lớp mac trong wimax

Lớp MAC WiMAX Giảng viên: ThS Phạm Thúy Hiền HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG Môn học: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN BÀI TẬP NHÓM Đề tài: LỚP MAC TRONG WiMAX Giảng viên: Nhóm sinh viên thực hiện: ~1~ Lớp MAC WiMAX Giảng viên: ThS Phạm Thúy Hiền LỜI NÓI ĐẦU Như biết, WiMAX giải pháp vô tuyến băng rộng cho phép hỗ trợ nhiều tính tiên tiến khả linh hoạt lựa chọn phương án triển khai cung cấp dịch vụ Tiểu luận nói lớp MAC hệ thống WiMAX Tiểu luận gồm phần: - Tổng quan lớp MAC - Các dịch vụ MAC - Nhập mạng khởi đầu - Quản lý công suất - Quản lý di động Xin cảm ơn cô Phạm Thúy Hiền bạn lớp giúp thực tiểu luận Rất mong tiểu luận mang đến cho người nhìn tổng quan lớp MAC WiMAX ~2~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền MỤC LỤC ~3~ Lớp MAC WIMAX I Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền TỔNG QUAN LỚP MAC Các tiêu chuẩn WIMAX IEEE 802.16-2009 IEEE 802.16m xây dựng cho dịch vụ băng rộng bao gồm thoại, số liệu, video Lớp MAC đảm bảo lưu lượng dạng cụm với yêu cầu tốc độ cao đồng thời hỗ trợ lưu lượng luồng lưu lượng thoai nhạy cảm trễ kênh Các tài nguyên lập biểu MAC ấn định cho đầu cuối thay đổi từ khe thời gian đến toàn khung cung cấp dải động thông lượng lớn cho máy đầu cuối thời điểm Ngoài thông tin ấn định tài nguyên mang tin MAP đầu khung, lập biểu thay đổi hiệu việc ấn định tài nguyên theo khung để thích ưng tính chất cụm lưu lượng MAC tiêu chuẩn WIMAX IEEE 802.16-2009 IEEE 802.16m lớp có định hướng theo kết nối Toàn truyền số liệu xảy ngữ cảnh (context) kết nối Mỗi kết nối liên kết với luồng dịch vụ, quy định thông số QoS để trao đổi PDU Trong trình nhập mạng, kết nối bắt buộc kết nối tùy chọn thiết lập cho MS cho đường xuống lẫn đường lên kết nối phản ánh mức độ yêu cầu QoS cho mục đích quản lí Kết nối thứ kết nối sở Nó sử dụng để trao đổi thông tin nhạy cảm trễ ngắn như: lệnh khởi động lại yêu cầu quản lí cụm Kết nối thứ kết nối sơ cấp, sử dụng để mang thông tin dài nhạy cảm trễ cấu hình dịch vụ động Kết nối thứ cấp sử dụng để mang thông tin không nhạy cảm trễ DHCP Mỗi kết nối gán với số nhân dạng 16 bit cho phép phân biệt 64K, kết nối kênh DL UL IEEE 802.16 MAC hỗ trợ kiểu kiến trúc mạng điểm đa điểm mạng hỗn hợp Hình minh họa mạng PMP tiêu chuẩn Các MS không thông tin trực tiếp với ~4~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền Hình 1: Chế độ pmp mạng wimax Hình thể chế độ mạng hỗn hợp PMP tùy chọn Sự khác chế độ PMP chế độ hỗn hợp chỗ PMP lưu lượng truyền BS MS, chế độ hỗn hợp, lưu lượng định tuyến đến MS khác thông qua MS truyền trực tiếp MS Hình 2: Chế độ mạng WiMAX hỗn hợp ~5~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền Cấu trúc lớp MAC Nhiệm vụ lớp MAC quản lý tài nguyên vô tuyến giao diện vô tuyến cách hiệu Cấu trúc tổng quát giao diện vô tuyến WiMax trình bày cụ thể sau: Hình 3: cấu trúc lớp MAC WIMAX Lớp hội tụ đặc thù dịch vụ (SSCS), cung cấp giao diện với phần tử lớp Lớp thực chức sau: - Tiếp nhận PDU từ lớp cao ~6~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền Thực phân loại xử lý(nếu cần) PDU lớp cao Nhận CS PDU từ thực thể đồng cấp - Hiện 802.16e-2005 định nghĩa tiêu chuẩn SSCS:ATM CS CS gói dựa IP  Lớp phần chung MAC (CPS) cung cấp chức lõi MAC Nó điều khiển truy nhập hệ thống, thiết lập quản lý kết nối Các chức lớp sau: - Đánh địa chỉ, thiết lập trì kết nối - Kết cấu MAC PDU, phân đoạn lắp ráp lại - Thực ARQ - Lập biểu - Yêu cầu ấn định băng thông - Hỗ trợ sơ đồ PHY khác - Phân giải xung đột - Định cự ly nhập mạng lần đầu - Đảm bảo QoS dựa luồng dịch vụ - Hỗ trợ di động Lớp an ninh đảm bảo chức nhận thực, trao đổi khóa mật mã hóa Hiện chuẩn IEEE 802.16e-2005 chứa giao thức thành phần sau: Giao thức đóng bao để mật mã gói số liệu thông tin Giao thức định nghĩa cặp giải thuật nhận thực mật mã số liệu quy tắc áp dụng giải thuật cho MAC PDU Giao thức quản lý khóa để phân phối số liệu khóa an ninh từ BS đến MS BS sử dụng giao thức để áp đặt truy cập có điều kiện đến dịch vụ mạng Lớp hội tụ, MAC CS Lớp hội tụ MAC nhận thông tin từ lớp cao hơn, đóng gói thành SDU, gán SFID, CID gửi chúng xuống lớp Bảng cho thấy kiểu gói đươc xử lý lớp hội tụ ~7~ Lớp MAC WIMAX Giá trị Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền Lớp hội tụ ATM CS Gói CS IPv4 Gói CS IPv6 Gói CS 802.3 (Ethernet) Gói CS 802.1/Q (VLAN) Gói CS IPv4 802.3 Gói CS IPv6 802.3 Gói CS IPv4 802.1/Q (VLAN) Gói CS IPv4 802.1/Q (VLAN) Gói 802.3 với nhãn VLAN tùy chọn nén tiêu đề ROHC 10 Gói 802.3 với nhãn VLAN tùy chọn nén tiêu đề ERTCP 11 Gói IPv4 với nén tiêu đề ROHC 12 Gói IPv6 với nén tiêu đề ROHC 13-31 Dự trữ Ngoài việc nén tiêu đề, CS chịu trách nhiệm chuyển đổi địa lớp cao địa IP SDU thành số nhận dạng kết nối lớp MAC lớp vật lý để truyền dẫn Chức cần thiết lớp PHY MAC mang hoàn toàn lớp WiMax MAC lớp định hướng theo kết nối, đánh số nhận dạng cho kết nối logic BS MS số nhận dạng kết nối CID đơn hướng Các CID cho đường xuống đường lên khác Có thể coi CID địa lớp động tạm thời BS ấn định để nhận dạng kết nối đơn hướng thực thể MAC/PHY đồng cấp sử dụng để mang lưu lượng mặt phẳng số liệu mặt phẳng điều khiển Để chuyển đổi địa lớp cao vào Bảng 1: kiểu gói xử lý lớp hội tụ CID, CS cần trì bảng chuyển đổi địa nơi nhận CID tương ứng Các SDU thuộc địa nhận mang CID khác phụ thuộc yêu cầu QoS Trong trường hợp này, CS định CID khác phụ thuộc vào yêu cầu QoS.Trong trường ~8~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền hợp này, CS định CID tương ứng không dựa địa nơi nhận mà dựa số yếu tố khác ID nhận dạng luồng dịch vụ SFID Trong bảng ta thấy chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa dịch vụ CS cho ATM gói Tuy nhiên WiMax định thực CS IP Ethernet Lớp phần chung,MAC CPS MAC CPS thực chức như: truy cập hệ thống, yêu cầu ấn định băng thông, thiết lập quản lí kết nối, hỗ trợ chuyển giao MAC CPS thực việc lắp ráp MAC PDU, lập biểu ARQ quản lí MAC MAC CPS độc lập với giao thức lớp Nó chịu trách nhiệm lập biểu, ARQ, ấn định băng thông, chọn điều chế tỷ lệ mã MAC CPS nhận SDU từ lớp lắp ráp chúng vào MAC PDU MAC PDU đơn vị tải tin xử lí MAC Tùy theo kích cỡ tải tin này, MAC PDU mang nhiều SDU hay mang đoạn SDU, trường hợp SDU lớn phân thành nhiều đoạn Trong trường hợp SDU bị phân đoạn, đoạn gắn số trình tự Số trình tự cho phép lớp MAC phía thu lắp ráp SDU từ đoạn khác theo thứ tự Để sử dụng hiệu tài nguyên vô tuyến, nhiều MAC PDU có đích đến MS móc nối với mang hội truyền dẫn hay vùng số liệu ~9~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền Hình 4: Kết cấu MAC PDU Trên đường lên đường xuống, vùng số liệu MS tập khe dành trước cho hội truyền dẫn MS Đối với kết nối ARQ, đoạn SDU phát theo chuỗi Với kết nối có ARQ, trước hết SDU chia thành khối ARQ, số trình tự khối BSN gán cho khối ARQ BS đặc tả có độ dài khối ARQ cho CID cách sử dụng thông số độ dài khối ARQ Nếu SDU có độ dài bội số độ dài khối ARQ khối ARQ chèn thêm Sau SDU lắp ráp vào MACPDU hình Đối với kết nối có ARQ, sau tiêu đề là tiêu đề đóng gói phân đoạn chứa BSN khối ARQ thứ Máy thu gửi phản hồi dạng công nhận ACK để thông báo thu khối ARQ Phản hồi gửi MAC PDU gắn vào tải trọng MAC PDU bình thường Trong WiMAX, phản hồi ACK có dạng ACK chọn lọc hay ACK tích lũy ACK chọn lọc BSN cho trước khối ARQ thu không bị mắc lỗi ACK tích lũy với BSN cho trước tất số trình tự nhỏ BSN thu không bị mắc lỗi Mỗi MAC PDU gồm tiêu đề, tiếp sau tải tin CRC CRC tính cho toàn MAC PDU: tiêu đề tải tin WiMAX có nhiều kiểu PDU, kiểu có cấu trúc tiêu đề khác số PDU chứa tiêu đề ~ 10 ~ Lớp MAC WIMAX III Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền NHẬP MẠNG VÀ KHỞI ĐẦU Hình 10: Các bước trình nhập mạng Quét đồng kênh đường xuống Sau bật nguồn, trước hết MS quét tần số đường xuống phát để xác định vùng phủ mạng WIMAX thích hợp hay không Mỗi WIMAX lưu giữ cố định dach sách tất thông số khai thác (chẳng hạn tần số đường xuống xét) Trước hết MS thử đồng với tần số lưu nhớ Nếu thất bại, quét tần số khác để đồng với đường xuống BS phù hợp Mỗi MS lưu danh sách tần số đường xuống ưu tiên mà thay đổi để thích hợp với mạng nhà cung cấp dịch vụ Trong trình đồng đường xuống, MS lắng nghe tiền tố khung đường xuống Khi tìm tiền tố, MS tự đồng với truyền dẫn đường xuống BS Sau nhận đồng bộ, MS lắng nghe tin điều khiển tiếp sau tiền tố như: FCH, DCH, UCD, DL-MAP, UL-MAP để nhận thông số khác liên quan đến lớp vật lý lớp MAC cho truyền dẫn đường xuống đường lên ~ 23 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền Nhận thông số đường lên Dựa thông số đường lên từ tin điều khiển, MS định kênh có phù hợp cho mục đích hay không Nếu kênh không phù hợp, MS quay lại trình quét kênh tìm kênh phù hợp Nếu thấy kênh sử dụng được, MS lắng nghe tin MAP để thu nhập thông tin khả định cự ly Định cự ly Tại giai đoạn này, MS thực định cự ly ban đầu với BS để đạt định thời điều chỉnh mức công suất tương đối cần thiết để trì kết nối đường lên với BS Sau kết nối đường lên thiết lập, MS phải thực định cự ly định kì để bám theo thay đổi định thời mức công suất Các thay đổi xảy di động, pha đinh nhanh, pha đinh chậm tổng hợp nguyên nhận Dựa thông số kênh đường lên đường xuống, MS rút ta công thức tính toán mức công suất phát cho định cự ly ban đầu: PTX = EIRxPIR, MAX + BSEIRP − RSSI Trong đó: EIRxPIR, MAX = RSS IR ,MAX − GANT _ BS _ Rx công suất thu đẳng hướng tương đương cực đại máy thu đơn anten RSS IR , MAX cường độ tín hiệu thu cực đại đầu anten GANT_BS_Rx hệ số khuếch đại anten BSEIRP = PTX + GANT _ BS _ Tx công suất phát xạ đẳng hướng tương đương trmaj gốc với máy phát đơn anten PTX công suất phát GANT_BS_Tx hệ số khuếch đại anten phát RSSI công suất thu MS MS gửi tin mã định cực ly CDMA với công suất theo phương trình trên, khe định cự ly MS gửi tin RNG-REQ với phát tập CID cho CID định cự ly ban đầu Nếu MS không nhận trả lời từ BS khoảng thời gian định, coi cố gắng định cự ly ban đầu bị thất bại chuyển vào giai đoạn phân giải va chạm Khi MS ~ 24 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền gửi mã định cự ly CDMA hội định cự ly sau thời gian trễ lùi tương ứng với mức công suất tăng thêm bước Hình 3.13 cho thấy thủ tục điều chỉnh thông số tự động định cự ly WIMAX BS MS UL-MAP:CID định cự ly với thông số mã CDMA thích hợp RNG-RSP Ghi nhận địa MAC mình,lưu CID sơ cấp sở, điều chỉnh c Ấn định CID sơ cấp sở, phát gói trả lời địnhRNG-RSP: cự ly thông số định cự ly địa MAC Nếu trạng thái định cự ly tiếp tụcGửi gói định cự ly chế độ đơn phương RNG-REQ Hình 11: Thủ tục định cự ly điều chỉnh thông số tự động WIMAX Đàm phán khả sở Sau định cự ly ban đầu, MS phát tán tin SBC-REQ(SS Basic Capability Request: yêu cầu khả sở trạm thuê bao) thông báo cho BS tạp khả sở Tập bao gồm thông số liên quan đến ấn định băng thông lớp vật lý Nhận tin này, BS trả lời bản tin SBC-RSP để cung cấp thông số liên quan đến lớp vật lý ấn định băng thông Các thông số lớp vật lý ấn định băng thông tập khả sở MS tập Đăng ký thiết lập kết nối IP Sau đảm phán khả sở trao đổi khóa mật mã, MS đăng ký với mạng Trong WIMIAX, đăng ký trình theo MS phép nhận mạng nhận CID thứ cấp Quá trình đăng ký bắt đầu MS gửi tin REG-REQ đến BS Bản tin chứa mã nhận thực tin làm rối (HMAC: hashed Message Authentication Code) mà BS sử dụng để nhận thực hợp lệ tin Sau xác nhận tin hợp lệ, BS gửi đến MS tin REG-RÉP chứa CID lý thứ cấp Trong tin REG-REQ, MS thông náo cho BS vè khả thứ cấp nó(chưa thông báo khả ~ 25 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền sở) như: phiên IP hỗ trợ,lớp hội tụ hỗ trợ hỗ trợ ARQ BS cho phép sử dụng số phiên IP mà MS hỗ trợ Nếu phiên IP hỗ trợ tin REG-REQ, BS coi MS hỗ trợ Ipv4 Sau nhận tin REG-REQ, MS sử dụng DHCP để nhận địa IP IV QUẢN LÝ CÔNG SUẤT Thời hạn acquy chuyển giao vấn đề quan trọng ứng dụng di động, WIMIAX hỗ trợ chế độ ngủ rỗi để tiết kiệm nguồn cho MS WIMAX đảm bảo chuyển giao ô trại tốc độ chuyển động xe oto mà không gây đứt đoạn kết nối Để đảm bảo tiết kiệm nguồn WIMAX di động hỗ trợ hai chế độ: chế độ ngủ chế độ rỗi Chế độ ngủ trạng thái MS thực khoảng thời gian vắng mặt đàm phán trước giao diện vô tuyến với BS phục vụ Nhìn từ BS khoảng thời gian khoảng thời gian không sẵn sàng MS lưu lượng DL UL Chế độ ngủ áp dụng để giảm thiểu sử dụng công suất giảm thiểu mức độ sử dụng tài nguyên giao diện vô tuyến BS phục vụ Ngoài chế độ ngủ cho phép MS quét trạm BS khác để chọn lựa thông tin cho chuyển giao chế độ ngủ Chế độ rỗi cung cấp chế để MS định kỳ có khả nhận lưu lượng quảng bá DL mà không đăng ký BS cụ thể, qua môi trường có nhiều BS Chế độ rỗi giải phóng MS khỏi đòi hỏi chuyển giao hoạt động bình thường khác loại bỏ giao diện vô tuyến BS lưu lượng chuyển giao mạng mạng BS cho MS không tích cực đảm bảo phowng pháp đơn giản kịp thời để thông báo (tìm gọi) MS lưu lượng DL Chế độ ngủ Chế độ ngủ chế độ khai thác tùy chọn WIMAX Một MS có kết nối tích cực (một hay nhiều CID) đàm phán với BS để tạm thời ngắt kết nối giao diện vô tuyến khoảng thời gian xác định trước gọi cửa sổ ngủ Tiếp sau cửa sổ ngủ cửa sổ nghe (trong cửa sổ MS khôi phục lại kết nối mình) Hình 3.14 cho thấy trình MS trải qua cửa sổ ngủ nghe đan xen kết nối Độ dài cửa sổ ngủ nghe MS BS đàm phán với dựa thể loại tiết kiệm công suất khai thác chế độ ngủ Chu kỳ thời gian tất kết nối MS nằm chế độ ngủ gọi khoảng không sẵn sàng Trong khoảng thời gian MS nhận truyền dẫn đường xuống phát truyền dẫn đường lên Tương tự khoảng sẵn sàng khoảng thời gian mà hay nhiều kết nối MS không nằm ~ 26 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền chế độ ngủ khoảng MS thu truyền dẫn đường xuống phát truyền dẫn đường lên cho CID nằm cửa sổ nghe Trong khoảng không sẵn sàng, BS không lập biểu cho bấu truyền dẫn đường xuống đến MS, tắt nguồn hay nhiều phần cứng sử dụng cho truyền dẫn BS nhớ đệm loại bỏ tất SDU liên quan đến truyền dẫn đơn phương đến MS Đối với truyền dẫn đa phương, BS dừng phát tất SDU khoảng sẵn sàng chung cho tất MS nhóm đa phương Hình 12: Khai thác chế độ ngủ WIMAX Phụ thuộc vào thông số, khai thác chế độ ngủ đặt vào ba loại tiết kiệm công suất: - Loại tiết kiệm công suất 1: sau cửa sổ nghe cửa sổ ngủ có độ dài gấp hai lần cửa sổ ngủ trước không lớn cửa sổ ngủ cuối Trước vào loại tiết kiệm công suất 1, BS thông báo cho MS kích thước cửa sổ ngủ kích thước cửa sổ ngủ cuối Sau đạt đến cửa sổ ngủ cuối cùng, tất cửa sổ ngủ có kích thước Tại thời điểm khai thác chế độ ngủ, BS khởi động lại kích thước cửa sổ ngủ vào kích thước trình nhận đôi kích thước lặp lại, Đối với ấn định đường xuống, khởi động lại xảy BS cảm thấy số lượng cửa sổ - nghe không đủ để phát tất lưu lượng Loại tiết kiệm công suất 2: tất cửa sổ nghe có độ dài cố định sau cửa sổ nghe cửa sổ ngủ có độ dài cố định Trước vào chế độ tiết kiệm công suất loại 2, BS thông báo cho MS kích thước cửa sổ nghe kích thước cửa sổ ngủ Loại tiết kiệm - công suất khuyến nghị sử dụng cho khai thác chế độ ngủ kết nối UGS Loại tiết kiệm công suất 3: loại có cửa sổ ngủ Trước vào chế độ này, BS thông báo thời điểm bắt đầu độ dài cửa sổ ngủ Tại thời điểm kết thúc cửa sổ ngủ, khai ~ 27 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền thác tiết kiệm công suất chấm dứt Khai thác tiết kiệm công suất kiểu khuyến nghị dùng cho lưu lượng đa phương hay lưu lượng quản lý MAC Đối với dịch vụ đa phương BS đoán phần số liệu đến Vì BS ấn định cửa sổ cho tất thời gian không hi vọng lưu lượng đa phương tới Sau BS định khởi đầu lại khai thác tiết kiệm công suất Chế độ rỗi Trong WIMAX di động, chế độ rỗi chế cho phép MS thu truyền dẫn đường xuống phát quảng bá từ BS mà không đăng ký với mạng Hỗ trợ chế độ rỗi hỗ trợ tùy chọn WIMIAX giúp MS di động tránh thực chuyển giao trường hợp phiên tích cực Chế độ rỗi giúp BS tiết kiệm tài nguyên lớp vật lý lớp MAC, không cần thực thủ tục liên quan đến chuyển giao báo hiệu BS nằm chế độ rỗi Đối với chế độ rỗi, BS (hay ô) phải chia vào nhóm tìm gọi (hay vùng tìm gọi) cho hình 13 Hình 13: Thí dụ chia vùng tìm gọi MS chế độ rỗi định kỳ giám sát truyền dẫn đường xuống để xác định nhóm tìm gọi vị trí thời Khi phát chuyển đến nhóm tìm gọi mới, MS thực cập nhật nhóm tìm gọi (cập nhật vị trí), tình cập nhật thông báo cho mạng vị trí thời Khi mạng cần thiết lập kết nối với MS chế độ rỗi có lưu lượng đường xuống, mạng cần tìm gọi ô thuộc nhóm tìm gọi không cần tìm gọi tất ô Mỗi vùng tìm gọi phải thiết kế để không nhỏ lớn Nếu nhỏ MS phải thường xuyên thực cập nhật vị trí, trái lại vùng lớn, tìm gọi phải thực nhiều ô Trong khai thác chế độ ngủ, MS nằm khoảng không sẵn sàng tìm gọi khoảng nghe tìm gọi Trong khoảng không sẵn sàng tìm gọi, MS không sẵn sàng cho ~ 28 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền tìm gọi tắt nguồn, tiến hành định cự ly với BS lân cận hay quét BS lân cận để đo cường độ tiến hiệu thu hay tỷ số tín hiệu tạp âm Trong khoảng nghe tìm gọi, MS nghe tin DCD DL-MAP BS phục vụ để xác định tin tìm gọi quảng bá phát Nếu MS tìm gọi tin tìm gọi quảng bá, trả lời tìm gọi kết thúc chế độ rỗi Nếu không tìm gọi tin tìm gọi quảng bá, MS vào khoảng không sẵn sàng tìm gọi V QUẢN LÝ DI ĐỘNG Quản lý di động chịu trách nhiệm đảm bảo trì thông tin MS chuyển động đến vị trí khác Cần có hai chế sở để thực nhiệm vụ Trước tiên, để chuyển gói đến thuê bao, cần có chế định vị MS mạng thời điểm kể trạng thái rỗi Quá trình xác định bám điểm nhập mạng thời MS gọi quản lý vị trí Thứ hai, để trì phiên xảy MS chuyển từ vùng phủ BS đến vùng phủ BS khác cẩn phải có chế chuyển giao êm ả Tập hợp tất thủ tục để quản lý trình gọi quản lý chuyển giao Như quản lý di động bao gồm hai chức năng: quản lý vị trí quản lý chuyển giao Quản lý vị trí Quản lý vị trí gồm hai trình Quá trình thứ gọi đăng kí vị trí hay cập nhật vị trí Trong trình MS định kỳ thông báo cho mạng vị trí thời nó, mạng thực nhận thực người sử dụng cập nhật hồ sơ người vào sở liệu Các sở liệu thường đặt hay số vị trí tập trung mạng Các vị trí thường định nghĩa vùng chứa hay nhiều vùng phủ BS Việc tất MS, kể MS rỗi phải báo cáo cho mạng chuyển từ vùng phủ BS sang vùng phủ BS khác dẫn đến tải báo hiệu mạng lớn, vi ô số thuê bao lớn Để giảm tải báo hiệu, nhà cung cấp dịch vụ thường định nghĩa vùng định vị lớn hơn, vùng định vị bao gồm nhiều vùng phủ sóng BS Cũng cần xem xét cẩn thận tần suất cập nhật vị trí Nếu cập nhật vị trí không thường xuyên, MS chuyển động vùng định vị thời mà mạng không thông báo điều dẫn đến mạng thông tin xác vị trí MS Để hỗ trợ chuyển mạng toàn cầu, thực quản lý vị trí mạng nhà khai thác mà phải thực quản lý vị trí chuyển qua mạng nhà khai thác khác dựa thỏa thuận chuyển mạng Quá trình thứ hai liên quan đến quản lý vị trí gọi tìm gọi Khi có yêu cầu khởi xướng phiên, chẳng hạn có gọi vào mạng, mạng tra cứu sở liệu vị trí để xác ~ 29 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền định vùng định vị thời MS nhận, sau phát tìm gọi MS tất BS vùng định vị xác định Rõ ràng số lượng BS vùng định vị lớn cần nhiều tài nguyên tìm gọi mạng Các nhà khai thác cần phải cân đối việc sử dụng tài nguyên cho báo hiệu cập nhật vị trí từ tất MS với tìm gọi vùng rộng Quản lý chuyển giao So với quản lý vị trí, quản lý chuyển giao đòi hỏi hoạt động thời gian thực chặt Đối với nhiều ứng dụng VOIP, cần chuyển giao êm ả không gây trễ cảm nhận gói Để hỗ trợ ứng dụng này, dịch vụ di động toàn phần WiMAX đòi hỏi trường hợp chuyển động MS với tốc độ 120 km/h trễ chuyển giao thấp 50 ms với gói thấp 1% Có thể hình dung trình chuyển giao gồm hai giai đoạn Trong giai đoạn đầu, hệ thống phát nhu cầu chuyển giao đưa định chuyển giao đến BS khác Trong giai đoạn hai, chuyển giao thực với đảm bào MS hay BS tham gia đồng tất gói chuyển sở sử dụng giao thức phù hợp Hoặc MS BS mạng định chuyển giao dựa số đo chất lượng đường truyền Thông thường MS đưa định cuối cùng, BS đưa khuyến nghị trạm gốc đích ứng cử cho chuyển giao Để có định chuyển giao, MS phải thường xuyên đo chất lượng đường truyền định kỳ báo cáo với BS BS thường nghe kênh hoa tiêu tín hiệu điều khiển từ trạm BS xung quanh đo chất lượng tín hiệu Để hỗ trợ trình này, BS cung cấp cho MS danh sách BS lân cận thông số cần thiết để quét BS Cường độ tín hiệu thu RSS hay tỷ số tín hiệu tạp âm cộng nhiễu SINR sử dụng để đo chất lượng tín hiệu SINR số đo tốt triển khai mang mật độ cao khó đo so với RSS Hình 14 cho thấy trường hợp chuyển giao đơn giản hai BS, MS chuyển động rời xa BS A (BS phục vụ) tiến tới BS B (BS đích) Ta gọi mức tín hiệu tối thiểu (MSL) điểm mà thấp điểm chất lượng đường truyền trở nên chấp nhận chuyển giao, số lượng gói lớn dẫn đến phiên bị rớt Cần lưu ý MSL thay đổi tùy thuộc vào nhu cầu QoS ứng dụng phiên Chẳng hạn ứng dụng cao có MSL cao so với ứng dụng thông lượng thấp ~ 30 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền Hình 14 Phát chuyển giao sở cường độ trường Thông thường thủ tục chuyển giao khởi xướng tín hiệu xuống thấp ngưỡng chuyển giao (ngưỡng đặt cao MSL giá trị ∆) Ngoài chuyển giao thực có BS khác có chất lượng thu cao ∆ so với MSL Sử dụng ∆ lớn giảm thiểu xác suất giảm tín hiệu thấp MSL thực chuyển giao Một giải thuật chuyển giao tốt phải giảm thiểu thất bại chuyển giao tránh chuyển giao không cần thiết Hai số đo thường sử dụng để đánh giá chất lượng chuyển giao xác suất rớt tỷ lệ chuyển giao Xác suất rớt xác định số lần thất bại chuyển giao mức tín hiệu giảm thấp MSL khoảng thời gian Tỉ lệ chuyển giao xác định tần suất định chuyển giao, phụ thuộc vào tần suất đo báo cáo kết cho mạng Tuy nhiên đo tiêu tốn tài nguyên vô tuyến giảm dung lượng khả dụng Để giảm thiểu xác suất rớt, thủ tục chuyển giao phải tiến hành nhanh phải đặt ∆ cao cho xác suất giảm tín hiệu xuống MSL trước chuyển giao thấp Rõ ràng việc đặt ∆ cao có nghĩa giá thành thiết kế hệ thống di động cao ô chồng lấn nhiều Ngoài chuyển giao nhanh dẫn đến chuyển giao nhiều cách không cần thiết, xảy thăng giáng tín hiệu lớn Chuyển giao dẫn đến rớt gọi, chuyển giao nhiều dẫn đến tải báo hiệu ~ 31 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền giảm chất lượng dịch vụ Việc cân đối xác suất rớt tỷ lệ chuyển giao phụ thuộc vào mô hình thăng giáng tín hiệu giải thuật định chuyển giao sử dụng Quyết định chuyển giao dựa Giá trị tức thời mức tín hiệu Mức tín hiệu trung bình đo 10 mẫu Giá trị kỳ vọng mức tín hiệu Xác suất rớt với ∆= 10 dB Xác suất rớt với ∆= dB Xác suất rớt với ∆= dB Số lần chuyển giao 0,003 0,024 0,09 7,6 0,014 0,05 0,13 1,8 0,02 0,06 0,14 Bảng minh họa cân đối xác suất rớt tỷ lệ chuyển giao cho ba giải thuật định chuyển giao dựa trên: (1) giá trị tín hiệu tức thời, (2) mức tín hiệu lấy trung bình 10 mẫu, (3) giá trị mức tín hiệu kỳ vọng, MS chuyển động với tốc độ 20m/s từ BS đến BS khác cách km Coi lũy thừa suy giảm n=4 phadinh che tối với khoảng cách hiệu chỉnh 50 m (là khoảng cách mà tương quan tín hiệu giảm 0,5) Tín hiệu lấy mẫu 0,5 s lần Bảng cho thấy tằng việc chọn BS dựa giá trị mạnh tức thời cho xác suất rớt thấp số lần chuyển giao lớn Trái lại định chuyển giao theo giá trị kỳ vọng giảm số lần chuyển giao xuống thấp lại làm tăng xác suất rớt Trong định chuyển giao theo mức tín hiệu lấy trung bình đảm bảo chất lượng chuyển giao tốt hơn, sơ đồ đòi hỏi sơ đồ phức tạp phải hiểu biết môi trường phadinh để dự báo tổn hao tín hiệu Việc xây dựng mô hình phadinh tổng quát đại diện cho nhiều loại môi trường khác khó Các chiến lược chuyển giao Như xét phần trước, chuyển giao trình xảy máy di động có gọi phải chuyển lưu lượng từ kênh sang kênh khác để đảm bảo chất lượng gọi Quá trình thường xảy máy di động rời xa dần trạm gốc ô phục vụ tiến đến gần trạm gốc ô khác Trong trường hợp mạng (ASN-GW) tự động chuyển gọi đến kênh thuộc trạm gốc Quá trình chuyển giao đòi hỏi phải xác định trạm gốc mới, nhiều trao đổi báo hiệu kênh điều khiển để tiến tới ấn định kênh lưu lượng thực chuyển mạch sang kênh Xử lý chuyển giao nhiệm vụ quan trọng hệ thống thông tin di động Rất nhiều chiến lược chuyển giao dành ưu tiên cho yêu cầu chuyển giao so với yêu cầu khởi xướng gọi thực ấn định kênh chưa sử dụng ô Chuyển giao ~ 32 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền phải thực thành công không thường xuyên không gây cảm giác người sử dụng Để đáp ứng yêu cầu này, nhà thiết kế hệ thống phải quy định mức thu tối ưu mà mức bắt đầu trình chuyển giao Sau quy định tín hiệu tối thiểu chấp nhận cho chất lượng tiếng trạm gốc, MSL=Pr,req (thông thường nằm khoảng từ -90 dBm đến -100 dBm), mức ngưỡng tín hiệu cho chuyển giao Pr,ho chọn cao chút Độ dự trữ cho ∆= Pr,ho - Pr,req lớn nhỏ Nếu ∆ lớn, chuyển giao không cần thiết làm tải MSC Nếu ∆ nhỏ, không kịp chuyển giao trước gọi bị tín hiệu yếu Hình 15 minh họa tình chuyển giao Hình 15a cho thấy tình trạng chuyển giao không thực tín hiệu giảm xuống thấp mức tối thiểu cho phép để trì kênh Cuộc gọi bị rớt xảy thời gian để ASN ấn định chuyển giao trễ ngường ∆ thiết lập nhỏ thời gian chuyển giao hệ thống Trễ lớn xảy tình lưu lượng cao khối lượng tính toán lớn ASNGW kênh khả dụng trạm gốc nằm gần (vì MSC buộc phải đợi đến có kênh rỗi ô gần đó) ~ 33 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền Hình 15 Minh họa kịch chuyển giao 15a Tình chuyển giao sai 15b Tình chuyển giao Để định chuyển giao, cần đảm bảo giảm mức tín hiệu đo không phadinh tức thời gây máy di động thực rời xa trạm gốc phục vụ Để chắn điều này, trạm gốc phải giám sát mức tín hiệu khoảng thời gian định trước khởi xướng chuyển giao Cần tối ưu hóa khoảng thời gian thực đo tín hiệu để tránh khỏi chuyển giao không cần thiết, mà đảm bảo chuyển giao cần thiết thực trước gọi bị rớt mức tín hiệu xấu Độ dài thời gian cần thiết để định chuyển giao phụ thuộc vào tốc độ chuyển động máy di động Nếu độ dốc giảm mức tín hiệu thu trung bình ngắn hạn lớn, hệ thống cần thực chuyển giao nhanh Thông tin tốc độ chuyển động máy di dộng tính từ thông số thống kê tín hiệu thu bị phadinh ngắn hạn trạm gốc Thời gian mà gọi trì ô không xảy chuyển giao gọi thời gian cư ngụ ô (dwell time) Thời gian cư ngụ người sử dụng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: truyền sóng, nhiễu, khoảng cách máy di động trạm gốc ảnh hưởng thay đổi theo thời gian khác Ngay máy di động dừng, chuyển động vật thể xung quanh trạm gốc máy di động tạo phadinh, thuê bao cố định có thời gian cư ngụ hữu hạn ngẫu nhiên Các phân tích cho thấy thông số thống kê thời gian cư ngụ thay đổi lớn phụ thuộc vào tốc độ người sử dụng kiểu phủ sóng vô tuyến Chẳng hạn ô đường xa lộ, hầu hết người sử dụng có tốc độ chuyển động gần không đổi chuyển động theo đường cố định xác định rõ ràng với phủ sóng vô tuyến số Trong trường hợp vậy, thời gian cư ngụ người sử dụng biến ngẫu nhiên có phân bố tập trung cao xung quanh giá trị trung bình thời gian cư ngụ Trái lại người sử dụng môi trường ô micro mật độ cao, thường xảy thay đổi thời gian cư ngụ lớn xung quanh giá trị trung bình thời gian cư ngụ thường ngắn nhiều so với thời gian tính theo hình học ô Rõ ràng thông số thống kê thời gian cư ngụ đóng vai trò quan trọng thiết kế thuật toán chuyển giao Chuyển giao thực với hỗ trợ máy di động MAHO (Mobile Assisted Handoff), tất máy di động đo công suất thu từ trạm xung quanh trạm gốc phục vụ liên tục báo cáo kết đo đến trạm gốc Chuyển giao khởi ~ 34 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền đầu công suất thu từ trạm gốc ô lân cận vượt công suất thu từ trạm thời mức quy định khoảng thời gian quy định Trong trình gọi, máy di động chuyển dịch từ hệ thống tổ ong sang hệ thống tổ ong khác điều khiển ASN-GW khác, xuất cần thiết chuyển giao hệ thống Một ASN-GW nhận nhiệm vụ chuyển giao hệ thống tín hiệu MS trở nên yếu ASN-GW phụ trách tìm thấy ô khác để chuyển giao gọi xảy Tồn nhiều vấn đề cản giải thực chuyển giao hệ thống Chẳng hạn gọi nột hạt trở thành gọi đường dài MS chuyển dịch hệ thống nhà trở thành khách hệ thống Ngoài cần xác định tương thích hai MS trước thực chuyển giao hệ thống Các hệ thống khác có sách lược phương pháp khác để quản lý yêu cầu chuyển giao Một số hệ thống xử lý yêu cầu chuyển giao giống cách mà chúng xử lý gọi khởi xướng Trong hệ thống xác suất mà yêu cầu chuyển giao không phục vụ với xác suất chặn gọi vào Tuy nhiên từ quan điểm người sử dụng việc gọi chừng chuyển giao gây khó chịu nhiều khởi xướng gọi mà không phục vụ Để cải thiện chất lượng dịch vụ, phương pháp khác thiết kế để ưu tiên yêu cầu chuyển giao so với yêu cầu khởi xướng gọi ấn định kênh Quét đo Để nhận biết môi trường vô tuyến động, BS phải ấn định thời gian cho MS để giám sát đo đạc điều kiện vô tuyến BS lân cận Quá trình gọi trình quét thời gian ấn định cho MS gọi khoảng quét Sau khoảng quét khoảng thời gian hoạt động bình thường khoảng thời gian gọi khoảng thời gian đan xen Để khởi đầu trình quét, BS phát tin MOB_SCN_REQ đặc tả độ dài khoảng quét cho MS số kiện mà MS cần quét Nhận tin MOB_SCN_REQ MS trả lời tin MOB_SCN_RSP Để giảm số lần trao đổi hai tin nói trên, BS hướng dẫn MS thực quét nhiều kiện Trong khoảng quét, MS đo thị cường độ tín hiệu thu RSSI tỷ số tín hiệu nhiễu cộng tạp âm SINR BS lân cận tùy chọn liên kết với số tất BS danh sách BS lân cận (MS thực mức độ định trình định cự ly với BS lân cận) ~ 35 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền Quá trình chuyển giao chọn lại ô Chuyển giao khởi xướng MS, BS hay từ phía mạng Quá trình chuyển giao WiMAX định nghĩa tập thủ tục định phép MS chuyển giao diện vô tuyến từ BS sang BS, thủ tục sau: + Chọn lại ô: Trong giai đoạn MS thực quét liên kết với hay nhiều BS lân cận để xác định BS phù hợp cho đích chuyển giao Sau thực chọn lại ô, MS trở lại hoạt động bình thường với BS phục vụ + Quyết định chuyển giao khởi đầu chuyển giao: Quá trình chuyển giao bắt đầu định MS để chuyển kết nối từ BS phục vụ sang BS đích Quyết định phụ thuộc vào việc thực + Đồng với BS đích: Sau xác định BS đích, MS thực đồng tuyến dẫn đường xuống MS bắt đầu xử lý tiền tố khung DL BS đích Tiền tố khung DL đảm bảo MS đồng thời gian tần số với BS đích + Định cự lý với BS đích: MS sử dụng kênh định cự ly để thực trình định cự ly ban đầu để đồng truyền dẫn đường lên với BS nhận thông tin định thời trước ban đầu mức công suất Quá trình định cự ly ban đầu giống trình sử dụng trình nhập mạng MS bỏ qua hay rút ngắn giai đoạn thực liên kết với BS đích giai đoạn chọn ô/quét + Kết thúc context với BS đích: Sau thiết lập kết nối với BS đích, MS định kết thúc kết nối với BS phục vụ Rớt gọi trình chuyển giao coi tình trạng MS dừng thông tin với BS phục vụ đường lên đường xuống trước hoàn thành chuỗi chuyển giao thông thường Khi MS phát rớt gọi, tìm cách thực thủ tục nhập lại mạng với BS đích để thiết lập lại kết nối với mạng ~ 36 ~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền TÀI LIỆU THAM KHẢO “Các mạng thông tin vô tuyến”, TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, 2013, HVCNBCVT “WiMAX Overview”, Parviz Yegani, 2005, Cisco Systems http://www.rfwireless-world.com/Terminology/wimax-network-interfacetypes.html ~ 37 ~ ... người nhìn tổng quan lớp MAC WiMAX ~2~ Lớp MAC WIMAX Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền MỤC LỤC ~3~ Lớp MAC WIMAX I Giảng viên: Phạm Thị Thúy Hiền TỔNG QUAN LỚP MAC Các tiêu chuẩn WIMAX IEEE 802.16-2009... tuyến WiMax trình bày cụ thể sau: Hình 3: cấu trúc lớp MAC WIMAX Lớp hội tụ đặc thù dịch vụ (SSCS), cung cấp giao diện với phần tử lớp Lớp thực chức sau: - Tiếp nhận PDU từ lớp cao ~6~ Lớp MAC WIMAX. .. chịu trách nhiệm chuyển đổi địa lớp cao địa IP SDU thành số nhận dạng kết nối lớp MAC lớp vật lý để truyền dẫn Chức cần thiết lớp PHY MAC mang hoàn toàn lớp WiMax MAC lớp định hướng theo kết nối,