Nghiên cứu, mô phỏng hoạt động hệ thống WiMAX trên nền mô phỏng NS2 + Mã nguốn đề tài

MỞ ĐẦUXu 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 khảnăng di động bên trong mạn

MỤC LỤC

PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC LÀM TIỂU LUẬN 1

MỤC LỤC 2

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX 5

1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 5

1.3 CÁC CHUẨN CỦA WiMAX 8

1.4 ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT CỦA WiMAX DI ĐỘNG 10

1.5 ỨNG DỤNG CỦA WiMAX 11

1.6 WiMAX TRONG MẮT NHÀ ĐẦU TƯ 12

1.6.1 Tình hình triển khai WiMAX thử nghiệm tại Việt Nam 13

1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 14

CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG TRUY CẬP WIMAX 15

2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 15

2.2 MÔ HÌNH THAM CHIẾU 15

2.3 LỚP ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP MÔI TRƯỜNG (MAC) 17

2.3.1 Kết nối và địa chỉ 17

2.3.2 Lớp con hội tụ MAC 19

2.3.3 Lớp con phần chung MAC 20

2.3.4 Cơ chế yêu cầu và cấp phát băng thông 23

2.3.5 Cơ chế lập lịch dịch vụ và chất lượng dịch vụ (QoS) 25

2.3.6 Lớp con bảo mật 26

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 27

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG WiMAX 28

3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 28

3.2 MÔI TRƯỜNG MÔ PHỎNG 28

3.3 MÔ PHỎNG 30

3.3.2 Kịch bản mô phỏng 31

3.4 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 32

3.4.1 Hoạt động 32

3.4.2 Tính lượng băng thông được sử dụng trên BS 34

3.5 NHẬN XÉT 36

KẾT LUẬN 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

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 khảnăng 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 xuhướng phát triển đó là việc chuẩn hóa, cho phép xây dựng kiểu mạng độc lập vớithiết bị và khả năng tương tác giữa các kiểu mạng khác nhau ở mức cao Một côngnghệ 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 nghệIEEE 802.16, thường được gọi là công nghệ WiMAX

WiMAX được thiết kế nhằm mục đích bổ sung vào các công nghệ truy cậpkhông dây hiện tại với ưu điểm tốc độ dữ liệu cao, hỗ trợ QoS linh hoạt, phạm viphủ sóng rộng và chi phí triển khai thấp trong phạm vi vùng đô thị MAN(Metropolian Access Network)

Tiểu luận này tập trung vào việc nghiên cứu kỹ thuật truy nhập môi trườngMAC trong công nghệ WiMAX Tiểu luận sẽ trình bày những vấn đề cơ bản nhất vềcông nghệ WiMAX như các chuẩn WiMAX, các kỹ thuật được ứng dụng trongWiMAX…

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX

1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG

Công nghệ WiFi IEEE 802.11 trong vài năm gần đây đã gặt hái được nhữngthành công rực rỡ với minh chứng là nó được triển khai rộng rãi khắp nơi Hầu nhưtất cả các máy tính cá nhân, điện thoại thông minh, PDA đều được tích hợp WiFI.Tốc độ dữ liệu của WiFi có thể đạt được 54Mpbs Tuy nhiên vùng phủ sóng củaWiFi chỉ hạn chế ở tằm vài chục đến vài trăm mét Để đáp ứng nhu cầu phủ sóng xahơn, WiMAX (IEEE 802.16) (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

đã ra đời

Chuẩn WiMAX đầu tiên ra đời vào tháng 10 năm 2001 Khác với WiFI chỉ

sử dụng một băng tầng, WiMAX có thể hoạt động trong băng tầng từ 2-66 Ghz Cácứng dụng khác nhau sẽ dùng những băng tầng khác nhau để tránh sự giao thoa Cụthể, các ứng dụng di động (802.16e) dùng băng tầng từ 2-11 GHz Ở nhiều nướcchâu Âu, băng tầng 3.5 GHz được dành riêng cho WiMAX di động Các ứng dụng

cố định (802.16d) thì dùng băng tầng từ 10-66 GHz

1.2 KHÁI NIỆM

WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access) là hệ thống truynhập vi ba có tính tương thích toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn IEEE 802.16WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Network) Họ 802.16 này đưa ra nhữngtiêu chuẩn, chỉ tiêu kỹ thuật nhằm tập trung giải quyết các vấn đề trong mạng vôtuyến băng rộng điểm – đa điểm về giao diện vô tuyến bao gồm: Lớp điều khiển truycập môi trường (MAC) và lớp vật lý (PHY)

WiMAX là một chuẩn không dây đang phát triển rất nhanh, hứa hẹn tạo rakhả năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định lẫn mạng khôngdây di động Hai phiên bản của WiMAX được đưa ra như sau:

 Fixed WiMAX (WiMAX cố định): Dựa trên tiêu chuẩn IEEE

802.16-2004, được thiết kế cho loại truy nhập cố định và lưu động Trong phiên bản này sửdụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (OrthogonnalFrequency Division Multiple) hoạt động trong cả môi trường nhìn thẳng – LOS(line-of-sight) và không nhìn thẳng – NLOS (Non-line-of-sight) Sản phẩm dựa trêntiêu chuẩn này hiện tai đã được cấp chứng chỉ và thương mại hóa

 Mobile WiMAX (WiMAX di động): dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16e,

được thiết kế cho loại truy cập xách tay và di động về cơ bản, tiêu chuẩn 802.16eđược phát triển trên cơ sở sửa đổi tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 để tối ưu cho cáckênh vô tuyến di động, cung cấp khả năng chuyển vùng – handoff và chuyển mạng –roaming Tiêu chuẩn này sử dụng phương thức đa truy cập ghép kênh chia tần sốtrực giao OFDMA (Orthogonnal Frequency Division Multiple Access) – là sự phốihợp của kỹ thuật ghép kênh và kỹ thuật phân chia tần số có tính chất trực giao, rấtphù hợp với môi trường truyền dẫn đa đường nhằm tăng thông lượng cũng như dunglượng mạng, tăng độ linh hoạt trong việc quản lý tài nguyên, tận dụng tối đa phổ tần,cải thiện khả năng phủ sóng với các loại địa hình đa dạng

WiMAX đã được phát triển và khắc phục được những nhược điểm của cáccông nghệ truy cập băng rộng trước đây, cụ thể:

o 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 nhậpmôi trường – MAC, phương tiện truyền dẫn hỗ trợ điểm – đa điểm và dịch vụ rộngkhắp bởi lập lịch một khe thời gian cho mỗi trạm di động (MS) Nếu có duy nhấtmột MS trong mạng, trạm gốc (BS) sẽ liên lạc với MS trên cơ sở điểm – điểm Một

BS trong một cấu hình điểm – điểm có thể sử dụng anten chùm hẹp hơn để bao phủcác khoảng cách xa hơn

o Chất lượng dịch vụ QoS: WiMAX có thể được tối ưu động đối với hỗnhợp lưu lượng sẽ được mang Có 4 loại dịch vụ được hỗ trợ: dịch vụ cấp phát tựnguyện (UGS), dịch vụ hỏi vòng thời gian thực (rtPS), dịch vụ hỏi vòng không thời

o Triển khai nhanh, chi phí thấp: So sánh với triển khai các giải pháp códây, WiMAX yêu cầu ít hoặc không có bất cứ sự xây dựng thiết lập bên ngoài Ví

dụ, đào hố để tạo rãnh các đường cáp thì không yêu cầu Ngoài ra, dựa trên cácchuẩn mở của WiMAX, sẽ không có sự độc quyền về tiêu chuẩn này, dẫn đến việccạnh tranh của nhiều nhà sản xuất, làm cho chi phí đầu tư một hệ thống giảm đángkể

o Dịch vụ đa mức: Cách thức nơi mà QoS được phân phát nói chung dựavào sự thỏa thuận mức dịch vụ (SLA - Service-Level Agreement) giữa nhà cung cấpdịch vụ và người sử dụng cuối cùng Chi tiết hơn, một nhà cung cấp dịch vụ có thểcung cấp các SLA khác nhau tới các thuê bao khác nhau, thậm chí tới những ngườidùng khác nhau sử dụng cùng MS Cung cấp truy nhập băng rộng cố định trongnhững khu vực đô thị và ngoại ô, nơi chất lượng cáp đồng thì kém hoặc đưa vào khókhăn, khắc phục thiết bị số trong những vùng mật độ thấp nơi mà các nhân tố côngnghệ và kinh tế thực hiện phát triển băng rộng rất thách thức

o Tính tương thích: WiMAX được xây dựng để trở thành một chuẩn quốc

tế, tạo ra sự dễ dàng đối với người dùng cuối cùng để truyền tải và sử dụng MS của

họ ở các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau Tính tươngthích bảo vệ sự đầu tư của một nhà vận hành ban đầu vì nó có thể chọn lựa thiết bị

từ các nhà đại lý thiết bị

o Di động: IEEE 802.16e bổ sung thêm các đặc điểm chính hỗ trợ khảnăng di động Những cải tiến lớp vật lý OFDM (ghép kênh phân chia tần số trựcgiao) và OFDMA (đa truy nhập phân chia tần số trực giao) để hỗ trợ các thiết bị vàcác dịch vụ trong một môi trường di động Những cải tiến này, bao gồm OFDMA

mở rộng được, MIMO (Multi In Multi Out - nhiều đầu vào nhiều đầu ra), và hỗ trợđối với chế độ idle/sleep và handoff, sẽ cho phép khả năng di động đầy đủ ở tốc độtới 160 km/h Mạng WiMAX di động cho phép người sử dụng có thể truy cậpInternet không dây băng thông rộng tại bất cứ đâu có phủ sóng WiMAX

o Hoạt động NLOS: Khả năng họat động của mạng WiMAX mà khôngđòi hỏi tầm nhìn thẳng giữa BS và MS Khả năng này của nó giúp các sản phẩmWiMAX phân phát dải thông rộng trong một môi trường NLOS.

o Phủ sóng rộng hơn: WiMAX hỗ trợ động nhiều mức điều chế, bao gồmBPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM Khi yêu cầu với bộ khuếch đại công suất cao vàhoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ BPSK hoặc QPSK) Các hệ thống WiMAX

có thể phủ sóng một vùng địa lý rộng khi đường truyền giữa BS và MS không bị cảntrở Mở rộng phạm vi bị giới hạn hiện tại của WLAN công cộng (hotspot) đến phạm

vi rộng (hotzone) Ở những điều kiện tốt nhất có thể đạt được phạm vi phủ sóng 50

km với tốc độ dữ liệu bị hạ thấp (một vài Mbit/s), phạm vi phủ sóng điển hình là gần

5 km với CPE (NLOS) trong nhà và gần 15km với một CPE được nối với một antenbên ngoài (LOS)

o Dung lượng cao: Có thể đạt được dung lượng 75 Mbit/s cho các trạmgốc với một kênh 20 MHz trong các điều kiện truyền sóng tốt nhất

o Tính mở rộng: Chuẩn 802.16 -2004 hỗ trợ các dải thông kênh tần số vôtuyến (RF) mềm dẻo và sử dụng lại các kênh tần số này như là một cách để tăngdung lượng mạng Chuẩn cũng định rõ hỗ trợ đối với TPC (điều khiển công suấtphát) và các phép đo chất lượng kênh như các công cụ thêm vào để hỗ trợ sử dụngphổ hiệu quả Chuẩn đã được thiết kế để đạt tỷ lệ lên tới hàng trăm thậm chí hàngnghìn người sử dụng trong một kênh RF Hỗ trợ nhiều kênh cho phép các nhà chếtạo thiết bị cung cấp một phương tiện để chú trọng vào phạm vi sử dụng phổ vànhững quy định cấp phát được nói rõ bởi các nhà vận hành trong các thị trường quốc

tế thay đổi khác nhau

o Bảo mật: Bằng cách mã hóa các liên kết vô tuyến giữa BS và MS, sửdụng chuẩn mã hóa tiên tiến AES, đảm bảo sự toàn vẹn của dữ liệu trao đổi qua giaodiện vô tuyến Cung cấp cho các nhà vận hành với sự bảo vệ mạnh chống lại nhữnghành vi đánh cắp dịch vụ

1.3 CÁC CHUẨN CỦA WiMAX

Chuẩn 802.16 ban đầu được tạo ra với mục đích là tạo ra những giao diện(interface) không dây dựa trên một nghi thức MAC (Media Access Control) chung.Kiến trúc mạng cơ bản của 802.16 bao gồm một trạm phát (BS - Base Station) vàngười sử dụng (SS - Subscriber Station) Trong một vùng phủ sóng, trạm BS sẽ điềukhiển toàn bộ sự truyền dự liệu (traffic) Điều đó có nghĩa là sẽ không có sự trao đổitruyền thông giữa hai SS với nhau Nối kết giữa BS và SS sẽ gồm một kênh uplink

và downlink Kênh uplink sẽ chia sẻ cho nhiều SS trong khi kênh downlink có đặcđiểm broadcast Trong trường hợp không có vật cản giữa SS và BS (line of sight),thông tin sẽ được trao đổi trên băng tầng cao Ngược lại, thông tin sẽ được truyềntrên băng tầng thấp để chống nhiễu

*Các chuẩn bổ sung (amendments) của WiMAX

- 802.16a : Chuẩn này sử dụng băng tầng có bản quyền từ 2 – 11 Ghz Đây là băngtầng thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được cácchướng ngại trên đường truyền 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai mạngMesh mà trong đó một thiết bị cuối (terminal) có thể liên lạc với BS thông qua mộtthiết bị cuối khác Với đặc tính này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ được nớirộng

- 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tầng từ 5 – 6 Ghz với mục đích cung ứngdịnh vụ với chất lượng cao (QoS) Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của nhữngứng dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác nhau (class ofservice) Chuẩn này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802.16a

- 802.16c : Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dãi băng tầng từ

10-66GHz với mục đích cải tiển interoperability

- 802.16d : Có một số cải tiển nhỏ so với chuẩn 802.16a Chuẩn này được chuẩn hóa

2004 Các thiết bị pre-WiMAX có trên thị trường là dựa trên chuẩn này

- 802.16e : Đang trong giai đoạn hoàn thiện và chuẩn hóa Đặc điểm nổi bật củachuẩn này là khả năng cung cấp các dịch vụ di động (vận tốc di chuyển lớn nhất màvẫn có thể dùng tốt dịch vụ này là 100km/h)

- Ngoài ra còn có nhiều chuẩn bổ sung khác đang được triển khai hoặc đang tronggiai đoạn chuẩn hóa như 802.16g, 802.16f, 802.16h

1.4 ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT CỦA WiMAX DI ĐỘNG

WiMAX di động cũng có những đặc điểm giống EV-DO hoặc HSxPA nhằmtăng tốc độ truyền thông (data rate) Những đặc điểm đó bao gồm: Mã hóa và điềuchế thích nghi (Adaptive Modulation and Coding - AMC), kỹ thuật sữa lỗi bằng dò– lặp (Hybrid Automatic Repeat Request - HARQ), Phân bố nhanh (FastScheduling) và chuyển giao mạng (handover) nhanh và hiệu quả

Không giống như công nghệ 3G dựa trên CDMA được xây dựng nhằm vàodịch vụ thoại, WiMAX được thiết kế để đáp ứng dịch vụ truyền dự liệu dung lượnglớn (trong đó có cả dịch vụ thoại VoIP) WiMAX sự dụng kỹ thuật trải phổSOFDMA và hạ tầng mạng xây dựng trên nền IP

WiMax cung cấp khả năng kết nối Internet không dây nhanh hơn so vớiWiFi, tốc độ uplink và downlink cao hơn, sử dụng được nhiều ứng dụng hơn, vàquan trọng là vùng phủ sóng rộng hơn, và không bị ảnh hưởng bởi địa hình.WiMAX có thể thay đổi một cách tự động phương thức điều chế để có thể tăng vùngphủ bằng cách giảm tốc độ truyền và ngược lại Để tăng vùng phủ, chuẩn WiMAXhoặc sử dụng mạng Mesh hoặc sử dụng antenna thông minh hoặc MIMO Dự liệutruyền trong mạng WiMAX được phân chia thành 5 lớp dịch vụ với những ưu tiênkhác nhau nhằm cung ứng QoS Ngoài ra bảo mật cũng là một đặc điểm vượt trộicủa WiMAX so với WIFI

Mô hình WiMAX di động

1.5 ỨNG DỤNG CỦA WiMAX

Nói tới WiMax , người ta có thể nghĩ tới rất nhiều giải pháp thay thế mà côngnghệ này có thể mang lại Đó chính là khả năng thay thế đường xDSL giúp tiếp cậnnhanh hơn các đối tượng người dùng băng rộng mà không cần phải đầu tư lớn Đặcbiệt WiMAX rất hữu ích để cung cấp dịch vụ bang thông rộng ở những vùng xa xôi

mà giải pháp ADSL hoặc cáp quang là rất tốn kém Ở những nước đang phát triểnnhư Việt Nam, nơi mà Internet băng thông rộng chưa phổ biến, WiMAX là một giảipháp kinh tế Ngoài ra WiMAX còn giúp việc triển khai WiFi thêm nhanh chóng docác hotspot WiFi sẽ không cần đường leased-line mà sẽ nối trực tiếp với WiMAX

BS Khả năng roaming giữa các dịch vụ Wi-Fi và WiMax sẽ mang lại nhiều lợi íchcho người sử dụng

Để có thể dùng dịch vụ Internet băng thông rộng của WiMAX (fixedWiMAX), nhà cung cấp dịch vụ chỉ cần lắp đặt một ang-ten BS ở giữa khu dân cư.Mỗi người dùng sẽ được cung cấp một ang-ten thu (CPE), lắp trên mái nhà/cửa sổ.CPE có thể được nối trực tiếp với máy vi tính hoặc thông qua một Access Point

WiFi Việc triển khai khá đơn giản, mà giá thành lại thấp hơn nhiều so với côngnghệ hiện hành

Bên cạnh dịch vụ cố định, WiMAX còn cung ứng các dịch vụ di động Trongtương lai, các thiết bị mobile mà hiện nay được tích hợp WiFi sẽ được tích hợpWiMAX Khi đó, người dùng có thể kết nối mạng mọi lúc mọi nơi thông quaWiMAX, và đặc biệt là vẫn có thể dùng các dịch vụ giống như những dịch vụ củamạng cellular 3G Hơn nữa, tốc độ truyền của WiMAX cao hơn hẳn 3G mà giá hứahẹn sẽ rẻ Đối với các nhà cung cấp mạng, giá thành của một WiMAX BS rẻ hơn rấtnhiều so với giá của một BS UMTS Do đó, có thể nhà cung ứng mạng 3G sẽ dùngWiMAX thay thế 3G ở những khu vực thưa dân cư

1.6 WiMAX TRONG MẮT NHÀ ĐẦU TƯ

Giống như tất cả các công nghệ mới, Wimax tiến triển rất nhanh Tính đếnnay đã có hơn 140 công ty, tập đoàn tham gia vào trong WiMAX Forum Đặc biệttập đoàn sản xuất chip khổng lồ Intel đã không ngừng đẩy mạnh sự phát triển củacông nghệ WiMAX Intel dự toán sự bùng nổ của WiMAX trong 5 năm tới giốngnhư sự bùng nổ của WiFi hiện nay Intel đang đẩy nhanh việc cho ra đời chipCentrino WiMAX tích hợp vào máy tính xách tay và PDA trong năm tới 2007 Bêncạnh đó, Cisco và Alcatel cũng không ngừng nghiên cứu và triển khai công nghệWIMAX di động Dần dần các nhà cung cấp mạng bắt đầu quan tâm đến tính năngvượt trội của WiMAX cũng như e ngại sự cạnh tranh của nó

Nhiều nghiên cứu thị trường ước liệu rằng dịch vụ WiMAX sẽ đạt được con

sồ 8,5 triệu người dùng từ nay đến năm 2009 (3% thị trường băng thông rộng trêntoàn thế giới) In-Stat, một tổ chức nghiên cứu của Mỹ cũng ước tính rằng dịch vụthoại IP trên nền WiMAX (voice over WiMAX) sẽ là một dịch vụ chính của mạngWiMAX bởi giá thành của nó sẽ rẻ hơn nhiều so với dịch vụ thoại trên mạngcellular Theo như một nghiên cứu của Institut Research and market, thị trườngWiMAX trên thế giới sẽ đạt 2,2 tỉ đô (thậm chí 5 tỉ đối với một số nghiên cứu khảquan) vào năm 2009

Những nước đang phát triển mạnh mà cơ sở hạ tầng mạng chưa được triểnkhai đầy đủ như Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam,… sẽ là một thị trường béo bỡ choviệc triển khai WiMAX Chính phủ Trung Quốc đã thỏa thuận với IEEE để triểnkhai WiMAX ở băng tầng 3.5GHz Những nhà cung cấp mạng ở Trung Quốc đã sẵnsãng và họ đã ký hợp đồng với Alvarion, nhà cung cấp thiết bị WiMAX, để triểnkhai WiMAX thí điểm ở 6 thành phố Ngoài ra pre-WiMAX cũng đang được triểnkhai thí điểm ở nhiều nước trên thế giới: Pháp, Mỹ, UK, Canada, Áo, Úc, Bazil,Phần Lan,

 Tình hình triển khai WiMAX thử nghiệm tại Việt Nam

Đầu năm nay, sau khi có sự đồng ý của Thủ tướng Chính phủ, đã có bốndoanh nghiệp là Tập đoàn Bưu chính Viễn thông VNPT, Tổng công ty Viễn thôngquân đội Viettel, công ty FPT Telecom và Tổng công ty truyền thông đa phươngtiện VTC được phép mở dịch vụ Wimax di động và cố định Công ty VDC (thuộcVNPT) là đơn vị đầu tiên triển khai các loại hình dịch vụ và công nghệ tiên tiến nàytại Lào Cai WiMax do VDC triển khai thử nghiệm hoạt động trong dải tần từ3,3GHz đến 3,4GHz, với thiết bị nhập từ hãng Alvarion Tất cả 4 công ty này đãđược cấp phép thử nghiệm WiMAX trong vòng 1 năm Hiện tại Alvarion là nhàcung cấp thiết bị WiMAX lớn nhất Ngoài ra có các công ty khác cung cấp thiết bịWiMAX với giá thành rẻ hơn như Infinet, Siemens, Aperto

Ở Việt Nam, khi mà công nghệ 3G được triển khai, mà công nghệ WiMAXlại hứa hẹn những tính năng giống và vượt 3G, bài toán đặt ra là nên triển khai côngnghệ nào cho hiệu quả Phải nhìn nhận một đều rằng công nghệ 3G trên thế giới vẫnđang được triễn khai với tốc độ rất chậm Nguyên do chính là kinh phí đầu tư cơ sở

hạ tầng mạng rất lớn (không thể nâng cấp từ mạng 2G) trong khi đó rất ít ngườidùng dịch vụ này do giá cả đắt và tốc độ truyền không cho phép triển khai các dịch

vụ multimedia Nói thêm là mạng 2G chỉ có thể nâng cấp lên GPRS hoặc EDGE,nhưng tốc độ truyền dự liệu không cao GPRS và EDGE sẽ được triển khai ở ViệtNam cuối năm nay bởi VinaPhone và MobiFone Mạng WiMAX cũng đòi hỏi nhà cung cấp mạng phải xây dựng một hạ tầng

mạng mới Ở thời điểm hiện tại, WiMAX mobile vẫn chưa ra đời, nên những khảnăng của WiMAX vẫn mang tính lý thuyết Chúng ta nên chọn công nghệ nào, haycùng lúc triển khai cả hai công nghệ này? Nếu cả hai công nghệ cùng tồn tại, câu hỏiđặt ra là chùng sẽ hộ trợ nhau hay độc lập nhau? Câu trả lời nằm ở nhà cung cấpmạng và liệu kỹ thuật có cho phép chuyển giao giữa hai loại hình mạng này haykhông? Ngoài ra cũng không nên bỏ qua nhu cầu thực sự của người dùng trước khiquyết định triển khai một công nghệ mạng mới

Trong khi chúng ta chưa có 3G, 3G LTE đã và đang bắt đầu được chuẩn hóa.3G LTE đang định nghĩa một radio interface hòan tòan mới và một kiến trúc mạngmới, đơn giản hơn nhiều so với 3G hiện tại Điều này có nghĩa là lại phải xây dựngmột cơ sở hạ tầng mạng hòan toàn mới…Các nhà cung cấp mạng ở Việt Nam sẽ làm

gì để Việt Nam đuổi kịp sự phát triển của viễn thông thế giới?

1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Chương 1 này đã khái quát được những đặc điểm cơ bản của WiMAX baogồm khái niệm, các phiên bản, phổ và các băng tần được sử dụng cho WiMAX.Ngoài ra, chương này cũng nêu lên được các ưu điểm và nhược điểm hệ thống sửdụng công nghệ WiMAX Chương này sẽ là nền tảng cho các chương tiếp theonhằm tìm hiểu sâu hơn về hệ thống WiMAX

CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG TRUY CẬP WIMAX

2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG

Trong chương 2, chúng ta đã tìm hiểu về các kỹ thuật được sử dụng trongWiMAX, trong chương này, chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu về cấu trúc của mạngWiMAX 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)

2.2 MÔ HÌNH THAM CHIẾU

Hình 2.1 minh họa mô hình tham chiếu và phạm vi của chuẩn Trong mô hìnhtham chiếu này, lớp PHY tương ứng với lớp 1 (lớp vật lý) và lớp MAC tương ứngvới lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) trong mô hình OSI

Hình 2.1 Mô hình tham chiếu [5]

Hình 2 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 2.3 mô

tả hướng di chuyển của luồng dữ liệu qua các lớp Mỗi lớp sẽ thực hiệnencapsulation (đóng gói) dữ liệu nhận được từ các lớp trên Tại lớp thấp nhất, dữliệu được truyền dưới dạng bit qua môi trường truyền đến nơi nhận Tại trạm thu, dữliệu sẽ được decapsulation (mở gói) để lấy các thông tin cần thiết và các thông tinnày được gửi lên các lớp cao hơn

Hình 2.2 Luồng dữ liệu qua các lớp

Giữa lớp con phần chung MAC và lớp con bảo mật không định nghĩa điểm truynhập dịch vụ Các packet từ lớp con phần chung MAC không được encapsulation tạilớp con bảo mật Phần tiêu đề lớp con phần chung MAC sẽ biểu thị thông tin mã hóapayload Quá trình mã hóa payload được thực hiện tại lớp con bảo mật

2.3 LỚP ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP MÔI TRƯỜNG (MAC)

Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 cung cấp giao diện hoạt động độc lập với lớpvật lý do giao diện lớp vật lý là giao diện vô tuyến Phần chủ yếu của lớp MAC tậptrung vào việc quản lý tài nguyên trên airlink (liên kết vô tuyến) Giải quyết đượcbài toán yêu cầu tốc độ dữ liệu cao trên cả hai kênh downlink và uplink Các cơ chếđiều khiển truy cập và thuật toán cấp phát băng thông hiệu quả có khả năng đáp ứngcho hàng trăm đầu cuối trên mỗi kênh

Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 được xây dựng dựa trên kiến trúc tập trung, hỗtrợ mô hình Point-to-Point, Point-to-Multipoint (PMP) và Mesh Trạm BS đóng vaitrò trung tâm với một sectorized anten có khả năng điều khiển đồng thời nhiềusector độc lập

Các giao thức lớp MAC chuẩn 802.16 là hướng kết nối Vào thời điểm truynhập mạng, mỗi SS sẽ tạo một hoặc nhiều kết nối để truyền tải dữ liệu trên cả haihướng (downlink và uplink) Đơn vị lập lịch lớp MAC sẽ sử dụng tài nguyên airlink

để cung cấp các mức QoS phân biệt Lớp MAC cũng thực hiện chức năng tươngthích liên kết (link adaption) và truyền lại tự động ARQ (Automatic Repeat Request)nhằm duy trì thông lượng dữ liệu đối đa với tỉ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rates) chấpnhận được Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 cũng điều khiển quá trình truy nhập vàrời khỏi mạng của SS, thực hiện tạo và truyền các đơn vị dữ liệu giao thức PDU(Protocol Data Unit) Ngoài ra, lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 còn cung cấp lớp conhội 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

2.3.1 Kết nối và địa chỉ

 Kết nối

Tất cả các dịch vụ, bao gồm cả các dịch vụ không kết nối (connectionless) đềuđược ánh xạ thành các kết nối tương ứng Mỗi một kết nối đi kèm với các tham sốQoS tương ứng với 4 lớp dịch vụ Điều này cung cấp một cơ chế cho phép các SSyêu cầu băng thông, QoS và các tham số lưu lượng từ BS Cung cấp cơ chế chuyểntải và định tuyến các gói dữ liệu đến lớp con hội tụ tương ứng Các kết nối là đơnhướng, mỗi một kết nối được tham chiếu bởi một giá trị 16 bit định danh kết nốiCID (Connection Identifier) Băng thông được cấp phát liên tục hay được cấp pháttheo yêu cầu trên các kết nối

Có hai loại kết nối cơ bản: kết nối quản trị (Management Connection) và kết nốichuyển tải (Transport Connection)

 Kết nối quản trị được sử dụng để truyền các thông báo quản trị

 Kết nối chuyển tải được sử dụng để truyền dữ liệu

Kết nối quản trị chia làm ba kiểu: cơ bản (Basic Connection), sơ cấp (PrimaryConnection) và thứ cấp (Secondary Connection)

 Basic Connection: được sử dụng để truyền các thông báo ngắn, yêu cầu

độ trễ

 Primary Connection: được sử dụng để truyền các thông báo quản trị dàihơn, không yêu cầu độ trễ như các thông báo thực hiện quá trình xácthực và thiết lập kết nối

 Secondary Connection: được sử dụng để truyền các thông báo quản trịchuẩn như SNMP (Simple Network Management Protocol), DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)…

Transport connnection là các kết nối đơn hướng được sử dụng để chuyển tải dữliệu, các tham số QoS và các tham số lưu lượng phù hợp với dịch vụ tương ứng.Ngoài ra còn có một số các liên kết được dành riêng cho các mục đích khác như kếtnối quảng bá (Broadcast connection), kết nối chuyển tải các báo hiệu xung đột, thămdò…

Mỗi một trạm SS có một địa chỉ MAC 48 bit duy nhất, được sử dụng định danh

SS hoặc được sử dụng trong quá trình xác thực

Mỗi một trạm BS cũng có 1 địa chỉ 48 bit định danh trạm nhưng không phải làđịa chỉ MAC

CID được xem như là địa chỉ sơ cấp sau khi được khởi tạo và được sử dụngtrong quá trình hoạt động của hệ thống

2.3.2 Lớp con hội tụ MAC

Lớp con hội tụ đặc tả dịch vụ tiếp nhận các gói dữ liệu từ các lớp cao thông quacác điểm truy nhập dịch vụ lớp con hội tụ CS SAP (CS Service Access Point), ánh

xạ thành các đơn vị dữ liệu dịch vụ lớp MAC SDU (Service Data Unit) MAC SDU

là các đơn vị dữ liệu được trao đổi giữa hai lớp giao thức kế cận nhau Các MACSDU này được chuyển đến lớp con phần chung MAC thông qua các điểm truy nhậpdịch vụ lớp con phần chung (CPS SAP) Tại lớp con phần chung MAC, các SDUđược phân loại và kết hợp với một giá trị định danh luồng dịch vụ SFID (ServiceFlow Identifier) và một CID Ngoài ra, lớp con hội tụ còn thực hiện các chức năngphức tạp khác như PHS (Payload Header Suppression) và Reconstruction nhằm làmtăng hiệu quả sử dụng tài nguyên

Lớp con hội tụ chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa hai đặc tả cho việc ánh xạ cácdịch 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 nhưIPv4 hoặc IPv6, Ethernet và VLAN (Virtual Local Area Network)