Phân tích Công nghệ Truyền sễng WiMAX theo Tiêu chuẩn IEEE 802.16

KHÁI NIỆM

Tiêu chuẩn này sử dụng phương thức đa truy cập ghép kênh chia tần số trực giao OFDMA (Orthogonnal Frequency Division Multiple Access) – là sự phối hợp của kỹ thuật ghép kênh và kỹ thuật phân chia tần số có tính chất trực giao, rất phù hợp với môi trường truyền dẫn đa đường nhằm tăng thông lượng cũng như dung lượng mạng, tăng độ linh hoạt trong việc quản lý tài nguyên, tận dụng tối đa phổ tần, cải thiện khả năng phủ sóng với các loại địa hình đa dạng. Cung cấp truy nhập băng rộng cố định trong những khu vực đô thị và ngoại ô, nơi chất lượng cáp đồng thì kém hoặc đưa vào khó khăn, khắc phục thiết bị số trong những vùng mật độ thấp nơi mà các nhân tố công nghệ và kinh tế thực hiện phát triển băng rộng rất thách thức.

PHỔ WiMAX 1. Băng tần đăng ký

Các giải pháp không đăng ký cung cấp một vài thuận lợi chính hơn các giải pháp đăng ký, bao gồm chi phí ban đầu thấp hơn, rút ra nhanh hơn, và một băng chung có thể được sử dụng ở phần lớn thế giới. Tuy nhiên một giải pháp không đăng ký thì khả năng nhiễu cao hơn, và nhiều sự cạnh tranh đối với các nhà kinh doanh bất động sản cho việc triển khai.

TRUYỀN SểNG

Một sản phẩm mà chỉ đơn thuần tăng công suất để xuyên qua các vật cản (đôi lúc được gọi là. “gần tầm nhìn thẳng”) thì không phải là công nghệ NLOS bởi vì phương pháp này vẫn còn dựa vào đường truyền trực tiếp đủ mạnh mà không sử dụng năng lượng xuất hiện trong các tín hiệu gián tiếp. Điều này có hai khó khăn chính; đầu tiên là khắc phục những tổn hao xuyên qua tòa nhà và thứ hai, phủ sóng các khoảng cách hợp lý với công suất truyền và các anten thấp hơn mà thường được kết hợp với các CPE trong nhà.

ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ WiMAX Mục tiêu của tổ chức IEEE khi phát triển tiêu chuẩn 802.16

Theo diễn dàn WiMAX chỉ mới có khoảng 12 hãng phát triển chuẩn WiMAX được chứng nhận bao gồm: Alvarion, Selex Communication, Airspan, Proxim Wilreless, Redline, Sequnas, Siemens, SR Telecom, Telsim, Wavesat, Aperto, Axxcelera. Ngay cả ở Việt Nam, VNPT (với nhà thầu nước ngoài là Motorola, Alvarion) cũng đã triển khai ở một số tỉnh miền núi phía Bắc, cụ thể là ở Lào Cai nhưng cũng chỉ giới hạn là các điểm truy cập Internet tại Bưu điện tỉnh,huyện chứ chưa có những kết luận chính thức về tính hiệu quả đáng kể của hệ thống.

TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI WiMAX 1. Tình hình triển khai WiMAX trên thế giới

GIỚI THIỆU CHƯƠNG

KỸ THUẬT OFDM

Trong hình vẽ mô tả dưới đây, hình a, tín hiệu theo đường thứ nhất không có trễ, các đường thứ hai và thứ ba đều bị trễ một khoảng thời gian so với đường thứ nhất.Tín hiệu thu được ở máy thu sẽ là tổng hợp của tất cả các tuyến, cho thấy kí hiệu đứng trước sẽ chồng lấn vào kí hiệu ngay sau đó, đây chính là hiện tượng ISI. Như vậy, với công nghệ OFDM, nhờ sự kết hợp của các sóng mang con trực giao truyền song song với các ký hiệu có khoảng thời gian dài đảm bảo rằng lưu lượng băng thông rộng không bị hạn chế do môi trường không theo tầm nhìn thẳng NLOS và nhiễu do hiện tượng đa đường dẫn.

KỸ THUẬT OFDMA 1. Khái niệm

Ưu điểm cơ bản của hệ thống OFDMA nhảy tần hơn hẳn các hệ thống DS- CDMA và MC-CDMA là tương đối dễ dàng loại bỏ được xuyên nhiễu trong một tế bào bằng cách sử dụng các mẫu nhảy trực giao trong một tế bào. Nguồn tín hiệu được điều chế ở băng tần cơ sở thông qua các phương pháp điều chế như QPSK, M-QAM….Tín hiệu dẫn đường (bản tin dẫn đường, kênh hoa tiêu - pilot symbol) được chèn vào nguồn tín hiệu, sau đó được điều chế thành tín hiệu OFDM thông qua biến đổi IFFT và chèn chuỗi bảo vệ GI.

ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI

Luồng thứ hai là mẫu tin dẫn đường được đưa vào bộ khôi phục kênh truyền, sau đó lại được đưa đến bộ cân bằng kênh để khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Trong quá trình suy giảm tín hiệu, hệ thống WiMAX có thể dịch đến một sơ đồ điều chế thấp hơn để duy trì chất lượng kết nối và ổn định liên kết.

CÔNG NGHỆ SỬA LỖI

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

CÁC CÔNG NGHỆ ANTEN TIÊN TIẾN

Đối với OFDMA, bởi vì mỗi sóng mang con là các kênh băng hẹp tương tự, fading lựa chọn tần số xuất hiện như là fading phẳng tới mối sóng mang. Hiệu ứng này có thể sau đó được mô hình hóa như là một sự khuếch đại không đổi phức hợp và có thể đơn giản hóa sự thực hiện của một máy thu MIMO cho OFDMA.

MÔ HÌNH THAM CHIẾU

Trong chương 2, chúng ta đã tìm hiểu về các kỹ thuật được sử dụng trong WiMAX, trong chương này, chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu về cấu trúc của mạng WiMAX bao gồm mô hình tham chiếu, các phân lớp MAC (Media Access Control - Điều khiển truy nhập môi trường) và PHY (Physical Layer - Lớp vật lý). Tại trạm thu, dữ liệu sẽ được decapsulation (mở gói) để lấy các thông tin cần thiết và các thông tin này được gửi lên các lớp cao hơn.

LỚP ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP MÔI TRƯỜNG (MAC)

Lớp MAC chuẩn IEEE 802.16 cung cấp hai kiểu cấp phát băng thông cho trạm SS, được phân biệt ở hình thức cấp phát băng thông cho mỗi kết nối hay cấp phát băng thông cho mỗi trạm SS. Trạm BS không nhận được thông báo yêu cầu băng thông hay trạm SS không nhận được băng thông được cấp do lỗi lớp vật lý, hoặc trạm BS không cung cấp đủ lượng băng thông theo yêu cầu….

LỚP VẬT LÝ

Lớp vật lý hỗ trợ cả 2 phương thức truyền song công : song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex) và song công phân chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplex). Chế độ TDD sử dụng các khe thời gian, mỗi một SS được BS cấp cho các khe thời gian sử dụng để truyền và nhận dữ liệu, cho phép dữ liệu truyền không đồng thời trên cả hai hướng uplink và downlink nhưng có thể sử dụng chung tần số.

GIỚI THIỆU CHƯƠNG

KIẾN TRÚC BẢO MẬT

Mỗi một SA chứa một danh sách các bộ mã hóa (các thuật toán mã hóa được lựa chọn), các khóa mã hóa lưu lượng TEK (Traffic Encryption Key) và các vector khởi tạo (initialization vector) và được tham chiếu bởi một giá trị định danh SAID (SA Identifier) 16 bit. Tất cả các kết nối Transport luôn được ánh xạ thành các SA có sẵn, riêng kết nối multicast Transport được ánh xạ thành static SA hay dynamic SA bất kỳ.

QUY TRÌNH BẢO MẬT

Vì cả BS và SS đều hỗ trợ đồng thời hai khóa AK tồn tại cùng một lúc nên thời gian sống này có thể chồng lên nhau giữa các AK nhằm tránh tình trạng các dịch vụ bị tạm ngừng đột ngột do giá trị life- time của khóa hết hạn. Sau khi đã nhận được thông báo Authorization Reply, SS sử dụng giá trị khóa AK để tạo hai khóa gồm: khóa mã hóa khóa (KEK – Key Encryption Key) 128 bit được sử dụng để mã hóa khóa TEK trong suốt quá trình truyền và khóa xác thực thông báo (HMAC - Hash functionbased Message Authentication Code) 160 bit.

HẠN CHẾ CỦA KIẾN TRÚC BẢO MẬT IEEE 802.16

WiFi 802.11, sử dụng phương thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang, một kẻ tấn công (acttacker) có được ID của AP (Access Point) và tạo một thông báo với ID hợp pháp, acttacker sẽ chờ cho đến khi môi trường mạng nhàn rỗi và khi đó truyền thông báo, điều này có thể gây ra sự nhầm lẫn. • Không hỗ trợ một cơ chế hiệu quả chống lại hình thức tấn công từ chối dịch vụ DoS (Denial of Service): Các attacker có thể sử dụng SS thực hiện gửi yêu cầu xác thực đến BS với số lượng nhiều và liên tục, làm cho BS mất khả năng xử lí.

GIỚI THIỆU CHƯƠNG

MÔI TRƯỜNG MÔ PHỎNG

Trong kiến trúc trên, một nút wireless bao gồm các thành phần: Traffic Generating Agent (address classifier, port classifier, agent protocol, agent routing), lớp LL (Link Layer), lớp MAC, hàng đợi và kênh vật lý. Khi một packet đi từ agent protocol đến agent routing, agent routing sẽ đặt địa chỉ của đích vào gói và chuyển tiếp đến.

MÔ PHỎNG 1. Giả thuyết

Trong kịch bản mô phỏng trên: SS_1 gửi các thông báo ranging, thông báo BWREQ và bắt đầu truyền dữ liệu đến BS (kênh uplink). • Lớp dịch vụ được thiết lập trên kết nối giữa BS và SS_1 là UGS (biểu. diễn cho các ứng dụng VOIP) và lớp dịch vụ thiết lập trên kết nối giữa BS và SS_2 là rtPS (biểu diễn cho ứng dụng video, MPEG4).

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 1. Hoạt động

• Các thông tin mô phỏng được ghi lại trong file ~.tr bao gồm kiểu sự kiện (send, receive, drop, forward), thời điểm xảy ra sự kiện, nút thực hiện sự kiện, thông tin gói và kích thước gói, kiểu trace được sử dụng…. WiMAX di động là giải pháp không dây băng rộng cho phép phủ sóng mạng không dây và cố định nhờ công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng trên diện rộng với kiến trúc mạng linh hoạt (Point-to-Point, Point-to-MultiPoint, Mesh).