Mạng không dây băng thông rộng wimax

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hµ néi - Luận văn thạc sĩ khoa học Mạng không dây băng thông rộng WiMAX: Các vấn đề công nghệ triển khai ứng dụng Chuyên ngành : xử lý thông tin truyền thông Nguyễn Hồng Hà Ngời hớng dẫn khoa học: Gs- ts Nguyễn Thúc Hải Hà néi 2006 -2- Môc lôc Môc lôc Các thuật ngữ viết tắt Danh môc h×nh Danh mơc b¶ng PhÇn mở đầu 10 Chơng I: Khái quát mạng cục không dây 13 1.1 Mở đầu 13 1.2 KiÕn tróc m¹ng 14 1.2.1 Mô hình tổ chức nguyên lý hoạt ®éng: 15 1.2.2 Mét sè tiªu chn kü tht tiĨu biĨu cho WLAN .16 1.2.2.1 IEEE 802.11 16 1.2.2.2 IEEE 802.11b 16 1.2.2.3 IEEE 802.11a 17 1.2.2.4 IEEE 802.11g 17 1.2.3 Các kỹ thuật điều chế .17 1.2.3.1 Kỹ thuật điều chế trải phổ (Spread Spetrum Technique) 19 1.2.3.2 Kỹ thuật điều chế phân chia theo tần sè trùc giao OFDM 23 1.2.4 KÕt nèi .24 1.2.5 NhËn thùc 25 1.2.6 Quản lý chất lợng dÞch vơ .26 1.2.7 B¶o mËt 26 1.3 Các dịch vụ mạng 27 1.3.1 Nhóm sử dụng cho mạng dùng riêng 27 1.3.1.1 ThiÕt lËp m¹ng cơc bé .27 1.3.1.2 Sử dụng cho cá nhân 27 1.3.2 Nhãm sư dơng cho phơc vụ điểm công cộng (Điểm nóng) .27 1.3.2.1 DÞch vơ truy nhËp Internet .28 1.3.2.2 ứng dụng đa phơng tiện 28 1.3.2.3 Dịch vụ thông tin .28 1.3.3 Nhóm sử dụng cho phủ sóng thị trấn thµnh nhá 28 1.4 KÕt luËn : 29 Chơng II: Giới thiệu mạng không dây băng thông rộng WiMAX 30 2.1 Mở đầu 30 2.2 Kiến trúc mạng không dây băng thông réng WiMAX 31 2.2.1 Mơc tiªu cđa c«ng nghƯ WiMAX 32 2.2.2 Cơ chế hoạt động WiMAX 34 2.2.3 Mô hình ứng dụng WiMAX .37 2.2.3.1 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX) 37 2.2.3.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động .38 2.2.4 C¸c chn cđa WiMAX 38 2.2.4.1 Tiªu chuÈn 802.16- 2004 38 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -3- 2.2.4.2 Tiªu chuÈn 802.16e 39 2.2.5 Băng tần dành cho WiMAX .39 2.2.5.1 Băng tần không cấp phép 40 2.2.5.2 Băng tần đợc cấp phép 40 2.2.6 Ph−¬ng thøc ®iỊu chÕ: 43 2.2.6.1 Ph−¬ng thøc OFDM 43 2.2.6.2 Ph−¬ng thøc OFDMA .44 2.2.7 Qu¶n lý chất lợng dịch vụ .45 2.2.8 B¶o mËt 45 2.3 Các dịch vụ ứng dụng mạng WiMAX 45 2.3.1 Mạng riêng .46 2.3.1.1 Các nhà cung cấp dịch vụ không dây Backhaul 46 2.3.1.2 Các mạng Ngân hàng 47 2.3.1.3 Mạng Giáo dục 48 2.3.1.4 An toàn công cộng 49 2.3.1.5 Liên lạc khơi .50 2.3.1.6 GhÐp nèi trờng đại học, cao đẳng .52 2.3.1.7 Xây dựng liên lạc tạm thời 52 2.3.1.8 Các công viên gi¶i trÝ 53 2.3.2 Mạng công cộng .53 2.3.2.1 Mạng truy nhập nhà cung cấp dịch vụ không dây 54 2.3.2.2 KÕt nèi n«ng th«n 55 2.4 So sánh công nghệ WiMAX vµ Wi-Fi 55 2.5 KÕt luËn 57 Chơng III Tiêu chuẩn IEEE 802.16 58 3.1 Më ®Çu 58 3.2 Sự phát triển tiêu chuÈn 802.16 .59 3.2.1 Tiªu chuÈn 802.16-2001 59 3.2.2 Tiªu chuÈn 802.16c-2002 .60 3.2.3 Tiªu chuÈn 802.16a-2003 60 3.2.4 Tiªu chuÈn 802.16- 2004 61 3.2.5 Tiêu chuẩn 802.16e phạm vi mở rộng 61 3.3 Các phân lớp giao thức phạm vi tiêu chuẩn IEEE 802.16 .61 3.4 Líp vËt lý (PHY) .63 3.4.1 C¸c hệ thống dải tần số 10-66 GHz 63 3.4.2 Các hệ thống dải tần sè 2-11 GHz 64 3.4.3 Quá trình kiểm soát lỗi 65 3.4.3.1 Phơng pháp hiệu chỉnh lỗi tiếp tới 65 3.4.3.2 Phơng pháp yêu cầu tái truyền tải tự động 66 3.4.4 Quá trình định khung (Framing) 66 3.4.4.1 Khung phơ ®−êng xuèng 66 3.4.4.2 Khung phụ đờng lên 70 3.4.5 Ph©n líp phơ héi tơ trun tải (TC) .71 3.5 Phân lớp kiểm soát truy nhập môi trờng truyền thông (MAC) .72 3.5.1 Sự định hớng kết nối .72 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -4- 3.5.2 D÷ liƯu MAC PDU 73 3.5.2.1 Mô tả PDU 73 3.5.2.2 CÊu tróc cđa MAC PDU 74 3.5.3 Các phân lớp phụ .76 3.5.3.1 Ph©n líp phơ héi tơ (CS) 76 3.5.3.2 Phân lớp phụ có phần chung víi ph©n líp MAC (MAC CPS) 77 3.5.3.3 Ph©n líp phơ thc tÝnh riªng 78 3.5.4 Kiểm soát liên kết sóng vô tuyến 78 3.5.5 Khởi tạo truy nhËp m¹ng 79 3.5.5.1 Quét (Scanning) đồng hoá đờng xuống .80 3.5.5.2 Các tham số truyền tải thu nhËn 80 3.5.5.3 §iỊu chỉnh nguồn điện xếp truyền tải 80 3.5.5.4 Thoả thuận công xuất xử lý 81 3.5.5.5 Trạm thuê bao đợc quyền thực thi trao đổi 81 3.5.5.6 Đăng ký .81 3.5.5.7 ThiÕt lËp kh¶ kết nối giao thức Internet (IP) 82 3.5.5.8 ThiÕt lËp giê cđa ngµy .82 3.5.5.9 Trun c¸c tham sè to¸n tö .82 3.5.5.10 ThiÕt lËp c¸c kÕt nèi 82 3.5.6 Những cấp phát ( Grants) yêu cầu độ rộng dải tần 83 3.5.6.1 Cấp phát kết nối ( GPC) 83 3.5.6.2 Cấp phát SS ( GPSS) 83 3.5.7 Các yêu cầu độ rộng dải tần 84 3.5.7.1 Các giai đoạn yêu cầu 84 3.5.7.2 Phần đầu yêu cầu độ rộng dải tần .85 3.5.7.3 Yêu cầu cõng (Piggyback Request) 85 3.5.8 KiĨm so¸t vßng (polling) .85 3.5.8.1 Kiểm soát vòng đơn hớng (unicast) 86 3.5.8.2 Kiểm soát vòng quảng bá (Broadcast) ®a h−íng (Multicast) .87 3.5.8.3 Bit thăm dß (Poll-Me Bit) 88 3.5.9 Các dịch vụ lập lịch trình đờng lên 89 3.5.9.1 DÞch vơ cÊp ph¸t mét c¸ch tù ngun 90 3.5.9.2 Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian thực 90 3.5.9.3 Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian không thực 91 3.5.9.4 Dịch vụ có nỗ lực cao (Best Effort Service) 91 3.5.10 Chất lợng dịch vụ 91 3.5.11 B¶o mËt 93 3.5.11.1 Mà hoá liệu gói tin .94 3.5.11.2 Giao thøc quản lý khoá 94 3.5.11.3 Những liên hợp bảo mật 95 3.6 KÕt luËn 95 CHƯƠNG IV Triển khai ứng dụng công nghệ WiMAX 96 4.1 Các yếu tố cần quan tâm triển khai công nghệ WiMAX 96 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -5- 4.1.1 Ph©n vïng d©n c− 96 4.1.2 Các dịch vụ cung cÊp .98 4.1.3 Tốc độ tiếp nhận thị trờng 99 4.1.4 Lùa chän d¶i tÇn sè 99 4.1.5 Các khoản chi phí đầu t .100 4.1.6 ThiÕt bÞ ®Çu cuèi 102 4.1.7 Các khoản chi phí vận hành 102 4.1.8 Mét sè kÕt ln triĨn khai kinh doanh dÞch vơ WiMAX 102 4.2 Tình hình triển khai công nghệ WiMAX ë mét sè n−íc trªn thÕ giíi 104 4.3 TriĨn khai c«ng nghƯ WiMAX ë ViƯt Nam 105 4.4 Phơng án thử nghiệm công nghệ WiMAX VNPT Lào Cai .108 4.4.1 Giới thiệu vỊ dù ¸n ABC/LMI WiMAX TRIAL 108 4.4.1.1 Mơc ®Ých 108 4.4.1.2 Vai trò bên tham gia 109 4.4.1.3 Địa điểm, đối tác địa phơng đợc lựa chọn 110 4.4.1.4 Qui mô thời gian thùc hiÖn 111 4.4.2 Những ứng dụng dự án 111 4.4.3 Phơng án kỹ thuật .112 4.4.3.1 Phơng án lựa chọn tần số thiết bị WiMAX 112 4.4.3.2 Sơ đồ kết nối tổng thể 114 4.4.3.3 Ph−¬ng ¸n triĨn khai t¹i tr¹m gèc (Base Station) 115 4.4.3.4 Phơng án triển khai ngời dùng đầu cuối (End user) .117 4.4.3.5 Phơng án triển khai ứng dụng VoIP 118 4.4.3.6 Phơng án triĨn khai øng dơng Community Portal 120 4.4.4 TriĨn khai c«ng viƯc 120 4.4.4.1 Công việc khảo sát thiết kế dự án: 120 4.4.4.2 Đầu t− trang thiÕt bÞ cho øng dơng VoIP 121 4.4.4.3 Đầu t trang thiết bị cho øng dơng Community Portal 121 4.4.4.4 C«ng viƯc vËn hµnh øng dơng thêi gian thư nghiƯm .122 4.4.4.5 C«ng viƯc triĨn khai øng dơng thêi gian thư nghiƯm 122 4.4.5 HƯ thèng trun dÉn : 123 4.4.5.1 Đầu t trang thiÕt bÞ cho hƯ thèng WiMAX 123 4.4.5.2 Đầu t trang thiết bị để kết nối tíi IP backbone 124 4.4.5.3 C«ng viƯc vËn hµnh hƯ thèng thêi gian thư nghiƯm .124 4.4.5.5 C«ng viƯc triĨn khai hƯ thèng thêi gian thư nghiệm 125 4.4.6 Chính sách ngời dùng đầu cuèi (End user) 125 4.4.7 KÕ ho¹ch thùc hiÖn 126 4.5 Đánh giá, nhận xét công nghệ WiMAX 126 4.5.1 Đánh giá mặt kü tht, c«ng nghƯ .126 4.5.2 Đánh giá hiệu kinh doanh Việt Nam 128 4.6 KÕt luËn 130 KÕt luËn 132 Tài liệu tham khảo 134 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -6- Các thuật ngữ viết tắt AES AP ARG ARQ ATM BS CBR CID CPS CS DAMA DCD DHCP DL-MAP FDD FEC GFR GPC GPSS IE IEEE IP LAN LOS MAC NLOS OFDM OFDMA OSI PDU PHY PKM PMP PTP QAM QPSK QoS REG-REQ Advanced Encryption Standard Access Point Amphibious Readiness Group Automatic Retransmission Request Asynchronous Transfer Mode Base Station Constant Bit Rate Connection Identifier Common Part Sublayer Convergence Sublayer Demand Assigned Multiple Access Downlink Channel Descriptor Dynamic Host Configuration Protocol Downlink Map Frequency Division Duplexing Forward Error Correction Guaranteed Frame Rate Grant Per Connection Grant Per Subscriber Station Information Element Institute of Electrical and Electronics Engineers Internet Protocol Local Area Network Line of Sight Medium Access Control Non-Line of Sight Orthogonal frequency-division multiplexing Orthogonal frequency-division multiplexing access Open Systems Interconnect Protocol Data Units Physical Layer Privacy Key Management Point-to-Multipoint Point-to-Point Quadrature Amplitude Modulation Quadrature Phase Shift Keying Quality of Service Registration Request Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -7- REG-RSP RF RLC RNG-REQ RNG-RSP SA SDU SOHO SS TC TDMA TDD TDM UCD UDP UIUC UL-MAP VLAN WAN WEP WiMAX WLAN Registration Response Radio Frequency Radio Link Controller Ranging Request Ranging Response Security Association Service Data Unit Small Office / Home Office Subscriber Station Transmission Convergence Time Division Multiple Access Time Division Duplexing Time Division Multiplexing Uplink Channel Descriptor User Datagram Protocol Uplink Interval Usage Code Uplink Map Virtual Local Area Network Wide Area Network Wireless Equivalent Privacy Worldwide Interoperability for Microwave Access Wireless Local Area Network Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -8- Danh mục hình Hình 1.1: Vị trí tiêu chuẩn IEEE 802.11 mô hình mạng OSI 15 Hình 1.2: Cấu hình mạng Wi-Fi 16 Hình 1.3: Nguyên lý trải phổ 19 Hình 1.4: Nguyên lý trải phổ dÃy trực tiếp có thành phần nhiễu băng hẹp 20 H×nh 1.5: Phỉ cđa tÝn hiƯu OFDM 24 Hình 1.6: Mô hình kết nèi cđa m¹ng Wi-Fi 25 Hình 2.1: Mô hình hoạt động WiMAX 35 Hình 2.2: Mô hình ứng dụng mạng WiMAX cố định 37 Hình 2.3: Các bớc thực OFDMA máy phát 44 Hình 2.4: ứng dụng cung cấp dịnh vụ không dây 47 Hình 2.5: ứng dụng mạng Ngân hàng 48 Hình 2.6: ứng dụng mạng Giáo dục 49 H×nh 2.7: øng dụng cho An toàn công cộng 50 Hình 2.8: ứng dụng cho liên lạc khơi 51 Hình 2.9: ứng dụng cho xây dựng liên lạc tạm thời 53 Hình 2.10: øng dơng cho kÕt nèi n«ng th«n 55 Hình 3.1: Phân lớp giao thøc tiªu chuÈn 802.16 62 Hình 3.2: Cấu trúc khung phụ đờng xuống TDD 67 H×nh 3.3: CÊu tróc khung phơ ®−êng xng 70 Hình 3.4 : Cấu trúc khung phụ đờng lên 70 H×nh 3.5: Sự định dạng TC PDU 72 Hình 3.6: PDU SDU ngăn xếp giao thức 74 Hình 3.7: Quá trình xây dựng cấu trúc MAC PDU 75 H×nh 3.8: Tr×nh bày phân loại trình tự ánh xạ trạm BS SS 78 Hình 3.9: Tổng quan trình khởi tạo trạm thuê bao 80 Hình 3.10: Kiểm soát vòng đơn hớng 87 Hình 3.11: Lợc đồ đờng lên với phần tử thông tin quảng bá đa hớng 88 Hình 3.12: Trình bày trình sử dụng bit thăm dò 89 Hình 3.13: Trình bày định dạng MAC PDU mà hoá 94 Hình 4.1: Môhình triển khai WiMAX 104 Hình 4.2: Sơ đồ kết nối tổng thể 115 H×nh 4.3: Sơ đồ kết nối trạm gốc (Base Station) 116 Hình 4.4: Sơ đồ kết nối ngời dùng đầu cuối (End-user) 118 Hình 4.5: Sơ đồ kết nối cho ứng dụng VoIP 119 H×nh 4.6: Sơ đồ kết nối cho ứng dụng Web Server 120 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -9- Danh mục bảng Bảng 3.1: Định dạng thông điệp DL- MAP 68 Bảng 3.2: Định dạng thông ®iƯp UL-MAP 69 B¶ng 3.3: Cung cÊp mét thÝ dơ vỊ chÝnh s¸ch trun tải theo yêu cầu 93 Bảng 4.1: Đặc ®iĨm cđa tõng vïng 98 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -10- Phần mở đầu Mạng không dây bớc tiến lớn ngành máy tính Dấu mốc quan trọng cho mạng không dây diễn tiến trình đến chuẩn chung đợc khởi động Trớc đó, nhà cung cấp thiết bị không dây dùng cho mạng LAN phát triển sản phẩm độc quyền, thiết bị hÃng liên lạc đợc với hÃng khác Nhờ thành công mạng hữu tuyến Ethernet, số công ty bắt đầu nhận việc xác lập chuẩn không dây chung quan trọng Vì ngời tiêu dùng dễ dàng chấp nhận công nghệ họ không bị bó hẹp sản phẩm dịch vụ hÃng cụ thể Chuẩn không dây thức đợc ban hành năm 1997 Sau có phiên chuẩn, 802.11b (Hoạt động băng tần 2,4 GHz) 802.11a (Hoạt động băng tần 5,8 GHz), lần lợt đợc phê duyệt Vào tháng 8/1999, Liên minh tơng thích Ethernet không dây WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) đợc thành lập sau đổi tên thành liên minh Wi-Fi Mục tiêu hoạt động tổ chức WECA xác nhận sản phẩm nhà cung cấp phải tơng thích thực với Nh công nghệ kết nối cục không dây đà đợc chuẩn hóa, có tên thèng nhÊt Wi-Fi Nh÷ng ng−êi −a thÝch Wi-Fi tin r»ng công nghệ gạt lề hết kỹ thuật kết nối không dây khác Tuy nhiên, vài năm gần đây, hệ mạng dựa công nghệ WiMAX, hay gọi theo tên kỹ thuật 802.16, đà đời trở nên phổ dụng WiMAX phiên phủ sóng diện rộng Wi-Fi với thông lợng tối đa lên đến 70 Mb/giây tầm xa lên tới 50 km, so với 50 m cđa Wi-Fi hiƯn Ngoµi ra, Wi-Fi cho phép truy cập nơi cố định có thiết bị hotspot (Giống nh hộp điện thoại công cộng) WiMAX bao trùm thành phố nhiều tỉnh thành giống nh mạng điện thoại di động Một tơng lai hứa hẹn đón chờ WiMAX Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -121- - Thu thập thông tin: Thiết lập kênh thông tin, thu thập thông tin, làm việc với lÃnh đạo tỉnh Lào Cai, làm việc với lÃnh đạo Sở Bu Viễn thông Lào Cai, với đại diện điểm dự kiến tham gia thử nghiệm Lào Cai - Khảo sát/thiết kế kỹ thuật: Tiến hành khảo sát Base Station (Bu điện tỉnh Lào Cai) địa điểm đầu cuối Thiết kế kỹ thuật cho việc đấu nối triển khai ứng dụng - Lập dự án: Thiết kế thành dự án hoàn chỉnh bao gồm phần tài kỹ thuật cho dự án 4.4.4.2 Đầu t trang thiÕt bÞ cho øng dơng VoIP - SIP Server Software: Phần mềm để chạy ứng dụng VoIP - SIP Server : Phần cứng để chạy phần mềm SIP Server Software - Voice Gateway (Mediatrix): Thiết bị để kết nối mạng PSTN mạng - Trang bị thiết bị VoIP đầu cuối cho ngời dùng (VoIP handset): Thiết bị VoIP đầu cuối cho ngời dùng thiết bị VoIP handset Ngời dùng đầu cuối dùng thiết bị để liên lạc với - Trang bị thiết bị Wi-Fi Access Point cho số đầu cuối: Các Wi-Fi Access Point vừa có chức mở rộng truy nhập Internet, vừa có chức làm điểm truy nhập cho Wi-Fi VoIP handset (Thiết bị VoIP cầm tay hoạt động dựa mạng Wi-Fi) 4.4.4.3 Đầu t trang thiết bị cho ứng dụng Community Portal - Mua Server làm WebServer: Server dùng làm WebServer đợc đặt VDC - Mua sở liệu công nghệ: Mua sở liệu khuyến nông tiểu thủ công nghiệp - Mua PC trang bị cho đầu cuối: Máy tính đợc trang bị cho 20 điểm thử nghiệm Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -122- - Mua UPS trang bị cho đầu cuối: Bộ lu điện ổn áp để đảm bảo cho máy tính hoạt động bình thờng môi trờng điện nông thôn - Mua Switch port : Switch đợc trang bị cho 20 đầu cuối để kết nối tới vài máy tính IP Phone - Trang bị phần mềm hệ điều hành : Window Server 2003 - Trang bị phần mềm để chạy sở liệu : SQL Server 2000 - Mua c¸c phơ kiƯn : C¸c phơ kiƯn để vận hành hệ thống nh ổ cắm, dây điện vv 4.4.4.4 Công việc vận hành ứng dụng thời gian thư nghiƯm - ®−êng trung kÕ PSTN: Duy trì đờng trung kế PSTN tháng thử nghiệm - Web Server Location: Duy trì chỗ đặt máy chủ Web Server, cung cấp nguồn điện kết nối tới IP backbone VDC tháng thử nghiệm - VoIP SIP Server Location: Duy trì chỗ đặt máy chủ VoIP SIP Server, cung cấp nguồn điện kết nối tới IP backbone VDC tháng thử nghiệm - Hỗ trợ kỹ thuật, bảo trì, bảo dỡng cho 20 điểm đầu cuối: Thuê chuyên gia hỗ trợ địa phơng tháng thử nghiệm - Hỗ trợ kỹ thuật cho toàn hệ thống đặt VDC: Chuyên gia từ VDC hỗ trợ vấn đề kü tht ph¸t sinh thêi gian th¸ng thư nghiƯm 4.4.4.5 C«ng viƯc triĨn khai øng dơng thêi gian thử nghiệm - Cài đặt thiết bị ®Çu ci: PC, Switch, IP Phone, kÕt nèi tíi CPE Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -123- - Đăng ký đờng trung kế PSTN : Đăng ký thuê bao điện thoại kéo dây đến tận phòng máy Đài viễn thông bu điện tỉnh Lào Cai - Cấu hình chặn gọi liên tỉnh, quốc tế di động cho đờng trung kế PSTN: Cấu hình tổng đài điện thoại để chặn line điện thoại gọi liên tỉnh, quốc tế di động - Chuẩn bị chỗ đặt VoIP SIP Server Global IP address: Chuẩn bị chỗ đặt máy chủ VoIP SIP Server, chuẩn bị nguồn điện, chuẩn bị kết nối tới IP Backbone, VDC Gán địa Global IP address cho VoIP SIP Server cấu hình Router để địa IP đợc định tuyến Internet - Cài đặt cấu hình VoIP SIP Server Voice Gateway: Cài đặt cấu hình phần mềm xử lý gọi nh cài đặt Voice Gateway - Phát triển Portal tích hợp sở liệu nông nghiệp, tiểu thủ công nghiệp: Thiết lập cổng thông tin điện tử tích hợp sở liệu nông nghiệp tiểu thủ công nghiêp để ngời dân tra cứu, trao đổi hàng hóa, giới thiệu tiềm sản phẩm - Chuẩn bị chỗ đặt Web Server Global IP address: Chuẩn bị chỗ đặt máy chủ Web Server, chuẩn bị nguồn điện, chuẩn bị kết nối tới IP Backbone, VDC Gán địa Global IP address cho Web Server Server cấu hình Router để địa IP đợc định tuyến Internet - Đào tạo kỹ s vận hành ứng dụng: Đào tạo cho kỹ s Bu điện Lào Cai cách vận hành ứng dụng - Đào tạo ngời dùng : Đào tạo cách kết nối vào Internet, cách tìm thông tin, cách tra cøu th«ng tin 4.4.5 HƯ thèng trun dÉn : 4.4.5.1 Đầu t trang thiết bị cho hệ thống WiMAX Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -124- - AP WiMAX: ThiÕt bÞ cung cÊp truy nhËp WiMAX, đợc đặt Base Station - CPE : 20 CPE, thiết bị để thu/phát tín hiệu WiMAX phía ngời dùng đầu cuối - BreezeLite Software (NMS): Phần mềm để quản lý CPE Base Station - Máy tính để chạy phần mềm BreezeLite: Là thiết bị phần cứng để chạy phần mềm BreezeLite 4.4.5.2 Đầu t trang thiết bị để kết nối tới IP backbone - ADSL Modem/Router: Thiết bị Modem+Router để kết nối tới mạng ADSL - Cisco Switch: Thiết bị để kết nối AP, NMS Server, Voice Gateway tíi Modem ADSL 4.4.5.3 C«ng viƯc vËn hµnh hƯ thèng thêi gian thư nghiƯm - VËn hành hoạt động WiMAX Antenna hệ thống dây dẫn Base Station cột Antenna hệ thống máng cáp BĐ Lào Cai - Vận hành buồng máy đặt thiết bị, bao gồm hệ thống điện điều hoà: Buồng máy đợc sử dụng buồng máy Bu điện Lào Cai - Chuyên gia để bảo trì hỗ trợ kỹ thuật cho hệ thống WiMAX Base Station: Chuyên gia để xử lý trực tiếp vấn đề Base Station (BĐ Lào Cai) tháng thử nghiệm - Hỗ trợ kỹ thuật hệ thống WiMAX End users: Thuê chuyên gia địa phơng để hỗ trợ kỹ thuật thiết bị WiMAX điểm đầu cuối tháng thử nghiệm - Quản trị kỹ thuật cấp cao cho toàn hệ thống WiMAX: Quản trị kỹ thuật cấp cao cho toàn bé hƯ thèng, tõ End user ®Õn Base Station tháng thử nghiệm Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -125- 4.4.5.5 Công việc triển khai hƯ thèng thêi gian thư nghiƯm - Xin giÊy phÐp thư nghiƯm WiMAX - Xin cÊp phÐp tÇn sè thử nghiệm trả tiển thuê tần số thử nghiệm: Xin cấp phép toán cho Cục Tần số chi phí thuê tần số thời gian thử nghiệm - Lắp ráp Antenna lên tháp Antenna lắp dây dẫn lên hệ thống máng cáp Base Station: WiMAX Antenna đợc lắp lên tháp Antenna bu điện tỉnh Lào Cai Dây dẫn đợc lắp lên hệ thống máng cáp bu điện Lào Cai từ WiMAX Antenna tận buồng máy - Chuẩn bị không gian để lắp đặt thiết bị WiMAX, bao gồm hệ thống nguồn điện hệ thống điều hoà - Lắp ráp cấu hình WiMAX Access Point Server NMS: Lắp ráp thiết bị WiMAX Access Point Server NMS (Server quản lý) phòng máy bu điện tỉnh Lào Cai - Cấp giải địa Static IP address để thiết bị Base Station đợc gán địa Static IP address: Các thiết bị Base Station (WiMAX Access Point Server NMS) có khả đợc quản trị khắc phục từ xa - Cung cấp đòng Internet ADSL Up/Down: 1/8 Mbps: Cung cấp đờng Internet cho hƯ thèng thư nghiƯm WiMAX - CÊu h×nh DSLAM/BRAS bu điện Lào Cai: Cấu hình DSLAM/BRAS để có đờng ADSL đặc biết với tốc độ Up/Down (1/8 Mbps) Cấu hình BRAS mặt Routing để WiMAX Access Point Server NMS có khả đợc định tuyến Internet - Đào tạo chuyên gia để vận hành hệ thống WiMAX - Đào tạo ngời dùng đầu cuối cách sử dụng WiMAX CPE 4.4.6 Chính sách ngời dùng đầu cuối (End user) Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -126- * Về thiết bị: Mỗi đầu cuối đợc trang bị mét vµi PC, UPS, Switch Port vµ một vài IP Phone với WiMAX CPE * Về dịch vụ: Ngời dùng đầu cuối có hội sử dụng Internet thực gọi nội tỉnh (Tỉnh Lào Cai) miễn phí thời gian thử nghiệm (6 tháng) 4.4.7 Kế hoạch thực Tháng - tháng 4: Khảo sát, thiết lËp dù ¸n Th¸ng - th¸ng 5: NhËp khÈu mua thiết bị Tháng - tháng 6: Cài đặt chạy thử hệ thống Tháng - tháng 12: VËn hµnh hƯ thèng thêi gian cđa dù ¸n Th¸ng 12: NghiƯm thu dù ¸n 4.5 §¸nh gi¸, nhËn xÐt vỊ c«ng nghƯ WiMAX C«ng nghƯ WiMAX cha đợc triển khai ứng dụng rộng rÃi khắp giới nh công nghệ băng thông rộng: xDSL, Cable Modem hay nh Wi-Fi nhng với đợc thử nghiệm giới với kết tổng hợp phân tích thấy tơng lai WiMAX trở thành công nghệ mũi nhọn đem lại hiểu kinh doanh cao cho nhà cung cấp dịch vụ nh lợi ích cho ngời tiêu dùng Để đánh giá nhận xét công nghệ này, phân tích đánh giá hai mặt: Kỹ thuật, công nghệ Hiệu kinh doanh 4.5.1 Đánh giá mặt kỹ thuật, công nghệ Công nghệ WiMAX công nghệ không dây băng thông rộng mạng đô thị (WMAN) dùa trªn hä tiªu chn IEEE 802.16 Víi bé tiêu chuẩn này, WiMAX đà có đợc u điểm hẳn mạng Wi-Fi nh : Phạm vi truyền tải lên tới bán kính 50 Km Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -127- Tốc độ truyền tải : 70 Mb/s Chất lợng dịch vụ đợc quản lý tốt Mức độ bảo mật cao Tuy nhiên mặt kỹ thuật công nghệ WiMAX số điểm cần phải xem xét ã Bảo mật tiêu chuẩn 802.16 Tuy đà có nhiều cải tiến so với công nghệ Wi-Fi nh ®· ¸p dơng c¸c chn m· ho¸ cao cÊp AES, DES có phân lớp làm nhiệm vụ bảo mật riêng, nhng nhìn chung độ bảo mật tiêu chuẩn 802.16 cha đảm bảo an toàn tuyệt đối Do tiêu chuẩn 802.16 đợc thiết kế kiểm tra bảo mật phòng thí nghiệm hay dự án nhỏ lẻ cha triển khai rộng khắp cha bộc lộ hết lỗ hổng vấn đề bảo mật Các Hacker công mạng cách giả mạo trạm sở (BS) làm cho trình quét xử lý trạm thuê bao (SS) không thực đợc nhng điểm yếu tiêu chuẩn 802.16 trạm thuê bao (SS) có giấy chứng nhận X.509 đợc cấp nhà sản xuất để trạm sở (BS) thẩm định quyền đăng ký truy nhập nhng thân trạm (BS) giấy chứng nhận để trạm (SS) biết có trạm (BS) thực trạm (BS) giả mạo Việc sử dụng giấy chứng nhận X.509 để thẩm định quyền cho trạm thuê bao (SS) khó khăn lớn cho vấn đề quản lý giấy chứng nhận nhà sản xuất thiết bị để đảm bảo tính thao tác phần công nghệ WiMAX tức thiết bị hÃng khác đợc dùng chung với ã Băng tần sử dụng WiMAX Vì công nghệ WiMAX công nghệ không dây nên vấn đề khai thác sử dụng băng tần cách có hiệu quan trọng Nh đà đợc trình bày chơng II, có nhiều dải băng tần đợc sử dụng công nghệ WiMAX Tuy nhiên Việt Nam phần lớn băng tần Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -128- đà đợc sử dụng dịch vụ khác nh: Phát truyền hình, điện thoại di động, vô tuyến hàng hải, hàng không Điều dẫn đến triển khai công nghệ WiMAX, phủ cần phải có sách qui hoạch băng tần cụ thể để cấp cho nhà cung cấp dịch vụ tránh trờng hợp chồng chéo gây nhiễu sóng ảnh hởng đến chất lợng dịch vụ sau Hiện tiêu chuẩn 802.16-2004 đề cập đến dải tần số 2-11 GHz để khai thác hiệu phơng thức truyền tải NLOS Tuy nhiên dải tần đà đợc phân chia làm nhiều băng tần cho nhiều dịch vụ sử dụng cần quan tâm khai thác đến dải tần số cao từ 10 - 66 GHz Tất nhiên với tần số cao bớc sóng nhỏ dẫn đến chất lợng truyền giảm vật cản nh−ng chóng ta cã thĨ ¸p dơng cho c¸c trun tải phạm vi hẹp nh Backhaul đem lại hiệu cao kinh doanh ã Vấn đề quản lý chất lợng dịch vụ: Mặc dù tiêu chn 802.16 ®· sư dơng mét bé tham sè trình thiết lập luồng dịch vụ để qui định yêu cầu chất lợng dịch vụ cần đợc hỗ trợ nhng chất lợng dịch vụ công nghệ WiMAX phụ thuộc vào số lợng ngời dùng dải băng tần hạn chế nh phụ thuộc vào đờng truyền mạng trục kết nối quốc tế ã Vấn đề tính cớc (Billing) Trong tài liệu mà luận văn đà tổng hợp cha đề cập chi tiết đến tính cớc kể phơng án thử nghiệm VNPT tỉnh Lào cai Đây vấn đề cần quan tâm Hàn quốc để sử dụng đợc dịch vụ khách hàng phải mua thẻ để cài vào máy tính Sau hàng tháng khách hàng trả cớc theo lu lợng gửi nhận Những thẻ đợc nhà sản xuất thiết bị sản xuất độc lập nhng phải đảm bảo tính tơng thích thiết bị phải đáp ứng yêu cầu vấn đề bảo mật nh tiêu chuẩn 802.16 đà đề cập 4.5.2 Đánh giá hiệu kinh doanh Việt Nam Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -129- Hiện nay, lĩnh vực viễn thông công nghệ thông tin đợc phát triển mạnh mẽ Việt nam, đặc biệt dịch vụ: Truy nhập Internet, điện thoại di động VoIP Để phát triển đợc dịch vụ nhiều công nghệ băng thông rộng đợc áp dụng Việt Nam Đặc biệt từ năm 2003 đến nay, công nghệ ADSL đợc triển khai rộng rÃi toàn quốc với xấp xỉ nửa triệu thuê bao đà đem lại hiệu kinh doanh cao dịch vụ có u điểm vợt trội so với dịch vơ truy nhËp qua Dial up: Nh− tèc ®é truy nhập cao lên đến Mbps so với 56 Kbps dịch vụ Dial up Tuy nhiên dịch vụ ADSL nhiều hạn chế nh: Phải kéo cáp đến nhà thuê bao, suy hao tín hiệu lớn đờng truyền dẫn khoảng cách từ DSLAM đến nhà thuê bao ngắn khoảng km Chính với u điểm nh sử dụng sóng vô tuyến để truyền tải tín hiệu không cần dây cáp, khoảng cách truyền tải xa, tốc độ truyền tải lên đên 70 Mb/s, công nghệ WiMAX công nghệ u việt để nhà kinh doanh lựa chọn triển khai khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa nơi dân c đông đúc khó triển khai kéo cáp đến nhà thuê bao Ngoài với u điểm mình, công nghệ WiMAX công nghệ đợc lựa chọn cho ứng dụng đặc biệt nh: An toàn công cộng, công viên giải trí hay liên lạc khơi (Giàn khoan dầu khí) Công nghệ WiMAX cạnh tranh mạnh mẽ với dịch vụ xDSL trí với dịch vụ điện thoại di động (3G) Tuy nhiên điều phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh nhà sản xuất thiết bị, thống tiêu chuẩn nh giá thành thiết bị Ngoài vấn đề thiết bị, cần quan tâm đến băng thông kết nối quốc tế Vì u điểm công nghệ WiMAX truyền tải với tốc độ cao nhng công nghệ phải kết nối vào mạng trục để cung cấp dịch vụ cho thuê bao Nh phơng án thử nghiệm tỉnh Lào Cai, mạng WiMAX đà đợc kết nối vào mạng Internet thông qua đờng truyền dẫn ADSL với tốc độ đờng Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -130- xuống Mbps đờng lên Mbps Nếu nh sau triển khai cung cấp dịch vụ WiMAX mà nhà cung cấp dịch vụ không để ý đến vấn đề băng thông kết nối quốc tế không khai thác đợc hết u điểm mạng WiMAX Hiện công nghệ WiMAX đợc số đơn vị triển khai thử nghiệm ®ã cã Tỉng c«ng ty BCVT ®ang triĨn khai m« hình WiMAX cố định tỉnh Lao Cai Sau c¸c cc thư nghiƯm kÕt thóc, Bé B−u chÝnh viƠn thông đánh giá chất lợng nh hiệu kinh doanh dịch vụ WiMAX để cấp phép cho nhà cung cấp dịch vụ triển khai đa dịch vụ WiMAX thị trờng Để sẵn sàng triển khai công nghệ WiMAX địa bàn TP Hà nội, nhà cung cấp dịch vụ cần phải quan tâm ®Õn mét sè vÊn ®Ò sau: − Lùa chän ®èi tác qui mô thực Các ứng dụng đa vào khai thác Lựa chọn băng tần thiết bị sử dụng Thiết kế xây dựng hệ thống truyền dẫn Các vấn đề nhận thực tính cớc Ngoài nhà cung cấp cần phải quan tâm đến đặc điểm địa hình nh số lợng nhà cung cấp dịch vụ không dây để đảm bảo chất lợng dịch vụ chẳng hạn nh tốc độ phát triển hạ tầng kiến trúc thành phố, tơng lai có nhiều nhà cao tầng đợc xây dựng ảnh hởng đến truyền sóng mạng WiMAX 4.6 Kết luận Chơng IV trình bày tình hình triển khai ứng dụng công nghệ WiMAX giới Việt Nam, đồng thời đa yếu tố cần quan tâm triển khai công nghệ WiMAX nh phân vùng dân c, lựa chọn dải tần khoản chi phí đầu t, thiết bị, vận hành Điều giúp cho doanh nghiệp chuẩn bị triển khai dịch vụ có lựa chọn phù hợp để Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -131- đạt hiệu cao kinh doanh Qua chơng này, biết đợc tình hình triển khai dịch vụ WiMAX giới đặc biệt Hàn quốc số quốc gia khác đồng thời biết đợc đơn vị đợc phép triển khai thử nghiệm dịch vụ Việt Nam Ngoài chơng trình bày cụ thể phơng án thử nghiệm dịch vụ WiMAX tỉnh Lào Cai VNPT- đơn vị tiếng lĩnh vực truyền thông Việt Nam đánh giá nhận xét mặt kỹ thuật, công nghệ nh hiệu qua kinh doanh công nghệ WiMAX Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -132- Kết luận Sau thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn, tác giả đà đạt đợc số kết khả quan công việc nghiên cứu công nghệ mạng không dây băng thông rộng WiMAX mô hình cung cấp dịch vụ mạng không dây băng thông rộng WiMAX phù hợp với hạ tầng sở Việt Nam Luận văn đà thực đợc tất nội dung đạt đợc mục tiêu đà đề nh đề cơng đợc duyệt Các kết đạt đợc bao gồm: Nắm bắt đợc vấn đề công nghệ không dây băng thông rộng bao gồm mạng Wi-Fi mạng WiMAX Nắm bắt đợc mô hình ứng dụng WiMAX Nghiên cứu tiêu chuẩn 802.16 - tiêu chuẩn mà mạng WiMAX sử dụng Nắm bắt đợc yêu cầu kỹ thuật xây dựng mạng WiMAX Nghiên cứu phơng án thử nghiệm công nghệ WiMAX tØnh Lµo Cai cđa VNPT Víi viƯc triĨn khai thư nghiƯm c«ng nghƯ WiMAX cđa Tỉng c«ng ty BCVT ViƯt Nam Lào Cai hứa hẹn đạt đợc kết tốt đẹp, thời gian tới khách hàng đợc sử dụng dịch vụ với tính vợt trội so với dịch vụ băng thông rộng Mặc dù đà có nhiều cố gắng nghiên cứu thực đề tài, nhng thời gian trình độ có hạn, nh tài liệu phơng tiện để nghiên cứu hạn chế, chắn luận văn không tránh khỏi nhiều thiếu sót Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Nguyễn Thúc Hải đà tận tình giảng dạy hớng dẫn em hoàn thành luận văn Em xin bầy tỏ lòng biết ơn tới thầy, cô anh, chị khoa CNTT Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -133- Trung tâm đào tạo sau đại học đà nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ em suèt thêi gian häc tËp võa qua T¸c giả xin chân thành cảm ơn bạn học đồng nghiệp đà giúp đỡ qúa trình học tËp, nghiªn cøu Mét sè h−íng tiÕp tơc nghiªn cøu : - Nghiên cứu thêm bảo mật, lỗ hổng bảo mật mạng Wi-Fi WiMAX - Nghiªn cøu vỊ chn IEEE 802.16e - tiªu chn dùng cho WiMAX di động đợc ban hành cuối năm 2005 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -134- Tài liệu tham khảo Tiếng Anh Arkoudi-Vafea Aikaterini (2006), Security of IEEE 802.16, Royal Institute of Technology Derrick D Boom (2004), Dennial of service vulnerabilities in IEEE 802.16, Naval postgraduate School, Monterey, California Robert J Guice, Ramon J Munoz (2004), IEEE 802.16 Commercial off the shelf (cots) technologies as a compliment to ship to objective maneuver (stom) communications, Naval postgraduate School, Monterey, California ARC chart Ltd (2003), WiMAX: The Critical Wireless Standard 802.16 and other broadband wireless options, London, UK Carl Eklund, Roger B Marks, Kenneth L Stanwood (2002), A Technical Overview of the WirelessMAN -Air Interface for Broadband Wireless Access, IEEE Communications Magazin Arunabha Ghosh, David R Wolter, Jeffrey G.Andrews, Runhua chen, (2005), Broadband Wireless Access with WiMAX/8O2.16: Current Performance Benchmarks and Future Potential, IEEE Communications Magazin Michel Barbeau (2005), WiMAX/802.16 Threat Analysis, School of Computer Science, Carleton University, Canada Jakub Wolnicki (2005), The IEEE 802.16 WiMAX Broadband Wireless Access; Physical Layer (PHY), Medium Access Control Layer (MAC), Radio Resource Management (RRM), Seminal on Topics in Communications Engineering, Munich University of Technology Michael W Thelander (2005), WiMAX Opportunities and Challenges in a Wireless World, Signals Research Group 10 P.Nicopolitidis, M.S.Obaidat, G.I Papadimitriou, A.S Pomportsis (2003), Wireless Networks, Jonhn Wiley & Sons Ltd 11 WiMAX Forum (2004), Fixed Broadband Wireless Access based on WiMAX Technology and the 802.16 Standard 12 WiMAX Forum (2005), Can WiMAX Address your Applications, Westech communication Inc TiÕng ViƯt 13 Bé B−u chÝnh viƠn thông (2004), Báo cáo mạng Wi-Fi, Hà nội 14 Công ty Điện toán truyền số liệu VDC (2006), Phơng án triển khai thử nghiệm WiMAX tỉnh Lào Cai, Hà nội Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 -135- 15 T¹p chÝ BCVT (2006), "WiMAX giải pháp không dây vơn tới cự ly xa" http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=16508 16 Minh Đức (2006), "Băng rộng không dây sẵn sàng cất cánh", tạp chí BCVT CNTT kỳ số 2/2006 http://www.vnmedia.vn/newsdetail.asp?CatId=279&NewsId=54831 17 Lê Văn Tuấn (2006), "Các băng tần WiMAX", tạp chí BCVT CNTT kỳ 1số 5/2006 http://www.vnmedia.vn/newsdetail.asp?NewsId=54853&CatId=279 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004 - 2006 ... cứu mạng không dây băng thông rộng WiMAX, nhằm chuẩn bị kiến thức cần thiết, làm chủ công nghệ để sẵn sàng đáp ứng yêu cầu Mục đích đề tài: ã Nghiên cứu mạng không dây đặc biệt mạng không dây băng. .. quan đến kiến trúc mạng, dịch vụ mạng cục không dây Chơng 2: Giới thiệu mạng không dây băng thông rộng WiMAX Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2004... dịch vụ giảm giá thành dịch vụ cho ngời sử dụng 2.2 Kiến trúc mạng không dây băng thông rộng WiMAX WiMAX công nghệ không dây băng thông rộng có đợc hỗ trợ phổ biến ngành công nghiệp điện tử máy tính