Hệ thống WiMAX Lào Cai bao gồm 2 ứng dụng cơ bản:
- Truy nhập Internet tốc độ cao: với dịch vụ này, người dùng có thể truy nhập Internet với tốc độ tương đương và lớn hơn dịch vụ ADSL. Bên cạnh
đó, hệ thống WiMAX tạo nền tảng cho người dùng đầu cuối có thể sử dụng bất cứ dịch vụ trên nền Internet nào mà nhà các nhà cung cấp dịch vụ ISP có thể cung cấp.
- Gọi điện thoại VoIP: đây là hình thích gọi điện thoại trên Internet dùng công nghệ SIP. Người dùng đầu cuối có thể gọi giữa các thuê bao VoIP với nhau, gọi đến thuê bao PSTN và ngược lại.
4.2.5 Kiến trúc hệ thống
Hình 4.8: Kiến trúc mạng vô tuyến tại xã Tả Van
Đường truyền dùng chung 2 Mbps đường xuống và 512 kbps đường lên từ vệ
tinh IPSTAR được được sử dụng làm đường truyền backbone tại Tả Van. Đường truyền này được nối với mạng WiMAX có cấu hình hình sao sử dụng một trạm gốc Airspan MicroMAX® để cung cấp kết nối băng rộng cho nhiều người dùng trong bản.
Trong quá khứ, một mạng như vậy sẽđòi hỏi hạ tầng xây dựng dân dụng với nguồn điện ổn định và môi trường khí hậu được kiểm soát (điều hoà) để chứa thiết bị vệ tinh và thiết bị WiMAX.
Tuy nhiên, hệ thống vệ tinh IPSTAR chỉ cần một chảo Anten VSAT và một
đầu cuối người dùng nhỏ trong nhà. Thiết bị trạm gốc WiMAX hiện có với kích thước nhỏ gọn, có thể sử dụng ngoài trời. Ví dụ, trạm gốc Airspan MicroMAX có
tất cả mạch vô tuyến và điện tử cần thiết trong một khối ngoài trời nhỏ gọn, chỉ yêu cầu một khối trong nhà kích thước nhỏ cho chuyển mạch và nguồn.
Vì đường truyền vệ tinh IPSTAR có hạn chế về băng thông, mục tiêu của kiến trúc mạng là cung cấp vùng phủ sóng WiMAX một cách hiệu quả về chi phí. Vì vậy một anten đẳng hướng đã được triển khai để cung cấp vùng phủ sóng rộng một vài km trong điều kiện có Tầm nhìn thẳng (LOS).
Do đó, trong kiến trúc mạng Tả Van, chỉ có bốn cấu phần cần thiết được lắp
đặt ngoài ngoài trời tại địa điểm trạm gốc là điểm BĐVH xã Tả Van: 1. Anten VSAT
2. Một Anten đẳng hướng
3. Một trạm gốc Airspan MicroMAX 4. Một hệ thống tiếp địa và chống sét
Các cấu phần trong nhà của trạm gốc được triển khai mà không cần có một phòng máy chuẩn với điều hoà. Chúng được lắp đặt ngay trong nhà của điểm BĐVH, bao gồm:
1. Đầu cuối người dùng vệ tinh
2. Khối trong nhà của trạm gốc Airspan MicroMAX
3. Thiết bị chuyên dụng mạng đa chức năng Edgewater Networks. 4. Một máy tính PC chạy phần mềm quản lý mạng (NMS).
5. Một thiết bị lưu điện nhỏ cung cấp nguồn và bảo vệ chống quá áp.
Mặc dù có thể không cần tới PC chạy Phần mềm Quản lý mạng (NMS), tuy nhiên phần mềm này được khuyến nghị sử dụng để quản lý mạng cục bộ. Nó đã chứng tỏ rất có giá trị trong việc quản trị hệ thống và bảo dưỡng từ xa. Tất cả các thiết bị trạm gốc đều có thểđiều khiển từ xa (remote control). Tất cả thiết bị đều rất nhỏ gọn và có yêu cầu tối thiểu về nguồn và có thểđược triển khai trong những môi trường rất khắc nghiệt.
Hai loại trạm thuê bao (SS) – SS tiêu chuẩn và SS tích hợp Wi-Fi – đã được triển khai tại địa điểm người dùng.
4.2.6 Mô hình kết nối tại trạm gốc
Trạm gốc được đặt tại điểm Bưu điện Văn hóa xã, đây là một lựa chọn điển hình vì ở bất kỳ một xã nào cũng có một điểm bưu điện văn hóa được xây dựng theo chuẩn, kiên cố, đổ mái bằng chắc chắn.
Một cột cao (pole) cao 4m được lắp đặt gọn nhẹ ngay trên nóc nhà điểm bưu
điện văn hóa. Bên cạnh cột cao cũng ở trên mái nhà là Anten VSAT có bán kính 1,2m.
Hình 4.9: Mô hình trạm gốc BTS
Hình 4.10 mô tả sơ đồ đấu nối thiết bị phía trạm gốc. Thiết bị Outdoor của WiMAX được nối với thiết bị Indoor thông qua một thiết bị cắt sét truyền lan Polyphaser.
Hình 4.10: Sơ đồđấu nối thiết bị WiMAX tại trạm gốc
4.2.7 Mô hình kết nối phía khách hàng
Một trong những thách thức hiện tại của WiMAX là giá thành cao của các trạm thuê bao đầu cuối khách hàng. Giá thành của SS được trông chờ sẽ giảm xuống khi việc sản xuất hàng loạt bắt đầu và sự tương tác thực sự cho phép các nhà khai thác lựa chọn sử dụng thiết bị từ các nhà sản xuất trạm gốc và các nhà sản xuất trạm thuê bao SS khác nhau.
Trong lúc này, giá thành cao của SS đang hạn chế việc triển khai rộng rãi mạng WiMAX ở vùng nông thôn. Tuy nhiên, dự án Tả Van đã cho phép nhóm nghiên cứu hiểu được rằng, trong nhiều trường hợp, một SS có thể cung cấp kết nối băng rộng cho không chỉ một người dùng cuối, 1 khách hàng.
Hình 4.11 minh họa cách thức kiến trúc dùng chung một SS của nhiều gia đình sống cạnh nhau đã được triển khai thành công tại xã Tả Van.
Hình 4.11: Mô hình một SS, nhiều người dùng.
SS tích hợp Wi-Fi được lắp đặt tại vị trí thích hợp ngoài trời, sử dụng cáp Ethernet ngoài trời và cầu nối Wi-Fi (Wi-Fi bridge), nhiều hộ gia đình được kết nối với một SS duy nhất. Cầu nối Wi-Fi nhận tín hiệu Wi-Fi, phân phối tín hiệu này qua chức năng chuyển mạch có sẵn. Giải pháp này được cung cấp có hiệu quả về chi phí nhờ sử dụng các điểm truy nhập tiêu chuẩn và firmware mã mở như DD-WRT (xem http://www.dd-wrt.com)
Như vậy, sử dụng tổ hợp kết nối hữu tuyến và vô tuyến, một SS đơn nhất có thể phục vụ dễ dàng năm người dùng cuối hay hơn nữa, giảm đáng kể chi phí trên một người dùng. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng đó chỉ là giải pháp tạm thời cho tới khi các thiết bị đầu cuối khách hàng SS được sản xuất rộng rãi và có cùng mức giá như
thiết bị Wi-Fi hiện nay. Càng ngày vòng đời sản phẩm càng ngắn, theo đánh giá của nhiều chuyên gia năm 2008 các thiết bị WiMAX trạm gốc BS và trạm thuê bao SS sẽđược sản xuất hàng loạt, khi đó giá thiết bị chắc chắn sẽ giảm nhanh chóng.
4.2.8 Hệ thống VoIP trên nền WiMAX
Một điều được công nhận rộng rãi là khả năng cung cấp thoại là “ứng dụng sát thủ” (“killer application”) trong công nghệ truyền thông. Một điểm trung tâm của mạng IP là khả năng cung cấp thoại có hiệu quả giá thành với công nghệ VoIP.
Trong khi điện thoại di động đã có sự phát triển nhanh chóng tại nhiều quốc gia, VoIP cung cấp ưu thếđáng kể về giá thành, cụ thể khi sử dụng cho các cuộc gọi
đường dài trong nước và quốc tế.
Mặc dù có thể sử dụng một vài giao thức cho cung cấp thoại qua IP, Giao thức khởi tạo phiên (SIP) đã nổi lên như công nghệ hàng đầu. Tới nay, có nhiều loại thiết bị người dùng cuối SIP bao gồm điện thoại SIP hữu tuyến và vô tuyến và các Bộ
thích ứng điện thoại analog (ATA) – tất cảđều có giá thành hợp lý. Ngoài ra, “điện thoại mềm” SIP ( SIP Soft phone) dựa trên phần mềm chạy trên máy tính cá nhân hay PDA đã rất phổ biến với giá rất thấp hay miễn phí.
Trong mạng SIP, media gateway đóng vai trò xử lý kết nối giữa tín hiệu VoIP trên nền Internet tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) sao cho mạng này có thểđược tích hợp liền mạch với mạng điện thoại cốđịnh hay mạng di động.
Đối với hệ thống VoIP triển khai tại Tả Van và thành phố Lào Cai, Máy chủ ứng dụng truyền thông LingUp được triển khai tại Hà nội, media gateway được triển khai tại thành phố Lào Cai. Điều này tạo ra kết nối hiệu quả với mạng PSTN.
Hoạt động của hệ thống VoIP trên nền công nghệ SIP
SIP server được sử dụng để thiết lập kết nối giữa hai điểm cuối VoIP Phone.
Để thực hiện một cuộc gọi VoIP có hai loại tín hiệu được truyền đi:
- Tín hiệu báo hiệu: Từ VoIP chủ động thực hiện cuộc gọi, tín hiệu báo hiệu của thuê bao VoIP này đăng ký với thiết bị chuyển mạch trung tâm, thiết bị
chuyển mạch trung tâm sẽđăng ký với SIP server. SIP server sẽ xác định và chuyển tiếp tín hiệu báo hiệu tới thuê bao VoIP hay PSTN (thông qua media gateway) được gọi và thực hiện kết nối hai thuê bao với nhau.
- Sau khi kết nối được thiết lập, thiết bị chuyển mạch trung tâm sẽ thiết lập một giao thức riêng - thông thường là Giao thức thời gian thực (RTP) - để
chuyển tải lưu lượng thoại (media) trực tiếp giữa hai thuê bao này.
Một cách hình dung đơn giản, nếu thực hiện cuộc gọi giữa hai thuê bao VoIP nội bộ Tả Van thì tín hiệu báo hiệu phải đi qua vệ tinh, đăng ký với SIP server tại Hà nội, sau đó quay ngược lại Tả Van và tới thuê bao được gọi. Còn lưu lượng thoại chỉ đi nội bộ mạng WiMAX Tả Van, từ thuê bao VoIP thực hiện cuộc gọi --> SS
đấu nối với nó --> BS --> Edge water (đóng vai trò thiết bị chuyển mạch trung tâm) --> BS --> SS có đấu nối với thuê bao VoIP được gọi.
Hình 4.12 minh họa một phiên SIP đã đơn giản hóa. Sau khi cuộc gọi được thiết lập sử dụng SIP, các thiết bị cuối (điện thoại) kết nối trực tiếp và liên lạc theo hình thức ngang hàng.
Hình 4.12: Sơ đồ thực hiện cuộc gọi VoIP đã được đơn giản hóa
Tuy nhiên khi thực hiện cuộc gọi từ Tả Van đi ra thuê bao PSTN bên ngoài, thì cả tín hiệu báo hiệu và tín hiệu lưu lượng đều phải đi qua Vệ tinh, tới SIP server tại Hà Nội, rồi thông qua Internet đi tới Media gateway đặt tại Thành phố Lào Cai để
kết nối ra bên ngoài.
Hình 4.13 mô tả đường đi của một cuộc gọi từ một thuê bao VoIP ở Tả Van khi gọi ra mạng PSTN ở Lào Cai.
Thách thức đối với hệ thống VoIP sử dụng công nghệ SIP
Thách thức chính đối với sử dụng SIP là SIP server thường bị giấu sau tường lửa, khiến cho không thể kết nối trực tiếp giữa hai điện thoại.
Có hai phương pháp để giải quyết vấn đề này.
- Phương pháp thứ nhất là sử dụng Bộ điều khiển biên giới phiên (SBC):
Thiết bị này đặt trên mạng Internet công cộng và phục vụ một số mục tiêu. Một mục tiêu là hoạt động n hư trung gian giữa hai điện thoại nằm sau tường lửa. Như vậy, thay vì liên lạc trực tiếp, hai điện thoại trao đổi lưu lượng làm việc (media) qua SBC. SBC duy trì phiên và giải quyết thách thức tường lửa. SBC có lợi nhiều nhất trong những triển khai lớn.
- Phương pháp thứ hai là sử dụng Gateway lớp ứng dụng (ALG): Thiết bị
mạng này nằm giữa điểm người dùng cuối (điện thoại) và mạng Internet công cộng và làm việc như một “giao diện công cộng”. Vì thế ALG xử lý tất cả truyền thông SIP với thiết bị chuyển mạch trung tâm và các điểm cuối khác. Ngoài ra, ALG cho phép lưu lượng làm việc (thoại) của các cuộc gọi nội bộ vẫn mang tính nội bộ. Vì thế, nếu người dùng trong xã Tả Van gọi
điện cho nhau, thiết bị chuyển mạch trung tâm thiết lập cuộc gọi nhưng lưu lượng thoại vẫn nằm trong vùng ALG. Do đó, mặc dù việc thiết lập cuộc gọi nội hạt tạo ra lưu lượng (< 100 kb) đi qua vệ tinh, lưu lượng làm việc (thoại) lại không đi qua vệ tinh mà chỉ đi nội bộ mạng WiMAX. Do đó, ALG tạo nên hệ thống điện thoại nội hạt hiệu quả.
Trong triển khai tại Tả Van chúng tôi sử dụng phương pháp thứ hai, bằng cách sử dụng thiết bị mạng tích hợp của Edgewater Networks. Thiết bị này kết hợp phần lớn các chức năng mạng cần thiết như tường lửa, máy chủ DHCP, định hình lưu lượng và ALG. Đây là thiết bị có hiệu quả chi phí và là thiết bị mạng duy nhất cần có trong kiến trúc này.
Hạn chế duy nhất của thiết bị này là nó phải xử lý tất cả các chức năng NAT (Bảng địa chỉ mạng). Điều này là hạn chế trong những triển khai lớn, ở đó SBC sẽ
Thiết bị Edgenetwork còn có một số ưu điểm khác:
- Thứ nhất, vì nó có tất cả các phần tử mạng cần thiết, nó làm đơn giản hóa kiến trúc mạng và giảm chi phí.
- Thứ hai, thiết bị cung cấp chức năng “sống sót” rất quan trọng. Chức năng này lưu đệm thông tin chuyển mạch cho các điểm cuối nội hạt. Do đó nếu
đường kết nối vệ tinh bị gián đoạn, người dùng có thể hoàn thành cuộc gọi ngay khi thiết bị chuyển mạch trung tâm không sẵn sàng. Điều này tăng tính vững chắc của mạng. Hơn nữa, thiết bị Edgewater Networks cung cấp chức năng định hình lưu lượng và tính năng đánh giá chất lượng dịch vụ (QoS). Nó có thể ghi nhận và đánh giá chất lượng từng cuộc gọi VoIP.
4.2.9 Cài đặt và cấu hình hệ thống WiMAX
Để cài đặt hệ thống chúng ta cần cài đặt cấu hình đối với mỗi thiết bị trạm gốc và trạm thu, cũng như những thiết bị quản lý mạng. Phần này chỉ trình bày cài đặt cho trạm gốc BS.
Cài đặt trực tiếp vào BS thông qua cổng Ethernet
Đối với thiết bị trạm gốc của hãng Airspan, ta có thể cấu hình cho thiết bị
thông qua giao diện Web có sẵn trong từng thiết bị. Thông qua Web-guide này, ta có thể xem và thiết lập cấu hình cho BS cũng như các thiết bị đầu cuối khách hàng SS.
Trạm gốc BS bao gồm thiết bị indoor và một thiết bị outdoor tích hợp anten trong hoặc ngoài.
Để cài đặt thông số cho thiết bị trạm gốc (outdoor), ta cần kết nối như sau: nối dây Cat5 từ cổng RJ-45 của máy tính đến một trong 4 cổng RJ-45 trên thiết bị
indoor. Sau đó kết nối thiết bị Indoor với Outdoor dùng dây cat5, một đầu cắm vào jắc chuyển đổi DB-15/RJ-45 trên thiết bị Indoor, đầu kia cắm vào jắc chuyển đồi DB-15/RJ-45 trên thiết bị outdoor. (Thiết bị Indoor cần được cấp nguồn xoay chiều).
Hình 4.14 mô tả sơ đồđấu nối máy tính để cấu hình thiết bị trạm gốc WiMAX
Hình 4.14: Kết nối máy tính với thiết bị trạm gốc để cấu hình hệ thống
Sau khi kết nối xong, bật máy tính, Vào giao diện Web browser nhập địa chỉ
mặc định 10.0.0.123. Đăng nhập bằng tài khoản admin. Trên trình duyệt sẽ hiện ra giao diện như hình 4.15:
Hình 4.15: Giao diện quản lý BS Các thẻ chức năng trên giao diện quản lý:
- Thẻ System cho biết các thông tin về thiết bị, phiên bản phần mềm,…
- Thẻ Address cho biết các thông tin vềđịa chỉ:Cho biết MicroMAX có địa chỉ
trong mạng là bao nhiêu.
- Thẻ SW download để cập nhật phiên bản phần mềm điều khiển mới.
Để BS hoạt động cần có ít nhất một dòng Script Để BS tựđộng phát hiện và cung cấp dịch vụ cho các SS cần 2 dòng lệnh - Thẻ SNMP Communities: cấu hình SNMP thiết lập khả năng tác động của NMS (phần mềm quản lý) đến BS. - Thẻ Advance: Các tính năng để quản lý BS, nhận dạng các SS, thiết lập và cung cấp các dịch vụđến từng điểm đầu cuối SS…. - Thẻ Reset: có 2 chếđộ:
Reset to Default để khôi phục các cấu hình gốc. Reset thường để kích hoạt một số cấu hình đặc biệt.
- Thẻ Change Password để thay đổi mật khẩu của tài khoản Admin.
Trên đây là cách cấu hình trực tiếp vào thiết bị Outdoor của BS. Nhược điểm của phương pháp này là không thể cấu hình hay quản lý từ xa.
Cấu hình, quản trị hệ thống thông qua phần mềm quản trị NMS
Trên thực tế, người ta dùng một máy tính cài đặt phần mềm quản lý mạng NMS, kết nối trực tiếp với BS. Khi đó mọi thao tác cấu hình, quản lý mạng đều