Giao thức IEEE 802 16 mô hình tham chuẩn 7 lớp OSI

NCMS-E có thể cung cấp một môi giới yêu cầu đối tượng và thực hiện một ngăn xếp giao thức để tương tác với các phần tử trên các thực thể của mạng khác như kiến trúc CORBA được xây dựng t

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1

Môn học: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

BÀI TẬP NHÓM

Đề tài:

Giao thức IEEE 802.16

& Mô hình tham chuẩn

7 lớp OSI

Giảng viên:

Nhóm sinh viên thực hiện:

MỤC LỤC

1 Giới thiệu chung 3

2 Mô hình tham chuẩn mạng IEEE 802.16 3

3 Hệ thống điều khiển và quản lý mạng 4

4 Các lớp ứng với mô hình tham chuẩn 7 lớp OSI 5

5 Ngăn xếp giao thức cho lớp con hội tụ với định tuyến qua ASN 6

6 Đánh địa chỉ IP 8

7 Giao thức IEEE 802.16 trên giao diện MS và BS 9

8 Mặt phẳng số liệu 11

9 Mặt phẳng điều khiển 13

10 Mặt phẳng quản lý 15

11 Điểm Truy cập dịch vụ 17

12 Mô hình tham chuẩn chuyên giao độc lập phương tiện cho IEEE 802.16 ……….18

1 Giới thiệu chung

IEEE 802.16 là hệ thống tiêu chuẩn truy nhập không dây băng rộng (Broadband Wireless Access

Standards), cung cấp đặc tả chính thức cho các mạng MAN không dây băng rộng triển khai trên

toàn cầu

- Hệ thống do “Nhóm làm việc IEEE 802.16”, một đơn vị của hội đồng tiêu chuẩn LAN/MAN IEEE

802 do IEEE thành lập năm 1999, nghiên cứu và đề xuất

- Họ tiêu chuẩn 802.16 chính thức được gọi là WirelessMAN (viết tắt là WMAN)

Tiêu chuẩn chính thức đầu tiên được phát hành vào năm 2001 với tên “802.16-2001: Fixed Broadband Wireless Access (10-66 GHz)” chỉ dành cho các ứng dụng cố định Trong họ IEEE 802.16 nổi bật nhất là chuẩn 802.l6e - 2005 với khả năng đáp; ứng các ứng dụng cố định và đặc biệt

là các dịch vụ di động, nên còn được gọi là WiMAX di động Chuẩn này đánh dấu sự phát triển vượt bậc trong khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng cao của người dùng

Sau nhiều dự án thay thế, sửa đổi, tới năm 2009, các chuẩn được gộp chung trong chuẩn 802.16-2009: “Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access System”, đưa ra các đặc tả

về Lớp vật lý, lớp con MAC, cấu hình, các thông số… cũng như môđun MIB để quản lý các đối tượng tham gia mạng Năm 2011, chuẩn 802.16m được đưa ra, được xem như WiMAX Release 2 (802.16e là WiMAX Release 1) và được kì vọng sẽ là bước phát triển song song, đạt được hiệu suất tương đương hệ thống 4G LTE Advanced

Từ năm 2012 các chuẩn được hoàn thiện và thay thế về cây MIB, các hồ sơ (profiles) và các cơ chế kết hợp đồng tồn tại các hệ thống cũ và mới Bài tiểu luận sẽ đi sâu vào Mô hình tham chuẩn của mạng IEEE 802.16, 802.16m các mặt phẳng tham chiếu và mô hình tham chuẩn 7 lớp OSI

2 Mô hình tham chuẩn mạng IEEE 802.16

Chuẩn IEEE 802.16 sử dụng SNMP và bộ giao thức IETF 3418 / RFC 1157 làm mô hình tham chuẩn quản lý mạng

Hình 1 Mô hình tham chuẩn mạng IEEE 802.16 sử dụng SNMP

M-SAP: Management Service Access Point: Điểm truy nhập dịch vụ quản lý

C-SAP: Control Service Access Point: Điểm truy nhập dịch vụ điều khi

Mặt phẳng quản lý: Gồm các hệ thống điều khiển và quản lý mạng (NCMS) phía MS và BS

Mặt phẳng số liệu/điều khiển: Gồm các thực thể IEEE 802.16 phía MS và BS

3 Hệ thống điều khiển và quản lý mạng

Hệ thống điều khiển và quản lý mạng không phải là một bộ phận của các tiêu chuẩn IEEE 802.16 và chỉ được coi là một "hộp đen" Nó có thể được phân bố với các thành phần nằm trong các nút khác nhau trong một mạng Một phần của NCMS có thể được đặt cùng với thực thể của IEEE 802.16 và được gọi là NCMS-E Phần còn lại của NCMS có thể được phân bố trong một hay nhiều thực thể mạng Phần này được gọi là NCMS-M

NCMS-E có thể có nền tảng phần mềm và thực hiện giao tiếp riêng để kết thông với các phần tử ngoài trong NCMS-M

NCMS-E có thể cung cấp 1 tác nhân SNMP theo chuẩn IETF RFC3148 và ngăn xếp SNMP IP/TCP

để tương tác với bộ quản lý SNMP NCMS-E có thể cung cấp một môi giới yêu cầu đối tượng và thực hiện một ngăn xếp giao thức để tương tác với các phần tử trên các thực thể của mạng khác như kiến trúc CORBA được xây dựng trên cơ sở NCMS

Các bản tin sử dụng cho bộ quản lý trong NCMS-M được đặc tả bằng cách sử dụng IDL (Interface Description Language – Ngôn ngữ mô tả giao diện) Các bản tin này đóng bao các tương tác với MIB Có thể quản lý thực thể IEEE 802.16 thông qua các dịch vụ web

Hình 2 Phân chia chức năng hệ thống điều khiển và quản lý mạng

Các thực thể có trong NCMS có thể được đặt ở trung tâm hoặc phân bố trên mạng

Sự thể hiện của NCMS tại BS và MS có thể có cấu hình và chức năng khác nhau

4 Các lớp ứng với mô hình tham chuẩn 7 lớp OSI

DỊCH VỤ là tập các bản tin gốc hay các khai thác gốc mà 1 lớp cung cấp cho các lớp khác mà nó giao tiếp DỊCH VỤ định nghĩa các khai thác mà các lớp phải thực hiện nhưng không đặc tả việc thực hiện các thao tác đó

DỊCH VỤ liên quan đến giao tiếp giữa 2 lớp liền kề

Ngược lại: GIAO THỨC là một tập các quy tắc chịu trách nhiệm về khuôn dạng và diễn giải thông tin hoặc các bản tin trao đổi giữa các thực thể đồng cấp trong một lớp Các thực thể sử dụng các GIAO THỨC để thực hiện một DỊCH VỤ

PDU (Packet Data Unit): Đơn vị số liệu gói

SDU (Services Data Unit): Đơn vị số liệu dịch vụ

Hình 3 Mô tả khái niệm dịch vụ giao thức, SPU và PDU

5 Ngăn xếp giao thức cho lớp con hội tụ với định tuyến qua ASN

ASN chịu trách nhiệm kết hợp và chuyển các gói số liệu và điều khiển nhận được từ MS và CSN Các gói số liệu được chuyển từ BS tới ASN-GW trên các tuyến số liệu ASN có thể hỗ trợ cả các gói IP và Ethernet được ASN định tuyến hoặc bắc cầu Các gói IP có thể được truyền tải bằng

IP CS hoặc Ethernet CS (CS: Convergence Sublayer – Lớp con hội tụ)

Hình 4 Định tuyến các gói IP CS qua ASN, nếu ASN bắc cầu thì vùng tô đậm thay bằng Ethernet

16 CNTL: 802.16 Control – Điều khiển của 802.16

ASN CNTL: ASN Control – Điều khiển của ASN

IP CS: IP Convergence Sublayer – Lớp con hội tụ IP

MAC: Medium Access Control – Lớp điều khiển truy nhập môi trường

LINK - Lớp liên kết dữ liệu; PHY – Lớp vật lý

P CS mang trực tiếp các bó số liệu IP của các 802.16 PDU Tại MS, các bó IP được đóng bao từ lớp máy chủ vào các khung 802.16 MAC cho luồng đường lên trên điểm tham chuẩn R1 BS đóng bao các bó IP nhận được từ ASN-GW qua giao diện R6 cho luồng xuống trên R1 Ethernet CS mang các khung 802.3 trong tải tin của IEEE 802.16

Hình 5 Ethernet CS với định tuyến bằng ASN, nếu ASN bắc cầu thì vùng tô đậm không cần.

ETH: Ethernet ; ETH CS: Ethernet Convergence Sublayer – Lớp con hội tụ Ethernet

GRE: Generic Routing Encapsulation – Đóng bao định tuyến chung

IP CS và Ethernet CS có thể cùng tồn tại với cùng 1 ASN nhưng không hỗ trợ chuyển giao giữa 2 loại lớp con này

6 Đánh địa chỉ IP

Quá trinh đánh địa chỉ IP sẽ chuyển địa chỉ điểm nhập mạng (PoA: Point of Attachment) đến MS DHCP được chọn như là cơ chế đầu tiên để ấn định địa chỉ IP động, nếu MS không hỗ trợ M1P Client ASN thực hiện chuyển tiếp DHCP để chuyển báo hiệu DHCP giữa MS và DHCP server Các cách lập cấu hình khác ấn định địa chi IP bằng một AAA server hay một HA (Home Agent: đại

lý nhà) và chuyển qua DHCP Trong trưởng họp này, ASN thực hiện một DHCP Proxy (đại diện) để thực hiện báo hiệu DHCP giữa MS và ASN Ấn định địa chỉ IP cho MS được thực hiện qua các giao diện RI, R3 và R5 (nếu được sử dụng) Địa chỉ IP cỏ thề được ấn định qua server ấn định địa chi (AAS: Address Allocation Server) được đặt trong NSP (Network Service Provider: nhà cung cấp dịch vụ mạng) khách hay NSP nhà

Đánh địa chỉ IPv6 có sự khác biệt MS duy tri hai địa chi: CoA (Care of Address - Quan tâm đến địa chỉ) và địa chi nhà PoP có thể hoặc là CoA, trong phạm vi quản lý của IPv6 AR (Access Router)

hay địa chi nhà trong phạm vi quản lý của MS HA MIPv6 (Mobile Internet Protocol - Giao thức Internet di động) MS có thể sử dụng cả hai địa chỉ cho các phiên IP của nó

IPv6 AR được đặt trong ASN-GW và nó thiết lập liên kết điểm đến điểm với MS như trên hình 6

Hình 6 Đánh địa chỉ Ipv6

Hoặc DHCPv6 hoặc SLAAC (Stateless Address Autoconfiguration: tự lập cấu hỉnh đụa chỉ không trạng thái) được sử dụng để ấn định địa chỉ MS gửi khẩn nài Router và AR gừi các quàng cáo Router chứa các tiền tố để khởi động MS tự lập cấu hình địa chỉ MS thực hiện DAD (Duplicate Address Detection: phát hiện địa chỉ kép) tại địa chỉ mà nó lập cấu hình HoA (địa chi nhà) được ấn định cho MS bởi một DHCP không trạng thái (Stateless DHCP): AAA nhà gửi đến AAA khách các thông số khởi đầu MIP chứa địa chỉ nhà của HA, tiên tố liên kết nhà hay HoA trong Stateless DHCPv6 server Sau khi thiêt lập ISF (Initial Service Flow: luồng dịch vụ ban đầu) MS gửi yêu cầu DHCP v6 đến DHCP server và nhận được các thông số khỏi động MEPv6 MS sử dụng HoA để ràng buộc cập nhât với HA

7 Giao thức IEEE 802.16 trên giao diện MS và BS

Các PDU quản lí của MAC được trao đổi trên kết nối quản lí sơ cấp có thể khởi động hoặc được khởi động bởi các bản tin gốc được trao đổi trên C-SAP hoặc M-SAP phụ thuộc vào từng khai

thác quản lí hoặc điều khiển cụ thể Các bản tin được trao đổi trên kết nối quản lí thứ cấp có thể khơi động hoặc được khởi động bởi các bản tin gốc được trao đổi trên M-SAP Giao diện này là một tập các bản tin SAP giữa thực thể IEEE 802.16 và NCMS Nó bao gồm 2 phần: M-SAP được sử dụng cho các bản tin gốc của mặt phăng quản lí được phép trễ và C-SAP được sử dụng cho các bản tin gốc của mặt phẳng điều khiển nhạy cảm trễ hỗ trợ chuyển giao, quản lý ngữ cảnh an ninh, quản

lí tài nguyên vô tuyến, các khai thác công suất thấp như chế độ rỗi và chế độ tìm gọi…

MAC (Medium Access Control: điều khiển truy nhập môi trường) bao gồm 3 lớp con:

(1) CS (Service Specific Convergence Sublayer (lớp con hội tụ đặc thù dịch vụ): đảm bảo

chuyển đổi hay sắp xếp số liệu mạng ngoài, thu được qua CS-SAP (điểm truy nhập dịch vụ CS) vào các MAC SDU (MAC Service Data Unit: đơn vị dịch vụ MAC) cho MAC CPS (MAC

Common Part Sublayer: lớp con phần chung MAC) qua MAC SAP (điểm truy nhập dịch vụ

MAC) Quá trình này bao gồm phân loại các SDU của mạng ngoài, liên kết chung với SFID

(Service Flow ID: số nhận dạng luồng dịch vụ) tương ứng và CID (Connection ID: số nhận dạng kết nối) Quá trình này cũng có thể gồm cả các chức năng như nén tiêu đề tải tin (PHS: Payload Header Suppression) Nhiều đặc tả CS được cung cấp để giao diện với các giao thức khác nhau Khuôn dạng bên trong của tải tin CS là duy nhất đối với CS và MAP CPS không cần biết khuôn dạng này hay phân tích bất kỳ thông tin nào từ tải trọng CS

(2) MAC CPS (MAC Com mon Part Sublayer: lớp con phần chung MAC): đảm bảo chức năng truy nhập hệ thống, ấn định băng thông, thiết lập kết nối và duy trì kết nối Nó nhận số liệu từ các

CS khác nhau đã được phân loại cho từng kết nối MAC cụ thể thông qua MAC SAP

(3) MAC cũng chứa một lớp con an ninh riêng để đảm bản nhận thực, trao đổi khóa an ninh và mật mã số liệu, điều khiển PHY và các thống kê được chuyển giao giữa MAC CPS và PHY thông qua PHY SAP

7 Giao thức IEEE 802.16m trên giao diện MS và BS

Mô hình tham chuẩn IEEE 802.16m rất giống với mô hình tham chuẩn IEEE 802.16-2009 với chỉ một ngoại lệ là sự phân chia mềm MAC CPS (lớp con phần chung) thành các chức năng điều khiển và quản lý tài nguyên vô tuyến và chức năng MAC Sự phân chia này mang tính logic, nghĩa là không cần SAP giữa hai loại này và không cần gắn thêm tiêu đề con bổ sung cho các SDU Ngoài ra các phần tử chức năng trên tuyến số liệu và điều khiển được phân loại một cách tường minh thành các chức năng mặt phẳng số liệu và mặt phẳng điều khiển Trong khi tồn tại các chức năng tương tự trong chuẩn IEEE 802.16-2009 thì các chức năng và các giao thức không được phân loại tường minh trong chuẩn hiện hành ngoại trừ phân loại tường minh các chức năng PHY, MAC, CPS và CS

8 Mặt phẳng số liệu

Các chức năng MAC vả PHY của IEEE 802.16m có thể được phân loại thành ba loại: mặt phẳng số liệu, mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng quản lý Mặt phẳng số liệu (còn được gọi là mặt phằng người sử dụng) bao gồm các chức năng trên tuyến xử lý số liệu của người sử dụng như: phân

loại luồng dịch vụ, nén tiêu đề cũng như các chức năng xử lý gói số liệu MAC, PHY và mật mã Như thấy trên hình sau, mặt phằng số liệu bao gồm: các giao thức CS (lớp con hội tụ số liệu đặc thù

dịch vụ), nhóm chức năng MAC, an ninh và lớp vật lý

PHY (Physical Layer: Lớp vật lý)

Thực thể mặt phẳng số liệu

IEEE 802.16m

PHY SAP

Nhóm chức năng MAC (các chức năng mặt phẳng số liệu)

CS (Service Specific Convergence Sublayer: lớp con hội tụ đặc thù dịch vụ)

Lớp con an ninh (An ninh mặt phẳng số liệu)

CS SAP

MAC SAP

Hình 9 Thực thể mặt phẳng số liệu IEEE 802.16m

CS đàm bào sẳp xếp các khuôn dạng số liệu mạng ngoài (các gói lớp IP) nhận được từ CS SAP vào các MAC SDU để đưa đến MAC CPS thông qua MAC SAP Quá trinh này bao gồm phân loại các SDU mạng ngoài và gán cho chung một SFID (Service Flow ID: nhận dạng luồng dịch vụ)

tương ứng Luồng dịch vụ (SF) là một dịch vụ truyền tải MAC đảm bảo truyền đơn hướng các gói

trên đường xuống và đường lên Nó được nhận dạng bởi một SFID 32bits Luồng dịch vụ được đặc trưng bởi một tập các thông số QoS (chất lựợng dịch vụ) Nghĩa là tập thông số đỉ kèm với nhận dạng luồng dịch vụ chứa các thông số chất lượng quy định lập biểu hành vi cùa luồng dịch vụ đường lên hay đường xuống liên kêt với các kết nối truyền tải Mỗi luồng dịch vụ đựơc phép và tích cực đựơc sắp xếp đến một CID (Connection ID: nhận dạng kết nối) Lưu ý rằng chuẩn IEEE 802.16

hỗ trợ mô hỉnh tích cực hai giai đoạn: (1) trước hết cho phép và dành trước tài nguyên và (2) sau khi đàm phán giữa BS và MS hoàn thành các tài nguyên tích cực

Trong các ứng dụng luồng đa phương tiên, chi phí tiêu đề cho IP (Internet Protocol), UDP (User Datagram Protocol) và RTP (Real-time Transport Protocol: giao thửc truyền tải thời gian thực) như sau: 40 byte cho IPv4, 60 byte cho Ipv6 Các chi phí này có thể chịu đựơc trong các đường hữu tuyến nơi mả dung lượng không là vấn đề, nhưng quá lớn đối với các hệ thống vô tuyến

do băng thông có hạn Chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa một giải thuật nén tiêu đề riêng cho lớp con hội tụ PHS (Payload Header Suppression: nén tiêu đề tải tin) được định nghĩa trong IEE 802.16 thực hiện nén các phần lặp hay các phần dư trong tiêu đề tải tin nhận đựơc từ lớp mạng

Phần MAC CPS của mặt phẳng sổ liệu bao gồm các chức năng như ARQ (Automatic Repeat

Request: yêu cầu phát lại tự động), phân loại/đóng gói gói tạo lập MAC PDU và mật mã hóa Bộ lập

biểu tại BS án định tài nguyên vô tuyến ghép chung cho người sử dụng, vồ chọn chế độ MIMO, sơ

đồ mã hóa và điều chế dựa trên các báo cáo đo đạc từ MS ARQ là một cơ chế kiểm soát lỗi tại lớp liên kết số liệu trong đó máy thu có thề yêu cầu máy phát phát lại khối số liệu thu bị phát hiện lỗi

hoặc không thu dược Kích thước của khối ARQ là một thông sổ dược đàm phán trong quá trình thiết lập kết nối Đối với một số ứng dụng nhạy càm trễ như VoIP, cơ chế ARQ có thể bị cấm Phân đoạn là quá trình trong đó MAC PDU được chia thành nhiều đoạn MAC PDU Đóng gói là quá trình trong đó nhiều MAC PDU đựơc đóng gói vào một tải tin MAC PDU Cả hai qua trình này có thể khởi xướng bời BS cho một kết nối đường xuống hoặc MS cho một kết nối đường lên Một số MAC PDU cỏ thể được móc nối vảo một truyền dần duy nhất trên đường xuống hoặc đường lên Các MAC PDU chứa số liệu của người sử dụng được lớp vật lý xử lý để truyền trên đường vô tuyến Cần lưu ý rằng phụ thuộc vào chế độ MIMO hoặc sơ đồ điều chế và mã hóa, xử lý lưu lựơng của người sừ dụng tại lớp vật lý có thể khác nhau

9 Mặt phẳng điều khiển

Một tập các chức năng điều khiển lớp 2 cần thiết để hỗ trợ lập quàn lý báo hiệu, điều phối và cấu hình tài nguyên vô tuyến Tập các chức năng này đựơc gọi là các chức năng mặt phẳng điều khiển Thực thể mặt phăng điều khiển của IEEE 802.16m bao gồm RRCM (Radio Resource Control and Management: điều khiển và quản lý tài nguyên vô tuyến), nhóm chức năng