Mô hình hóa mạng WiMAX cố định: Từ lý thuyết đến thực tiễn

Các dịch vụ của WiMAX

WiMAX hỗ trợ 4 loại hình dịch vụ là dịch vụ cấp phát không theo yêu cầu (Unsolicited Grant Service - UGS), dịch vụ kiểm tra vòng theo thời gian thực (Real- Time Polling Service - rtPS), dịch vụ kiểm tra vòng không theo thời gian thực (Non- Real-Time Polling Service - nrtPS), dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort - BE). Đối với dịch vụ cấp phát không theo yêu cầu, tài nguyên vô tuyến được cấp phát bởi trạm gốc BS theo một khoảng thời gian định kỳ, băng thông cố đinh & di trú đồng thời loại bỏ yêu cầu băng thông từ trạm thuê bao SS (các trạm thuê bao SS sử dụng dịch vụ cấp phát không theo yêu cầu sẽ không được trạm gốc BS kiểm tra yêu cầu băng thông).

Chuẩn WiMAX

Các trạm thuê bao SS đưa yêu cầu băng thông trên cơ sở tranh chấp hoặc cũng có thể sử dụng các bản tin đơn điểm unicast cung cấp cơ hội yêu cầu băng thông từ trạm gốc BS.Dịch vụ BE được thiết kế để hỗ trợ các ứng dụng mà không yêu cầu mức chất lượng dịch vụ tối thiểu. Trong đó lớp MAC được chia thành 3 lớp con bao gồm lớp con bảo mật (Privacy Sublayer – PS), lớp con phần chung điều khiển truy nhập môi trường (MAC Common Part Sublayer – MAC. CPS), lớp con hội tụ dịch vụ đặc trưng (Service Specific Convergence Sublayer – CS).

Truy nhập vô tuyến

Các sóng mang con thỏa mãn điều kiện trực giao cho phép chúng giữ được khoảng cách rất gần nhau mà không cần dải chắn như trong FDMA, không cần ghép kênh theo thời gian như TDMA, điều này làm tăng hiệu quả sử dụng phổ tần. Với các hệ thống (trạm gốc) có độ rộng băng tần khác nhau, thay đổi từ 5MHz đến 20MHz thì độ rộng phổ mỗi băng con của các hệ thống đó cũng khác nhau gây khó khăn cho việc chuyển giao giữa các hệ thống.

Điều chế và mã hóa

Điều chế a. Điều chế số

Tất cả các bit dữ liệu sau khi đã mã hóa sẽ được cài xen bởi một bộ cài xen khối với kích thước tương ứng với số bit đã mã hóa trên các kênh con được cung cấp trên mỗi ký tự OFDM. Mức điều chế càng cao thì hiệu suất sử dụng băng thông (tính theo số bit/s/Hz) càng lớn nhưng đòi hỏi tỉ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm CNR lớn hơn do đó đòi hỏi tỉ số SNR cao hơn, nếu không sẽ làm tăng tỉ lệ lỗi bit.

Bảo mật

Kiến trúc bảo mật trong WiMAX

+ Khóa mã xác nhận bản tin HMAC (Hashed Message Authentication Code) đường xuống và đường lên. Mỗi SS được quản lý sẽ được thiết lập một SA sơ cấp trong quá trính khởi tạo liên kết, SA tĩnh được cấp trong BS, SA động được tạo ra và hủy đi theo đáp ứng với quá trình khởi tạo và kết thúc một luồng dịch vụ cụ thể.

Bảo mật qua giao diện vô tuyến a. Nhận thực

Để bảo mật cho quá trình trao đổi khóa TEK, BS sẽ tạo khóa TEK một cách ngẫu nhiên và mật mã hóa khóa TEK với mã DES gấp 3 (Triple-DES) hoặc mã AES, đều sử dụng khóa mã mật khóa KEK 128 bit. Bản tin 3 dùng trong quá trình tạo khóa mã mật lưu lượng TEK mới Khóa TEK được mã mật hóa với mã DES-ECB gấp ba (Triple-DES-ECB) 1.7.3 Mật mã hóa dữ liệu.

Các ưu điểm của mạng WiMAX

Kỹ thuật điều chế thích ứng cho phép hệ thống phản ứng linh hoạt với chất lượng đường truyền, khi tỉ số SNR giảm thì mức điều chế giảm để đảm bảo tỉ lệ lỗi bit đạt mức tiêu chuẩn (tỉ lệ lỗi bit BER không vượt quá 10-3). + Khả năng tích hợp chip tương thích WiMAX bên trong laptops và PDA cũng như các thiết bị di động khác (tương tự Wifi) do đó chi phí thiết bị đầu cuối CPE sẽ giảm rất nhiều (người dùng không cần mua các anten hoặc card chuyên dụng).

Tổng kết chương 1

Với phiên bản thiết bị (Multiple vendors) sẽ cho phép giảm rủi ro cho các công ty kinh doanh dịch vụ WiMAX nhờ khả năng lựa chọn thiết bị và sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp. Thêm vào đó nhu cầu sử dụng các dịch vụ số liệu không dây ngày càng tăng, cho phép tin tưởng vào sự thành công của WiMAX.

NỘI

Bài toán thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú

Tùy thuộc vào loại hình dịch vụ mà sẽ không áp dụng một vài tham số dịch vụ, ví dụ như tham số độ trễ chỉ có ở các ứng dụng yêu cầu thời gian thực như VoIP còn các ứng dụng không yêu cầu thời gian thực như tải dữ liệu thì không cần tham. Tại Việt Nam WiMAX cố đinh & di trú đang được sự hỗ trợ của tập đoàn Alvarion, Alvarion hiện đã hỗ trợ thiết BreezeMAX cho thử nghiệm mạng WiMAX cố đinh & di trú tại Việt Nam và sẵn sàng giúp đỡ Việt Nam xây dựng mạng WiMAX cố đinh & di trú (nguồn Vnmedia).

Các yêu cầu thiết kế mạng WiMAX cố đinh & di trú cho thành phố Hà Nội

+ Các chỉ tiêu khác được đảm bảo bởi các kỹ thuật và công nghệ sử dụng trong WiMAX cố đinh & di trú, đặc biệt là kỹ thuật QoS đảm bảo chất lượng dịch vụ, công nghệ anten thông minh đảm bảo chất lượng kết nối và độ khả dụng của mạng (mạng WiMAX cố đinh & di trú có độ khả dụng lên tới > 99,9 %). Xét với nhu cầu sử dụng và điều kiện kinh tế hiện nay của người dân Hà Nội thì các ứng dụng WiMAX cố đinh & di trú có thể triển khai trong giai đoạn đầu là ứng dụng thoại VoIP cố đinh & di trú và truy nhập Internet tốc độ cao (dịch vụ Best Effort), các dịch vụ giải trí thời gian thực khác như truyền hình online, multimedia sẽ được cung cấp sau do giá dịch vụ thời gian thực còn tương đối cao và nhu cầu không quá lớn.

Tính toán suy hao

Tuy nhiên so với mô hình không gian tự do, mức suy hao theo mô hình COST 231 Walfish-Ikegami trong môi trường truyền sóng LOS lớn hơn 10 dB do đã tính tới các yếu tố ảnh hưởng tới suy hao có liên quan tới kiến trúc đô thị (ảnh hưởng của tán xạ khi không thỏa mãn điều kiện khoảng hở của miền Fresnel thứ nhất). Suy hao hệ thống bao gồm các yếu tố gây suy hao có liên quan tới hệ thống như tạp âm trạm gốc, tạp âm trạm thuê bao, suy hao cáp, suy hao mối nối… Tất cả các yếu tố suy hao hệ thống phụ thuộc thiết bị sử dụng và không liên quan tới quá trình truyền sóng trong không gian.

Định cỡ mạng và quy hoạch vùng phủ sóng

Xét với điều kiện kiến trúc hạ tầng ở nội thành Ha Nội đa phần các ngôi nhà có độ cao tương đối bằng nhau (12~15 m) và ở khá sát nhau, các tòa nhà cao tầng có số lượng nhỏ và mật độ không lớn, mặt khác các anten phát sẽ được ưu tiên đặt trên các công trình cao tầng trong quá trình thiết kế mạng, do đó suy hao đường truyền theo mọi hướng hầu như là bằng nhau. Trong chương 3 khi mô hình hóa mạng WiMAX trên bản đồ, mô hình cell sẽ được điều chỉnh lại sao cho phù hợp với hình dạng của vùng phủ sóng, đồng thời xác định lại vị trí các trạm gốc theo yêu cầu thiết kế.

Mễ HèNH HểA MẠNG WiMAX CỐ ĐỊNH

• Mô hình hóa mạng WiMAX cố đinh & di trú trên bản đồ

Để có thể thực hiện yêu cầu trên, trong quá trình hiệu chỉnh các cell có thể thay đổi dạng ô lục giác và thêm một vài cell 60o, 90o, 120o, 180o để phủ sóng những chỗ có hình dạng phức tạp mà việc sử dụng cell 360o không thích hợp. Mạng đường trục WiMAX là một trong các mô hình ứng dụng WiMAX cố đinh & di trú , sử dụng một (hoặc nhiều) trạm chuyển tiếp lưu lượng được kết nối với đường cáp quang 1 Gbps, cung cấp tải lưu lượng đến các trạm gốc WiMAX thông qua các kết nối điểm điểm, đường truyền LOS.

CÁC CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG

• Chương trình tính toán suy hao

Chương trình lấy thông số đầu vào là các thông số thiết bị và dự trữ suy hao để tính toán quỹ đường truyền, sau đó sử mô hình tính toán suy hao SUI để xác định phạm vi phủ sóng tối đa theo kết quả tính toán quỹ đường truyền. Hướng phát triển của đồ án tập trung nghiên cứu sâu hơn vào các công nghệ sử dụng cho WiMAX cố đinh & di trú, cỏc quỏ trỡnh phõn tớch tớnh toỏn suy hao tớn hiệu, xõy dựng phần mạng lừi, phỏt triển dịch vụ mới và thiết kế được một chương trình mô phỏng thực hiện được toàn bộ quá trình phân tích tính toán trên.