Công nghệ wimax dùng cho thiết bị di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ WIMAX DÙNG CHO CÁC THIẾT BỊ DI ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 60.52.70 TRẦN GIA KIM NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS TS HỒ ANH TÚY HÀ NỘI 2007 MụC LụC MụC LụC DANH MụC CáC Ký HIệU, CáC CHữ viết tắt DANH MụC CáC BảNG DANH MụC CáC HìNH Vẽ, Đồ THị Lời nói đầu 11 CHƯƠNG CƠ Sở Lý THUYếT CÔNG NGHệ WIMAX 13 1.1 Tổng quan WiMAX 13 1.2 Cấu trúc mạng Wimax 20 1.2.1 Lớp vật lý 21 1.2.2 Lớp MAC 28 CHƯƠNG Bảo mật mạng WiMAX 32 2.1 Khái niệm bảo mật mạng 32 2.2 Phân tích tính bảo mật mạng WiMAX 36 2.2.1 Tính bảo mật mạng chuẩn 802.11 38 2.2.2 Tính bảo mật mạng chuẩn 802.16 42 2.2.3 Các điểm yếu mạng WiMAX 50 2.3 Những cải tiến bảo mật mạng WiMAX 52 2.3.1 Xác thực hai chiều dựa public- key 53 2.3.2 Trao quyền dựa EAP PKM v2 55 2.3.3 Phân cấp khóa 56 CHƯƠNG Kết nối WiMAX với mạng di động 58 3.1 Giới thiệu 58 3.2 Mạng liên kết WiMAX 3GPP 59 3.2.1 Mơ hình kết nối WiMAX 3GPP 60 3.2.2 Các phần tử mạng 65 3.2.3 Các giao diện mạng 68 3.3 Liên kết mạng WiMAX UMTS 72 3.4 Kiến trúc liên mạng WiMAX- UMTS 75 CHƯƠNG ứng dụng công nghệ wimax Việt Nam 79 4.1 Giới thiệu 79 4.2 Các công ty tham gia triển khai 80 4.2.1 Tổng Công ty Truyền thông đa phương tiện - VTC 81 4.2.2 Cơng ty điện tốn Truyền số liệu VDC 89 4.3 Nhận định tình hình WiMAX Việt Nam 94 KếT LUậN Và KiếN NGHị 97 Tài liệu tham khảo 98 PHụ LụC 1: THÔNG Số Kỹ THUậT Và CHứC NĂNG thiết bị ZXBwA M35 100 PHụ LụC 2: DANH SáCH THIếT Bị CHO Dự áN THử NGHIệM WIMAX vdc 104 Tóm tắt luận văn 108 DANH MụC CáC Ký HIệU, CáC CHữ viết tắt 3G 3rd Generation (of Mobile networks) AAA Authentication, Authorization and Accounting ACR Access Control Router AES Advanced Encryption Standard AK Authorization Key AP Access Point APN Access Point Name ARQ Automatic Repeat Request ATM Asynchronous Transfer Mode BPSK Binary Phase Shift Keying BSIDU Base Station Indoor Unit BSIDU Base Station Outdoor Unit BS Base Station BWA Broadband Wireless Access CBC Cipher Block Chaining CCS Common Channel Signaling CDMA Code Division Multiple Access CID Connection Identify CPE Customer Premise Equipment CSMA/CA CSMA with Collision Avoidance DFS Dynamic Frequency Selection DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DNS Domain Name System EDGE Enhanced Data Rate for GSM Evolution FBWA Fixed Broadband Wireless Access FDD Frequency Division Duplex FSK Frequency Shift Keying GGSN Gateway GPRS Support Node GMH Generic MAC Header GPC Grant Per Connection GPRS General Packet Radio Service GPSS Grant per Subcriber Station GSM Global System for Mobile Communications HA Home Agent HEC Header Error Check Hiper -LAN High Performance LAN HLR Home Location Register HMAC Hashed Message Authentication Code HPLMN Home Public Land Mobile Network IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers IMS IP Multimedia Subsystem IP Internet Protocol ISM Industry Science Medicine ISO International Organization for Standardization LAN Local Area Network LLC Logical Link Control (layer) LOS Line-Of-Sight MAC Medium Access Control MAN Metropolitan Area Network MIMO Multiple-Input, Multiple-Output MPDU MAC Protocol Data Unit MSDU MAC Service Data Unit NLOS Non-Line-Of-Sight nrtPS non-real time Polling Service OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access PDA Personal Digital Assistance PDG Packet Data Gateway PDN Packet Data Network PDU Protocol Data Unit PHS Payload Header Suppression PHY Physical PKM Privacy Key Management PMP Point-to-multipoint PS Physical Slot PSK Phase Shift Keying PSS Portable Subcriber Station PSTN Public Switched Telephone Network PTP Point-to-point PVC Permanent Virtual Circuit QAM Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying RADIUS Remote Authentication Dial-in user service RAN Radio Access Network RAS Radio Access System RLC Radio Link Control RNC Radio Network Controller RNS Radio Network Subsystem rtPS real-time Polling Service SA Security Association SAP Service Access Point SDU Service Data Unit SGSN Serving GPRS Support Node SNMP Simple Network Management Protocol SOFDM Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing SPVC Soft Permanent Virtual Circuit SS Subscriber Station SVC Switched Virtual Circuit TCP Transmission Control Protocol TDD Time Division Duplexing TDES Triple Data Encryption Standard TDM Time Division Multiplexing TDMA Time Division Multiple Access TEK Traffic Encryption Key UE User Equipment UMTS Universal Mobile Telecommunication System UNI User-Network Interface UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network UWB Ultra Wireless Broadband VPLMN Visited Public Land Mobile Network WAG WiMAX Access Gateway WEP Wire Encryption Protocol WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access WLAN Wireless Local Area Network WMAN Wireless Metropolitan Area Network DANH MụC CáC BảNG Bảng 1.1: Đặc điểm chuẩn 802.16 18 Bảng 1.2: Đặc điểm số công nghệ không dây 20 Bảng 1.3: Độ dài khung vật lý 21 Bảng 1.4: Tốc độ baud độ rộng kênh 26 DANH MụC CáC HìNH Vẽ, Đồ THị Hình 1.1: Mơ hình mạng Wimax 14 Hình 1.2: Đặc điểm công nghệ WiMAX 14 Hình 1.3: Lịch sử phát triển chuẩn 802.16 16 Hình 1.4: Cấu trúc giao thức mạng WiMAX 21 Hình 1.5: Cấu trúc khung TDD 23 Hình 1.6: Cấu trúc khung hướng xuống 23 Hình 1.7: Cấu trúc khung hướng xuống FDD 24 Hình 1.8: Cấu trúc khung hướng lên 25 Hình 1.9: Sơ đồ khối chức lớp MAC 28 Hình 1.10: Quá trình mã hóa bảo mật Chuẩn 802.16 31 Hình 2.1: Dạng cơng thụ động 34 Hình 2.2: Dạng công chủ động 34 Hình 2.3: Dạng cơng trung gian 35 Hình 2.4: Tấn công thông điệp RES-CMD 43 Hình 2.5: Vị trí cơng cấu trúc khung TDD 52 Hình 3.1: Mơ hình kết nối Loose-coupling Tight-coupling 61 Hình 3.2: Kiến trúc mạng Non- roaming WiMAX-3GPP 62 Hình 3.3: Kiến trúc mạng roaming WiMAX-3GPP 63 Hình 3.4: Kiến trúc mạng WiMAX 74 Hình 3.5: Kiến trúc mạng UMTS 75 Hình 3.6: Kiến trúc liên mạng WiMAX-UMTS 77 Hình 4.1: u cầu thơng thiết bị 79 Hình 4.2: Hệ thống mạng Wimax VTC 84 Hình 4.3: Vị trí đặt thiết bị ZXBWA M35 86 Hình 4.4: Cấu trúc mạng Wimax 86 95 điều kiện có nhà cao tầng, bán kính 32 km khơng có vật cản Thơng lượng truy cập đạt từ Mb/giây đến Mb/giây di chuyển với tốc độ tối đa 100 km/giờ Lãnh đạo Bộ Bưu Viễn thơng cho biết chuẩn WiMAX mà Bộ cấp phép 802.16e, ứng dụng di động cố định Tuy nhiên, nhà cung cấp dịch vụ tỏ "rụt rè" nói khả thương mại hóa WiMAX Tất ngóng đợi giấy phép thức từ Bộ Bưu Viễn thơng Và vấn đề khơng thể khơng tính đến tốn cho công nghệ Nền tảng kỹ thuật đến độ 'chín', khách hàng dùng thử đánh giá tốt việc triển khai đơn giản cần lắp đặt trạm gốc lên trạm di động Nhưng đầu tư cho WiMAX di động đắt gấp đôi so với việc kéo dây chi phí cho modem đầu cuối trạm BTS cao Mục tiêu số nhà cung cấp dịch vụ chờ giá giảm xuống, đấu thầu thấy giá hợp lý triển khai Để dịch vụ vào hoạt động thức phải phụ thuộc nhiều vào lộ trình giảm giá cơng nghệ giới, nhằm đảm bảo mức chi phí hợp lý cho người dân Trong năm nay, VN chưa thể đạt mạng WiMAX hoàn chỉnh theo ý nghĩa cơng nghệ 2007 năm tiếp tục bước thử nghiệm công nghệ sau vài thử nghiệm cung cấp dịch vụ Hình dung dịch vụ năm nay, nhiều chun gia dự đốn có khoảng vài nghìn người sử dụng WiMAX phương tiện vào Internet Sẽ có lớp khách hàng đơng người có nhu cầu "bình dân" lướt Web tìm thơng tin, dùng e-mail, chat Sau khách hàng cần Internet làm phương tiện thương mại Cấp cuối giới doanh nhân Các nhà cung cấp cho biết tiếp tục thử nghiệm thiết bị, tìm sản phẩm phù hợp với nhu cầu làm việc trực tiếp với hãng sản xuất thiết 96 bị đầu cuối Sau "cân đong" khả đáp ứng nhu cầu, họ cung cấp WiMAX dịch vụ thức Bức tranh tổng thể tình hình phát triển WiMAX dịch vụ kèm với VN năm chưa rõ ràng Tất phụ thuộc vào việc doanh nghiệp có dám chấp nhận "cuộc chơi" đầu tư lớn Những khách hàng dùng WiMAX đương nhiên tiếp tục sử dụng dịch vụ Và tái đầu tư doanh nghiệp để VN có ứng dụng sớm Kết luận Chương tìm hiểu việc triển khai Wimax Việt Nam tập trung nghiên cứu hai giải pháp thử nghiệm Wimax cố định VTC VDC Quá trình thử nghiệm, đơn vị cung cấp dịch vụ IP thoại VoIP Giải pháp thử nghiệm Wimax VTC mà tác giả đưa luận văn hoàn thành với giúp đỡ chuyên gia cao cấp hãng ZTE Giải pháp đảm báo tính tích hợp, nâng cấp mở rộng dung lượng hệ thống, đảm bảo nguồn vốn chủ đầu tư Giải pháp thử nghiệm Wimax VDC Lào Cai tiến hành tương tự 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Mạng không dây bước tiến quan trọng Công nghệ Tin học Viễn thông Trong năm gần đây, thị trường Viễn thơng có mức độ tiêu thụ khổng lồ thiết bị Wi-fi Dự báo thời gian tới, với đời Wimax bổ trợ cho Wi-fi, dịch vụ mạng không dây thống lĩnh thị trường truyền thông Công nghệ WiMAX với hỗ trợ QoS, bán kính phủ sóng rộng cơng suất liệu cao giúp cho nhà khai thác mạng cung cấp dịch vụ ứng dụng băng rộng tốc độ cao, thời gian thực đến vùng địa lý khác ứng dụng công nghệ Wimax đáp ứng xu hội tụ dịch vụ mạng IP để cung cấp dịch vụ liệu, thoại video Cơ sở quan trọng cơng nghệ WiMAX tương thích thiết bị WiMAX, Diễn đàn WiMAX chứng nhận, tạo tin cậy làm tăng số lượng lớn nhà cung cấp dịch vụ Thiết bị nhà cung cấp khác tương thích với Các sở quan trọng khác chi phí triển khai thấp, bán kính phủ sóng lớn, cơng suất lớn hoàn thiện chuẩn cho truy cập định di động giúp cho Wimax thống lĩnh thị trường viễn thông tương lai Luận văn tốt nghiệp giúp cho người đọc có hiểu biết đắn hơn, sâu công nghệ Wimax Luận văn đề cập đến chuẩn Wimax 802.16-2005, chuẩn Wimax di động Chuẩn hãng lớn cung cấp thiết bị giải pháp Wimax nghiên cứu thử nghiệm Các nhà phân tích dự báo vịng năm tới, Wimax di động trở lên phổ biến cố định dần thống lĩnh thị trường Do đó, nghiên cứu xâu chuẩn Wimax 802.16-2005 hướng tiếp cận, phát triển luận văn 98 Tài liệu tham khảo Tiếng Anh D Johnston and J Walker, “Overview of 802.16 Security,” IEEE Privacy & Security Magazine, pp 40-48, May 2004 E Agis, H Mitchel, S Ovadia, S Asisi, S Bakshi, P Iyer, M Kibria, C Rogers, and J Tsai, “Global, Interoperable BroadbandWireless Networks: ExtendingWiMax Technology to Mobility,” Intel Technology Journal, vol 8, pp 173–187, Aug 2004 IEEE, IEEE Standard 802.16-2000 Standard for Local and Metropolitan Area Networks, Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems Part 16, IEEE Press, New York, 2001 Intel White Paper, IEEE 802.16 and WiMAX, Broadband Access For Everyone,2003 Muhammad Jaseemuddin ”An Architecture for Integrating UMTS and 802.11 WLAN Networks”, 8th IEEE ISCC,p.716, 2003 www.developer/intel.org Thomas Hardjono and Lakshminaths R Dondeti “security in Wireless LANs and MANs Masters thesis: Denial of service vulnerrabilities in IEEE 802.16 wireless network, Derrick D.Boom, 10/2004 IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, 06/2001 10 IEEE Standards 802.16a – 2003 11 IEEE Standards 802.16 REVd - 2004 12 IEEE : http://www.ieee.org/16/ 99 13 Wimax forum: http://www.wimaxforum.org 14 3GPP,”3GPP system to Wireless Local Area Network (WLAN) interworking; System description”, TS 23.234 v6.4.0 March 2005 15 “A Tightly-coupled Integration Scheme between WiBro and cdma2000 mobile networks” Hongsung Chang1, Yong Chang1, and Jinsung Cho2 16 “BWA : combined with 3G” by ZTE Corporation, PR China 17 Understanding WiFi and WiMAX as Metro- Access Solution White paper of Intel 18 Seminar Topic: The IEEE 802.16 WiMAX Broadband Wireless Access; Physical Layer (PHY), Medium Access Control Layer (MAC), Radio Resource Management (RRM) 100 PHụ LụC 1: THÔNG Số Kỹ THUậT Và CHứC NĂNG thiết bị ZXBwA M35  System performance  Frequency o Controllable Working Frequency (MHz)  Downlink: 3499.50 MHz ~ 3601.00 MHz  Uplink: 3399.50 MHz ~ 3501.00 MHz o Frequency stability (ppm) : ±2.5  Uplink/down:link channel bandwidth (MHz): 1.75/3.5  Duplex mode: FDD  Multiplex/multi-access mode: TDM/TDMA  Modulation mode o Downlink: 256 OFDM(64QAM/16QAM/QPSK/BPSK) o Uplink: 256 OFDM(64QAM/16QAM/QPSK/BPSK)  ATPC capability o Subscriber station: Supported  Dynamic bandwidth allocation (DBA) o Support conditions among different subscriber stations inthe same sector: Supported  Synchronization performance o Synchronization mode: Single clock of base station o Internal clock stratum, minimum accuracy: Stratum 4, ±50ppm  Mean time between failures (MTBF): > 125000 hours 101  Base station  Mechanical index o Single rack  Dimensions: 19 inches  Maximum number of base station shelves supported by a single cabinet: 02  Functional andperformance index o Maximum number of sectors supported by shelves of a singlebase station (one carrier/sector): o Maximum number of subscriber stations supported by a single carrier (definite carrier bandwidth): 512 (3.5MHz) o Transmitter  Spurious power (dBm): ≤-50dBm  Transmit power (dBm): 22dBm  Dynamic range of transmit power: 20dB o Receiver  Receiver threshold level: -76dBm o Antenna  Antenna polarization mode: Vertical, horizontal  Front-to-back ratio (dB): >30dB  Cross polarization isolation (dB): >28dB o Power Supply  Standard input voltage: DC:-48VDC (-40VDC~-57VDC)  Ground resistance: