cách thức mới cho truy nhập băng rộng không dây

Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Trong thời gian thực hiện đồ án này, em đã nhận được nhiều sự hỗ trợ, động viên và khuyến khích rất nhiều từ gia đình, các thầy cô, các đồng nghiệp và Trường Đại Học Dân Lập Phương Đông. Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cơ Th.S Phạm Thị Vân Khánh, người đã tận tình chỉ bảo em cách định hướng và giải quyết các vấn đề để em có thể hoàn thành bản đề tài này. Bên cạch đó em cũng xin cảm ơn Gia đình em đã luôn khuyến khích, động viên và tạo mọi điều kiện cho em yên tâm hoàn thành khó học và đồ án này. Em xin cảm ơn Các Thầy, Cơ trong khoa Điện tử Viễn Thông đã trang bị kiến thức cho em trong suốt thời gian học. Và em cũng xin gửi lời biết ơn đến Trường Đại Học Dân Lập Phương Đông nơi em học tập, đã tạo điều kiện về vật chất, thời gian cho em được theo học khó học này. Trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những sai sót do trình độ và thời gian có hạn. Em mong được sự đóng góp ý kiến quớ báu của các thầy cô giáo và bạn bè để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn học, các đồng nghiệp đã giúp đỡ em trong quá trình học 3 MỞ ĐẦU 4 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX 1 1.1 SỰ RA ĐỜI CỦA CÔNG NGHỆ WIMAX 1 Nhóm công tác IEEE 802.16 là nhóm đầu tiên chịu trách nhiệm phát triển chuẩn 802.16 bao gồm giao diện không gian cho truy nhập không dây băng rộng. hoạt động của nhóm khởi đầu trong một cuộc hội họp vào ngày 08/1998 của nhóm kiểm tra hệ thống điện tử không dây quốc gia (N-WEST), đây là một bộ phận của viện nghiên cứu công nghệ và chuẩn hóa quốc gia Mỹ. Ban đầu nhóm tập trung vào việc phát triển các chuẩn và giao diện không dây cho băng tần 10-66GHz. Sau đó dự án đổi dần đến việc tán thành chuẩn IEEE 802.16a tập trung vào băng tần 2-11GHz. Sự phê chuẩn cuối cùng chi tiết kĩ thuật giao diện không gian là vào 01/2003 1 1.5 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA WIMAX 8 1.6 GIỚI THIỆU CÁC CHUẨN 802.16 CỦA IEEE 9 1.6. 1 Chuẩn 802.16- 2001 10 1.6.2 Chuẩn 802.16a- 2003 11 1.6.3 Chuẩn 802.16c- 2002 13 1.6.4 Chuẩn 802.16- 2004 13 1.7 CÁC BĂNG TẦN HOẠT ĐỘNG CỦA WIMAX 15 1.7.7 Băng dưới 1GHz 18 1.8 CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG WiMAX 18 1.8.1 Sơ đồ cấu hình kết nối hệ thống WiMAX 18 1.8.2. Thành phần hệ thống WiMAX 19 1.8.3. Thiết bị truy nhập WiMAX 25 CHƯƠNG 2 29 CƠ SỞ KỸ THUẬT TRONG WIMAX 29 2.1MĨ HÌNH THAM CHIẾU HỆ THỐNG WIMAX 29 2.2 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG 30 2.2.1 Wimax hoạt động như thế nào 30 2.2.3 Rangning và thỏa thuận về khả năng của SS 32 2.2.5 Thiết lập kết nối 34 2.2.8 Điều khiển kết nối vô tuyến 36 2.3.1 Tần số làm việc và độ rộng kênh truyền 40 2.3.2 Cấu trúc khung tín hiệu trong hệ thống WiMAX 41 2.3.3 Kỹ thuật song công TDD và FDD 44 2.3.4 ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HÓA 46 SVTH : TRẦN QUỐC HỒN MS: 506102013 Đồ án tốt nghiệp 2.4 LỚP MAC 52 2.4.1 Lớp con hội tụ dịch vụ đăc trưng MAC-CS 55 2.4.2 Lớp con phần chung CPS 56 2.4.3 Lớp con bảo mật 59 2.5 LỚP BẢO MẬT TRONG 802.16 63 2.5.1 Security Association (SA) 63 2.5.2 Giao thức quản lí khóa PKM 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH : TRẦN QUỐC HỒN MS: 506102013 Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện đồ án này, em đã nhận được nhiều sự hỗ trợ, động viên và khuyến khích rất nhiều từ gia đình, các thầy cô, các đồng nghiệp và Trường Đại Học Dân Lập Phương Đông. Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cơ Th.S Phạm Thị Vân Khánh, người đã tận tình chỉ bảo em cách định hướng và giải quyết các vấn đề để em có thể hoàn thành bản đề tài này. Bên cạch đó em cũng xin cảm ơn Gia đình em đã luôn khuyến khích, động viên và tạo mọi điều kiện cho em yên tâm hoàn thành khó học và đồ án này. Em xin cảm ơn Các Thầy, Cơ trong khoa Điện tử Viễn Thông đã trang bị kiến thức cho em trong suốt thời gian học. Và em cũng xin gửi lời biết ơn đến Trường Đại Học Dân Lập Phương Đông nơi em học tập, đã tạo điều kiện về vật chất, thời gian cho em được theo học khó học này. Trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những sai sót do trình độ và thời gian có hạn. Em mong được sự đóng góp ý kiến quớ báu của các thầy cô giáo và bạn bè để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn học, các đồng nghiệp đã giúp đỡ em trong quá trình học. SVTH : TRẦN QUỐC HỒN MS: 506102013 Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU Cách thức mới cho truy nhập băng rộng không dây Trong thế giới kết nối không dây, bạn có thể làm việc và giải trí mọi nơi, mọi lúc. Làm việc, giải trí mọi nơi, mọi lúc là điều con người hằng mong ước. Công nghệ hiện tại đã đem đến Bluetooth kết nối không dây, Wi-Fi truy xuất Internet không dây, điện thoại di động Nhưng bên cạnh ưu điểm, công nghệ kết nối không dây hiện nay còn hạn chế và chưa thật sự liên thông với nhau. Để có được môi trường làm việc di động thật sự, những công ty đứng đầu trong lĩnh vực này như Fujitsu, Intel, LG Electronics, Motorola, Samsung, Siemens, Sony đã bắt đầu nghĩ đến mô hình tương lai cho phép các công nghệ không dây liên thông với nhau, cùng làm việc và hỗ trợ nhau. Tập trung hàng trăm kỹ sư đầu ngành, IEEE đã phác thảo nên một hệ thống chuẩn không dây liên thông: bao gồm IEEE 802.15 dành cho mạng cá nhân (PAN-personal area network), IEEE 802.11 dành cho mạng cục bộ (LAN-local area network), 802.16 dành cho mạng nội thị (MAN-Metropolitan area network), và đề xuất 802.20 cho mạng diện rộng (WAN-wide area network). Công nghệ WiMAX đang là xu hướng mới cho các tiêu chuẩn giao diện về vô tuyến trong việc truy nhập không dây băng thông rộng cho các thiết bị cố định, xách tay và di động. WiMAX chứa đựng nhiều ưu điểm vượt trội, như tốc độ truyền dẫn dữ liệu cao, có khi lên tới 70Mb/s trong phạm vi 50km, chất lượng dịch vụ được thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast cũng như di động, sử dụng cả phổ tần cấp phép và không được cấp phép. WiMAX thực sự đang được các chủ cung cấp dịch vụ cũng như các nhà sản xuất quan tâm. WiMAX thực hiện truyền tải dữ liệu tốc độ cao không dây bằng sóng siêu cao tần theo bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16 với khoảng cách rất lớn. WiMAX được phát triển dựa trên nền tảng công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao SVTH : TRẦN QUỐC HỒN MS: 506102013 Đồ án tốt nghiệp lợi ích của WiMAX là khả năng ghép kênh cao, vì thế các nhà cung cấp dịch vụ có thể dễ dàng cung cấp cho khách hàng dịch vụ truy nhập không dây. Hiện nay công nghệ WiMAX đã có phiên bản đầu tiên dựa trên toàn bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16/2004 đang được thử nghiệm và chế tạo chipset. Giai đoạn phát triển tiếp theo của WiMAX được dựa trên bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16e, dự định triển khai trong năm 2006. Khi đó, tương tự . Giống như WiFi, WiMAX có thể cung cấp kết nối băng thông rộng cho khàch hàng sử dụng máy tính sách tay (notebook) trong phạm vi một điểm nóng truy nhập (hotspot) hoặc trong một toà nhà có thể di chuyển mà vẫn giữ được kết nối băng rộng. Việc sử dụng công nghệ WiMAX đem lại nhiều lợi ích, đặc biệt với những khu vực nông thôn, vùng xa và những nơi dân cư quá đông đúc vì tại những khu vực như vậy việc triển khai hạ tầng cơ sở mạng dây dẫn băng rộng rất khó khăn và không thực sự hiệu quả khi phải thực hiện đào đường… Bởi vậy, WiMAX được xem như là công nghệ có hiệu quả kinh tế cao cho việc triển khai nhanh trong các khu vực mà các công nghệ khác khó có thể cung cấp dịch vụ băng rộng. Theo các chuyên gia thì WiMAX sẽ phát triển nhanh chóng vượt qua những công nghệ hiện có. Một đặc điểm ưu việt của WiMAX đó là khả năng có được kết nối băng rộng tốc độ cao trong một phạm vi rộng lớn so với các công nghệ khác như WiFi hay 3G. Hơn nữa, việc cài đặt WiMAX rất dễ dàng, vì thế sẽ tiết kiệm được chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ băng rộng, cho phép giảm giá thành dịch vụ. Việc ứng dụng công nghệ WiMAX vào hạ tầng mạng sẽ giúp sử dụng, kết nối Internet tốc độ cao không còn là chuyện xa vời, hiếm hoi đối với những nơi hẻo lánh mà khả năng kéo cáp gặp nhiều khó khăn. Góp phần thu hẹp khoảng cách giữa nông thôn và thành thị trong việc chiếm lĩnh thông tin. Với những ưu điểm trên, có thể nói rằng WiMAX sẽ là một công nghệ truy nhập được triển khai rộng rãi cho các dịch vụ băng rộng, đặc biệt là cho các thuê bao ở khu dân cư thưa thớt như các vùng nông thôn hoặc ngoại thành. SVTH : TRẦN QUỐC HỒN MS: 506102013 Đồ án tốt nghiệp Với kiến thức và trình độ còn có nhiều hạn chế khi còn đang là sinh viên nên nội dung trình bày của đồ án không tránh khỏi nhiều thiếu sót ,rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn Em xin chân thành cám ơn các thầy cô và các bạn đã giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án ,đặc biệt em xin gửi lời cám ơn tới giảng viên ThS Phạm Thị Vân Khánh đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án này. Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2010 Sinh viên Trần Quốc Hồn SVTH : TRẦN QUỐC HỒN MS: 506102013 Đồ án tốt nghiệp CẤU TRÚC ĐỒ ÁN GỒM : Chương 1: Giới thiệu về lịch sử ra đời , khái niệm , và các ưu nhược điểm của công nghệ WiMAX một cách khái quát . Chương 2: Tìm hiểu về cơ sở kỹ thuật ,bảo mật và những kỹ thuật được ứng dụng trong Công Nghệ WiMAX . Chương 3: Nghiên cứu về mô hình triển khai và những ứng dụng thực tế của công nghệ WiMAX tại VIỆT NAM và cả trên thế giới . SVTH : TRẦN QUỐC HỒN MS: 506102013 Đồ án tốt nghiệp MỘT SỐ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ADSL : Asymmetric Digital Subscriber Line (Đường dây thuê bao số không đối xứng ) AES : Advanced encryption standard AN : Access Network ( Mạng truy nhập) APN : Access Point Name (Tên điểm truy nhập) ATM : Asynchonous Transfer Mode AUC : Authentication Center (Trung tâm nhận thực) BCCH : Broardcast Control Channel (Kênh điều khiển quảng bá) BER : Bit Error Rate (Tỉ lệ lỗi bit) BSS : Basic Service Set CB :Coherence Bandwidth ( khi băng tần tương quan) CDMA : Code Division Multiple Access CIR : Channel Impulse Response ( đáp ứng xung kênh) DFS : Dynamic frequency selection. EAP : Extensible Authentication Protocol (giao thức xác thực mở rộng). EDGE : Enhanced Data rate for GSM Evolution (Tiêu chẩn mạng thông tin di động cho phép nâng cao tốc độ truyền dữ liệu của mạng GSM bằng cách thay đổi phương thức điều chế) ETSI : Eutopean Tecommunications Standard Institute (Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu) FDM : Frequency Division Multiplexing (Phân kênh theo tần số) Firewall : (Bức tường lửa) GSM : Global System for Mobile Telcommunication GSM : Group Special Mobile/Global System for Mobile SVTH : TRẦN QUỐC HỒN MS: 506102013 Đồ án tốt nghiệp (Hệ thống toàn cầu cho thông tin di động) IDF : Intel developer Forum ISI : Inter Symbol Interference ( giao thoa giữa nội bộ ký hiệu) IV : Initialization Vector (Vectơ khởi tạo) LLC : Logic Link Control (Điều khiển liên kết lôgic) MAC : Media Access Control (Điều khiển truy nhập môi trường) MAN : Metropolitan area network MIB : Management Information Base (Cơ sở thông tin quản lý) Msdu : MAC protocol Data Unit (Đơn vị dữ liệu giao thức MAC) OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing (Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao) PAN : Personal area network ( Mạng cá nhân) PCU : Packet Control Unit (Đơn vị điều khiển gói) PDA : Personal Digital Assistant (thiết bị hỗ trợ cá nhân số) PKM : Privacy key management PSS : Hệ thống chuyển mạch gói ( Packet Switched System) RADIUS : Remove Dial-in User Service (Cơ sở dữ liệu xác thực cho các kết nối truy nhập từ xa qua Modem hoặc ISDN ) RF : Radio Frequency (Tần số vô tuyến) RLC : Radio Link Control (Điều khiển liên kết vô tuyến) STA : Station (Trạm đầu cuối) TDMA : Time Division Multiple Access (Đa truy nhập phân chia theo thời gian) TDM :Time Division Multiplexed TKIP : Temporal key integrity protocol TPC : Transmission power control UMTS : Universal Mobile Telephone System USB : Universal Serial Bus SVTH : TRẦN QUỐC HỒN MS: 506102013 Đồ án tốt nghiệp VLAN : Virtual LAN (Mạng LAN ảo) VPN : Virtual Private Network ( Mạng cá nhân ảo ) WAN : Wire Area Network (Mạng diện rộng) WAP : Wireless Application Protocol (Giao thức ứng dụng không dây) WCDM : Wideband Code Division Multiple Access WEP : Wired equivalent privacy (Bảo mật tương đương hữu tuyến) WPAN : Wireless Pesonal Area Network SVTH : TRẦN QUỐC HỒN MS: 506102013 [...]... 1.7.1 Bằng 3400-3600MHz (băng 3.5GHz) Băng 3.5GHz là băng tần đó được nhiều nước phân bổ cho hệ thống truy cập không dây cố định (Fixed Wireless Access - FWA) hoặc cho các hệ thống truy cập không dây băng rộng (WBA) WiMax cũng được xem là một công nghệ WBA nên có thể sủ dụng băng tần này cho WiMax.Vì vậy,WiMax Forum đó thống nhất lựa chọn băng tần này cho WiMax Các hệ thong WiMax ở băng tần này sử dụng... giao thoa, mật mã hóa không gian giúp nâng cấp sự thực hiện trong môi trường Fading nhờ mật độ không gian dày đặc Các đặc tính trên là rất cần thiết cho ứng dụng truy nhập băng rộng không dây ngoài trời, đặc biệt có thể triển khai rộng rãi, bởi ở mỗi nước băng tần là khác nhau, kích thước kênh cũng khác nhau Trong khi đó ở băng tần cấp phép các nhà vận hành mạng phải trả cước phí cho từng MHz vì sẽ lãng... phát triển mạnh dành cho WMAN với khả năng ứng dụng trên phạm vi toàn cầu từ tháng 7 năm 1999 chuẩn IEEE 802.16 được công bố vào ngày 8 tháng 4 năm 2002 Các chuẩn này dành cho mạng WMAN có thể kết nối với các điểm nóng 802.11 tới Internet và đưa ra giải pháp truy nhập băng rộng ở những chặng cuối thay thế cho DSL và cáp Chuẩn WMAN sẽ hỗ trợ các dịch vụ truy nhập không dây băng rộng tới các tòa nhà,... do cho sự lựa chọn này, thứ nhất, so với các băng trên 3GHz điều khiên truy n sóng của băng tần này thích hợp cho các ứng dụng di động Thứ hai là khả năng băng tần này sẽ được nhiều nước cho phép sử dụng WBA bao gồm cả WiMax ở băng tần này có độ rộng kênh là 5MHz, chế độ song công TDD, FDD Băng tần này trước đây được sử dụng phổ biến cho các hệ thống truy n hình MMDS trên thế giới, nhưng do MMDS không. .. ỨNG DỤNG CỦA WIMAX Wimax được đánh giá là giải pháp toàn diện cho công nghệ truy nhập băng thông rộng vì những tính năng ưu việt của nó Khả năng ứng dụng của Wimax là rất rộng rãi Có thể thấy ứng dụng của Wimax trong ba vấn đề như: backhauling (các mạng backhaul), fixed wireless access (truy nhập không dây cố định), và mobile access (truy nhập trong di động) Hiện nay ở Việt Nam đang thử nghiệm SVTH... di động thế hệ mới, không triển khai them các thiết bị khác trong băng tần này Vì vậy,có thể hiểu công nghệ WiMax di động cũng là một đối tượng của quy định này, nhưng băng tần sẽ được sử dụng cho loại hình công nghệ cụ thể nào vẫn còn để mở 1.7.5 Băng 2300-2400MHz (băng 2.3GHz) Băng 2.3GHz cũng có đặc tính truy n sóng tương tự như băng 2.5GHz nên là băng tần được WiMax Forum xem xét cho WiMax di động... phân bổ băng tần này cho WBA như Hàn Quóc (triển khai WiBro), Úc, Mỹ,Canada, Singapore đã cho đấu thầu 10 khối 5MHz trong dải 2300-2350MHz để sử dụng cho WBA với các điều kiện tương tự như với băng tàn 2.5 GHz Úc chia băng tần này thành các khối 7MHz, không quy định cụ thể về công nghệ hay độ rộng kênh, ưu tiên cho ứng dụng cố định Mỹ chia thành 5 khối 10MHz, không quy định cụ thể về độ rộng kênh, cho. .. nối không dây băng rộng ( đặc tả IEEE 802.16 ) với phạm vi phủ sóng rộng hơn ( tới 50km) so với công nghệ Wifi WiMax kết nối các điểm “hotspot” của IEEE 802.11 (Wifi) tới mạng Internet, cung cấp khả năng truy cập băng rộng cho đường cáp và đường DSL tới tận ví trí cuối cùng (nhưng vẫn nằm trong phạm vi 50km) WiMax cung cấp khả năng chia sẻ dữ liệu lên tới 70 Mbps, đủ cho 60 doanh nghiệp với đường truy n... đã không trang bị, cải tiến hệ thống cũ thành hệ thống băng rộng vì giá thành cho việc đó là quá đắt Hơn thế nữa cũng không có một chuẩn cụ thể nào cho việc triển khai này, tính tin cậy sẽ không được đảm bảo Và giải pháp cho điều này chính là Wimax Wimax có những tính năng như băng thông cao, không yêu cầu LOS, mềm dẻo, linh hoạt, giá thành rẻ… là giải pháp tối ưu để khắc phục hạn chế của mạng có dây. .. nối không dây của mạng Nó được thực hiện thông qua việc mã hóa dữ liệu gửi BS và SS Để ngăn cản việc trộm dịch vụ, SS có thể được nhận qua chứng chỉ số X.509, chứng chỉ này bao gồm khóa công khai của SS và địa chỉ MAC 1.6.2 Chuẩn 802.16a- 2003 Vào tháng 1 năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802.16a để cung cấp khả năng truy cập băng rộng không dây ở đầu cuối và kết nối băng tần 2-11GHz với khoảng cách . trình học. SVTH : TRẦN QUỐC HỒN MS: 506102013 Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU Cách thức mới cho truy nhập băng rộng không dây Trong thế giới kết nối không dây, bạn có thể làm việc và giải trí mọi nơi, mọi lúc. Làm. 802.11 tới Internet và đưa ra giải pháp truy nhập băng rộng ở những chặng cuối thay thế cho DSL và cáp. Chuẩn WMAN sẽ hỗ trợ các dịch vụ truy nhập không dây băng rộng tới các tòa nhà, chủ yếu thông. 802.20 cho mạng diện rộng (WAN-wide area network). Công nghệ WiMAX đang là xu hướng mới cho các tiêu chuẩn giao diện về vô tuyến trong việc truy nhập không dây băng thông rộng cho các thiết bị cố định,