Mạng truy nhập vô tuyến băng rộng cố định chuẩn ieee 802 16,luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI o0o TRÌNH KIÊN CHÍ MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG CỐ ĐỊNH CHUẨN IEEE 802.16 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60.52.70 Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN CẢNH MINH TP.HỒ CHÍ MINH 2012 Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh i Thực hiện: Trình Kiên Chí Luận văn thạc sỹ Trích yếu luận văn cao học TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC Họ tên học viên: Trình Kiên Chí Năm sinh: 26-06-1968 Cơ quan cơng tác: VNPT Ninh Thuận – Tỉnh Ninh Thuận Khoá: 18 Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 60.52.70 Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh Bộ môn: Kỹ Thuật Viễn Thông Tên đề tài luận văn: MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG CỐ ĐỊNH CHUẨN 802.16 Mục đích nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu tổng quát mạng truy nhập vô tuyến băng rộng cố định sở áp dụng tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 Phương pháp nghiên cứu kết đạt được: Dựa kết cơng bố tạp chí chun ngành quốc tế, tài liệu chuyên ngành, khuyến cáo, khuyến nghị nhà sản xuất thiết bị Nghiên cứu dựa sở lý thuyết mô làm rõ nội dung, nhằm đưa kiến nghị khắc phục cho mạng truy nhập khơng dây băng rộng cố định hồn thiện Điểm bình qn mơn học: Điểm bảo vệ luận văn: Ngày tháng năm 2012 Học viên Xác nhận cán hướng dẫn: Trình Kiên Chí Xác nhận Bộ môn: Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh i Thực hiện: Trình Kiên Chí Luận văn thạc sỹ Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Trong năm gần đây, phát triển mạnh kinh tế, xã hội văn hóa mơi trường thị thành phố lớn nên nhu cầu trao đổi thông tin lớn, đa dạng loại hình dịch vụ tốc độ Với hình thành phát triển bùng nổ tổ hợp văn phịng, khu cơng nghiệp, cơng nghệ cao, khu chung cư…thêm vào dự án phát triển thơng tin phủ, quan, công ty làm cho nhu cầu trao đổi thơng tin trao đổi tiếng nói, liệu, hình ảnh, truy nhập từ xa, truy nhập băng rộng…tăng dần đến vấn đề cần phải giải Các mạng nội khơng dây WLAN sử dụng sóng vô tuyến hay hồng ngoại để truyền nhận liệu thông qua không gian, thông qua tường, trần cấu trúc khác mà khơng cần cáp, áp dụng cho máy tính trao đổi thơng tin với khoảng cách ngắn Trong nhu cầu kết nối với mạng bên (truy nhập Internet, truy nhập sở liệu, kết nối chi nhánh văn phịng…) lớn loại hình dịch vụ, phạm vi phủ sóng, tốc độ truyền tin hỗ trợ đồng thời nhiều thuê bao Do việc tìm kiếm công nghệ để xây dựng sở hạ tầng mạng MAN khơng dây sử dụng sóng vơ tuyến làm sóng truyền dẫn, đáp ứng yêu cầu trao đổi thơng tin nói cơng việc cấp thiết nhà cung cấp dịch vụ viễn thông giới nói chung Việt Nam nói riêng Trong vài năm trở lại đây, nhà khai thác mạng viễn thơng có khuynh hướng tập trung xây dựng mạng đường trục cho mạng tế bào, đường trục cho nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến để đáp ứng yêu cầu băng thông truyền tải cho lưu lượng bùng nổ Internet Hiện khuynh hướng phát triển mạng có thay đổi, người ta tập trung ý đến việc xây dựng mạng WLAN nói chung mạng WMAN thị, thành phố nói riêng, nơi cần thiết phải đầu tư xây dựng, tổ chức lại để đáp ứng nhu cầu đa dạng hóa dịch vụ người sử dụng, đưa dịch vụ đến gần với khách hàng hơn, đảm bảo việc kết nối với khách hàng “mọi nơi, lúc, giao diện” Do vậy, công nghệ áp dụng mạng truy nhập vô tuyến băng rộng cố định ứng dụng WMAN khơng nằm ngồi xu hướng nói trên, đem lại nhiều lợi ích, khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa nơi dân cư đơng đúc khó triển khai hạ tầng sở mạng dây dẫn băng rộng; đặc biệt giúp nước phát Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh -1- Thực hiện: Trình Kiên Chí Luận văn thạc sỹ Lời nói đầu triển có bước đón đầu vào tương lai với bước tiến dài công nghệ hạ tầng viễn thông tạo cho người khả sử dụng dịch vụ viễn thông cách thuận lợi tốn Mục tiêu luận văn nghiên cứu tổng quát mạng truy nhập vô tuyến băng rộng cố định sở áp dụng tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16-2004, bao gồm ba phần chính: Tổng quan mạng truy nhập khơng dây băng rộng cố định; Cấu trúc tổ chức mạng truy nhập không dây băng rộng cố định theo phương thức điểm – đa điểm làm việc dải tần – 66 GHz; Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định Việt Nam nước giới Tuy thân có nhiều cố gắng phức tạp đề tài, có nhiều yếu tố vượt khả thân nên tránh khỏi sai sót Em mong đóng góp ý kiến thầy, cô giáo để luận văn hoàn thiện Xin trân trọng biết ơn! Học viên: Trình Kiên Chí Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh -2- Thực hiện: Trình Kiên Chí Luận văn thạc sỹ Mục lục MỤC LỤC Lời nói đầu Mục lục .3 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng .18 Danh mục hình vẽ, đồ thị .19 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG CỐ ĐỊNH .21 1.1 Giới thiệu hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định 21 1.2 Các băng tần số cho mạng truy nhập không dây băng rộng cố định .23 1.3 Các ưu ứng dụng WiMAX 28 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC TỔ CHỨC CỦA MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG CỐ ĐỊNH THEO CHUẨN IEEE 802.16-2004 43 2.1 Giới thiệu phiên chuẩn IEEE 802.16 43 2.2 Lớp hội tụ .44 2.2.1- Lớp hội tụ ATM 45 2.2.2- Lớp hội tụ gói .49 2.3 Lớp MAC - Phần chung 55 2.3.1- Giới thiệu kiến trúc điểm - đa điểm (PMP) .55 2.3.2- Định nghĩa dịch vụ MAC PMP 57 2.3.3- Mức liệu / điều khiển 61 2.4 Lớp Bảo mật 86 2.4.1- Cấu trúc 86 2.4.2- Thủ tục PKM 87 2.5 Lớp Vật lý .95 2.5.1- Đặc tả lớp vật lý WMAN – SC 95 2.5.2- Nội dung Lớp PHY WMAN – SCa 102 2.5.3- Nội dung Lớp PHY WMAN – OFDM .103 2.5.4- Nội dung Lớp PHY WMAN – OFDMA 106 CHƯƠNG 3: HIỆN TRẠNG VÀ TƯƠNG LAI SỰ PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG CỐ ĐỊNH (BFWA) 108 3.1- Khái quát trình phát triển mạng BFWA 108 3.2- Tình hình triển khai mạng BFWA Việt Nam 109 3.3- Tình hình triển khai mạng BFWA nước giới 115 Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh -3- Thực hiện: Trình Kiên Chí Luận văn thạc sỹ Mục lục 3.4- Các hệ thống BFWA nhà cung cấp thiết bị giới 118 3.5- Hướng phát triển thị trường BFWA .123 3.5.1- Nhận định thị trường giới 123 3.5.2- Sự hình thành trình phát triển IEEE Std 802.16 .125 3.5.3- Hướng phát triển nhà cung cấp thiết bị 126 3.5.4- WiMAX - Sự đổi mạnh mẽ công nghệ 129 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 133 LỜI CẢM ƠN 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 136 Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh -4- Thực hiện: Trình Kiên Chí Luận văn thạc sỹ Danh mục chữ viết tắt DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS Adaptive antenna system Hệ thống anten thích ứng AP Access point Điểm truy nhập ARQ Automatic repeat request Yêu cầu tự động lặp lại ATM Asynchronous transfer mode Chế độ truyền tải không đồng BE Best effort Cố gắng tối đa BER Bit error ratio Tỉ lệ lỗi bit BFWA Broadband fixed wireless access Truy nhập không dây băng rộng cố định BR Bandwidth request Yêu cầu băng thông BS Base station Trạm gốc BTC Block turbo code Mã Turbo khối BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BW Bandwidth Băng thông BWA Broadband wireless access Truy nhập không dây băng rộng CBC Cipher block chaining Chuỗi liên kết khối mật mã CBR Constant bit rate Tốc độ bit không đổi CCITT CID International Telegraph and Telephone Consultative Committee Collision detection European Conference of Postal and Telecommunications Administrations Connection identifier Uỷ ban tư vấn quốc tế điện thoại điện báo Phát xung đột Hội nghị tổ chức bưu viễn thơng Châu Âu Bộ nhận dạng kết nối CP Cyclic prefix Tiền tố tuần hoàn CPE CPS CS CSMA Customer premises equipment Common part sublayer Convergence sublayer Carrier sense multiple access Thiết bị phía khách hàng Lớp phần chung Lớp hội tụ Đa truy nhập dị sóng mang CTC Convolutional Turbo code Mã Turbo xoắn DAMA Demand assigned multiple access Đa truy nhập cấp phát theo yêu cầu DCD Downlink channel descriptor Bộ mô tả kênh hướng xuống DCE DES DIUC Data communication equipment Data encryption standard Downlink Interval Usage Code DHCP Dynamic host configuration protocol Thiết bị truyền thông liệu Tiêu chuẩn mật mã liệu Mã sử dụng khoảng thời gian hướng xuống Giao thức cấu hình máy chủ động DIUC Downlink interval usage code Mã sử dụng khoảng thời gian hướng xuống DL Downlink Hướng xuống CD CEPT Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh -5- Thực hiện: Trình Kiên Chí Luận văn thạc sỹ Danh mục chữ viết tắt DSS Distribution system service Dịch vụ hệ thống phân phối DSSS Direct sequence spread spectrum Trải phổ trực tiếp EDE Encrypt – Decrypt - Encrypt Mật mã - Giải mã - Mật mã EIRP Effective isotropic radiated power Công suất xạ đẳng hướng hiệu dụng ERC EU European Radiocommunications Ủy ban thông tin vô tuyến Châu Âu Committee European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu Standard Institute European Union Liên minh Châu Âu FCC FCH FDD FDMA Federal Communications Commission Frame control header Frequency division duplex Frequency division multiple access Ủy ban truyền thông liên bang Mỹ Mào đầu điều khiển khung Song công chia tần số Đa truy nhập chia tần số FEC Forward error correction Sữa lỗi hướng FFT Fast Fourier transform Biến đổi Fourier nhanh FHSS Frequency-hopping spread spectrum Trải phổ nhảy tần FSH Fragmentation subheader Mào đầu mảnh FTTH Fibre to the home Cáp quang đến thuê bao GFSK Gaussian frequency shift keying Điều chế dịch tần Gaussian GM Grant management Quản lý cấp phát HEC Header error check Kiểm tra lỗi mào đầu HFC Hybrid Fibre - Coax Lai ghép cáp quang – cáp đồng trục H-FDD Half-duplex FDD FDD bán song công HT Header type Dạng mào đầu I Inphase Cùng pha IE Information element Phần tử thông tin IEEE Institute of Electrical and Electronics Viện kỹ thuật điện điện tử Engineers IETF Internet Engineering Task Force Lực lượng đặc trách kỹ thuật Internet IFFT Inversion Fast Fourier transform Biến đổi Fourier ngược nhanh ISI Inter Symbol Interference Nhiễu nội ký tự ISM Industrial, scientific, and medical Băng tần dành cho Công nghiệp, khoa học y học IP Giao thức internet Liên minh viễn thông quốc tế IWF Internet protocol International Telecommunications Union Interworking function KEK Key encryption key Khóa mật mã khóa ETSI ITU Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh -6- Chức liên kết hoạt động Thực hiện: Trình Kiên Chí Luận văn thạc sỹ Danh mục chữ viết tắt LAN Local area network Mạng nội LMDS Local multipoint distribution service Dịch vụ phân phối đa điểm theo vùng LOS Line of sight Hướng truyền thẳng lsb Least significant bit Bit có ý nghĩa LSB Least significant byte Byte có ý nghĩa MAC Medium access control layer Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAN Metro Area Network Mạng đô thị MDMS Marconi Digital Multipoint System Hệ thống đa điểm số Marconi MIB Management information base Cơ sở thông tin quản lý MMDS Multichannel multipoint distribution Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh service MMPDU MAC management protocol data unit Đơn vị liệu giao thức quản lý MAC MPDU MAC protocol data unit Đơn vị liệu giao thức lớp MAC msb Most significant bit Bit có ý nghĩa lớn MSB Most significant byte Byte có ý nghĩa lớn MSDU MAC service data unit Đơn vị liệu dịch vụ lớp MAC NLOS Non line of sight Hướng truyền không thẳng NNI Network to Network interface (or Giao diện mạng với mạng Network node interface) nrtPS Non-real-time polling service OFDM PBR Orthogonal frequency multiplexing Orthogonal frequency multiple access Piggyback request PDH Plesiochronous digital hierarchy Phân cấp số cận đồng PDU Protocol data unit Đơn vị liệu giao thức PHS Payload header suppression Nén mào đầu khung tải PHSI Payload header suppression index Chỉ số nén mào đầu khung tải PHY Physical layer Lớp vật lý PHY-SAP Physical layer service access point Điểm truy cập dịch vụ lớp vật lý PKM Privacy key management Quản lý khóa riêng PLCP Physical layer convergence protocol Giao thức hội tụ lớp vật lý PLME Physical layer management entity Thực thể quản lý lớp vật lý PMD Physical medium dependent Phụ thuộc môi trường vật lý PMD-SAP Physical medium dependent service Điểm truy cập dịch vụ phụ thuộc môi access point trường vật lý OFDMA Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh Dịch vụ thăm dị khơng thời gian thực division Ghép kênh chia tần số trực giao division Đa truy nhập chia tần số trực giao Yêu cầu mang -7- Thực hiện: Trình Kiên Chí Luận văn thạc sỹ Danh mục chữ viết tắt PS Physical slot Khe vật lý PSH Packing subheader Mào đầu gói PSTN Public switched telephone network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PVC Permanent virtual circuit Mạch ảo cố định Q Quadrature Trực pha QAM quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ phần tư QoS Quality of service Chất lượng dịch vụ QPSK quadrature phase shift keying Điều chế dịch pha bốn vị trí REQ Request Yêu cầu RF Radio frequency Tần số vô tuyến RNG Ranging Phân loại RS Reed-Solomon Mã Reed-Solomon RSP Response Đáp ứng RTG rtPS Rx Receive/Transmit Transition Gap Real-time polling service Receiver Khoảng trống chuyển đổi thu/phát Dịch vụ thăm dò thời gian thực Máy thu SA Security association Tập hợp bảo mật SAID Security association identifier Bộ nhận dạng tập hợp bảo mật SAP Service access point Điểm truy cập dịch vụ SDU SF SFID SNMP SNR SS STC SVC TC TDD TDM Service data unit Service flow Service flow identifier Simple Network Management Protocol Signal-to-noise ratio Subscriber Station Space time coding Switched virtual circuit Transmission convergence sublayer Time division duplex Time division multiplex Đơn vị liệu dịch vụ Luồng dịch vụ Bộ nhận dạng luồng dịch vụ Giao thức quản lý mạng đơn giản Tỉ lệ tín hiệu/tạp âm Trạm thuê bao Mã thời gian không gian Mạch ảo chuyển mạch Lớp hội tụ truyền dẫn Song công chia thời gian Ghép kênh chia thời gian TDMA Time division multiple access Đa truy nhập chia thời gian TEK Traffic encryption key Khóa mật mã lưu lượng TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền file đơn giản TLV Type – length - value Dạng - độ dài – giá trị TTG Transmit/Receive Transition Gap Khoảng trống chuyển đổi phát/thu Tx Transmitter Máy phát UCD Uplink channel Descriptor Bộ mô tả kênh hướng lên UGS Unsolicited grant service Dịch vụ cấp phát tự nguyện Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh -8- Thực hiện: Trình Kiên Chí Chương III: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định - Tốc độ tối đa: 4Mbps modem; 8Mbps đầu cuối; 2Mbps sóng mang - Phạm vi hoạt động: 3.5 GHz 20 km; 10 GHz 10 km; 26 - 32 GHz - km (tùy theo loại anten) 3.5 Hướng phát triển thị trường truy nhập không dây băng rộng cố định Hiện truy nhập không dây băng rộng cố định (BFWA) lựa chọn có sức hút để cung cấp dịch vụ cho khách hàng môi trường khác nhau, khu vực địa lý khác (thí dụ trung tâm thành phố, khu công nghiệp, nhiều miền sâu, vùng xa…), giá thành cao CPE bù lại so với chi phí đào đường để triển khai cáp Các Nhà khai thác BFWA bắt đầu triển khai dịch vụ: - Các kết nối đối xứng tốc độ từ 384 kbps đến Mbps - Kết nối không đối xứng tương tự mạch vòng thuê bao số hay Cable Modem (dịch vụ nối Internet qua truyền hình cáp) - Truy nhập Internet băng rộng không dây sử dụng công nghệ WiFi - Truy nhập Internet băng rộng không dây sử dụng công nghệ WiMAX Sản phẩm với số lượng lớn giảm giá thành thiết bị BFWA, nhiên cịn phụ thuộc vào việc ấn định tần số, cấp phép biểu đồ mã, truyền dẫn Xu hướng phân nhỏ nay, nghĩa thiết bị thay đổi theo yêu cầu Nhà khai thác nước Nhà sản xuất đạt giá thành thấp yêu cầu Hiện Nhà khai thác mạng BFWA xác định giải pháp trì tạm thời tốt dựa cơng nghệ tích hợp có Những tiêu chuẩn “hướng thị trường” chiếm ưu so với tiêu chuẩn thông qua thức 3.5.1 Nhận định thị trường giới Yêu cầu thị trường công nghiệp thương mại truy nhập không dây băng rộng backhaul cho mạng tế bào nâng thị trường vơ tuyến sóng ngắn lên Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh 123 Thực hiện: Trình Kiên Chí Chương III: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định tới 3.3 tỷ USD năm 2001 Nhu cầu vô tuyến điểm - điểm điểm – đa điểm tăng 10% năm 2001 Nhu cầu cao thị trường vơ tuyến sóng ngắn Châu Âu, Mỹ Latinh Châu Á nâng thị trường chung toàn cầu Sự phát triển bùng nổ mạng thông tin tế bào Trung Quốc tạo nhu cầu xúc dịch vụ backhaul Châu Âu thị trường lớn cho hệ thống không dây băng rộng băng tần 3.5 GHz 26 GHz Tại Bắc Mỹ, thị trường sở hạ tầng backhaul không thay đổi Nhà cung cấp dịch vụ IP nhỏ triển khai hệ thống không dây băng rộng Các băng tần không phép hấp dẫn Nhà cung cấp dịch vụ IP khả triển khai nhanh khả nâng cấp linh hoạt lưu lượng tăng Theo dự báo, nhu cầu truy nhập vô tuyến băng rộng backhaul nâng thị trường vô tuyến sóng ngắn lên 5.5 tỷ USD năm tới 5,0 4,5 Tây Trung Phi Châu Á Châu Âu Châu Mỹ 4,0 3,5 Thuê bao (triệu) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Hình 3.1 Dự báo số lượng thuê bao mạng truy nhập không dây băng rộng theo chuẩn 802.16a (Nguồn: Thống kê PennWell Corporation 07/01/2002) Tại Bắc Mỹ, năm 2001, thị trường MMDS LMDS gây thất vọng lớn, AT & T tuyên bố rời khỏi thị trường không dây băng rộng Sprint phải tạm ngừng triển khai MMDS Winstar Teligent phá sản dự án thử nghiệm LMDS Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh 124 Thực hiện: Trình Kiên Chí Chương III: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định Thị trường Internet không dây băng rộng hy vọng phát triển với tốc độ 20% năm vòng năm tới, đặc biệt thị trường Châu Âu Châu Á 3.5.2 Sự hình thành trình phát triển IEEE 802.16 Sự lựa chọn công nghệ mạng không dây WiFi, biết đến với chuẩn IEEE 802.11 802.11a, 802.11b 802.11g WiFi chuẩn mạng LAN không dây, tùy theo phiên mà tốc độ lên tới 54 Mbps (xem bảng 3.4) Bảng 3.4 Các tiêu chuẩn kỹ thuật họ IEEE 802.11 Stt Tiêu chuẩn Băng tần Phương thức ghép kênh Tốc độ tối đa IEEE 802.11 2.4 GHz DSSS, FHSS 1; Mbps IEEE 802.11a GHz OFDM 54 Mbps IEEE 802.11b 2.4 GHz DSSS 11 Mbps IEEE 802.11g 2.4 GHz OFDM 54 Mbps WiFi có nhiều ưu điểm giá thành thấp, hỗ trợ nhiều tính có hai nhược điểm chính: - Giới hạn khoảng cách, tối đa khoảng 90m WiFi khơng thể có dạng phủ sóng mạng phủ sóng tế bào Ứng dụng chủ yếu indoor, ví dụ tòa nhà trụ sở - WiFi khơng thiết kế để truyền thoại Với thiết bị chuyên dụng truyền thoại qua mạng WiFi, giải pháp tối ưu Để khắc phục nhược điểm WiFi để đáp ứng nhu cầu ngày cao, IEEE phát triển tiêu chuẩn băng rộng không dây vượt ngồi phạm vi WiFi, tiêu chuẩn IEEE 802.16 với tham gia 130 thành viên hàng trăm cộng từ 19 Quốc gia khác Dự án 802.16 bắt đầu năm 1998 hoàn thiện giai đoạn 2000 – 2005 IEEE thông qua chuẩn 802.16 ban đầu cho mạng WMAN vào tháng 12/2001; chuẩn 802.16a-2003 (còn gọi 802.16a) tập trung vào khả truy nhập băng rộng cố định; chuẩn mở rộng 802.16-2004 (còn gọi 802.16d) cải tiến nhờ hỗ trợ cho CPE nhà IEEE thông qua tháng 7/2004; chuẩn Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh 125 Thực hiện: Trình Kiên Chí Chương III: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định 802.16-2005 (hay 802.16e) tập mở rộng 802.16d, hướng tới user cá nhân di động thông qua tháng 12/2005 IEEE 802.16-2001 định nghĩa giao diện không gian tần số từ 10 GHz đến 66 GHz với biểu đồ điều chế sóng mang đơn SC Với dải tần này, điều kiện lan truyền sóng địi hỏi phải có tầm nhìn thẳng bù lại có độ rộng băng tần lớn (thí dụ 1.3 GHz cho dịch vụ LMDS Mỹ) Tiêu chuẩn có ưu điểm bật ấn định tần số, đặc biệt tốc độ 120Mbps kênh 25 MHz sử dụng lại Trong lớp MAC tiêu chuẩn 802.16 tạo tảng cho ngành cơng nghiệp WMAN, lớp vật lý (PHY) lại không phù hợp với ứng dụng tần số thấp, độ rộng băng tần nhỏ hơn, lại hoạt động điều kiện khơng có tầm nhìn thẳng NLOS Vì lý mà tiêu chuẩn 802.16-2004 cho mạng cố định đời với phổ tần số thấp 11GHz; khơng địi hỏi tầm nhìn thẳng; sử dụng ba chế độ vật lý: SCa, OFDM OFDMA; tốc độ truyền cực đại: 75 Mbit/s với độ rộng băng tần 20 MHz, 4-18 Mbit/s với độ rộng băng tần MHz; bán kính vùng phủ sóng cell 2-10 km tuỳ thuộc vào tần số mật độ người dùng 3.5.3 Hướng phát triển Nhà cung cấp thiết bị 3.5.3.1 Aperto Network - Ngày 09/7/2003 Aperto Networks, Nhà cung cấp hệ thống truy nhập không dây băng rộng đa dịch vụ, công bố hội nghị Hiệp hội truyền thông không dây (WCA) hàng năm có kế hoạch làm việc với Nhà cung cấp bán dẫn hàng đầu để thúc đẩy việc chứng nhận hệ thống truy nhập không dây băng rộng chipset tuân thủ chuẩn IEEE 802.16a - Các Nhà cung cấp chipset hướng tới sản phẩm tuân thủ 802.16a điều có tác động lớn vào mức chất lượng giá hệ thống BWA Mối quan hệ gần gũi Nhà cung cấp hệ thống Nhà cung cấp chipset hàng đầu, thí dụ Aperto Network Intel, tạo điều kiện để hệ thống tuân thủ 802.16a giảm đáng kể giá thành qua thời gian, tương tự xảy 802.11 vài năm gần Với cam kết phát triển sản phẩm tuân thủ chuẩn 802.16a Nhà cung cấp chipset Intel, Fujitsu thúc đẩy mạnh mẽ thị trường BWA Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh 126 Thực hiện: Trình Kiên Chí Chương III: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định - Ngoài ra, thành viên sáng lập diễn đàn WiMAX, Aperto coi hợp tác đánh dấu điểm mốc quan trọng việc hướng tới sản phẩm tuân thủ 802.16a Diễn đàn WiMAX hỗ trợ việc chứng nhận tuân thủ tiêu chuẩn khả phối hợp hoạt động Nhà cung cấp thiết bị 3.5.3.2 ALVARION - Tháng 7/2003 Alvarion Intel ký thoả thuận hợp tác phát triển hệ thống truy nhập không dây băng rộng chứng nhận WiMAX - Intel công bố phát triển chipset tuân thủ 802.16a Với hợp tác chặc chẽ với Intel, Alvarion phát triển sản phẩm hệ dựa chipset này, với mong muốn hệ thống cấp chứng WiMAX - Alvarion nhận định rằng: “WiMAX chất xúc tác cho phát triển thị trường truy nhập khơng dây băng rộng, tương tự tác động WiFi vào thị trường LAN không dây Nếu khơng có chuẩn 802.16a, Nhà sản xuất phải tự làm phận, bao gồm chipset, CPE, trạm gốc phần mềm quản lý mạng Với tiêu chuẩn này, Nhà sản xuất thiết bị cải tiến thiết bị lĩnh vực mà họ trội đạt nhiều cải thiện chất lượng giá cả” - Cả hai Intel Alvarion, thành viên tích cực diễn đàn WiMAX, thành viên thúc đẩy việc chấp nhận chuẩn IEEE802.16a, chứng nhận thiết bị tuân thủ có khả phối hợp hoạt động 3.5.3.3 INTEL Tháng 09/2003 tập đồn Intel cơng bố phát triển sản phẩm chipset tuân thủ chuẩn IEEE 802.16a, điều có tác động địn bẩy thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất hệ thống thiết bị truy nhập không dây băng rộng nâng cao chất lượng, giảm giá thành sản phẩm Intel phối hợp với Alvarion Israel, hãng đứng đầu thiết bị truy nhập không dây băng rộng, sản phẩm chứng nhận WiMAX dựa chipset Intel 802.16a Chuẩn 802.16a công nghệ WMAN, kết nối hotspot khơng dây hỗ trợ th bao truy nhập Internet không dây theo chuẩn 802.11 vị trí khác khu vực thương mại hay nhà riêng với mạng lõi Internet Các mạng truy nhập dựa chuẩn 802.16a có cự ly kết nối lên tới 48 km tốc độ truyền thoại, ảnh liệu tới 70 Mbps Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh 127 Thực hiện: Trình Kiên Chí Chương III: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập khơng dây băng rộng cố định Ơng Sean Maloney, phó chủ tịch thường trực phụ trách Nhóm Nền tảng Di động tập đồn Intel nói: “Intel giao phó trách nhiệm hỗ trợ ngành cơng nghiệp máy tính viễn thơng lúc nào, đâu dựa thiết bị nhận thấy WiMAX công nghệ đỉnh cao Các sản phẩm chipset cho thiết bị WiMAX bổ sung vào danh mục sản phẩm tương tự có Intel CentrinoTM cho notebooks di động không dây, Intel PROTM cho ứng dụng kết nối mạng Intel IXP4XX xử lý cho thiết bị hạ tầng không dây” Ngày 22/9/2005, tập đồn Intel cơng bố “Chương trình băng thông rộng Châu Á” (Asian Broadband Campaign) nhằm đẩy nhanh việc triển khai băng thông rộng không dây quốc gia thuộc khu vực Đơng Nam Á có Việt Nam, góp phần thúc đẩy xây dựng ASEAN số Trong chương trình này, Intel mang kinh nghiệm q báu từ cơng tác chuẩn bị đến thử nghiệm triển khai WiMAX Nam Mỹ Châu Âu để triển khai thử nghiệm Malaysia, Thái Lan Philippines vào cuối năm 2005 Việc triển khai thử nghiệm Indonesia Việt Nam thực vào năm 2006 3.5.3.4 SIEMENS Siemens bắt đầu tập trung vào công nghệ WiMAX từ năm 2002 đến năm 2003 Siemens tham gia Diễn đàn WiMAX thành viên động việc đưa tiêu chuẩn IEEE 802.16.2004 Siemens tham gia hoạt động tiêu chuẩn hố hoạch định tiến trình sản phẩm WayMAX để mở rộng tính tăng cường khả di động Hệ thống WayMAX Siemens trở thành sản phẩm tuân theo chuẩn thị trường WiMAX WayMAX sử dụng công nghệ NonLine-Of-Sight OFDM dựa theo tiêu chuẩn IEEE802.16, ETSI HiperMAN WiMAX baseline profiles để cung cấp dịch vụ thoại, truyền hình liệu với tốc độ đa mức Mbps đồng thời với việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) hạng dịch vụ (GoS) Thành phần hệ thống WayMAX thiết bị đầu cuối thuê bao hay gọi CPE, trạm gốc (BS) Một trạm gốc hay nhiều thiết bị đầu cuối thuê bao tạo nên tế bào với kiến trúc điểm-đa điểm (PMP) Trong không trung, trạm gốc điều khiển hoạt động tế bào, bao gồm việc truy cập vào Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh 128 Thực hiện: Trình Kiên Chí Chương III: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định tài nguyên thiết bị đầu cuối thuê bao, việc cấp phát tài nguyên để đạt chất lượng dịch vụ (QoS), truy cập vào mạng dựa theo chế bảo mật mạng Hệ thống thiết kế để làm việc với chuẩn OFDM 256 nâng cấp phần mềm để làm việc với chuẩn SOFDMA Trạm gốc chia thành khu vực vơ tuyến Các module thiết kế với chế bảo vệ 1+1 giao diện mạng mặc định 10/100/1000 BaseT Hệ thống sử dụng kỹ thuật FDD TDD, trường hợp FDD hỗ trợ thiết bị đầu cuối H-FDD Trong trường hợp sử dụng TDD, hệ thống đồng theo GPS để kiểm soát nhiễu trạm gốc 3.5.4 WiMAX - Sự đổi mạnh mẽ công nghệ WiMAX/IEEE 802.16 cơng nghệ dựa tiêu chuẩn tồn cầu cho hệ thống truy nhập không dây băng rộng hỗ trợ mạnh mẽ cơng nghiệp máy tính viễn thơng với chi phí thấp chuẩn hóa WiMAX cung cấp dịch vụ cố định không dây VoIP, công nghệ thông tin Video với chi phí thấp Hệ thống WiMAX bao phủ vùng diện tích rộng lớn tới 50km cung cấp băng thông đáng kể lên tới 72Mb/s cho người dùng So sánh với giải pháp có dây khác ADSL, giải pháp khơng dây hay hệ thống vệ tinh, hệ thống truy nhập dựa WiMAX cho phép nhà khai thác nhà cung cấp dịch vụ cung cấp dịch vụ tới hàng triệu khách hàng tiềm với chi phí thấp Điều với nước phát triển vùng nơng thơn nhân tố chi phí/lợi nhuận nhân tố yêu cầu vấn đề thiết yếu WiMAX bảo đảm tất yêu cầu độ che phủ, độ tin cậy, hiệu năng, dung lượng ứng dụng 3.5.4.1 Khả lắp đặt dễ dàng Dễ dàng, đơn giản việc lắp đặt vấn đề quan trọng để giảm thiểu chi phí triển khai nước phát triển vùng nông thôn Tại vùng nông thôn, khoảng cách xa từ điểm truy nhập mạng lõi tới điểm phân phối làng, trang trại… làm cho chi phí triển khai tăng Tại nước phát triển, thiếu hụt sở hạ tầng điện, giao thơng… điều kiện mơi trường (nhiệt độ, độ ẩm) gây khó khăn cho việc lắp đặt thiết bị Nhờ có thuận lợi vùng che phủ tầm nhìn thẳng khơng tầm nhìn thẳng (LOS/NLOS), nhà khai thác cung cấp dịch vụ đảm bảo Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh 129 Thực hiện: Trình Kiên Chí Chương III: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định 95% diện tích bao phủ với tỉ lệ lắp đặt thành cơng cao chi phí triển khai quản lý Điều có nghĩa nhà khai thác phải đầu tư thấp cho mạng lưới họ Khả không tầm nhìn thẳng WiMAX cho phép lắp đặt thiết bị khách hàng nhà khách hàng phạm vi bán kính vài km 3.5.4.2 Độ che phủ rộng lớn WiMAX Độ che phủ hệ thống nhân tố quan trọng cho nhà khai thác cung cấp dịch vụ để tiếp cận khách hàng tiềm Trong nhiều giải pháp khơng dây băng rộng cung cấp vùng bao phủ tầm nhìn thẳng, WiMAX với cơng nghệ OFDM cho phép tối ưu hóa vùng bao phủ tầm nhìn khơng thẳng NLOS tới 15km tính từ trạm gốc tới 50km điều kiện tầm nhìn thẳng LOS Kết hợp vùng bao phủ tầm nhìn thẳng LOS vùng bao phủ tầm nhìn khơng thẳng NLOS, WiMAX giải pháp tối ưu để đạt độ bao phủ theo yêu cầu với chi phí thấp 3.5.4.3 Sự linh hoạt, mềm dẻo WiMAX Sự mềm dẻo linh hoạt công nghệ không dây cho phép nhà khai thác triển khai nhanh chóng hệ thống theo yêu cầu thị trường Hầu hết công nghệ không dây có giới hạn khoảng cách độ rộng vùng bao phủ (thường khoảng vài trăm mét tính từ trạm gốc) Công nghệ WiMAX với vùng che phủ rộng lớn cho phép triển khai hệ thống không với cấu hình kết nối điểm – đa điểm mà cịn phần mạng PSTN điểm truy cập Internet Vai trò WiMAX mạng truy nhập mơ tả hình 3.2 Hình 3.2 Vai trị WiMAX mạng truy nhập Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh 130 Thực hiện: Trình Kiên Chí Chương III: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định Với khoảng cách lên tới từ 30km đến 50km điều kiện tầm nhìn thẳng, WiMAX mang lại cải thiện đáng kể so với công nghệ khơng dây có Trong điều kiện lực nhà khai thác cho phép cấu hình mạng đáp ứng chiến lược kinh doanh (vùng che phủ, thông lượng, dịch vụ cấp độ dịch vụ GoS), WiMAX mang lại giải pháp hữu hiệu để đáp ứng mục tiêu kinh doanh nhà khai thác 3.5.4.4 WiMAX công nghệ đa ứng dụng Theo phát triển xu hướng chuyển mạch truyền dẫn số gói, WiMAX sử dụng giao thức Internet hỗ trợ tất dịch vụ dựa đa phương tiện từ VoIP đến truyền dẫn Internet video tốc độ cao WiMAX cho phép nhà khai thác dịch vụ cung cấp cho khách hàng dịch vụ hệ với băng thơng lên tới 10Mb/s WiMAX cung cấp dịch vụ cho hộ gia đình khách hàng SME, SOHO, Cybercafes, Multimedia Telecentres, trường học, bệnh viện… 3.5.4.5 Sự linh hoạt dải phổ Với mục tiêu trở thành cơng nghệ tồn cầu dựa tiêu chuẩn cho dịch vụ băng rộng, WiMAX sử dụng dải tần số bao gồm tất dải băng tần có quyền dải băng tần không cần quyền ITU quy định:
Hai dải tần có quyền: 3.3-3.8 GHz 2.3-2.7 GHz
Một dải tần miễn phí: 5.725 – 5.85 GHz Cùng với mềm dẻo việc phân chia dải phổ quốc gia kích thước nhỏ gọn, thiết bị WiMAX trạm gốc (BS), thiết bị người dùng CPE có giá hợp lý 3.5.4.6 Giải pháp cho truy nhập cố định di động Mạng WiMAX hỗ trợ kết nối cố định, tạm thời, di động không dây băng rộng mạng 3.5.4.7 WiMAX công nghệ đa ứng dụng Theo phát triển xu hướng chuyển mạch truyền dẫn số gói, WiMAX sử dụng giao thức Internet hỗ trợ tất dịch vụ dựa đa phương tiện từ VoIP đến truyền dẫn Internet video tốc độ cao WiMAX Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh 131 Thực hiện: Trình Kiên Chí Chương III: Hiện trạng tương lai phát triển mạng truy nhập không dây băng rộng cố định cho phép nhà khai thác dịch vụ cung cấp cho khách hàng dịch vụ hệ với băng thơng lên tới 10Mb/s WiMAX cung cấp dịch vụ cho hộ gia đình khách hàng SME, SOHO, Cybercafes, Multimedia Telecentres, trường học, bệnh viện… Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh 132 Thực hiện: Trình Kiên Chí Kết luận hướng phát triển đề tài KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Công nghệ mạng truy nhập vô tuyến băng rộng cố định nhận quan tâm đặc biệt từ nhà nghiên cứu, sản xuất thiết bị nhà cung cấp dịch vụ Các giải pháp truy nhập vô tuyến băng rộng cho phép truy cập băng rộng đến “chặng cuối” phương thức thay cho cáp DSL giảm bớt lưu lượng liệu qua chuyển mạch mạng PSTN Chuẩn IEEE 802.16-2004 với giao diện không gian WirlessMAN™ hướng tới tần số băng tần 2–66 GHz, bao gồm phổ cấp phép không cấp phép đặt phạm vi hoạt động cho triển khai rộng khắp hiệu toàn cầu Chuẩn thiết kế để mở tập giao diện không gian (air interfaces) dựa giao thức MAC thông thường với đặc tả lớp vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng điều chỉnh phổ có liên quan Chuẩn sở quan trọng cho việc đề tiêu chí lựa chọn loại hình thiết bị, đánh giá khả thực nhà cung cấp thiết bị giải pháp mạng, khai thác bảo dưỡng hệ thống Hiện nay, công nghệ truy nhập không dây băng rộng triển khai thử nghiệm có triển vọng Việt Nam mơ hình ứng dụng WiMAX cố định sử dụng thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 (chuẩn mở rộng chuẩn 802.16a2003 cải tiến nhờ hỗ trợ cho CPE nhà) Cơ sở quan trọng hệ thống WiMAX tương thích thiết bị WiMAX, diễn đàn WiMAX chứng nhận, tạo tin cậy làm tăng số lượng lớn cho nhà cung cấp dịch vụ mua thiết bị không từ công ty tất tương thích Hướng phát triển đề tài - Xây dựng tiêu chuẩn ngành tiếng Việt “Xác định giao diện không gian hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định điểm – đa điểm dải tần 2- 66 GHz” sở chấp thuận áp dụng yêu cầu kỹ thuật tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 Viện kỹ thuật điện điện tử (IEEE) Mục đích xây dựng tiêu chuẩn dùng làm sở để: Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh - 133 - Thực hiện: Trình Kiên Chí Kết luận hướng phát triển đề tài Lựa chọn thiết bị, hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định cho mạng viễn thông VNPT Ninh Thuận Việt Nam Đánh giá nghiệm thu, hợp chuẩn thiết bị, hệ thống triển khai mạng viễn thông VNPT Ninh Thuận Việt Nam Thiết kế, chế tạo, khai thác, bảo dưỡng thiết bị, hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh - 134 - Thực hiện: Trình Kiên Chí Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin chân thành cảm ơn Thầy TS Nguyễn Cảnh Minh, người hướng dẫn tơi q trình thực đề tài Thầy hướng dẫn phương pháp tiếp cận vấn đề cách đắn Tôi chân thành cảm ơn q thầy, Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải giảng dạy năm học Tôi học thầy với lượng kiến thức kinh nghiệm hữu ích Hướng cho tơi vào nghiên cứu, tìm tịi khoa học, giúp cho tơi vững bước đường phát triển Tôi muốn cảm ơn bạn lớp cao học khóa 18, bạn trải qua thời gian học học tập lớp đầy thú vị buổi giao lưu tràng đầy niềm vui, phấn khởi tạo mối thân thiện bạn bè, thầy Điều kích thích cho lớp hứng thú học tập nghiên cứu Tôi xin cảm ơn lãnh đạo VNPT Ninh Thuận hỗ trợ tơi mặt tinh thần q trình học tập Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, vợ, nguồn động viên, khuyến khích lớn sống học tập tơi Để tơi gương tự học cho noi theo Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn tất cả! Trân trọng Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2012 Học viên TRÌNH KIÊN CHÍ Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh - 135 - Thực hiện: Trình Kiên Chí Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] IEEE Std 802.16-2004 - Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems [2].WiMAX Handbook - Building 802.16 Wireless Networks, Frank Ohrtman [3] Wireless Communication, Theodore S Rappaport [4] Security Architecture of the IEEE 802.16 Standard for Mesh Networks, Suthida Wattanachai [5] ITU, ITU World Telecommunication Development report 2003 [6] Quy hoạch phổ tần số vô tuyến điện quốc gia [7] Từ điển thuật ngữ viễn thông, TS Phùng Văn Vận [8] http://www.rfd.gov.vn [9] http://www.tapchibcvt.gov.vn [10] http://www.wimaxforum.org [11] http://standards.ieee.org/getieee802/802.16.html [12] http://www.skydsp.com/publications/4thythesis/index.htm [13] http://www.irishbroadband.ie [14] http://www.alvarion.com [15] http://www.commspeed.net [16] http://www.cefib.com [17] http://www.alcatel.com [18] http://www.chinaunicom.com.hk [19] http://www.netro-corp.com [20] http://www.apertonet.com [21] http://www.intel.com [22] http://www.siemens.com Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh 136 Thực hiện: Trình Kiên Chí Tài liệu tham khảo The End Hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh 137 Thực hiện: Trình Kiên Chí