Nghiên cứu về công nghệ truy nhập băng thông rộng không dây WiMAX

WiMAX thực sự đang được các chủ cung cấp dịch vụ cũng như các nhàsản xuất quan tâm.WiMAX thực hiện truyền tải dữ liệu tốc độ cao không dây bằng sóngsiêu cao tần theo bộ tiêu chuẩn IEEE 8

LỜI MỞ ĐẦU Cách thức mới cho truy nhập băng rộng không dây

Trong thế giới kết nối không dây, bạn có thể làm việc và giải trí mọinơi, mọi lúc Làm việc, giải trí mọi nơi, mọi lúc là điều con người hằng mongước Công nghệ hiện tại đã đem đến Bluetooth kết nối không dây, Wi-Fi truyxuất Internet không dây, điện thoại di động Nhưng bên cạnh ưu điểm, côngnghệ kết nối không dây hiện nay còn hạn chế và chưa thật sự liên thông vớinhau

Để có được môi trường làm việc di động thật sự, những công ty đứngđầu trong lĩnh vực này như Fujitsu, Intel, LG Electronics, Motorola,Samsung, Siemens, Sony đã bắt đầu nghĩ đến mô hình tương lai cho phépcác công nghệ không dây liên thông với nhau, cùng làm việc và hỗ trợ nhau.Tập trung hàng trăm kỹ sư đầu ngành, IEEE đã phác thảo nên một hệ thốngchuẩn không dây liên thông: bao gồm IEEE 802.15 dành cho mạng cá nhân(PAN-personal area network), IEEE 802.11 dành cho mạng cục bộ (LAN-local area network), 802.16 dành cho mạng nội thị (MAN-Metropolitan areanetwork), và đề xuất 802.20 cho mạng diện rộng (WAN-wide area network)

Công nghệ WiMAX đang là xu hướng mới cho các tiêu chuẩn giao diện

về vô tuyến trong việc truy nhập không dây băng thông rộng cho các thiết bị

cố định, xách tay và di động WiMAX chứa đựng nhiều ưu điểm vượt trội,như tốc độ truyền dẫn dữ liệu cao, có khi lên tới 70Mb/s trong phạm vi 50km,chất lượng dịch vụ được thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợmulticast cũng như di động, sử dụng cả phổ tần cấp phép và không được cấp

phép WiMAX thực sự đang được các chủ cung cấp dịch vụ cũng như các nhàsản xuất quan tâm.

WiMAX thực hiện truyền tải dữ liệu tốc độ cao không dây bằng sóngsiêu cao tần theo bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16 với khoảng cách rất lớn.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 thếcác nhà cung cấp dịch vụ có thể dễ dàng cung cấp cho khách hàng dịch vụtruy nhập không dây

Hiện nay công nghệ WiMAX đã có phiên bản đầu tiên dựa trên toàn bộtiêu chuẩn IEEE 802.16/2004 đang được thử nghiệm và chế tạo chipset Giaiđoạn phát triển tiếp theo của WiMAX được dựa trên bộ tiêu chuẩn IEEE802.16e, dự định triển khai trong năm 2006 Khi đó, tương tự Giống nhưWiFi, WiMAX có thể cung cấp kết nối băng thông rộng cho khàch hàng sửdụng máy tính sách tay (notebook) trong phạm vi một điểm nóng truy nhập(hotspot) hoặc trong một toà nhà có thể di chuyển mà vẫn giữ được kết nốibăng rộng

Việc sử dụng công nghệ WiMAX đem lại nhiều lợi ích, đặc biệt vớinhững khu vực nông thôn, vùng xa và những nơi dân cư quá đông đúc vì tạinhững khu vực như vậy việc triển khai hạ tầng cơ sở mạng dây dẫn băng rộngrất khó khăn và không thực sự hiệu quả khi phải thực hiện đào đường… Bởivậy, WiMAX được xem như là công nghệ có hiệu quả kinh tế cao cho việctriển khai nhanh trong các khu vực mà các công nghệ khác khó có thể cungcấp dịch vụ băng rộng Theo các chuyên gia thì WiMAX sẽ phát triển nhanhchóng vượt qua những công nghệ hiện có Một đặc điểm ưu việt của WiMAX

đó là khả năng có được kết nối băng rộng tốc độ cao trong một phạm vi rộng

lớn so với các công nghệ khác như WiFi hay 3G Hơn nữa, việc cài đặtWiMAX rất dễ dàng, vì thế sẽ tiết kiệm được chi phí cho các nhà cung cấpdịch vụ băng rộng, cho phép giảm giá thành dịch vụ

Việc ứng dụng công nghệ WiMAX vào hạ tầng mạng sẽ giúp sử dụng,kết nối Internet tốc độ cao không còn là chuyện xa vời, hiếm hoi đối vớinhững nơi hẻo lánh mà khả năng kéo cáp gặp nhiều khó khăn Góp phần thuhẹp khoảng cách giữa nông thôn và thành thị trong việc chiếm lĩnh thông tin

Đề tài “Nghiên cứu về công nghệ truy nhập băng thông rộng không

dây WiMAX” cùng với ứng dụng và bảo mật an toàn hệ thống WiMAX Đối

với em khi lần đầu tiên được tiếp cận, nghiên cứu một công nghệ có lẽ là vẫncòn rất mới mẻ Thực sự còn chưa biết tý gì về nó Một khó khăn lớn, không

có sách, không có tài liệu, phải hoàn toàn lấy từ trên mạng về mà lại toàn làtài liệu Tiếng Anh, nhưng rồi dưới sự chỉ dẫn tận tình của giáo viên hướngdẫn thầy Hồ Khánh Lâm, cùng với sự cố gắng của bản thân, em đã hoàn thành

đề tài nghiên cứu của chính mình Tuy nhiên, có thể còn có những thiếu sótrất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn, rất cám ơn Em xintrân thành cám ơn người thầy đã giúp em rất nhiều

Cấu trúc Đồ án tốt nghiệp gồm 6 chương:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về một số công nghệ truy nhập băng rộng

không dây, Và nổi lên đó là WiMAX, Cấu trúc kết nối và các thành phần của

hệ thống WiMAX

Chương 2: Nghiên cứu về việc lựa chọn chuẩn cho WiMAX, so sánh giữa

các chuẩn cơ bản Sự đấu kết của chuẩn WiMAX với các chuẩn không dâykhác Ưu nhược điểm của WiMAX cùng công nghệ băng siêu rộng (UWB)

Chương 3: Nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật lớp MAC (medium access

control) và lớp vật lý (physical layer) của công nghệ mạng truy nhập băng rộngkhông dây cố định

Chương 4: Nghiên cứu về bảo mật WiMAX và các phương pháp mã hoá,

phương pháp quản lý an toàn thông tin

Chương 5: OFDM và các phương thức điều chế

Chương 6: Ứng dụng công nghệ WiMAX trong truy nhập băng rộng không

dây cố định

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX

1.1 Một số công nghệ truy nhập băng rộng không dây

1 Wi-Fi (Wireless Fidelity):

Tên thương mại cho các bộ tiêu chuẩn về tính tương thích của sản phẩm

sử dụng cho mạng nội bộ không dây Nó cho phép các thiết bị di động nhưmáy tính xách tay và PDA kết nối với mạng nội bộ, nhưng hiện thường được

sử dụng để truy cập Internet, gọi điện thoại VoIP không dây

2 OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing): Một kỹ thuật

truyền tải dựa trên ý tưởng multiplexing theo tần số (frequency-divisionmultiplexing - FDM) Trong kỹ thuật FDM, nhiều tín hiệu được gửi đi cùngmột lúc nhưng trên những tần số khác nhau Còn trong kỹ thuật OFDM, chỉ

có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập (từ vài chục cho đếnvài ngàn)

3 IEEE 802.11n : Phần mới bổ sung vào bộ tiêu chuẩn mạng nội bộ

không dây IEEE 802.11 do nhóm công tác 11 của ủy ban Tiêu chuẩn mạngnội bộ (LAN)/mạng khu vực đô thị (MAN) thuộc IEEE (Viện Kỹ thuật điện

và điện tử Mỹ xây dựng) Tiêu chuẩn 802.11n sẽ làm cho mạng hoạt động ởtầm xa hơn những mạng hiện tại Vì vậy, việc xác định chuẩn IEEE 802.11ncho mạng cục bộ không dây là nhằm đẩy tốc độ kết nối lên khoảng 100megabit/giây, đồng thời cải thiện tầm phủ sóng

4 3G : Công nghệ điện thoại di động thế hệ thứ 3 Những dịch vụ sử

dụng công nghệ này cho phép truyền dữ liệu âm thanh (như gọi điện thoại) vàkhông có âm thanh (như tải xuống thông tin, trao đổi e-mail và nhắn tin)

5 EV-DO (Evolution Data Only/Evolution Data Optimized) : Giao

thức dữ liệu băng thông rộng vô tuyến không dây Hiện nhiều nhà cung cấpdịch vụ di động CDMA tại nhiều nước trên thế giới ứng dụng EV-DO, gồmVenezuela, Mexico, Brazil, Nhật, Hàn Quốc, Israel, Mỹ, úc và Canada

6 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) : Một trong

ba công nghệ điện thoại di động hiện tại UMTS thỉnh thoảng còn được gọi là3GSM để phân biệt với các mạng khác cũng như nhấn mạnh sự kết hợp giữabản chất 3G của công nghệ này và chuẩn GSM UMTS so với EV-DO Thứnhất, UMTS truyền âm thanh lẫn dữ liệu, cho nên người sử dụng có thể vừagọi điện thoại vừa kết nối Internet trên cùng một thiết bị và hệ thống này được

sử dụng rộng rãi ngoài lãnh thổ Mỹ Vào nửa đầu năm 2006, Cingular dự địnhtung ra modem PC Card UMTS với băng tần kép cho phép người sử dụng kếtnối mạng trong và ngoài nước Mỹ

7 WCDMA hay (UMTS/FDD)

Là một đối thủ trực tiếp với WiMAX UMTS đã được triển khai ở Châu

Âu và một vài nơi khác phần lớn cho di động với mục đích cho phép cácmạng cung cấp khả năng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đaphương tiện Được xây dựng trên cơ sở sẵn có của mạng GSM Hệ thống nàyhoạt động ở chế độ FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ trực tiếp (DSSS- DirectSequence Spectrum) sử dụng tốc độ chíp 3,84Mcps bên trong băng tần5MHz

8 HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) : HSDPA (phiên bản

mới của UMTS) Giao thức điện thoại di động mới; còn được gọi là 3.5G

(hay "7/2G").Công nghệ có thể cho phép downlink với tốc độ dữ liệu truyềndẫn tới 8-10Mbit/s

9 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) :

WiMAX tương tự như Wi-Fi về khái niệm nhưng có một số cải tiến nhằmnâng cao hiệu suất và cho phép kết nối ở những khoảng cách xa hơn

Băng thông rộng không dây mà đại diện là chuẩn WiMAX được nhận định là

sẽ thay thế chuẩn WiFi trong nay mai Cùng với công nghệ băng thông rộngkhông dây WiMAX, nền tảng di động ( Mobile Platform), và ngôi nhà kỹthuật số (Digital Home) là 3 chủ đề chính đang được các chuyên gia côngnghệ thảo luận tại hội nghị IDF (Intel Developer Forum ) Đài Loan, bắt đầu

WiMAX sử dụng những trạm cơ sở (BS) để cung cấp kết nối dữ liệu tốc

độ cao mà có thể được sử dụng cho âm thanh, dịch vụ dữ liệu và video tớikhoảng cách hơn 15 km Giải thích hoạt động cơ bản của hệ thống WiMAX

và làm sao nó có thể cung cấp tốc độ truyền tải dữ liệu trên 75 Mbps tới hoặc

từ các thiết bị truyền thông sử dụng tín hiệu radio

WiMAX sử dụng những kiểu điều chế, hệ thống anten có hướng thíchnghi, nguồn điều khiển và sử dụng multi - kênh kết hợp OFDM

WiMAX sử dụng hệ thống bảo mật gồm sự điều khiển truy nhập, chứngthực và mã hóa dữ liệu

WiMAX là một sự phù hợp mới, xu hướng mới cho các tiêu chuẩn giaodiện vô tuyến trong việc truy nhập không dây băng rộng cho cả cố định, xáchtay và di động WiMAX chứa đựng nhiều ưu điểm vượt trội như tốc độ truyềndẫn dữ liệu rất cao, có thể lên tới 70Mbit/s trong phạm vi 50km, chất lượngdịch vụ (QoS) được thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt , hỗ trợ multicastcũng như di động, sử động cả phổ tần được cấp phép (license) và phổ tầnkhông được cấp phép (un-license)

Dần dần, kết nối băng rộng không dây di động không cần tầm nhìn thẳng vớimột BS Trong vùng phủ sóng bán kính 3 tới 10 kilômet, diễn đàn WiMAX chứngnhận hệ thống có khả năng chuyển giao lên tới trên 40 Mbps mỗi kênh, cho ứngdụng truy nhập máy sách tay cố định Bandwidth này là đủ để đồng thời hỗ trợhàng trăm doanh nghiệp với kết nối tốc độ T-1 và hàng nghìn những dinh thự vớikết nối tốc độ DSL Triển khai mạng di động có khả năng cung cấp lên trên tới 15Mbps trong vùng phủ bán kính ô tiêu biểu tới trên 3km WiMAX sẽ được tích hợptrong máy tính sách tay và PDAs vào năm 2006, cho những khu đô thị và thànhphố để trở thành “ MetroZones ” Cho truy nhập không dây băng rộng di động

WiMAX ( là từ viết tắt của World Interoperability for MicrowaveAccess) thực hiện việc truyền tải dữ liệu tốc độ cao không dây bằng sóng siêucao tần theo bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16 với khoảng cách rất lớn, là công nghệkhông dây đã được cải tiến rất nhiều để có những tính năng ưu việt Giốngnhư WiFi công nghệ WiMAX được phát triển dựa trên nền tảng công nghệ

ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM ( Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing) Lợi ích thực sự của WiMAX là khả năng ghép kênh cao do đó cho phép các kênh dữ liệu rất nhỏ, hẹp Điều này giúp các nhà cungcấp dịch vụ cung cấp cho khách hàng dịch vụ truy nhập không dây chiếmdụng ít băng tần, và có thể phục vụ được nhiều khách hàng hơn

Hiện tại công nghệ WiMAX đã có phiên bản đầu tiên dựa trên bộ tiêuchuẩn IEEE 802.16 /2004 đang được thử nghiệm và chế tạo chipset Đây làmột chuẩn cho truy nhập không dây băng rộng, điểm-đa điểm và cố định Thế

hệ đầu tiên của WiMAX này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ triển khaicác dịch vụ băng rộng cố định ( tương tự DSL hoặc là cáp ) Giai đoạn pháttriển tiếp theo của WiMAX được dựa trên bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16e, dựđịnh triển khai trong năm 2006 Khi đó, WiMAX thực sự cung cấp kết nốibăng rộng tương tự như WiFi , khách hàng sử dụng máy tính sách tay(notebook) trong phạm vi một điểm nóng truy nhập (hotspot) hoặc trong mộttoà nhà có thể di chuyển mà vẫn giữ được kết nối băng rộng

Việc triển khai WiMAX đem lại nhiều lợi ích, đặc biệt với những khuvực nông thôn, vùng xa và những nơi dân cư quá đông đúc vì tại những khuvực như vậy việc triển khai hạ tầng cơ sở mạng dây dẫn băng rộng rất khókhăn và không thực sự hiệu quả khi phải thực hiện đào đường …Bởi vậy,WiMAX được xem như là công nghệ có hiệu quả kinh tế cao cho việc triểnkhai nhanh trong các khu vực mà các công nghệ khác khó có thể cung cấpdịch vụ băng rộng Theo các chuyên gia thì WiMAX sẽ phát triển nhanhchóng vượt qua những công nghệ hiện có Một đặc điểm ưu việt của WiMAX

đó là khả năng có được kết nối băng rộng tốc độ cao trong một phạm vi rộnglớn so với các công nghệ khác như WiFi hay 3G Hơn nữa, việc cài đặt

WiMAX rất dễ dàng, vì thế sẽ tiết kiệm được chi phí cho các nhà cung cấpdịch vụ băng rộng, cho phép giảm giá thành dịch vụ, và người sử dụng sẽđược lợi Chẳng hạn như với 802.16/2004, nhà cung cấp có thể cung cấp chokhách hàng đầu cuối một ăngten ngoài, đặt ở vị trí thuận tiện (ngay cả ở trongngăn bàn làm việc), trong khi đó việc cài đặt WiFi đòi hỏi phải căn chỉnhăngten giữa các điểm truy nhập.

1.2 Các tổ chức chuẩn hoá WiMAX

Diễn đàn WiMAX (World Interoperability for Microwave AccessForum), là một tổ chức phi lợi nhuận, có nhiệm vụ phát triển và chứng nhậnkhả năng tương thích và hoạt động tương tác của các thiết bị truy cập khôngdây băng thông rộng sử dụng cấu hình MAN không dây IEEE 802.16, giúptăng tốc việc giới thiệu các thiết bị này ra thị trường Các thành viên hiện naycủa WiMAX gồm có: Airspan Networks, Alvarion Ltd, Aperto Networks,

Ensemble , Microelectronics America, CommunicationsInc.Fujitsu, Intel,Nokia, Diễn đàn OFDM Forum, Proxim và Wi-LAN Inc

Công nghệ WiMax hiện đang được 70 công ty truyền thông lớn pháttriển, bao gồm cả AT&T, Covad và Intel Khác với các điểm truy cập Wi-Fi(Wi-Fi hotspot) chỉ có tầm "phủ sóng" khoảng 1km, WiMAX cho phép truyền

dữ liệu với tốc độ lên tới 70 Mbps (nhanh hơn 35 lần so với ASDL hiện đạinhất hiện nay) trong phạm vi 48 km

1.3 Cấu trúc và các thành phần của hệ thống WiMAX

1.3.1 Sơ đồ cấu hình kết nối hệ thống WiMAX

Hệ thống WiMAX có thể sử dụng cho hai loại cấu hình kết nối:

+ Cấu hình điểm -điểm PTP (point to point)+ Cấu hình điểm -đa điểm PTMP ( poit to multipoint)Hình 1.2 là sơ đồ cấu hình hai loại kết nối trên

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của chuẩn WiMAX

Sơ đồ này cũng cho thấy rằng hệ thống WiMAX có thể sử dụng để cungcấp kết nối truyền thông dữ liệu tốc độ cao hoặc nó có thể sử dụng để cung cấp các dịch vụ không dây băng rộng tới hằng trăm người dùng trong một vùng vật lý tương đối rộng.

1.3.2 Thành phần hệ thống WiMAX

Hình 1.3 cho thấy những thành phần quan trọng của một hệ thốngWiMAX Sơ đồ này chỉ ra rằng thành phần chính của một hệ thống WiMAXbao gồm trạm thuê bao (SS), một trạm cơ sở (BS) kết nối các thiết bị cổng(Gateways) Trong trạm thuê bao có một ăngten và máy thu bên trong mộthộp chuyển đổi tín hiệu sóng radio (Set top box)

Hình 1.2 Mô hình WiMAX điểm -điểm và điểm –đa điểm

Omnidirectional Antenna

Data Switch

Voice Video Data

20 –150 Feet

Directional Antennas

Directional Antennas

Cluster of Home

Trong ví dụ này, một hệ thống WiMAX đang sử dụng để cung cấptruyền hình và những dịch vụ truyền thông dữ liệu băng rộng Hệ thống đầucuối (Head End System) kết nối hệ thống WiMAX với một vệ tinh liên lạccho những kênh truyền hình cáp cho hình ảnh theo yêu cầu Khi tín hiệu dữliệu băng rộng này phân tán trong nhà, nó được chuyển đổi vào trong tín hiệu

ti vi chuẩn hệ (NTSC hoặc PAL) qua một Set Top Box Tín hiệu số từ hệthống WiMAX cũng kết nối Internet qua Gateway đến một máy tính ở trongnhà để cung cấp truy nhập Internet băng rộng Điều này cũng cho thấy phầntần số thấp hơn 2-11GHz đó của hệ thống WiMAX (802.16a) có thể trảikhoảng cách xa 50 km trong khi phần tần số cao hơn 10-66 GHz thì bị giớihạn khoảng 5 tới 10 km

Như đã trình bày trong hình vẽ trên, một mạng Điểm – Đa điểm cố định

về cơ bản là một mạng được khu vực hoá bao gồm hai thành phần chính: Mộttrạm gốc (Base Station - BS) và thiết bị giao tiếp đầu cuối khách hàng

Head End System

Base Station

GW

Interne t

Subcriber Station (SS)

(Customer Premises Equipment - CPE) Thông tin điều khiển nguồn được gửibởi BS tới tất cả các thiết bị CPE.

 Trạm gốc BS : Là phần thu phát vô tuyến của hệ thống mà qua đó các

SS có thể liên lạc được với hệ thống.Tại đây, các tín hiệu vô tuyến được điềuchế, khuyếch đại và phối hợp thu phát BS đảm nhiệm các chức năng sau :

- Phát quảng bá các thông tin hệ thống

- Quản lý thu phát tín hiệu thông tin trên các kênh vật lý

- Mã hoá và giải mã tín hiệu

BS bao gồm một hoặc nhiều thiết bị thu phát vô tuyến, mỗi thiết bị chịutrách nhiệm kết nối với nhiều CPE trong khu vực phủ sóng Các modemkhông dây (Radio modems) kết nối tới một bộ đa công (Multiplexer), tương

tự như một khoá chuyển đổi, nó tập hợp lưu lượng từ các sector khác nhau vàgửi chuyển (forward) chúng tới một bộ định tuyến (Router) cung cấp kết nốigiao thức (IP) của nhà cung cấp dịch vụ mạng

 Thiết bị giao tiếp đầu cuối khách hàng CPE (hay SS) bao gồm 3 thànhphần chính: một modem, một radio, và một anten Modem cung cấp một giaodiện giữa mạng của khách hàng với mạng FBWA của nhà cung cấp dich vụ.Radio cung cấp một giao diện giữa modem với anten Anten là thành phần thuphát sóng vô tuyến Ba thành phần có thể là riêng biệt, hoặc tích hợp một phầnhay hoàn toàn lên thành phần của thiết bị

CPE là thiết bị đặt ở phía khách hàng, nó có một địa chỉ ngoài như là mộtnode trên mạng và nhiều địa chỉ trong để cung cấp cho mạng LAN của kháchhàng CPE tiếp nhận luồng tín hiệu số từ các Hotspot và chuyển đổi chúngthành dạng tín hiệu tương thích với các thiết bị đầu cuối của khách hàng

(tương tự hoặc số) CPE cũng bao gồm một bộ thu phát và các thiết bị phụtrợ thực hiện một số chức năng như:

- Cung cấp giao diện vô tuyến hướng tới trạm gốc của nhà cung cấp dịchvụ

- Cung cấp giao diện cho các thiết bị đầu cuối của khách hàng

- Chuyển đổi giao thức, chuyển đổi mã, cấp nguồn

 Gateway: Thiết bị có chức năng định tuyến như Router cho kết nối mạngdiện rộng

 Trung tâm quản lý

Về cơ bản, trung tâm quản lý gồm có các thành phần sau:

- Hệ thống tiếp nhận kết nối :

Hình 1.4 Sơ đồ khối trung tâm quản lý WiMAX

Đảm nhận vai trò kết nối trung tâm quản lý và tất cả các WiMAX BSđầu cuối Ngoài ra, hệ thống này còn phải hỗ trợ giao diện LAN để kết nốivới các thành phần còn lại trong trung tâm quản lý.

- Subcriber Gateway :

Cổng giao tiếp dành cho thuê bao Nhiệm vụ chính của nó là quản lý tất

cả thông tin về thuê bao Việc chứng thực người dùng hay tính cước khai thácInternet đều phải thông qua Gateway này Do đó, Subcriber Gateway luônđược đặt tại cửa ngõ liên thông Internet duy nhất của toàn hệ thống cho từngmiền Cisco Building Broadband Service Manager (BBSM) là một sự lựachọn lý tưởng cho một Subcriber Gateway BBSM sẽ kết nối với hệ thốngtiếp nhận kết nối qua giao diện LAN để tiếp nhận các yêu cầu của thuê baoWiMAX gửi về Từ đó, nó sẽ thực thi nhiệm vụ của mình để cho phép hoặckhông cho phép khách hàng thuê bao được đi ra Internet, hay ghi nhận thôngtin cho việc tính cước đối với các khách hàng này

- Firewall System : Có chức năng chính là bảo vệ cho trung tâm quản lý

và toàn hệ thống WiMAX cho từng miền Vì toàn hệ thống chỉ sử dụng duynhất một cửa ngõ kết nối Internet nên Firewall tại đây đòi hỏi phải có thônglượng khá tốt, hoạt động hiệu quả và ổn định Đối với những đòi hỏi đặc thùnhư vậy Cisco PIX Firewall thường là một sự lựa chọn tốt cho nhà cung cấpdịch vụ

- Hệ thống máy chủ chức năng: Bao gồm Radius server, Billing Server,

DBMS server và các LAN server khác Mỗi máy chủ sẽ đảm nhiệm vai tròcủa một chức năng đặc thù Tuy nhiên, việc kết hợp chúng lại với nhau trongmột hệ thống của trung tâm quản lý cho phép nhà cung cấp dịch vụ quản lýngười dùng đầu cuối của mình một cách có hiệu quả

Để đấu nối các WiMAX BTS về trung tâm quản lý Sau khi tất cả các trạmdịch vụ đã được đấu nối về các hệ thống tiếp nhận tại trung tâm thành công,phần việc còn lại chỉ là tích hợp các phân hệ tiếp nhận kết nối trên vào hệthống hiện có Phân hệ tiếp nhận đấu nối của WiMAX BTS có thể những bộđấu nối cáp quang hoặc là các bộ thiết bị không dây dùng công nghệWiMAX Quá trình tích hợp có thể theo mô hình (Hình1.5)

Hình 1.5 Các giao diện kết nối trong mạng WiMAX

Giới thiệu qua về tầm nhìn thẳng (LOS) và không tầm nhìn (NLOS)

- Tầm nhìn thẳng (LOS) mô tả một đường truyền dẫn dữ liệu trực tiếp

không bị nghẽn tắc từ máy phát đến phía máy thu Tiêu điểm của anten phát

là trực tiếp và không bị nghẽn tắc đường dẫn, bên phía anten nhận thu đượctín hiệu sóng radio tốt hơn, tăng khả năng tốc độ truyền dẫn

- Không tầm nhìn (NLOS) mô tả một đường truyền mà một phần nào

đó bị ngăn cản Kết quả là tín hiệu mà anten nhận được có sự phản xạ, phântán và làm nhiễu xạ Tín hiệu gốc truyền đi bị trễ, hoặc sai lệch đi do nhữngthành phần truyền theo nhiều đường, gây ra sự suy giảm và thậm chí là sựthay đổi tín hiệu, tất cả điều đó đều gây khó khăn cho phía bên nhận để có thểgiải mã tín hiệu chính xác Những ảnh hưởng trên cũng có thể phá huỷ mốiliên kết giữa 2 phía (phát - thu), nhưng điều chắc chắn là nó sẽ làm giảm tốc

độ truyền dẫn dữ liệu

1.3.3 Thiết bị truy nhập WiMAX

Hình 1.6 cho thấy một vài kiểu thiết bị truy nhập WiMAX khác nhau.Thể hiện rõ thiết bị truy nhập bao gồm những đơn vị đầu cuối mạng, bêntrong truyền đi bằng sóng radio những môđun, cạc giao diện mạng (NIC), thẻPCMCIA, hộp mở rộng kết nối tới Ethernet hoặc USB sockets trên nhữngthiết bị truyền thông

NIC : (Network Interface Card) Cắm trên khe mở rộng của máy tính.Đối với một số loại máy tính Card này có thể on mainboad Còn đối với máysách tay Card này đã được tích hợp sẵn trên máy.

1.3.4 Giải pháp truy nhập băng rộng không dây point to multipoint

BreezeACCESS VL (của Alavrion)

Dòng thiết bị BreezeACCESS VL cung cấp các kết nối băng rộngkhông dây với tốc độ lên đến 54Mbit/s trong phạm vi 50km, sử dụng các côngnghệ mới đa truy xuất phân chia theo mã trực giao OFDM, khả năng kết nốikhi không nhìn thấy nhau NLOS Hoạt động ở dải tần 5 - 5.8GHz, cấu hìnhđơn giản, thời gian lắp đặt và triển khai nhanh chóng, BA VL hỗ trợ các dịch

vụ dữ liệu tốc độ cao và VoIP là giải pháp thích hợp cho các nhà cung cấpdịch vụ Internet và các đường dây cho thuê (leased line) tốc độ cao

Hình 1.6 Một số thiết bị truy nhập WiMAX

1.3.5 Thiết bị WIMAX 802.16 BreezeMAX (của Alvarion)

Sử dụng chuẩn không dây mới nhất WIMAX: IEEE 802.16 và ETSIHiperMAN, thiết bị BreezeMAX cung cấp các kết nối không dây tốc độ rất cao,bảo mật tốt cho mạng truy nhập không dây diện rộng MAN Thiết bị này kết nốicác hotspots 802.11 vào Internet và là giải pháp không dây thay thế cho cáp DSL

Hình 1.8: Mạng đô thị (MAN) sử dụng công nghệ kết nối WiMAX

H×nh 2.1 ChuÈn kh«ng d©y toµn cÇu

IEEE 802.20 WirelessMAN

ETSI HYPERMAN &

HYPERACCESS

ETSI HYPERLAN

IEEE 802.15 ETSI Blue-tooth HYPERPAN

Tháng 1/2003, IEEE cho phép chuẩn 802.16a sử dụng băng tần từ2GHz đến 11GHz; rộng hơn băng tần từ 10GHz đến 66GHz của chuẩn 802.16phát hành tháng 4/2002 trước đó Nhờ đặc tính không dây mà các nhà cungcấp dịch vụ và vận hành có thể triển khai đường trục dễ dàng, tiết kiệm chiphí đến những vùng địa hình hiểm trở, mở rộng năng lực mạng tại nhữngtuyến cáp đường trục đang quá tải; đặc biệt đường phố không bị "đào lên lấpxuống" như hiện nay Thiết bị phát IEEE 802.16a có thể lắp ngay trên nóc tòanhà chứ không cần đầu tư đặt trên tháp cao hoặc đỉnh núi như những côngnghệ khác Hệ thống 802.16a chuẩn có thể đạt đến bán kính 48km bằng cáchliên kết các trạm có bán kính làm việc 6-9 km

Trong quá trình phát triển 802.16, tính liên thông luôn được đề cao.Đầu tiên, diễn đàn Worldwide Interoperability for Microwave Access(WiMAX) được thành lập vào năm 2003 và qui tụ được nhiều công ty hàngđầu như Intel, LG Electronics, Motorola, Fujitsu, Siemens Để thúc đẩy cácnhà sản xuất hệ thống truy xuất không dây băng rộng đưa ra thiết bị tươngthích IEEE 802.16, WiMAX cũng đã hợp tác chặt chẽ với liên minh Wi-Fi để

hỗ trợ tốt chuẩn IEEE 802.11 Để đạt được sự liên thông, WiMAX buộc phảitạo một số System Profile tương ứng với qui định sử dụng tần số khác nhaucủa từng khu vực địa lý Ví dụ, nhà cung cấp dịch vụ tại châu Âu dùng băngtần 3,5GHz với băng thông 14MHz đòi hỏi thiết bị hỗ trợ kênh băng thông3,5MHz hoặc 7 MHz, chức năng TDD (Time Division Duplex) hoặc FDD(Frequency Division Duplex) Tương tự, nhà cung cấp dịch vụ Internet khôngdây (WISP) tại Mỹ lại dùng băng tần 5,8GHz UNII nên thiết bị hệ thống cầnphải hỗ trợ băng thông 10MHz và kỹ thuật TDD

Trong quá trình xây dựng khung chuẩn, 802.16a kế thừa các hệ thống

đã có để có thể được ứng dụng rộng rãi như thiết kế ban đầu OFDMA dùngtrong 3 lớp PHY được thiết kế mở để có thể điều chỉnh linh hoạt, thích ứngvới tất cả các kênh có độ rộng băng thông đi từ 1,75MHz đến 20MHz SingleCarrier Access (SCA) trong Wi-Fi được giữ lại trong 802.16a làm đường liênkết xương sống, trong khi OFDM với FFT (Fast Fourier Transform) 256 điểmlại hỗ trợ những truy xuất cố định băng thông lên đến 10MHz Kỹ thuậtOFDMA được cải tiến dựa trên OFDM để hỗ trợ hệ di động tốc độ cao, chophép kênh hóa dữ liệu tải xuống (Downlink-DL) và tải lên (Uplink-UL), ấnđịnh hằng số tỷ lệ giữa kích thước FFT với độ rộng kênh

Lớp MAC 802.16 được thiết kế hỗ trợ ứng dụng điểm-đa điểm dựa trênCSMA/CA (Collision Sense Multiple Access with Collision Avoidance).MAC AP 802.16 quản lý tài nguyên UL, DL và gồm luôn cả chức năng địnhthời truyền và nhận Lớp MAC còn có một số chức năng hỗ trợ ứng dụng diệnrộng mà tính di động không ổn định như tích hợp dịch vụ di động: bình chọntức thời (realtime Polling Service) và không tức thời (non-realtime PollingService) ; Đóng gói/phân mảnh để tăng độ hiệu quả sử dụng băng tần; Quản

lý khóa riêng tư (PKM-privacy key management) để bảo mật từ lớp MAC;

Hỗ trợ phát đa luồng; Chuyển mạch tốc độ cao; Quản lý năng lượng PKMphiên bản 2 còn có khả năng kết hợp với giao thức xác thực mở rộng (EAP-Extensible Authentication Protocol)

Với tốc độ tải dữ liệu lên đến 75Mbps, một kênh đáp ứng của trạm802.16a hoàn toàn đủ năng lực cùng lúc phục vụ 60 khách hàng kết nối cấpT1 và hàng trăm kết nối DSL gia đình, với băng thông kênh là 20MHz Trong

thực tế, để đạt hiệu quả kinh tế, các nhà vận hành và cung cấp dịch vụ thườngphải chấp nhận cân đối phục vụ thành phần khách hàng doanh nghiệp doanhthu cao với thành phần thuê bao gia đình số đông Vì thế, chuẩn 802.16a đã

hỗ trợ thiết thực nhà vận hành mạng, cho phép cấu hình mức ưu tiên cho từngcấp dịch vụ Như thế, doanh nghiệp có thể đặt chế độ ưu tiên dịch vụ cấp T1cho doanh nghiệp hoặc dịch vụ tốc độ DSL cho người dùng gia đình Đặc tả802.16a còn bao gồm tính năng bảo mật và QoS cần thiết để hỗ trợ nhữngdịch vụ thoại và video trực tuyến Dịch vụ thoại 802.16 có thể dùng kỹ thuậtthoại TDM (Time Division Multiplexed) hoặc VoIP (Voice over IP)

Cuối năm 2004 hoặc đầu năm 2005, một số căn hộ hoặc văn phòngtrong những khu vực không có kết nối DSL hoặc điện thoại có thể sẽ đượccung cấp dịch vụ băng thông rộng nhờ một phiên bản của WiMax có tên gọi802.16a Intel, một thành viên của tổ chức phi lợi nhuận WiMax Alliance, dựkiến sẽ sử dụng một thiết bị truyền tin có 2 ăng ten, một ăng ten sử dụngchuẩn 802.16a để liên kết với một nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP), và ăngten còn lại liên kết với các đầu cuối chuẩn 802.11 (WiFi -WLAN) để tăng tốc

độ các kết nối các thiết bị đầu cuối

Hình 2.2: Kết nối các đầu cuối chuẩn 802.11 (WiFi) với mạng 802.16

Khoảng năm 2005 hoặc 2006, một máy thu phát hai chiều có thể sẽ xuấthiện trong máy tính xách tay hoặc thiết bị cầm tay, cho phép chúng kết nốivới các mạng 802.11 khi gần một điểm hotspot hoặc nối với mạng WiMaxkhi có thể Nhiều khả năng đây sẽ là chuẩn 802.16e của WiMax, với năng lựcduy trì kết nối trong khi người sử dụng di chuyển với tốc độ 100 km/giờ

 Giao tiếp đầu cuối theo chuẩn IEEE 802.16

Các thiết bị đầu cuối theo chuẩn 802.16 và các trạm dịch vụ WiMAX BTSnhìn chung sẽ sử dụng cùng một loại sóng điện từ thế hệ mới (sóng tự cấuhình RCA và sóng vô tuyến tích hợp sẵn CMOS) với các phương thức điềuchế tương ứng Do đó, việc giao tiếp và tích hợp các đầu cuối này vàoWiMAX BTS xem như là mặc nhiên Chuẩn công nghệ WiMAX làm việctrong dải tần từ 2-11GHz Vì thế tất cả các thiết bị không dây đầu cuối theochuẩn 802.16 và có tần số hoạt động lọt vào dải tần này đều được phép kếtnối trực tiếp đến trạm cung cấp dịch vụ tương ứng Hình thức tích hợp phổbiến có thể sẽ là điểm-đa điểm, điểm-điểm sẽ được dùng trong một số trườnghợp đặc biệt

 Giao tiếp đầu cuối theo chuẩn IEEE 802.11

Thông thường các chuẩn không dây ra đời trước đây, mà điển hình làcông nghệ WiFi IEEE 802.11, chủ yếu dùng tín hiệu sóng vô tuyến rời rạc.Dải tần hoạt động và phương thức điều chế sóng mang cũng khác nhau giữa802.11a và 802.11b/g Vì thế việc triển khai giao tiếp giữa các đầu cuối đếnđiểm truy nhập khác chuẩn sẽ cần đến những kỹ thuật đặc biệt Với WiMAX,cũng tương tự Các đầu cuối WiFi sẽ kết nối trực tiếp đến điểm truy cậptương ứng của chúng Sau đó tại điểm đặt các AP này sẽ có thêm một bộ thiết

bị WiMAX Thiết bị này có nhiệm vụ thiết lập kết nối bằng sóng điện từ đếnWiMAX BTS nào gần nhất, từ đó làm điểm trung chuyển cho giao tiếp củađầu cuối 802.11 đến BTS 802.16 Điều này đồng nghĩa với việc là các WiFiHotspot tạm thời sẽ vẫn còn được khai thác để cung cấp dịch vụ truy cập chocác đầu cuối WiFi.

Tuy nhiên, về nguyên tắc, trong tương lai các nhà sản xuất sẽ thực hiệnmột số cải tiến và đưa ra những phiên bản tiếp theo cho IEEE 802.16 Khi ấy,rất có thể các đầu cuối WiFi thuộc 2 dải tần 2.4GHz và 5GHz sẽ được phéptích hợp trực tiếp đến WiMAX BTS

Hình 2.3: Kết nối các đầu cuối chuẩn 802.16 với mạng 802.16a và 801.11

 Giao tiếp đầu cuối theo chuẩn IEEE 802.15

Hiện tại IEEE 802.15 chỉ cho phép các thiết bị kỹ thuật số đầu cuối nhưnotebook, PDA, giao tiếp với nhau theo công nghệ Bluetooth Mặc dù tốc độgiao tiếp khá lớn 480Mbps, nhưng khoảng cách cho phép chỉ trong vòng 10m

Vì thế, chúng thường chỉ được triển khai bên trong khuôn viên của một căn

hộ Tuy nhiên, trong tương lai các thiết bị này sẽ được phép tích hợp đến cácWiMAX BTS bằng sóng vô tuyến , để từ đó khai thác dịch vụ Internet khôngdây băng rộng

Đối với chủng loại điện thoại di động, chuẩn IEEE 802.16e sẽ cho phéptích hợp luôn cả các dòng sản phẩm di động theo công nghệ TDM và CDMAđến các trạm dịch vụ BTS

 Tích hợp với đầu cuối có dây theo chuẩn IEEE 802.3

Trước đây, các WiFi Hotspot chỉ giải quyết được bài toán kết nối bằngsóng vô tuyến cho các đầu cuối Để dẫn đường cho các thuê bao này raInternet, hệ thống không dây thường cần phải nhờ đến hạ tầng có dây sẵn có.Khi đó, đòi hỏi các trạm WiFi phải có cơ chế giao tiếp LAN theo chuẩn IEEE802.3 Công nghệ giao tiếp có thể là Ethernet (10Mbps) và Fast Ethernet(100Mbps)

Về phương hướng hoạt động, chuẩn không dây WiMAX được ra đờinhằm thay thế phần nào đó các dịch vụ dựa trên nền các tuyến cáp, và giảiquyết một số khó khăn đặc thù khi triển khai những hệ thống này

Tuy băng thông kết nối và độ ổn định cung cấp được là tương đối, nhưng

để thực sự có thể chuyển giao được dịch vụ Internet băng rộng, các trạm dịch

vụ hay nói cách khác WiMAX phải được tích hợp vào hạ tầng Gigabit của

mạng Internet VNN hiện nay.

Cũng giống như công nghệ WiFi, WiMAX phải hỗ trợ các giao diện kết nốitheo chuẩn IEEE 802.3 Công nghệ được dùng có thể là FastEthernet hoặcGigaEthernet thông qua cáp mạng UTP hay cáp quang Khi ấy, việc tích hợp hạtầng WiMAX với các đầu cuối có dây khác chỉ đơn giản là đấu nối các giao diệntương ứng vào các bộ chuyển mạch dùng chung

System Integration

Service Providers

Radio SupplierVolume Silicon Supplier Equipment Manufacturers

Network Management Software Supplier

Hình 2.4: Cấu trúc 802.16 công nghiệp

2.2 Điểm khác biệt của chuẩn WiMAX-802.16a so với các chuẩn không dây thông thường

 Thông lượng : Bằng cách sử dụng một phương thức điều chế mạnh,

IEEE 802.16a tạo ra thông lượng cao trên khoảng cách có năng suất phổ mứccao chịu lỗi phản xạ tốt Trạm gốc có thể đánh đổi thông lượng để lấy khoảngcách Ví dụ nếu một đường truyền băng thông lớn không thể thiết lập điều chếQAM 64 (Điều biên cầu phương) thì có thể chuyển qua QAM 16 để tăngkhoảng cách hiệu dụng

 Khả năng mở rộng được : Để sử dụng được kế hoạch mạng cho cả hai

phổ được cấp phép và miễn phép trên toàn cầu, chuẩn 802.16a hỗ trợ cácbăng thông kênh linh hoạt Ví dụ một nhà khai thác mạng được cấp phổ20MHz có thể chia phổ này thành 2 phần, mỗi phần 10MHz

 Phủ sóng : Bên cạnh việc hỗ trợ phương thức điều chế mạnh và động,

chuẩn IEEE 802.16a cũng hỗ trợ các công nghệ tăng cường việc phủ sóngtrong đó có các kỹ thuật topo mạng nhện và ăng ten thông minh

 Chất lượng dịch vụ : Chuẩn IEEE 802.16a bao gồm các tính năng

Chất lượng dịch vụ cho phép các dịch vụ như thoại và email là những dịch vụđòi hỏi mạng có độ trễ thấp hoạt động được Dịch vụ thoại dùng 802.16a cóthể dùng ghép kênh phân chia thời gian (TDM) hoặc IP (VoIP)

 Bảo mật : Các tính năng bảo mật và mã hóa có sẵn trong chuẩn

802.16a để hỗ trợ truyền thông tin an toàn và nhận dạng, giải mã số liệu

Bằng việc sử dụng chuẩn 802.16a, các nhà cung cấp dịch vụ mạng có thểgiảm chi phí nghiên cứu phát triển bằng cách phân bổ chi phí trên lượng sảnphẩm lớn hơn Một điểm quan trọng nữa là đối với hàng triệu người trên thế

nghệ không dây IEEE 802.16a mới sẽ là đường dẫn thứ ba (ngoài đường dâyđiện thoại và cáp truyền hình) kết nối các hộ gia đình, doanh nghiệp, các điểmtruy cập công cộng và các quán cafe có dịch vụ truyền dẫn tới rất nhiều lợi

ích của Internet

2.3 Chuẩn IEEE 802.16

Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập các giao diệnkhông gian (air interfaces) dựa trên một giao thức MAC thông thường nhưngvới các đặc tả lớp vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ

có liên quan Chuẩn hướng vào các tần số từ 10 - 66 GHz, nơi phổ rộng hiện

có sẵn để sử dụng trên toàn cầu, nhưng tại đó những bước sóng ngắn đượcxem như những thách thức trong việc triển khai Vì lý do đó một dự án sửađổi 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 giancho những tần số trong băng tần 2–11 GHz, bao gồm cả những phổ cấp phép

và không cấp phép So sánh với những tần số cao hơn, những phổ như vậy tạo

cơ hội để thu được nhiều khách hàng hơn với chi phí chấp nhận được, mặc dùcác tốc độ dữ liệu là không cao Tuy vậy, các dịch vụ sẽ hướng tới những tòanhà riêng lẻ hay những xí nghiệp vừa và nhỏ

2.4 Các chuẩn IEEE 802.16 tiêu biểu:

Ban đầu chuẩn IEEE 802.16 chỉ có một sự đặc tả lớp MAC Sau một loạtnhững nghiên cứu đã đưa thêm vào nhiều sự khác biệt về những đặc tả lớp vật

lý (PHY) như những sự chỉ định trải phổ mới, cả cấp phép và không cấpphép, đã trở nên có giá trị Dưới đây trình bày bản ngắn gọn về những sự mởrộng khác nhau và các dải tần của họ chuẩn IEEE 802.16

2.4.1 IEEE 802.16 - 2001

Chuẩn IEEE 802.16-2001 được hoàn thành vào tháng 10/2001 và đượccông bố vào ngày 08/04/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện khônggianWirelessMAN cho các mạng vùng đô thị Việc hoàn thành chuẩn báotrước sự chấp nhận truy nhập không dây băng rộng như một công cụ chủ yếumới trong sự cố gắng liên kết các tòa nhà và cơ quan doanh nghiệp với các

Hình 2.5: Kết nối thuê bao 802.16

Những mô tả ban đầu của chuẩn IEEE 802.16 đã định nghĩa lớp MAC vàPHY với khả năng cung cấp truy nhập băng rộng không dây cố định (FixedFixed Wireless Access) theo mô hình điểm - điểm và điểm - đa điểm ChuẩnIEEE 802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập các giao diện không gian (airinterfaces) dựa trên một giao thức MAC thông thường nhưng với các đặc tảlớp vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ có liên quan.Chuẩn này được mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trongbăng tần 10- 66 GHz Với phương pháp điều chế đơn sóng mang 802.16 hỗtrợ cả hai phương pháp song công phân chia theo thời gian TDD (TimeDivision Duplexing) hay phân chia theo tần số FDD (Frequency DivisionDuplexing)

Trong khi chuẩn IEEE 802.11 dùng phương pháp truy nhập nhạy cảmsóng mang có cơ chế tránh xung đột (Carrier Sense Multiple Access withCollision Avoidance - CSMA/CA) để cho phép khi nào một node trên mạngđược phép truyền dữ liệu, thì lớp MAC của IEEE 802.16-2001 sử dụng một

mô hình hoàn toàn khác để điều khiển sự truyền dẫn trên mạng Trong thờigian truyền dẫn, phương pháp điều chế được ấn định bởi BS và chia sẻ với tất

cả các node trong mạng trong thông tin broadcast cho cả đường lên và đườngxuống Bằng việc lập lịch cho việc truyền dẫn, vấn đề các node ảo đã đượcloại trừ Thuê bao chỉ cần nghe tín hiệu từ BS và sau đó là từ các node trongphạm vi phủ sóng của BS đó Ngoài ra, thuật toán lập lịch có thể thay đổi khixảy ra quá tải hoặc khi số thuê bao tăng lên quá nhiều

Trạm thuê bao (Subscriber Stations - SS) có thể thương lượng về độ rộngdải tần được cấp phát trong một burstto - burst cơ bản, cung cấp một lịch truy

nhập mềm dẻo Các phương pháp điều chế được định nghĩa bao gồm: PSK,16-QAM và 64-QAM Chúng có thể thay đổi từ khung (frame) này tới khungkhác, hay từ SS này tới SS khác tuỳ thuộc vào tình trạng của kết nối Khảnăng thay đổi phương pháp điều chế và phương pháp sửa lỗi không lần ngượcFEC (forward error correction) theo các điều kiện truyền dẫn hiện thời chophép mạng thích ứng nhanh chóng với điều kiện thời tiết, như fading do mưa.Các tham số truyền dẫn ban đầu được thoả thuận thông qua một quá trìnhtương tác gọi là Initial Ranging Trong quá trình này thì năng lượng, phươngpháp điều chế và timing feedback được cung cấp bởi BS được kiểm soát vàquản lý theo điều kiện hiện thời của kết nối Phương pháp song công của kênhđường lên và đường xuống được sử dụng hoàn toàn theo một trong haiphương pháp TDD (time division duplexing) hoặc FDD (frequency divisionduplexing).

Hơn nữa, chuẩn IEEE 802.16-2001 kết hợp chặt chẽ các đặc tính có khảnăng cung cấp chất lượng dịch vụ khác nhau xuống lớp vật lý Khả năng hỗtrợ chất lượng dịch vụ được xây dựng dựa theo khái niệm về lưu lượng dịch

vụ (service flows), nó được xác định một cách vừa đủ bởi một ID lưu lượngdịch vụ Những lưu lượng dịch vụ này được mô tả bởi các tham số QoS củachúng như thời gian trễ tối đa và lượng Jitter cho phép Lưu lượng dịch vụ làđơn hướng và nó có thể được tạo ra bởi BS hoặc SS Đóng vai trò cốt lõitrong việc bảo mật của chuẩn IEEE 802.16 là lớp con riêng biệt (privacysublayer) Mục đích chính của lớp con riêng biệt là cung cấp sự bảo mật trêncác kết nối không dây của mạng Nó được thực hiện thông qua việc mật mãhoá dữ liệu gửi giữa BS và SS Để ngăn cản việc trộm dịch vụ, SS có thể

được nhận thực qua chứng chỉ số X.509 Chứng chỉ này bao gồm khoá côngkhai của SS và địa chỉ MAC.

2.4.2 IEEE 802.16a-2003

Năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802.16a để cung cấp khả năngtruy cập băng rộng không dây ở đầu cuối và điểm kết nối băng tần 2-11 GHzvới khoảng cách tối đa có thể đạt tới 50 km trong trường hợp kết nối điểm -điểm và 7-10 km trong trường hợp kết nối từ điểm - đa điểm Tốc độ truynhập có thể đạt tới 70 Mbps Trong khi, với dải tần 10-66Ghz chuẩn 802.16phải yêu cầu tầm nhìn thẳng thì với dải tần 2-11Ghz chuẩn 802.16a cho phépkết nối mà không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng, tránh được tác độngcủa các vật cản trên đường truyền như cây cối, nhà cửa Chuẩn này sẽ giúpngành viễn thông có các giải pháp như cung cấp băng thông theo yêu cầu, vớithời gian thi công ngắn hay băng thông rộng cho hộ gia đình mà công nghệthuê bao số hay mạng có dây không tiếp cận được

IEEE 802.16a hoạt động ở lớp PHY và cải tiến lớp MAC cho khả năngtruyền dẫn đa đường làm giảm tối đa nhiễu Các đặc tính được thêm vào, chophép sử dụng kỹ thuật quản lý năng lượng cao cấp hơn, và dãy anten thíchứng Phương pháp dồn kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) cung cấp thêm một sự lựachọn cho phương pháp điều chế đơn sóng mang Để cung cấp một kỹ thuậtgiảm thiểu can nhiễu trong các mạng không dây hiện nay, IEEE 802.16a cũngđịnh nghĩa thêm phương pháp điều chế đa truy nhập phân chia theo tần sốtrực giao (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - OFDMAModulation) trong phạm vi dải tần 2-11 GHz

Vấn đề bảo mật cũng được cải tiến, với rất nhiều đặc trưng lớp con riêngbiệt được đưa thêm vào Các đặc tính riêng biệt được sử dụng để nhận thựctác nhân gửi (sender) của một thông điệp MAC nào đó.

IEEE 802.16a cũng đưa thêm các tuỳ chọn hỗ trợ cho mạng Mesh, ởnhững nơi mà lưu lượng có thể được định tuyến từ SS tới SS Đây là sự thayđổi từ chế độ PMP, khi mà lưu lượng chỉ được phép truyền giữa BS và SS Sự

bổ sung những đặc tả lớp MAC thích hợp cho phép việc lập lịch truyền dẫngiữa các SS của mạng Mesh mà không cần phải có sự kiểm soát của BS

2.4.3 IEEE 802.16c-2002

Chuẩn IEEE 802.16c được đưa ra vào tháng 9/2002 Bản cập nhật đãsửa một số lỗi và sự mâu thuẫn trong bản tiêu chuẩn ban đầu và thêm vào một

số profiles hệ thống chi tiết cho dải tần 10 - 66 GHz

2.4.4 IEEE 802.16-2004 (hay còn đươc gọi IEEE 802.16d)

Chuẩn IEEE 802.16-2004 được chính thức phê chuẩn ngày 24/7/2004 vàđược công bố rộng rãi vào tháng 9/2004 IEEE 802.16- 2004 thường được gọivới tên 802.16-REVd Chuẩn này được hình thành dựa trên sự tích hợp cácchuẩn 802.16-2001, 802.16a, 802.16c Chuẩn này đã được phát triển thànhmột tập các đặc tả hệ thống có tên là IEEE 802.16-REVd, nhưng đủ toàn diện

để phân loại như là một sự kế thừa hoàn chỉnh chuẩn IEEE 802.16 ban đầu

có thể hỗ trợ cho các trạm thuê bao điểm - điểm cố định.Chuẩn này khôngtương thích với chuẩn IEEE 802.16e Đây là phiên bản của chuẩn sẽ được ápdụng cho giấy chứng nhận chuẩn WiMAX (WiMAX certification)

2.4.5.IEEE 802.16e và các chuẩn mở rộng

IEEE 802.16e chuẩn mở rộng từ 802.16a có thể hỗ trợ cho các trạm thuêbao di động, được phê duyệt trong năm 2005 Cung cấp tốc độ truyền dẫn1Mbits-5Mbits trong vòng bán kính 22 km Hiện nay chuẩn IEEE 802.16e đã

có một số phiên bản thử nghiệm Đồng thời các chuẩn IEEE 802.16 f và gcũng đang được nghiên cứu phát triển

2.5 Sự khác nhau những phiên bản của 802.16 cũng như 802.16a,

802.16-2004 và 802.16e

Bảng so sánh tóm tắt các chuẩn IEEE 802.16 cơ bản:

Tiêu chuẩn IEEE 802.16a tập trung trên sự truy nhập băng rộng cốđịnh IEEE 802.16-2004 tăng cường chuẩn bởi việc cung cấp sự hỗ trợ choCPE trong nhà Chuẩn IEEE 802.16e là một kế hoạch để mở rộng tới truynhập di động từ tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 Mục đích của 802.16e để thêm

sự lưu dộng dữ liệu vào tiêu chuẩn hiện thời, điều đã được thiết kế chủ yếucho hoạt động cố định

2.6 So sánh chuẩn công nghệ WiFi – WiMAX

* Về tính mở rộng:

- Kênh trong giải tần số 20 MHz

- Thiết kế cho 10s MAC

- Kênh nằm trong dải tần từ 20MHz

1.5 Thiết kế cho 1000s MAC

Không phân chia nhiều mức dịch vụ

khác nhau cho người sử dụng

Phân chia nhiều mức dịch vụ khác nhau cho người sử dụng

Kỹ thuật điều chế TDD không đối

xứng

Kỹ thuật điều chế TDD, FDD, HFDD đối xứng và không đối xứngChất lượng dịch vụ theo mức ưu tiên Chất lượng dịch vụ theo mức tập trung

* Tầm bao phủ:

- Tối ưu cho NLOS trong nhà

- Chưa hỗ trợ MESH

- Tối ưu cho NLOS ngoài trời

- Hỗ trợ MESH và kỹ thuật Anten tiên tiến

* Phương thức Bảo mật

Sử dụng chuẩn bảo mật WEP Sử dụng Tripple DES (128bits) và

RSA (1024 bits)

2.7 Mô hình triển khai WiMAX

Sau khi ra đời , 802.16 đã nhanh chóng được triển khai tại Châu Âu,

Mỹ và thể hiện một số lợi ích cụ thể

Tiêu chuẩn IEEE 802.16 đề xuất hai mô hình ứng dụng WiMAX:

- Mô hình ứng dụng cố định

- Mô hình ứng dụng di động

2.7.1 Mô hình ứng dụng cố định ( Fixed WiMAX )

Mô hình ứng dụng cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE802.16-2004 Tiêu chuẩn này gọi là không dây cố định, vì thiết bị thông tinlàm việc với các ăngten đặt cố định tại nhà các thuê bao anten đặt trên nócnhà hoặc trên cột tháp tương tự như chảo thông tin vệ tinh

Tiờu chuẩn IEEE 802.16-2004 cũng cho phộp đặt ănten trong nhànhưng tất nhiờn tớn hiệu thu khụng khoẻ bằng ănten ngoài trời Băng tần cụngtỏc (theo quy định và phõn bổ của quốc gia ) trong băng 2,5GHz hoặc3,5GHz Độ rộng băng tần là 3,5MHz Trong mạng cố định, WiMAX thựchiện cỏch tiếp nối khụng dõy đến các modem cáp, đến các đôi dây thuê baocủa 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 ng-

ời dùng user nh : các xí nghiệp, các khu dân c nhỏ lẻ, mạng cáp truy nhậpWLAN 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, các userthì có thể phân tán theo địa phơng nh nông thôn và các vùng sâu vùng xa khó

đa mạng cáp hữu tuyến đến đó

Sơ đồ kết cấu mạng WiMAX đợc đa ra trên hình 2.6 Trong mô hình này

bộ phận vô tuyến gồm các trạm gốc WiMAX BS (làm việc với ănten đặt trên

WiMAX

BS WiMAX

Base Station (BS)

SS



Xớ nghiệp Internet

Hình 2.6 Cấu trúc mạng WiMAX cơ sở