Nghiên cứu về công nghệ Wimax và ứng dụng của công nghệ Wimax tại Việt Nam hiện nay

Nghiên cứu về công nghệ Wimax và ứng dụng của công nghệ Wimax tại Việt Nam hiện nay

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 LỜI MỞ ĐẦU Thế giới đang bước vào kỷ nguyên hội tụ của thông tin di động, máy tính và Internet. Điều này đã và đang tạo nên một xã hội đa phương tiện băng rộng. Chúng ta đã biết đến các công nghệ truy cập Internet phổ biến hiện nay như quay số qua Modem thoại, ADSL, hay các đường thuê kênh riêng, hoặc sử dụng các hệ thống vô tuyến như điện thoại di dộng, hay mạng Wifi. Mỗi phương pháp truy cập mạng có đặc điểm riêng. Đối với Modem thoại thì tốc độ quá thấp, ADSL do tốc độ có thể lên đến 80Mbit/s nhưng cần có đường dây kết nối, các đường thuê kênh thì giá thành đắt mà không dễ dàng triển khai đối với các khu vực có địa hình phức tạp. Wifi ( chính là công nghệ mạng LAN không dây) có thể áp dụng các máy tính trao đổi thông tin với khoảng cách ngắn. Vì thực tế như vậy Wimax(Worldwide Interoperability for Microwave Access) ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và Wifi. Đây là một công nghệ mới và đang trong thời gian thử nghiệm và bước đầu được ứng dụng vào thực tế. Chính vì thế em chọn đề tài: “Nghiên cứu về công nghệ Wimax và ứng dụng của công nghệ Wimax tại Việt Nam hiện nay”. Ngoài lời mở đầu và kết luận đề án của tôi gồm 6 chương với nội dung chính của mỗi chương như sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ WiMax Chương 2: Giới thiệu các chuẩn của WiMax: Chuẩn IEEE 802.11 và chuẩn IEEE 802.16. Từ đó so sánh sự giống nhau và khác nhau của các họ chuẩn đó. Chương 3: Chương này nghiên cứu về cách thức hoạt động, các đặc điểm chung, các công nghệ và thiết bị dùng cho WiMax. Chương 4: Nghiên cứu những ứng dụng dành cho WiMax. Chương 5: So sánh WiMax với các công nghệ không dây khác. Từ đó nghiên cứu sự cạnh tranh của WiMax với Wifi và WiMax với 3G. Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Chương 6: Từ các đặc điểm của WiMax nghiên cứu tình hình ứng dụng của WiMax trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần Thị Song Minh đã giúp tôi thực hiện đề tài này! Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WIMAX 1.1 Nguồn gốc hình thành Năm 1985, ủy ban liên lạc liên bang Mỹ FCC quyết định “mở cửa “ một số băng tần của dải sóng không dây, cho phép sử dụng chúng mà không cần cấp giấy phép của chính phủ. Chuẩn mới chính thức được ban hành năm 1997 và các kỹ sư ngay lập tức bắt đầu nghiên cứu một thiết bị mẫu tương thích với nó. Sau đó có 2 phiên bản chuẩn, 802.11b (hoạt động trên băng tần 2,4 GHz) và 802.11a (hoạt động trên băng tần 5,8 GHz), lần lượt được phê duyệt tháng 12 năm 1999 và tháng 1 năm 2000. Sau khi có chuẩn 802.11b, các công ty bắt đầu phát triển những ứng dụng của mạng không dây.Mạng không dây là một trong những bước tiến lớn nhất của ngành máy tính, nó là công nghệ hứa hẹn những kết nối cao trong không trung. Sử dụng sóng radio để truyền và nhận dữ liệu trực tiếp tới và từ những người dùng bất cứ khi nào họ muốn. Các công nghệ như 3G, Wi-fi hay WiMax va UWB sẽ làm việc cùng nhau để đáp ứng nhu cầu duy nhất này của khách hàng. Truy cập không dây băng rộng là hệ thống điểm đa điểm được tạo nên từ các thiết bị của khách hàng như hình sau: Hình này chỉ ra một trạm phát sóng cơ sở được kết nối với mạng đường trục. Thay vì sử dụng các kết nối vật lý giữa các trạm cơ sở và các thuê bao , các trạm phát sóng cơ sở sử dụng anten ngoài trời để nhận và gửi dữ Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 liệu, thoại tốc độ cao tới các thuê bao. Công nghệ này giảm được những yêu cầu về cơ sở hạ tầng hữu tuyến đồng thời cung cấp những giải pháp mềm dẻo và hiệu quả cho những chặng cuối.Và khi công nghệ kết nối cục bộ không dây đã được chuẩn hóa thì Wi-Fi nhanh chóng tiếp cận với người tiêu dùng. Và Wi-Fi ngày càng được cải tiến và được đưa vào sử dụng ở khắp nơi như cửa hàng, khách sạn các quán café.Những người yêu thích mạng này cho rằng công nghệ này sẽ gạt ra hết những kĩ thuật kết nối không dây khác. Ví dụ , họ cho rằng các điêm truy cập hotpot sẽ cạnh tranh với các mạng điện thoại di động 3G vốn hứa hẹn khả năng truyền phát dữ liệu tốc độ cao. Tuy nhiên Wi- fi chi là một công nghệ sóng ngắn và sẽ không bao giờ có thể cung cấp được khả năng bao trùm rộng như mạng di động khi các mạng di động đang ngày một phát triển. Và thế hệ mạng đầu tiên dựa trên công nghệ mới WIMAX, hay còn gọi theo tên kỹ thuật là 802.16 đã ra đời. WiMax chính là phiên bản phủ sóng diện rộng của Wi-fi với thông lượng tối đa có thể lên tới 70 Mb/giây và tầm xa lên tới 50km so với 50m của Wi-fi hiện nay. Ngoài ra, trong khi Wi-fi chỉ cho phép truy cập ở những nơi cố định có thiết bị hotpot ( giống như các hộp thoại công cộng) thì WiMax có thể bao trùm cả một thành phố hoặc nhiều tỉnh thành giống như mạng điện thoại di động. Quá trình phát triển của công nghệ Wi-Fi cũng đã cho thấy việc thống nhất cho ra một chuẩn chung có thể tạo nên một thị trường mới. Điều này càng được khẳng định thông qua quyết tâm của các công ty khi cho ra đời chuẩn WiMax. Trước đây các công nghệ mạng không dây tầm xa đều do các công ty lớn thao túng với những chuẩn bản quyền riêng và không cái nào được chấp nhận rộng rãi. Chính nhờ sự thành công của Wi-Fi mà những “người khổng lồ” giờ đây đã hợp lực với nhau để phát triển WiMax, một chuẩn phổ thông dễ tiếp cận đối với người tiêu dùng mà các hãng phát triển hy vọng sẽ giúp mở rộng thị trường và tăng doanh thu. Khó dự báo tương lai của Wi-Fi nhưng chắc chắn nó đã tạo nên một hướng đi cho nhiều công nghệ khác WiMax là một ví dụ . Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 1.2 Wimax là gì? Wimax là một thuật ngữ viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access. Một dấu hiệu chứng nhận cho các sản phẩm đã vượt qua các cuộc thử nghiệm về tính tương thích và khả năng giao tiếp dành riêng cho chuẩn 802.16. Wimax là một chuẩn công nghệ không dây cung cấp các kết nối băng thông cao, dải băng rộng trên một khoảng cách lớn. Wimax chính là phiên bản phủ sóng diện rộng của Wi-fi với thông lượng tối đa có thể lên tới 70 Mb/giây và tầm xa lên tới 50km Wimax có thể được sử dụng cho các ứng dụng như kết nối băng rộng “đoạn cuối” (last mile), điểm nóng truy cập, tế bào chuyển mạch và các kết nối tốc độ cao cho doanh nghiệp. 1.3. Wimax forum Diễn đàn WiMax là một tổ chức của các nhà khai thác và các công ty thiết bị và cấu kiện truyền thông hàng đầu. Mục tiêu của Diễn đàn WiMax là thúc đẩy và chứng nhận khả năng tương thích của các thiết bị truy cập vô tuyến băng rộng tuân thủ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMAN của ETSI. Diễn đàn WiMax được thành lập để dỡ bỏ các rào cản tiến tới việc chấp nhận rộng rãi công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng BWA (Broadband Wireless Access), vì riêng một chuẩn thì không đủ để khuyến khích việc chấp nhận rộng rãi một công nghệ. Theo mục tiêu này, Diễn đàn đã hợp tác chặt chẽ với các nhà cung cấp và các cơ quan quản lý để đảm bảo các hệ thống được. Diễn đàn phê chuẩn đáp ứng các yêu cầu của khách hàng và của các chính phủ. 1.4. Wimax certificate Một dấu hiệu chứng nhận cho các sản phẩm đã vượt qua các cuộc thử nghiệm về tính tương thích và khả năng giao tiếp dành riêng cho chuẩn 802.16. Các sản phẩm đã qua kiểm tra tính tương thích với WiMax đều có khả năng thiết lập kết nối không dây với nhau và cho phép chúng mang các gói dữ liệu ra internet. Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 CHƯƠNG II. CÁC CHUẨN IEEE 802 2.1 Họ chuẩn IEEE 802 IEEE là một tổ chức quốc tế chuyên cho phát triển mạng máy tính, truyền thông, công nghệ điện, điện tử với mạng LAN. IEEE 802 là một họ các chuẩn IEEE, áp dụng trong các mạng LAN và MAN. Họ chuẩn 802 chỉ giới hạn cho các mạng chuyển gói tin với kích thước khác nhau (ngược lại với mạng cell-based). Con số 802 chỉ đơn thuần là số ngẫu nhiên tiếp theo mà IEEE phân bổ cho họ chuẩn mới này, tuy nhiên đôi khi đc coi là trùng với ngày tổ chức cuộc họp công bố chuẩn này (T2/1980). Những dịch vụ và giao thức trong IEEE 802 chủ yếu ở 2 tầng thấp (Data Link và Physical) trong mô hình mạng 7 tầng OSI. IEEE 802 chia lớp Data Link Layer thành 2 lớp nhỏ hơn là Logical Link Control (LLC) và Media Access Control. Phạm vi các tầng liên quan đến IEEE 802: - Data link layer - LLC Sublayer - MAC Sublayer - Physical layer Họ chuẩn IEEE 802 được duy trì bởi IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee (LMSC). Những chuẩn thông dụng nhất của họ này là của các mạng Ethernet, Token Ring, Wireless LAN, Bridging và Virtual Bridged LAN. Một số chuẩn trong họ này là:  802.1: Higher layer LAN protocols  802.2: Logical link control  802.3: Ethernet  802.5: Token Ring  802.11: Wireless LAN (Wi-Fi certification)  802.16: WiMax  802.20 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 2.2. Chuẩn IEEE 802.11 Chuẩn 802.11 dùng cho mạng Wi-Fi, là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio, có nhiệm vụ định nghĩa các các đặc tả tầng vật lý PHY, tầng MAC và phần dưới của tầng liên kết dữ liệu. Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ thuật khác nhau, và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng; 3 chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g. Chuẩn 802.11 dùng cho mạng Wi-Fi, là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio, có nhiệm vụ định nghĩa các các đặc tả tầng vật lý PHY, tầng MAC và phần dưới của tầng liên kết dữ liệu. Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ thuật khác nhau, và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng; 3 chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g. Hình sau minh hoạ giữa mô hình tham chiếu OSI và chuẩn 802.11 Hình 2: IEEE 802.11 và mô hình OSI. Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 * Các chuẩn của mạng Wi-Fi Chuẩn 802.11b (Chuẩn B) : Chuẩn 802.11b là phiên bản đầu tiên trên thị trường. Đây là chuẩn chậm nhất và rẻ tiền nhất, và nó trở thành ít phổ biến hơn so với các chuẩn khác. Các thiết bị thuộc chuẩn này hoạt động ở tần số 2.4GHz và có thể truyền dữ liệu với tốc độ tối đa 11Mbps trong phạm vi từ 100 feet đến 150 feet ( từ 35 mét đến 45 mét ), và nó sử dụng mã CCK (complimentary code keying) Chuẩn 802.11g (Chuẩn G) : Các thiết bị này hoạt động ở cùng tần số như các thiết bị chuẩn B, tuy nhiên chúng hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu nhanh gấp 5 lần (đạt 54 MB/giây ) so với chuẩn B với cùng một phạm vi phủ sóng. . Chuẩn 802.11g nhanh hơn vì nó sử dụng mã OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), một công nghệ mã hóa hiệu quả hơn. Các thiết bị chuẩn B và chuẩn G hoàn toàn tương thích với nhau, tuy nhiên cần lưu ý khi bạn trộn lẫn các thiết bị chuẩn B và chuẩn G với nhau thì các thiết bị sẽ hoạt động theo chuẩn nào có tốc độ thấp hơn. Chuẩn 802.11a (Chuẩn A) : các thiết bị thuộc chuẩn này hoạt động ở tần số 5GHz và có thể truyền dữ liệu với tốc độ tối đa 54Mbps nhưng chỉ trong phạm vi khoảng 75 feet ( khoảng 25 mét). Nó cũng sử dụng mã OFDM. Những chuẩn mới hơn sau này như 802.11n còn nhanh hơn chuẩn 802.11a, nhưng 802.11n vẫn chưa phải là chuẩn cuối cùng. WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần số khác nhau một cách nhanh chóng. Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp giảm thiểu sự nhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùng một lúc. Bảng dưới đây là các chuẩn, tốc độ bit tối đa của chúng, dãy thiết lập tần số và ứng dụng của nó. Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Chuẩn Tốc độ bit tối đa Dải tần Ứng dụng 802.11 2 megabits trên một giây(Mbps) 2Mbps Băng tần S cho công nghiệp, khoa học và y học dải tần (từ 2.4 đến 2.5 GHz) Không được sử dụng rộng rãi. 802.11b 11 Mbps Băng tần S cho công nghiệp, khoa học và y học Được sử dụng rộng rãi 802.11a 54 Mbps Băng tần C cho công nghiệp, khoa học và y học (5.725 to 5.875 GHz) Không được sử dụng rộng rãi do đắt và giới hạn về dải tần 802.11g 54 Mbps Băng tần S cho công nghiệp, khoa học và y học Phổ biến cao với các thiết bị 802.11g và tương ứng về sau với thiết bị 802.11b Lưu ý: Băng tần S sử dụng cùng một dải tấn như các lò vi sóng, điện thoại không dây, camera video không dây, các thiết bị Bluetooth. Băng tần C sử dụng cùng dải tần như các điện thoại không dây mới hơn và nhiều thiết bị khác. * Các chuẩn IEEE 802.11 khác: • 802.11e : Phát triển cho 802.21 MAC để tăng chất lượng dịch vụ QoS, tăng khả năng và hiệu quả cho các ứng dụng triển khải qua mạng không dây 802.11 như voice, dữ liệu, và audio. • 802.11h : Cải thiện lớp MAC và PHY 802.11 để tăng khả năng quản lý mạng, mở rộng điều khiển cho công suất truyền dẫn và phổ tín hiệu trong dải băng 5 GHz. Đồng thời phù hợp với chuẩn ở một số nước châu âu. • 802.11i : Tăng cường phương thức xác nhận và độ an toàn chuẩn 802.11 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Các chuẩn bảo mật của IEEE 802.11 Chuẩn bảo mật Các phương pháp thẩm định Các phương pháp mã hóa Kích thước mã hóa (bit) Chú thích IEEE 802.11 Hệ thống mở và chia sẻ phím WEP 40 và 104 Với thẩm định và mã hóa yếu thì việc sử dụng có thể bị giảm. IEEE 802.1X Các phương pháp thẩm định EAP N/A N/A Phương pháp EAP cung cấp cho sự thẩm định WPA- Enterprise 802.1X TKIP và AES (Tùy chọn) 128 Sự thẩm định tốt (với phương pháp EAP) và TKIP hoặc mã hóa rất mạnh AES WPA- Personal PSK TKIP và AES (Tùy chọn) 128 Sự thẩm định mạnh (với PSK) và TKIP hoặc mã hóa rất mạnh AES. WPA2- Enterprise 802.1X TKIP và AES 128 Sự thẩm định mạnh (với EAP) và TKIP hoặc mã hóa rất mạnh AES. WPA2- Personal PSK TKIP và AES 128 Sự thẩm định mạnh (với PSK) và TKIP hoặc mã hóa rất mạnh AES. 2.3. Chuẩn IEEE 802.16 Hai chế độ song công được áp dụng cho WiMax là song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplexing) và song công phân chia theo tần số (Frequency Division Duplexing). FDD cần có 2 kênh, một đường lên, một đường xuống. Với TDD chỉ cần 1 kênh tần số, lưu lượng đường lên và đường xuống được phân chia theo các khe thời gian. Chuẩn 802.16 là tiêu chuẩn không dây Last mile (dặm cuối). Tiêu chuẩn này hoàn toàn dựa trên IP và đã được hội đồng 802.16 do IEEE (Viện các kỹ sư điện và điện tử Hoa kỳ) triển khai nghiên cứu từ đầu năm 2000 đến nay và đã được IEEE thông qua 2 chuẩn: - Chuẩn 802.16-2004 (rev d) cho mạng cố định được thông qua vào đầu tháng 7/2004. (phổ tần số thấp hơn 11GHz; không đòi hỏi tầm nhìn thẳng; kỹ thuật OFDM (orthogonal frequency division multiplex-Ghép kênh phân chia Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 [...]... mạng OFDM là một công nghệ điều chế và mã hóa số, đã được sử dụng thành công trong các ứng dụng hữu tuyến như modem DSL và modem cáp Các sản phẩm của các công ty thành viên Diễn đàn WiMAX đang sử dụng các hệ thống 802.16 dựa trên OFDM để vượt qua những thách thức của việc truyền sóng NLOS Nhờ độ truyền, tỷ lệ lỗi bit, cũng như hiệu quả sử dụng phổ tần nên đã được IEEE chọn làm công nghệ truyền dẫn cho... mật được duy trì trong quá trình chuyển giao WiMAX di động được xây dựng nhằm đáp ứng các yêu cầu về ứng dụng mạng băng rộng di động do đó các ưu điểm của công nghệ này là sự kết hợp của cả hai công nghệ băng rộng và công nghệ di động Các thuật toán IP di động và kiến trúc lõi của nó gồm các yếu tố chẳng hạn như các công ty phân phối trong nước cho phép chuyển giao các dịch vụ thuận tiện khi một thuê... Ứng dụng của Mobile Wimax vào mạng điện thoại di động: Wimax hệ thống, hệ thống trả lời nhanh, TV qua mạng di động Legacy "stovepipe" infrastructure cannot easily offer more than one service Để đi sâu vào từng ứng dụng của Wimax, ta sẽ đi theo các chuẩn của Wimax: ban đầu là chuẩn 802.16a tập trung vào khả năng truy cập băng rộng cố định; chuẩn mở rộng 802.16-2004, còn gọi là 802.16d, được đưa ra vào... khai tại hơn 150 điểm lắp đặt ở hơn 30 quốc gia trên toàn thế giới và Alvarion đã trở thành công ty dẫn đầu trong thị trường WiMAX hiện nay Công nghệ Wimax dành cho các thiết bị cố định được triển khai thử nghiệm tại tỉnh Lào Cai ở nước ta và thang 7/2006 được coi là sự thay thế tối ưu cho Internet băng rộng qua dây dẫn như cáp và DSL Ở Việt Nam, tháng 3/2006, 4 doanh nghiệp là VNPT, FPT, VTC và Viettel... của nhóm nghiên cứu IEEE Task Group, bắt đầu hình thành từ 2002 và dự kiến hoàn tất trong 18 tháng, nhưng tính đến nay thời gian đã nhân đôi Chuẩn chính thức này sẽ mở đường cho sự phát triển của các sản phẩm WiMax di động Hiện nay, nhiều trạm cơ sở và hệ thống máy khách tương thích 802.16e đã xuất hiện trên thị trường WiMax có tốc độ xử lý dữ liệu 20 Mb/giây và phạm vi phủ sóng lên tới 3 km Công nghệ. .. không tới được WiMAX di động cũng có thể được sử dụng để backhaul tới các dịch vụ điểm nóng truy cập Wifi Các nhà khai thác mạng di động đang tập trung và đầu tư vào công nghệ thế hệ thứ 3, là công nghệ tiếp theo của GSM và CDMA và kết quả dẫn đến sự hoạt động đồng bộ của 2 mạng khác nhau - (một mạng để thực hiện các cuộc gọi thoại và một mạng dành cho băng rộng) Khi bổ sung thêm băng rộng vào mạng truyền... phát triển một công nghệ tương tự mang tên WiBro nhằm gạt bỏ WiMax tại nước này Các hãng viễn thông ở đây đã bắt đầu kinh doanh dịch vụ WiBro ở khu vực trung tâm, trường đại học và các tuyến giao thông công cộng chính trong Seoul Hiện tại mạng đã phủ sóng di động có công nghệ tương tự WiMAX là WiBro của Hàn Quốc, một dạng của WiMAX di động (tính chất di động hạn chế