Nghiên cứu lớp Điều khiển truy nhập môi trường MAC trong công nghệ WIMAX

Nghiên cứu lớp Điều khiển truy nhập môi trường MAC trong công nghệ WIMAX

Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước. Mục lục MỤC LỤC Nội dung Trang MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ MỤC LỤC CÁC BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX 1.1. Giới thiệu chương 1 1.2. Khái niệm .1 1.3. Các chuẩn của WiMAX .5 1.3.1. Chuẩn IEEE 802.16 – 2001 .5 1.3.2. Chuẩn IEEE 802.16a 5 1.3.3. Chuẩn IEEE 802.16 – 2004 .6 1.3.4. Chuẩn IEEE 802.16e 6 1.4. Phổ WiMAX 8 1.4.1. Băng tần đăng ký .8 1.4.2. Băng tần không đăng ký 5GHz 9 1.5. Truyền sóng .9 1.6. Ưu điểm và nhược điểm của WiMAX .12 1.7. Tình hình triển khai WiMAX 14 1.7.1. Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới 14 1.7.2. Tình hình triển khai WiMAX thử nghiệm tại Việt Nam .14 1.8. Kết luận chương .15 Chương 2: CÁC KỸ THUẬT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG WiMAX 2.1. Giới thiệu chương 16 2.2. Kỹ thuật OFDM .17 Mục lục 2.2.1. Khái niệm .17 2.2.2. Sơ đồ khối OFDM .18 2.2.3. Chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM .19 2.2.4. Nguyên tắc giải điều chế OFDM .21 2.2.5. Các ưu và nhược điểm của kĩ thuật OFDM .21 2.3. Kỹ thuật OFDMA 23 2.3.1. Khái niệm .23 2.3.2. Đặc điểm 23 2.3.3. OFDMA nhảy tần 24 2.3.4. Hệ thống OFDMA .26 2.4. Điều chế thích nghi 27 2.5. Công nghệ sửa lỗi 28 2.6. Điều khiển công suất .28 2.7. Các công nghệ anten tiên tiến 28 2.7.1. Phân tập thu và phát .29 2.7.2. Các hệ thống anten thích nghi 30 2.8. Kết luận chương .31 Chương 3: KIẾN TRÚC MẠNG TRUY CẬP WIMAX 3.1. Giới thiệu chương 32 3.2. Mô hình tham chiếu .32 3.3. Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) .34 3.3.1. Kết nối và địa chỉ .35 3.3.2. Lớp con hội tụ MAC 36 3.3.3. Lớp con phần chung MAC 37 3.3.4. Cơ chế yêu cầu và cấp phát băng thông .41 3.3.5. Cơ chế lập lịch dịch vụ và chất lượng dịch vụ (QoS) 43 3.3.6. Lớp con bảo mật 44 3.4. Lớp vật lý .44 Mục lục 3.5. Kết luận chương .46 Chương 4: KIẾN TRÚC BẢO MẬT CHUẨN IEEE 802.16 4.1. Giới thiệu chương 47 4.2. Kiến trúc bảo mật .47 4.2.1. Kết hợp bảo mật .49 4.2.2. Giao thức quản lí khóa PKM .49 4.3. Quy trình bảo mật 50 4.3.1. Xác thực .51 4.3.2. Trao đổi khóa dữ liệu .53 4.3.3. Mã hóa dữ liệu .54 4.4. Hạn chế của kiến trúc bảo mật IEEE 802.16 .55 4.5. Kết luận chương .56 Chương 5: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG WiMAX 5.1. Giới thiệu chương 57 5.2. Môi trường mô phỏng 57 5.3. Mô phỏng .59 5.3.1. Giả thuyết .59 5.3.2. Kịch bản mô phỏng 60 5.4. Phân tích kết quả mô phỏng .61 5.4.1. Hoạt động 61 5.4.2. Tính lượng băng thông được sử dụng trên BS .63 5.5. Nhận xét .65 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO .67 Mục lục PHỤ LỤC Phụ lục A: Giá trị trường Type trong thông báo quản trị lớp MAC Phụ lục B: Giao thức định tuyến DSDV Phụ lục C: Cài đặt NS-2 trên nền Windows 9x/2000/XP sử dụng Cygwin Mục lục các hình vẽ MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Minh họa họat động WiMAX [10] 11 Hình 1.2. Truyền sóng trong trường hợp NLOS [10] .11 Hình 2.1. So sánh giữa FDM và OFDM .17 Hình 2.2. Sơ đồ khối hệ thống OFDM 18 Hình 2.3. Khái niệm về chuỗi bảo vệ 19 Hình 2.4. ISI và cyclic prefix 20 Hình 2.5. Tách chuỗi bảo vệ .21 Hình 2.6. ODFM và OFDMA .23 Hình 2.7. Ví dụ của biểu đồ tần số, thời gian với OFDMA 24 Hình 2.8. Biểu đồ tần số thời gian với 3 người dùng nhảy tần a, b, c đều có 1 bước nhảy với 4 khe thời gian .25 Hình 2.9. 6 mẫu nhảy tần trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau 25 Hình 2.10. Tổng quan hệ thống sử dụng OFDMA .26 Hình 2.11. Mẫu tín hiệu dẫn đường trong OFDMA .27 Hình 2.12. Bán kính cell quan hệ với điều chế thích nghi 27 Hình 2.13. MISO .29 Hình 2.14. MIMO .30 Hình 2.15. Beam Shaping .30 Hình 2.16. AAS đường xuống .31 Hình 3.1. Mô hình tham chiếu. [5] .32 Hình 3.2. Chức năng các lớp trong mô hình phân lớp chuẩn IEEE 802.16 .33 Hình 3.3. Luồng dữ liệu qua các lớp 33 Hình 3.4. Định dạng MAC PDU .37 Hình 3.5. Định dạng của tiêu đề MAC PDU chung .38 Hình 3.6. Định dạng tiêu đề yêu cầu dải thông 40 Hình 4.1. Mô hình kiến trúc bảo mật chuẩn IEEE 802.16 [7] .48 Mục lục các hình vẽ Hình 4.2. Quy trình bảo mật .50 Hình 4.3. Quá trình xác thực SS với BS 51 Hình 4.4. Quá trình trao đổi khóa dữ liệu 53 Hình 4.5. Định dạng payload trước và sau khi mã hóa 55 Hình 5.1. Module WiMAX trong kiến trúc NS-2 [13] .58 Hình 5.2. Kiến trúc mạng mô phỏng 60 Hình 5.3. Các SS gửi yêu cầu ranging .61 Hình 5.4. BS gửi đáp ứng ranging .62 Hình 5.5. SS_2 gửi yêu cầu băng thông .62 Hình 5.6. SS_2 gửi dữ liệu (rtPS) cho BS .63 Hình 5.7. Đồ thị băng thông được sử dụng trên các kênh truyền 63 Hình 5.8. Thông tin trong file ~.tr được import vào excel .64 Mục lục các các bảng MỤC LỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Tóm tắt các đặc trưng cơ bản các chuẩn WiMAX [6] .8 Bảng 3.1. Các trường tiêu đề MAC chung .39 Bảng 3.2. Các trường tiêu đề MAC yêu cầu dải thông .40 Bảng 3.3. Đặc tả vật lý chuẩn IEEE 802.16 .45 Các từ viết tắt CÁC TỪ VIẾT TẮT AAS Advanced Antenna Systems - Các hệ thống anten thích nghi AES Advanced Encryption Standard - Chuẩn mã hóa nâng cao AK Authentication Key - Khóa chứng thực ARQ Automatic Repeat reQuest - Tự động lặp lại yêu cầu ATM Asynchronous Transfer Mode AWGN Additive White Gaussian Noise - Nhiễu Gaussian trắng cộng BE Best Effort BER Bit Error Rate - Tỉ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying - điều chế pha nhị phân BS Base Station - Trạm gốc CDMA Code Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo mã CID Connection Identifier - Định danh kết nối CP Cyclic Prefix - Tiền tố vòng CPE Customer Premise Equipment CRC Cyclic Redundancy Check - Kiểm tra lỗi dư vòng DFS Dynamic Frequency Selection – Lựa chọn tần số động FDD Frequency Division Duplex - Ghép kênh phân chia theo tần số FFT Fast Fourier Transform - Chuyển đổi Fourier nhanh GSM Global System for Mobile communications - Hệ thống thông tin di động toàn cầu ICI InterChannel Interference - Nhiễu xuyên kênh IDFT Inverse Discrete Fourier Transform - Biến đổi Fourirer rời rạc ngược IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers - Học Viện của các Kỹ Sư Điện và Điện Tử IFFT Inverse Fast Fourier Transform - Biến đổi Fourier ngược nhanh ISI Inter-Symbol Interference - Nhiễu xuyên ký tự KEK Key Encryption Key LOS Line Of Sight - Tầm nhìn thẳng MAC Media Access Control - Điều khiển truy nhập môi trường MAN Metropolitan Area Network – Mạng đô thị MIMO Multiple Input Multiple Output - Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra MISO Multiple Input Single Output - Nhiều đầu vào, một đầu ra MS Mobile Station - Trạm di động NLOS Non–Line-Of-Sight - Không tầm nhìn thẳng nrtPS non–real-time Polling Service OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing - Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Đa truy cập ghép Các từ viết tắt kênh chia tần số trực giao PDU Packet Data Unit - Đơn vị gói dữ liệu PKM Privacy and Key Management - Quản lý sự riêng tư và khóa QAM Quadrature Amplitude Modulation - Điều chế biên độ trực giao QoS Quality of Service - Chất lượng dịch vụ QPSK Quadature Phase Shift Keying - điều chế pha trực giao RF Radio Frequency - Tần số vô tuyến rtPS real-time Polling Service SA Security Association – Tập hợp bảo mật SDU Service Data Unit - Đơn vị dữ liệu dịch vụ SLA Service-Level Agreement - Thỏa thuận mức dịch vụ SNR Signal-to-Noise Ratio – Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SS Subscriber Station - Trạm thuê bao TDM Time Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiplexing Access – Đa truy cập phân chia theo thời gian TEK Traffic Encryption Key - Khóa mã hóa lưu lượng UDP User Datagram Protocol UGS Unsolicited Grant Services UMTS Universal Mobile Telephone System WiFi Wireless Fidelity WiMAX Worldwide interoperability for Microwave Access WLAN Wireless Local Area Network – Mạng cục bộ không dây [...]... là công nghệ IEEE 802.16, thường được gọi là công nghệ WiMAX 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) Đồ án này tập trung vào việc nghiên cứu lớp Điều khiển truy nhập môi trường MAC trong công nghệ. .. 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) -1- Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX 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 Hai phiên bản của WiMAX được đưa ra như sau: • Fixed WiMAX (WiMAX. .. giải pháp cung cấp một thị trường khác nhau dựa vào sự thỏa hiệp giữa chi phí và QoS 1.5 TRUY N SÓNG Trong khi nhiều công nghệ hiện đang tồn tại cho không dây băng rộng chỉ có thể cung cấp phủ sóng LOS, công nghệ WiMAX được tối ưu để cung cấp phủ sóng NLOS Công nghệ tiên tiến của WiMAX cung cấp tốt nhất cho cả hai Cả LOS và NLOS bị ảnh hưởng bởi các đặc tính đường truy n môi trường của chúng, tổn thất... 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 truy n dẫn hỗ trợ điểm – đa điểm và dịch vụ rộng khắp bởi lập lịch một khe thời gian cho mỗi trạm di động (MS) Nếu có duy nhất một MS trong mạng, trạm gốc (BS) sẽ liên lạc với MS trên cơ sở điểm -2- Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX – điểm Một BS trong một cấu hình điểm – điểm... 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 Ngoài ra, đồ án cũng giới thiệu một mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống WiMAX nhằm mục đích làm rõ quá trình làm việc của hệ thống WiMAX Đồ án bao gồm 5 chương như sau: Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX Chương 2:... được sử dụng trong WiMAX Chương 3: Kiến trúc mạng truy cập WiMAX Chương 4: Kiến trúc bảo mật chuẩn IEEE 802.16 Chương 5: Mô phỏng hoạt động hệ thống WiMAX Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 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... Những công nghệ truy nhập mới này là nền tảng cho WiMAX và là lựa chọn cho các hệ thống băng rộng di động tiếp theo khác nhằm cung cấp nhiều loại hình dịch vụ truy n thông đa phương tiện tốc độ cao Trong chương này, chúng ta sẽ khảo sát tổng quan các kỹ thuật tiên tiến được áp dụng trong công nghệ WiMAX như là kỹ thuật OFDM, OFDMA, hệ thống anten tiên tiến… - 16 - Chương 2: Các kỹ thuật được sử dụng trong. .. cung cấp dịch vụ truy cập băng rộng nay có thể được sử dụng nhờ khả năng phủ sóng rộng của WiMAX - 12 - Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX - Nhiều nhà cung cấp dịch vụ trên thị trường tạo điều kiện cho người sử dụng có thêm nhiều lựa chọn cho dịch vụ truy nhập băng rộng - Tạo sự cạnh tranh có lợi cho người sử dụng, giảm các chi phí dịch vụ Các nhược điểm của công nghệ WiMAX: - Dải tần WiMAX sử dụng không... về WiMAX 1.7 TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI WiMAX 1.7.1 Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới Hiện nay, trên thế giới, đã có các mạng thử nghiệm công nghệ WiMAX cố định và di động Theo đánh giá của Maravedis Inc thì thị trường viễn thông băng rộng cố định đến năm 2010 có doanh thu vượt 2 tỷ USD Hiện nay, tốc độ tăng trưởng hằng năm là 30% Việc xuất hiện một công nghệ truy cập không dây băng rộng mới như WiMAX. .. hợp Công nghệ cũng giảm bớt nhu cầu quan sát vị trí thiết bị phía trước và cải thiện độ chính xác của các công cụ lập kế hoạch NLOS Công nghệ NLOS và những tính năng được nâng cao trong WiMAX tạo khả năng sử dụng thiết bị phía đầu khách hàng (CPE) trong nhà Điều này có hai khó khăn chính; đầu tiên là khắc phục những tổn hao xuyên qua tòa nhà và thứ hai, phủ sóng các khoảng cách hợp lý với công suất truy n . thấp trong phạm vi vùng đô thị MAN (Metropolian Access Network). Đồ án này tập trung vào việc nghiên cứu lớp Điều khiển truy nhập môi trường MAC trong công. 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 truy n dẫn hỗ trợ điểm – đa