b. Quá trình xây dựng MAC PDU trong 802.16
1.3.4. Chất lượng dịch vụ trong 802.16
Mạng băng rộng cung cấp rất nhiều loại dịch vụ với các yêu cầu khác nhau. Do vậy, QoS là một vấn đề cơ bản đối với các mạng băng rộng. So với các mạng băng rộng không dây khác, ưu điểm lớn của 802.16 hỗ trợ rất tốt vấn đề QoS. Một loạt các tính năng đảm bảo cơ chế QoS cho các loại dịch vụ khác nhau gồm cả âm thanh, hình ảnh. 802.16 cho phép các nhà cung cấp dịch vụ quản lí được lưu lượng
đối với từng thuê bảo, dựa vào các thỏa thuận đã cam kết.
Chất lượng dịch vụ trong 802.16 phụ thuộc vào ba yếu tố sau:
• Giao thức MAC trong 802.16 hoạt động hướng kết nối (connection- oriented)
Mỗi một gói tin trong 802.16 đều được đưa vào một kết nối ảo cụ thể, được xác định bởi tham số CID. Việc tạo nên các kết nối ảo này khiến cho các gói tin
được gửi đi một cách hiệu quả và nhanh chóng, tương tự như các mạch ảo trong ATM.
• Cơ chế cấp phát băng thông Request/Grant
Cơ chế cấp phát băng thông Request/Grant làm tăng hiệu quả sử dụng băng thông của hệ thống, đặc biệt các hệ thông mà có nhiều thuê bao.
• Phân loại dịch vụ
Giống như mọi hệ thống hỗ trợ tốt QoS khác, việc phân loại dịch vụ là điểm cốt lõi trong việc đảm bảo QoS của hệ thống 802.16. Cơ chế hoạt động chủ yếu để cung cấp QoS trong 802.16 là đưa các gói tin khác nhau vào các dịch vụ khác nhau, các dịch vụ này được xác định bởi chỉ định của CID. 802.16 phân loại các luồng dữ liệu với yêu cầu QoS khác nhau vào các kết nối khác nhau. Mỗi kết nỗi sẽ
thuộc một loại dịch vụ và mỗi dịch vụ lại có các tham số QoS khác nhau.
• Luồng dịch vụ (Service Flow):
Luồng dữ liệu của một kết nối gắn kèm với những đặc tả QoS riêng nhưđộ trễ, jitter, thông lượng,…. được chỉđịnh duy nhất bởi một tham số SFID (Service Flow Identifier) có độ dài 32bit.
Các luồng dịch vụ cũng được phân vào lớp dịch vụ. Việc ánh xạ này có thể
thông qua một tham số nào đó. Ví dụ ở đường xuống, BS có thể sử dụng địa chỉ
MAC, IP hoặc ngay cả trường ToS để phân lớp dịch vụ. Ở đường lên, SS cũng có thể dùng MAC, IP, cổng, VLANID,.. Việc này nhằm tăng khả năng quản lí các luồng dịch vụ.
Hình vẽ dưới đây mô tả mô hình đối tượng QoS
Hình vẽ trên cho thấy, mỗi MAC PDU sẽđược ánh xạ vào một luồng dịch vụ
cụ thể nào đó xác định bằng tham số SFID. Một luồng dịch vụ có thể gồm từ 0 tới N MAC PDU.
Mối quan hệ giữa kết nối và luồng dịch vụ được giải thích như sau: thông thường một luồng dịch vụ có thể được cung cấp nhưng không nhất thiết hoạt động ngay. Chính vì thế, chỉ khi luồng dịch vụ đó hoạt động thì nó mới được ánh xạ vào một CID cụ thể.
Các lớp dịch vụ mang tính lựa chọn, như vậy có thể có các lớp dịch vụ, cũng có thể không. Nếu có lớp dịch vụ thì một lớp có thể có 0 tới N luồng dịch vụ.
802.16 cung cấp bốn loại dịch vụ khác nhau: UGS, rtPS, nrtPS và BE
UGSđược thiết kế cho các luồng dữ liệu thời gian thực có chiều dài cố định như các luồng T1/E1 hoặc VoIP. Các gói tin được phát đi đều đặn theo chu kì. Đặc
điểm của loại dịch vụ này là dữ liệu có tốc độ cao, độổn định lớn. Nó loại bỏ những phần tiêu đề không cần thiết, độ trễ được đảm bảo. Cơ chế cấp phát băng thông không cần thiết.
RtPSđược thiết kế cũng cho các luồng dữ liệu thời gian thực nhưng các gói tin có chiều dài thay đổi như MPEG video. Loại dịch vụ này dữ liệu có tốc độ lớn,
độưu tiên, độổn định cao. Do kích thước gói tin thay đổi nên cơ chế cấp phát băng thông cần thiết đối với dịch vụ này.
NrtPS được thiết kế cho các luồng dữ liệu có chiều dài thay đổi, khả năng chịu được độ trễ cao, tốc độ nhỏ. Nó đặc biệt thích hợp cho các dịch vụ dữ liệu cơ
bản như FTP, email. Dịch vụ này cũng cần sử dụng cơ chế cấp phát băng thông. Cuối cùng, BE được thiết kế cho các luồng dữ liệu không có yêu cầu cụ thể
về chất lượng dịch vụ, dữ liệu luôn được truyền trong khả năng tốt nhất có thể.
Có một tập hợp các tham số liên quan tới chất lượng dịch vụ trên bao gồm tốc độ duy trì lớn nhất MSR, tốc độ dự trữ nhỏ nhất MRR, độ trễ lớn nhất, jitter lớn nhất và độ ưu tiên. Mức độ của các tham số này được thiết lập tùy thuộc vào từng dịch vụ cụ thể.
Tham số MRR giống như một sự đảm bảo về mặt tốc độ, trong khi tham số
MSR là giới hạn lớn nhất của tốc độ, hai tham số này đều có đơn vị bps. Ví dụ nếu một nhà cung cấp dịch vụ cung cấp dịch vụ mới MRR 1.544Mbps, họ có thể thiết lập MSR gấp đôi tốc độđó và đảm bảo các gói tin được đảm bảo vềđộ trễ, jitter, độ ưu tiên như thỏa thuận. Nếu người dùng cố gắng truyền với tốc độ lớn hơn 1.544Mbps, nhà cung cấp dịch vụ vẫn sẽ cho phép truyền nhưng lớn nhất chỉ có thể đạt tới MSR, tức 3.088 Mbps. Như vậy, có hai mức băng thông, mức MRR là mức mà nhà cung cấp phải đảm cho thuê bao. Còn mức MSR là mức best-effort, nhà cung cấp vẫn sẽ cố gắng cung cấp cho thuê bao lượng băng thông lớn nhất có thể
nằm trong khoảng từ MRR đến MSR. Điều này cũng sẽ liên quan tới việc lập kế
hoạch quản lí băng thông, trong đó tổng số MRR trong mạng không được vượt quá khả năng của toàn mạng. 1.4. Kiến trúc mạng WiMAX Hình 1. 19. Kiến trúc mạng WiMAX ASN CSN CSN SS/ MS ASN khác NAP R4 Mạng ASP hoặc Internet Mạng ASP hoặc Internet R5 R1 R3 R2 R2 NSP khách NSP chủ
Kiến trúc mạng WiMAX đầu cuối-đầu cuối dựa trên một nền tảng hoàn toàn IP. Hoàn toàn IP nghĩa là lõi mạng phổ biến có thể được sử dụng, không cần duy trì cả
mạng lõi kênh và gói. Một số nguyên lí cơ bản hướng dẫn triển khai mạng WiMAX: 1. Kiến trúc mạng dựa trên cơ cấu chuyển mạch gói, bao gồm các thủ tục dựa trên chuẩn IEEE 802.16 và các sửa đổi của nó, các chuẩn IETF và Ethernet phù hợp.
2. Kiến trúc mạng cho phép tách riêng kiến trúc truy nhập (và hỗ trợ các cấu hình) từ dịch vụ kết nối IP. Các phần tử mạng của hệ thống kết nối không nhận biết về các chi tiết vô tuyến IEEE 802.16.
3. Kiến trúc mạng cho phép tính modul và độ linh động để cung cấp một dải rộng các tùy chọn như:
• Mạng WiMAX từ quy mô nhỏđến quy mô lớn.
• Các băng tần vô tuyến vùng nông thôn, ngoại ô và thành thị.
• Các cấu hình có thứ bậc, bằng phẳng hoặc Mesh và các biến thể của chúng.
• Các kiểu cốđịnh, mang xách và di động cùng tồn tại.
¾ Hỗ trợ các dịch vụ và các ứng dụng
a./ Các dịch vụ thoại, đa phương tiện và các dịch vụ điều tiết được ủy quyền khác như dịch vụ khẩn và ngăn chặn hợp pháp.
b./ Truy nhập đến nhiều mạng của nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng (ASP) độc lập theo kiểu không nhận biết.
c./ Truyền thông điện thoại di động sử dụng VoIP.
d./ Hỗ trợ giao diện với nhiều cổng tương thích và media cho phép việc phát các dịch vụ hiện thời/ kế thừa truyền qua IP (ví dụ SMS qua IP, MMS, WAP) để
truy nhập mạng WiMAX.
e./ Hỗ trợ việc phát các dịch vụ quảng bá và đa điểm qua mạng truy nhập WiMAX.
Tương tác và Roaming là thế mạnh hàng đầu của kiến trúc mạng đầu cuối-đầu cuối hỗ trợ cho một số các điều kiện triển khai. Cụ thể sẽ hỗ trợ những đặc điểm sau:
Cặp tương tác lỏng lẻo với các mạng vô tuyến hiện thời như 3GPP hay 3GPP2 hay các mạng hữu tuyến hiện thời như DSL hay MSO (nhà khai thác nhiều dịch vụ) với các giao diện tương tác dựa trên một bộ giao thức chuẩn IETF.
Roaming toàn cầu qua các mạng nhà khai thác WiMAX, bao gồm hỗ trợ
tái sử dụng giấy ủy quyền, sử dụng AAA để thanh toán, tính cước phù hợp, thanh toán và tính cước thống nhất/ thông dụng.
Đa dạng các định dạng giấy ủy quyền nhận thực người dùng như tên người dùng/ mật khẩu, chứng nhận số, modul nhận dạng thuê bao (SIM), SIM toàn cầu (USIM) và modul nhận dạng người dùng có thể tháo lắp (RUIM).
WiMAX Forum đã định nghĩa một modul tham chiếu mạng WiMAX (NRM). NRM nhận dạng các thực thể chức năng và các điểm tham chiếu qua tính tương tác
đạt được giữa các thực thể chức năng.
Hình trên minh họa NRM bao gồm các thực thể logic sau: MS, ASN, CSN và các điểm tham chiếu được nhận dạng một cách rõ ràng cho liên kết của các thực thể
logic. Hình vẽ miêu tả các điểm tham chiếu quy chuẩn chủ chốt R1-R5. Mỗi thực thể MS, ASN và CSN miêu tả một nhóm các thực thể chức năng. Mỗi nhóm chức năng này có thể được thực hiện trong một thiết bị vật lí đơn nhất hay được phân phối qua nhiều thiết bị vật lí. Việc tạo nhóm và phân phối các chức năng trong các thiết bị vật lí, trong một thực thể chức năng (như ASN) là một lựa chọn bổ sung. Một nhà sản xuất có thể chọn bất kì bổ sung các chức năng vật lí nào, riêng biệt hoặc kết hợp, với điều kiện việc bổ sung đáp ứng các yêu cầu về tính tương tác và về chức năng.
Mục tiêu của NRM là cho phép nhiều tùy chọn bổ sung cho một thực thể chức năng xác định, tuy nhiên phải đạt được tính tương tác giữa các thực thể chức năng
khác nhau. Tính tương tác dựa trên định nghĩa các giao thức truyền thông và cách xử lí mặt bằng dữ liệu giữa các thực thể chức năng để đạt được một chức năng đầu cuối-đầu cuối hoàn thiện, ví dụ, bảo mật hay quản lí tính di động. Do đó, các thực thể chức năng ở phía này hay phía kia của một điểm tham chiếu miêu tả một tập hợp các điểm cuối mặt bằng điều khiển và truyền tải.
Hình trên cũng chứa các giao diện giữa các thực thể khác nhau. Các giao diện này định nghĩa các thủ tục và các giao thức và các liên kết logic, liên kết vật lí truy nhập các thực thể.
Các chi tiết kĩ thuật của mạng cho hệ thống WiMAX dựa trên cơ sở nhiều nguyên lí kiến trúc mạng cơ bản, được liệt kê dưới đây. Một số các nguyên lí chung
được hướng dẫn triển khai kiến trúc mạng WiMAX di động bao gồm:
• Cung cấp sự tách biệt về mặt logic giữa các thủ tục đã nói trên và đánh địa chỉ IP, định tuyến và thủ tục quản lí kết nối và các giao thức cho phép sử
dụng kiến trúc truy nhập cơ bản trong các trường hợp triển khai tương thích và một mình.
• Hỗ trợ chia sẻ một hay nhiều ASN của một NAP giữa nhiều NSP.
• Hỗ trợ dịch vụ cung cấp NSP đơn lẻ qua nhiều ASN được quản lí bởi một hay nhiều NAP.
• Hỗ trợ việc phát hiện và lựa chọn các NSP có thể truy nhập bởi một MS hay SS.
• Hỗ trợ các NAP mà sử dụng một hay nhiều cấu hình ASN.
• Hỗ trợ truy nhập đến các dịch vụ của nhà khai thác hiện thời thông qua tương thích các chức năng khi cần thiết.
• Chi tiết kĩ thuật của các điểm tham chiếu không hạn chế và hoàn toàn xác
định giữa một nhóm các thực thể chức năng mạng (trong một ASN, giữa các ASN, giữa một ASN và một CSN và giữa các CSN) và đặc biệt giữa một MS, ASN và CSN để cho phép tương tác giữa nhiều nhà cung cấp.
• Hỗ trợ các phương pháp nâng cấp giữa nhiều kiểu thông dụng thành các giảđịnh và bắt buộc hợp lí về mặt công nghệ.
• Cho phép bổ sung các nhà cung cấp khác nhau trên cơ sở kết hợp các thực thể chức năng khác nhau trên các thực thể mạng vật lí, với điều kiện những bổ sung này tuân theo các giao thức và thủ tục quy chuẩn qua các
điểm tham chiếu thích hợp., như đã định nghĩa trong đặc điểm kĩ thuật mạng.
• Hỗ trợ cho trường hợp một nhà khai thác riêng lẻ bình thường nhất sử
dụng một ASN cùng với một tổ hợp có giới hạn các chức năng CSN, vì thế nhà khai thác có thểđưa ra dịch vụ truy cập Internet cơ bản mà không xem xét về Roaming hay tương thích.
Hình vẽ sau cung cấp một cái nhìn cụ thể hơn về nhiều thực thể trong các nhóm chức năng của ASN và CSN.
Hình 1. 20. Kiến trúc mạng WiMAX trên cơ sở IP
Kiến trúc WiMAX cũng cho phép cả các dịch vụ IP và Ethernet, trong một mạng tuân theo chuẩn IP di động. Tính linh hoạt và tương tác được hỗ trợ bởi mạng WiMAX cung cấp cho các nhà khai thác một bổ sung mạng WiMAX chi phí thấp
AAA server các dịch vụ nội dung các dịch vụ IMS MIP HA Hệ thống hỗ trợ vận hành Hệ thống hỗ trợ tính cước Mạng lõi IP cung cấp dịch vụ Mạng dịch vụ lõi ASN- GW BS Wimax di động Đầu cuối Wimax di động Đầu cuối Wimax mang xách Đầu cuối Wimax cố định Mạng dịch vụ truy nhập Đầu cuối người dùng
Các giao diện tương tác mạng
Giao diện Roaming Giao diện không gian Các thành phần COTS Các thành phần Wimax
của nhiều nhà cung cấp thậm chí với một triển khai hỗn hợp của các ASN được phân phối và tập trung trong mạng.
Mạng WiMAX có các đặc điểm chính sau:
Bảo mật
Tính di động và chuyển giao
Tính tỉ lệ, tính mở rộng, độ bao phủ và lựa chọn nhà khai thác
Tính tương tác giữa nhiều nhà cung cấp
Chất lượng dịch vụ
1.4.1. Mạng dịch vụ truy nhập ASN
ASN bao gồm một hay nhiều cổng ASN và các trạm gốc, bao phủ vô tuyến WiMAX được cung cấp đến một vùng địa lí. Một ASN quản lí truy nhập MAC về
mặt chức năng nhưđệm, định vị, quản lí nguồn vô tuyến RRM và tính di động giữa các BS.
ASN quản lí các liên kết vô tuyến WiMAX, đưa ra nhiều mức quản lí cao đến CSN. ASN có thể cũng được dùng như một sựủy quyền, như trong trường hợp của IP di động ủy quyền (MIP).
ASN được triển khai bởi một thực thể kinh doanh đuợc gọi là nhà cung cấp truy nhập mạng (NAP), cung cấp một SS/MSS với kết nối L2 đến một mạng vô tuyến WiMAX và kết nối các người dùng đến các nhà cung cấp dịch vụ mạng (NSP) quản lí một CSN. Cổng ASN cung cấp các liên kết giữa ASN và CSN.
ASN trình bày một ranh giới cho tính tương tác về chức năng với một máy khách WiMAX, các chức năng dịch vụ kết nối WiMAX và việc tập hợp các chức năng được bao gồm bởi nhiều nhà cung cấp khác nhau.
1.4.2. Mạng dịch vụ kết nối CSN
Một CSN là một tập hợp các chức năng mạng mà cung cấp kết nối IP đến các trạm thuê bao WiMAX. CSN chứa các cổng để truy nhập Internet, các bộ định tuyến, các máy chủ hay các ủy quyền cho AAA, phân phối IP, cơ sở dữ liệu của người dùng và các thiết bị tương tác mạng. Nó cũng quản lí việc cấp phát và chính sách điều khiển, tính di động giữa ASN và các dịch vụ WiMAX cụ thể như các dịch vụ trên cơ sởđịnh vị hay các dịch vụ tuân theo quy luật.
CSN được triển khai bởi một thực thể kinh doanh gọi là NSP, các thuê bao WiMAX gia nhập các hợp đồng theo thỏa thuận trên các dịch vụ với NSP ví dụ như
QoS, băng tần…vv, và truy nhập các dịch vụ này thông qua ASN mà nó hiện đang