Đồ án báo cáo Đề tài : nghiên cứu về công nghệ WIMAX Đây là đồ án báo cáo chi tiết trong quá trình học ĐH,được đánh giá chất lượng rất cao,được biên soạn nghiên cứu từ các tài liệu chuyên ngành,thực tế thực tập,… .được chắt lọc từ các tài liệu công nghệ kỹ thuật mới nhất.Đây là tài liệu thực sự bổ ích cho các bạn trẻ giúp các bạn sinh viên đạt kết quả cao khi bảo vệ đồ án,báo cáo,luận văn của mình,trinh phục tương lai của mình .Chúc các bạn thành công
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX GVHD : SINH VIÊN : ĐINH MẠNH DŨNG BÙI VĂN NAM LỚP: ĐH ĐTA HÀ NỘI,NGÀY …. THÁNG … .NĂM 201… LỜI MỞ ĐẦU Xu hướng phát triển của các mạng thế hệ sau được đặc trưng bởi khả năng hội tụ, tốc độ dữ liệu cao, hỗ trợ nhiều mức chất lượng dịch vụ (QoS) đi đôi với khả năng di động bên trong mạng hoặc giữa các mạng sử dụng các công nghệ khác nhau và giữa các nhà cung cấp dịch vụ với nhau. Một khía cạnh quan trọng trong xu hướng phát triển đó là việc chuẩn hóa, cho phép xây dựng kiểu mạng độc lập với thiết bị và khả năng tương tác giữa các kiểu mạng khác nhau ở mức cao. Một công nghệ đang được phát triển đáp ứng được những đặc tính kể trên, được chuẩn hóa bởi tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đó là công nghệ IEEE 802.16, thường được gọi là công nghệ WiMAX. Đồ án này tập trung vào việc nghiên cứu lớp Điều khiển truy nhập môi trường MAC trong công nghệ WIMAX. Đồ án sẽ trình bày những vấn đề cơ bản nhất về công nghệ WiMAX như các chuẩn WiMAX, các kỹ thuật được ứng dụng trong WiMAX, mô hình phân lớp và bảo mật trong WiMAX. Đồ án bao gồm 4 chương như sau: Chương 1: Giới thiệu chung và cấu trúc mạng truy cập WiMAX Chương 2: Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ WiMAX, So sánh công nghệ WiMAX với công nghệ 3GLTE Chương I: GiỚI THIỆU CHUNG VÀ CẤU TRÚC MẠNG TRUY CẬP WIMAX 1.1. CẤU TRÚC MẠNG WIMAX WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access) là hệ thống truy nhập vi ba có tính tương thích toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn IEEE 802.16 WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Network). Họ 802.16 này đưa ra những tiêu chuẩn, chỉ tiêu kỹ thuật nhằm tập trung giải quyết các vấn đề trong mạng vô tuyến băng rộng điểm – đa điểm về giao diện vô tuyến bao gồm: Lớp điều khiển truy cập môi trường (MAC) và lớp vật lý (PHY). - WiMAX là một chuẩn không dây đang phát triển rất nhanh, hứa hẹn tạo ra khả năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định lẫn mạng không dây di động. - WiMAX được thiết kế nhằm mục đích bổ sung vào các công nghệ truy cập không dây hiện tại với ưu điểm tốc độ dữ liệu cao, hỗ trợ QoS linh hoạt, phạm vi phủ sóng rộng và chi phí triển khai thấp trong phạm vi vùng đô thị MAN (Metropolian Access Network). - WiMAX là một công nghệ cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối như một phương thức thay thế cho cáp và đường dây thuê bao số DSL. WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomadic (người sử dụng có thể di động nhưng cố định trong lúc kết nối), portable (người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ chậm) và cuối cùng là di động mà không cần ở trong tầm nhìn thẳng LOS (Line- Of-Sight) trực tiếp với trạm gốc BS (Base Station). 1.2 CẤU TRÚC MẠNG WIMAX Cấu trúc của mạng WiMAX bao gồm mô hình tham chiếu, các phân lớp MAC (Media Access Control - Điều khiển truy nhập môi trường) và PHY (Physical Layer - Lớp vật lý). -Hình 1.1 minh họa mô hình tham chiếu và phạm vi của chuẩn. Trong mô hình tham chiếu này, lớp PHY tương ứng với lớp 1 (lớp vật lý) và lớp MAC tương ứng với lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) trong mô hình OSI. Hình 1.1. Mô hình tham chiếu Hình 1. 2 Chức năng các lớp trong mô hình phân lớp chuẩn IEEE 802.16 Tại trạm thu, phần cứng WiMAX tiếp nhận dữ liệu từ các lớp cao. Hình 1.3 mô tả hướng di chuyển của luồng dữ liệu qua các lớp. Mỗi lớp sẽ thực hiện encapsulation (đóng gói) dữ liệu nhận được từ các lớp trên. Tại lớp thấp nhất, dữ liệu được truyền dưới dạng bit qua môi trường truyền đến nơi nhận. Tại trạm thu, dữ liệu sẽ được decapsulation (mở gói) để lấy các thông tin cần thiết và các thông tin này được gửi lên các lớp cao hơn Hình 1.3. Luồng dữ liệu qua các lớp Giữa lớp con phần chung MAC và lớp con bảo mật không định nghĩa điểm truy nhập dịch vụ. Các packet từ lớp con phần chung MAC không được encapsulation tại lớp con bảo mật. Phần tiêu đề lớp con phần chung MAC sẽ biểu thị thông tin mã hóa payload. Quá trình mã hóa payload được thực hiện tại lớp con bảo mật. 1.3. LỚP ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP MÔI TRƯỜNG (MAC) - Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 cung cấp giao diện hoạt động độc lập với lớp vật lý do giao diện lớp vật lý là giao diện vô tuyến. Phần chủ yếu của lớp MAC tập trung vào : + Quản lý tài nguyên trên airlink (liên kết vô tuyến). + Giải quyết được bài toán yêu cầu tốc độ dữ liệu cao trên cả hai kênh downlink và uplink. + Các cơ chế điều khiển truy cập và thuật toán cấp phát băng thông hiệu quả có khả năng đáp ứng cho hàng trăm đầu cuối trên mỗi kênh. - Các giao thức lớp MAC chuẩn 802.16 là hướng kết nối. Vào thời điểm truy nhập mạng, mỗi SS sẽ tạo một hoặc nhiều kết nối để truyền tải dữ liệu trên cả hai hướng (downlink và uplink). Ngoài ra, lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 còn cung cấp lớp con hội tụ đặc tả dịch vụ hỗ trợ lớp mạng tế bào ATM (Asynchronous Transfer Mode) và lớp mạng gói (Packet). - Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 bao gồm 3 lớp con + Lớp con hội tụ đặc tả dịch vụ (Service-specific Convergency Sublayer – CS). + Lớp con phần chung MAC (MAC Common Part Sublayer – CPS). + Lớp con bảo mật. 1.3.1. Lớp con hội tụ MAC Lớp con hội tụ đặc tả dịch vụ tiếp nhận các gói dữ liệu từ các lớp cao thông qua các điểm truy nhập dịch vụ lớp con hội tụ CS SAP (CS Service Access Point). Ngoài ra, lớp con hội tụ còn thực hiện các chức năng phức tạp khác như PHS (Payload Header Suppression) và Reconstruction nhằm làm tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên. Lớp con hội tụ chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa hai đặc tả cho việc ánh xạ các dịch vụ: Lớp con hội tụ ATM dành cho các dịch vụ ATM. Lớp con hội tụ packet: được định nghĩa cho việc ánh xạ các dịch vụ gói như IPv4 hoặc IPv6, Ethernet và VLAN (Virtual Local Area Network). Ba đặc tả Packet CS: IP Specific: Sử dụng để chuyển tải các frame IP. Hỗ trợ IPv4, Ipv6 và mobile IP. IEEE Std 802.3/Ethernet: Sử dụng để chuyển tải các frame 802.3 Ethernet qua mạng 802.16. IEEE Std 802.1Q-1998 VLAN: Sử dụng để chuyển tải các frame 802.1Q VLAN tagged qua mạng 802.16. 1.3.2. Lớp con phần chung MAC Lớp con phần chung MAC (CPS) hỗ trợ kiến trúc Point-to-Multipoint. Một trạm gốc BS (Base Station) có thể gửi thông tin đến các trạm thuê bao SS (Subcrible Station) và nhận thông tin từ các SS. BS định nghĩa hai đơn vị uplink-MAP (UL-MAP) và downlink-MAP (DL-MAP) chứa thông tin mô tả kênh được phân chia thành các khe thời gian. BS và SS liên lạc với nhau qua các liên kết được đặc trưng bởi giá trị CID được gán trong quá trình thiết lập liên kết. Một SS có thể sử dụng nhiều kết nối. Các kết nối có thể là unicast (một BS và một SS sử dụng kết nối) hoặc ở dạng multicast (một BS và một số SS sử dụng chung một kết nối). Các định dạng MAC PDU MAC-BS và MAC-MS trao đổi các bản tin, và các bản tin này được xem như các PDU, một PDU có chiều dài tối đa là 2048 byte. Hình 1.4. Định dạng MAC PDU + Tiêu đề MAC chiều dài cố định là 6 byte, payload chiều dài thay đổi và phần kiểm tra lỗi dư vòng CRC (Cyclic Redundancy Check). + Ngoại trừ các PDU yêu cầu dải thông (không có payload), các MAC PDU có thể chứa hoặc các bản tin quản lý MAC hoặc dữ liệu lớp con hội tụ - MAC SDU. Payload là tùy chọn, CRC cũng tùy chọn và chỉ được sử dụng nếu MS yêu cầu trong các tham số QoS. Định dạng tiêu đề MAC chung. Hình 1.5. Định dạng của tiêu đề MAC PDU chung Trên hình 1.5, minh họa định dạng của một tiêu đề MAC chung. Ý nghĩa các trường được giải thích trong bảng trong bảng 1.1. Tên Chiều dài Mô tả CI 1 Chỉ thị CRC. Nếu CI=1 thì CRC được gắn vào payload PDU sau khi mã hóa (nếu có). Nếu CI= 0 thì không chứa CRC CID 16 Định danh kết nối Bảng 1.1. Các trường tiêu đề MAC chung EC 1 Điều khiển mã hóa 0 = Payload không được mã hóa 1 = Payload được mã hóa ESK 2 Tuần tự khóa mã hóa Chỉ số của khóa mã hóa lưu lượng (TEK) và vector khởi tạo được sử dụng để mã hóa payload. Trường này chỉ có ý nghĩa khi trường EC được thiết lập là 1. HCS 8 Tuần tự kiểm tra tiêu đề Một trường 8 bit được sử dụng để phát hiện các lỗi trong tiêu đề. Bên phát sẽ tính toán giá trị HCS cho 5 byte đầu tiên của tiêu đề, chèn kết quả vào trường HCS (byte cuối cùng của tiêu đề MAC). HT 1 Loại tiêu đề. Được thiết lập là 0. LEN 11 Chiều dài. Chiều dài tính theo byte của MAC PDU mà bao gồm tiêu đề MAC và CRC nếu có. TYPE 6 Trường này chỉ ra các loại tiêu đề con và payload đặc biệt có mặt trong payload bản tin. [...]... lại những hành vi đánh cắp dịch vụ 2: Các nhược điểm của công nghệ WiMAX: + Dải tần WiMAX sử dụng không tương thích tại nhiều quốc gia, làm hạn chế sự phổ biến công nghệ rộng rãi + Do công nghệ mới xuất hiện gần đây nên vẫn còn một số lỗ hổng bảo mật + Tuy được gọi là chuẩn công nghệ nhưng thật sự chưa được “chuẩn” do hiện giờ đang sử dụng gần 10 chuẩn công nghệ khác nhau + Công nghệ này khởi xướng... phương thức truyền song công : song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex) và song công phân chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplex) CHƯƠNG 2:ƯU ĐiỂM VÀ NHƯỢC ĐiỂM CỦA CÔNG NGHỆ WIMAX 1: Ưu điểm công nghệ WiMAX WiMAX là một công nghệ cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối như một phương thức thay thế cho cáp và đường dây thuê bao số DSL WiMAX cho phép kết nối băng... đề cập đến việc Mỹ sử dụng WiMAX như thế nào, khắc phục hậu quả sự cố ra sao + Băng tần hẹp , không kết nối được rộng rãi, chỉ sử dụng trong một khu đô thi và có bán kính nhất định 3: So sanh công nghệ WiMAX và công nghệ 3GLTE Lợi điểm của WiMAX so với 3G LTE là WiMAX đã sẵn sàng để được triển khai dịch vụ rộng khắp : thiết bị mạng WiMAX đã hoàn thiện, thiết bị đầu cuối WiMAX sẽ có mặt trong năm tới... khi truy cập mạng Mỗi khi máy tính muốn truy nhập mạng nó sẽ tự động kết nối đến trạm anten WiMAX gần nhất WiMAX đã được phát triển và khắc phục được những nhược điểm của các công nghệ truy cập băng rộng trước đây, cụ thể: + Cấu trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ các cấu trúc hệ thống bao gồm điểm – đa điểm, công nghệ lưới (mesh) và phủ sóng khắp mọi nơi Điều khiển truy nhập môi trường – MAC, phương tiện... Station) WiMAX khắc phục được các nhược điểm của các phương pháp truy nhập hiện tại, cung cấp một phương tiện truy nhập Internet không dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và WiFi Hệ thống WiMAX có khả năng cung cấp đường truyền có tốc độ lên đến 70Mbit/s và với bán kính phủ sóng của một trạm anten phát lên đến 50Km Mô hình phủ sóng của mạng WiMAX tương tự như mạng điện thoại tế bào Bên cạnh đó, WiMAX. .. đầy đủ ở tốc độ tới 160 km/h Mạng WiMAX di động cho phép người sử dụng có thể truy cập Internet không dây băng thông rộng tại bất cứ đâu có phủ sóng WiMAX + Hoạt động NLOS: Khả năng họat động của mạng WiMAX mà không đòi hỏi tầm nhìn thẳng giữa BS và MS Khả năng này của nó giúp các sản phẩm WiMAX phân phát dải thông rộng trong một môi trường NLOS + Phủ sóng rộng hơn: WiMAX hỗ trợ động nhiều mức điều... LTE phải đợi thêm vài năm nữa WiMAX vừa cung cấp giải pháp cố định vừa cung cấp giải pháp di động băng rộng với chi phí triển khai thấp hơn so với triển khai một mạng 3G/3G LTE hoàn toàn mới Do vậy, WiMAX thực sự gây được chú ý của các nước đang phát triển mà ở đó mạng 3G chưa có, mạng Internet tốc độ cao bằng cáp xDSL chưa rộng khắp So với WiMAX, 3G LTE đã có một công nghệ đi trước là 2G, 3G với số... mạng 2G lên 3G Trong khi đó WiMAX phải triển khai mạng từ con số không Do WiMAX không tương thích với các chuẩn di động không dây trước đó nên việc thiết bị đầu cuối WiMAX có được tích hợp với chip 2G/3G hay không vẫn còn là một câu hỏi mở Nó hoàn toàn không phải là một câu hỏi về kỹ thuật mà là một vấn đề mang tính chiến lược Nó tùy thuộc vào tác nhân nào sẽ triển khai mạng WiMAX trong tương lai : nhà... rộng trước khi WiMAX thực sự chiếm được một thị phần quan trọng Và thực tế có thể nhận thấy là các nhà cung cấp mạng 3G/3.5G họ không hề vội vàng trong việc tiến đến 3G LTE Về khía cạnh kinh tế họ sẽ không triển khai 3G LTE trước khi thu lại được vốn và lãi từ việc nâng cấp lên 3G Dẫu rằng mỗi người có những nhận định khác nhau, những cái nhìn khác nhau về tính cạnh tranh của hai công nghệ này Có một... mỗi người có những nhận định khác nhau, những cái nhìn khác nhau về tính cạnh tranh của hai công nghệ này Có một điều thống nhất là hai công nghệ này đã thu hút được một sự quan tâm lớn, tạo được một bước nhảy trong công nghệ thông tin di động không dây Điểm yếu của WiMAX là nó không có tính kế thừa từ các hệ thống mạng có sẵn như 3G LTE đôi khi lại trở thành một điểm mạnh vì nó cho phép nhiều tác nhân . gọi là công nghệ WiMAX. Đồ án này tập trung vào việc nghiên cứu lớp Điều khiển truy nhập môi trường MAC trong công nghệ WIMAX. Đồ án sẽ trình bày những vấn đề cơ bản nhất về công nghệ WiMAX. ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX GVHD : SINH VIÊN : ĐINH MẠNH DŨNG BÙI VĂN NAM LỚP: ĐH ĐTA HÀ NỘI,NGÀY …. THÁNG … .NĂM 201… . điểm và nhược điểm của công nghệ WiMAX, So sánh công nghệ WiMAX với công nghệ 3GLTE Chương I: GiỚI THIỆU CHUNG VÀ CẤU TRÚC MẠNG TRUY CẬP WIMAX 1.1. CẤU TRÚC MẠNG WIMAX WiMAX (Worldwide Interoperability