Công nghệ wimax và ứng dụng tại việt nam

100 Trang 11 - 11 -Cụng nghệ Wimax và Ứng dụng tại Việt NamLời nói đầuTrong những năm gần đây công nghệ không dây Wireless LAN WLAN đợc sử dụng nhiều trong đời sống, cùng với những tín

Trang 2

- 2

-Cụng nghệ Wimax và Ứng dụng tại Việt Nam

MụC LụC

MụC LụC 2

DANH MụC CáC Ký HIệU, CáC CHữ VIếT TắT 4

DANH MụC CáC BảNG 8

DANH MụC CáC HìNH Vẽ, Đồ THị 9

LờI NóI ĐầU 11

24TCHƯƠNG 1:24T 24TCƠ Sở Lý THUYếT CÔNG NGHệ WiMAX 1324T 24T1.124T 24TTổng quan về Wimax 1324T 24T1.1.124T 24TGiới thiệu về Wimax 24T 13

24T1.1.224T 24TCác chuẩn của WiMAX24T 17

24T1.1.324T 24TSo sánh WiMAX với các công nghệ không dây khác 2224T 24T1.1.424T 24TKết luận 2324T 24T1.224T 24TCấu trúc mạng Wimax 2324T 24T1.2.124T 24TLớp vật lý 242 4T 24T1.2.224T 24TLớp MAC 3524 T 24T1.2.324T 24TKết luận 4224T 24TCHƯƠNG 2:24T 24TBảO MậT TRONG mạng WiMAX 442 4T 24T2.124T 24TKhái niệm về bảo mật mạng 4424T 24T2.1.124T 24TCác vấn đề về bảo mật mạng 4424T 24T2.1.224T 24TCác cuộc tấn công mạng 4424T 24T2.224T 24TPhân tích tính bảo mật trong mạng WiMAX 4724T 24T2.2.124T 24TNhững điểm yếu về mặt giao thức 4724T 24T2.2.224T 24TSo sánh tính bảo mật với mạng Wi-Fi 4824 T 24T2.2.324T 24TNhững điểm yếu mới trong mạng WiMAX 5724 T 24T2.324T 24TNhững cải tiến mới về bảo mật trong mạng WiMAX 24T 60

Trang 3

- 3

24T2.3.124T 24TXác thực hai chiều dựa trên public- key 6124T 24T2.3.224T 24TTrao quyền dựa trên EAP trong PKM v2 6324T 24T2.3.324T 24TPhân cấp khóa 6524T 24T2.424T 24TKết luận 24T 65

24TCHƯƠNG 3:24T 24TKết nối WiMAX với mạng di động 6724T 24T3.124T 24TGiới thiệu 6724T 24T3.224T 24TMạng liên kết WiMAX 3GPP 6824T 24T3.2.124T 24TMô hình kết nối WiMAX trong 3GPP 692 4T 24T3.2.224T 24TCác phần tử trong mạng 7424 T 24T3.2.324T 24TCác giao diện mạng 7824T 24T3.324T 24TLiên kết mạng giữa WiMAX và UMTS 8224T 24T3.3.124T 24TCác mạng liên quan 8224 T 24T3.3.224T 24TKiến trúc liên mạng WiMAX- UMTS 8424T 24T3.424T 24TKết luận 24T 87

24TCHƯƠNG 4:24T 24Tứng dụng công nghệ wimax tại Việt Nam 8824T 24T4.124T 24TGiới thiệu 8824T 24T4.224T 24TCác công ty tham gia triển khai 9024T 24T4.2.124T 24TTổng Công ty Truyền thông đa phơng tiện - VTC 9024T 24T4.2.224T 24TCông ty điện toán và Truyền số liệu VDC 9924T 24T4.324T 24TKết luận 24T 103KếT LUậN Và KIếN NGHị 104TàI LIệU THAM KHảO 105 PHụ LụC 1.THÔNG Số Kỹ THUậT Và CHứC NĂNG ZXBwA M35 PHụ LụC DANH SáCH CáC THIếT Bị CHO Dự áN THử NGHIệM 2.WIMAX của vdc

Trang 4

- 4

-Công nghệ Wimax và Ứng dụng tại Việt Nam

DANH MôC C¸C Ký HIÖU, C¸C CH÷ viÕt t¾t

rd

PGeneration (of Mobile networks)AAA Authentication Authority 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

Trang 5

- 5

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

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

Trang 6

- 6

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

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 serviceRAN Radio Access Network

RAS Radio Access System

RLC Radio Link Control

RNC Radio Network Controller

RNS Radio Network Subsystem

Trang 7

- 7

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 Subcriber 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

Trang 8

- 8

DANH MụC CáC BảNG

24TUBảng 1-1: Đặc điểm các chuẩn 802.16U24T 22

24TUBảng 1 2: Đặc điểm của một số công nghệ không dây- U24T 23

24TUBảng 1 3: Mô tả các dạng thiết kế lớp vật lý- U24T 26

24TUBảng 1 4: Độ dài khung vật lý- U24T 27

24TUBảng 1 : Tốc độ baud và độ rộng kênh-5 U24 T 33

Trang 9

- 9

DANH MụC CáC HìNH Vẽ, Đồ THị

24TUHình 1 1: Mô hình mạng Wimax- U24T 14

24TUHình 1 2: Đặc điểm công nghệ WiMAX- U24T 14

24TUHình 1-3: Lịch sử phát triển các chuẩn 802.16 17U24T 24TUHình 1-4: Chuẩn cho mobile 802.16eU24T 21

24TUHình 1 5: Cấu trúc giao thức mạng WiMAX- U24T 24

24TUHình 1 6: Tổng quan về chức năng lớp vật lý ở trạm phát sóng WiMAX- U24T 25

24TUHình 1 7: Cấu trúc khung TDD- U24 T 28

24TUHình 1-8: Cấu trúc khung con hớng xuống 30U24T 24TUHình 1-9: Cấu trúc khung con hớng xuống FDD 31U24T 24TUHình 1-10: Cấu trúc khung con hớng lên 32U24 T 24TUHình 1-11: Sơ đồ khối chức năng lớp MAC 36U24T 24TUHình 1 12: Giao thức PKM- U24T 40

24TUHình 1 13: Quá trình mã hóa bảo mật trong 802.16- U24T 41

24TUHình 2 1: Dạng tấn công thụ động- U24 T 45

24TUHình 2 2: Dạng tấn công chủ động- U24T 45

24TUHình 2 3: Dạng tấn công trung gian- U2 4T 46

24TUHình 2 4: Tấn công bằng thông điệp RES- -CMD 51U24T 24TUHình 2 5: Vị trí có thể tấn công trong cấu trúc khung TDD- U24 T 60

24TUHình 3-1: Mô hình kết nối Loose coupling và Tight- -coupling 70U24T 24TUHình 3-2: Kiến trúc mạng roaming WiMAX 3GPP 72- U24T 24TUHình 3-3: Kiến trúc mạng WiMAX 83U24 T 24TUHình 3-4: Kiến trúc mạng UMTS 84U24T 24TUHình 3-5: Kiến trúc liên mạng WiMAX UMTS 85- U24T 24TUHình 4 1: Yêu cầu bằng thông đối với - các thiết bị 88U24T 24TUHình 4 2: Hệ thống mạng Wimax của VTC- U 24T 93

Trang 10

- 10

24TUHình 4-3: Vị trí đặt ZXBWA M35 95U24T

24TUHình 4-4: Cấu trúc mạng Wimax U 24T 95

24TUHình 4 5: Cấu trúc của NMS- U24T 98

24TUHình 4-6: Sơ đồ kết nối tại Base Station U24T 100

24TUHình 4-7: Sơ đồ kết nối tại End-userU24T 101 24TUHình 4-8: Sơ đồ kết nối cho ứng dụng VoIP 102U 24T

Trang 11

- 11

L ời nói đầu

Trong những năm gần đây công nghệ không dây Wireless LAN (WLAN) đợc sử dụng nhiều trong đời sống, cùng với những tính năng u việt của nó đã làm thay đổi đáng kể phơng thức truyền dẫn của mạng LAN truyền thống Ngời sử dụng lu động có thể kết nối đến mạng LAN, kết nối Internet thông qua kết nối không dây bằng mạng WLAN Trong khi các đô thị hiện đại trên thế giới ngày nay đang tự hào với hàng trăm điểm kết nối WLAN công cộng, thì ngời dùng tại những nớc đang phát triển hay tại các khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa, hải đảo tha thớt dân c những nơi mà việc triển - khai công nghệ này đòi hỏi một khoản chi phí khổng lồ thì sao? Công nghệ WiMAX ra đời là một giải pháp hoàn hảo đáp ứng đợc các yêu cầu kể trên, cả về mặt công nghệ lẫn chi phí triển khai

Công nghệ WiMAX dùng sóng vô tuyến trong xây dựng giải pháp mạng hiện đại Với giá thành và tính ổn định cao, giải pháp mạng không dây WiMAX sẽ là một trong những xu hớng tất yếu để mở rộng, và thay thế dần

hệ thống mạng LAN truyền thống sử dụng kết nối cáp, WiMAX hỗ trợ cho nhiều thiết bị ứng dụng dựa trên chuẩn TCP/IP và việc kết nối mạng đợc thực hiện bất cứ nơi đâu trong vùng phủ sóng Đồng thời, một trạm phát sóng có thể cho phép hỗ trợ nhiều kết nối cũng nh thiết bị truy xuất

Việc ứng dụng công nghệ WiMAX vào hạ tầng mạng viễn thông sẽ giúp cho việc sử dụng và kết nối Internet tốc độ cao không còn là chuyện xa vời, hiếm hoi đối với những nơi hẻo lánh xa xôi mà khả năng kéo cáp gặp nhiều khó khăn Đồng thời nó cũng góp phần thu hẹp khoảng cách giữa nông thôn và thành thị trong việc tiếp cận thông tin

Với sự chỉ bảo tận tình của TS Nguyễn Nam Quân, cũng nh sự nỗ lực học hỏi, nghiên cứu của bản thân, tôi ã chọn đ đề tài “Công nghệ WiMAX và ứng dụng tại Việt Nam Cấu trúc luận văn” tốt nghiệp gồm 4 chơng:

Trang 12

- 12

Chơng 1: Giới thiệu tổng quan về cơ sở lý thuyết công nghệ WiMAX,

những chuẩn liên quan đến WiMAX So sánh u nhợc điểm so với những công nghệ khác Đồng thời, nghiên cứu về lớp MACvà PHY của chuẩn IEEE 802.16a, đây là nền tảng cơ sởcủa công nghệ WiMAX

Chơng 2: Tìm hiểu phân tích những u điểm cũng nh những hạn chế

về tính bảo mật, vốn là một trong những vấn đề nhạy cảm của mạng không

dây So sánh với mạng WiFi và đa ra những cải tiến mới đang đợc nghiên cứu tại diễn đàn WiMAX

C hơng 3: Nghiên cứu về giải pháp kết nối mạng WiMAX trong hệ

thống thông tin di động 3GPP Đa ra mô hình liên kết mạng WiMAX và mạng UMTS

Chơng 4: Tìm hiểu về việc ứng dụng công nghệ Wimax tại Việt Nam

đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Tuy đã có nhiều cố gắng nhng do kiến thức, kinh nghiệm thực tế và thời gian còn nhiều hạn chế, bản luận văn tốt nghiệp này cũng không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đợc sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô và tất cả các độc giả để tôi hoàn thiện hơn vốn kiến thức của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn

Trang 13

- 13

Công nghệ Wimax và ứng dụng tại

việt nam CHƯƠNG 1: CƠ Sở Lý THUYếT CÔNG NGHệ WiMAX 1.1 Tổng quan về Wimax

1.1.1 Giới thiệu về Wimax

1.1.1.1 Định ghĩa WiMAX n

WiMAX là viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access hay còn đợc gọi theo tên kỹ thuật là 802.16, chuẩn này sinh ra từ chuẩn 802.xx của IEEE

IEEE 802.16 chuẩn cung cấp giải pháp kết nối không dây băng rộng cho ngời dùng cố định và di động c tính kinh tế hơn mạng dùng cơ sở hạ ó tầng hữu tuyến Nhóm làm việc IEEE 802.16 đang phát triển chuẩn dành cho mạng WMAN với khả năng ứng dụng trên phạm vi toàn cầu từ tháng 7 năm

1999 Chuẩn IEEE 802.16 liên quan đến giao tiếp không gian giữa các thuê bao và các trạm phát sóng Chuẩn IEEE 802.16 đợc công bố vào ngày 8 tháng 4 năm 2002 Các chuẩn dành cho mạng WMAN có thể kết nối các điểm nóng 802.11 tới Internet và đa ra giải pháp truy nhập băng rộng ở những chặng cuối thay thế cho DSL và cáp Chuẩn WMAN hỗ trợ các dịch vụ truy nhập không dây băng rộng tới các tòa nhà, chủ yếu thông qua các anten ngoài trời tới các trạm phát sóng cơ sở Phạm vi phủ sóng có thể lên tới 50 km và cho phép ngời sử dụng đạt đợc kết nối băng rộng mà không cần tầm nhìn thẳng tới các trạm phát sóng

Nhóm làm việc IEEE 802.16 hát triển các chuẩn truy nhập băng rộng pkhông dây cho hệ thống ở băng tần 10- 66 GHz và dới 11 GHz Chuẩn này tập trung vào lớp MAC và lớp vật lý

Trang 15

- 15

 Kiến trúc mềm dẻo: WiMAX có kiến trúc Point to Point dành cho

Backhaul, Point to Multipoint cho BS đến SS Nếu chỉ có một SS trong mạng WiMAX thì BS sẽ giao tiếp với SS trên nền tảng Point to Point Các trạm BS trong mô hình Point to Point có thể dùng một anten với độ định hớng cao để

đạt đợc khoảng cách lớn hơn

 Tính bảo mật cao: WiMAX hỗ trợ chuẩn mã hoá AES (Advanced Encryption Standard) và 3DES (Triple Data Encryption Standard) Với việc bảo mật tuyến giữa BS và SS, WiMAX cung cấp sự riêng t và an toàn ở giao tiếp không dây băng rộng Tính bảo mật của WiMAX còn cho phép các nhà vận hành mạng chống lại sự đánh cắp các dịch vụ Ngoài ra WiMAX cũng cho phép xây dựng mạng riêng ảo (VPN), cho phép bảo vệ dữ liệu đợc gửi đi từ những ngời sử dụng khác nhau trong cùng một BS

 Cung cấp QoS: WiMAX cung cấp QoS trên từng kết nối đáp ứng tất cả

các dịch vụ nhạy cảm với trễ nh thoại, truyền hình…và các dịch vụ đa phơng tiện

 Triển khai nhanh chóng: So với sự triển khai mạng hữu tuyến thì

WiMAX có thể đợc triển khai nhanh hơn rất nhiều Chỉ với một anten và thiết bị cài đặt đợc cung cấp nguồn là WiMAX sẵn sàng phục vụ các dịch vụ Trong nhiều trờng hợp sự triển khai WiMAX có thể đợc tính bằng giờ so với hàng tháng đối với các giải pháp khác

 Cung cấp dịch vụ nhiều mức (Multi Level Service): Mạng Wimax đáp

ứng các mức độ QoS khác nhau dựa trên thoả thuận về mức dịch vụ SLA (giữa nhà cung cấp dịch vụ và ngời sử dụng cuối) Ngoài ra WiMAX còn cho phép một nhà cung cấp dịch vụ có thể đa ra các SLA khác nhau tới các thuê bao khác nhau hoặc thậm chí tới những ngời sử dụng khác nhau trên cùng một

SS

Trang 16

- 16

 H oạt động tơng thích với các thiết bị khác nhau Interoperability) (

Công nghệ Wimax đợc phát triển sau nên cần phải đảm bảo khả năng tơng thích với các thiết bị trớc đó để có thể đợc thị trờng chấp nhận

 Khả năng di động (Portability): Giống nh hệ thống cellular một

 Phạm vi phủ sóng rộng: WiMAX hỗ trợ nhiều mức điều chế bao gồm

BPSK, QPSK, 16-QAM, 64 QAM Khi hoạt động với bộ khuếch đại công suất lớn và mức điều chế thấp BPSK, QPSK WiMAX vẫn có thể bao phủ một vùng rộng với đờng truyền giữa BS và SS trong môi trờng LOS

- Hoạt động trong đờng truyền NLOS: WiMAX dựa trên công nghệ

OFDM có khả năng xử lý trong môi trờng NLOS (Non Light of Sight) mà các sản phẩm khác không thể

1.1.1.3 Băng tần của WiMAX

802.16 cho phép nhiều lớp vật lý do đó nó có thể hoạt động trong băng tần rộng từ 2GHz đến 66 GHz Vì sóng điện từ không thể lan truyền trong phạm vi rộng nh vậy, nên chuần 802.16 chia phạm vi tần số này thành các băng tần khác nhau, mỗi băng tần dùng một lớp vật lý riêng Có 3 dạng băng tần chính:

34T* 10-34T 66 GHz (Licensed B and):34 T Truyền dẫn trong băng tần này yêu cầu

đờng truyền LOS giữa BS và SS Vì thực tế là trong phạm vi tần số này bớc

Trang 17

- 17

sóng ngắn do đó phải đảm bảo cân bằng sự ảnh hởng của suy hao do đặc

điểm địa hình hay do giao thoa Tuy nhiên u điểm của băng tần này là có thể

đạt đợc tốc độ dữ liệu cao

34T* 2-34T 11 GHz (Licensed B and):34T Truyền dẫn trong băng tần này không yêu cầu đờng truyền LOS, tuy nhiên nếu không có đờng truyền LOS thì công suất tín hiệu có thể rất khác nhau giữa BS và SS

34T* 2-11 GHz (Unlicensed Band):34T 34 T Đặc tính của băng tần 2-11GHz không cần cấp phép gần giống nh băng tần đợc cấp phép 2-11 Ghz Tuy nhiên, vì chúng là băng tần không cần cấp phép nên không có sự đảm bảo rằng sẽ không xảy ra sự giao thoa bởi các hệ thống khác hay ngời dùng khác dùng cùng một băng tần

1.1.2 Các chuẩn của WiMAX

Lịch sử phát triển các chuẩn của Wimax đợc mô tả bởi hình 1-3 sau:

Hình 1-3: Lịch sử phát triển các chuẩn 802.16

Trang 18

Chuẩn sử dụng điều chế đơn sóng mang trong phạm vi tần số 10Ghz

đến 66Ghz và sử dụng cả hai phơng pháp ghép kênh phân chia theo thời gian (TDD) và ghép kênh phân chia theo tần số (FDD) Các sơ đồ điều chế đợc sử dụng là QPSK, 16 QAM và 64 QAM Khả năng thay đổi phơng pháp điều chế và phơng pháp sửa lỗi trớc cho phép mạng thích nghi đợc với sự bất thờng của thời tiết do đó đáp ứng đợc chất lợng dịch vụ cho ngời sử dụng

Các trạm phát sóng BS tạo ra các ánh xạ (Map) kênh hớng lên và kênh hớng xuống sau đó chia sẻ tới các nút trong mạng Các ánh xạ này bao gồm

số lần truyền phát, khoảng thời gian và phơng pháp điều chế Theo đó vấn đề

về nút ẩn có thể bị loại bỏ Các thuê bao lúc này chỉ tập trung vào một trạm phát sóng BS mà chúng không cần phải lắng nghe bất kỳ một nút nào khác trong mạng Cũng nhờ thuật toán này mạng không bao giờ bị quá tải hay số thuê bao tăng lên đột biến

Một đặc tính rất quan trọng của 802.16 2001 là khả năng cung cấp chất lợng dịch vụ (QoS) khác nhau ở lớp vật lý Một mã nhận dạng lu lợng dịch

-vụ (Service Flow ID) sẽ thực hiện kiểm tra QoS Các dòng lu lợng dịch -vụ này đợc mô tả bởi các thông số QoS nh thời gian trễ tối đa, hay lợng jiter cho phép Các lu lợng dịch vụ này có thể đợc tạo ra bởi trạm phát sóng BS hay thuê bao SS

802.16 - 2001 chỉ hoạt động trong môi trờng tầm nhìn thẳng và với các thiết bị CPE ngoài trời

Trang 19

1.1.2.3 Chuẩn 802.16a 2003

-Vào tháng 1 năm 2003 IEEE công bố chuẩn 802.16a 2003 hoạt động trong băng tần 2Ghz đến 11Ghz Trong khi 802.16 hoạt động trong băng tần 10Ghz đến 66Ghz phải yêu cầu tầm nhìn thẳng thì với băng tần 2Ghz -11Ghz 802.16a cho phép kết nối không cần tầm nhìn thẳng, tránh đợc tác động của các vật cản nh cây cối nhà cửa Khả năng này mở ra cho WiMAX một phạm

-vi phủ sóng rộng lớn lên tới 50km, cho phép ngời dùng kết nối băng rộng mà không cần tầm nhìn thẳng tới trạm phát sóng BS, tốc độ có thể lên tới hàng trăm Mbps ở mỗi trạm đồng thời luôn cung cấp đủ băng thông để đáp ứng tức thời hàng trăm công ty với những đờng kết nối T1/E1 và hàng ngàn hộ gia

đình với những kết nối DSL tới 1 trạm BS

Tuy nhiên khả năng mới này lại đem đến cho 802.16a những thách thức

ở lớp vật lý, đó là việc phải thay lớp vật lý sao cho đáp ứng đợc sự hoạt động

ở dải tần 2-11Ghz Do vậy ngoài các phơng pháp điều chế đã giới thiệu trong 802.16, chuẩn sửa đổi này còn đa ra 3 dạng lớp vật lý:

Trang 20

- 20

lựa chọn là do khả năng u việt hơn so với công nghệ CDMA vì nó có thể hoạt

động trong môi trờng không cần tầm nhìn thẳng trong khi đó vẫn đạt đợc hiệu suất phổ lớn nhất Trong trờng hợp CDMA, băng thông RF phải lớn hơn thông lợng dữ liệu nhiều để chống giao thoa Nếu sử dụng công nghệ CDMA

để thực hiện không dây băng rộng dới tần số 11 Ghz và tốc độ lên tới 70Mbps thì băng thông yêu cầu phải đạt 200Mpbs để có thể hoạt động không cần tầm nhìn thẳng Bên cạnh đó một vài đặc tính của lớp vật lý cũng đợc nêu ra nh độ rộng kênh mềm dẻo, dạng burst thích ứng, và hệ thống anten thích ứng để cải thiện về phạm vi và dung lợng, sự lựa chọn tần số động giúp làm giảm tối thiểu giao thoa, mã hóa không gian giúp nâng cấp sự thực hiện trong môi trờng fading nhờ mật độ không gian dày đặc

802.16a cũng thêm vào hỗ trợ mạng lới Điều này có nghĩa là các lu lợng từ một thuê bao SS này tới SS khác có thể đợc định tuyến Đây là một

sự thay đổi trong mô hình điểm - đa điểm mà trớc kia các lu lợng đều phải qua trạm phát BS Sự thay đổi ở lớp MAC này cho phép các thuê bao trong mạng Mesh có thể lập lịch trình tới nhau mà không cần thông qua trạm phát

BS

1.1.2.4 Chuẩn 802.16 2004

-Chuẩn 802.16 - 2004 đợc phê chuẩn vào ngày 24/07/2004 và đợc công bố vào tháng 9 năm 2004, còn đợc biết đến với cái tên chuẩn 802.16-Revd Chuẩn 802.16 2004 chính là sự thống nhất của các chuẩn 802.11- -2001, 802.16a-2003 và 802.16c 2002 tạo nên một chuẩn mới Ban đầu nó đợc xem -nh là sự xem xét sửa đổi những chuẩn trớc đó nhng những thay đổi mới này đã hình thành nên một chuẩn mới toàn diện và đợc áp dụng cho chứng nhận chuẩn WiMAX

Chuẩn 802.16 - 2004 đã đa ra khả năng tự cài đặt các thiết bị trong nhà, nó đem lại sự tiện lợi lớn cho ngời sử dụng Các thiết bị hoạt động trong

Trang 21

- 21

băng tần cấp phép sẽ sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian (TDD) còn

đối với băng tần không cấp phép có thể sử dụng cả hai phơng pháp ghép kênh phân chia theo thời gian (TDD) và ghép kênh phân chia theo tần số (FDD) Ngoài ra lớp MAC là tối u cho những tuyến đờng truyền dài vì nó

đợc thiết kế với khoảng trễ lớn hơn và độ trễ biến đổi

1.1.2.5 Chuẩn 802.16e và sự mở rộng

Chuẩn 802.16e, đợc IEEE thông qua vào tháng 12 năm 2005, là tập

mở rộng của 802.16d, bổ sung sung khả năng di động dữ liệu, cho phép chuyển vùng và chuyển mạng Ngoài ra chuẩn này còn đa vào hệ thống bảo mật cao cấp (AES), một yêu cầu bắt buộc cho các chứng nhận WiMAX Vì chuẩn này mới đợc phê chuẩn và đang đợc các hãng thử nghiệm cung cấp giải pháp và thiết bị, do đó đồ án này không tập trung nghiên cứu xâu

Hình 1-4 Chuẩn : cho mobile 802.16e

Trang 22

- 22

Bên cạnh chuẩn 802.16 e thì các chuẩn nh 802.16f, 802.16g đang đợc nghiên cứu Các chuẩn này chủ yếu tập trung vào các giao thức quản lý mạng

hệ số tăng ích và công

suất phát

2- 5 km

Bảng 1-1: Đặc điểm các chuẩn 802.16

1.1.3 So sánh WiMAX với các công ngh ệ không dây khác

Hiện nay một số công nghệ truy cập Internet nh dial up có tốc độ thấp, ADSL đạt tốc độ 8 Mbps nhng cần có dây, các kênh thuê riêng thì đắt và khó triển khai Các hệ thống hiện tại chỉ đạt tốc độ 9,6 kbit/s GSM, GPRS (2,5G)

-đạt tốc độ 171,2 kbit/s, EDGE 300-400 kbit/s, hệ thống 3G đạt tốc độ 2Mbit/s Mạng WiFi (LAN không dây) chỉ đạt đợc khoảng cách ngắn Trong khi đó WiMAX cung cấp phơng tiện truy cập không dây tổng hợp thay thế ADSL, WiFi, có thể đạt tốc độ lên tới 70 Mbit/s, bán kính phủ sóng 50km với mô

Trang 23

- 23

hình phủ sóng giống điện thoại tế bào Bảng 1.2 bên dới mô tả một số đặc

điểm của các công nghệ không dây hiện nay

802.11

WiMAX 802.16

Mobile_Fi 802.20

Phổ tần số dây hiện có Phổ không 2,4Ghz/802.11b/g 5,2 G/ 802.11a 2- 10- 11 Ghz/ 802.16a66 Ghz/802.16 < 3,5 Ghz

Ưu điểm

Phạm vi phủ sóng, khả

năng di

động

Tốc độ cao, Giá rẻ Tốc độ cao, phạm vi phủ sóng

Tốc độ cao, khả năng di

Bảng 1-2: Đặc điểm của một số công nghệ không dây

a chuộng trong tơng lai Để có thể thấy rõ hơn vì sao WiMAX lại có những

u điểm nh vậy chúng ta sẽ nghiên cứu phần 1.2 nói về cấu trúc giao thức của WiMAX

1.2 Cấ u trúc mạng Wim ax

Chuẩn IEEE 802.16a đợc xây dựng dới dạng chồng ngăn xếp với nhiều giao diện đợc đa ra Lớp MAC bao gồm ba lớp con: Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ (Service Specific Convergence Sublayer), lớp con MAC

Trang 24

- 24

phần chung (MAC Common Part Sublayer) và lớp con bảo mật (Privacy Sublayer) Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền dẫn TC (Transmission Convergence Sublayer) Vị trí tơng đối của các lớp con MAC

và lớp PHY đợc trình bày trong hình 1.5

Lớp cao hơn

Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ

(Service Specific Convergence Sublayer)

MAC

Lớp con MAC phần chung

(MAC Common Part Sublayer)

Lớp con bảo mật

(Privacy Sublayer)

Lớp con hội tụ truyền dẫn

34T(Transmission Convergence Sublayer)

PHY

Hình 1-5: Cấu trúc giao thức mạng WiMAX

1.2.1 Lớp vật lý

1.2.1.1 Giới thiệu

Chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ nhiều giao tiếp môi trờng vật lý khác nhau Chuẩn đợc phát triển từ phiên bản năm 2001 và đến nay vẫn đợc nghiên cứu Trớc đây 802.16 chỉ sử dụng dạng điều chế đơn sóng mang nhng đến nay đã hỗ trợ công nghệ truy nhập dựa trên ghép kênh phân chia theo tần số trực giao mở rộng (SOFDMA) Ban đầu chỉ sử dụng băng tần 10 66 GHz đến - nay chuẩn cho phép hoạt động ở cả hai băng tần 2 11 Ghz và 10 - -66 Ghz

Trang 25

Space time decoding beamforing

Channel Estimation Frequency Domain Equalization

Channel estimation Frequency Domain Equalization IFFT

IFFT

Timing &

Frequency Correction

Timing &

Frequency Correction

2 11Ghz : - 34T Dải tần này IEEE 802.16 sử dụng cả băng tần cấp phép và không cần cấp phép trong môi trờng truyền dẫn không yêu cầu tầm nhìn thẳng Các bản phác thảo hiện tại đa ra 3 dạng lớp vật lý khác nhau, mỗi dạng đều có thể tơng thích với nhau

Trang 26

- 26

• WirelessMAN - SCa: sử dụng điều chế đơn sóng mang

• WirelessMAN - OFDM: sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao với 256 điểm biến đổi FFT Đây là giao tiếp bắt buộc trong băng tần không cần cấp phép

• WirelessMAN - OFDMA: sử dụng truy nhập phân chia theo tần

số trực giao với 2048 điểm biến đổi FFT Do yêu cầu về truyền sóng ở dạng vật lý này sẽ hỗ trợ hệ thống anten tiên tiến

WirelesMAN -OFDMA 2 -11 Ghz, băng

tần cấp phép TDD, FDD

OFDM đợc chia ra thành các nhóm con để cho phép đa truy nhập trong một băng tần

động

Bảng 1-3: Mô tả các dạng thiết kế lớp vật lýLớp vật lý cho băng tần 10 66 G- hz đợc thiết kế với sự mềm dẻo, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có khả năng triển khai hệ thống một cách tối

u trong việc lập các cell, tính chi phí, khả năng của sóng radio, các dịch vụ hay dung lợng của hệ thống

Để sử dụng phổ hiệu quả, cả hai phơng pháp ghép kênh TDD và FDD

đều đợc sử dụng Bên cạnh đó cả hai phơng pháp này đều sử dụng các burst truyền dẫn, mỗi burst có burst profile chứa các thông số truyền dẫn nh sơ đồ

Trang 27

- 27

điều chế, sơ đồ mã hóa, và chúng có thể đợc điều chỉnh trên mỗi thuê bao theo từng khung

 34TTrờng hợp TDD các khung con hớng xuống sẽ phát trớc tiếp sau đó là các khung con hớng lên

 Trờng 34Thợp FDD sự truyền phát dữ liệu hớng lên xảy ra đồng thời với 34Thớng xuống Mỗi thuê bao SS sẽ cố gắng nhận hết các burst hớng xuống ngoại trừ những burst mà burst profile không đợc thực hiện bởi SS và những burst có tín hiệu không đủ mạnh so với các burst profile hiện tại của thuê bao SS đó SS trong mô hình bán song công không nhất thiết phải nghe các phần của kênh hớng xuống

1.2.1.3 Mô hình hoạt động FDD

Trong mô hình này các kênh hớng lên và hớng xuống sử dụng tần số khác nhau Các tuyến hớng xuống có thể sử dụng nhiều loại điều chế khác nhau và cho phép truyền phát ngay lập tức nếu hỗ trợ song công

Trang 28

Hình 1-7: Cấu trúc khung TDD

TTG

TTG là một khoảng giữa burst hớng xuống và burst hớng lên theo sau Khoảng này mở ra một khoảng thời gian để trạm phát sóng BS có thể chuyển từ trạng thái phát tin sang trạng thái nhận tin và cho phép thuê bao SS chuyển từ trạng thái nhận tin sang trạng thái truyền tin Trong khoảng thời gian này, trạm phát sóng BS và thuê bao SS không đợc phát bất cứ dữ liệu gì

đã đợc điều chế, tuy nhiên các anten phát /thu khởi động, bộ thu tín hiệu của

BS tích cực Sau khoảng thời gian này bộ thu của trạm phát sóng BS sẽ tìm kiếm các tín hiệu đầu tiên của burst uplink

RTG

Trang 29

- 29

RTG là một khoảng giữa burst hớng lên và các burst hớng xuống Khoảng này cho phép trạm phát sóng BS chuyển trạng thái từ nhận dữ liệu sang phát dữ liệu, trong khoảng thời gian này BS không phát dữ liệu đã điều chế Tuy nhiên, anten thu/phát tín hiệu khởi động, bộ thu tín hiệu của thuê bao

SS đợc tích cực Sau khoảng thời gian này thuê bao SS sẽ tìm những tín hiệu của dữ liệu điều chế QPSK trong burst hớng xuống Khoảng thời gian này là bội số của khoảng thời gian của một khe vật lý PS (Physical Slot) bắt đầu tính

từ biên giới của khe vật lý này

Khe vật lý đợc dùng cho mục đích định ra băng thông và nhận dạng sự chuyển tiếp lớp vật lý Khe vật lý PS thờng đợc xác định bằng các ký hiệu 4-QAM

1.2.1.5 Lớp vật lý hớng xuống (Downlink PHY)

Băng thông sẵn có trên các kênh hớng xuống đợc tính bằng khe thời gian vật lý PS, còn băng thông hớng lên tính bằng một minislot, trong đó chiều dài một minislot đợc tính bằng 2m PS (m = 0 7) Số lợng khe vật lý trong mỗi khung tạo nên tốc độ ký hiệu (symbol rate) Tốc độ ký hiệu trong mỗi khung thờng đợc lựa chọn là số nguyên lần PS Ví dụ với tốc độ ký hiệu là 20 MBd, thì sẽ có 5000 PS trong một khung 1ms

Khung con hớng xuống (Downlink subframe)

34TCấu trúc của khung con hớng xuống sử dụng TDD đợc minh họa trên hình 1.8

Trang 30

TDM DIUC a

TDM DIUC b

TDM DIUC c

Hình 1-8: Cấu trúc khung con hớng xuống

 34TPhần mào đầu đồng bộ khung đợc sử dụng để đồng bộ và cân bằng khung

 34TPhần điều khiển khung chứa DL MAP và UL MAP-

- 34TPhần mang dữ liệu TDD đợc tổ chức thành dạng burst, trong đó mỗi : burst có một 34Tburst profile khác nhau, giúp tạo ra mức độ khác nhau trong 34 Ttruyền dẫn

Burst profile34T chứa các thông số đặc tả các đặc tính truyền dẫn hớng lên và hớng xuống Mỗi profile chứa các thông số nh loại điều chế, sửa lỗi trớc, chiều dài phần mào đầu đồng bộ, khoảng bảo vệ 34T…

Trong trờng hợp FDD cấu trúc kênh hớng xuống đợc minh họa nh hình 1 9

Trang 31

TDM DIUC a

TDM DIUC b

TDM DIUC c

Phần TDMA

TDMA DIUC d

TDMA DIUC e

TDMA DIUC f

TDMA DIUC g

DL- MAP UL-MAP TDM: Time Division MultiplexDIUC: Downlink Interval Usage code

Preamble: Phần đầu động bộ khung

Phần TDM

Hình 1-9: Cấu trúc khung con hớng xuống FDDCũng giống nh TDD các khung con hớng xuống cũng bắt đầu bằng phần mào đầu đồng bộ, theo sau là phần điều khiển khung và phần dữ liệu TDM, đợc tổ chức thành dạng burst

1.2.1.6 Lớp vật lý hớng lên (Uplink PHY)

Khung con hớng lên (uplink subframe)

34TCấu trúc khung con hớng lên đợc sử dụng bởi thuê bao SS truyền tin tới BS đợc chỉ ra ở hình 1-10.34T

Trang 32

- 32

Cơ hội duy trỡ khởi đầu (UIUC = 2)

Cơ hội cạnh tranh yờu cầu (UIUC= 1)

Khoảng dữ liệu SS1 (UIUC = i) … Khoảng dữ liệu SS N

(UIUC = j)

Khoảng chuyển tiếp SS

Khoảng chuyển tiếp Tx/Rx

Burst truy nhập Xung đột Burst truy nhập Yờu cầu

băng thụng

Xung đột

Yờu cầu băng thụng

Hình 1-10: Cấu trúc khung con hớng lên

ở34T đây có 3 loại burst đợc truyền đi trong một khung con hớng lên:

 Burst đợc phát đi với mục đích cạnh tranh dành cho ranging khởi đầu

 Burst đợc phát đi với mục đích cạnh tranh đợc xác định bởi khoảng yêu cầu (Request Interval) dành cho việc đáp lại poll multicast hay broadcast

 Burst đợc phát đi trong các khoảng khác nhau đợc xác định bởi Data Grant IE dùng để định ra băng thông cho từng SS

Các burst này có thể tồn tại trong bất cứ khung nào, xuất hiện ở bất kỳ thời điểm nào và số lợng không hạn chế (chỉ bị hạn chế bởi số khe vật lý PS) trong một khung

Băng thông đợc chỉ ra cho ranging khởi đầu và cơ hội cạnh tranh yêu cầu (Request contention opportunies) có thể đợc nhóm lại với nhau và luôn

đợc dùng cùng với burst profile hớng lên đợc chỉ ra trong UIUC (ranging khởi đầu có UIUC =2, khoảng yêu cầu có UIUC =1) SSTG (SS transition gap)

đợc dùng để tách biệt sự truyền phát của các SS khác nhau trong cùng một

Trang 33

- 33

khung con hớng lên Khoảng trống này có dạng xung dốc xuống và đợc theo sau bởi một phần mào đầu cho phép BS đồng bộ với SS mới Phần mào

đầu và khoảng trống này đợc quảng bá theo định kỳ trong thông điệp UCD

1.2.1.7 Kiểm soát lỗi

Chuẩn IEEE802.16 sử dụng hai phơng pháp kiểm soát lỗi ở lớp vật lý: Sửa lỗi trớc (FEC) và yêu cầu truyền lại tự động (ARQ)

Sửa lỗi trớc34T - phơng pháp này rất phổ biến ở các giao tiếp vô tuyến Chuẩn IEEE 802.16 sử dụng Reed Solomon GF (256) FEC, tuy nhiên cho phép lựa chọn mã Block Turbo để tăng phạm vi phủ sóng của BS hoặc tăng thông lợng

Yêu cầu truyền phát lại tự động -34T là một đặc tính lớp vật lý đợc sử dụng để xử lý những lỗi xảy ra trong quá trình lan truyền bất thờng ARQ bao gồm cả sự truyền phát lại từng bít dữ liệu bị mất trong quá trình truyền dẫn ban đầu Việc truyền lại riêng từng bít cho phép lớp vật lý có thể tự sửa lỗi trớc khi gửi dữ liệu lên các lớp cao hơn Đây là một đặc tính chỉ có ở lớp vật

lý của 802.16a không có trong chuẩn 802.16

Tốc độ bit (Mbit/s) QPSK

Tốc độ bít (Mbit/s)

16 QAM -

Tốc độ bit (Mbit/s)

64 QAM -

Độ rộng khung

đợc đề

cử (ms)

Số lợng

PS /khung

20 16 32 64 96 1 4000

25 20 40 80 120 1 5000

28 22.4 44.8 89.6 134.4 1 5600

Bảng 1-5: Tốc độ baud và độ rộng kênh

Trang 34

- 34

34TTrong bảng 1-5 tốc độ baud đợc chọn là số nguyên lần khe vật lý PS 34T 3 4T 34 T 34Ttrên mỗi khung Khoảng thời gian của khung đợc chọn dựa trên cơ sở cân bằng giữa hiệu suất truyền tải và độ trễ

1.2.1.9 Kiểm soát hệ thống vô tuyến

Kỹ thuật đồng bộ

Việc đồng bộ các khe thời gian hớng lên một cách chính xác đợc thực hiện thông qua thủ tục chỉnh ranging đợc xác định ở lớp MAC đảm bảo rằng việc truyền dẫn bởi nhiều ngời dùng không bị giao thoa với nhau Do đó lớp vật lý phải cung cấp sự định thời chính xác từ BS và mềm dẻo trong việc chỉnh định thời ở phía SS theo các đặc tính của bộ phát

Kiểm soát tần số

Kiểm soát tần số là một thành phần của lớp PHY Lỗi tần số rất khác nhau theo từng thời kỳ và nhiệt độ trong đơn vị sóng vô tuyến, đặc biệt là ở tần số cao Để giảm độ phức tạp trong các thành phần tần số ở SS tần số sóng mang hớng lên và hớng xuống sẽ tham chiếu lẫn nhau

Điều khiển công suất

Cùng với việc kiểm soát tần số, thuật toán điều khiển công suất cũng

đợc hỗ trợ ở tuyến lên với cả hai khả năng là điều chỉnh ban đầu và điều chỉnh theo chu kỳ với mục tiêu không mất dữ liệu BS có khả năng đo chính xác công suất của tín hiệu nó nhận đợc Giá trị này đợc so sánh với mức công suất chuẩn Nếu có lỗi, những lỗi này sẽ đợc gửi lại SS trong một thông

điệp điều chỉnh tới từ lớp MAC Thuật toán điều chỉnh công suất sẽ đợc thiết

kế hỗ trợ sự suy hao công suất do khoảng cách, do sự thay đổi công suất ở mức cao nhất là 10dB/s với độ sâu thấp nhất là 40 dB Phạm vi điều khiển công suất tổng bao gồm cả phần cố định và phần đợc điều khiển tự động

Trang 35

- 35

bằng thông tin phản hồi Thuật toán này cũng tính đến cả sự ảnh hởng lẫn nhau của bộ khuếch đại công suất với các dạng burst profile khác nhau

1.2.1.10 Lớp con hội tụ truyền dẫn

Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền TC (Transmission Convergence) Lớp này thực hiện sự biến đổi các PDU MAC độ dài có thể thay đổi vào trong các block FEC độ dài cố định (cộng thêm có thể là một block đợc rút ngắn vào đoạn cuối) của mỗi “burst” Lớp TC có một PDU có kích thớc khớp với block FEC hiện thời bị đầy Nó bắt đầu với một con trỏ chỉ ra vị trí đầu mục PDU MAC tiếp theo bắt đầu bên trong block FEC

Khuôn dạng PDU TC cho phép đồng bộ hóa lại PDU MAC tiếp sau trong trờng hợp block FEC trớc đó có những lỗi không thể phục hồi đợc Không

có lớp TC, một SS hay BS nhận sẽ mất toàn bộ phần còn lại của một "burst" khi một lỗi không thể sửa chữa xuất hiện

1.2.2 Lớp MAC

Lớp MAC gồm ba lớp con: lớp hội tụ chuyên biệt dịch vụ giao tiếp với các lớp bên trên, lớp con phần chung thực hiện chức năng quan trọng của lớp (MAC) và lớp con bảo mật

Trang 36

- 36

Quản lý liờn kết ARQ

Bộ lập lịch trỡnh Bảo mật

Quản lý MAC

Xử lý burst hướng lờn

Quản lý cấu hỡnh Hệ thống quản trị mạng

Tập hợp cỏc gúi hướng lờn

Phõn lớp gúi hướng xuống SSCS

CPS

Hàng đợi dựa trờn QoS

Kiến trỳc Service Flow Lớp ứng dụng

PHY

Hình 1-11: Sơ đồ khối chức năng lớp MAC

1.2.2.1 Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ

Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ nằm trên lớp MAC phần chung Thông qua SAP lớp MAC phần chung cung cấp các dịch vụ cho lớp hội tụ phần chung Chuẩn IEEE 802.16 xác định hai lớp con hội tụ chuyên biệt các dịch vụ để ánh xạ các dịch vụ tới và từ các kết nối lớp MAC Lớp hội tụ phần chung thực hiện các chức năng cụ thể sau:

• Nhận các PDU từ các lớp cao hơn

• Thực hiện phân loại các PDU của các lớp trên

• Xử lý các PDU dựa trên sự phân loại

• Đa các CS PDU đến các MAC SAP tơng ứng

• Nhận các CS PDU từ các thực thể ngang hàng

Trang 37

- 37

1.2.2.2 Lớp con phần chung (common part sublayer)

Lớp MAC đợc thiết kế để hỗ trợ kiến trúc điểm đa điểm với một BS - trung tâm có thể xử lý nhiều sector độc lập cùng một lúc Trên các tuyếnhớng xuống dữ liệu tới SS đợc ghép kênh phân chia theo thời gian Các tuyến hớng lên sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

Lớp MAC 802.16 là lớp định hớng kết nối Tất cả các dịch vụ không kết nối sẽ đợc ánh xạ tới một kết nối Khả năng này cung cấp một cơ chế đáp ứng băng thông theo yêu cầu gán QoS và các thông số lu lợng, quá trình truyền tải và định tuyến dữ liệu tới các lớp con hội tụ tơng ứng

Các kết nối sẽ đợc chỉ ra bởi CID 16 bit và có thể yêu cầu băng thông liên tục hay băng thông theo yêu cầu Mỗi SS có 48 bít địa chỉ MAC dùng để nhận dạng thiết bị Trên lối vào mạng SS đợc gán 3 kết nối quản lý theo mỗi hớng 3 kết nối này phản ánh các yêu cầu QoS khác nhau với các mức quản

lý khác nhau

34TKết nối đầu tiên là kết nối cơ bản đợc dùng để chuyển các thông điệp lớp MAC với thời gian ngắn, hay các thông điệp điều khiển liên kết vô tuyến (RLC), quảng bá dữ liệu ban đầu, yêu cầu băng thông, ranging khởi đầu

Kết nối thứ hai là kết nối chính (primary) đợc sử dụng để chuyển các thông điệp với thời gian dài hơn và có thể có độ trễ, thờng là các thông điệp xác thực hay thiết lập kết nối

Cuối cùng là thông điệp quản lý thứ cấp đợc dùng để chuyển các thông điệp quản lý theo chuẩn nh Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), Trival File Transfer Protocol (TFTP) và Simple Network Management Protocol (SNMP) Ngoài những kết nối quản lý này còn có kết nối truyền tải để mang lu lợng ngời dùng

Ngoài ra MAC còn dự trữ các kết nối bổ sung cho những mục đích khác nh sự truy nhập lúc khởi đầu trên cơ sở cạnh tranh, sự truyền quảng bá

Trang 38

- 38

(broadcast) cho đờng xuống cũng nh cho báo hiệu kiểm tra tuần tự (polling)

1.2.2.3 Lớp con bảo mật

Lớp này gồm hai giao thức chính sau:

 Encapsulation protocol: Giao thức này xác định một tập các sơ đồ bảo

mật để hỗ trợ việc mã hoá các gói dữ liệu giữa BS và SS Tập này gồm các thông tin liên quan đến các thuật toán mã hoá dữ liệu và xác thực, và các quy tắc cho phép áp dụng các thuật toán khác trên phần tải tin MAC PDU

 Key management protocol: Giao thức này cho phép quản lý và phân

phối dữ liệu tạo khoá từ BS tới SS Chuẩn 802.16 dùng giao thức privacy key management (PKM)

SA thể hiện mối quan hệ giữa bên gửi và bên nhận để trao đổi thông số

an ninh cho các dòng lu lợng Dữ liệu SA gồm:

• ID để nhận dạng SA (SAID) dài 16 bit

• Một mật mã để bảo vệ dữ liệu đợc trao đổi trên các kết nối Chuẩn đợc dùng là DES- CBC

• Hai khoá TEK để mã hoá dữ liệu

• Hai bít nhận dạng khoá, mỗi bít cho một khoá TEK

• Thời gian sống của TEK Giá trị mặc định là nửa ngày, giá trị nhỏ nhất là 30 phút, giá trị lớn nhất là 7 ngày

• Vector khởi đầu 64 bit cho mỗi TEK

• Trờng chỉ thị loại SA đang sử dụng

Lớp MAC 802.16 privacy sublayer sử dụng 3 loại SA:

Trang 39

- 39

Primary SA34 T: Mỗi SS thiết lập duy nhất một primary SA với BS Primary

SA đợc thiết lập trong quá trình khởi đầu của SS trong kết nối quản lý thứ cấp

đích trong BS, thông thờng nó đợc dùng cho những ứng dụng unicast

Dynamic SA34T: Dynamic SA đợc tạo ra và đợc huỷ bỏ tơng ứng với 34 T 34Tmột dòng tin mới đợc tạo ra hay kết thúc

Cả Static SA và Dynamic SA đều có thể đợc sử dụng chung giữa các

SS trong các ứng dụng multicast Các dòng tin hớng lên luôn sử dụng primary SA để mã hoá vì mỗi SS sẽ có một primary SA duy nhất Tuy nhiên các dòng tin hớng xuống từ BS dùng primary SA khi đó là ứng dụng unicast, còn trong ứng dụng multicast BS sẽ dùng static SA hay dynamic SA Trong nhiều sơ đồ BS cũng có thể sử dụng static SA hay dynamic SA cho ứng dụng unicast

802.16 MAC security sublayer dùng PKM để thực hiện khoá và quản lý

SA giữa BS và SS Giao thức PKM mợn một phần lớn các chứng chỉ của DOCSIS đợc phát triển bởi cable Laboratories (Cable Lab)

SS dùng giao thức PKM để đạt đợc đợc việc trao quyền và tạo khoá lu lợng (TEK) từ BS Ngoài ra SS cũng dùng PKM để thực hiện việc trao quyền lại theo định kỳ và làm mới khoá

34TPKM dùng chứng nhận số X.509 và hai khoá 3-DES để đảm bảo việc trao đổi khoá giữa BS và SS theo mô hình client/server 34Tở đây SS là client yêu 34Tcầu vật chất khoá trong khi BS là server đáp lại yêu cầu này và đảm bảo rằng mỗi SS chỉ nhận đợc một vật chất tạo khoá mà chúng đợc trao quyền Giao thức PKM ban đầu sẽ thiết lập một 34Tauthorization key34T (AK) là một khoá đối xứng bí mật giữa BS và SS AK sẽ đợc sử dụng trong những quá trình trao đổi

Trang 40

- 40

34Ttraffic encryption keys34T (TEK) Việc sử dụng AK và sơ đồ mật mã đối xứng làm giảm phần mào đầu

BS xác thực SS trong quá trình khởi đầu trao quyền Mỗi chứng nhận SS chứa khoá chung RSA (trong đó một nửa riêng đợc gắn trong thiết bị phần cứng, địa chỉ MAC, số serial, ID của nhà sản xuất Trong quá trình trao quyền

SS sẽ gửi một bản sao chứng nhận thiết bị này tới BS BS sẽ phải xác nhận các thông tin của SS Nếu thoả mãn BS sẽ đáp lại SS với một khoá AK đợc mã hoá bằng public key của SS Vì chỉ có SS mới có khoá riêng tơng ứng nên chỉ

có SS mới có thể giải mã đợc thông điệp này

SS PKM client

BS PKM server

Bắt đầu quỏ trỡnh khởi đầu trỡnh khởi đầuBắt đầu quỏ

Hoàn thành trao quyền

SS được trao quyền

1 2

3

4

5

i+1 i

Thụng tin xỏc thực Yờu cầu xỏc thực Đỏp lại trao quyền

Yờu cầu khúa Đỏp lại yờu cầu khúa

Hình 1-12: Giao thức PKM

Tiêu đề	Công Nghệ Wimax Và Ứng Dụng Tại Việt Nam
Tác giả	Mai Tùng Hiệp
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Điện Tử Viễn Thông
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
Năm xuất bản	2006
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	111
Dung lượng	5,25 MB