Tìm hiểu công nghệ không dây wimax và ứng dụng

Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Tr-ờng đại học vinh Khoa công nghệ thông tin - - đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài: Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Giáo viên h-ớng dẫn: Ths Nguyễn Thị Minh Tâm Sinh viên thực hiện: Hồ Sỹ Thùy 45k_cntt Lớp: Vinh, tháng năm 2009 Hồ Sỹ Thùy Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Lời nói đầu Trong năm trở lại đây, công nghệ không dây đ-ợc đề cập đến nhiều đ-ợc coi giải pháp cho nhiều loại hình mạng Trong trình học tập tr-ờng Đại học Vinh, em đà đ-ợc đọc tham khảo tài liệu công nghệ Và số có công nghệ xuất có -u điểm v-ợt trội so với công nghệ tr-ớc công nghệ Wimax Dù Wimax đ-ợc triển khai, có hệ thống thử nghiệm nh-ng hứa hẹn công nghệ cách mạng lĩnh vực không dây Dựa sù hỵp chn cđa hai tỉ chøc chn hãa lín nhÊt thÕ giíi lµ IEEE vµ ETSI cịng nh- sù hậu thuẫn hàng loạt công ty lớn giới nhIntel, Alvarion,chắc chắn t-ơng lai không xa, Wimax trở nên phổ biến phạm vi toàn cầu Đối với Việt Nam, Wimax đ-ợc coi giải pháp tắt đón đầu hoàn toàn phù hợp với hoàn cảnh n-ớc ta Để tìm hiểu công nghệ mẻ đầy tiềm năng, em đà thực đề tài Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Do thời gian có hạn, công nghệ Wimax lại công nghệ mới, phức tạp, kiến thức thân nhiều hạn chế nên chắn đề tài tránh khỏi sai sót Mong thầy cô bạn góp ý cho em để em hiểu biết sâu, rộng công nghệ Để đề tài hoàn thành cố gắng, nỗ lực thân, em đ-ợc động viên giúp đỡ nhiều ng-ời Đầu tiên, xin cảm ơn bố mẹ ng-ời đà sinh thành, nuôi d-ỡng, th-ơng yêu, chăm sóc tạo điều kiện cho có đ-ợc ngày hôm Hồ Sỹ Thùy Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Em xin cảm ơn thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin, thầy cô giáo tr-ờng Đại học Vinh đà truyền đạt cho em nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu trình học tập nghiên cứu Em xin cảm ơn cô giáo Thạc sỹ Nguyễn Thị Minh Tâm đà tận tình h-ớng dẫn, định h-ớng, góp ý cho em nhiều điều vô quý báu tr-ớc trình em thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn tất ng-ời Vinh ngày 15 tháng năm 2009 Hồ Sỹ Thùy Hồ Sỹ Thùy Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Mục lục Lời nói đầu Môc lôc danh môc từ viết tắt Ch-¬ng : Giíi thiÖu 1.1 Tỉng quan vỊ ®Ị tµi 1.2 Phạm vi đề tài 11 Ch-ơng 2: CÔNG NGHệ KHÔNG DÂY BĂNG thông RộNG 12 2.1 Khái niệm công nghệ băng thông rộng 12 2.1.1 Nhu cÇu cđa công nghệ băng thông rộng 12 2.1.2 Các -u điểm công nghệ băng thông rộng 13 2.1.3 Các công nghệ truy nhập băng rộng 14 2.2 Công nghệ không dây băng thông rộng 15 2.2.1 Mét sè công nghệ không dây băng thông rộng 15 2.2.2 C¸c hƯ thèng chn cho mạng không dây băng thông rộng 19 CHƯƠNG 3: GiớI THIệU CÔNG NGHệ WIMAX 24 3.1 Khái niệm công nghÖ Wimax 24 3.2 Các chuẩn Công nghệ Wimax 26 3.2.1 ChuÈn IEEE 802.16 26 3.2.2 ChuÈn IEEE 802.16a/ReVd (IEEE 802.16-2004) 27 3.2.3 ChuÈn IEEE 802.16e 28 3.3 Ưu điểm Wimax 29 CHƯƠNG 4: CáC Kĩ THUậT Sử DụNG TRONG Wimax 32 4.1 Băng tần đ-ợc sử dụng công nghệ Wimax 32 4.2 Líp MAC lớp PHY mô hình tham chiếu 32 4.2.1.Líp MAC 33 4.2.1.1 Líp héi tơ CS 34 4.2.1.2 Líp MCPS 35 4.2.1.3 Chất l-ợng dịch vụ Wimax 36 4.2.1.4 Líp b¶o mËt Wimax 39 4.2.2 Líp vËt lý PHY 42 4.2.2.1 Tần số làm việc độ rộng kênh truyền 43 4.2.2.2 Duplexing đa truy nhËp 44 Hå Sü Thïy Líp 45K_CNTT T×m hiĨu công nghệ không dây Wimax ứng dụng 4.2.2.3 OFDM Symbol 44 4.2.2.4 Sơ đồ khối trình truyÒn - nhËn 45 4.2.2.5 CÊu tróc khung 49 4.3 HiÖn t-ỵng LOS va NLOS: 50 4.3.1 HiÖu øng suy hao ®-êng trun 52 4.3.2 HiƯu øng ®a ®-êng 52 4.4 Các kĩ thuật điều chế 53 4.4.1 §iỊu chÕ BPSK/QPSK/QAM 53 4.4.2 Điều chế mà ho¸ thÝch øng 55 4.4.3 KÜ thuËt OFDM 56 4.4.3.1 Kh¸i niƯm OFDM 56 4.4.3.2 HÖ thèng OFDM 59 4.4.3.3 Lỵi Ých cđa OFDM 60 4.4.3.4 øng dơng cđa OFDM 61 4.4.4 M· hãa kªnh 61 4.4.5 C¸c kü thuËt ®a truy nhËp 64 4.4.5.1 Kü thuËt FDMA 64 4.4.5.2 Kü thuËt TDMA 64 4.4.5.3 Kü thuËt CDMA 65 4.4.5.4 Kü thuËt OFDMA 65 4.5 M· hãa b¶o mËt 67 4.5.1 M· hãa ®èi xøng 68 4.5.2 M· hãa khãa c«ng céng 70 CHƯƠNG 5: øng dơng cđa Wimax cho c¸c khu chung c- 73 5.1 Mô hình kết nối 73 5.1.1 Tr¹m gèc-Wimax BS ( Base Station ) 73 5.1.2 Trạm thuê bao 76 5.1.3 Trung tâm quản lý 77 5.2 Hai mô hình øng dơng cđa Wimax 78 5.2.1 Mô hình ứng dụng cho m¹ng truy nhËp 78 5.2.2 Mô hình kết hợp với Wi-fi 78 5.3 TÝnh to¸n kü thuËt 78 KÕT LUËN 80 Tµi liƯu tham kh¶o 81 Hå Sü Thïy Líp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng danh mục từ viết tắt Kí hiệu Từ viÕt t¾t TiÕng viƯt AK Authorization key Khãa cÊp phÐp ATM Asynchronous Transfer Mode Ph-ơng thức truyền dị BE Best Effort HiƯu qu¶ tèt nhÊt BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc CATV Cable Television Truyền hình cáp CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mà CID Connection Identifier NhËn d¹ng kÕt nèi CP Cyclic Prefix Chu kì đầu CRC Cyclic Redundancy Check Mà kiểm tra d- theo chu k× CS Service-Specific Convergence Líp héi tơ Sublayer CSMA Carrier Sense Multiple Sóng mang cảm ứng đa truy /CA Access/Collision Avoidance nhập/ Tránh đụng độ DCD Downlink Channel Descriptor Báo hiệu kênh h-ớng xuống DES Data Encryption Standard Chuẩn mà hóa liệu DL-MAP Download Map Bản đồ đ-ờng tải xuống DSL Digital Subcriber Line -ng thuê bao số ETSI European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông Standard Institute Châu Âu FDD Frequency Division Duplexing Bộ song công theo tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Đa truy nhập phân chia Multiple Access theo tần số Hồ Sỹ Thùy Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi tr-ớc phát FFT Fast Fourier Transform Chuyển đổi Fourier nhanh FM Feedback Mode Cơ chế phản hồi GPC Grant Per Connection Cấp phép kết nối GPSS Grant Per Subcriber Station Cấp phép trạm thuê bao IFFT Inverse Fast Fourier Transform Chuyển đổi Fourier ng-ợc ISI Intersymbol Interference Nhiễu giao thoa kí hiệu ISM Industrial-Scientific-Medical Công nghiệp-Khoa học-Y tế IV Initialization Vector Vector đầu KEK Key Encryption Key Khãa m· khãa LOS Line Of Sight ¸nh s¸ng truyền thẳng MAN Metro Arena Network Mạng đô thị MCPS MAC Common Part Sublayer Líp CP MAC NLOS None Line Of Sight ánh sáng không truyền thẳng NNI Network to Network Interface Giao diƯn m¹ng-m¹ng OFDM Orthogonal Frequency GhÐp kênh phân chia theo tần Division Multiplexing Số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency đa truy nhập phân chia theo tần Division Multiple Access Sè trùc giao OSI Open Systems Interconnection Liên kết hệ thống m PAN Personal Arena Network Mạng cá nhân PDU Protocol Data Unit Đơn vị giao thức liệu PKM Privacy Key Management Quản lí khoa riêng PMP Point To Multipoint Điểm-điểm QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu ph-ơng QoS Quality of Service Chất l-ợng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu ph-ơng Hồ Sỹ Thùy Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng SA Security Association Héi b¶o mËt SC Single Carrier Sãng mang đơn SDU Service Data Unit đơn vị dịch vụ liệu SFID Service flow Identifier Nhận dạng l-u l-ợng dịch vụ SS Subscriber Station Trạm thuê bao TC Transmission Convergence Layer Líp trun héi tơ TDD Time Division Duplexing Bé song c«ng theo thêi gian TDM Time Division Multiplexing GhÐp kênh theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhËp theo thêi gian TEK Traffic Encryption Key Khãa mà hóa l-u l-ợng UCD Uplink Channel Descriptor Báo hiệu kênh h-ớng xuống UGS Unsolicited Grant Service Dịch vụ tự ®éng cÊp phÐp UL-MAP Upload Map B¶n ®å ®-êng t¶i lªn UNI User-to-Network Interface Giao diƯn ng-êi sư dơng víi mạng UNII Unlicensed National Information Thiết bị thông tin không ®-ỵc Infrastructure cÊp phÐp qc gia VCI Virtual Channel Identifier Kênh ảo VPI Virtual Path Identifier Đ-ờng ảo WLAN Wireless Local Area Network Mạng không dây cục WMAN Wireless Metro Area Network Mạng không dây đô thị WPAN Mạng không dây cá nhân Wireless Personal Area Network Hồ Sỹ Thùy Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Ch-ơng : Giới thiệu 1.1 Tổng quan đề tài Xà hội ngày phát triển, nhu cầu trao đổi thông tin ngày tăng Tr-ớc đây, nhu cầu ít, thông tin đ-ợc trao đổi đơn giản, có kí hiệu, chữ thông th-ờngrồi đến văn bản, email, tệp tin cỡ nhỏ Nh-ng nay, t-ơng lai, ng-ời ta không muốn trao đổi loại hình thông tin đơn giản cũ mà ng-ời ta muốn trao đổi thông tin có kích th-ớc lớn hơn, đa dạng nh- âm thanh, hình ảnh, video Tr-ớc thực tế đó, đ-a sách, quy địnhcòn cần phải có công nghệ để hỗ trợ cho việc xây dựng triển khai dịch vụ Ng-ời ta cần cải tạo toàn hệ thống mạng để đáp ứng nhu cầu đó, từ mạng lõi, mạng phân tán đến mạng truy nhập Hiện giới Việt Nam, mạng lõi, mạng phân tán đà đ-ợc cải thiện cách đáng kể Riêng mạng truy nhập gặp nhiều khó khăn Mạng truy nhập mạng nối từ nhà cung cấp dịch vụ tới khách hàng, chiếm phần đầu t- lớn cho toàn mạng nói chung Đây nơi mà nhiều giải pháp đ-ợc đ-a nhằm cải thiện khả cung cấp dịch vụ cho khách hàng đồng thời tiết kiệm tối đa chi phí Mạng truy nhập đ-ợc nói đến nhiều mạng truy nhập băng thông rộng Gọi băng thông rộng cung cấp tốc độ đủ lớn để triển khai dịch vụ tiên tiến nh- thoại, liệu video,Các công nghệ băng thông rộng cho mạng đ-ợc phân làm hai loại, không dây có dây Loại có dây đ-ợc dùng phổ biến nh- DSL, CATV, cáp quangCông nghệ có dây -u điểm tốc độ cao, không bị giới hạn nhiều sách, quy định,nh-ng nh-ợc điểm rõ ràng giá thành cao, việc triển khai phức tạp linh hoạt Trái lại, lại -u điểm mạng không dây Dù tốc độ mạng không dây không cao lại bị ràng Hồ Sỹ Thùy Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng buộc chặt chẽ quy định quy định tần phổ nh-ng mạng không dây tiết kiệm đ-ợc giá thành, lại linh hoạt dễ triển khai Chính dù ch-a thể thay đ-ợc mạng có dây nh-ng mạng không dây đ-ợc coi giải pháp khắc phục hạn chế mà mạng có dây làm đ-ợc Một loạt công nghệ mạng không dây ®êi nh- WLAN 802.11, WPAN 802.15, hay chuÈn IEEE 802.20 Tuy nhiên công nghệ mạng không dây không đáp ứng hết đ-ợc nhu cầu sử dụng ng-ời dùng nên Công ty sản xuất chíp hàng đầu giới Intel bắt tay vào nghiên cứu công nghệ mạng không dây Wimax (IEEE 802.16) với -u điểm tính v-ợt trội khả di động Công nghệ Wimax xu h-ớng cho tiêu chuẩn giao diện vô tuyến việc truy nhập mạng không dây băng thông rộng cho thiết bị cố định xách tay, di động So với mét sè c«ng nghƯ cị nhWiFi, LMDS, Wimax cho phÐp truyền tải với tốc độ cao, phạm vi bao phủ rộng nhiều chế hỗ trợ chất l-ợng dịch vụ, bảo mật,Nó cung cấp giải pháp toàn diƯn cho m¹ng MAN (Metro Arena Network) ViƯc sư dơng Wimax đem lại nhiều lợi ích, khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa nơi dân c- đông đúc khó triển khai sở hạ tầng mạng dây dẫn băng rộngVì thế, Wimax đ-ợc xem nh- công nghệ có hiệu kinh tế cao cho việc triển khai nhanh khu vực mà công nghệ khác khó cung cấp dịch vụ băng thông rộng Theo đánh giá chuyên gia, Wimax nhanh chóng v-ợt qua công nghệ đại nh- Wi-fi hay 3G khả kết nối băng thông rộng tốc độ cao phạm vi rộng lớn Hơn nữa, việc cài đặt Wimax dễ dàng, tiết kiệm chi phí cho nhà cung cấp dịch vụ giảm giá thành dịch vụ cho ng-ời sử dụng Đề tài Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụngdưới nhằm mục đích tìm hiểu kĩ công nghệ Wimax : vấn đề kỹ thuật khả triển khai công nghệ Wimax Hồ Sỹ Thùy 10 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng 4.5.1 Mà hóa đối xứng Đây ph-ơng pháp mà hóa mà bên nhận, bên gửi có chung khóa phải nắm đ-ợc thuật toán mà hóa Ưu điểm mà hóa kiểu tiện lợi, nhanh, có khả chứng thực Đối với kẻ trộm, để giải mà tài liệu khóa điều không dễ dàng chút nào, khóa phức tạp ( số bit nhiều ) việc giải mà khó khăn gấp nhiều lần Nh-ng việc sử dụng chung khóa lại yếu tố làm giảm tính bảo mật nhiều Để hai bên gửi nhận biết đ-ợc nội dung khóa, họ phải trao đổi với Họ bắt buộc gặp để trao đổi, gọi điện thoại, qua internet,Và kẻ công lợi dụng điều để biết đ-ợc nội dung khóa DES chuẩn mà hóa đối xứng tiếng DES chia văn làm khối bit 64 bit mà hóa khối khóa 64 bit Khãa 64 bit gåm 56 bit chiỊu dµi dïng trùc tiÕp cho viƯc m· hãa, bit cßn lại bit chẵn lẻ Khối R0 khóa K1 kết hợp với theo hàm f, kết hàm f L0 đ-ợc đ-a vào XOR sinh R1, L1 lấy giá trị R0 Cứ nh- sau i b-ớc ta đ-ợc giá trị Li, Ri Sau 16 b-ớc ta đ-ợc L16,R16 Hai giá trị đ-ợc đ-a vào hoán vị ( đảo ), kết đ-ợc đầu Hồ Sỹ Thùy 69 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Hình 4-22: Mà hóa DES Các khóa K1, K2, K16 có độ dài 48 bit đ-ợc xây dựng nên từ khóa gốc 56 bit ë trªn NÕu chØ sư dơng khãa DES 64bit nh- khả bảo mật không cao, với máy móc mạnh nh- Vì khóa cố định, không thay đổi nên kẻ trộm dựa vào liệu mà hóa để dự đoán đ-ợc dạng thông tin Để khắc phục t-ợng này, ng-ời ta đ-a hai giải pháp, giải pháp sử dụng vector IV giải pháp sử dụng FM ( Feedback Mode ) Kü tht IV sư dơng thêm vào tr-ớc khóa gốc vector IV để hình thành khóa Mỗi IV thay đổi, khóa thay ®èi theo Khãa gèc 64bit + Khãa míi 64+n bit Mà hóa Dữ liệu đà Vector IV (thay đổi) Nbit mà hóa Dữ liệu Hình 4-23: Mà hóa với IV Hồ Sỹ Thùy 70 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Vector IV thay đổi với khung liệu, điều có nghĩa khung liệu đ-ợc truyền hai lần khác kết mà hóa lần khác Kỹ thuật FM thay đổi hẳn trình mà hóa Hình vẽ d-ới minh họa trình mà hóa FM D÷ liƯu gèc M· hãa D÷ liƯu gèc D÷ liƯu m· hãa M· hãa Khãa D÷ liƯu mà hóa Dữ liệu mà hóa Hình 4-24: Mà hóa FM Các khối liệu mà hóa kết phép kết hợp khối liệu ch-a mà hóa khối liệu đà mà hóa tr-ớc Tại khối liệu đầu tiên, ch-a thực phép mà hóa nên IV đ-ợc thêm vào để thay đổi Nh- khóa kết hợp IV khóa gốc 4.5.2 Mà hóa khóa công cộng Đây ph-ơng pháp mà hóa chất khác hẳn ph-ơng pháp mà hóa đối xứng Khả ứng dụng rộng rÃi, đồng thời việc sử dụng đơn giản Giả sử A muốn trao đổi thông tin với B Thay A, B có khóa chung B sở hữu hai khóa, khóa công cộng ( public key ) mà biết, khóa riêng ( private key ) mà B biết Để gửi thông tin cho B, A sư dơng khãa c«ng céng cđa B thuật toán mà hóa để mà hóa nội dung cần gửi B nhận đ-ợc thông tin A gửi, sử dụng khóa riêng thuật toán giải mà để giải mà Ưu điểm ph-ơng pháp ng-ời gửi nhận không cần trao đổi khóa riêng, kẻ xâm nhập khó phá đ-ợc tài liệu đ-ợc khóa riêng t- đối t-ợng Các hệ thống mà hóa khóa công céng cã Hå Sü Thïy 71 Líp 45K_CNTT T×m hiĨu công nghệ không dây Wimax ứng dụng nhiều đặc tính tuyệt vời không dùng mà hóa mà chứng thực, chữ kí điện tử, tảng vững cho th-ơng mại điện tử Thuật toán đ-ợc sử dụng rộng rÃi mà hóa công cộng thuật toán RSA Mà hóa công cộng có sơ toán học vững Thuật toán nã cho phÐp sinh hai khãa cã quan hÖ t-ơng hỗ Trong ta dùng khóa để mà hóa liệu gốc để giải mà đ-ợc liệu mà hóa cách sử dung khóa lại, khóa Khóa công cộng Khóa riêng ng-ời ng-ời nhận eB liệu gốc m nhận dB liệu đà mà hóa eB(m) Thuật toán mà hóa Kênh truyền Thuật toán giải mà Ng-ời gửi liệu gốc m=dB(eB(m)) Ng-ời nhận Hình 4-25: Mà hóa công cộng Hình 4-25 mô tả trình mà hóa khóa công cộng Để gửi thông tin cho ng-êi nhËn, ng-êi gưi dïng khãa c«ng céng eB ng-ời nhận thuật toán mà hóa để m· hãa néi dung th«ng tin m mn gưi Th«ng tin đ-ợc truyền thông tin đà đ-ợc mà hóa eB(m) Ng-ời nhận nhận đ-ợc, sử dụng khóa riêng dB thuật toán giải mà để giải mà Giả sử dùng thuật toán mà hóa công cộng sinh hai khóa, khóa công cộng eB khóa riêng dB Khóa công cộng đ-ợc quảng bá cho ng-ời khác khóa riêng ng-ời sở hữu biết Đối với hệ thống mà hóa, ng-ời gửi dùng khóa công cộng ng-ời nhận để mà hóa thông tin Ng-ời nhận dùng mà riêng để giải mà Đối với hệ thống chứng thực, ng-ời gửi sử dụng mà riêng để mà hãa th«ng tin chøng thùc Ng-êi chøng thùc sÏ sư dụng mà công cộng ng-ời gửi để giải mà Hồ Sỹ Thùy 72 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng CHƯƠNG 5: ứng dụng Wimax cho khu chung c- Wimax đời cung cấp giải pháp thay bổ sung cho giải pháp băng thông rộng nh- băng thông rộng không dây truyền thống Các giải pháp thay DSL, mạng trục, bổ sung Wifi ứng dụng điển hình Nh- đà biết, khu chung c- cao tầng Việt Nam khó khăn việc lắp đặt đ-ờng ADSL riêng biệt, th-ờng phải lắp đặt theo đ-ờng dây điện thoại, điều bất tiện có tốc độ đ-ờng truyền thấp Với xuất công nghệ Wimax Việt Nam mở h-ớng cho ng-ời dùng khu nhà chung c- cao tầng muốn lắp đặt hệ thống mạng băng thông rộng truy nhập Internet tốc độ cao 5.1 Mô hình kết nối Với đặc thù khu chung c- nên cần có hệ thống mạng phù hợp với điều kiện cụ thể Tuy nhiên chúng cần thiết bị giống 5.1.1 Trạm gốc-Wimax BS ( Base Station ) Các trạm gốc đóng vai trò giống nh- điểm truy cập AP công nghệ không dây Wi-fi tr-ớc đây, nơi tiếp nhận kết nối giao tiếp với thiết bị đầu cuối Tuy nhiên ph-ơng diện kỹ thuật khả hoạt động, Wimax BS v-ợt trội hẳn so với Wi-fi AP Hình 5-1: Mô hình Wimax BS Hồ Sỹ Thùy 73 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Wimax BS đ-ợc trang bị tính sau: * Đ-ợc trang bị nhiều Anten tùy thuộc vào ứng dụng BS Thông th-ờng nhiều Anten nhằm đảm bảo việc phủ sóng đủ cho 360 độ xung quanh BS Các Anten sÏ lµm nhiƯm vơ tiÕp nhËn sãng kÕt nèi cđa thiết bị không dây đầu cuối truyền ng-ợc lại * Có khả hỗ trợ giao tiếp dÃy tần rộng từ 2-11 GHz Cho phép giao tiếp đồng thời với nhiều chuẩn không dây t-ơng lai * Hỗ trợ đồng thời đ-ợc hai loại hình kết nối P2P PMP Điểm đặc biệt công nghệ Wimax không phụ thuộc vào vấn đề LOS Đây -u điểm v-ợt trội lớn so với công nghệ Wi-fi tr-ớc §iỊu nµy cã nghÜa lµ nã võa cã thĨ giao tiếp với nhau, vừa cung cấp dịch vụ cho đầu cuối * Khả t-ơng thích với nhiều loại đầu cuối Wimax BS * Cho phép số l-ợng lớn lên đến vài ngàn phiên kết nối đồng thời kết nối đến trạm gốc * Cho phép kết nối khoảng cách xa lên đến hàng chục km với băng thông lớn lên tới 70Mbps Rõ ràng, thông qua tính v-ợt trội đà đề cập bên trên, Wimax BS lựa chọn lý t-ởng để triển khai hệ thống phđ sãng bao phđ c¶ mét diƯn tÝch réng lín Bên cạnh đó, đặc điểm không đòi hỏi phải LOS mô hình điểm - đa điểm cho phép v-ợt qua trở ngại vật cản, che chắn khu đô thị dễ dàng Cũng giống nh- BS hạ tầng nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động, Wimax BS phủ sóng cho hàng ngàn thiết bị đầu cuối Việc tổ chức phân bố BS nhà cung cấp dịch vụ định Các tính toán số l-ợng BS, độ mạnh BS phải phụ thuộc vào đặc điểm khu vực khác Các thành phố, đô thị th-ờng phức tạp hạ tầng, kiến trúc xây dựng, nên nhiều ảnh h-ởng đến chất l-ợng dịch vụ không dây hệ đ-ợc cung cấp che chắn chúng Bên cạnh đó, mật ®é d©n c-, cịng Hå Sü Thïy 74 Líp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng nh- mật độ ng-ời dùng đầu cuối địa điểm th-ờng lớn Do Wimax BS đáp ứng đ-ợc vài ngàn đầu cuối đồng thời kết nối đến, nên t-ơng ứng phải triển khai lớn số l-ợng BS cho khu vực Việc dùng nhiều nhằm đáp ứng số l-ợng lớn ng-ời dùng Còn băng thông kết nối khoảng cách cho phép, hệ thống BS chắn đáp ứng đảm bảo phủ sóng đến điểm thuộc thành phố Một điểm quan trọng cần nhấn mạnh với hạ tầng Wimax BS đủ mạnh, hoàn toàn thay tất dịch vụ truy cập internet dựa cáp đồng, cáp mạng chí cáp quang dịch vụ Wimax Với vùng ngoại ô, dân c- th-a thớt hơn, vật cản, nhiễu Các BS hoạt động hiệu nh-ng hạn chế số l-ợng thuê bao Thông th-ờng khu vực này, BS không nhiều Đối với khu vực địa lí đặc thù nh- vùng cao, hải đảo Những vùng sâu vùng xa, hải đảo có đặc thù địa lí trở ngại lớn cho nhà cung cấp dịch vụ muốn mở rộng dịch vụ đến ng-ời dùng Việc kéo cáp đến khu vực không khả thi, nh-ng lại cần chi phí cực lớn số l-ợng thuê bao lại Vì thế, d-ờng nh- có dịch vụ không dây giải đ-ợc toán cách hiệu Đây mục tiêu Wimax Trong tr-ờng hợp cụm đảo nằm xa mức cho phép, chóng ta cã thĨ dïng Viba hc thËm chÝ vƯ tinh để nối từ đất liền đảo ®ã Khi ®ã ta sÏ ®Ỉt mét Wimax BS ®Ĩ phủ sóng cho toàn đảo xung quanh Còn khu vực chung c-, với bán kính phủ sãng cđa mét tr¹m gèc Wimax víi chn IEEE 802.16-2004 lên đến 6-8 km chuẩn IEEE 802.16e 2-5 km hoàn toàn sử dụng trạm gèc cho c¸c khu chung c- liỊn kỊ Nh- ta ®· biÕt mét tr¹m gèc Wimax cã thĨ cho phÐp vài ngàn liên kết lúc, đáp ứng hoàn toàn cho khu chung c- Hồ Sỹ Thùy 75 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng 5.1.2 Trạm thuê bao Trạm thuê bao thiết bị có Anten gắn cố định tòa nhà dịch vụ không dây băng rộng cố định card giao tiếp đ-ợc gắn vào thiết bị di động nh- máy xách tay, PDA đây, thiết kế cho khu chung c-, khu chung c- lại có nhiều tòa nhà cao tầng, tòa nhà cao tầng cần phải có trạm thuê bao để thu đ-ợc tín hiệu từ trạm gốc Trạm thuê bao đ-ợc đặt tòa nhà cao tầng khu chung c- Thực chất, trạm Anten thuê bao tập trung, có khả kết nối với mạng LAN dùng dây mạng LAN không dây Do đó, từ trạm thuê bao chúng đ-ợc kết nối với PC cđa ng-êi dïng theo nhiỊu c¸ch, cã thĨ theo chn mạng LAN không dây kết nối theo chn LAN dung c¸p Nh- vËy, tÝn hiƯu thu đ-ợc từ trạm gốc BS chuyển cho ng-ời dùng theo nhiều cách khác tùy thuộc vào nhu cầu cách bố trí ng-ời dùng Còn thiết bị di động máy cố định có chipset hỗ trợ kết nối với công nghệ Wimax kết nối trực tiếp đến trạm BS Hồ Sỹ Thùy 76 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Hình 5-2: Các thiết bị đ-ợc lắp đặt nhà Tín hiệu từ trạm thuê bao đ-ợc gửi tới trạm gốc BS đặt khu vực nơi đó, từ trạm gốc này, tín hiệu đ-ợc gửi trung tâm quản lý mạng trục Nh- ta đà biết với mạng dùng dây, nh- mạng phân tán, mạng cung cấp dịch vụ cho ng-ời dùng cuối, mạng trung gian từ mạng lõi đến mạng truy nhập Giải pháp cho mạng th-ờng sử dụng công nghệ cáp truyền thống có dung l-ợng cao nhNxT1, NxE1hoặc cáp quang Hạn chế mạng phân tán nh- chỗ mạng sử dụng cáp Bởi cáp không hẳn khả thi số điều kiện triển khai định Nh- triển khai vùng dân c- th-a thớt, nơi thuê bao,mà việc đầu t- tuyến cáp tốn Wimax cung cấp giải pháp thay cho mạng phân tán truyền thống Nh- với ph-ơng án này, nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng triển khai dịch vụ mà chi phí lại thấp 5.1.3 Trung tâm quản lý Trung tâm quản lý nơi bắt buộc phải có mạng nói chung Wimax nói riêng Các Wimax BS đ-ợc kết nối điểm tập trung Và trung tâm quản lý đ-ợc hình thành điểm tập kết Trung tâm quản lý nơi làm nhiệm vụ giao tiếp mạng Wimax mạng khác, nơi kiểm soát thông tin truyền mạng Wimax, nơi kiểm tra trạm Wimax SS, Về bản, trung tâm quản lý cần có thành phần sau: * Bộ kết hợp: Các thông tin từ BS qua tr-ớc vào trung tâm quản lý, giống nh- giao tiếp BS trung tâm quản lý * Gateway: Cửa ngõ dành cho thuê bao, quản lý tất thông tin liệu trao đổi thuê bao hệ thống Wimax ViƯc chøng thùc ng-êi dïng hay tÝnh c-íc khai th¸c Internet phải thông qua Gateway Chính lẽ đó, gateway đ-ợc đặt cửa ngõ liên thông Internet nhât toàn hệ thống Gateway có chức t-ờng lửa, có nhiệm vụ bảo vệ cho Hồ Sỹ Thùy 77 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng trung tâm quản lý nói riêng, toàn hệ thống Wimax nói chung Vì toàn hệ thống sử dụng cửa ngõ Internet nhất, nên hệ thống t-ờng lửa đòi hỏi phải có thông l-ợng tốt, hoạt động hiệu ổn định * Hệ thèng m¸y chđ: HƯ thèng m¸y chđ cã nhiƯm vơ hỗ trợ cho gateway, gồm nhiều máy chủ với chức khác nh- tính c-ớc, chứng thực 5.2 Hai mô hình ứng dụng Wimax 5.2.1 Mô hình ứng dụng cho mạng truy nhập Việc phân phối dịch vụ cho ng-ời dùng cuối thuộc phạm vi mạng truy nhập Tr-ớc đây, công việc đ-ợc tách biệt riêng mạng thoại số liệu Đối với mạng số liệu nhà cung cấp dịch vụ nh- DSL, Dialup, Cable Modemthực mạng thoại PSTN nhà cung cấp dịch vụ PSTN thực Wimax cung cấp giải pháp thay kết hợp, thuê bao Wimax vừa đồng thời sử dụng dịch vụ thoại số liệu Tại phía nhà cung cấp dịch vụ Wimax, hai luồng liệu từ mạng Internet mạng PSTN đ-ợc kết hợp qua thiết bị gọi IDU ( Indoor Unit ) Thiết bị có nhiệm vụ chuyển liệu Internet PSTN vào dạng chung để xử lý Cụ thể, chuyển tất sang dạng gói IP Với mô hình này, cung cấp dịch vụ cho nhiều loại thuê bao khác Nó đặc biệt hữu dụng với thuê bao vùng ngoại ô, nông thôn, nơi mà dịch vụ nh- DSL, CableModemrất khó tới đ-ợc 5.2.2 Mô hình kết hợp với Wi-fi Mô hình kết hợp Wimax Wi-fi đ-ợc coi mô hình không dây toàn diện cho phép cung cấp vùng dịch vơ réng lín Tr-íc cã Wimax, viƯc triĨn khai Wi-fi điểm hotspot gặp phải số nh-ợc điểm sau Để cung cấp dịch vụ Wi-fi ng-ời ta phải kéo đ-ờng cáp từ trung tâm tới điểm AP, việc tốn không thuận lợi không hẳn nơi kéo cáp đến đ-ợc Hồ Sỹ Thùy 78 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Các điểm truy cập Wi-fi, vùng dịch vụ cố định, tức việc di chuyển vùng dịch vụ Wi-fi Chỗ muốn cung cấp dịch vụ Wi-fi, bắt buộc phải kéo cáp, dựng lên AP, cố định hay tạm thời Wimax kết hợp với Wi-fi tạo linh hoạt việc cung cấp dịch vụ không dây, khắc phục hạn chế sử dụng Wi-fi Hình 5-3: Mô hình kết hợp Wimax Wi-fi Khi muồn triển khai mạng cần phải có nghiên cứu kỹ địa hình, nơi đặt trạm gốc Wimax, tính toán khoảng cách khu chung c- với nhau, tính toán khoảng cách từ trạm gốc BS BS đặt trung tâm quản lý để có ph-ơng án hợp lý việc thiết kế lắp đặt 5.3 Tính toán kỹ thuật Giả sử nhà cung cấp dịch vụ A, A đặt trạm gốc với thiết bị cần thiết nhà cung cấp dịch vụ Và khu chung c- cách A khoảng cách d = 8km theo đ-ờng truyền thẳng Tại khu chung c- đặt trạm BS khác để kết nối với trạm BS trung tâm A Với khoảng cách với Hồ Sỹ Thùy 79 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng chuẩn Wimax IEEE 802.16a/Revd/e ( trun ®iỊu kiƯn NLOS cã thĨ lên tới 4-9 km ) hoàn toàn kết nối đ-ợc với với chất l-ợng đảm bảo Nh- ta đà biết với chuẩn IEEE 802.16-2004 bán kính ô tế bào phủ sóng từ 6-10 km, điều hoàn toàn phù hợp với diện tích nhỏ nh- khu chung c- vùng lân cận Trong khoảng không gian từ nhà cung cấp dịch vụ A đến trạm gốc BS đặt khu chung c- có ch-ớng ngại vật khu nhà cao tầng, cối, mặt n-ớc Vì đ-ờng kết nối trạm BS phải chịu tác động suy hao gây địa hình Với tần số truyền khác tổn hao đ-ờng trun cịng kh¸c Víi mét khu chung c- nh- cần thiết kế mạng Wimax cho tế bào đơn ( bán kính 4km ) với tần số 3.5GHz độ rộng băng tần chọn 3.5 MHz nên ta tính đ-ợc số sau: Tổng suy hao = La+Lb+Lc Víi: La: Tỉn hao trun không gian tự ( đà tính tới yếu tố mặt đất kiến trúc đô thị có 15% diƯn tÝch nhµ cưa ) Lb: Tỉn hao trun qua mỈt n-íc ( 10dB ) Lc: Tỉn hao xuyên qua tòa nhà ( 11dB ) Trong La đ-ợc tính theo công thức mô hình truyền sóng Hata CCIR: La=69,55+26,16lgf-13,821ghT-a(hR)+(44,9-6,55lghT).lgd Với f tần số tín hiệu (3.5GHz) hT: chiều cao Anten phát BS: (35m) hR: lµ chiỊu cao Anten thu SS (6m) d : Khoảng cách BS SS (4km) a(hR)=(1,1lgf-0,7)hR-1.56lgf-0,8 thay số vào ta tính đ-ợc a(hR)=12.9dB, La=149dB Vậy tổng suy hao L =149+10+11=170dB - Tổng tăng ích Anten: Hå Sü Thïy  P  PT+GT + GR 80 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Với PT: Là công suất phát BS ( Giả sử tr-ờng hợp chọn PT=30W(500dB)) GT : Độ tăng ích Anten BS (17.5dBi) GR : Độ tăng ích Anten SS (17dBi) Vậy ta tính đ-ợc tổng tăng ích : P 534,5dB - Công suất phía thu SS đ-ợc tính: PR= P   L =534,5-170=364,5 dB (22w) Nh- vËy, víi việc chọn công suất phát 33w ta tính toán đ-ợc công suất thu đ-ợc đầu thu SS 22W sau đà tính toán suy hao đ-ờng truyền Tuy nhiên, thực tế máy phát BS SS thực tự động điều chỉnh công suất phát để máy thu nhận đ-ợc công suất tín hiệu cần thiết Đối với thiết bị có khả di động thế, tính thêm yếu tố tốc độ suy hao khoảng cách máy di động (MSS) Anten phát thay đổi nh-ng đ-ợc điều khiển công suất nên MSS có đ-ợc tín hiệu tế bào Do vậy, nhiều tế bào, việc nhiễu lẫn sử dụng lại tần số, hay suy hao m-a đ-ợc bù trừ Cũng l-u ý rằng, thiết bị di động phải dùng nguồn pin riêng, việc điều chỉnh thích ứng công suất phát chế độ chờ MSS giúp tốn l-ợng pin đến mức tối thiểu, cho phép pin MSS không lớn kéo dài thời gian sử dụng Do công nghệ Wimax sử dụng ph-ơng pháp điều chế OFDM OFDMA nên thuê bao đ-ợc gán cho sóng mang để thu nhận tín hiệu, dải tần Wimax dao động từ 1,5MHz đến 20MHz nên số ng-ời thuê bao mét tÕ bµo lµ rÊt lín Víi vÝ dụ Wimax đáp ứng đ-ợc 5000 thuê bao với chất l-ợng đ-ờng truyền tốt Hồ Sỹ Thùy 81 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng KếT LUậN Hiện nay, nghành công nghệ viễn thông phát triển mạnh, nhu cầu trao đổi thông tin liên lạc ngày nhiều, việc đáp ứng nhu cầu phải ngày đ-ợc hoàn thiện để nâng cao chất l-ợng dịch vụ cho ng-ời dùng Công nghệ Wimax phát triển tạo nhiều thuận lợi việc trao đổi thông tin ng-ời toàn giới Việt Nam nay, việc sử dụng hệ thống mạng dùng dây phổ biến, nhiên với khu nhà cao tầng vùng ngoại vùng nông thôn, hải đảo, việc lắp đặt hệ thống đ-ờng dây phức tạp nhiều Tuy nhiên với xuất công nghệ Wimax vấn đề đ-ợc giải Với công nghệ mạng không dây không cần phải kéo đ-ờng dây dài từ trung tâm mà cần lắp đặt Anten truy cập vào mạng đ-ợc với tốc độ truy cập cao Đó -u lớn công nghệ Wimax so với công nghệ tr-ớc Trên nghiên cứu cách tổng quát công nghệ mạng không dây Wimax ứng dụng nhỏ với tính toán Với việc nghiên cứu vấn đề này, em hy vọng giúp hiểu phần công nghệ không dây thời gian tới đ-ợc triĨn khai réng r·i ë ViƯt Nam Hå Sü Thïy 82 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Tài liệu tham khảo 1- H thng WiMAX - Nguyễn Chung Nghĩa 2- Wimax - Cao Ngọc Quang 3- Một số viết tạp chí b-u chÝnh viƠn th«ng vỊ Wimax 4- http://www.congnghemoi.net/DTVienthong/DTVTChitiet/ 5- http://www.tin247.com/c%C3%B4ng+ngh%E1%BB%87+wimax.html 6- http://www.thongtincongnghe.com/article/4722 7- http://vietbao.vn/Vi-tinh-Vien-thong/WiMaxTuong-lai-cua-cong-nghe-khong-day/65075036/219/ 8- http://f.tin247.com/21285158/WiMax++T%C6%B0%C6%A1ng+lai c%E1%BB%A7a+c%C3%B4ng+ngh%E1%BB%87+kh%C3%B4ng+d%C3%A 2y.html 9- http://vi.wikipedia.org/wiki/WiMAX 10- http://my.opera.com/dinhquang/blog/show.dml/2772480 11-http://www.eptit.edu.vn/Tinchuyennganh/Chitiettintucchuyennganh /tabid/12004/ArticleID/89131/tid/12002/language/vi-VN/Default.aspx 12-http://www.congnghemoi.com.vn/modules.php?name= News&file=article&sid=11770 13- http://wirelessvn.com/index.php?start=72 Hå Sü Thïy 83 Líp 45K_CNTT ... nghƯ Wimax Hå Sü Thïy 10 Líp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng 1.2 Phạm vi đề tài Công nghệ Wimax công nghệ có nhiều vấn đề cần nghiên cứu Đề tài Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax. .. khai công nghệ không dễ c Công nghệ không dây WPAN, WLAN, WMAN, WWAN Công nghệ không dây băng rộng công nghệ sử dụng sóng radio để truyền tải liệu thay sử dụng cáp nh- công nghệ Công nghệ không dây. .. Thùy 11 Lớp 45K_CNTT Tìm hiểu công nghệ không dây Wimax ứng dụng Ch-ơng 2: CÔNG NGHệ KHÔNG DÂY BĂNG thông RộNG 2.1 Khái niệm công nghệ băng thông rộng 2.1.1 Nhu cầu công nghệ băng thông rộng