Mô hình triển khai hệ thống mạng không dây cố định của VNPT

CPE tiếp nhận luồng tín hiệu số từ các AP và chuyển dổi chúng thành dạngtín hiệu tương thích với các thiết bị đầu cuối của khách hàng tương tự hoặc số.CPE cũng bao gồm một bộ thu phát và

MỤC LỤC

MỤC LỤC ! 1

Chương 1: Tổng quan về mạng không dây 4

1.1 Kiến trúc chung của các chuẩn IEEE 802.11 và 802.16: 5

1.2 Cô ng nghệ WiFi 6

1.2.1 Đánh giá ưu, nhược điểm của W1F1 11

1.3 Cóng nghệ WiMAX 12

1.3.1 Các chuẩn IEEE 802.16 tiêu biểu: 14

1.3.2 Lợi ích của WIMAX 19

1.4 So sánh công nghệ WiFi - WiMAX 20

Chương 2: Lớp PHY và MAC của chuẩn IEEE 802.16 a 22

2.1. Lớp vậtlýPHY 22

2.2 Lớ p MAC trong chuẩn IEEE 802.lóa 28

2.2.1. Những lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ 29

2.2.2 Lớ p con phần chung (common part sublayer) 29

2.2.3. Lớp con bảo mật 35

2.3. Lớp con hội tụ truyền 37

Chương 3:Cóng nghệ truy nhập băng rộng cô định 38

3.1 Các dải tần sô'trong truy nhập hăng rộng không dây cô'định (FBWA - Fừed Broadhand Wireless Access) 38

3.2. Topo mạng FBWA 39

3.3 Cấ u trúc mạng Điểm - Đa điểm (PMP) 41

3.4. Tầm nhìn thẳng trong mạng điểm - đa điểm (PMP) 42

3.5. Điều chế và mã lioá 44

3.5.1 Cá c phương pháp điều chế đơn sóng mang 45

3.5.2 Đi

3.7 Kỹ

thuật trải phổ 53

3.7.1 Tr ải phổ chuỗi trực tiếp DSSS 53

3.7.2. Trải phổ nhảy tần FSSS 55

3.7.3. So sánh FHSS và DSSS 57

3.8 vấ n đê bảo mật 57

3.9. Anten 58

3.9.1 Các đặc tính và tham số cua anten 59

3.9.2 Vùng phủ sóng của anten trạm gốc 60

3.9.3 Anten của CPE 60

3.9.4 Hệ thống anten nâng cao 60

Chương 4:Thiêt kế kỹ thuật mạng truy nhập hăng rộng khóng dây có định 62

4.1. Lựa chọn hệ thông và băng tần 62

4.1.1. Lựa chọn băng tần 62

4.1.2 Đặc điểm hệ thống 64

4.2. Mô hình kênh của mạng FBWA 64

4.2.1. Mỏ hình suy hao đường truyền 65

4.2.2. Mô hình Pading 66

4.3. Mô hình suy liao đường truyền được sử dụng trong IEEE 802.lóa 66

4.4. Thiết kế dung lượng 69

4.4.1. Tống lưu lượng và sự tập trung lưu Iưựng 69

4.4.2. Điều chế thích nghi và dung lượng trung bình của một sector 70

4.5. Lén kế hoạch phủ sóng 72

4.5.1 Bảng tính năng lượng liên kết 72

4.5.2. Mòi quan hệ giữa độ dự trữ fadingvớisự sản sàng cung cấp dịch vụ 74

4.5.3 Phạm vi của BS - FBWA ở dải tần3,5GHz 75

4.6. Lên kế hoạch tần sô và chỉ định kênh 76

4.6.1. Nhiễu đồng kênh 76

5.2. Mô hình kết nôi 81 5.2.1 Mô hình kết nối tổng quát 81

(proposed) (GSM)

IEEE 802.16 MAN ETSI HiperMAN &

IEEE 802.11* LAN ETSI

VVireless LAN HiperLAN

IEEE 802.15* PAN ETSI

Bluetooth* HiperPAN

* Trademarks or servĩcemarks are the property of their respective owners

Hìnhl.l: Tổng quan về các chuẩn không dây

-Mạng PAN - Personal Area Network: Chuẩn WPAN được ứng dụng trongphạm vi gia dinh, hoặc trong không gian xung quanh của 1 cá nhân, tốc độ truyềndẫn trong nhà có thể đạt 480 MB/giây trong phạm vi lOm Trong mô hình mạngWPAN, có sự xuất hiện của các công nghệ Bluetooth dựa trên chuẩn IEEE802.15(Tnstitute for Electrical and Electronics Engineers) Hiện nay 802.15 nàyđang được phát triển thành 802.15.3 được biết đến với tên công nghệUltrawideband - siêu băng thông

-Mạng LAN (Local Area Netvvork): mạng WirelessLAN sử dụng chuẩn

là một phần của giải pháp văn phòng di động, cho phép người sử dụng kết nốimạng LAN từ các khu vực công cộng như văn phòng, khách sạn hay các sân bay.Tại Việt Nam WLAN dã được triển khai ứng dựng ở nhiều nơi Công nghệ nàycho phép người sử dụng có thể sử dụng, truy xuất thông tin, truy cập Internet vớitốc độ lớn hơn rất nhiều so với phương thức truy nhập gián tiếp truyền thống.

- Mạng MAN: Mạng WMAN sử dụng chuẩn IEEE 802.16, được hoàn thànhvào tháng 10/2001 và được công bố vào ngày 8/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuậtgiao diện không gian WirelessMAN cho các mạng vùng đô thị Việc đưa rachuẩn này mở ra một công nghệ mới truy nhập không dây băng rộng WiMAXcho phép mạng không dây mở rộng phạm vi hoạt động tới gần 50 km và có thểtruyền dữ liệu, giọng nói và hình ảnh video với tốc độ nhanh hơn so với đườngtruyền cáp hoặc ADSL Đây sẽ là công cụ hoàn hảo cho các ISP muốn mở rộnghoạt dộng vào những vùng dân cư rải rác, nơi mà chi phí triển khai ADSL vàdường cáp quá cao hoặc gặp khó khăn trong quá trình thi công

- Mạng WAN: Trong tương lai, các kết nối Wireless WAN sẽ sử dụng chuẩn802.20 để thực hiện các kết nối diện rộng

Do bản chất của mạng không dây là sử dụng sóng vô tuyến Và như vậy,người ta có thể truy cập Internet hoặc diều khiển thiết bị mà chẳng cần dườngđiện thoại hay dây dẫn Do đó về lý thuyết, với máy tính xách tay dùng côngnghệ không dây, chúng ta có thể truy cập Internet từ trong rừng hay ngoài biển(miễn nằm trong vùng phủ sóng trạm thu phát)

1.1 Kiến trúc chung của các chuẩn IEEE 802.11 và 802.16:

Chuẩn IEEE 802.11 và 16 đặc tả lóp vật lý - PHY (Physical) và lóp điềukhiển truy nhập môi trường - MAC (Medium Access Control) cho truy nhập băngrộng không dây cô định - FBWA (Fixed Broadband Wireless Access) cho phạm

vi mạng khu vực dô thị - MAN (Metropolitan Area Network) Chuẩn IEEE802.11 và IEEE 802.16 bù đắp sự thiếu hụt giữa chuẩn IEEE 802.2 về lớp liên kếtvật lý và giao diện không gian Cùng với khả năng làm cầu nối (Bridging) dược

mô tả trong chuẩn IEEE 802.1, những chuẩn này và những cơ chế truy nhập ởnhững lớp cao hơn có thể sử dụng để tạo ra khả năng định tuyến đầy đủ chomạng

Hình 2 minh hoạ vị trí của các chuẩn IEEE 802.11 và 16 trong hệ thống cácchuẩn IEEE 802.

802.3 PHYSICAL

802.4 MEDIUM ACCESS

802.4 PHYSICAL

802.5 MEDIUVI ACCESS

802.5 PHYSICAL

802 6 MEDIUM ACCESS

802.6 PHYSICAL

602 II

ME DI UM ACCESS

802.11 PHYSICAL

802.12 MEDIUM ACCESS

802.12 PHYSICAL

802.16 MEDIUM ACCESS

802.16 PHYSICAL PHYSlCAL

LAYER

* Formerly IEEE Std 802 IA™

Hìnhl.2: 802.11 và 802.16 trong hệ thống các chuẩn của IEEE 802.

1.2 Công nghệ WiFi

Trong bối cánh toàn cầu hoá, sự bùng nổ nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao vànhu cầu đa dạng hoá các loại hình dịch vụ cung cấp như truy nhập Internet, thưdiện tử, thương mại điện tử, truyền file, dã thúc đẩy sự phát triển của các giảipháp mạng cục bộ vô tuyến (WLAN) Mục đích của WLAN nhằm cung cấp thêmmột phương án lựa chọn cho khách hàng bên cạnh các giải pháp như xDSL,Ethernet, GPRS, 3G WLAN là một phẩn của giải pháp văn phòng di động, chophép người sử dụng kết nối mạng LAN từ các khu vực công cộng như khách sạn,sân bay và thậm chí có thể ngay cả trên các phương tiện vận tải

Các thành phố lớn trên thế giới đang tự hào với hàng trăm điểm truy cậpkhông dây WLAN ở những nơi công cộng hay tại các văn phòng Tại Việt NamWLAN đã được triển khai ứng dụng ở nhiều nơi Công nghệ này cho phép người

sử dụng có thể sử dụng, truy xuất thông tin, truy cấp Internet với tốc độ lớn hơnrất nhiều so với phương thức truy nhập gián tiếp truyền thống

Ban đầu, WLAN được phát triển cho những ứng dụng LAN từ có dây sangkhông dây vì vậy WLAN có phạm vi phục vụ là trong nhà (Indoor) Tuy nhiên,công nghệ WLAN đáp ứng dẩy đủ đòi hỏi của các đối tượng mức doanh nghiệp

về khả năng vận hành, tính ổn định, tốc độ cao, an ninh đảm bảo vv Ngày nay,WLAN dược phát triển từ Tndoor sang Outdoor là khả năng cung cấp truy nhậpbăng rộng ở những điểm công cộng như nhà ga, sân bay, café internet hoặc bất cứđịa điểm nào tập trung dân cư đông đúc có nhu cầu sử dụng Internet Do đáp ứngđầy đủ các đòi hỏi của các khách hàng mức doanh nghiệp cũng như các kháchhàng cá nhân, vừa có ứng dụng Indoor và Outdoor nên WLAN trở thành mộtchuẩn dược thừa nhận và hỗ trợ rộng rãi của các nhà sản xuất lớn trên thế giới

Tương lai của mạng không dây phụ thuộc vào khả năng kết nối liên tục và antoàn của nhiều loại thiết bị dân dụng như máy tính cá nhân, thiết bị trợ giúp cánhân, diện thoại, máy in , sự chuyển dổi qua lại không gián đoạn giữa WLAN

và LAN Sự phát triển nhanh chóng của các ứng dụng không dây di động cũngđang thúc đẩy quá trình này

Các mạng Wi-Fi tạo ra một vùng không gian rộng lOOm cho phép các thiết bịđầu cuối có thể kết nối không dây để truy cập Web hoặc vào các mạng máy tínhdùng chung Wi-Fi cho phép trao dổi dữ liệu qua làn sóng radio với một tốc độrất nhanh Mạng Wi-Fi có thể sử dụng để kết nối với nhau, với Internet, và vớimạng cáp Là một công nghệ không dây giống như điện thoại di dộng Wi-Fi chophép các máy tính gửi và nhận dữ liệu trong nhà cũng như ngoài trời, ở bất cứđiểm nào trong vùng phủ sóng của trạm gốc Nó cũng có tốc dộ hoạt động thựctương đương mạng cáp Ethernet lOBaseT hiện có trong rất nhiều văn phòng Vàđiều hay hơn cả là nó rất nhanh, nhanh hơn nhiều lần các kết nối modem cápnhanh nhất

WLAN là một hệ thống truyền thông dữ liệu mở để truy nhập vô tuyến đếnmạng Internet và các mạng ĩntetranet Nó cũng cho phép kết nối LAN tới LANtrong một toà nhà hoặc một khu tập thể, hoặc một khu trường đại học Một hệthống WLAN có thể được tích hợp với mạng vô tuyến diện rộng Tốc độ dạt đượctrong WLAN cần phải được hỗ trợ truyền dẫn thích hợp từ mạng dường trục

Cho tới nay IEEE đã phát triển ba chỉ tiêu kỹ thuật cho mạng LAN khôngdây: 802.1 la, 802.1 lb và 802.1 lg Cả ba chỉ tiêu kỹ thuật này sử dụng công nghệ

Đa truy nhập Nhạy cấm sóng mang có phát hiện va chạm (Carrier Sense

Multiple Access - Collision Detection CSMA/CD) như một giao thức chia sẻđường dẫn CSMA/CD là một phương pháp truyền dữ liệu được ưa thích vì độ tincậy của nó thông qua khả năng chống mất dữ liệu

Một trạm không dây muốn truyền khung, đầu tiên nó sẽ nghe trên môi trườngkhông dây để xác định liệu hiện có trạm nào đang truyền không (đây là phầnnhạy cảm sóng mang của CSMA/CA) Nếu môi trường này hiện đang bị chiếm,trạm không dây tính toán một khoảng trễ lặp lại ngẫu nhiên Ngay sau khi thờigian trễ đó trôi qua, trạm không dây lại nghe xem liệu có trạm nào đang truyềnkhông Bằng cách tạo ra một thời gian trễ ngẫu nhiên, nhiều trạm đang muốntruyền tin sẽ không cố gắng truyền lại tại cùng một thời điểm (đây là phần tránhxung đột của CSMA/CD)

Những va chạm có thể xảy ra và không giống như Ethernet, chúng không thể

bị phát hiện bởi các node truyền dẫn Do đó, 802.llb dùng giao thức Request tosend (RTS)/ Clear to send (CTS) với tín hiệu ACK (Acknowlegment) dể bảo đảmrằng một khung nào dó đã được gửi và nhận thành công

Các ứng dụng mạng LAN, các hệ điều hành hoặc giao thức mạng, bao gồm

cá giao thức Internet TCP/ÍP sẽ chạy trên các mạng WLAN tương thích chuẩn802.11 dễ dàng như chạy trên Ethernet nhưng không cần phải chạy cáp qua tườnghay trần nhà

Về mặt vật lý, WLAN có hai thành phần cơ bản là:

- Trạm gốc không dây (WBS - Wireless Base Station) hay còn gọi là AP(Access Point)

- Khối giao tiếp người sử dụng đầu cuối hay còn gọi là CPE (CustomerPremise Equipment)

> AP là thiết bị đặt ở phía nhà cung cấp dịch vụ, nó phải được dấu nối với

mạng của nhà cung cấp đó để truy cập vào mạng Internet Thông thường AP đượcđấu với Router, Hub hoặc Switch để được cấp một địa chỉ IP riêng Sau dó kết nối

tới mạng của nhà cung cấp dịch vụ thông qua các hệ thống truyền dẫn thôngdụng như cáp quang, cáp đồng hoặc viba AP có khả năng chuyển đổi tín hiệu sốdến từ mạng của nhà cung cấp dịch vụ thành dạng tín hiệu số tương thích với cácchuẩn truyền dẫn vô tuyến AP bao gồm một bộ thu phát (Transceiver) và một bộdiều khiển (Controller) thực hiện các chức năng chủ yếu như:

■ Cung cấp giao diện cho kết nối với mạng của nhà khai thác, giao diện vôtuyến hướng phía khách hàng

■ Đảm bảo chức năng an toàn thông tin trên giao tiếp vô tuyến, chứng thựcgiao diện kết nối với khách hàng

■ Quản trị tài nguyên vô tuyến

■ Đăng ký khối giao diện người sử dụng

■ Định tuyến, tính cước

■ Duy trì và chuyển đổi giao thức, mã hoá và giải mã, nén và giải nén

> CPE là thiết bị đặt ở phía khách hàng, nó có một địa chỉ ngoài như là mộtnode trên mạng và nhiều địa chỉ trong để cung cấp cho mạng LAN của kháchhàng CPE tiếp nhận luồng tín hiệu số từ các AP và chuyển dổi chúng thành dạngtín hiệu tương thích với các thiết bị đầu cuối của khách hàng (tương tự hoặc số).CPE cũng bao gồm một bộ thu phát và các thiết bị phụ trợ thực hiện một số chứcnăng như:

■ Cung cấp giao diện vô tuyến hướng tới trạm gốc của nhà cung cấp dịch vụ

■ Cung cấp giao diện cho các thiết bị đầu cuối của khách hàng

■ Chuyển đổi giao thức, chuyển dổi mã, cấp nguồn

Hìnhl 3: Cấu hình một mạng WLAN điển hình Các chuẩn IEEE 802.11 tiêu biểu:

* Chuẩn IEEE 802.11a

Chuẩn IEEE 802.1 la hoạt động trong dải tần 5 GHz, tạo cho các kết nối sửdụng chuẩn 802.1 la ít bị ảnh hưởng hơn đối với sự giao thoa sóng điện từ mà các

Chuẩn Tần sô Tốc độ kênh Ghi chú

IEEE

FHSSDSSS

1.2.1 Đánh giá ưu, nhược điểm của WIFI

1.2.1.1 Môt số un điểm của mang không dây WIFI

• Không phải ngồi tại những vị trí cố định

• Trong nhiều trường hợp là giải pháp rẻ hơn cho mạng LAN

• Có thể kết nối ở khoảng cách xa hơn so với các thiết bị bluetooth

• Có tính linh động cao, có thể đáp ứng được yêu cầu về địa hình

ỉ 2.1.2.Nhươc điểm của mang không dây WIFI

• Phức tạp hơn trong việc thiết lập, quán lý và vận hành mạng

• Thông tin được truyền trên không trưng trên tần số dùng chưng dẫn đếncác vấn đề an ninh và nhiễu

• Tần số càng cao thì tốc độ càng cao, nhưng đồng thời độ suy giảm cũngcàng cao

1.3 Công nghệ WiMAX

Wi-Fi hiện đang là công nghệ kết nối không dây "nóng" xét từ nhiều góc

độ Tuy nhiên theo nhìn nhận của nhiều chuyên gia, Wi-Fi chẳng qua cũng chỉ là

"công nghệ mở đường" cho hàng loạt chuẩn kết nối không dây mới ưu việt hơnnhư WiMAX, 802.16e, 802.1 ln và Ultrawideband

Tổ chức phi lợi nhuận WiMAX bao gồm các công ty sản xuất thiết bị vàlinh kiện truyền thông hàng đầu thế giới đang nỗ lực thúc đẩy và xác nhận tínhtương thích và khả năng hoạt động tương tác của thiết bị truy cập không dây băngthông rộng tuân theo chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 và tăng tốc độ triển khai truycập không dây băng thông rộng trên toàn cầu Do đó các chuẩn 802.16 thườngđược biết đến với cái tên WiMAX

Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên được hoàn thành năm 2001 và công bố vàonăm 2002 thực sự đã đem đến một cuộc cách mạng mới cho mạng truy cập khôngdây Nếu như Wireless LAN đuợc phát triển để cung cấp dịch vụ truy nhậpInternet cho mạng LAN không dây, nâng cao tính linh hoạt của truy nhậpInternet cho những vùng tập trung đông dân cư trong những phạm vi hẹp thì vớiWiMAX ngoài khả năng cung cấp dịch vụ ở vừng đô thị nó còn giải quyết đượcnhững vấn đề khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ Internet cho những vùng thưadân, ở những khoảng cách xa mà công nghệ xDSL sử dụng dây đồng không thểđạt tới áp dựng WiMAX về cơ bản sẽ mang lại khả năng kết nối không dây chotoàn bộ một thị trấn Giải pháp này giúp thu ngắn khoảng cách giữa những vùngquê xa xôi hẻo lánh với những vùng thành thị hiện đại

WiMAX cũng là một sự phát triển kế tiếp từ dịch vụ cung cấp băng thônggiữa LAN nâng cấp lên mạng WAN WiMAX sử dụng chuẩn kết nối 802.16 cónhiều đặc điểm nổi trội hơn về tốc độ, phạm vi phủ sóng so với chuẩn kết nốikhông dây hiện nay là 802.11 Không giống như chuẩn 802.11 chỉ có thể phu

sóng trong một khu vực nhỏ, WiMAX có thể phủ sóng một vùng rộng tới 50 kmvới tốc độ lên đến 70Mbps WiMAX cung cấp truy nhập băng rộng không dây cốđịnh theo hai phương pháp điểm - điểm (Point to Point ) hoặc điểm - đa điểm(Point to multipoint).

Chuẩn ĨEEE 802.16, một mạng vùng đô thị không dây cung cấp sự truy nhậpmạng cho các tòa nhà thông qua an ten ngoài trời có thể truyền thông với các trạmphát sóng cơ sở (BS) Do hệ thống không dây có khả năng hướng vào những vùngđịa lý rộng, hoang vắng mà không cần phát triển cơ sở hạ tầng tốn kém như trongviệc triển khai các kết nối cáp nên công nghệ tỏ ra ít tốn kém hơn trong việc triểnkhai và như vậy dẫn đến sự truy cập băng rộng tăng lên ở khắp mọi nơi Một ăngten WiMAX có hiệu quả đầu tư cao hơn khi cung cấp băng thông rộng tới các hộgia đình trong bán kính lên tới 50 km, loại bỏ hoàn toàn các chi phí liên quan tớiviệc triển khai các hệ thống dây kết nối Với công nghệ được mở rộng, nó làchuẩn được phát triển để hỗ trợ những người dùng luôn cần sự di chuyển

Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập các giao diện khônggian (air interíaces) dựa trên một giao thức MAC thông thường nhưng với các đặc

tả lớp vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ có liên quan.Chuẩn này dược mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trongbăng tần 10-66 GHz Với phương pháp điều chế đơn sóng mang 802.16 hỗ trợ

cả hai phương pháp song công phân chia theo thời gian TDD (Time DivisionDuplexing) hay phân chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplexing)

E1/T1+ LEVEL

SERVICE ENTERPRISE

Te co Core Netvvork or Private (Fiber) Netvvork

INTERNET BACKBONE

Non Uine of Sight Pointto Multi-point

Pointto Point BACKHAUL

802.16 802.16

INDO QR CPẼ

30-40 Km

Hìnhl 4: Mô hình mạng WiMAX

Ban đầu chuẩn IEEE 16 chỉ có một sự đặc tả lớp MAC Sau một loạt nhữngnghiên cứu đã đưa thêm vào nhiều sự khác biệt về những đặc tả lớp vật lý (PHY)như những sự chỉ định trải phổ mới, cả cấp phép và không cấp phép, đã trở nên cógiá trị Dưới đây trình bày bản tóm tắt ngắn gọn về những sự mở rộng khác nhau

và các dải tần của họ chuẩn IEEE 802.16

1.3.1.1 IEEE 802.16 -2001

Những đặc tả ban đầu của chuẩn IEEE 802.16 đã định nghĩa lớp MAC vàPHY có khả năng cung cấp truy nhập băng rộng không dây cố định (Fixed FixedWireless Access) theo mô hình điểm - điểm và điểm - đa điểm Chuẩn IEEE802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập các giao diện không gian (airinteríaces) dựa trên một giao thức MAC thông thường nhưng với các đặc tả lớpvật lý phụ thuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ có liên quan Chuẩn

này được mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trong băng tần

10 - 66 GHz Với phương pháp điều chế đơn sóng mang 802.16 hỗ trợ cả haiphương pháp song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Dưplexing)hay phân chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplexing)

Trong khi chuẩn IEEE 802.11 dùng phương pháp truy nhập nhạy cảm sóngmang có cơ chế tránh xung đột (Carrier Sense Multiple Access with CollisionAvoidance - CSMA/CA) để cho phép khi nào một node trên mạng được phéptruyền dữ liệu, thì lớp MAC của IEEE 802.16-2001 sử dụng một mô hình hoàntoàn khác để diều khiển sự truyền dẫn trên mạng Trong thời gian truyền dẫn,phương pháp điều chế được ấn định bởi BS và chia sẻ với tất cả các node trongmạng trong thông tin broadcast cho cả đường lên và dường xuống Bằng việc lậplịch cho việc truyền dẫn, vấn đề các node ảo đã được loại trừ Thuê bao chỉ cầnnghe tín hiệu từ BS và sau đó là từ các node trong phạm vi phủ sóng của BS đó.Ngoài ra, thuật toán lập lịch có thể thay đổi khi xảy ra quá tải hoặc khi số thuêbao tăng lên quá nhiều

Trạm thuê bao (Subscriber Stations - SS) có thể thương lượng về độ rộng dảitần được cấp phát trong một burstto - burst cơ bản, cung cấp một lịch truy nhậpmềm dẻo Các phương pháp diều chế được định nghĩa bao gồm: PSK, 16-QAM

và 64-QAM Chúng có thể thay đổi từ khung (frame) này tới khung khác, hay từ

ss này tới ss khác tuỳ thuộc vào tình trạng của kết nối Khả năng thay đổiphương pháp điều chế và phương pháp sửa lỗi không lần ngược FEC (forwarderror correction) theo các điều kiện truyền dẫn hiện thời cho phép mạng thích ứngnhanh chóng với điều kiện thời tiết, như fading do mưa Các tham số truyền dẫnban đầu được thoả thuận thông qua một quá trình tương tác gọi là Initial Ranging.Trong quá trình này thì năng lượng, phương pháp điều chế và timing íeedbackđược cung cấp bởi BS được kiểm soát và quản lý theo điều kiện hiện thời của kếtnối

Phương pháp song công của kênh đường lên và đường xuống được sử dụnghoàn toàn theo một trong hai phương pháp TDD (time division duplexing) hoặcFDD (írequency division duplexing)

Quan trọng hơn nữa, chuẩn IEEE 802.16-2001 kết hợp chặt chẽ các đặc tính

CÓ khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ khác nhau xuống lớp vật lý Khả năng

hỗ trợ chất lượng dịch vụ được xây dựng dựa theo khái niệm về lưu lượng dịch vụ(Service flows), nó dược xác định một cách vừa dủ bởi một ID lưu lượng dịch vụ.Những lưu lượng dịch vụ này được mô tả bởi các tham số QoS của chúng nhưthời gian trễ tối da và lượng jitter cho phép Lưu lượng dịch vụ là đơn hướng và

nó có thể được tạo ra bởi BS hoặc ss.

Đóng vai trò cốt lõi trong việc bảo mật của chuẩn IEEE 802.16 là lớp conriêng biệt (privacy sublayer) Mục đích chính của lớp con riêng biệt là cung cấp

sự bảo mật trên các kết nối không dây của mạng Nó được thực hiện thông quaviệc mật mã hoá dữ liệu gửi giữa BS và ss Để ngăn cản việc trộm dịch vụ, ss cóthể dược nhận thực qua chứng chỉ số X.509 Chứng chỉ này bao gồm khoá côngkhai của ss và địa chỉ MAC

1.3.1.2 IEEE 802.Ỉ6a-20Q3

Năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802 lóa để cung cấp khả năng truycập băng rộng không dây ở đầu cuối và điểm kết nối bằng băng tần 2-11 GHz vớikhoảng cách kết nối tối đa có thể đạt tới 50 km trong trường hợp kết nối điểmđiểm và 7-10 km trong trường hợp kết nối từ điểm đa điểm Tốc độ truy nhập cóthể đạt tới 70 Mbps Trong khi, với dải tần 10-66Ghz chuẩn 802.16 phải yêu cầutầm nhìn thẳng thì với dải tần 2-1 lGhz chuẩn 802 lóa cho phép kết nối mà khôngcần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng, tránh được tác động của các vật cản trênđường truyền như cây cối, nhà cửa Chuẩn này sẽ giúp ngành viễn thông có cácgiải pháp như cung cấp băng thông theo yêu cầu, với thời gian thi công ngắn haybăng thông rộng cho hộ gia dinh mà công nghệ thuê bao số hay mạng cáp khôngtiếp cận được

IEEE 802.16a bao gồm cả đặc tả lớp PHY và cải tiến lóp MAC cho khả năngtruyền dẫn đa đường và giảm tối đa nhiễu Các đặc tính được thêm vào cho phép

sử dụng kỹ thuật quản lý năng lượng cao cấp hơn, và dãy an ten thích ứng Phươngpháp dồn kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency

Di Vision Multiplexing OFDM) cung cấp thêm một sự lựa chọn cho phương phápđiều chế đơn sóng mang Để cung cấp một kỹ thuật giảm thiểu can nhiễu trongcác mạng không dây hiện nay, IEEE 802.16a cũng định nghĩa thêm phương pháp

điều chế đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access — OFDMA- Modulation) trong phạm vi dải tần 2 - 1 1GHz

Vấn dề bảo mạt cũng được cải tiến, với rất nhiều đặc trưng lớp con riêng biệtđược đưa thêm vào Các đặc tính riêng biệt được sử dụng để nhận thực tác nhângửi (sender) của một thông điệp MAC nào đó

TEEE 802.lóa cũng đưa thêm các tưỳ chọn hỗ trợ cho mạng Mesh, ở nhữngnoi mà lưu lượng có thể được định tuyến từ ss tới ss Đây là sự thay đổi từ chế độPMP, khi mà lưu lượng chỉ được phép truyền giữa BS và ss Sự bổ sung nhữngđặc tả lớp MAC thích hợp cho phép việc lập lịch truyền dẫn giữa các ss củamạng Mesh mà không cần phải có sự kiểm soát của BS

1.3.1.3.IEEE 802.lóc-2002

Chuẩn ĨEEE 802.lóc dược đưa ra vào tháng 9/2002 Bán cập nhật đã sửa một

số lỗi và sự mâu thuẫn trong bản tiêu chuẩn ban đầu và thêm vào một số proíiles

hệ thống chi tiết cho dẩi tần 10-66 GHz

1.3.1.4 IEEE 802.16-2004

Chuẩn IEEE 802.16-2004 được chính thức phê chuẩn ngày 24/07/2004 vàđược công bố rộng rãi vào tháng 9/2004 IEEE 802.16 - 2004 thường được gọivới tên 802.16-REVd Chuẩn này được hình thành dựa trên sự tích hợp các chuẩn802.16-2001,802.lóa, 802.16c Chuẩn mới này đã được phát triển thành một tậpcác đặc tả hệ thống có tên là IEEE 802.16-REVd, nhưng đủ toàn diện để phânloại như là một sự kế thừa hoàn chỉnh chuẩn IEEE 802.16 ban đầu Đây là phiênbản của chuẩn sẽ được áp dụng cho giấy chứng nhận chuẩn WiMAX (WiMAXcertiíication)

1.3.1.5.IEEE 802.lóe

Chuẩn mở rộng IEEE 802.16e có thể hỗ trợ cho các trạm thuê bao tính năng

di dộng Hiện nay chuẩn IEEE 802.16e đã có một sô phiên bản thử nghiệm ở một

số quốc gia ở Châu Âu

Dải tần số 10-66GHz <llGHz <6GHzMôi

1.7-5km

Phiên bản đầu tiên 802 lỏa có triển vọng được sử dụng trong các kết nối khôngdây cố định thì các phiên bản kế tiếp 802.16 e,f,g cung cấp kết nối cho cácthiết bị di động - máy tính xách tay và diện thoại di động Người ta cho rằng côngnghệ này sẽ cạnh tranh với xDSL, cáp và UMTS (Ưniversal MobileTelecommunications Systems) hoặc các chuẩn diện thoại di động thế hệ thứ ba.

• Độ rủi ro của giá và vốn đầu tư nhỏ

• Một điểm quyết định đó là chuẩn cơ sở dưa trên sự cải tiến OpEx, bởi sự phátsinh đổi mới ở tất cả các lớp, vấn đề quản lý mạng, antenna và một số thứkhác nữa

• Thông lượng cao ở vùng phú sóng xa hơn(> 50 Km)

• Số bit/s/Hz lớn hơn ở vùng phủ sóng xa hơn

• Công suất của hệ thống có thể tăng cao

• Đơn giản khi tăng thêm một sector mới, cùng với sự mềm dẻo của các kênhlàm cho khả năng chứa đựng của một cell có thể tăng lên là lớn nhất, vì vậy

nó cho phép mạng hoạt động tốt hơn hay cũng giống như đồng thời làm tănglượng khách hàng

• Sự mềm dẻo về băng thông của các kênh tạo cho sự trải phổ được phân chiacho tất cả các dải phổ dược phép và không dược phép

- Kênh trong giải tần sô 20 MHz

- Thiết kế cho lOs MAC

- Tối ưu cho NLOS ngoài trời

- Hỗ trợ MESH và kỹ thuật Antentiên tiến

* So sánh về khả năng hoạt động:

* Tầm bao phủ:

Địa chỉ MAC phân quyền Địa chỉ MAC cấp phát

Không hỗ trợ độ trễ cho hình ảnh, âm

thanh

Hỗ trợ tiềm năng cho hình ảnh, âmthanh

Không phân chia nhiều mức dịch vụ

khác nhau cho người sử dụng

Phân chia nhiều mức dịch vụ khácnhau cho người sử dụng

Kỹ thuật điều chế TDD không đối

- Thiết kế cho môi trường multipath - Thiết kế cho môi trường multipath

- Lớp vật lý và lớp MAC thiết kế cho - Lớp vật lý và lóp MAC thiết kế cho

Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ

(Service Specific Convergence Sublayer)

MAC

Lớp con MAC phần chung

(MAC Common Part Sublayer)

QAM

16-

Hình 2.1: Vị trí tương đối của các lớp MAC và PHY 2.1 Lớp vật lý PHY

Trong những công bố đầu tiên của chuẩn IEEE 802.16 chỉ ra rằng nó hoạtđộng trong tầm nhìn thẳng LOS ở băng tần cao trong dải tần số từ 10GHz đến66GHz Nhưng đã được sửa đổi và chỉ ra ở trong chuẩn IEEE 802.lóa, thiết kế

cho các hệ thống hoạt động ở dải tần từ 2GHz đến 11GHz ý nghĩa quan trọngcủa sự khác nhau giữa hai băng tần trên đó là khả năng hỗ trợ trong tầm nhìnkhông thẳng NLOS và ở tần số thấp khi mà các thiết bị không thể thực hiện được

ở tần số cao Do đó chuẩn IEEE 802.lóa đã sửa đổi và là một chuẩn mở tạo cơhội cho sự thay đổi lớn ở lớp vật lý Nó được chỉ rõ qưa sự khuyến cáo haiphương pháp điều chế ở lóp vật lý đó là:

Sau một số lần kiểm tra, cuối cùng tổ chức WiMAX đã chấp nhận sự hỗ trợcủa phương pháp điều chế 256 point FFT OFDM, cùng với sự phát triển của cáccông nghệ khác dựa vào sự quyết định của thị trường Thay vì lựa chọn CDMA tổchức IEEE đã lưa chọn dạng tín hiệu OFDM vì nó có khả năng hỗ trợ sự thực thitrong tầm nhìn không thẳng, trong khi vẫn duy trì được mức hiệu suất cao nhấtcủa quang phổ khi sử dụng dải phổ có sẵn Trong công nghệ CDMA (thườngđược áp dụng trong điện thoại di động thế hệ 2G - 3G) băng thông RF cần phảilớn hơn nhiều so với lưu lượng dữ liệu, để có thể đáp ứng được cho bộ xử lýchống lại nhiễu Tuy nhiên thực tế thì băng thông không dây không thể đạt tới11GHz và cũng từ thực nghiệm cho thấy tốc độ dữ liệu có thể đạt tới 70Mbps khi

mà băng thông RF khoảng chừng 200MHz được cung cấp cho bộ xử lý và đượcthực hiện không cần trong tầm nhìn thẳng

IEEE 802.16a có kiến trúc điểm - đa điểm, nên về cơ bản BS truyền một tínhiệu TDM với những trạm thuê bao riêng lẻ được định vị những khe thời giantheo chư kỳ Sự truy nhập theo hướng dường lên cho bơi TDMA Và với thiết kêburst được chọn cho phép cả TDD (Time Division Duplexing- tại đó đường lên

và đường xuống dùng chung một kênh nhưng không truyền cùng một lúc) vàFDD (Frequency Di Vision Duplexing - tại dó đường lên và đường xuống dùngtrong những kênh riêng biệt) được xử lý một cách tương tự Việc lựa chọn TDDhay FDD hỗ trợ những burst thích họp trong đó việc điều chế và mã hóa có thểđược gán động trên từng burst một với mỗi trạm thuê bao CPE (CustomerPremise Eqưipment)

FEC (forward error correction) có khả năng thay đổi kích thước block và khảnăng sửa lỗi FEC này được liên kết với một mã nhân chập khối bên trong đểtruyền dữ liệu tới hạn một cách thông suốt, như các truy nhập điều khiển khung

và truy nhập khởi đầu

Hệ thống sử sụng một khung 0.5, 1 hoặc 2 ms Khung này được chia ra thànhnhững khe vật lý cho mục đích cấp phát và nhận biết dải thông thuộc các chuyểntiếp PHY Một khe vật lý được định nghĩa cho 4 ký hiệu QAM (quadratureamplitude modulation)

Trong phương án TDD của PHY, khung con của đường lên kế tiếp theokhung con của đường xuống trong cùng một tần số sóng mang Trong phương ánFDD, các khung con của đường lên và đường xuống cuối cùng cũng trùng khớpnhưng chúng được mang trên những tần số riêng biệt

Xét khung con của đường xuống: Nó bắt đầu với một đoạn điều khiển

khung có chứa DL MAP cho khung đường xuống hiện hành cũng như UL MAP cho thời gian định rõ trong tương lai Nó có chứa một “TDM- portion” ngaytiếp theo đoạn điều khiển khung Dữ liệu đường xuống được truyền tới mỗi CPEkhi sử dụng một burst-profile thỏa thuận Sau đoạn TDM là đoạn TDMA có chứamột đoạn mở đầu (preamble) phụ tại điểm xuất phát của mỗi burst-profile mới.Như vậy nó cho phép sự hỗ trợ tốt hơn với các CPE bán song công do các CPEnày có thể mất sự đồng bộ hóa với đường xuống và TDMA - preamble cho phépchúng lấy lại sự đồng bộ hóa đó

-Hình 2.2: Khung con đường xuống

Xét khung con đường lên: Trong đó UL - MAP cấp dải thông cho các CPE

cự thể Các CPE truyền trong vừng cấp phát được ấn định có sử dụng bưrst- proíìlechỉ rõ bởi UIUC (Ưplink Interval Usage Code) trong mục vào UL - MAP cấp dảithông cho chúng Nó có thể cũng chứa những định vị trên cơ sở cạnh tranh cho truynhập hệ thống lúc ban đầu và quảng bá hay truyền đa hướng các yêu cầu dải thông

Nó có cấu trúc khung như hình vẽ

Khoảng trống Klioáng trống chuyển chuyển tiếp ss tiếp Tx/Rx (TDD)

Hình 2.3: Khung con đường lên

Một số nét đặc trưng khác của lóp vật lý ở chuẩn IEEE 802.lóa mà dophương pháp điều chế đó mang lại đó là công suất phát lớn trong một vùng rộng,

độ rộng các kênh có tính mềm dẻo, một mặt thích ứng về tốc độ, tự hiệu chỉnhlỗi, phụ thuộc vào các hệ thống anten cao cấp để cải thiện vùng phủ sóng và dunglượng hệ thống, phương pháp lựa chọn tần số DFS sẽ làm cho nhiễu giảm tớimức nhỏ nhất có thể, phương pháp mã hóa theo các khoảng thời gian tăng cường

sự thực hiện trong môi trường pha đinh và vượt qua được tính đa dạng về khônggian

Nói tóm lại với các nét đặc trưng của lớp vật lý nó sẽ có một số lợi ích nhưsau :

• Với phương pháp điều chế 256 point FFT OFDM, nó sẽ tạo ra những sự hỗtrợ cho việc xây dựng các địa chỉ mạng đa đường trong môi trường LOS ở vùngOutdoor và NLOS.

• Với khả năng thích ứng điều chế và phương pháp mã hóa có khả năng tựhiệu chỉnh lỗi trong một cụm RF, đã đảm bảo độ mạnh cho các kênh RF trongkhi vẫn đảm bảo số bít / giây cho mỗi một khối các thuê bao là lớn nhất

diện rộng được quy định ở một nơi nào đó hoặc tất cả những nơi cho phép

• Với dộ mềm dẻo về kích thước của kênh, nó cung cấp tính mềm dẻo cầnthiết cho sự hoạt dộng ở một số băng tần khác nhau với sự thay dổi kênh theo nhucầu trên toàn thế giới

• Với sự hỗ trợ của hệ thống anten smart, sẽ làm tăng khả năng triệt nhiễunhư vậy hệ thống sẽ lớn lên và giá thành sẽ giảm xuống

Trong các hệ thống, sau đoạn TDM là một đoạn TDMA có chứa một đoạn

mở dầu (preamble) phụ tại điểm xuất phát của mỗi burst-profile mới Đặc tínhnày cho phép hỗ trợ tốt hơn các CPE bán song công Trong một hệ thống FDDdược hoạch định hiệu quá với nhiều CPE bán song công, một số có thể truyềnsớm hơn trong khung hơn là chúng nhận Vì bản chất bán song công, các CPEnày mất sự đồng bộ hóa với đường xuống TDMA-preamble cho phép chúng lấylại sự dồng bộ hóa đó

Một khung con đường lên điển hình cho PHY 2-11 GHz được mô tả khônggiống như đường xuống, UL-MAP cấp giải thông cho các CPE cụ thể Các CPEtruyền trong vùng cấp phát được ấn định có sử dụng burst-profile chỉ rõ bởi UIUC(Uplink Interval Usage Code) trong mục vào (entry) UL-MAP cấp dải thông chochúng Khung con đường lên có thể cũng chứa những định vị trên cơ sở cạnhtranh cho truy nhập hệ thống lúc ban đầu và "broadcast" hay "mưlticast" các yêucầu dải thông Những cơ hội truy cập cho truy nhập hệ thống lúc ban đầu dượcxác định độ lớn dể cho phép thêm thời gian bảo vệ các CPE mà chúng đã khôngdược giải quyết thời gian truyền cần thiết để bù lại độ trễ toàn phẩn (roưnd - tripdelay) cho BS

2.2 Lớp MAC trong chuẩn IEEE 802.16a

Giao thức MAC IEEE 802.lóa được thiết kế cho những ứng dụng truy nhậpkhông dây băng rộng “điểm - da điểm” Nó hướng vào như cầu những tốc độtruyền theo bit rất cao, cả đường lên (tới BS) và dường xuống (từ BS) Những giảithuật truy cập và định vị dải thông phải thích ứng hàng trăm thiết bị đầu cuối chomỗi kênh, với những thiết bị đầu cuối dùng chung cho nhiều người dùng cuối.Những dịch vụ được yêu cầu bởi những người dùng cuối này vẫn thay đổi nhưvốn có và bao gồm tiếng và dữ liệu TDM (time-division multiplex) kế thừa, kếtnối IP (Internet Protocol) và VoIP (voice over IP) gói hóa Để hỗ trợ sự đa dạngcác dịch vụ, MAC 802.lóa phải điều tiết cả hai lưu lượng liên tục (continuous) vàkhông liên tục (bursty) Đồng thời, những dịch vụ này đang chờ để được gán chấtlượng dịch vụ (QoS) thích hợp với những kiểu lưu lượng như vậy MAC 802.lóacung cấp một phạm vi rộng các kiểu dịch vụ tương tự như những dịch vụ ATMtruyền thống cũng như những dịch vụ mới hơn như GFR (guaranteed frame rate).Giao thức MAC 802 lóa cũng phải hỗ trợ một sự đa dạng các nhu cầu gửi trả

về, bao gồm giao thức ATM và giao thức dựa theo gói (packet-based) Thông quanhững đặc tính như chặn đầu mục tải tối đa (payload header), đóng gói và phânmảnh, những lớp con quy tụ và MAC làm việc cùng nhau để mang lại một lưulượng nhiều hiệu quả hơn cơ chế vận chuyển vốn có Cơ chế "request-grant" (cấpphát theo yêu cầu) được thiết kế để có thể biến đổi, có hiệu suất cao và tự sửachữa lỗi

Cùng với những nhiệm vụ cơ bản như cấp phát dải thông và vận chuyển dữliệu, MAC bao gồm một lớp con báo mật cung cấp sự chứng thực truy cập mạng

và thiết lập kết nối để ngăn ngừa hành vi "trộm" dịch vụ và cung cấp sự trao đổi

và mã hóa khóa cho dữ liệu riêng biệt

MAC bao gồm những lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ giao diện vớinhững lớp cao hơn, phía trên lớp con phần chung (common part) MAC nòng cốtthực hiện những chức năng MAC chủ yếu Bên dưới lóp con phần chung là lớpcon bảo mật (privacy sublayer)

2.2.1 Những lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ

Chuẩn IEEE 802 lóa định nghĩa hai lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụtổng thể để ánh xạ các dịch vụ đến và từ những kết nối MAC 802.lóa Lớp conquy tụ ATM dược định nghĩa cho những dịch vụ ATM và lớp con quy tụ gói đượcđịnh nghĩa để ánh xạ các dịch vụ gói như IPv4, IPv6, Ethernet và VLAN (Virtuallocal area network) Nhiệm vụ chủ yếu của lớp con là phân loại các SDU (Servicedata unit) theo kết nối MAC thích hợp, bảo toàn hay cho phép QoS và cho phépđịnh vị dải thông Ngoài những chức năng cơ bản này, các lớp con quy tụ có thểcũng thực hiện nhiều chức năng phức tạp hơn như chặn và xây dựng lại dầu mụctải tối đa (payload header) để nâng cao hiệu suất kết nối không gian (airlink)

2.2.2 Lớp con phần chung (common part sublayer)

Nhìn chung về kiến trúc tổng thể MAC 802.lóa được thiết kế để hõ trợ kiếntrúc “điểm - đa điểm” với một BS trung tâm điều khiển nhiều khu vực độc lậpđồng thời Trên đường xuống, dữ liệu đến các CPE được dồn kênh theo kiểuTDM Đường lên được dừng chung giữa các CPE theo kiểu TDMA

MAC 802.16 theo kiểu hướng kết nối (connection-oriented) Tất cả nhữngdịch vụ bao gồm những dịch vụ không kết nối (connectionless) cô hữu, được ánh

xạ tới một kết nối Điều đó cung cấp một cơ chế cho yêu cầu dải thông, việc kếthợp QoS và các tham số về lưu lượng, vận chuyển và định tuyến dữ liệu đến lớpcon quy tụ thích hợp và tất cá các hoạt động khác có liên quan đến điều khoảnhợp đồng của dịch vụ Các kết nối được tham chiếu đến các CID 16-bit (16-bitconnection identiíier) và có thể yêu cầu liên tiếp dải thông được cấp phát hay dảithông theo yêu cầu

Mỗi CPE có một địa chỉ MAC 48-bit chuẩn, nhưng những phục vụ này chủyếu như một bộ nhận diện thiết bị, từ khi những địa chỉ gốc được sử dụng trongthời gian hoạt động là các CID Lúc vào mạng, CPE dược gán ba kết nối quản lý(management connection) cho mỗi hướng Ba kết nối này phản ánh ba yêu cầuQoS khác nhau được sử dụng bởi ba mức quản lý khác nhau Kết nối đầu tiên làkết nối cơ sở (basic connection) dược dùng để truyền các thông điệp ngắn, “time-critical MAC” và RLC (radio link control) Kết nối quán lý sơ cấp (primarymanagement connection) được sử dụng để truyền các thông điệp dài hơn, chịu trễ

nhiều hơn như những gì được sử dụng để chứng thực và cài đặt kết nối Kết nốiquản lý thứ cấp được sử dụng để truyền các thông điệp quản lý dựa trên cơ sở cácchuẩn như DHCP (Dynamic Host Coníiguration Protocol), TFTP (Trivial FileTransíer Protocol) và SNMP (Simple Network Management Protocol) Ngoàinhững kết nối quán lý này, các CPE dược cấp phát các kết nối vận chuyển(transport connection) cho các dịch vụ đã ký hợp đồng Những kết nối vậnchuyển theo một hướng duy nhất đơn giản hoá các tham số QoS đường lên vàdường xuống khác nhau và các tham số lưu lượng Ngoài ra MAC còn dự trữ cáckết nối bổ sung cho những mục đích khác như sự truy nhập lúc khởi đầu trên cơ

sở cạnh tranh, sự truyền quảng bá (broadcast) cho đường xuống cũng như chobáo hiệu kiểm tra tuần tự (polling)

2.22.1 Viêc truyền các MAC-PDU

Lớp MAC của IEEE 802.16 MAC hỗ trọ các giao thức lớp cao hơn khác nhaunhư ATM hay IP Những MAC-SDU mới đến từ các lóp con quy tụ tương ứngđược định dạng theo khuôn dạng của MAC-PDU, có thể với sự phân mảnhvà/hoặc dóng gói, trước khi được chuyên trở qua một hay nhiều kết nối với sựđồng ý của giao thức MAC Sau khi vượt qua kết nối không gian (airlink), cácMAC-PDU dược cấu trúc trở về các MAC-SDU gốc, như vậy những sửa đổikhuôn dạng được thực hiện bởi giao thức lớp MAC thể hiện tính “trong suốt” đốivới thực thể nhận

IEEE 802.16 tận dụng lợi thế của sự hợp nhất các quá trình đóng gói và phânmảnh với quá trình định vị dải thông để tối ưu hóa tính linh hoạt và hiệu suất cho

cả hai Phân mảnh (íragmentation) là một quá trình trong đó một MAC-SDƯđược chia cắt ra làm một hay nhiều đoạn MAC-SDU Đóng gói (packing) là mộtquá trình trong đó nhiều MAC-SDU được hợp nhất lại vào một "payload" MAC-PDU Cả hai quá trình có thể được bắt đầu bởi một BS cho một kết nối đườngxuống hoặc một CPE cho một kết nối đường lên IEEE 802.16 cho phép phânmảnh và đóng gói đồng thời để có thể sử dụng dải thông một cách hiệu quả

2.2.22 Hỗ trơ PHY và cấu trúc khum

MAC IEEE 802.16 hỗ trợ cả TDD lẫn FDD Trong FDD, các đường xuống

"continuous" (liên tục) và "burst" (không liên tục) đều được hỗ trợ Các đường

xuống “continuous” có tính đến các kỹ thuật nâng cao hiệu suất như “interleaving”(chèn) Các đường xuống “burst” (hoặc FDD hoặc TDD) cho phép sử dụng nhiều

kỹ thuật nâng cao khả năng và dung lượng hơn như burst-profiling thích ứng mứcthuê bao và các hệ thống ăngten cải tiến

MAC xây dựng khung con (subữame) của đường xuống bắt đầu với mộtđoạn điều khiển khung có chứa các thông điệp DL-MAP và UL-MAP Chúng chỉ

ra những chuyển tiếp PHY trên đường xuống cũng như những định vị dải thông

và các burst-profile ở dường lên

DL-MAP luôn có thể ứng dụng cho khung hiện thời và luôn có độ dài tốithiểu là hai block FEC Sự chuyển tiếp PHY đầu tiên được biểu thị trong blockFEC đầu tiên, cho phép thời gian xử lý thích ứng Trong cả hai hệ thống TDD vàFDD, UL-MAP cung cấp các định vị bắt đầu không muộn hơn khung đườngxuống tiếp theo Tuy vậy, UL-MAP có thể định vị sự khởi đầu khung hiện thời,miễn là những thời gian xử lý và những độ trễ toàn phần (round-trip delay) phảidược giám sát

2.2.23 Radio Link Control (Điều khiển Kết nối Radio, RLC)

Công nghệ dược cái tiến của PHY 802.16 dòi hỏi RLC nâng cao, đặc biệt khảnăng PHY để chuyển tiếp từ một burst-profile tới một burst-profile khác RLCphải điều khiển khả năng này cũng như các chức năng RLC truyền thống

Uplink Scheduling Services (các dịch vụ lập lịch đường lên) - Mỗi kết nốitheo hướng đường lên được ánh xạ đến một scheduling-service Mỗi scheduling-service liên quan đến một tập các quy tắc dựa trên trình lập lịch BS (BS-scheduler) chịu trách nhiệm cấp phát dung lượng cho đường lên và giao thức cấpphát theo yêu cầu giữa CPE và BS Đặc tả chi tiết các quy tắc và scheduling-service được dùng cho một kết nối đường lên đặc thù được thỏa thuận tại thờigian cài đặt kết nối

Dịch vụ cấp phát tự nguyện UGS (unsolicited grant Service) dược biến dổi đểmang lại các dịch vụ tạo ra những dơn vị cố định dữ liệu theo chu kỳ Khi được

sử dụng với UGS, đầu mục con quản lý cấp phát gồm poll-me bit cũng như slipindicator flag (cờ báo lỗi) cho phép CPE báo cáo rằng hàng đợi truyền bị ùn do

các yếu tố như mất sự cấp phát hay lệch giờ giữa hệ thống IEEE 802.16 và mạngbên ngoài Nhờ vào sự phát hiện slip indicator flag BS có thể cấp phát dung lượng

bổ sung nào đó cho CPE, cho phép nó hồi phục trạng thái hàng đợi trung bình.Những kết nối được cấu hình với UGS thì không được phép sử dụng những co hộitruy nhập ngẫu nhiên cho các yêu cầu

2.22.4 Những xâu rầu dái thông và cấp phát

MAC IEEE 802.16 điều tiết hai lớp của CPE, được phân biệt thông qua khảnăng chấp nhận cấp phát dải thông của chúng cho một kết nối hoặc cho CPE toànvẹn Cả hai lóp dải thông CPE yêu cầu dải thông cho mỗi kết nối dể cho phép giảithuật “BS uplink scheduling” (lập lịch đường lên BS) để cân nhắc một cách đúngđắn QoS khi định vị dải thông Với sự cấp phát cho mỗi lớp kết nối (grant perconnection, GPC) của CPE, dải thông được cấp phát cho một kết nối và CPE chỉ

sử dụng cấp phát này cho kết nối đó RLC và các giao thức quản lý khác sử dụngdải thông được cấp phát cho những kết nối quản lý này

Với lớp cấp phát cho mỗi CPE (grant per CPE, GPCPE), các CPE được cấpcác dải thông được tập hợp lại vào trong một cấp phát đơn cho bản thân CPE đó.GPCPE-CPE cần thông minh hơn trong việc xử lý chất lượng dịch vụ của nó Nó

sẽ sử dụng đặc trưng dải thông cho kết nối đã yêu cầu nó, nhưng không cần thiết

Ví dụ, nếu tình hình QoS tại CPE dã thay đổi từ yêu cầu cuối cùng, CPE có tuỳchọn để gửi dữ liệu QoS cao hơn cùng với một yêu cầu thay thế dải thông này bị

"trộm" từ một kết nối QoS thấp hơn CPE cũng có thể sử dụng một vài dải thông

để đáp ứng nhanh chóng sao cho có thể thay đổi những diều kiện môi trường doviệc gửi, ví dụ một thông điệp DBPC-REQ chẳng hạn

Để bỏ qua chu trình kiểm tra tuần tự thông thường, bất kỳ CPE nào với mộtkết nối có chạy UGS có thể sử dụng poll-me bit trong đầu mục con quản lý cấpphát để cho BS biết nó cần dược kiểm tra tuần tự những nhu cầu dải thông trênmột kết nối khác BS chỉ có thể chọn để cất giữ dải thông qua việc kiểm tra tuần

tự các CPE đã tự nguyện cấp phát các dịch vụ chỉ khi chúng đã đặt poll-me bit

2.22.5 Sư thu nhân kênh (Channeỉ Accadsition)

Giao thức MAC bao gồm một thủ tục khởi tạo được thiết kế để loại trừ nhucầu cấu hình thủ công Vào lúc cài đặt, một CPE bắt đầu quét danh sách tần sốcủa nó để tìm ra một kênh hoạt động Nó có thể được chương trình hoá để đăng

ký với một BS xác định, tham chiếu đến một broadcast ID BS (có khả năngchương trình hoá) Đặc tính này giúp ích cho việc triển khai nơi mà CPE có thể

"nghe" (nhận biết) một BS thứ cấp do sự giảm âm có chọn lọc hoặc khi CPE bắtđược một “sidelobe” của một ăngten BS gần ngay cạnh

Sau khi quyết định trên kênh nào, CPE cố gắng thử đồng bộ hoá sự truyềnđường xuống do phát hiện ra các đoạn đầu khung theo chu kỳ (periodic framepreambles) Một khi lớp vật lý được đồng bộ hoá, CPE sẽ tìm kiếm những thôngbáo UDC và DCD quảng bá định kỳ cho phép CPE nhận biết sự điều chế và các

kế hoạch FEC sử dụng trên sóng mang

2.2.2.6.Chứn.íỉ thưc và đăn.iỉ ký CPE

Mỗi CPE có chứa một giấy chứng nhận số X.509 dược cài đặt từ nhà máy vàgiấy chứng nhận của nhà sản xuất Các giấy chứng nhận này thiết lập một liên kếtgiữa địa chỉ MAC 48-bit của CPE và khoá RSA dùng chung, được gửi cho BS từCPE trong những thông báo yêu cầu cấp phép và thông tin chứng thực Mạng cókhả năng xác minh khả năng giống nhau của CPE bởi việc kiểm tra các giấychứng nhận và sau dó kiểm tra mức cho phép của CPE Nếu CPE được cấp phép

để tham gia mạng, BS sẽ đáp lại yêu cầu của nó với một Authorization Reply (trảlời cấp phép) có chứa một khoá AK (Authorization Key) được mã hoá với khóadùng chung của CPE và dược dùng để bảo vệ những giao dịch sau này

Trong lúc cấp phép thành công, CPE sẽ đăng ký với mạng Điều đó sẽ thiếtlập kết nối quản lý thứ cấp của CPE và xác định những khả năng có liên quan dếncài đặt kết nối và quá trinh hoạt động MAC Phiên bản IP được sử dụng với kếtnối quản lý thứ cấp cũng được xác định trong thời gian đăng ký

Cấp địa chỉ của server TFTP (Trivial File Transíer Protocol), từ đó CPE có thể yêucầu một file cấu hình File này cung cấp một giao diện chuẩn đưa ra thông tin cấuhình đặc trưng của nhà cung cấp.

2.22.8 Cài đút kết nối

Nhìn tổng thể, việc cài đặt các luồng dịch vụ trong IEEE 802.16 được khởitạo bởi BS trong thời gian khởi tạo CPE Tuy vậy, các luồng dịch vụ có thể cũngđược thiết lập động bởi BS hoặc CPE Điển hình CPE chỉ khởi tạo các luồng dịch

vụ nếu có một kết nối được báo hiệu động như một svc (switched Virtualconnection) từ một mạng ATM Sự thiết lập các luồng dịch vụ dược thực hiệnthông qua một giao thức “three-way handshaking" (bắt tay ba bước) mà tại đó yêucầu thiết lập luồng dịch vụ được đáp ứng và sự đáp lại đó được xác nhận

2.22.9 Securỉtv Associations (những liên kết bảo mât)

Giao thức bảo mật của IEEE 802.16 dựa trên cơ sở giao thức PKM (PrivacyKey Management), PKM được xây dựng xung quanh khái niệm các SA (securityaCPEociations) SA là một tập các phương pháp mật mã và các nguyên liệu mãkhoá kết hợp Điều đó có nghĩa là nó có chứa thông tin về những thuật toán nàođược áp dụng, khoá nào được dùng Mỗi CPE thiết lập tối thiểu một SA trong thờigian khởi tạo Mỗi kết nối, với ngoại lệ các kết nối quản lý cơ sở và sơ cấp, dượcánh xạ tới một SA hoặc tại thời gian cài đặt kết nối hoặc trong quá trình hoạtđộng

Giao diện không gian WiMax đưa ra trong chuẩn IEEE 802.16 cung cấp nềntảng cho việc phát triển và triển khai các mạng vùng đô thị dựa trên các chuẩncung cấp truy nhập không dây băng thông rộng trong nhiều môi trường điều tiết.Chuẩn này nhằm mục đích tính đến nhiều nhà cung cấp sản xuất ra các thiết bị cóthể hoạt động cùng nhau Tuy vậy, nó cũng chú tâm đến sự khác nhau các nhàcung cấp Chẳng hạn chuẩn này cung cấp trạm cơ sở với một tập các công cụ đểthực hiện công việc lập kế hoạch hiệu quả Tuy nhiên, các thuật toán lập lịch xácđịnh hiệu suất toàn bộ sẽ khác nhau đối với những nhà cung cấp khác nhau và cóthể tối ưu hoá những mô hình lưu lượng cụ thể Theo cách đó, đặc tính burst-proíile thích ứng cho phép điều khiển để tối ưu hoá hiệu suất của vận chuyểnPHY Những nhà cung cấp có tính đổi mới sẽ giới thiệu những kế hoạch thực

hiện thông minh để tăng khả năng cơ hội này trong khi bảo lưu tính hoạt độngcùng nhau với các trạm thuê bao tương hợp.

Việc công bố chuẩn IEEE 802.16 có một tầm quan trọng trong đó truy cậpkhông dây băng rộng chuyển sang thế hệ thứ hai và bắt đầu sự thiết lập như một

xu hướng lựa chọn cho truy cập băng rộng

Để quản lý sự trao đổi và đồng bộ hoá khoá bảo mật, lóp con bảo mật củaIEEE 802.lóa sử dụng giao thức quản lý khoá bảo mật PKM (Privacy KeyManagement)

Giao thức sử dụng nhiều khoá khác nhau khi thiết lập một sự mã hoá bảomật Chúng được tổng hợp lại trong bảng 2.1 Trong quá trình thiết lập thủ tụcxếp hàng (ranging procedure), ss xuất trình chứng nhận số X.509 cho BS BS xácminh sự nhận thực của chứng nhận số đó Nếu ss được cấp quyền truy nhập vàomạng, BS sử dụng khoá công khai của ss dể mã hoá một khoá cấp phép AK(Authentication Key) AK được sử dụng theo một số cách khác nhau Chẳng hạnnhư để tạo ra khoá mã hoá khoá KEK (Key Encryption Key) hay khoá mã chứngthực thông tin “băm” HMAC (Hashed Message Authentication Code) KhoáHMAC được sử dụng để sinh ra và xác nhận các thông điệp quản lý MAC Cuốicùng, KEK được sử dụng dể bảo vệ khoá mã hoá lưu lượng TEK (Traffic

3 - DES,SHA - 1

- mã hoá TEK choviệc truyền dẫn (BS)

- giải mã TEK để sửdụng (SS)

lượng

30 phút tới7ngày

DES

SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47 36

2.3 Lớp con hội tụ truyền

Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền TC (transmissionconvergence) Lớp này thực hiện sự biến đổi các PDU (protocol data units) MAC

độ dài có thể thay đổi vào trong các block FEC độ dài cố định (cộng thêm có thể

là một block được rút ngắn vào đoạn cuối) của mỗi “burst” Lớp TC có một PDU

có kích thước khớp với block FEC hiện thời bị đầy Nó bắt đầu với một con trỏchỉ ra vị trí đầu mục PDU MAC tiếp theo bắt đầu bên trong block FEC

Khuôn dạng PDU TC cho phép đồng bộ hóa lại PDƯ MAC tiếp sau trongtrường hợp block FEC trước dó có những lỗi không thể phục hồi được Không cólớp TC, một CPE hay BS nhận sẽ mất toàn bộ phần còn lại của một "burst" khimột lỗi không thể sửa chữa xuất hiện

10,150 - 10,300GHz10,500- 10.650GHz

26 GHz FBWA

24,577 - 25,417GHz25,585 - 26,425GHz

Dải tần số 2,4 GHz ISM là dải tần dùng cho công nghiệp, khoa học và y tế(ISM Industrial, Scientirìc and Medical), dải tần này không cần cấp phép trêntoàn thế giới Dải tần này hiện dang dược sử dụng rất nhiều trong các hệ thống

WLAN và Bluetooth, điện thoại không dây, lò vi sóng và nhiều thiết bị khác nữa.Bất kỳ thiết bị radio nào cũng có thể sử dụng dải tần này với điều kiện là nănglượng phát xạ nhỏ hơn một giới hạn cho phép nào đó Hệ thống mạng truy nhậpkhông dây cố định sử dụng dải tần 2,4 thường dựa trên các chuẩn WLAN

Dải tần 5 GHz radio LAN (RLAN) trên thực tế có hai băng tẩn số: 5,150 5,350 GHz và 5,470 - 5,725 GHz Các dải tần này được chỉ định dùng choRLAN, nó được tổ chức viễn thông thế giới ITU (InternationalTelecommunication Union) giới hạn sử dụng cho các mạng WLAN Dải tần nàykhông cần cấp phép nhưng lại chỉ có thể sử dụng cho các thiết bị RLAN Thực tếchỉ có băng tần 5,470 - 5,725 được dự định sử dụng cho các ứng dụng ngoài trờithông thường, độ rộng dải tẩn tối đa có thể sử dụng là 255 MHz, chứng được sửdụng nhiều hơn dải tần 2,4 GHz ISM (có độ rộng dải tần 83,5 MHz) Độ rộng dảitần lớn cho phép chúng ta sử dụng nhiều kênh hoạt động trong cùng một khu vựcđịa lý, làm gia tăng dung lượng tiềm năng của mạng, giảm can nhiễu, và làm choviệc thiết kế mạng dễ dang hơn nhiều Tất nhiên tần số cao thì làm cho độ dàitruyền dẫn giảm, tức là bán kính phủ sóng nhỏ đi

-Các dải tần 3,5GHz, 10,5Ghz, 26Ghz được khuyến cáo dùng cho mạngFBWA ở Châu Âu Dái tần 3,5Ghz và 10,5Ghz được dự định (intended) chỉ sửdựng cho các ứng dụng điểm - da điểm (point-to-mưltipoint), trong khi dó dải tần26Ghz được triển khai rất tốt cho các liên kết radio cố định điểm - điểm truyềnthống Tất cả các băng tần này đều phải được cấp phép, và hằng năm đều phải trảtiền cho dải tần mà mình sử dụng, số tiền đó phụ thuộc vào độ rộng dải tần mìnhthuê, tẩn số thuê, khu vực địa lý phủ sóng

3.1 Topo mạng FBWA

Mạng FBWA có thể chia làm 3 loại chính: Điểm - điểm (point-to-point PTP),điểm - đa điểm (point-to-multipoint PMP) và mạng lưới (mesh) Mạng điểm-điểm(PTP) chứa một hoặc nhiều liên kết diểm-diểm sử dụng anten có hướnư tính caotại cả hai đầu cuối của mỗi liến kết Mạng PMP chứa một số các trạm phát sónggốc BTS, trong đó mỗi trạm kết nối tới nhiều thiết bị đầu cuối phía người dùng.Khi cần lắp đặt một hệ thống có thể phục vụ cho một số đông người dùng trong

một khu vực địa lý, ta có một sự so sánh giữa việc lắp dặt một hệ thống PMP haynhiều PTP Sự lựa chọn sẽ dựa trên các tiêu chí như: giá thành, mật độ thuê bao,khá năng phát triển trong tương lai hay số lượng khách hàng tiềm năng

Trong mạng lưới (Mesh), mỗi thiết bị đầu cuối hoạt động như các bộ địnhtuyến (router) cho các lưu lượng khác khác nhau Trạm phát sóng gốc BTS cũngcần được cung cấp kết nối tới mạng lõi Mạng Mesh cung cấp một cách để mởrộng vùng phục vụ của một mạng truy nhập không dây, khi mỗi thuê bao lại cóthể coi như một trạm phát gốc phục vụ cho các thuê bao ở gần nó Tuy nhiên, tạicùng một thời điểm dung lượng của một số liên kết có thể bị méo (strained).Thiết bị đầu cuối phía người dùng cũng phức tạp hơn, bởi vì nó cần phải có chứcnăng định tuyến Hiện nay trên thị trường có rất ít thiết bị mạng Mesh-FBWA

Trên thực tế mạng FBWA thường sử dụng phối hợp nhiều loại topo mạngkhác nhau Ví dụ như, thường sử dụng liên kết PTP như là một đường trục chonhiều trạm gốc PMP Có thể kết hợp nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau trongmột mạng Ví dụ, ví dụ như để kết nối tới mạng truy nhập LAN 2,4 GHz ta cóthể dùng sóng ở dải tần 3,5 GHz như là kết nối đường trục (backhaul)

Trong chuẩn IEEE 802.16, đặc tả cả hai loại topo mạng Mesh và PMP Trênthực tế, hầu hết các hệ thống trên thị trường là hệ thống PMP Một số hệ thốngdựa trên topo dạng Mesh cũng được giới thiệu, tuy nhiên hệ thống PMP sẽ chiếm

ưu thế vượt trội trong tương lai gần Do đó, kể từ đây chúng ta sẽ chỉ nghiên cứu

hệ thống PMP Hình 3.1 mô tả mô hình có thể triển khai của một mạng PMP