Nghiên cứu cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng Wimax

Để bảo đảm chất lượng truyền dẫn thông tin cho các lưu lượng khác nhau, các nhà cung cấp thiết bị cần điều chỉnh các thông số theo tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho các ứng dụng đa phương tiện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

TRONG MẠNG wimax

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Học viên: PHẠM NGỌC LINH Người HD khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU THANH

THÁI NGUYÊN - 2013

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Học viên: Phạm Ngọc Linh

Lớp: Cao học - K13

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh

Ngày giao đề tài: … tháng … năm 20…

Ngày hoàn thành: ….tháng ……năm 20

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, luận văn này

không giống hoàn toàn bất cứ luận văn hoặc các công trình đã có trước đó

Thái Nguyên, ngày 08 tháng 05 năm 2013

Tác giả luận văn

Phạm Ngọc Linh

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình

của các thầy cô giáo trong bộ môn Điện tử viễn thông - khoa Điện tử - trường Đại học

Kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên và tôi đặc biệt muốn cảm ơn PGS.TS

Nguyễn Hữu Thanh đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề

tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua

Mặc dù đã cố gắng, xong do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn

nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự

đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như của các bạn bè, đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Phạm Ngọc Linh

LỜI NÓI ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nhờ sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, truyền thông băng thông rộng đang ngày càng trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng Bên cạnh việc cung cấp các dịch vụ như truy cập Internet, các trò chơi tương tác, hội nghị truyền hình,… thì truyền thông băng thông rộng di động cũng đang được ứng dụng rộng rãi, cung cấp các kết nối tin cậy cho người sử dụng ngay cả khi di chuyển qua một phạm vi rộng lớn Trong đó, truy cập băng rộng không dây là một lĩnh vực mang lại sự quan tâm đáng kể của các tổ chức nghiên cứu cũng như các nhà cung cấp thiết bị, các nhà khai thác mạng Ngày nay thế giới đang hướng tới tương tác toàn cầu trong truyền thông băng rộng không dây, điều này không chỉ mang lại sự hội tụ về truyền thông toàn cầu mà còn mang lại nhiều lợi nhuận về mặt kinh tế, giúp cho việc phát triển khoa học, công nghệ, chính trị, văn hoá,… giữa các nước trên toàn thế giới

Trong bối cảnh đó, WiMAX ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dây tổng hợp có thể thay thế ADSL và Wi-Fi Hệ thống WiMAX có khả năng cung cấp đường truyền vô tuyến với tốc độ lên đến 70Mbps và với bán kính phủ sóng lên đến 50km

Tuy diễn đàn WiMAX đã đưa ra các thông số kỹ thuật của lớp PHY và lớp MAC cho phần lớn các chuẩn nhưng trong một số chuẩn các thông số chung vẫn chưa được đề cập Điều này dẫn đến sự khác biệt trong việc sử dụng các kỹ thuật trong WiMAX giữa các nhà cung cấp thiết bị, chẳng hạn như kỹ thuật lập lịch cho WiMAX Để bảo đảm chất lượng truyền dẫn thông tin cho các lưu lượng khác nhau, các nhà cung cấp thiết bị cần điều chỉnh các thông số theo tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho các ứng dụng đa phương tiện có băng thông rộng, chẳng hạn tốc độ dữ liệu rất cao như là VoIP, Video, luồng âm thanh và cũng như các ứng dụng tốc độ dữ liệu thấp như là lướt Web Trong một số ứng dụng truyền thông thời gian thực, độ trễ tín hiệu là một trong các thông số quan trọng Ví dụ như theo nhóm tiêu chuẩn IEEE 802.16, độ trễ cho phép của VoIP là 120 ms, khi độ trễ vượt quá 150 ms thì chất lượng thoại sẽ bị giảm sút nghiêm trọng và khi giá trị này vượt quá 200 ms thì không thể chấp nhận được Để giải quyết vấn đề này, người ta nghiên cứu các thuật toán lập lịch trong WiMAX nhằm cải thiện chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng

khác nhau trong hệ thống WiMAX Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu các cơ chế đảm bảo

chất lượng dịch vụ trong mạng Wimax” là một đề tài có tính cấp bách và thực tiễn cao

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu tổng quan về WiMAX

- Nghiên cứu về lớp MAC và lớp vật lý trong WiMAX

- Phân tích một số kỹ thuật lập lịch trong WiMAX

- Mô phỏng một số kỹ thuật lập lịch bằng phần mềm NS2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Có rất nhiều thông số được quan tâm khi phân tích chất lượng dịch vụ trong hệ thống mạng WiMAX

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Đề tài này không đi sâu vào kiến trúc mạng WiMAX mà tập trung nghiên cứu cách thức xây dựng các khối cơ sở, các tham số thiết kế và các thành phần trong WiMAX để làm căn cứ cho việc phân tích sau này

- Đề tài nghiên cứu, phân tích các kỹ thuật và thuật toán lập lịch, thực hiện mô phỏng các kỹ thuật lập lịch nhằm thể hiện ảnh hưởng đến việc cải thiện QoS trong hệ thống mạng WiMAX

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt của luận văn là kết hợp lý thuyết và mô phỏng, cụ thể tiến hành các bước như sau:

- Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu và phân tích kỹ thuật lập lịch liên quan

- Xây dựng mô hình mạng WiMAX để thực hiện mô phỏng

- Đánh giá kết quả mô phỏng

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

WiMAX là một trong những kỹ thuật mạng băng rộng không dây nổi trội nhất

và có thể là lựa chọn phát triển tiếp theo đối với kỹ thuật mạng băng rộng cố định truyền thống do hiệu quả chi phí của nó WiMAX hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện khác nhau như là thoại qua giao thức internet (VoIP), truyền hình hội nghị, chơi game online Những ứng dụng này là gồm nhiều loại khác nhau theo nhu cầu tự nhiên

và chúng có nhiều yêu cầu khác nhau phải được thỏa mãn Để thỏa mãn những loại yêu cầu khác nhau nó cần thiết phải xem xét đến các yêu cầu dịch vụ (QoS) QoS, một tiêu chí quan trọng được chấp nhận để đo lường hiệu năng của một mạng, được

cung cấp thông qua bằng sự phân lớp và việc lập lịch của 5 loại khác nhau của các lớp lưu lượng được định nghĩa bởi các tiêu chuẩn Mỗi lớp có các yêu cầu về băng thông riêng của nó cung như mức độ QoS riêng, mà nó cần phải duy trì Nhiều loại thuật toán lập lịch lưu lượng cho các mạng không dây như Round Robin, Proportional Fairness và thuật toán WFQ kết hợp Leaky Bucket….Trong số những cơ chế thuận tiện, một số không có sự khác biệt trong dịch vụ, một số tạo ra sự khác biệt hoàn toàn

về dịch vụ với sự thực thi có độ phức tạp cao vì vậy việc lập lịch hiệu quả là quan trọng trong mạng WiMAX

Vì vậy, vấn đề nghiên cứu, phân tích sâu hơn về các kỹ thuật lập lịch cải thiện QoS trong WiMAX là cần thiết trong tình hình hiện nay Các kết quả của đề tài này sát với thực tế và có tính thực tiễn cao

6 Cấu trúc luận văn

WiMAX là một công nghệ hoàn toàn mới mẻ và chưa được triển khai rộng rãi Các chuẩn vẫn đang được xây dựng, hoàn thiện và vẫn còn nhiều vấn đề được các nhà nghiên cứu, triển khai quan tâm, trong đó vấn đề chất lượng dịch vụ trong mạng

rất được chú trọng Được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh cùng các thầy cô giáo trong Khoa điện tử - trường Đại học Kỹ thuật Công

nghiệp – Đại học Thái Nguyên, tôi xin hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với nội

dung: “Nghiên cứu các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng Wimax”

Đề tài gồm các nội dung chính như sau:

Chương 1: Tổng Quan Về Mạng Truy Nhập Băng Rộng-WiMAX Toàn

chương một đã đưa ra cái nhìn tổng quan nhất về một số công nghệ mạng truy nhập băng rộng, những đặc thù của các loại công nghệ truy nhập này nhằm tạo cơ sở khách quan để đánh giá và lựa chọn công nghệ phù hợp Chương này cũng trình bày rõ sự khác biệt gữa hai mô hình ứng dụng WiMAX cố định và WiMAX di động Dựa vào những đặc điểm khác nhau của các định dạng này giúp các nhà cung cấp dịch vụ trong từng hoàn cảnh cụ thể sẽ lựa chọn mô hình phù hợp trong triển khai thực tế

Chương 2: Mạng WiMAX Nghiên cứu về cấu trúc của hệ thống, cấu hình

mạng, kiến trúc mạng và các ưu nhược điểm của mạng Wimax

Chương 3: CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG WIMAX

Học viên tìm hiểu cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ wimax, khảo sát một số

thuật toán lập lịch gói đã được đưa ra trong các bài báo khoa học của một số nhà nghiên cứu trên thế giới, từ đó đánh giá những ưu điểm và nhược điểm của các thuật toán đó

Chương 4: ĐÁNH GIÁ MÔ PHỎNG MỘT SỐ KỸ THUẬT LẬP LỊCH TRONG WIMAX

Học viên sẽ tập trung phân tích đánh giá hiệu năng của hai thuật toán được đưa

ra khảo sát đó là thuật toán PF và thuật toán WFQ kết hợp với điều khiển tốc độ luồng bằng Leaky Bucket Các phân tích đánh giá trong chương này, đều dựa trên kết quả

mô phỏng thu được từ module WiMAX

Do đây là một đề tài còn mới, được hoàn thành trong một thời gian ngắn và điều kiện tiếp cận để nghiên cứu, cùng với năng lực bản thân còn hạn chế nên có thể chưa đề cập được hết các vấn đề liên quan đến đề tài một cách đầy đủ, sâu sắc và cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu, trình bày Kính mong các thầy, cô giáo và các bạn quan tâm đến nội dung của đề tài, góp ý kiến để tôi có điều kiện tiếp thu và phát triển đề tài cũng như bổ xung thêm kiến thức cho bản thân được đầy đủ, đúng đắn và để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 08 tháng 05 năm 2013

Người thực hiện

Phạm Ngọc Linh

MỤC LỤC

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Lời nói đầu

Mục lục

Danh mục bảng

Danh mục hình vẽ

Bảng đối chiếu các thuật ngữ Việt - Anh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG-WiMAX 1

1.1 Mạng Truy Nhập băng rộng 1

1.1.1 Mạng xDSL [9] 2

1.1.2 Modem cáp [5] 3

1.1.3 Truy nhập dịch vụ băng rộng qua vệ tinh (iPSTAR) [12] 4

1.2 Tổng quan về WiMAX 9

1.2.1 Diễn đàn WiMAX 9

1.2.2 Các đặc điểm của WiMAX 10

1.2.3 Chuẩn IEEE 802.16 10

1.2.4 Các định dạng của diễn dàn WiMAX 16

1.3 Các mô hình ứng dụng [2] 18

1.3.1 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX) 18

1.3.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động 19

CHƯƠNG 2: MẠNG WiMAX 21

2.1 Mô hình cấu trúc hệ thống WiMAX [12] 21

2.2 Mặt phẳng truyền tin: 21

2.2.1 Lớp con tiếp ứng (hay lớp con hội tụ dịch vụ đặc biệt MAC_CS) [2] 22

2.2.2 Lớp con phần chung (MAC CPS- common part sublayer) 22

2.2.3 Lớp MAC_PS [2] 32

2.2.4 Đặc điểm lớp MAC của WiMAX 33

2.2.5 Lớp vật lý (PHY, physical layer) 36

2.2.6 Các kỹ thuật truyền thông số trên lớp PHY 40

2.3 Cấu hình mạng 43

2.3.1 Cấu hình điểm-đa điểm PMP 43

2.3.2 Cấu hình mắt lưới MESH 43

2.4 Kiến trúc mạng WIMAX 45

2.4.1 Quá trình vào mạng 48

2.4.2 Một số nguyên lí cơ bản trong triển khai mạng WiMAX 50

2.4.3 Các dịch vụ và các ứng dụng được hỗ trợ trong WiMAX 51

2.5 Những ưu điểm và môi trường ứng dụng của WiMAX 51

2.5.1 Ưu điểm 51

2.5.2 Môi trường ứng dụng của WiMAX 52

CHƯƠNG 3: CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG WIMAX 56

3.1 Các vấn đề về bảo mật 56

3.2 Quản lý tài nguyên vô tuyến 60

3.2.1 Tổng quan quản lý tài nguyên vô tuyến mạng không dây 60

3.2.2 Mục đích của quản lý tài nguyên vô tuyến trong các mạng không dây 62

3.2.3 Một số giải pháp cho quản lý tài nguyên vô tuyến 63

3.2.4 Quản lí tài nguyên vô tuyến trong mạng IEEE 802.16 65

3.3 Kiến trúc chất lượng dịch vụ 66

3.3.1 Yêu cầu về QoS 67

3.3.2 Các lớp dịch vụ hỗ trợ QoS lập lịch 68

3.3.3 Các mô hình ứng dụng lưu lượng 70

3.3.4 Cơ chế yêu cầu - đáp ứng 70

3.3.5 Bộ lập lịch WiMAX 73

3.3.6 Các yêu cầu của bộ lập lịch hỗ trợ QoS 75

3.3.7 Phân loại các thuật toán lập lịch 76

3.4 Một số kỹ thuật lập lịch cơ bản 78

3.4.1 Các thuật toán lập lịch đơn nhất 78

3.4.2 Các thuật toán lai (HYBRID) 82

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ MÔ PHỎNG MỘT SỐ KỸ THUẬT LẬP LỊCH TRONG WIMAX 87

4.1 Môi trường mô phỏng 87

4.1.1 Các thành phần chính của trạm gốc Base Station triển khai bởi công cụ mô

phỏng 89

4.1.2 Các thành phần chính của trạm MS (Mobile Station) triển khai bởi công cụ mô phỏng 91

4.1.3 Bộ lập lịch UL/DL 91

4.2 Các thuật toán lập lịch gói sử dụng trong kịch bản mô phỏng 93

4.2.1 Thuật toán PF [18] 93

4.2.2 Thuật toán WFQ kết hợp ràng buộc Leaky Bucket 94

4.3 Xây dựng kịch bản mô phỏng [19] 97

4.3.1 Mô hình mạng 97

4.3.2 Lựa chọn nguồn traffic 97

4.3.3 Các tham số sử dụng trong kịch bản mô phỏng 98

4.4 Kết quả mô phỏng 99

4.4.1 Kịch bản di động 99

4.4.2 Kịch bản cố định 102

KẾT LUẬN 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các tiêu chuẩn của ETSI HYPERLAN 4

Bảng 1.2 Thông tin của chuẩn 802.11 5

Bảng 1.3 So sánh các chuẩn 802.16 [4] 15

Bảng 1.4 Các định dạng đã chứng nhận của điễn đàn WiMAX 18

Bảng 2.1 Dịch vụ QoS 34

Bảng 3.1 Cơ chế bảo mật tại các lớp khác nhau của ngăn xếp IP 56

Hình 3.3 Cơ chế yêu cầu và cấp phát băng thông 67

Bảng 3.2 : Các lớp dịch vụ được hỗ trợ bởi WiMAX 69

Bảng 3.3 : Ưu nhược điểm các lớp dịch vụ QoS WiMAX 69

Bảng 3.4 Các mô hình ứng dụng lưu lượng 70

Bảng 3.5 Tổng kết các thuật toán lập lịch gói khảo sát 85

Bảng 4 1 Các tham số luồng dịch vụ sử dụng trong kịch bản mô phỏng 97

Bảng 4.2 Các tham số điều chế lớp PHY 98

Bảng 4.3 Các tham số sử dụng trong kịch bản mô phỏng 99

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Kết nối mạng truy nhập với các thực thể mạng 1

Hình 1.2 Các chuẩn của IEEE 802.16 11

Hình 1.3 Mô hình mạng Mesh trong WiMAX 14

Hình 1.4 Mô hình ứng dụng WiMAX cố định 18

Hình 1.5 Mô hình ứng dụng WiMAX di động 19

Hình 2.1 Mô hình cấu trúc của WiMAX 21

Hình 2.2 Định dạng MAC PDU 23

Hình 2.3 Định dạng tiêu đề MAC chung 23

Hình 2.4 Định dạng tiêu đề yêu cầu băng thông 24

Hình 2.5 Định dạng bản tin quản lí MAC 25

Hình 2.6 Ghép nối MAC_PDU 27

Hình 2.7 Phân đoạn MAC_PDU 28

Hình 2.8: Khuôn dạng thông điệp DL_MAP 37

Hình 2.9: Khuôn dạng thông điệp DCD 38

Hình 2.10: Khuôn dạng thông điệp DL_MAP 38

Hình 2.11: Khuôn dạng thông điệp UCD 38

Hình 2.12 Khuôn dạng PDU_TC 40

Hình 2.13 Minh họa các loại điều chế dùng trong WiMAX 42

Hình 2.14 Cấu hình PMP 43

Hình 2.15 Cấu hình mesh 44

Hình 2.16 Mô hình truyền thông của WiMAX 45

Hình 2.17 Các điểm tham chiếu trong mạng WiMAX 46

Hình 2.18 Các thực thể và nhóm chức năng trong mạng 46

Hình 2.19 Quá trình vào mạng 50

Hình 2.20 Các Môi trường ứng dụng của WiMAX 54

Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển truy cập 60

Hình 3.2 Thuật toán waterfilling cổ điển cho điều khiển cấp phát công suất 64

Hình 3.3 Cơ chế yêu cầu và cấp phát băng thông 67

Hình 3.4 Các bộ lập lịch tại BS và các MS 73

Hình 3.5 Phân loại các bộ lập lịch WiMAX 77

Hình 3.6 Bộ lập lịch Round Robin 78

Hình 3.7 Weighted Round Robin scheduler 79

Hình 3.8 Deficit Round Robin (1) 80

Hình 3.9 Deficit Round Robin (2) 81

Hình 3.10 Weighted Fair Queuing (WFQ) 82

Hình 3.11 Cấu trúc cấp phát băng thông của thuật toán lai EDF+WFQ+FIFO 83

Hình 4.1 Quá trình thực hiện mô phỏng với phần mềm NS-2 88

Hình 4.2 Sự kết hợp giữa C++ và OTcl trong NS-2 88

Hình 4.3 Sơ đồ khối hoạt động của trạm BS triển khai trong công cụ mô phỏng 89

Hình 4.4 Các thành phần của bộ lập lịch tại BS và SS 92

Hình 4.5 Cấp phát khe dữ liệu theo chiều dọc 92

Hình 4.6 Cấp phát khe dữ liệu theo chiều ngang 93

Hình 4.7 Quá trình truyền DL-MAP, UL-MAP và các cụm dữ liệu trong từng khung 93 Hình 4.8 Gới hạn tốc độ luồng với Token Bucket 95

Hình 4.9 Bộ lập lịch gói WFQ kết hợp với ràng buộc Leaky Bucket 96

Hình 4.10 Mô hình mạng sử dụng trong các kịch bản mô phỏng 97

Hình 4.11 Thông lƣợng của các luồng dịch vụ với bộ lập lịch WFQ trong kịch bản di động 100

Hình 4.12 Thông lƣợng của các luồng dịch vụ với bộ lập lịch PF trong kịch bản di động 101

Hình 4.13 Đồ thị xác suất trễ với bộ lập lịch WFQ và PF trong kịch bản di động 102

Hình 4.14 Thông lƣợng của các luồng dịch vụ với bộ lập lịch WFQ trong kịch bản cố định 103

Hình 4.15 Thông lƣợng của các luồng dịch vụ với bộ lập lịch PF trong kịch bản cố định 103

Hình 4.16 Đồ thị xác suất trễ với bộ lập lịchWFQ và PF trong kịch bản cố định 104

BẢNG ĐỐI CHIẾU CÁC THUẬT NGỮ VIỆT - ANH

Adaptive Modulation and Coding Điều chễ và mã hóa thích ứng

Admission control Cơ chế điều khiển truy cập

Auto Repeat Request Tự động yêu cầu truyền lại

Background Traffic Luồng lưu lượng nền

Backlogged packets Gói bị tắc nghẽn

Binary Phase Shift Keying Điều chế pha khóa nhị phân

Broadband Wireless Access Truy cập vô tuyến băng thông rộng

Channel-induced delays Trễ cảm ứng kênh

Co-channel Interference Nhiễu đồng kênh

Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

Common Part Sublayer Lớp con phần chung

Digital Subscriber Line Đường thuê bao số

Direct Sequence – Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

Distributed dynamic RRM algorithms Các thuật toán RRM phân tán động Extended realt time Polling Service Dịch vụ thời gian thực mở rộng

Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

Fragmentation subheaders Các tiêu đề con phân mảnh

Frame Control Header Mào đầu điều khiển khung

Frequency diversity Phân tập tần số

Frequency Division Duplex Truyền song công phân chia theo tần số

Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số

Frequency-hopping spread spectrum Trải phổ nhảy tần

Full Usage of Subcarriers Sử dụng toàn bộ sóng mang con

Grant Per Connection Cấp theo kết nối

Grant Per Subscriber Station Cấp theo trạm khách hàng

Homogeneous scheduling algorithms Các thuật toán lập lịch đơn nhất

Horizontal Stripping Cấp phát khe dữ liệu theo chiều ngang

Hybrid Auto Repeat Request Yêu cầu truyền lại kiểu lai

Hybrid scheduling algorithms Các thuật toán lai

Institute of Electrical and Electronics

Engineers

Học viện các kỹ sƣ điện và điện tử

Interference management Quản lý nhiễu

Intersymbol Interference Nhiễu xuyên ký tự

Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi ngƣợc Fourier rời rạc

Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi ngƣợc Fourier nhanh

Light Of Sight Tầm nhìn thẳng

Macromobility Sự di động của MSs giữa các subnet trong hai

mạng khác nhau Management Information Base Cơ sở thông tin quản lý

Maximum sustained traffic rate Tốc độ tối đa đƣợc duy trì

Medium Access Control (MAC) Lớp điều khiển truy nhập

Micromobility Sự di động của MSs giữa các subnet trong cùng

một mạng

MIMO Antenna Anten nhiều đầu vào, nhiều đầu ra

Minimum Reserved Traffic Rate Tốc độ luồng dành riêng nhỏ nhất

Mobile Station Trạm di động

Multicarrier Modulation Điều chế đa sóng mang

Multiuser diversity Phân tập đa người dùng

Non Light Of Sight Không tầm nhìn thẳng

non real time Polling Service Dịch vụ không thời gian thực

Orthogonal Frequency Division Kỹ thuật đa truy nhập phân chia

Orthogonal Frequency Division Kỹ thuật ghép kênh phân chia

Packing subheaders Các tiêu đề con đóng gói

Partial Usage of Subcarriers Sử dụng sóng mang con cục bộ

(từng phần) Peak to Average Power Ratio Tỉ số công suất đỉnh trên trung bình

Piggybacking Đính kèm bản tin yêu cầu băng thông trong gói tin

dữ liệu Poin To Multipoint Kết nối điểm – đa điểm

Proportional Fair Thuật toán công bằng tỉ lệ

Proportional Rate Constraints Thuật toán ràng buộc tốc độ tỉ lệ

Protocol Data Unit Đơn vị giao thức dữ liệu

Quadature Phase Shift Keying Điều chế pha trực giao

Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ trực giao

Quality of Service Quản lý chất lượng dịch vụ

Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

Ranging channel Quá trình mà trong đó MS và BS trao đổi thông tin

với nhau để điều chỉnh profile thích hợp tùy theo giá trị CINR

real time Polling Service Các dịch vụ thời gian thực

Request/transmission policy Chính sách yêu cầu/truyền

Scheduling algorithms Các thuật toán lập lịch

Service Data Unit Đơn vị dịch vụ dữ liệu

Service Flow Identifier Số định vị luồng dịch vụ

Service-specific Convergence Sublayer Lớp con hội tụ

Signal to Interference-plus-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm

Time Division Duplex Truyền song công phân chia theo thời gian Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân kênh theo thời gian Tolerated jitter Độ jitter (rung pha) cho phép

Unlicensed frequency band Dải tần không đăng ký

Unsolicited Grant Services Dịch vụ cấp phát tự nguyện

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG-WiMAX 1.1 Mạng Truy Nhập băng rộng

Định nghĩa mạng truy nhập: Theo các khuyến nghị của ITU-T(Liên minh viễn

thông quốc tế phát triển các tiêu chuẩn quốc tế),mạng truy nhập là một chuỗi các thực thể truyền dẫn giữa SNI (Service Node Interface– Giao diện nút dịch vụ) và UNI (User Network Interface – Giao diện người sử dụng - mạng) Mạng truy nhập chịu trách nhiệm truyền tải các dịch vụ viễn thông Giao diện điều khiển và quản lý mạng là Q

Hình 1.1 Kết nối mạng truy nhập với các thực thể mạng

Thiết bị đầu cuối của khách hàng được kết nối với mạng truy nhập qua UNI, còn mạng truy nhập kết nối với nút dịch vụ (SN – Service Node) thông qua SNI Về nguyên tắc không có giới hạn nào về loại và dung lượng của UNI hay SNI Mạng truy nhập và nút dịch vụ đều được kết nối với hệ thống quản lý mạng TMN (telecom management network) qua giao diện Q

Sự thay đổi của cơ cấu dịch vụ là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến sự phát triển của mạng truy nhập Khách hàng yêu cầu không chỉ là các dịch vụ thoại/ fax truyền thống, mà cả các dịch vụ số tích hợp, truyền hình kỹ thuật số độ phân giải cao, vv… Mạng truy nhập truyền thống rõ ràng chưa sẵn sàng để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ này

Trong những năm gần đây mạng truy nhập vô tuyến băng rộng tốc độ cao không ngừng được nghiên cứu và phát triển, cung cấp các dịch vụ Multimedia như: truy cập Internet, VoIP, điện thoại truyền hình (Video Telephony), hội nghị truyền

Mạng truy nhập

Thuê bao

Các thưc thể mạng (PSTN ,ISDN )

Q

SNI- Giao diện nút dịch vụ

UNI- Giao diện người

sử dụng mạng

hình (Video conferencing), truyền hình quảng bá (Broadcast TV), xem phim theo yêu cầu (Video on Demand), trò chơi trên mạng (Game online) vv…

Có thể nói mạng băng rộng là xu hướng phát triển tất yếu.Sau đây chúng ta

sẽ đề cập tới một số công nghệ truy cập băng rộng điển hình là: xDSL, Modem cáp, iPSTAR và một số kỹ thuật truy nhập vô tuyến như WiFi và WiMAX

1.1.1 Mạng xDSL [9]

Truy nhập xDSL ( x Digital Subscriber Line ):đường dây thuê bao số

(xDSL ) là phương thức truyền thông tin số tốc độ cao qua đường điện thoại truyền thống và sẽ là nền tảng cho việc phân bố dịch vụ băng rộng này đến các thuê bao

Sở dĩ điều này thực hiện được là nhờ ứng dụng các kỹ thuật truyền số phức tạp, đó

là sự bù trừ các suy giảm truyền dẫn trên đường dây điện thoại và các bộ xử lý số có năng lực rất lớn.Công nghệ này đã tận dụng cơ sở hạ tầng đường dây thuê bao cáp đồng có sẵn

Khi năng lực xử lý của bộ xử lý tín hiệu số tăng lên, thì tốc độ của xDSL cũng tăng lên Công nghệ DSL bắt đầu từ 144 kbit/s, phát triển tới 1,5 đến 2 Mbit/s HDSL, 7 Mbit/s với ADSL, và bây giờ với VDSL là 52 Mbit/s

Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL (Asymmetric DSL)

- Sử dụng một đôi dây cáp xoắn

- Tốc độ luồng xuống lớn (1,5Mbps ở khoảng cách 6 km đến 8Mbps với

khoảng cách 3 km).Tốc độ hướng lên từ 16kbps đến 640kbps

Đường dây thuê bao số tốc độ thích nghi RADSL (Rate Adaptive DSL)

- Sử dụng một đôi dây cáp xoắn

- Tốc độ luồng xuống lớn (1 Mbps đến 12 Mbps với) Tốc độ hướng lên từ

128 kbps đến 1Mbps tốc độ truyền đối xứng trong khoảng từ 1 đến 2 Mbps

- Các modem RADSL có khả năng đánh giá chất lượng đường đây và tự động điều chỉnh mức điều chế hoặc sử dụng các bước sóng (tùy thuộc vào phương pháp mã hóa đường đây)

Đường dây thuê bao số tốc độ rất cao VDSL(very high bit rate DSL)

Tốc độ luồng xuống lớn (30Mbps đến 50 Mbps với cự ly ngắn thường nhỏ hơn 300m Tốc độ truyền đối xứng trong khoảng từ 2 đến 4 Mbps và khoảng cách

xa hơn

Các công nghệ xDSL đối xứng như HDSL, SDSL, HDSL2

- High bit rate DSL (HDSL)là một trong những công nghệ đầu tiên được

khai thác Tốc độ truyền đối xứng 1.54 Mbps trên 2 đôi dây cáp xoắn hoặc 2Mbps trên 3 đôi cáp xoắn HDSLversion 2 giống HDSL nhưng chỉ sử dụng

1 đôi cáp xoắn Khoảng cách truyền dẫn là 4 Km

- SDSL (Symmetric DSL) sử dụng 1 đôi cáp xoắn, với tốc độ hỗ trợ lên tới 2Mbps

cho frame-relay hay truyền hình hội nghị, khoảng cách truyền khoảng 3 Km

Những ưu điểm và hạn chế của công nghệ xDSL:

- Giảm giá thành và tốc độ trển khai nhanh ở những khu vực mà mạng cáp đồng có sẵn

- Có thể triển khai trên diện rộng với nhiều loại mô hình khác nhau

- Độ sẵn sàng của mạng cáp đồng ở một số nơi như vùng nông thôn,vùng sâu vùng xa, hoặc hải đảo hầu như không có,và nếu có thì chất lượng của mạng

cáp đồng chưa đạt yêu cầu nên đảm bảo tốc độ truy nhập cao DSL là rất khó

- Vùng phủ nhỏ, bán kính phục vụ tỷ lệ nghịch với tốc độ truy nhập nên mức

đầu tư sẽ cao ở vùng phân tán rộng

- Không có tính di động

1.1.2 Modem cáp [5]

Modem cáp là thiết bị được dùng để chuyển dữ liệu trên các đường truyền cho truyền hình cáp Loại đường truyền này, là cáp đồng trục, mang lại băng thông lớn hơn nhiều so với đường điện thoại thông thường Nối modem này với cáp truyền và với PC sẽ mang lại khả năng truy cập Internet tốc độ cao Trên lý thuyết, tốc độ tải xuống của các thiết bị này có thể đạt 35M bit/s, nhưng thực tế thường chỉ đạt 1,5M bit/s, tùy thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ cáp Tốc độ gửi thông điệp đi từ

PC, còn được gọi là tốc độ tải lên vào khoảng 128K bit/s

Ưu nhược điểm của Modem cáp là:

- Việc dùng chung làm ảnh hưởng đến tốc độ truy cập mạng sẽ tỉ lệ nghịch với số người truy cập trên cùng một nút mạng

- Một vấn đề khác cũng được quan tâm là tính bảo mật,

- Khó triển khai trên những vùng đân cư phân tán

- Không có tính di động

- Chi phí cao,và do phải lắp đặt đường cáp truyền hình

Đó là những nguyên nhân mà dịch vụ này không được phát triển phổ biến

1.1.3 Truy nhập dịch vụ băng rộng qua vệ tinh (iPSTAR) [12]

Bảng 1.1 Các tiêu chuẩn của ETSI HYPERLAN

LAN

Truy nhập WATM

Truy nhập WATM cố định từ xa

Kết nối PTP WATM

Trước đó, chuẩn HiPerLAN/1 đã hỗ trợ tốc độ lên đến 24 Mbps sử dụng công nghệ DSSS trong phạm vi 50m HiPerLAN/1 sử dụng băng tần UNII thấp và trung bình giống như HiPerLAN/2, 802.11a và 802.11h

HiperLAN2

Trong các chuẩn của HiperLAN, HiperLAN2 là chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất bởi những đặc tính kỹ thuật của nó Tốc độ truyền dữ liệu của HiperLAN2 có thể đạt tới 54 Mbps Có thể đạt được tốc độ đó vì HiperLAN2 sử dụng phương pháp gọi là OFDM (Orthogonal Frequence Digital Multiplexing – dồn kênh phân chia tần số) OFDM có hiệu quả trong cả các môi trường mà sóng radio bị phản xạ từ nhiều điểm

HiperLAN Access Point có khả năng hỗ trợ việc cấp phát tần số tự động trong vùng phủ sóng của nó Điều này được thực hiện dựa vào chức năng DFS(Dynamic Frequence Selection) Kiến trúc HiperLAN2 thích hợp với nhiều loại mạng khác nhau Tất cả các ứng dụng chạy được trên một mạng thông thường thì có thể chạy được trên hệ thống mạng HiperLAN2

Ưu nhược điểm của HIPERLAN

- HIPERLAN bảo mật tốt hơn IEEE802.11

- HIPERLAN2 có hỗ trợ QoS ,và các HIPERLAN còn hỗ trợ các loại mạng lõi khác như ATM, kết nối Ethernet trong khi 802.11 chỉ hỗ trợ kết nối Ethernet

- HIPERLAN 2 còn có đặc tính ưu việt như có khả năng chọn tần động, điều khiển công suất

- Hạn chế của HIPERLAN là pham vi phủ sóng giới hạn ở 50m

- Giá thành thiết bị cao

b/ WiFi

WiFi là một nhãn hiệu cho dòng sản phẩm tuân thủ theo các chuẩn cho WLAN của Viện kỹ thuật điện tử IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) với các chuẩn sau:

Bảng 1.2 Thông tin của chuẩn 802.11

Chuẩn

IEEE

Tốc độ max:

Mbit/s

Phạm vi (m)

Dải tần (GHz)

Phạm vi(Trong nhà)

Phạm vi(ngoài trời)

802.11 : Đây là chuẩn đầu tiên của hệ thống mạng không dây Chuẩn này

chứa tất cả công nghệ truyền hiện hành bao gồm Direct Sequence Spectrum (DSSS), Frequence Hopping Spread Spectrum (FHSS) và tia hồng ngoại 802.11 là

một trong hai chuẩn miêu tả những thao tác của sóng truyền (FHSS) trong hệ thống mạng không dây Nếu người quản trị mạng không dây sử dụng hệ thống sóng truyền này, phải chọn đúng phần cứng thích hợp cho các chuẩn 802.11

802.11b Hầu hết mạng WLAN ngày nay tương thích với chuẩn 802.11b của

IEEE, các sản phẩm bắt đầu được xuất xưởng vào cuối năm 1999 và khoảng 40 triệu thiết bị 802.11b đang được sử dụng trên toàn cầu

802.11b có tốc độ tín hiệu tối đa 11Mbps, với thông lượng trung bình khoảng

từ 4 đến 6 Mbps Tốc độ này vẫn nhanh hơn một kết nối băng rộng DSL hoặc cáp

và đủ cho âm thanh liên tục (streaming audio), 802.11b lại không đủ nhanh để truyền những hình ảnh có độ nét cao Lợi thế chính của 802.11b là chí phí phần cứng thấp Do hoạt động ở tần số 2.4GHz Phổ này bị chia sẻ bởi các thiết bị không được cấp phép, chẳng hạn như các thiết bị Bluetooth, điện thoại không dây và sóng viba là nguồn gốc gây nhiễu (và làm giảm hiểu suất hoạt động) ở mạng dùng chuẩn 802.11b Các mạng dùng chuẩn 802.11b cũng có thể gây nhiễu cho nhau, 14 kênh của chuẩn 802.11b được chia thành từng phần và chỉ có thể dùng 3 kênh cùng một phạm vi để tránh chồng chéo Các kênh thường được sử dụng để tránh chồng chéo

là 1, 6 và 11

802.11b+ PBCC (Packet Binary Convolutional Code) do Texas Instruments

(TI) phát triển có thể cung cấp tốc độ 22 và 33 Mbps TI sản xuất chipset dựa trên chuẩn 802.11b và hỗ trợ PBCC 22 Mbps Những thiết bị tích hợp chipset này được gọi là thiết bị 802.11b+ Những thiết bị này hoàn toàn tương thích với 802.11b, khi hai thiết bị 802.11b+ giao tiếp với nhau có thể tự động dùng tốc độ 22 Mbps Điểm nổi bật khác của TI khi giao tiếp giữa các thiết bị 802.11b+ là hoạt động ở chế độ 4x, có nghĩa là dùng các gói tin có kích thước lớn hơn - 4000 byte - để giảm tải và tăng thông lượng lên đến ba lần

802.11a : Vào cuối năm 2001, các sản phẩm dựa trên một chuẩn thứ hai,

802.11a, bắt đầu được xuất xưởng ,hoạt động ở tần số 5GHz Thông lượng lý thuyết tối đa của nó là 54 Mbit/s, với tốc độ tối đa thực tế từ 21 đến 22 Mbit/s Mặc dù tốc

độ tối đa này vẫn cao hơn đáng kể so với thông lượng của chuẩn 802.11b, phạm vi phát huy hiệu lực trong nhà từ 25 đến 75 feet của nó lại ngắn hơn phạm vi của các sản phẩm theo chuẩn 802.11b Nhưng chuẩn 802.11a hoạt động tốt trong những khu vực đông đúc:

Với một số lượng các kênh không gối lên nhau tăng lên trong dải 5 GHz,Trong môi trường văn phòng thông thường, tầm hoạt động của 802.11a có thể lên đến tối đa 46m ở tốc độ thấp nhất, và khoảng 23m ở tốc độ cao nhất

Không giống dãy tần số 2.4GHz, dãy tần số 5GHz gần như không bị nhiễu Với ưu thế về kích thước của dãy tần số, các kênh của 802.11a không bị chồng chéo Một số nước định nghĩa 4 kênh, 8 kênh hoặc nhiều hơn Một lợi ích khác mà chuẩn 802.11a mang lại là băng thông cao hơn của nó giúp cho việc truyền nhiều luồng hình ảnh và truyền những tập tin lớn trở nên lý tưởng

802.11g : là chuẩn nối mạng không dây được IEEE phê duyệt tháng 6 năm

2003 có tốc độ của 802.11a và tầm hoạt động của 802.11b và tương thích ngược với 802.11b

Tốc độ tối đa lý thuyết của các sản phẩm theo chuẩn 802.11a, 54 Mbit/s, với một thông lượng thực tế từ 15 đến 20 Mbit/s Giống 802.11b, 802.11g có 14 kênh

và chỉ có thể dùng 3 kênh cùng một phạm vi để tránh chồng chéo Tốc độ cao hơn của chuẩn 802.11g cũng giúp cho việc truyền hình ảnh và âm thanh, lưới Web trở nên lý tưởng 802.11g thiết kế để tương thích ngược với 802.11b và chúng chia sẻ cùng phổ 2,4GHz Việc này làm cho các sản phẩm của 2 chuẩn 802.11b và 802.11g

có thể hoạt động tương thích với nhau 802.11g đạt tốc độ này bằng cách dùng OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), cùng cơ chế với 802.11a,

và phải sử dụng thiết bị cùng chẩn 802.11g Để có thể kết nối với các thiết bị 802.11b phải dùng cơ chế điều biến CCK (Complimentary Code Keying) 802.11g cũng tương thích với các thiết bị 802.11b+ hoạt động ở tốc độ 22 và 33Mbps sử dụng PBCC (Packet Binary Convolutional Code) của Texas Instrumnets

802.11g+ :Giống 802.11b+, 802.11g+ do Texas Instruments (TI) phát triển

dựa trên 802.11g của IEEE với các tính năng khác được thêm vào Các thiết bị 802.11g+ tương thích với các thiết bị 802.11b và 802.11g Khi kết nối với thiết bị 802.11b+, các ưu điểm của TI sẽ được phát huy Khi kết nối các thiết bị 802.11g+ với nhau, có thể đạt tốc độ tín hiệu lên đến 100Mbps

802.11n :Task Group N của IEEE 802.11 được thành lập vào tháng 7 năm

2003 để chuẩn hóa cho Physical Layers (PHY) và Medium Access Control Layer (MAC) của 802.11, cho phép các chế độ hoạt động có thể đạt được thông lượng ít nhất là 100Mbps

Đây là dự án đầu tiên của 802.11 hướng tới thông lượng thay vì tốc độ tín hiệu Môt mục đích khác là đạt được thông lượng cao ở tầm hoạt động rộng, tương thích với các thiết bị 802.11a và 802.11g Ban đầu dự kiến, công việc chuẩn hóa sẽ hoàn thành vào cuối năm 2005.Sau đó hoãn lại và dự kiến sẽ được công nhận chính thức vào cuối năm 2006 nhưng cho tới thời điểm này vẫn chưa có một chuẩn chính thức

802.11n sử dụng hệ thống đa ăng ten và cường độ phổ lớn, đều là những vấn

đề hóc búa đối với hội kỹ sư điện tử (IEEE) Sau nhiều trở ngại với đề xuất về một tiêu chuẩn mạng không dây tốc độ cao, cuối cùng hiệp hội Wi-fi cũng đã đưa ra được phiên bản Draft 2.0 của 802.11n, đồng thời coi đây là tiêu chuẩn sàn để các nhà sản xuất có thể xây dựng các thiết bị hoạt động tốt với nhau

Hiện nay, IEEE vẫn đang nghiên cứu để đưa ra chuẩn 802.11n chính thức và hy vọng công việc sẽ kết thúc vào tháng ba năm 2009 Tuy nhiên chưa có gì đảm bảo các thiết

bị dựa trên Draft 2.0 sẽ tương thích với các thiết bị của bộ chuẩn chính thức này và cả phiên bản Draft 2.0 lẫn chuẩn chính thức đều được thiết kế để có tốc độ truyền dữ liệu trên 100Mb/giây, nhanh hơn cả một số kết nối Ethernet qua dây dẫn

Ưu nhược điểm của công nghệ theo chuẩn IEEE 802.11

- Khả năng di động cho phép kết nối bất kì đâu trong vùng phủ sóng

- Dễ lắp đặt và triển khai, thời gian triển khai nhanh

- Tốc độ cao, tính linh động và nâng cấp dễ

- Giá thiết bị rẻ và nhiều trên thị trường

- Nhược điểm của mạng không dây có thể kể đến nhất là khả năng nhiễu sóng

do thời tiết, các thiết bị không dây khác, hay các vật chắn

- Vùng phủ sóng của IEEE 802.11cao hơn HIPERLAN nhưng cũng chỉ hạn

chế ở tầm vài chục đến vài trăm mét

- Bảo mật còn nhiều lỗ hổng

c/ WiMAX

Trong thực tế công nghệ WiFi đã phát triển rất rộng rãi tuy nhiên với phạm

vi phủ sóng nhỏ, không đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người dùng, WiMAX được thiết kế cho mạng MAN nên khắc phục hạn được chế trên Công nghệ này sẽ được nói chi tiết trong mục 1.2

Tổng kết

- xDSL phù hợp cho vùng đã có mạng cáp đồng Giải pháp này đem lại lợi nhuận ngay cho nhà cung cấp

- iPSTAR sẽ là giải pháp truy nhập băng rộng hiệu quả cho các vùng không thể triển khai các giải pháp truy nhập mặt đất, đặc biệt là vùng sâu vùng xa, tuy nhiên giá cả và chi phí vẫn cao hơn so với truy nhập vô tuyến

- HIPERLAN tốt hơn và ưu việt hơn IEEE 802.11 nhưng giá thành thiết bị lại cao và thiết bị ít

- Wi-Fi cho tốc dộ truy nhập cao Việc triển khai khá đơn giản, mà giá thành lại thấp hơn nhiều so với công nghệ trên Tuy nhiên vùng phủ sóng của WiFi

bị hạn chế

- WiMAX: giải pháp công nghệ ra đời sau nên được tích hợp rất nhiều các ưu điểm và khắc phục phần lớn nhược điểm của các công nghệ trước,đây là công nghệ hiện đại và được đánh giá cao

1.2 Tổng quan về WiMAX

Wi-Fi có bán kính phủ sóng của một điểm thu phát sóng (hotspot) chỉ là 150 m nên cần nhiều hotspot cho một khu vực nhất định và càng có nhiều người sử dụng Wi-Fi thì tốc độ càng giảm Mặt khác, chất lượng của Wi-Fi không được tốt bằng ADSL, không đảm bảo được chế độ ưu tiên như WiMAX

WiMAX là từ viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access

có nghĩa là khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba Với WiMAX cố định

có tốc độ tương đương với ADSL, trong khi không cần dùng dây dẫn đến các thuê bao Người sử dụng các thiết bị đầu cuối chỉ cần mua một thiết bị Indoor WiMAX (kích thước bằng một modem ADSL) là có thể dùng được Internet tốc độ cao WiMAX di động có tố độ lớn hơn WiFi nhưng phạm vi phủ sóng lớn hơn rất nhiều

so với Wifi

Công nghệ WiMAX, là công nghệ không dây băng thông rộng đang phát triển rất nhanh với khả năng triển khai trên phạm vi rộng và được coi là có tiềm năng to lớn để trở thành giải pháp “dặm cuối” lý tưởng nhằm mang lại khả năng kết nối Internet tốc độ cao tới các gia đình và công sở

1.2.1 Diễn đàn WiMAX

Diễn đàn WiMAX là một tổ chức của các nhà khai thác và các công ty thiết

bị và cấu kiện truyền thông hàng đầu

Mục tiêu của Diễn đàn WiMAX là thúc đẩy và chứng nhận khả năng tương thích của các thiết bị truy cập vô tuyến băng rộng tuân thủ chuẩn 802.16 của IEEE

và các chuẩn HiperMAN của ETSI

Diễn đàn đã hợp tác chặt chẽ với các nhà cung cấp và các cơ quan quản lý Đảm bảo các hệ thống được diễn đàn phê chuẩn sẽ đáp ứng các yêu cầu của khách hàng và của các chính phủ nhằm loại bỏ các rào cản tiến tới việc chấp nhận rộng rãi công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng BWA (Broadband Wireless Access), vì riêng một chuẩn thì không đủ để khuyến khích việc chấp nhận rộng rãi một công nghệ

1.2.2 Các đặc điểm của WiMAX

WiMAX đã được tiêu chuẩn hoá ở IEEE 802.16 Hệ thống này là hệ thống

đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các đặc điểm sau :

- Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km

- Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa 70Mbit/s

- Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS (Line of Sight) và đường truyền bị che khuất NLOS (Non line of sight)

- Dải tần làm việc 2-11GHz và từ 10-66GHz hiện đã và đang được tiêu chuẩn hoá

- Trong WiMAX hướng truyền tin được chia thành hai đường lên và xuống Đường

lên có tần số thấp hơn đường xuống và đều sử dụng công nghệ OFDM

- WiMAX sử dụng điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi dữ liệu như ngẫu nhiên hoá, với mã

256-hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỷ lệ mã từ 1/2 đến 7/8

- Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHz đến trên 20MHz được chia thành nhiều băng con Với công nghệ OFDMA, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng băng tần

- Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD (time division duplexing) và FDD (frequency division duplexing) cho việc phân chia truyền dẫn của hướng lên (uplink) và hướng xuống (downlink)

- Hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp con : Các lớp này tương đương với hai lớp dưới của mô hình OSI và được tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên

MAC và PHY của hệ thống truy nhập vô tuyến cố định điểm – đa điểm với những mục đích:

- Cho phép triển khai nhanh chóng và rộng rãi các hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng với chi phí hiệu quả

- Đảm bảo khả năng tương thích giữa các thiết bị truy nhập vô tuyến băng rộng của các hãng khác nhau

- Tăng tốc quá trình thương mại hóa ,phổ cập truy nhập vô tuyến băng rộng, đưa ra các giải pháp thay thế cho truy nhập băng rộng hữu tuyến

Hình 1.2 Các chuẩn của IEEE 802.16

IEEE 802.16.2-2001 đề cập vào tháng 10/2007 tập trung vào giải quyết vấn đề can nhiễu trong dải hoạt động cố định 10 – 66GHz, nhưng đặc biệt quan tâm tới dải

từ 23.5-43.5GHz

IEEE802.16 Con 1-2003: chuẩn này công bố sự phù hợp về thực thi giao diện

không gian MAN-SC vô tuyến trong dải 10-66GHz Tiêu chuẩn này công bố sự phù

hợp về thực thi giao thức các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp của các trạm gốc và các trạm thuê bao dựa trên giao diện không gian MAN-SC (10-66GHz) được xác định trong tiêu chuẩn 802.16

IEEE 802.16 Con 2-2003: Tiêu chuẩn này giới thiệu cấu trúc thiết bị đo và mục

đích đo, kiểm tra sự phù hợp các chỉ tiêu kỹ thuật của các trạm gốc và các trạm thuê bao dựa trên giao diện không gian được xác định trong chuẩn 802.16

IEEE 802.16a được thông qua tháng 1/2003 Phiên bản này bổ sung cho thiếu

sót của 802.16-2001 với việc bổ xung thêm dải tần số 2- 11 GHz Giúp cho việc truyền sóng trong môi trường có vật cản và bị che khuất đễ dàng hơn, bổ sung các

kỹ thuật cho lớp vật lý giúp tối ưu kênh truyền theo bằng tần của ứng dụng

IEEE 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tầng từ 5 – 6 Ghz với mục đích

cung ứng dịnh vụ với chất lượng cao (QoS) Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của những ứng dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác nhau Chuẩn này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802.16a

IEEE 802.16c được chấp nhận vào tháng 12/2002 đây là bản sửa đổi của chuẩn 802.16-2001 Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dải băng tầng từ 10-

66GHz với mục đích cải tiển thao tác gữa các phần(interoperability)

IEEE 802.16-2004 hay IEEE 802.16d được IEEE thông qua tháng 6/2004

Chuẩn này sử dụng băng tầng có bản quyền từ 2 – 11 Ghz Đây là băng tầng thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các chướng ngại trên đường truyền 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà trong đó một thiết bị cuối (terminal) có thể liên lạc với BS thông qua một thiết bị cuối khác Với đặc tính này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ được mở rộng

IEEE 802.16-2004 Tập trung vào các ứng dụng cố định và lưu trú trong dải tần

số 2 -11 GHz Hai kỹ thuật điều chế đa sóng mang được hỗ trợ trong 802.16-2004:

- OFDM với 256 sóng mang và

- OFDMA với 2048 sóng mang

Các hồ sơ chứng nhận đầu tiên của Diễn đàn WiMAX đều dựa trên OFDM, như được định nghĩa trong phiên bản này của tiêu chuẩn Các thiết bị WiMAX hiện tại

có trên thị trường là dựa trên chuẩn này

IEEE 802.16e được thông qua tháng 12/2005 Diễn đàn WiMAX sẽ bắt đầu quá

trình chứng nhận thiết bị ban đầu trong các băng tần 3.3 đến 3.8 GHz và 5.7 đến 5.8 GHz Với khả năng đáp ứng cả các ứng dụng cố định cũng như các dịch vụ di động, nên còn được gọi là WiMAX di động Chuẩn này đã và đang được thử nghiệm ở nhiều nước Hiện tại, WiMAX di động "Wave 2" dùng 2 ăng-ten phát và 2 ăng-ten thu đã cho tốc độ tối đa tầm 75Mbps

IEEE 802.16e: Hỗ trợ cho việc khai thác sự kết hợp giữa dịch vụ cố định và di

động tại các tần số dưới 6 GHz

Tiêu chuẩn này mở ra sự hỗ trợ SOFDMA (một biến thể của OFDMA), nó tính đến số lượng các sóng mang có thể biến đổi, ngoài các phương thức OFDM và OFDMA đã được định nghĩa trước đây Việc gán sóng mang trong các phương thức OFDMA được thiết kế để giảm thiểu tác động của can nhiễu tới thiết bị người dùng với các anten toàn hướng

Tăng cường hỗ trợ cho MIMO (Multiple Input Multiple Output) và các hệ thống anten thích nghi (AAS), cũng như chuyển vị (handoff) cứng và mềm Nó cũng đã cải thiện được các khả năng tiết kiệm nguồn cho các thiết bị di động và các tính năng an toàn mạnh hơn Cả hai sản phẩm dựa trên OFDM và trên OFDMA đều

có thể tận dụng các dung lượng mới mở rộng

Trong phần sau, chúng ta coi các định dạng của 802.16e WiMAX chủ yếu như

là việc chấp nhận SOFDMA, còn các định dạng 802.16-2004 như là việc sử dụng OFDM với 256 sóng mang Phiên bản mới của tiêu chuẩn 802.16 có tính tương thích ngược, cho nên các yêu cầu kỹ thuật mới của phương thức OFDM là tương thích với các phiên bản trước Tuy nhiên, các hương thức OFDM và SOFDMA sẽ không tương thích nếu chúng dựa trên hai kỹ thuật điều chế khác nhau Kết quả

là, loại CPE của OFDM chế độ đơn mode (single mode) sẽ không làm việc được trong một mạng SOFDMA và ngược lại, một CPE của SOFDMA sẽ không làm việc trong một mạng OFDM

IEEE 802.16j: Bây giờ IEEE đang bắt tay vào chuẩn hóa 802.16j để phục vụ cho việc Relay (WiMAX Mesh network)

Hình 1.3 Mô hình mạng Mesh trong WiMAX

Lợi ích của việc dùng những relay BS đã được liệt kê trong hình vẽ Có thể

kể đến các lợi ích sau:

- Thay vì liên lạc trực tiếp với BS, người dùng có thể liên lạc thông qua nhiều Relay BS với đường truyền tốt hơn và tốc độ cao hơn, hiệu quả truyền cao hơn, v.v

- Relay BS có thể dùng để tăng vùng phủ sóng của mạng WiMAX (relay BS

rẻ hơn lắp đặt BS WiMAX)

- Người dùng sẽ không cần tiêu tốn một năng lượng lớn để liên lạc với BS (tiết kiệm năng lượng tiêu thụ ở thiết bị di động)

802.16m: Đang được nghiên cứu và chuẩn hóa Chuẩn này hướng tới tăng tốc độ

truyền của WiMAX lên 1Gbps bằng cách dùng MIMO trên nền công nghệ đa truy nhập OFDMA với số lượng ăngten phát và thu nhiều hơn WiMAX di động “Wave 2” 802.16m trang bị 4 ăng-ten phát và 4 ăng-ten thu sẽ có thể đẩy tốc độ truyền lên lớn hơn 350Mbps, và vẫn tương thích với WiMAX cố định và di động đã và đang được triển khai Theo dự kiến, WiMAX Release 2 với sự hoàn thiện của 802.16m sẽ hoàn thành vào cuối năm 2009 và có thể bắt đầu triển khai dịch vụ từ 2010

<=70 MHz Kênh 20 MHz

15 Mbps (max

75 Mbps) Kênh 5 MHz Điều chế

QPSK, 16QAM, 64QAM

OFDM 256 sóng mang con QPSK ,16QAM ,64QAM

OFDM 256 sóng mang con, BPSK QPSK ,16QAM ,64QAM

OFDM 512/1024/2048 BPSK,QPSK ,16QAM ,64QAM

Điểm khác nhau giữa các phiên bản 802.16 như 802.16a,802.16-2004 và 802.16e

- Chuẩn 802.16a của IEEE tập trung vào truy cập băng rộng cố định

- Chuẩn mở rộng 802.16-2004 của IEEE cải tiến hơn nhờ hỗ trợ cho CPE trong nhà

- Chuẩn802.16e là một mở rộng của chuẩn 802.16-2004 Mục đích của chuẩn 802.16e là để bổ sung khả năng di động dữ liệu cho chuẩn hiện thời, mà ban đầu thiết kế chủ yếu dành cho cố định

WiMAX 802.16-2004 Chuẩn này dựa trên phiên bản 802.16-2004 của IEEE

802.16 và ETSI - HiperMAN Nó sử dụng Ghép kênh Phân chia theo tần số trực giao (OFDM -Orthogonal Frequency Division Multiplexing), hỗ trợ truy nhập cố định và di trú trong các môi trường trực thị (LOS - Line of Sight ) và Không trực thị (NLOS – Non Line of Sight) Các hãng sản xuất đang triển khai

thiết bị khách hàng (CPE) trong nhà và ngoài trời và thẻ PCMCIA cho laptop Các định dạng (profile) ban đầu của Diễn đàn WiMAX trong băng tần 3,5 GHz và 5,8 GHz Các sản phẩm được chứng nhận đầu tiên đã xuất hiện vào cuối năm 2005

WiMAX 802.16e Tối ưu hoá cho các kênh vô tuyến di động, phiên bản này dựa

trên sự hiệu chỉnh 802.16e và hỗ trợ chuyển vị (handoff) và chuyển vùng (roaming)

Nó sử dụng Truy nhập ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có thể mở rộng thang độ (SOFDMA – Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), một kỹ thuật điều chế đa sóng mang có sử dụng tạo kênh phụ (sub-channelization) Các nhà cung cấp dịch vụ đang triển khai 802.16e cũng có thể sử dụng mạng này để cung cấp dịch vụ cố định Việc cấp chứng chỉ dự kiến sẽ được bắt đầu vào giữa năm 2006, khi khai trương các phòng thí nghiệm chứng nhận WiMAX

di động, với các sản phẩm được cấp chứng chỉ đầu tiên đã có mặt năm 2007

Điểm khác nhau giữa IEEE 802.16 và công nghệ WiMAX

Mục tiêu chính của Diễn đàn WiMAX là tạo ra một chuẩn tương thích từ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMAN của ETSI Điều này sẽ thực hiện được nhờ việc hình thành các mô tả hệ thống Dựa trên những gì mà Diễn đàn WiMAX xem xét về các điều khoản của nhà cung cấp dịch vụ và các kế hoạch thiết

bị của các nhà cung cấp, diễn đàn WiMAX đã quyết định tập trung trước tiên vào các mô tả cho phương thức PHY OFDM 256 của chuẩn 802.16 năm 2004, được IEEE thông qua vào tháng 6/2004 Lớp vật lý (PHY) sẽ được kết hợp với một bộ điều khiển truy nhập phương tiện (MAC) độc lập đảm bảo một nền tảng thống nhất cho tất cả những triển khai WiMAX

Tuân thủ theo chuẩn 802.16 không có nghĩa là thiết bị được Diễn đàn WiMAX chứng nhận hoặc có thể tương thích với các thiết bị của các nhà cung cấp khác Tuy nhiên nếu một thiết bị tuân thủ thiết kế được Diễn đàn WiMAX chứng nhận thì vừa tuân thủ chuẩn 802.16 và tương thích với cả thiết bị của các nhà khai

cấp khác

1.2.4 Các định dạng của diễn dàn WiMAX

Việc lựa chọn các định dạng được thúc đẩy bởi nhu cầu thị trường, độ khả dụng của phổ tần, những ràng buộc về chính sách, các dịch vụ cần cung cấp và đầu

tư của công ty

Ví dụ như, tính khả dụng phổ tần cho các dịch vụ vô tuyến băng rộng ở một

số nước là động lực thúc đẩy việc tạo ra các định dạng ban đầu trong băng tần

3,5 GHz Tính khả dụng của các phổ miễn phép và nhu cầu về các dịch vụ cố định

đã quyết định việc tạo ra một định dạng trong băng tần 5,8 GHz Nhu cầu về các dịch vụ di động và tính khả dụng phổ làm cho các băng tần 2,3 GHz và 2,5 GHz chắc chắn trở thành mục tiêu cho các định dạng của 802.16e Các định dạng của Diễn đàn WiMAX được xác định bởi các tham số sau đây:

- Dải phổ : băng tần được dùng cho dịch vụ WiMAX do các tổ chức quản lý cung cấp Hiện tại có 2 loại băng tần dành cho WiMAX là:

o Băng tàn cấp phép :2.3 – 2.6 GHz và 3.3 – 3.6 GHz

o Băng tần không cấp phép 5.7 -5.8 GHz

- Song công Hai tuỳ chọn sẵn có: Song công phân chia theo thời gian (TDD)

cho các nhà khai thác có phổ không cặp đôi hoặc phổ miễn phép, và Song công Chia theo Tần số (FDD) FDD đòi hỏi hai kênh, một cho lưu lượng tuyến lên và kênh kia cho lưu lượng tuyến xuống Trong một mạng TDD, lưu lượng chỉ chiếm một kênh duy nhất với lưu lượng tuyến lên và tuyến xuống được gán các khe thời gian khác nhau

- Độ rộng (Băng thông) kênh Băng thông của kênh phụ thuộc rất cao

vào phổ do các nhà chính sách phân bổ Những định dạng ban đầu được hạn chế cho 3,5 MHz và 7 MHz trong phổtần được cấp phép khi chúng là các kênh có phổ thông dụng được phân bổ trong băng tần 3,5 GHz Khi các nhà khai thác có khả năng sử dụng các kênh rộng hơn, thì các thành viên của Diễn đàn WiMAX sẽ bổ sung các định dạng chứng nhận với các băng thông của kênh rộng hơn

- Tiêu chuẩn IEEE Các định dạng của 802.16-2004 sử dụng OFDM với 256

sóng mang Các định dạng của 802.16e hầu như chắc chắn dựa trên SOFDMA Chỉ tiêu chuẩn này mới hỗ trợ tính di động

Tất cả các định dạng chứng nhận dựa trên 802.16-2004 đều theo một định dạng

hệ thống chung Định dạng này bao gồm các yêu cầu kỹ thuật của WiMAX, duy trì bất kỳ tham số nào dù là tần số, kích thước kênh hay phương pháp tạo song công Một định dạng hệ thống mới vừa được phát triển gần đây cho các định dạng chứng nhận 802.16e Nếu có đủ mối quan tâm từ cộng đồng các nhà sản xuất, một định dạng

hệ thống thứ ba có thể được giới thiệu cho các sản phẩm 802.16-2004 để hỗ trợ khả năng xách tay và di động giới hạn Các định dạng ban đầu được Diễn đàn WiMAX xác định hỗ trợ truy nhập cố định và lưu trú trong các băng tần 3,5 GHz và 5,8 GHz

Bảng 1.4 Các định dạng đã chứng nhận của điễn đàn WiMAX

Tần số

(MHz)

Song công

Băng thông kênh (MHz)

WiMAX được đề xuất 2 mô hình ứng dụng là cố định vàdi động

1.3.1 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX)

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

Hình 1.4 Mô hình ứng dụng WiMAX cố định

Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưng tất nhiên tín hiệu thu không tốt bằng anten ngoài trời Băng tần công tác (theo quy định

và phân bổ của quốc gia) trong băng 2,5GHz hoặc 3,5GHz Độ rộng băng tầng là 3,5MHz Trong mạng cố định, WiMAX thực hiện cách tiếp nói không dây đến các modem cáp, đến các đôi dây thuê bao của mạch 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 cho các loại người dùng như: các xí nghiệp, các khu dân cư nhỏ lẻ, mạng cáp truy nhập WLAN công cộng nối tới mạng đô thị, các trạm gốc BS của mạng thông tin di động và các mạch điều khiển trạm BS Về cách phân bố theo địa lý, người dùng 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

1.3.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động

Hình 1.5 Mô hình ứng dụng WiMAX di động

Mô hình WiMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802.16e được thông qua trong năm 2005.Tiêu chuẩn 802.16e bổ sung cho tiêu chuẩn 802.16-2004 hướng tới các người dùng cá nhân di động, làm việc trong băng tần thấp hơn 6GHz Mạng lưới này phối hợp cùng WLAN, mạng di động cellular 3G có thể tạo thành mạng di động có vùng phủ sóng rộng Hy vọng các nhà cung cấp viễn thông hiệp đồng cộng tác để thực hiện được mạng viễn thông số truy nhập không dây có phạm vi phủ sóng rộng thỏa mãn được các nhu cầu đa dạng của thuê bao

Việc lựa chọn triển khai trên diện rộng với WIMAX di động hay cố định là câu hỏi của nhiều nước Sự so sánh dưới đây sẽ làm rõ sự khác biệt giữa 2 chẩn này

Tổng kết

Toàn chương một đã đưa ra cái nhìn tổng quan nhất về một số công nghệ mạng truy nhập băng rộng, những đặc thù của các loại công nghệ truy nhập này nhằm tạo cơ sở khách quan để đánh giá và lựa chọn công nghệ phù hợp

Chương này cũng trình bày rõ sự khác biệt gữa hai mô hình ứng dụng WiMAX cố định và WiMAX di động Dựa vào những đặc điểm khác nhau của các định dạng này giúp các nhà cung cấp dịch vụ trong từng hoàn cảnh cụ thể sẽ lựa chọn mô hình phù hợp trong triển khai thực tế

Với những tìm hiểu sơ lược ta cũng thấy công nghệ WiMAX tỏ ra có rất nhiều đặc tính ưu viêt trong việc triển khai dịch vụ băng thông rộng cho cả thiết bị

cố định, xách tay và di động, thậm chí đến các vùng mà với các công nghệ trước đây là khó khăn hoặc không thể

Trong chương tiếp theo ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về kiến trúc mạng và các kỹ thuật

được sử dụng trong công nghệ WiMAX

CHƯƠNG 2: MẠNG WiMAX

2.1 Mô hình cấu trúc hệ thống WiMAX [12]

WiMAX gồm 2 mặt phẳng tham chiếu là:

- Mặt phẳng quản lý: là mặt phẳng chứa các thực thể để quản trị mạng như quản lý và tính cước

- Mặt phẳng truyền tin :Mặt phẳng này tương đương với hai lớp dưới của mô hình OSI đảm bảo cho việc truyền tin gữa 2 trạm trong 1 cuộc kết nối và được tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên

Hình 2.1 Mô hình cấu trúc của WiMAX

2.2 Mặt phẳng truyền tin:

Mặt phẳng này gồm 2 lớp và được phân chia thành 4 lớp nhỏ hơn:

- MAC

o Lớp con tiếp ứng CS (Convergence Sublayer)

o Lớp con phần chung CPS (Common Part Sublayer)

o Lớp con bảo mật PS (Privaci Sublayer)

- PHY (physical)

2.2.1 Lớp con tiếp ứng (hay lớp con hội tụ dịch vụ đặc biệt MAC_CS) [2]

MAC CS nằm trên MAC CPS và sử dụng thông qua MAC SAP, các dịch vụ được cung cấp bởi MAC CPS Lớp này thực hiện các chức năng sau:

- Nhận các đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) từ lớp cao hơn

- Thực hiện phân loại các PDU lớp cao hơn

- Xử lí (nếu cần) các PDU lớp cao hơn trên cơ sở phân loại

- Phát các CS PDU đến các MAC SAP thích hợp

- Nhận CS PDU từ thực thể cùng cấp

Hiện nay, có hai chi tiết kĩ thuật CS được cung cấp là: ATM CS và Packet CS Lớp con hội tụ ATM, hay ATM CS là một giao diện logic kết hợp các dịch vụ ATM khác nhau với MAC CPS SAP ATM CS nhận các tế bào ATM từ lớp ATM, thực hiện phân loại và nếu được cung cấp PHS (nén tiêu đề tải trọng), sau đó phát các CS PDU đến MAC SAP phù hợp

Lớp con hội tụ gói hay Packet CS dành cho các dịch vụ dữ liệu dạng gói ví dụ như Ethernet, PPP, IP và VLAN Các CS khác có thể được hỗ trợ trong tương lai Trong quá trình gửi thông tin Dữ liệu từ lớp cao hơn chuyển xuống, lớp CS có trách nhiệm phát các MAC SDU đến MAC SAP MAC có trách nhiệm phát các MAC SDU đến các MAC SAP ngang cấp phù hợp với QoS, việc phân đoạn, ghép nối, và các chức năng truyền tải khác, kết hợp với các đặc điểm luồng dịch vụ của một kết nối cụ thể

Với quá trình nhận tin, CS có trách nhiệm nhận MAC SDU từ các MAC SAP Sau khi xử lý như phân loại, giải nén tiêu đề…và gửi đến thực thể lớp cao hơn

2.2.2 Lớp con phần chung (MAC CPS- common part sublayer)

Phần lõi của lớp MAC IEEE 802.16 là MAC CPS, có nhiệm vụ là :

- Định nghĩa tất cả các quản lý kết nối

- Phân phối băng thông, yêu cầu và cấp phát, thủ tục truy nhập hệ thống

- Lập lịch đường lên, điều khiển kết nối và ARQ

- Truyền thông giữa CS và CPS được các điểm truy nhập dịch vụ MAC (MAC SAP) duy trì Thiết lập, thay đổi, xóa kết nối và truyền tải dữ liệu trên các kênh là bốn chức năng cơ bản trong quá trình truyền thông tại lớp này