Tìm hiểu công nghệ không dây wimax và ứng dụng

Division Multiple Access Số trực giaoOSI Open Systems Interconnection Liên kết hệ thống mở PAN Personal Arena Network Mạng cá nhân PDU Protocol Data Unit Đơn vị giao thức dữ liệu PKM Pri

Trờng đại học vinh

Khoa công nghệ thông tin

- -đồ án tốt nghiệp đại học

Đề tài:

Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax

và ứng dụng

Sinh viên thực hiện: Hồ Sỹ Thùy

Lớp: 45k_cntt

Vinh, tháng 5 năm 2009

Lời nói đầu

Trong những năm trở lại đây, các công nghệ không dây đợc đề cập đến

nhiều và đợc coi là một trong những giải pháp cho nhiều loại hình mạng Trong

quá trình học tập tại trờng Đại học Vinh, em đã đợc đọc tham khảo những tài

liệu về các công nghệ này Và trong số đó có một công nghệ mới xuất hiện có

những u điểm vợt trội so với các công nghệ đi trớc nó là công nghệ Wimax Dù

rằng Wimax mới đợc triển khai, cũng mới chỉ có các hệ thống thử nghiệm nhng

nó hứa hẹn là một công nghệ cách mạng trong lĩnh vực không dây Dựa trên sự

hợp chuẩn của hai tổ chức chuẩn hóa lớn nhất thế giới là IEEE và ETSI cũng nh

sự hậu thuẫn của hàng loạt các công ty lớn trên thế giới nh Intel, Alvarion,…

chắc chắn rằng trong một tơng lai không xa, Wimax sẽ trở nên phổ biến trên

phạm vi toàn cầu Đối với Việt Nam, Wimax có thể đợc coi là một giải pháp đi

tắt đón đầu và hoàn toàn phù hợp với hoàn cảnh nớc ta

Để tìm hiểu về một công nghệ vẫn còn mới mẻ và đầy tiềm năng, em đã

thực hiện đề tài “ Tìm hiểu về công nghệ không dây Wimax và ứng dụng ”

Do thời gian có hạn, công nghệ Wimax lại là một công nghệ mới, phức

tạp, hơn nữa kiến thức của bản thân vẫn còn nhiều hạn chế nên chắc chắn rằng

đề tài sẽ không thể tránh khỏi những sai sót Mong các thầy cô các bạn góp ý

cho em để em hiểu biết sâu, rộng hơn về công nghệ này

Để đề tài này hoàn thành ngoài sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, em còn

đợc sự động viên giúp đỡ của rất nhiều ngời

Đầu tiên, con xin cảm ơn bố mẹ những ngời đã sinh thành, nuôi dỡng,

th-ơng yêu, chăm sóc và tạo điều kiện cho con có đợc ngày hôm nay

Em xin cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin, các thầy cô

giáo trờng Đại học Vinh đã truyền đạt cho em nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý

báu trong quá trình học tập và nghiên cứu

Em xin cảm ơn cô giáo Thạc sỹ Nguyễn Thị Minh Tâm đã tận tình hớng

dẫn, định hớng, góp ý cho em nhiều điều vô cùng quý báu trớc và trong quá

trình em thực hiện đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn tất cả mọi ngời

Vinh ngày 15 tháng 5 năm 2009

Hồ Sỹ Thùy

Mục lục

Lời nói đầu 1

Mục lục 3

danh mục các từ viết tắt 5

Chơng 1 : Giới thiệu 8

1.1 Tổng quan về đề tài 8

1.2 Phạm vi đề tài 10

Chơng 2: CÔNG NGHệ KHÔNG DÂY BĂNG thông RộNG 11

2.1 Khái niệm công nghệ băng thông rộng 11

2.1.1 Nhu cầu của công nghệ băng thông rộng 11

2.1.2 Các u điểm của công nghệ băng thông rộng 12

2.1.3 Các công nghệ truy nhập băng rộng hiện nay 13

2.2 Công nghệ không dây băng thông rộng 14

2.2.1 Một số công nghệ không dây băng thông rộng 14

2.2.2 Các hệ thống chuẩn cho mạng không dây băng thông rộng 19

CHƯƠNG 3: GiớI THIệU CÔNG NGHệ WIMAX 23

3.1 Khái niệm công nghệ Wimax 23

3.2 Các chuẩn của Công nghệ Wimax 25

3.2.1 Chuẩn IEEE 802.16 25

3.2.2 Chuẩn IEEE 802.16a/ReVd (IEEE 802.16-2004) 26

3.2.3 Chuẩn IEEE 802.16e 28

3.3 Ưu điểm của Wimax 29

CHƯƠNG 4: CáC Kĩ THUậT Sử DụNG TRONG Wimax 31

4.1 Băng tần cơ bản đợc sử dụng trong công nghệ Wimax 31

4.2 Lớp MAC và lớp PHY của mô hình tham chiếu 31

4.2.1.Lớp MAC 32

4.2.1.1 Lớp con hội tụ CS 33

4.2.1.2 Lớp con MCPS 34

4.2.1.3 Chất lợng dịch vụ trong Wimax 35

4.2.1.4 Lớp bảo mật trong Wimax 38

4.2.2 Lớp vật lý PHY 42

4.2.2.1 Tần số làm việc và độ rộng kênh truyền 43

4.2.2.2 Duplexing và đa truy nhập 44

4.2.2.3 OFDM Symbol 44

4.2.2.4 Sơ đồ khối quá trình truyền - nhận 45

4.2.2.5 Cấu trúc khung 49

4.3 Hiện tợng LOS va NLOS: 50

4.3.1 Hiệu ứng suy hao đờng truyền 52

4.3.2 Hiệu ứng đa đờng 52

4.4 Các kĩ thuật điều chế 53

4.4.1 Điều chế BPSK/QPSK/QAM 53

4.4.2 Điều chế và mã hoá thích ứng 55

4.4.3 Kĩ thuật OFDM 56

4.4.3.1 Khái niệm OFDM 56

4.4.3.2 Hệ thống OFDM 59

4.4.3.3 Lợi ích của OFDM 60

4.4.3.4 ứng dụng của OFDM 61

4.4.4 Mã hóa kênh 61

4.4.5 Các kỹ thuật đa truy nhập 64

4.4.5.1 Kỹ thuật FDMA 64

4.4.5.2 Kỹ thuật TDMA 64

4.4.5.3 Kỹ thuật CDMA 65

4.4.5.4 Kỹ thuật OFDMA 65

4.5 Mã hóa bảo mật 67

4.5.1 Mã hóa đối xứng 68

4.5.2 Mã hóa khóa công cộng 70

CHƯƠNG 5: ứng dụng của Wimax cho các khu chung c 72

5.1 Mô hình kết nối 72

5.1.1 Trạm gốc-Wimax BS ( Base Station ) 72

5.1.2 Trạm thuê bao 75

5.1.3 Trung tâm quản lý 76

5.2 Hai mô hình ứng dụng của Wimax 77

5.2.1 Mô hình ứng dụng cho mạng truy nhập 77

5.2.2 Mô hình kết hợp với Wi-fi 77

5.3 Tính toán kỹ thuật 78

KếT LUậN 80

Tài liệu tham khảo 81

danh mục các từ viết tắt

AK Authorization key Khóa cấp phép

ATM Asynchronous Transfer Mode Phơng thức truyền dị bộ

BE Best Effort Hiệu quả tốt nhất

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BS Base Station Trạm gốc

CATV Cable Television Truyền hình cáp

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mãCID Connection Identifier Nhận dạng kết nối

CP Cyclic Prefix Chu kì đầu

CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra d theo chu kì

DL-MAP Download Map Bản đồ đờng tải xuống

DSL Digital Subcriber Line Đờng thuê bao số

ETSI European Telecommunications

Standard Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

FDD Frequency Division Duplexing Bộ song công theo tần số

FDM Frequency Division Multiplexing Ghép phân chia theo tần số FDMA Frequency Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi trớc khi phát

FFT Fast Fourier Transform Chuyển đổi Fourier nhanh

FM Feedback Mode Cơ chế phản hồi

GPC Grant Per Connection Cấp phép mỗi kết nối

GPSS Grant Per Subcriber Station Cấp phép mỗi trạm thuê baoIFFT Inverse Fast Fourier Transform Chuyển đổi Fourier ngợc

ISI Intersymbol Interference Nhiễu giao thoa các kí hiệuISM Industrial-Scientific-Medical Công nghiệp-Khoa học-Y tế

IV Initialization Vector Vector đầu

KEK Key Encryption Key Khóa mã khóa

LOS Line Of Sight ánh sáng truyền thẳng

MAN Metro Arena Network Mạng đô thị

MCPS MAC Common Part Sublayer Lớp con CP MAC

NLOS None Line Of Sight ánh sáng không truyền thẳngNNI Network to Network Interface Giao diện mạng-mạng

OFDM Orthogonal Frequency

Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần

Số trực giaoOFDMA Orthogonal Frequency đa truy nhập phân chia theo tần

Division Multiple Access Số trực giao

OSI Open Systems Interconnection Liên kết hệ thống mở

PAN Personal Arena Network Mạng cá nhân

PDU Protocol Data Unit Đơn vị giao thức dữ liệu

PKM Privacy Key Management Quản lí khoa riêng

PMP Point To Multipoint Điểm-điểm

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phơngQoS Quality of Service Chất lợng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phơng

SA Security Association Hội bảo mật

SC Single Carrier Sóng mang đơn

SDU Service Data Unit đơn vị dịch vụ dữ liệu

SFID Service flow Identifier Nhận dạng lu lợng dịch vụ

SS Subscriber Station Trạm thuê bao

TC Transmission Convergence Layer Lớp truyền hội tụ

TDD Time Division Duplexing Bộ song công theo thời gianTDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập theo thời gianTEK Traffic Encryption Key Khóa mã hóa lu lợng

UCD Uplink Channel Descriptor Báo hiệu kênh hớng xuống

UGS Unsolicited Grant Service Dịch vụ tự động cấp phép

UL-MAP Upload Map Bản đồ đờng tải lên

UNI User-to-Network Interface Giao diện ngời sử dụng với mạngUNII Unlicensed National Information

Infrastructure

Thiết bị thông tin không đợc cấp phép quốc gia

VCI Virtual Channel Identifier Kênh ảo

VPI Virtual Path Identifier Đờng ảo

WLAN Wireless Local Area Network Mạng không dây cục bộ

WMAN Wireless Metro Area Network Mạng không dây đô thị

WPAN Wireless Personal Area Network Mạng không dây cá nhân

Chơng 1 : Giới thiệu

1.1 Tổng quan về đề tài

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng Trớc

đây, khi nhu cầu ít, thông tin đợc trao đổi rất đơn giản, có khi chỉ là những kíhiệu, những chữ thông thờng…rồi dần dần đến các văn bản, email, tệp tin cỡnhỏ

Nhng hiện nay, và cả trong tơng lai, ngời ta không chỉ muốn trao đổi cácloại hình thông tin đơn giản cũ nữa mà ngời ta muốn trao đổi cả những thông tin

có kích thớc lớn hơn, đa dạng hơn nh âm thanh, hình ảnh, video…

Trớc thực tế đó, ngoài đa ra các chính sách, các quy định…còn cần phải

có các công nghệ mới để hỗ trợ cho việc xây dựng và triển khai dịch vụ Ngời tacần cải tạo toàn bộ hệ thống mạng để đáp ứng nhu cầu đó, từ mạng lõi, mạngphân tán đến các mạng truy nhập Hiện nay trên thế giới và cả Việt Nam, mạnglõi, mạng phân tán cũng đã đợc cải thiện một cách đáng kể Riêng mạng truynhập thì gặp nhiều khó khăn hơn Mạng truy nhập là mạng nối từ nhà cung cấpdịch vụ tới khách hàng, nó chiếm phần đầu t rất lớn cho toàn bộ mạng nóichung Đây cũng là nơi mà rất nhiều các giải pháp đợc đa ra nhằm cải thiện khảnăng cung cấp dịch vụ cho khách hàng đồng thời tiết kiệm tối đa chi phí

Mạng truy nhập đợc nói đến nhiều nhất hiện nay là các mạng truy nhậpbăng thông rộng Gọi là băng thông rộng vì nó cung cấp một tốc độ đủ lớn đểtriển khai các dịch vụ tiên tiến nh thoại, dữ liệu và có thể cả video,…Các côngnghệ băng thông rộng cho mạng này đợc phân ra làm hai loại, một là không dây

và một là có dây

Loại có dây vẫn đợc dùng phổ biến cho tới nay nh DSL, CATV, cápquang…Công nghệ có dây u điểm là tốc độ rất cao, không bị giới hạn nhiều vềcác chính sách, quy định,…nhng nhợc điểm rõ ràng của nó là giá thành rất cao,việc triển khai phức tạp và kém linh hoạt Trái lại, đây lại là những u điểm củamạng không dây Dù rằng tốc độ của mạng không dây không cao lại bị ràngbuộc chặt chẽ bởi các quy định nhất là các quy định về tần phổ… nhng mạngkhông dây tiết kiệm đợc giá thành, lại linh hoạt và dễ triển khai Chính vì thế dùcha thể thay thế đợc mạng có dây nhng mạng không dây đợc coi là giải phápkhắc phục các hạn chế mà mạng có dây không thể làm đợc

Một loạt các công nghệ mạng không dây ra đời nh WLAN 802.11,WPAN 802.15, hay chuẩn IEEE 802.20 Tuy nhiên các công nghệ mạng khôngdây này không đáp ứng hết đợc nhu cầu sử dụng của ngời dùng nên Công ty sảnxuất chíp hàng đầu thế giới Intel bắt tay vào nghiên cứu công nghệ mạng khôngdây Wimax (IEEE 802.16) với những u điểm và tính năng vợt trội hơn về khảnăng di động Công nghệ Wimax đang là xu hớng mới cho các tiêu chuẩn giaodiện vô tuyến trong việc truy nhập mạng không dây băng thông rộng cho cảthiết bị cố định và xách tay, di động So với một số công nghệ cũ nh WiFi,LMDS, Wimax cho phép truyền tải với tốc độ cao, phạm vi bao phủ rộng và rấtnhiều cơ chế hỗ trợ chất lợng dịch vụ, bảo mật,…Nó cung cấp một giải pháptoàn diện cho mạng MAN (Metro Arena Network).

Việc sử dụng Wimax đem lại nhiều lợi ích, nhất là khu vực nông thôn,vùng sâu, vùng xa và những nơi dân c đông đúc khó triển khai cơ sở hạ tầngmạng dây dẫn băng rộng…Vì thế, Wimax đợc xem nh công nghệ có hiệu quảkinh tế cao cho việc triển khai nhanh trong các khu vực mà các công nghệ kháckhó có thể cung cấp dịch vụ băng thông rộng Theo đánh giá của các chuyêngia, Wimax sẽ nhanh chóng vợt qua những công nghệ hiện đại nh Wi-fi hay 3Gbởi khả năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao trong phạm vi rộng lớn Hơnnữa, việc cài đặt Wimax dễ dàng, tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ

và giảm giá thành dịch vụ cho ngời sử dụng

Đề tài “Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax và ứng dụng”.dới đây

nhằm mục đích tìm hiểu kĩ về công nghệ Wimax : các vấn đề kỹ thuật và khảnăng triển khai công nghệ Wimax

1.2 Phạm vi đề tài

Công nghệ Wimax là công nghệ mới và có rất nhiều vấn đề cần nghiên

cứu Đề tài “Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax và ứng dụng” không tập

trung vào nghiên cứu chuyên sâu một vấn đề mà chỉ nghiên cứu Wimax với vaitrò là một kỹ thuật không dây băng thông rộng cố định và phiên bản mới nhất về

di động Làm nổi bật lên công nghệ Wimax, các u điểm cũng nh khả năng ứngdụng của công nghệ

Đề tài đợc chia làm 5 chơng:

 Chơng I: Giới thiệu

 Chơng II: Công nghệ không dây băng thông rộng

Tìm hiểu tổng quan về công nghệ băng thông rộng nói chung và côngnghệ băng thông rộng không dây nói riêng, hệ thống chuẩn của các công nghệbăng thông rộng không dây và Wimax.

 Chơng III: Giới thiệu công nghệ Wimax

Tổng quan về các chuẩn của công nghệ Wimax, từ 802.16 đến 802.16e

 Chơng IV: Các kỹ thuật sử dụng trong Wimax

Xây dựng nền tảng lý thuyết, kỹ thuật,…sẽ đợc ứng dụng trong Wimax

nh các hiện tợng đa đờng, suy hao, các kỹ thuật điều chế, mã hóa…

 Chơng V: ứng dụng của Wimax cho các khu chung c

Chơng 2: CÔNG NGHệ KHÔNG DÂY BĂNG thông RộNG

2.1 Khái niệm công nghệ băng thông rộng

2.1.1 Nhu cầu của công nghệ băng thông rộng

Mạng truy nhập là mạng nằm giữa tổng đài nội hạt CO (Central Office)

và thiết bị đầu cuối của khách hàng, thực hiện chức năng truyền dẫn tín hiệu.Các dịch vụ viễn thông mà khách hàng có thể sử dụng đợc xác định bởi tổng đàinội hạt Mạng truy nhập có vai trò hết sức quan trọng trong mạng viễn thông

Nó là phần lớn nhất của bất kì mạng viễn thông nào, trải dài trên vùng địa lýrộng lớn Thông thờng chi phí xây dựng mạng truy nhập chiếm ít nhất là mộtnửa chi phí xây dựng toàn bộ mạng viễn thông Đó là con đờng duy nhất đểcung cấp các dịch vụ (gồm cả thoại và dữ liệu) Chất lợng và hiệu năng củamạng truy nhập ảnh hởng trực tiếp đến khả năng cung cấp dịch vụ của toàn bộmạng viễn thông

Theo phơng thức truy nhập mạng truyền thống, hiện nay vẫn đợc sử dụng

là chủ yếu dùng cặp cáp đồng làm phơng tiện truyền dẫn, nh vậy mỗi thuê bao

cần có một lợng khá lớn cáp đồng kết nối với tổng đài Mạng truy nhập truyềnthống vốn dợc thiết kế cho việc truyền thông tín hiệu thoại, nó sử dụng chủ yếu

là tín hiệu tơng tự với giải tần hẹp (0,3-3,4KHz), chỉ thích hợp cho các cuộc gọingắn cỡ vài phút Các cuộc gọi dài sẽ gây ra quá tải và tắc nghẽn trên mạng Cácthành phần thiết bị của nó cũng chỉ đợc xây dựng để thích ứng với các điều kiệnnày Điều này làm cho mạng truy nhập có hiệu suất rất thấp

Ngày nay, nhu cầu của khách hàng ngày càng gia tăng Ngời tiêu dùngkhông đơn thuần chỉ muốn truyền mail, văn bản text, fax…mà họ mong muốn

sử dụng các dịch vụ đa phơng tiện nh âm thanh, hình ảnh…Khi đó tốc độ củacác đờng truyền cáp đồng không thể đủ để triển khai các dịch vụ loại này

Hiện tại, khi mà tốc độ của mạng lõi đã đợc tăng đáng kể, khả năng xử lítại đầu cuối phía khách hàng cũng ngày một mạnh thì việc mạng truy nhập hạnchế nh vậy sẽ gây ra hiện tợng nghẽn cổ chai (bottleneck) Vấn đề đợc đặt ra làcần phải cải thiện nốt mạng truy nhập để nó đáp ứng đợc nhu cầu của cả nhàcung cấp dịch vụ lẫn khách hàng

Công nghệ băng thông rộng chính là các công nghệ sinh ra để giải quyếtvấn đề về mạng truy nhập Đó là thuật ngữ chỉ bất kì loại truy cập internet tốc

độ cao nào Công nghệ băng thông rộng cho phép các cá nhân hoặc tổ chức cóthể truy cập internet cả 24h trong một ngày, tạo môi trờng cho việc sử dụnghoặc cung cấp các dịch vụ chất lợng cao

2.1.2 Các u điểm của công nghệ băng thông rộng

u điểm đầu tiên là tốc độ truy nhập nhanh, nó cho phép truy cập với mộttốc độ gấp 10 đến 20 lần so với phơng pháp quay số thông thờng, thậm chí hơnnữa Khi ta dùng Modem để quay số, tốc độ chỉ có thể đạt từ 30-50Kbps, cònvới một kết nối băng rộng, tốc độ lên tới từ 256Kbps-10Mbps, phụ thuộc vàodịch vụ mà ta chọn

u điểm thứ hai là luôn kết nối Bất kì khi nào máy tính đợc bật lên thì nó

đều ở trạng thái kết nối với internet Điều này có nghĩa là không phải lãng phíthời gian cho việc quay số và đợi Modem kết nối mỗi lần muốn vào internet Sẽkhông có chuyện bị cảnh báo mạng bận hoặc hiếm khi bị rớt ra khỏi mạng

Không bắt buộc phải ngừng dịch vụ điện thoại trong khi dùng dịch vụinternet Tức là thuê bao hoàn toàn không phải trả tiền cho đờng dây thuê baothứ hai Hơn thế nữa cũng có thể chia sẻ giữa nhiều máy với nhau thông qua mộtkết nối internet

u điểm đáng nói nhất của công nghệ băng thông rộng chính là tốc độ.Chính vì đạt đợc tốc độ cao nh vậy nên có thể triển khai đợc rất nhiều các dịch

vụ khác mà với các kết nối quay số thông thờng không thể làm đợc Điều này

đồng nghĩa với việc thúc đẩy sự phát triển của internet, sự phát triển của cácdịch vụ xã hội khác Có thể kể qua ở đây một số dịch vụ đáng chú ý nh là: dịch

vụ cho phép truyền các tệp tin với dung lợng lớn, có thể là tệp văn bản, tệp âmthanh, tập hình ảnh, tệp phim

2.1.3 Các công nghệ truy nhập băng rộng hiện nay

a Công nghệ DSL

DSL là viết tắt của chữ Digital Subcriber Line DSL không phải là mộtcông nghệ mà là một nhóm công nghệ Nó sử dụng đờng cáp đồng có sẵn đểtruyền dữ liệu với tốc độ cao Nó cho phép truyền đồng thời dữ liệu và âm thanhtrên đôi cáp đồng đó nhờ vào việc truyền dữ liệu và âm thanh trên các tần sốkhác nhau

DSL cũng có những lợi ích rõ ràng nh: Truyền tốc độ cao, không cầnthêm đờng dây thuê bao, và cũng không cần phải thực hiện kết nối thờng xuyên.Tuy nhiên DSL cũng có những nhợc điểm nh: khoảng cách ngắn, tốc độ phụthuộc vào khoảng cách từ thuê bao tới tổng đài nội hạt gần nhất,…

Công nghệ DSL đợc nói đến nhiều nhất là ADSL Đây là công nghệ bất

đối xứng, tức là tốc độ tải lên và tải xuống là không giống nhau Công nghệ nàyrất thích hợp đối với các hộ gia đình, doanh nghiệp, khi mà nhu cầu lấy thôngtin từ internet thờng lớn hơn rất nhiều so với nhu cầu tải thông tin lên Chính vìvậy mà công nghệ này rất phát triển và thờng đợc dùng để triển khai cho mạngtruy nhập

b CATV

Công nghệ cáp sử dụng đờng cáp nối vào TV sẵn có làm môi trờng truyềndữ liệu băng rộng u điểm của công nghệ này cũng giống với DSL tuy nhiênhiện nay cáp không phải nơi nào cũng có Chính vì thế mà việc triển khai côngnghệ này cũng không dễ

c Công nghệ không dây WPAN, WLAN, WMAN, WWAN

Công nghệ không dây băng rộng là công nghệ sử dụng sóng radio đểtruyền tải dữ liệu thay vì sử dụng cáp nh các công nghệ ở trên Công nghệkhông dây đang ngày càng tỏ rõ các u điểm của nó Một số các lợi ích của côngnghệ này đợc thể hiện ở các điểm nh: cho phép thay đổi, dịch chuyển, thu hẹp

và mở rộng một mạng một cách rất đơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập mộtmạng có tính chất tạm thời với khả năng cơ động mềm dẻo cao, có thể thiết lậpmạng ở những khu vực rất khó nối dây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém Bêncạnh đó, việc cài đặt mạng không dây cũng khá dễ dàng

Tuy nhiên công nghệ không dây băng thông rộng cũng có rất nhiều nhợc

điểm cần khắc phục nh tốc độ và bảo mật Việc cải tiến tốc độ trong công nghệkhông dây khó hơn rất nhiều so với các công nghệ có dây bởi lẽ trong truyềnthông không dây gặp rất nhiều vấn đề, hiện tợng ảnh hởng tới truyền dẫn Hơnnữa, truyền thông không dây không sử dụng dây dẫn nên khả năng bị xâm nhập,

bị phá dữ liệu do những yếu tố chủ quan là rất lớn

d Vệ tinh

Vệ tinh cũng là công nghệ không dây, truyền thông qua vệ tinh tức là sửdụng vệ tinh để kết nối internet Truyền thông vệ tinh có hai dạng: dạng mộtchiều và hai chiều Dạng một chiều có nghĩa là chỉ có một giao tiếp với internet

là thông qua vệ tinh, thờng là đờng tải xuống, còn đờng tải lên thì vẫn phải sửdụng các đờng nh quay số hoặc ISDN Dạng hai chiều thì cả đờng lên và đờngxuống đều thông qua vệ tinh

Việc sử dụng vệ tinh để truyền thông cũng thu đợc những lợi ích to lớn

Đầu tiên là độ bao phủ rộng khắp Có thể nói là mọi nơi, từ đô thị thành phố đếnnhững vùng xa xôi hẻo lánh Đây là u điểm mà cha có một công nghệ nào khác

có thể đạt đợc Ưu điểm thứ hai mà nó có thể cung cấp cho một lợng lớn cácthuê bao, điều này cũng rất thu hút các nhà cung cấp dịch vụ

2.2 Công nghệ không dây băng thông rộng

2.2.1 Một số công nghệ không dây băng thông rộng.

a Công nghệ WWAN-Wide Wireless Area Network

Đặc điểm của mạng WAN đó là khả năng bao phủ của nó trên một vùng

địa lý rộng lớn Có thể là một khu vực rộng, một quốc gia, thậm chí toàn cầu.Chính vì vậy, mạng này ra đời với mục đích xây dựng các hệ thống thông tin di

động Kể từ khi ra đời từ năm 1980 tới nay các mạng di động đã phát triển hếtsức nhanh chóng trên phạm vi toàn cầu Kết quả thống kê ở một số nớc cho thấy

số lợng các thuê bao di động đã vợt xa các thuê bao cố định Trong tơng lai, con

số này sẽ vẫn tăng cùng với nhu cầu của thuê bao Điều này đã khiến cho cácnhà khai thác cũng nh các tổ chức viễn thông không ngừng nghiên cứu, cải tiến,

đa ra các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao khả năng của mạng di động Cho

đến nay, mạng WWAN đã trải qua 3 thế hệ với các giai đoạn khác nhau Vàmỗi thế hệ đều có những cải tiến vợt bậc so với thế hệ đi trớc

b Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)

Hệ thống mạng di động thế hệ thứ nhất (1G) đợc phát triển vào nhữngnăm cuối thập niên 70, hệ thống này sử dụng kỹ thuật tơng tự(analog) Tất cảcác hệ thống 1G sử dụng phơng pháp đa truy nhập theo tần số FDMA

(Frequency Division Multiple Access) Hệ thống mạng di động 1G chỉ đợc dùng

để sử dụng cho dịch vụ thoại với chất lợng khá thấp nguyên do tình trạng nghẽnmạng và nhiễu xạ xảy ra thờng xuyên

Các hệ thống mạng di động 1G bao gồm các hệ thống: AMPS (AdvacedMobile Phone System), ETACTS (Enhanced Total Access Cellular System) vàNMT (Nordic Mobile Telephone System)

c Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)

Hệ thống mạng 2G đợc triển khai vào năm 1990 và hiện nay vẫn đợc sửdụng rộng rãi Là một mạng thông tin di động số băng hẹp, sử dụng phơng phápchuyển mạch (circuit switching) là chủ yếu Phơng pháp đa truy nhập phân chiatheo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) và đa truy nhập phânchia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) đợc sử dụng kết hợpFDMA Hệ thống mạng di động 2G sử dụng cho dịch vụ thoại và truyền số liệu

Hệ thống mạng 2G bao gồm các hệ thống nh PCS (PersonalCommunication System), TDMA (Time Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access), GSM (Global System for MobileCommunication)

d Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2.5 (2.5G)

Đặc điểm của hệ thống mạng 2.5G là mạng chuyển tiếp giữa hệ thốngmạng di động thế hệ thứ 2(2G) và thứ 3(3G) Hệ thống hoàn toàn dựa trên cơchế chuyển mạch gói Ưu điểm của hệ thống di động 2.5G là tiết kiệm đợckhông gian và tăng tốc độ truyền dẫn

Việc nâng cấp hệ thống mạng 2G lên 2.5G nhanh hơn và có chi phí thấphơn so với việc nâng cấp mạng từ 2G lên 3G Hệ thống 2.5G nh một bớc đệmchuyển tiếp, không đòi hỏi một sự thay đổi có tính chất đột biến

Các hệ thống mạng 2.5G gồm có GPRS(Generic Packet Radio Services),EDGE(Enhanced Data Rate for Globarl Evolution)

e Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3(3G)

Đây là hệ thống thông tin di động số cho phép chuyển mạng bất kỳ, cókhả năng truyền thông đa phơng tiện chất lợng cao Các hệ thống 3G đợc xâydựng trên cơ sở CDMA hoặc CDMA kết hợp với TDMA, có khả năng cung cấpmột băng tần rộng theo yêu cầu, do đó có thể hỗ trợ các dịch vụ có nhiều tốc độkhác nhau ở thế hệ thứ 3, các hệ thống thông tin di động có xu thế hòa nhậpthành một tiêu chuẩn chung duy nhất và phục vụ lên đến 2Mbps Mặc dù 3G đ-

ợc tính toán sẽ là một chuẩn mang tính toàn cầu nhng chi phí xây dựng cơ sở hạtầng cho hệ thống này rất tốn kém

Các hệ thống mạng 3G gồm WCDMA (Wideband Code DivisionMultiple Access), UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)

Hiện nay ở Việt Nam, hệ thống mạng di động vẫn chủ yếu là 2G, mặc dù

đã có 2.5G nhng cha đợc sử dụng rộng rãi Hệ thống 3G hiện cũng đang và sẽ

đ-ợc triển khai ở nớc ta

là IEEE với chuẩn IEEE 802.11 Các hệ thống WLAN có thể đạt tới tốc độ hàngchục Mbps trong khoảng cách vài chục mét Thiết bị WLAN đã đợc lắp đặt tạinhiều địa điểm nhất là những nơi tập trung dân c nh khách sạn, nhà ga,…

Một số lợi ích cơ bản của WLAN là: cho phép thay đổi, di chuyển, thuhẹp và mở rộng một mạng một cách rất đơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập mộtmạng có tích chất tạm thời với khả năng cơ động mềm dẻo cao, thiết lập đợcmạng ở những khu vực rất khó nối dây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém Bêncạnh đó, việc cài đặt mạng WLAN cũng khá dễ dàng và công nghệ WLAN cũngrất dễ hiểu và dễ sử dụng LAN va WLAN chỉ khác nhau ở một số đặc điểm nh-

ng nhìn chung tất cả những công nghệ áp dụng trong LAN thì cũng đều áp dụng

đợc cho WLAN Chúng có các tính năng giống nhau và thờng đợc nối chung vớimạng Ethernet đi dây

WLAN ngày càng phát triển theo xu hớng” nhanh hơn, tốt hơn, rẻ hơn“,tốc độ của WLAN đã lên đến vài chục Mbps, khoảng cách hàng km còn giáthành thì ngày càng giảm Thậm chí sự phát triển của nó đã làm nó vợt khỏiranh giới mạng LAN thông thờng

ở Việt Nam hiện nay, WLAN đã đang đợc triển khai ngày một rộng rãi

và rất tiện ích cho ngời sử dụng Với một công nghệ mới đó là Wi-fi đang đợc

sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam, trong tơng lai mạng WLAN sẽ dần dần vợtqua số lợng ngời sử dụng mạng LAN hiện nay

h Công nghệ WPAN

PAN (Personal Area Network) là một mạng kết nối giữa các thiết bị ở rấtgần với nhau cho phép chúng chia sẻ thông tin và các dịch vụ Điểm đặc biệtcủa mạng này là đợc ứng dụng trong khoảng cách rất ngắn, thông thờng chỉkhoảng 10m, công suất rất nhỏ,…Nó rất thích hợp để nối các thiết bị ngoại vivào máy tính Các mạng PAN cũng đợc dùng để giao tiếp giữa các thiết bị cánhân nh điện thoại, PDA,…hoặc để kết nối với các mạng cấp cao hơn nh mạngLAN, WAN, thậm chí cả internet Những ứng dụng thờng thấy hiện nay củaWPAN là trong không gian văn phòng Các thiết bị điện tử trong mạng có thể làmáy tính để bàn, máy tính di động, máy in, các thiết bị cầm tay, điện thoại di

động, máy nhắn tin

Các công nghệ của WPAN

Các công nghệ về WPAN có rất nhiều với nhiều loại và đa dạng đợc phân

ra làm 2 loại, một loại dùng sóng hồng ngoại để truyền và một loại dùng sóngradio để truyền

đã đợc tích hợp trong rất nhiều các thiết bị nh máy xách tay,các máy PDA, thiết

bị ngoại vi,…Tuy nhiên, IrDA cũng cha đáp ứng đợc những nhu cầu ngày cànggia tăng của ngời dùng do những hạn chế về cơ chế cũng nh điều kiện truyền

có băng tần khoảng 2,4GHz( từ 2400MHz đến 2483.5 MHz), với băng tần này

tốc độ của Bluetooth có thể đạt tới 700Kbps trong phạm vi khoảng 10 mét.Bluetooth sử dụng sóng radio để truyền, u điểm của nó so với IrDA chính là khảnăng đâm xuyên tốt hơn của sóng radio so với sóng hồng ngoại.

Hiện nay đã xuất hiện một số công nghệ WPAN mới u việt hơn hẳn sovới IrDA và Bluetooth Các chuẩn này về cơ bản vẫn dùng sóng radio để truyềnnhng sử dụng những kỹ thuật mới cho phép tăng tốc độ truyền lên vô cùng lớn

nh công nghệ Wireless UWB

Công nghệ UWB

Công nghệ UWB (thờng đợc gọi là chuẩn IEEE 802.15.3) đợc thiết kếcho các dich vụ truyền thông đa phơng tiện UWB hỗ trợ tỷ lệ truyền dữ liệu lên

đến 400 Mbps, cho phép các hình ảnh video hoặc video số (DVD) có thể chia sẻ

và truyền đi trong khoảng cách trong nhà Trong trờng hợp này, PAN trở thànhmột mạng nhỏ với đờng truyền tốc độ cao

2.2.2 Các hệ thống chuẩn cho mạng không dây băng thông rộng.

Hình 2-1: Hệ thống chuẩn cho mạng không dây.

Hình trên cho biết về các tổ chức chuẩn hóa mạng không dây, các chuẩncũng nh khả năng, phạm vi của từng chuẩn

Có ba tổ chức chuẩn hóa các mạng không dây băng thông rộng là IEEE,ETSI và 3GPP Nhiệm vụ chính của IEEE và ETSI là chuẩn hóa các mạngkhông dây trên nền tảng các mạng gói trong khi 3GPP tập trung chủ yếu và các

mạng tế bào và di động Hình vẽ trên đây cho thấy mỗi một chuẩn của IEEEluôn có một chuẩn tơng ứng của ETSI.

IEEE đa ra nhiều chuẩn, từ 802.1 đến 802.17 Mỗi nhóm xử lý một vấn

đề khác nhau và đa ra những chuẩn đợc đặt tên trùng với số hiệu của nhóm, vídụ: 802.1 chuẩn hóa việc bảo mật 802.2 (Điều kiện liên kết logic) là các chuẩn

sử dụng cho cả LAN và WLAN, 802.11 đa ra cho các chuẩn cho WLAN và802.15 đa ra các chuẩn cho PAN

Các đặc tả của IEEE 802 thờng tập trung vào giao diện mạng về mặt vật

lý chẳng hạn nh card giao diện mạng, cầu nối, router, đầu nối, cáp và tất cảnhững gì thuộc về lĩnh vực truyền tín hiệu và phơng pháp truy cập có liên quan

đến việc nối mạng về mặt vật lý

Hình 2-2: Quan hệ giữa 802 và OSI

Trong số các mô tả của IEEE có một số lớn các mô tả tập trung vào cácmạng không dây Từ các mạng nhỏ nh mạng WPAN đến các mạng vô cùng lớn

nh mạng WWAN Hình dới đây mô tả các đặc tả của IEEE đối với các loạimạng không dây

Lớp ứng dụngLớp trình diễn

Lớp phiênLớp chuyển vận

Lớp vật lýLớp liên kết dữ liệu

Lớp mạng

Các chuẩn của 802 tập trung vào lớp vật lý và liên kết dữ liệu

Hình 2-3: Hệ thống chuẩn cho mạng không dây của IEEE

Chuẩn 802.15 dựa trên công nghệ Bluetooth, một công nghệ đợc khởi ớng bởi công ty điện thoại di động Erricson năm 1994 Đến năm 2002 chínhthức đợc IEEE chuẩn hóa và đa vào sử dụng

x-802.15 mô tả lớp vật lý và lớp truy nhập cho các mạng WPAN Đây làcác mạng nhằm kết nối các thiết bị trong phạm vi hẹp, trên dới 10m, có côngsuất phát thấp, kích thớc nhỏ và tính phổ dụng cao Đặc tả 802.15 dới tên gọiBluetooth đã đợc tích hợp vào rất nhiều thiết bị, đặc biệt là máy tính và điệnthoại di động Vì 802.15 bị giới hạn về tốc độ nên nó không đợc ứng dụng vàocác dịch vụ tốc độ cao, dung lợng lớn

Họ chuẩn 802.11x là chuẩn dành cho mạng WLAN Họ chuẩn 802.11 ra

đời lần đầu tiên năm 1999, đa ra tốc độ truyền lên đến 2 Mbps trên băng tần2.4GHz sử dụng của kỹ thuật trải phổ nhảy tần FHSS và trải phổ dãy trực tiếpDDSS Sau đó nhóm làm việc về 802.11 đợc chia thành rất nhiều nhóm hoạt

động nhỏ để đa ra những hỗ trợ và nâng cao cho chuẩn 802.11 sơ khai

Chuẩn 802.11b là chuẩn thơng mại đầu tiên có tên là Wi-fi, hiện là chuẩnWLAN phổ biến nhất hiện nay, hoạt động trên băng tần 2,4GHz, tốc độ dữ liệu

có thể lên đến 11Mbps Các chuẩn 802.11a, g ra đời sau này với mục đích cảithiện chất lợng, khả năng cho chuẩn 802.11b Tốc độ của 2 chuẩn này lên tới 54Mbps Tuy nhiên trong khi 802.11g vẫn làm việc ở dải tần 2,4GHz thì 802.11alại làm việc ở dải tần 5,8GHz Chính vì vậy 802.11g có khả năng tơng thích ng-

ợc với 802.11b còn 802.11a thì không có khả năng đó Hiện nay trong họ chuẩn

802.11 có một số các chuẩn sinh ra để hỗ trợ cho các chuẩn 802.11a, 802.11b,802.11g mỗi chuẩn thực hiện một nhiệm vụ khác nhau nh 802.11e đặc tả QoS,802.11i, x thì đặc tả về các cơ chế bảo mật…

Chuẩn 802.16x là một họ chuẩn mới dành để mô tả các mạng WMAN,

đ-ợc hoàn thành vào tháng 10 năm 2001 và đđ-ợc công bố vào ngày 8 tháng 4 năm

2004 Chuẩn này định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WMAN chocác mạng vùng đô thị Việc hoàn thành chuẩn báo trớc sự chấp nhận truy nhậpkhông dây băng thông rộng nh một công cụ chủ yếu mới trong sự cố gắng liênkết các tòa nhà và cơ quan Doanh nghiệp với các mạng viễn thông nòng cốt trênthế giới

Chuẩn hớng vào các tần số từ 2-66GHz, nơi phổ rộng hiện có sẵn để sửdụng trên toàn cầu, nhng tại đó những bớc sóng ngắn đợc xem nh những tháchthức trong việc triển khai Vì lý do đó một dự án sửa đổi có tên IEEE 802.16a đã

đợc hoàn thành vào tháng 11 năm 2002 và đợc công bố vào tháng 4 năm 2003.Chuẩn này đợc mở rộng hỗ trợ cho những tần số trong băng tần 2-11 GHz, baogồm cả những phổ cấp phép và không cấp phép So sánh với những tần số caohơn, những phổ nh vậy thuận tiện cho việc triển khai hơn, tạo cơ hội để thu đợcnhiều khách hàng hơn với chi phí chấp nhận đợc, mặc dù các tốc độ dữ liệu làkhông cao.Tuy vậy, các dịch vụ sẽ hớng tới những tòa nhà riêng lẻ hay những xínghiệp vừa và nhỏ

Chuẩn này có một loạt các u điểm so với các chuẩn không dây băngthông rộng truyền thống nh thông lợng, khả năng mở rộng, phạm vi phủ sóng,chất lợng dịch vụ, tính năng bảo mật…

802.16e và 802.20 là hai đặc tả hớng tới mạng WWAN, hay chính xác hơn

là các mạng di động thế hệ 3(3G) 802.16e có thừa kế từ 802.16a nhng hỗ trợ thêmcác tính năng di động, trong khi đó 802.20 đợc xây dựng hoàn toàn từ đầu

CHƯƠNG 3: GiớI THIệU CÔNG NGHệ WIMAX

3.1 Khái niệm công nghệ Wimax

Wimax là tên viết tắt của Worldwide Interoterability for MicrowaveAccess Về mặt kỹ thuật, Wimax là công nghệ dựa trên sự kết hợp giữa mộtphần chuẩn 802.16a và HiperMAN, những chuẩn đợc thiết kế ra với mục đíchcung cấp một giải pháp truy nhập cho các mạng không dây băng thông rộng cỡlớn, cụ thể là mạng đô thị MAN Với sự kết hợp của cả IEEE và ETSI, xét vềmặt chuẩn hóa Wimax trở thành công nghệ chuẩn trên toàn thế giới

Wimax với một số công nghệ đi trớc

Mạng đô thị MAN theo định nghĩa là mạng bao phủ trên phạm vi một đôthị Về mặt ứng dụng, trên mạng MAN ngời ta có thể triển khai cung cấp thôngtin cho rất nhiều các loại dịch vụ công cộng khác nhau nh y tế, văn hóa, xãhội… Về mặt kỹ thuật, mạng MAN là tập hợp của rất nhiều công nghệ khácnhau, mỗi công nghệ tơng ứng với một phần khác nhau trong mạng Cũng giống

nh các mạng LAN, WAN, mạng MAN chia làm hai loại: Mạng MAN có dây vàmạng MAN không dây Có 3 ứng dụng cơ bản nhất xây dựng nên mạng MANtruy nhập là trục (backhaul), phân tán đến ngời dùng cuối (last-mile) và cácvùng dịch vụ (hotzone)

Wimax là công nghệ cho mạng MAN không dây Đã có nhiều công nghệbăng thông rộng không dây ra đời, nhng cho tới nay, cha có một công nghệkhông dây băng thông rộng nào hớng tới mục tiêu cung cấp tổng hợp các giảipháp truy nhập cho mạng MAN một cách tối u nh Wimax Các công nghệ đi tr-

ớc chỉ cung cấp các giải pháp đơn lẻ hớng tới một mục phần cụ thể trong mạngMAN ví dụ nh LMDS, Wi-fi…

LMDS là công nghệ sử dụng dải tần trên 20GHz để truyền sóng LMDS

là một chuẩn hoạt động dới sự hậu thuẫn của các tổ chức Quốc tế ATM Forum,ETSI, ITU,… ở dải tần số lớn thế này, LMDS chỉ cho phép truyền sóng trongtầm nhìn thẳng (LOS) trong phạm vi vài km (5-7 km) LMDS cho phép triểnkhai các dịch vụ tốc độ cao nh thoại, video, Internet,… Hệ thống LMDS có tốc

độ rất cao, hiệu suất điều chế của nó có thể đạt tới 5bit/Hz/s LMDS chỉ thíchhợp với các mạng trục, các tổ chức doanh nghiệp có nhu cầu về tốc độ lớn.LMDS không thích hợp với các khách hàng riêng lẻ, các hộ gia đình

Wi-fi thực ra là công nghệ hớng tới các mạng LAN không dây nhng nó

có thể dùng để triển khai cho các mạng rộng hơn nh MAN Nhng chính vì nó

không đợc thiết kế cho MAN nên việc triển khai nó trong MAN gặp rất nhiềuvấn đề Thứ nhất, dải tần làm việc của 802.11 là dải tần miễn phí, nhiễu rất lớn.

Do đó nó hoàn toàn không thích hợp với việc triển khai các dịch vụ công cộng

cỡ lớn Thứ hai, 802.11 đợc thiết kế cho các mạng ít thuê bao, kênh truyền của

nó cố định kích thớc khoảng 20MHz, rất kém linh hoạt Thứ ba 802.11 cha cungcấp cơ chế QoS, một vấn đề vô cùng quan trọng đối với các hệ thống mạng đadịch vụ Thứ t, mặc dù nếu ta truyền trong môi trờng tốt, ít nhiễu, LOS, sử dụngcác Anten định hớng với công suất đủ lớn thì Wi-fi có thể đạt tới khoảng cáchvài km nhng phạm vi bao phủ nh thế này cũng rất hẹp Thứ năm, WI-fi không

hỗ trợ kiến trúc Mesh, một kiến trúc đảm bảo sự liên thông tốt trong mạng đôthị…

Chỉ có sự ra đời của Wimax mới giải quyết đợc tất cả 3 loại dịch vụ cơbản trên của mạng MAN Nó có thể sử dụng các trạm gốc để thiết lập tuyếntrục, phân phối dịch vụ tới khách hàng riêng lẻ hoặc thiết lập nên các vùng truynhập dịch vụ Hiện nay, Wimax đợc xem là một giải pháp toàn diện của côngnghệ không dây băng rộng trong đô thị, ngoại ô và những vùng nông thôn xaxôi hẻo lánh… Wimax cho phép truyền không dây các loại dữ liệu, hình ảnh,

âm thanh nhanh hơn cả DSL hay cáp, và tất nhiên nhanh hơn nhiều lần các côngnghệ không dây hiện hành nh 802.11a hay 802.11b mà không yêu cầu điềukiện truyền thẳng Wimax chứa nhiều u điểm vợt trội nh tốc độ truyền có thể đạttới 75Mbps trong phạm vi 50km Chất lợng dịch vụ đợc thiết lập cho từng kếtnối, an ninh tốt, hỗ trợi multicast cũng nh di động sử dụng cả phổ tần cấp phép

và không đợc cấp phép Wimax thực sự đang đợc các nhà cung cấp dịch vụ cũng

nh các nhà sản suât chip quan tâm Wimax thực hiện việc truyền tải dữ liệu tốc

độ cao bằng sóng siêu cao tần theo bộ tiêu chuẩn 802.16 với khoảng cách truyềnrất lớn Wimax đợc phát triển dựa trên nền tảng ghép kênh phân chia theo tần sốOFDM Lợi ích của Wimax là khả năng ghép kênh cao, vì thế các nhà cung cấpdịch vụ có thể dễ dàng cung cấp cho khách hàng dịch vụ truy nhập không dây

Hiện nay, công nghệ Wimax đã có phiên bản đầu tiên dựa trên toàn bộtiêu chuẩn 802.16-2004 đang đợc thử nghiệm và chế tạo chipset Giai đoạn pháttriển tiếp theo của Wimax dựa trên toàn bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16e, đợc triểnkhai vào năm 2006 Giống nh Wi-fi, Wimax có thể cung cấp kết nối băng thôngrộng cho cả khách hàng sử dụng máy tính xách tay trong phạm vi điểm nóngtruy nhập Hostpot hoặc trong một phơng tiện di chuyển mà vẫn có thể kết nốibăng thông rộng

Trong tơng lai, Wimax sẽ đợc tích hợp vào các thiết bị không cố định nhmáy xách tay, PDA,…

3.2 Các chuẩn của Công nghệ Wimax

3.2.1 Chuẩn IEEE 802.16

Đây là phiên bản đầu tiên đợc phát triển và hoàn thành vào tháng 12 năm

2001 Với phiên bản này, dải phổ đợc đăng kí từ 10-66 GHz với ứng dụng chomạng Backhaul Tuy nhiên, hạn chế của IEEE 802.16 đó là việc chỉ sử dụngtrong điều kiện kênh truyền là ánh sáng truyền thẳng LOS Với kênh truyền ởtần số 28 GHz thì tốc độ truyền là 32-134 Mbps

Chuẩn IEEE 802.16 sử dụng phơng pháp điều chế QPSK, 16 QAM và 64QAM Một hạn chế nữa của chuẩn này đó là việc truy nhập chỉ có thể thực hiện

đợc ở các thiết bị cố định vì vậy không đáp ứng hết đợc nhu cầu của ngời sửdụng Tần số của kênh truyền thờng là 20 GHz, 25 GHz và 28GHz, và bán kínhmột ô tế bào là từ 1 đến 3 dặm

Đây cũng là phiên bản đầu tiên chỉ ra đợc giao diện không gian và lớpgiao thức điều khiển môi trờng truy nhập MAC và lớp vật lý PHY cho mạngkhông dây diện rộng WMAN Với phiên bản này cung cấp cho các hộ dân c haycác công ty, xí nghiệp một dung lợng đờng truyền không dây cao khi truyền tínhiệu là giọng nói hay dữ liệu Đây là phiên bản đầu tiên đợc sử dụng cho truynhập không dây cố định với độ rộng băng thông cao hơn hầu hết các mạng tếbào khác Trong một tơng lai gần, mạng đợc ứng dụng các chuẩn IEEE 802.16

sẽ thay thế hầu hết các mạng truy nhập dùng dây nh đờng truyền cáp quang, hệthống sử dụng Modem dùng cáp đồng trục và đờng truyền thuê bao số DSL Bởivì hệ thống mạng không dây có khả năng chứa địa chỉ của cả một vùng địa lírộng lớn và không đòi hỏi nhiều về chi phí cho cơ sở hạ tầng khi phải kết nối

đến một vị trí Anten nào đó Hệ thống mạng không dây băng thông rộng sẽ đợc

sử dụng rộng rãi trong vài năm tới và sự phát triển của nó sẽ mở ra một hớngmới cho các nghành công nghiệp

3.2.2 Chuẩn IEEE 802.16a/ReVd (IEEE 802.16-2004)

Phiên bản tiếp theo của Wimax đó là chuẩn 802.16 a/ReVd (hay còn gọi

là chuẩn IEEE 802.16-2004 ) Thực chất đây là phiên bản đợc ghép lại giữaIEEE 802.16a (hoàn thành vào tháng 1 năm 2003) và phiên bản IEEE802.16ReVd (đợc hoàn thành vào tháng 6 năm 2004), tuy nhiên sự khác nhaugiữa hai phiên bản này là không đáng kể Phiên bản mới này cung cấp cho takhả năng truy cập băng thông rộng không dây ở đầu cuối giữa ngời sử dụng và

điểm kết nối với những tính năng hoàn thiện hơn phiên bản trớc Chuẩn IEEE

802.16-2004 đợc thiết kế cho hệ thống vận hành ở dải tần từ 2-11 GHz Phiênbản mới này cung cấp cho chúng ta khả năng truyền tín hiệu trong môi trờng

ánh sáng không truyền thẳng NLOS ở những tần số thấp Điều này khiến chophiên bản này trở thành một công nghệ sáng giá dành cho các ứng dụng kết nối

đầu cuối là các ứng dụng mà hay bị ảnh hởng của vật cản nh cây cối, nhà cửa,cũng nh dành cho các trạm gốc chỉ đợc gắn trong nhà mà không gắn đợc trên

đỉnh núi hay đỉnh tháp Tuy đây vẫn là công nghệ dùng cho mạng không dây vớicác thiết bị cố định nhng khoảng cách truyền có thể lên đến 30-51 dặm (48,3-82,11 km) và sử dụng mô hình mạng là truyền điểm-đa điểm và mô hình mạngmắt lới (Mesh) Chuẩn này sử dụng dải tần đợc cấp phép quốc tế là 3.5 GHz và10.5 GHz và dải tần không đợc cấp phép là 2.4 GHz và 5.725-5.825 GHz

ứng dụng cho chuẩn này đó là mạng không dây DSL và đờng Backhaulvới tỉ lệ bit truyền có thể đạt tới 75 Mbps ở kênh truyền có tần số 20 MHz.Chuẩn này sử dụng phơng pháp điều chế OFDM 256 sóng mang thành phần,QPSK, 26 QAM và 64 QAM Tần số sử dụng của kênh truyền có thể lựa chọn từ1.5 GHz đến 20 GHz và bán kính một ô tế bào là từ 4-6 dặm

Với những tính năng đó, chuẩn 802.16a/ReVd có một số ứng dụng nh để

hỗ trợ cho mô hình kinh doanh có lợi nhuận, các nhà khai thác và cung cấp dịch

vụ cần phải duy trì một hỗn hợp khách hàng là doanh nghiệp, tạo doanh thu cao

và số lợng lớn các thuê bao cá nhân Các hệ thống của chuẩn 802.16a/ReVd cóthể đáp ứng đợc yêu cầu này bằng cách hỗ trợ nhiều cấp dịch vụ đặc biệt Ví dụmột trạm gốc có thể hỗ trợ đồng thời cho 60 doanh nghiệp có kết nối luồng E1

và hàng trăm hộ gia đình dùng kết nối thuê bao số

Với việc bán kính phủ sóng của một điểm phát 802.16a điển hình có thể

xa từ 4 đến 6 dặm, chuẩn mới này sẽ giúp cho nghành viễn thông tạo ra giảipháp chung cho các kiểu thị trờng băng thông rộng sau:

- Băng thông theo yêu cầu: Công nghệ không dây 802.16a/ReVd chophép các nhà cung cấp dịch vụ triển khai đợc dịch vụ có tốc độ truyền tơng đơngvới việc sử dụng kết nối giải pháp kết nối dây chỉ trong vài ngày với chi phí cựcthấp Nó cũng cho phép cấu hình tức thời (theo yêu cầu) kết nối tốc độ cao dùngcho các sự kiện ngắn ngày nh hội chợ hay triển lãm, các đại hội

- Trục nhánh của mạng tế bào: Băng thông lớn của công nghệ 802.16khiến nó trở thành sự lựa chọn tuyệt vời để tải dữ liệu trục nhánh cho các trạmgốc của mạng tế bào theo cấu hình mạng nối điểm - đa điểm

- Băng thông rộng cho gia đình: Lấp đầy khoảng trống kết nối mà thuêbao số và mạng cáp không cung cấp dịch vụ đợc Có nhiều giới hạn ngăn cản

công nghệ thuê bao số và mạng cáp tiếp cận tới ngời dùng băng thông rộng tiềmnăng Điều này sẽ thay đổi nhờ việc tung ra các hệ thống dựa trên chuẩn802.16a/ReVd.

- Các khu vực thiếu dịch vụ: Công nghệ internet không dây dựa trên côngnghệ IEEE 802.16 là một sự lựa chọn tự nhiên cho khu vực nông thôn thiếu dịch

vụ và khu vực ngoại ô có mật độ dân số thấp

- Dịch vụ không dây kết nối tốt nhất: Chuẩn 802.16e là chuẩn mở rộngcủa 802.16a giới thiệu khả năng di động cho phép ngời sử dụng kết nối khi đang

di chuyển ngoài khu vực nhà ở của mình

Với các giải pháp trên thì thời gian và giá thành cho việc lắp đặt cho dịch

vụ này là rất nhanh và rẻ Hiện nay một nhà cung cấp dịch vụ phải mất đến 3tháng hoặc hơn để chuẩn bị một luồng E1 cho một khách hàng doanh nghiệp cóvăn phòng đặt trong những tòa nhà cha có dịch vụ này Với công nghệ băngthông rộng không dây 802.16 cũng nhà cung cấp dịch vụ đó chỉ cần vài ngày đểchuẩn bị cho một truy nhập mạng có tốc độ tơng đơng E1 với chi phí chỉ bằngmột phần nhỏ so với trớc đây Với khả năng này, một nhà cung cấp dịch vụ cóthể chào hàng các kết nối với tốc độ tùy theo yêu cầu cho các hội nghị, hội thảo,triển lãm phục vụ hàng ngàn ngời sử dụng kết nối thông qua điểm kết nối802.11, hoặc phục vụ các loại hình kinh doanh hay phải thay đổi địa điểm nhcác công trờng xây dựng

3.2.3 Chuẩn IEEE 802.16e

Đây là chuẩn mới nhất của công nghệ không dây Wimax và có rất nhiềutính năng mới đáp ứng đợc nhu cầu về truy nhập internet băng thông rộng vớitốc độ cao và có khả năng di động Đây là chuẩn mở rộng của chuẩn 802.16 -

2004 và đã đợc triển khai vào năm 2006 Với phiên bản này dải tần hoạt động làkhá thấp và chỉ còn trong khoảng từ 2-6 GHz và ứng dụng cho việc truy nhậpinternet di động Chuẩn này cũng có thể truyền tín hiệu trong môi trờng NLOSvới tỷ lệ bít truyền lên đến 20Mbps ở kênh truyền có tần số 5MHz Việc cóthêm tính năng di động nên chuẩn này đòi hỏi phải có những phơng án mới vềphần cứng và phần mềm để có thể sử dụng đợc

Chuẩn 802.16e có khả năng hỗ trợ cho máy xách tay và di động truyềngiọng nói và dữ liệu khi ngồi trong một phơng tiện đang di chuyển với vận tốc120Km/h Phiên bản mới này sử dụng phơng pháp điều chế là S-OFDM vàOFDMA trong cả 2 đờng hớng xuống và hớng lên với bán kính ô tế bào từ 1 đến

3 dặm Vì cự ly giữa thuê bao với trạm gốc BS hoặc điểm truy cập AP là khá xa,

và cũng vì thuê bao có thể di động trên một phơng tiện nào đó nên tiêu chuẩn

802.16e phải chú ý đến điều kiện truyền tín hiệu từ thuê bao đến trạm gốc vớimức công suất nhất định Với độ nhạy(về công suất) nhất định, các máy PChoặc thiết bị cầm tay, thờng không thể truyền đến một trạm gốc trên một cự lydài nếu băng thông kênh rộng khác với tiêu chuẩn 802.11, băng thông bị cố

định ở 20 MHz Tiêu chuẩn 802.16e của Wimax dùng băng thông mềm dẻo cógiới hạn thấp nhất là 1,5MHz để có thể truyền tín hiệu trên cự ly xa

Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 và IEEE 802.16e dùng băng thông mềmdẻo giữa 1.5 và 20 MHz để việc truyền tín hiệu trên cự ly xa thuận lợi trong điềukiện độ nhạy thấp Hơn nữa, tính mềm dẻo của băng thông cũng làm cho việcquy hoạch tế bào đơn giản hơn Ví dụ, một ngời dùng có thể có phổ làm việc 14MHz có thể chia phổ làm 4 sector 3,5 MHz (mỗi BS có 6 sector) để có thể nhậnsector (đôi thu/phát) trên cùng một trạm Với một Anten đã cho, mỗi sector cóthể truyền tới các thuê bao với thông lợng lớn hơn Anten đẳng hớng Băng thôngmềm dẻo tạo thuận lợi cho quy hoạch tế bào trong mạng

3.3 Ưu điểm của Wimax

Thông lợng: với việc sử dụng các mô hình điều chế hết sức linh hoạt vàmạnh mẽ, Wimax có thể cung cấp thông lợng cao trong một phạm vi bao phủrộng Các mô hình điều chế thích ứng động cho phép các BS cân bằng giữathông lợng và khoảng cách Ví dụ, giả dụ nh lúc này đang sử dụng mô hình điềuchế 64 QAM, nếu với mô hình này, một BS không thể thiết lập một liên kếtmạnh, tức mà liên kết mà trên đó có thể thực hiện đợc việc truyền dữ liệu ở mộtmức tối thiểu có thể chấp nhận đợc, tới một thuê bao ở một khoảng cách nào đó,thì mô hình điều chế 16 QAM hoặc QPSK sẽ đợc sử dụng, đồng nghĩa với tốc

độ giảm đi nhng khoảng cách xa hơn Thông lợng lớn nhất trong Wimax có thể

đạt đợc là khoảng 70 Mbps trong điều kiện truyền tốt

Khả năng mở rộng: Để thực hiện dễ dàng việc triển khai (cell planning) ởcả giải tần cấp phép (licensed band) và dải tần miễn phí (license-exempt),802.16 cung cấp một cách linh hoạt các băng thông kênh truyền Ví dụ, nếu mộtnhà điều hành đợc đăng kí 20 MHz tần phổ, nhà điều hành đó có thể chia làmhai sector, mỗi sector 10 MHz, hoặc 4 sector, mỗi sector là 5 MHz, điều này uviệt hơn hẳn so với một số mạng băng rộng khác có độ rộng kênh cố định nhWi-fi Bằng việc tập trung công suất, nhà điều hành vẫn có thể đảm bảo đợcchất lợng, phạm vi bao phủ cũng nh phần nào thông lợng Để mở rộng mạng,vùng bao phủ, họ có thể sử dụng lại tần số

Phạm vi bao phủ: Để hỗ trợ một cách mạnh mẽ và linh hoạt các mô hình

điều chế, Wimax cũng cung cấp các công nghệ làm tăng phạm vi bao phủ, baogồm kỹ thuật Mesh topology và Anten thông minh (smart-antenna)

Chất lợng dịch vụ (QoS): Khả năng cung cấp dịch vụ giọng nói là đặc biệtquan trọng, nhất là trong môi trờng toàn cầu nh hiện nay Chính vì vậy Wimaxcung cấp các thành phần đảm bảo QoS cho phép triển khai các dịch vụ voice,video với độ trễ thấp Tính năng request/grant trong lớp MAC của 802.16 chophép một nhà điều hành có thể cung cấp đồng thời các dịch vụ với độ đảm bảokhác nhau nh dịch vụ E1 hoặc best-effort, giống nh trong mạng dùng cáp

Bảo mật: Tính năng bảo mật đợc tích hợp sẵn trong 802.16 cung cấp mộtcơ chế truyền thông tin cậy và an toàn 802.16 định nghĩa riêng một lớp con chobảo mật thuộc lớp MAC gọi là Secure-Sublayer

CHƯƠNG 4: CáC Kĩ THUậT Sử DụNG TRONG Wimax

4.1 Băng tần cơ bản đợc sử dụng trong công nghệ Wimax

Băng tần phải đăng kí 10 GHz – 66GHz: Băng tần này cung cấp một

ph-ơng tiện truyền dẫn mà ở đó tần số cao, bớc sóng ngắn, yêu cầu là giữa trạm thu

và trạm phát phải ở trong tầm nhìn thẳng (LOS) do hiệu ứng đa đờng ảnh hởng

đáng kể tới việc truyền dẫn ở trong băng tần này, độ rộng kênh truyền thôngthờng là 25 MHz hoặc 28 MHz Với tốc độ truyền dẫn lí thuyết là 120 Mbps,môi trờng này khá thích hợp cho truyền thông PMP từ các ứng dụng SOHO tớicác ứng dụng văn phòng lớn (trung tâm) Mô hình điều chế đơn sóng mang đợc

sử dụng ở trong băng tần này

Băng tần 2-11 GHz: Băng tần này gồm cả các dải tần đợc cấp phép vàkhông đợc cấp phép Nó là phơng tiện truyền dẫn mà ở đó tần số thấp hơn, có b-

ớc sóng dài hơn ở trong băng tần này LOS là không thực sự cần thiết, các hiệuứng truyền sóng không trong tầm nhìn thẳng (NLOS) có thể khắc phục đợc Ng-

ời ta sử dụng băng tần này với mục đích cung cấp các ứng dụng NLOS, có nghĩa

là một loạt các kĩ thuật sẽ đợc bổ sung để đạt đợc kết quả này

Với băng tần từ 2-6 GHz của chuẩn IEEE 802.16e của Wimax dành chocác thiết bị có khả năng di động thì các thiết bị phải tích hợp các kĩ thuật làmcho nó có khả năng truy nhập đợc trong khi đang di chuyển

4.2 Lớp MAC và lớp PHY của mô hình tham chiếu

Hình vẽ dới đây mô tả các phân lớp trong hai lớp MAC và PHY

Cũng giống nh các bộ chuẩn khác họ 802 của IEEE , 802.16 chỉ tập trungvào việc mô tả và chuẩn hóa hai lớp liên kết dữ liệu (Datalink Layer) và lớp vật

lý (Physical Layer) trong mô hình OSI

Lớp con hội tụ CS

Service-Specific Convergence Layer

Lớp MAC Lớp MAC CPS

MAC Common part Layer Lớp con bảo mật Security Sublayer

Lớp PHY Lớp vật lý

PHY

Hình 4-1: Lớp MAC và lớp PHY 4.2.1.Lớp MAC

Điều quan trọng đối với lớp MAC đó là việc quản lý tài nguyên dữ liệutrên đờng truyền không gian theo một phơng pháp có hiệu quả nhất Mỗi mộtmạng không dây muốn hoạt động đợc trong môi trờng chia sẻ thông tin thì phải

có một thiết bị dùng để điều khiển quá trình truy nhập của một đơn vị thuê bao

đến môi trờng chia sẻ thông tin chung Với lớp MAC của chuẩn IEEE 802.16

đ-ợc thiết kế theo giao thức đờng - đa đờng Nó đđ-ợc thiết kế cho những ứng dụng

đòi hỏi tỉ lệ truyền dữ liệu cao với những yêu cầu về chất lợng dịch vụ (QoS)khác nhau Những thuật toán phân phối tín hiệu và độ rộng băng thông đợc thiết

kế để cung cấp hàng trăm thiết bị cuối cho mỗi kênh truyền Chuẩn này chophép mỗi thiết bị đầu cuối lại chia sẻ thông tin cho những ngời dùng cuối cùng.Những dịch vụ đợc yêu cầu bởi ngời dùng cuối cùng này có thể đợc thay đổitrong phạm vi băng thông của họ và có độ trễ cho phép Điều này đòi hỏi lớpgiao thức MAC phải có tính mềm dẻo và có hiệu quả trên một dải rộng của môhình truyền dữ liệu khác Hệ thống đợc thiết kế dựa trên sự kế thừa của phơngthức truyền giọng nói và dữ liệu phân chia theo thời gian (TDM), giao thức kếtnối internet (IP) và truyền giọng nói qua IP (VoIP)

Lớp MAC mô tả trong 802.16 bao gồm ba lớp con (Sublayer) : lớp conhội tụ (CS), lớp con MAC (CPS) và lớp con bảo mật Lớp CS cung cấp bất cứviệc chuyển đổi hoặc ánh xạ từ các mạng mở rộng khác nh ATM, Ethernet,thông qua một điểm truy nhập dịch vụ SAP Chính xác hơn, lớp này làm nhiệm

Điểm truy nhập CS-SAP

Điểm truy nhập PHY SAP

Điểm truy nhập MAC SAP

vụ chuyển đổi các gói tin từ các định dạng của mạng khác thành các gói tin địnhdạng theo 802.16 và chuyển xuống cho lớp CPS Cũng tại đây sẽ diễn ra sự phânlớp dịch vụ của các mạng ngoài để ánh xạ vào một dịch vụ thích hợp trong802.16

Lớp CPS cung cấp các chức năng chính của lớp MAC, đó là các chứcnăng nh truy nhập, phân bố băng thông, thiết lập, quản lý kết nối Nó sẽ nhận dữliệu từ các CS khác nhau để phân lớp vào một kết nối MAC riêng Chất lợngdịch vụ cũng sẽ đợc áp dụng trong việc truyền và sắp xếp dữ liệu

Lớp con bảo mật cung cấp các cơ chế chứng thực, trao đổi khóa và mãkhóa Những yêu cầu về độ rộng băng thông và thiết bị tiêu chuẩn đợc thiết kế

có hiệu quả cao và có khả năng tự sửa lỗi Hệ thống truy nhập sử dụng chuẩn802.16 sẽ không mất đi hiệu quả khi áp dụng vào sự đa liên kết hoặc các mức đadịch vụ khác nhau của mỗi thiết bị đầu cuối và một số lợng lớn những ngời dùng

đợc cấp phép liên kết với nhau Nó mang lại những thuận lợi rất lớn khi có sựthay đổi về yêu cầu của những thiết bị máy móc, làm cân bằng sự ổn định củanhững truy nhập không kết nối ( Connection - less) với hiệu quả của phơng pháptruy cập có kết nối (Connection Oriented) Với lớp MAC của chuẩn 802.16 -

2004 có một chút khác so với chuẩn IEEE 802.16 Lớp MAC của chuẩn802.16a/ReVd có hỗ trợ thêm truy nhập băng thông theo cấu trúc của mạng mắtlới MESH

4.2.1.1 Lớp con hội tụ CS

Lớp con hội tụ CS nằm ở trên đỉnh của lớp MAC và thi hành một số cácchức năng nh nhận các PUD từ lớp cao hơn, phân lớp dịch vụ các PUD đó, tùytheo các dịch vụ mà xử lý các PUD, phân phối các PUD này xuống lớp conMAC thông qua một điểm SAP thích hợp

Tuy nhiên, nhiệm vụ chính của lớp này là phân loại các đơn vị dịch vụ dữliệu SDU, ánh xạ nó vào một kết nối MAC phù hợp, tức là vào một CID, đảmbảo cho việc xử lý QoS Để đảm bảo thực hiện đợc điều này, lớp CS có thể sửdụng các thuật toán tinh vi để ánh xạ hoặc cũng có thể thêm, thay đổi tiêu đềmỗi gói tin của lớp trên để xử lý Hiện tại chỉ có hai định nghĩa đợc cung cấptrong 802.16: ATM CS và packet CS ATM CS đợc định nghĩa cho các dịch vụATM còn packet CS đợc định nghĩa cho các dịch vụ gói nh Ipv4, Ipv6, Ethernet,VLAN,…

4.2.1.2 Lớp con MCPS

Sự trao đổi giữa các BS và SS trong một vùng thờng có mấy dạng kiếntrúc là P2P, PMP và Mesh Kiến trúc P2P xảy ra khi chỉ có một BS và một SS,

các kết nối xảy ra giữa từng cặp BS,SS Kiến trúc PMP là sẽ có một kết nối giữamột BS với nhiều SS khác nhau So với P2P thì PMP có khả năng phục vụ caohơn, hiệu suất tốt nhng phạm vi bao phủ thờng hẹp hơn nhiều Kiến trúc PMPtrong triển khai thờng đợc tổ chức thành các vùng ( sector) và nó hỗ trợ tốt trongtruyền thông multicast.

Lúc đầu thiết kế cha có kiến trúc Mesh, sau này khi có thêm thiết kế bổsung 802.16a, kiến trúc Mesh đã đợc thêm vào Kiến trúc Mesh là kiến trúc màbao giờ cũng có một đờng liên kết giữa hai điểm bất kỳ

Đối với PMP, sẽ có một BS làm trung tâm, làm nhiệm vụ phục vụ và quản

lý đồng thời nhiều SS khác nhau trong một vùng Tại đờng xuống, thông thờngtoàn bộ dữ liệu sẽ đợc phát quảng bá SS phân tích và kiểm tra xem dữ liệu nàotrong số đó đợc gửi tới mình để thu nhận, tức là SS sẽ kiểm tra đờng CID trongMAC PDU, nó sẽ chỉ chấp nhận xử lý những PDU có CID thích hợp Tại đờnglên việc truyền của SS sẽ tùy vào lớp dịch vụ mà nó đăng ký

Sự khác biệt chủ yếu giữa kiến trúc mạng PMP và Mesh là ở trong PMP,dữ liệu chỉ đợc truyền giữa BS và SS còn trong Mesh thì dữ liệu có thể đợctruyền giữa các SS với nhau Với Mesh, một mạng (trong một vùng) sẽ chỉ cómột kết nối trực tiếp với vùng khác, trạm làm nhiệm vụ này đợc gọi là Mesh BS.Còn tất cả các trạm khác đều gọi chung là Mesh SS và thông thờng đợc gọi làcác nút Trong Mesh có khái niệm Neighbour, Neighbourhood, và Extended-Neighbourhood Neighbour của một nút là một nút có kết nối có kết nối trựctiếp vào nút đó Neighbourhood của một nút là tập hợp các nút có kết nối trựctiếp vào nút đó Extended-Neighbourhood tính thêm cả Neighbourhood của cácNeighbour

Mặc dù 802.16 hỗ trợ cả 3 kiểu kiến trúc trên nhng PMP là kiến trúc đợcquan tâm nhất Kiến trúc này có một BS làm trung tâm sẽ cung cấp kết nối chonhiều SS Trên đờng xuống (downlink) , dữ liệu đa tới SS đợc hợp kênh theokiểu TDM Các SS chia sẽ đờng lên theo dạng TDMA

4.2.1.3 Chất lợng dịch vụ trong Wimax

Mạng băng thông rộng là nơi cung cấp rất nhiều loại dịch vụ với các yêucầu khác nhau Vì thế mà QoS chính là một vấn đề cơ bản đối với các mạngbăng rộng So với các mạng băng rộng không dây khác, u điểm lớn của 802.16

là nó hỗ trợ rất tốt vấn đề QoS Một loạt các tính năng đảm bảo cơ chế QoS chocác loại dịch vụ khác nhau gồm các âm thanh, hình ảnh, 802.16 cho phép cácnhà cung cấp dịch vụ quản lí đợc lu lợng đối với từng thuê bao, dựa vào các thỏathuận đã cam kết

Chất lợng dịch vụ trong 802.16 phụ thuộc vào ba yếu tố sau:

* Giao thức MAC trong 802.16 hoạt động hớng kết nối oriented)

(connection-Mỗi một gói tin trong 802.16 đều đợc đa vào một kết nối cụ thể, kết nốinày là kết nối ảo, đợc xác định bởi tham số CID Việc tạo nên các kết nối ảo nàykhiển các gói tin đợc gửi đi một cách hiệu quả và nhanh chóng Nó giống nh cácmạch ảo trong ATM

* Cơ chế cấp phát băng thông Request/Grant

Cơ chế cấp phát băng thông Request/Grant làm tăng hiệu quả sử dụngbăng thông của hệ thống, đặc biệt là các hệ thống mà có nhiều thuê bao

* Phân loại dịch vụ

Giống nh mọi hệ thống hỗ trợ tốt QoS khác, việc phân loại dịch vụ cũng

là điểm cốt lõi trong việc đảm bảo QoS của hệ thống 802.16 Cơ chế hoạt độngchủ yếu để cung cấp QoS trong 802.16 là đa các gói tin khác nhau vào các dịch

vụ khác nhau, các dịch vụ này đợc xác định bởi chỉ định bởi CID 802.16 phânloại các luồng dữ liệu với yêu cầu QoS khác nhau vào các kêt nối khác nhau.Mỗi kết nối sẽ thuộc một loại dịch vụ và mỗi dịch vụ lại có các tham số QoSkhác nhau

Luồng dịch vụ (Service Flow) là luồng dữ liệu của một kết nối mà gắnkèm với những đặc tả QoS riêng nh độ trễ, thông lợng,…Đợc chỉ định duy nhấtbởi một tham số SFID (Service Flow Identifier) có độ dài 32 bit

Các luồng dịch vụ cũng sẽ đợc phân vào lớp dịch vụ Việc ánh xạ này cóthể thông qua một tham số nào đó Ví dụ ở đờng xuống, BS có thể sử dụng địachỉ MAC, IP hoặc ngay cả trờng QoS để phân lớp dịch vụ ở đờng lên, SS cúng

có thể dùng MAC, IP, cổng, VLANID,…Việc này nhằm tăng khả năng quản lícác luồng dịch vụ

Hình vẽ dới đây mô tả mô hình đối tợng QoS

Hình 4-2: Mối quan hệ giữa các thực thể QoS

Hình vẽ trên cho thấy, mỗi MAC PDU sẽ đợc ánh xạ vào một luồng dịch

vụ cụ thể nào đó xác định bằng tham số SFID Một luồng dịch vụ có thể gồm từ

0 tới n MAC PDU

Mỗi quan hệ giữa kết nối và luồng dịch vụ đợc giải thích nh sau: thôngthờng một luồng dịch vụ có thể đợc cung cấp nhng không nhất thiết là hoạt

động ngay Chính vì thế, chỉ khi luồng dịch vụ đó đợc coi là hoạt động thì nómới đợc ánh xạ vào một CID cụ thể

Các lớp dịch vụ là một lựa chọn, điều đó có nghĩa là có thể có các lớpdịch vụ, cũng có thể không Nếu có lớp dịch vụ thì một lớp có thể 0 tới n luồngdịch vụ

802.16 cung cấp bốn loại dịch vụ khác nhau là UGS, rtPS, nrtPS và BEUGS đợc thiết kế cho các luồng dữ liệu thời gian thực có chiều dài cố

định nh các luồng T1/E1 hoặc VoIP Các gói tin đợc phát đi đều đặn theo chukì Đặc điểm của loại dịch vụ này là dữ liệu loại này có tốc độ cao, độ ổn địnhlớn Nó loại bỏ những phần tiêu đề không cần thiết, độ trễ đợc đảm bảo Cơ chếcấp phát băng thông là không cần thiết

RtPS đợc thiết kế cũng cho các luồng dữ liệu thời gian thực nhng các góitin có chiều dài thay đổi nh MPEG video Loại dịch vụ này dữ liệu có tốc độlớn, độ u tiên, độ ổn định cao Do kích thớc gói tin thay đổi nên cơ chế cấp phátbăng thông là cần thiết đối với dịch vụ này

NrtPS đợc thiết kế cho các luồng dữ liệu có chiều dài thay đổi mà khả năngchịu đợc độ trễ cao, tốc độ nhỏ Nó đặc biệt thích hợp cho các dịch vụ dữ liệu cơbản nh FPT, mail Dịch vụ này cũng cần sử dụng cơ chế cấp phát băng thông

Các tham số của luồng

Kết nối ( Connection) CID

Tham số QoS

Lớp dịch vụ (Service Class)

Tên lớp dịch vụ Tham số QoS

Cuối cùng, BE đợc thiết kế cho các luồng dữ liệu mà không có yêu cầu cụthể về chất lợng dịch vụ, dữ liệu luôn đợc truyền trong khả năng tốt nhất có thể.

Có một tập hợp có tham số liên quan tới chất lợng dịch vụ trên bao gồmtốc độ duy trì lớn nhất MSR, tốc độ dữ trữ nhỏ nhất MRR, độ trễ lớn nhất, độ utiên Mức độ của các tham số này sẽ đợc thiêt lập tùy thuộc vào từng dịch vụ cụthể

Tham số MRR giống nh một sự đảm bảo về mặt tốc độ, trong khi tham sốMSR là giới hạn lớn nhất của tốc độ, hai tham số này đơn vị đều là bps Ví dụnếu một nhà cung cấp dịch vụ cung cấp dịch vụ mới MRR là 1.544Mbps, họ cóthể thiết lập MSR gấp đôi tốc độ đó và đảm bảo các gói tin đợc đảm bảo về độtrễ, độ u tiên nh thỏa thuận Nếu ngời dùng cố gắng truyền với tốc độ lớn hơn1.544Mbps, nhà cung cấp dịch vụ vẫn sẽ cho phép truyền nhng lớn nhất chỉ cóthể là MSR, tức 3.088Mbps Điều này có nghĩa là có hai mức băng thông, mứcMRR là mức mà nhà cung cấp phải đảm bảo cho thuê bao, Còn mức MSR đợcgọi là mức best-effort, tức là nhà cung cấp vẫn sẽ cố gắng cung cấp cho thuê baolợng băng thông lớn nhất có thể nằm trong khoảng từ MRR đến MSR Điều nàycũng liên quan tới việc lập kế hoạch quản lí băng thông, trong đó tổng số MRRtrong mạng không đợc vợt quá khả năng của toàn mạng

4.2.1.4 Lớp bảo mật trong Wimax

Khác với các chuẩn không dây băng thông rộng khác, 802.16 thiết kế hẳnmột lớp con bảo mật, lớp này làm cung cấp các cơ chế điều khiển truy nhập tincậy, đảm bảo an toàn cho dữ liệu trên đờng truyền 802.16 chống lại việc truycập trái phép các dịch vụ bằng việc mã hóa các luồng dịch vụ Nó có các giaothức quản lí khóa tại BS để thực hiện chứng thực và cấp phát các khóa tới SS cầnthiết Trong quá trình thơng lợng về bảo mật giữa SS và BS, nếu một SS khôngcung cấp các cơ chế bảo mật của 802.16 thì các bớc chứng thực và cấp phátkhóa sẽ đợc bỏ qua BS nếu chấp nhận điều đó thì vẫn sẽ cho phép SS đợc truyềndữ liệu, ngợc lại BS sẽ không cho phép Chỉ có hai loại kết nối đợc bảo vệ trong802.16 là các kết nối vận chuyển và kết nối thứ cấp Các kết nối quản lí, điềukhiển khác không cần phải bảo vệ

Trong bảo mật 802.16 có hai loại giao thức chính

Giao thức làm nhiệm vụ xử lí đóng gói, mã hóa: giao thức này làm cácnhiệm vụ nh: định nghĩa hệ thống mã hóa, kết hợp giữa mã hóa dữ liệu và chứngthực, xử lí các MAC PDU

Một giao thức quản lí khóa gọi là PKM cung cấp cơ chế phân phối khóa

từ BS tới SS Thông qua giao thức này, BS và SS có thể đồng bộ khóa với nhau

BS sử dụng giao thức này để thi hành các điều kiện truy nhập vào mạng

a Security Association (SA)

SA là tập hợp các thông tin dùng chia sẻ giứa BS và SS nhằm đảm bảotính an toàn trong trao đổi SA làm nhiệm vụ duy trì trạng thái bảo mật của mộtkết nối Có hai loại SA là SA cho dữ liệu (DSA) và SA cho chứng thực (ASA)nhng 802.16 chỉ định nghĩa DSA, loại SA đợc dùng để bảo vệ các kết nốichuyển vận giữa các SS và BS Có ba loại DSA là loại DSA chính, loại DSA tĩnh

và loại DSA động DSA chính đợc thiết lập trong suốt quá trình khởi tạo DSAtĩnh đợc cấu hình sẵn trên BS, DSA động đợc đặt tùy vào các kết nối Cả DSAtĩnh và DSA động đều có thể đợc sử dụng bởi nhiều SS

DSA bao gồm các dữ liệu sau:

- SAID đợc dùng để chỉ định tới SA, SAID có độ dài 16 bit Giá trị SAIDcủa DSA chính sẽ bằng với CID của kết nối cơ bản

- Thuật toán dùng để trao đổi dữ liệu.Ví dụ nh DES

- Hai khóa TEK để mã hóa dữ liệu: một để sử dụng, một để dự phòng

- Một chỉ số của TEK

- Một tham số về thời gian sử dụng của TEK, giá trị mặc định là nửangày, giá trị nhỏ nhất là 30 phút và lớn nhất là 7 ngày

- Một IV 64 bit cho TEK

- Một tham số chỉ định loại SA

Để bảo mật một kết nối chuyển vận, SS trớc hết phải khởi tạo ra mộtDSA Nhiều kết nối có thể chia sẻ cùng chung SA, khả năng này dùng để cungcấp các dịch vụ multicast Ngay sau khi SS tham gia vào mạng, một SA cũng sẽ

đợc tạo ra trên kết nối thứ cấp Nh vậy, SS thông thờng sẽ có hai hoặc ba SA:một SA cho kết nối thứ cấp, một SA cho kết nối chuyển vận đờng lên, và một

SA cho kết nối chuyển vận đờng xuống

Có một số quy tắc ánh xạ một kết nối vào các DSA

- Tất cả các kết nối chuyển vận sẽ đợc ánh xạ vào một DSA đã đợc côngnhận

- Các kết nối multicast có thể đợc ánh xạ vào bất cứ DSA tĩnh hoặc động nào

- Các kết nối thứ cấp sẽ đợc ánh xạ vào DSA chính

DES là thuật toán mã hóa đối xứng đợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay và

nó cũng đợc sử dụng trong 802.16 Mã hóa trong 802.16 gồm mã hóa khóa TEK

và mã hóa các luồng dữ liệu

TEK đợc mã hóa và giải mã bởi thuật toán 3-DES và khóa KEK 3-DESthực chất vẫn là DES nhng đợc cải tiến thêm bằng cách mã hóa ba lần nhằmtăng tính bảo mật cho khóa TEK

Đối với dữ liệu, thuật toán đợc sử dụng là DES DES sử dụng TEK làkhóa để mã hóa các tải của MAC PDU

Hình 4-3: Mối quan hệ giữa tải trớc khi mã hóa và sau khi mã hõa

Hình trên thể hiện tải trớc khi mã hóa và sau khi mã hóa Hai trờng đợcthêm vào sau khi mã hóa là PN (Packet Number) và ICV (Integrity CheckValue) PN là giá trị có độ dài 4 byte, cũng coi nh chỉ số của MAC PDU đợc mãhóa Giá trị này kết hợp với TEK để tạo thành một cặp giá trị (PN, TEK) duynhất trong toàn bộ phiên truyền Khi TEK đợc khởi tạo, PN sẽ bắt đầu từ giá trị

0, và PN tăng dần lên theo từng MAC PDU Khi PN đạt giá trị lớn nhất là0x7FFFFFFF, TEK sẽ đợc khởi tạo lại một giá trị mới ICV là trờng 8 byte để

đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu của tải

Hình dới đây minh họa quá trình mã hóa trong 802.16

Tải gốc ( plaintext) CRC