yêu cầu được hỏivòng cho một kết nối không có UGS khác

rtPS (Các dịch vụ thăm dò thời gian thực): được thiết kế hỗ trợ các luồng

dịch vụ thời gian thực mà tạo ra các gói dữ liệu kích thước thay đổi trên trên cơ

sở định kỳ, như video MPEG

Dịch vụ cung cấp các cơ hội yêu cầu unicast định kỳ thời gian thực, mà thỏamãn các nhu cầu thời gian thực của luồng và cho phép SS chỉ ra kích thước cấpphát mong muốn Dịch vụ này đòi hỏi overhead yêu cầu hơn UGS, nhưng hỗ trợcác kích thước cấp phát thay đổi để tối ưu hiệu quả truyền dữ liệu BS sẽ cungcấp các cơ hội unicast định kỳ SS bị cấm sử dụng các cơ hội yêu cầu cạnh tranhđối với kết nối đó BS có thể đưa ra các cơ hội yêu cầu unicast được quy địnhbởi dịch vụ này dù là các yêu cầu chu kỳ hiện tại chưa hoàn thành Điều này dẫnđến SS chỉ sử dụng các cơ hội yêu cầu unicast để đạt được các cơ hội truyền dẫnđường lên (SS vẫn có thể sử dụng các loại burst cấp phát dữ liệu tự nguyện chotruyền đường lên cũng được)

nrtPS (Các dịch vụ thăm dò phi thời gian thực): cung cấp các thăm dò

unicast trên cơ sở đều đặn, mà đảm bảo rằng luồng dịch vụ nhận các cơ hội yêucầu ngay cả khi nghẽn mạng BS tiêu biểu thăm dò các CID nrtPS dựa vào mộtkhoảng một giây hoặc ít hơn BS sẽ cung cấp các cơ hội yêu cầu unicast đúnglúc SS được phép sử dụng các cơ hội yêu cầu cạnh tranh Điều này dẫn đến SS

sử dụng các cơ hội yêu cầu cạnh tranh cũng như các cơ hội yêu cầu unicast vàcác loại burst cấp phát dữ liệu tự nguyện

Dịch vụ BE: mục đích của dịch vụ BE là để cung cấp dịch vụ hiệu quả cho

lưu lượng nỗ lực tốt nhất như HTTP, SMTP SS được phép sử dụng các cơ hộiyêu cầu cạnh tranh Điều này dẫn đến SS sử dụng các cơ hội yêu cầu cạnh tranhcũng như các cơ hội yêu cầu unicast và các loại burst cấp phát dữ liệu tựnguyện

2.2.2.6 Các cơ cấu yêu cầu và cấp phát dải thông.

A Các yêu cầu