Hệ thống cấu trỳc theo kiểu tập trung (CM) mặc dự kết nối giữa hai hoặc nhiều tổng đài lưu động như hỡnh 2.17. Trờn thực tế, kiểu kết nối trực tiếp (DM) cú thể được thiết lập giữa hai hay nhiều tổng đài lưu động giỳp chỳng cú khả năng trao đổi thụng tin trực tiếp.
Hai thành phần chớnh trong hệ thống tập trung này đú là:
• Thiết bị đầu cuối di động (MT): cú khả năng kết nối tới cỏc thiết bị khỏc nếu cần, và tới những tài nguyờn ngoài mạng.
WLAN, WPAN và bước phỏt triển đến hệ thống thụng tin di động 4G
Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN 31 Lưu Thị Thu Hiền
• AP: cú thể kết hợp với cỏc MT khỏc trong vựng của nú và điều khiển một hay nhiều sector. Mụ hỡnh giao thức của nú khỏc với giao thức của cỏc MT với MAC và RLC khỏc nhau.
2.3.4 Đặc tớnh cơ bản của hệ thống
Một số đặc tớnh cơ bản của hệ thống HIPERLAN-2 được mụ tả trong bảng 2.3. Sự hợp nhất của HIPERLAN thành một trong những mạng cố định nhờ cú mặt của CL, nú được cấu tạo từ phần chung (CP). CP giỳp phõn chia thành từng đoạn và hợp nhất theo từng lớp mạng, và dịch vụ (SSCS).
Trong phần này mụ hỡnh tham khảo giao thức HIPERLAN được khảo sỏt chi tiết hơn.
Hỡnh2.17 Cấu trỳc tập trung mạng HIPERLAN-2
Bảng2.3 Tớnh năng cơ bản của HIPERLAN-2
WLAN, WPAN và bước phỏt triển đến hệ thống thụng tin di động 4G
Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN 32 Lưu Thị Thu Hiền
2.3.5 Lớp vật lý
Khuụn dạng khung truyền cơ bản trờn lớp vật lý là một burst bao gồm phần tiờu đề và phần dữ liệu (nơi mà DLC-SDU được truyền đi). Như đó nhắc đến, lớp vật lý của HIPERLAN được điều chế OFDM và những đặc điểm chớnh của nú được tổng kết trong bảng 2.4.
Bảng2.4 Thụng số lớp PHY
2.3.6 Lớp DCL
Lớp DCL là sự liờn kết lơgic giữa một AP và cỏc MT hợp nhất của nú. Lớp DCL thực hiện dịch vụ liờn quan đến cỏc nhõn tố như đặc tớnh của mỗi kết nối (QoS), chất lượng kờnh truyền, số lượng thiết bị đầu cuối và việc chia sẻ tài nguyờn với mạng truy cập khỏc trong cựng một vựng. DCL hoạt động trong một kết nối cơ bản, và cung cấp những tớnh năng của nú để duy trỡ QoS trong kờnh ảo cơ bản. Điều này phụ thuộc vào kiểu dịch vụ được yờu cầu, chất lượng kờnh, dung lượng và cỏch sử dụng. Lớp DLC cú thể bổ xung cỏc trạng thỏi khỏc nha như: sửa lỗi phớa trước (FEC), ARQ, điều khiển luồng để tối ưu hoỏ dịch vụ cung cấp và bảo trỡ QoS.
Hai khỏi niệm chớnh của lớp DCL đú là kờnh logic và kờnh vận chuyển. Một kờnh logic là giới hạn chung cho bất kỳ luồng dữ liệu nào. Một tập hợp những kiểu kờnh lụgic được định nghĩa cho nhiều loại dữ liệu theo yờu cầu bởi lớp DCL. Mỗi kiểu kờnh logic được định nghĩa bởi kiểu thụng tin mà nú vận chuyển và ý nghĩa của cỏc giỏ trị trong bản tin tương ứng. Kờnh logic cú thể được
WLAN, WPAN và bước phỏt triển đến hệ thống thụng tin di động 4G
Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN 33 Lưu Thị Thu Hiền
nhỡn nhận như những kết nối logic giữa những thực thể logic, và vỡ vậy những kờnh logic được sử dụng khi cú nội dung của bản tin thụng bỏo tham chiếu tới. Tờn của kờnh logic bao gồm 4 kớ tự. Lớp DCL của HIPERLAN-2 định nghĩa cỏc kệnh logic sau:
1. Kờnh điều khiển quảng bỏ (BCCH): nú vận chuyển thụng tin kờnh điều khiển quảng bỏ liờn quan tới toàn bộ cỏc tế bào vụ tuyến.
2. Kờnh điều khiển khung (FCCH): dành cho tuyến xuống, nú mụ tả cấu trỳc khung MAC. Cấu trỳc này được đưa ra bởi resuorce grant messages (RGs).
3. Kờnh phản hồi truy cập ngẫu nhiờn (RFCH): dành cho tuyến xuống, nú đưa ra thụng tin về cỏc MT ( mà cỏc MT này đó sử dụng RCH trong khung MAC trước đú) và kết quả truy cập của chỳng. Nú được truyền một lần trờn một khung MAC trong một sector.
4. Kờnh quảng bỏ RLC (RBCH): dành cho tuyến xuống, nú vận chuyển thụng tin điều khiển quảng bỏ liờn quan tới toàn bộ tế bào radio. Thụng tin được truyền bởi RBCH được phõn loại như sau:
• Bản tin RLC quảng bỏ;
• Gỏn MAC-ID cho một khụng kết hợp;
• Thụng tin ID lớp hội tụ;
• Mó hoỏ.
RBCH chỉ được truyền khi thật sự cần thiết.
5. Kờnh điều khiển dành riờng (DCCH): truyền bản tin RLC trong quỏ trỡnh kết nối lờn trờn trực tiếp. Một DCCH được thiết lập tuyệt đối trong thời gian hợp nhất của một MT.
6. Kờnh quảng bỏ người dựng (UBCH): dành cho tuyến xuống, nú truyền dữ liệu quảng bỏ từ CL. UBCH được truyền trong quỏ trỡnh phỏt lặp hay khụng xỏc định kiểu và cú thể kết hợphoặc phõn tỏch thành cỏc LCCH.
7. Kờnh đa người dựng (UMCH): dành cho tuyến xuống, được dựng để truyền dữ liệu người dựng theo phương phỏp điểm-đa điểm. UMCH được truyền trong chế độ khụng bỏo nhận.
WLAN, WPAN và bước phỏt triển đến hệ thống thụng tin di động 4G
Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN 34 Lưu Thị Thu Hiền
8. Kờnh dữ liệu người dựng (UDCH): thực hiện truyền dữ liệu hai chiều, nú được sử dụng để trao đổi dữ liệu giữa cỏc AP và cỏc MT trong CM hoặc giữa cỏc MT trong DM. UDCH cú thể kết hợp hoặc khụng kết hợp thành cỏc LCCH.
9. Kờnh điều khiển kết nối (LCCH): thực hiện truyền dữ liệu hai chiều, nú được dựng để thay đổi thụng tin phản hồi ARQ và loại bỏ bản tin cả trong CM và DM. LCCH cũng được sử dụng để truyền những thụng bỏo yờu cầu tài nguyờn (RRs) theo tuyến lờn (chỉ trong CM) và những thụng bỏo loại bỏ cho một UBCH sử dụng kiểu phỏt lặp. Cỏc LCCH cú hoặc khụng thể kết hợp với cỏc UDCH/UBCH.
10. Kờnh điều khiển hợp nhất (ASCH): dành cho tuyến lờn, trong trường hợp này cỏc MT khụng thể hợp nhất thành một AP sẽ truyền một thụng tin hợp nhất mới và yờu cầu một handover
Những kờnh logic được hỡnh thành trong cỏc kờnh vận chuyển khỏc nhau. Những kờnh chuyờn trở này đưa ra cỏc yếu tố cơ bản cho việc xõy dựng cỏc đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) và mụ tả khuụng dạng của cỏc bản tin (độ dài, cỏc tham số mụ tả tương ứng). Tuy nhiờn nội dung của bản tin thụng bỏo và cỏc tham số của nú tuỳ thuộc vào cỏc kờnh logic. Cỏc kờnh vận chuyển được đặt tờn và đươc viết tắt với ba kớ tự. Sau đõy là cỏc kờnh chuyờn trở được định nghĩa trong lớp DCL:
1. Kờnh quảng bỏ (BCH): dành cho tuyến xuống, nú chứa 15 byte thụng tin về tế bào radio như một sự nhận diện của AP và mức ưu tiờn truyền hiện thời của nú.
2. Kờnh khung (FCH): dành cho tuyến xuống, độ dài của kờnh là bội số của 27 octet. Nú chứa sự mụ tả cỏch tài nguyờn được cấp phỏt và cú thể cũng chứa thụng tin về phần khung rỗng.
3. Kờnh phản hồi truy nhập (ACH): dành cho tuyến xuống, chiều dài của nú là 9 octet. Nú chứa thụng tin về yờu cầu truy nhập của cỏc RCH trước đú.
4. Kờnh vận chuyển dài (LCH): là kờnh kết nối hai chiều, chiều dài của nú là 54 octet. Nú được dựng để truyền DLC user PDUs ( U-PDUs của 54 byte với 48 byte trong tải).
WLAN, WPAN và bước phỏt triển đến hệ thống thụng tin di động 4G
Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN 35 Lưu Thị Thu Hiền
5. Kờnh vận chuyển ngắn (SCH): kết nối hai chiều, chiều dài của kờnh là 9 octet. Nú được sử dụng để thay đổi DCL điều khiển cỏc PDU (9 byte C-PDU).
6. Kờnh ngẫu nhiờn (RCH): dành cho tuyến xuống, độ dài 9 octet. Nú được sử dụng để gửi cỏc thụng tin điều khiển khi khụng cú SCH nào được cấp. Nú mang dữ liệu RRs cũng như ASCH và DCCH.
Hỡnh 2.18-2.20 cho thấy bản đồ sự chuyển đổi của những kờnh logic thành những kờnh vận chuyển trong kiểu tập trung và kiểu trực tiếp.
Hỡnh 2.18 Ánh xạ giữa kờnh logic và kờnh vận chuyển trong tuyến xuống.
Hỡnh 2.19 Ánh xạ giữa kờnh logic và kờnh vận chuyển trong tuyến lờn.
Hỡnh 2.20 Ánh xạ giữa kờnh logic và kờnh vận chuyển trong kết nối trực tiếp.
WLAN, WPAN và bước phỏt triển đến hệ thống thụng tin di động 4G
Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN 36 Lưu Thị Thu Hiền
2.3.6.1 Lớp MAC
Giao thức MAC dựa trờn cơ sở TDMA/TDD và cỏc khung cho biết một chu kỳ lặp lại của 2ms. Cỏc AP điều khiển phõn phối tài nguyờn và hầu như xỏc định rừ nếu hai MT cú thể trao đổi thụng tin trực tiếp. Một AP cần biết trạng thỏi bộ đệm của mỡnh và cỏc bộ đệm khỏc bờn trong cỏc MT và việc phõn phối tài nguyờn mà RG đó vận chuyển. Cỏc MT cú thể yờu cầu tài nguyờn, (thuật ngữ là dung lượng truyền), và sử dụng RRs (nơi cú sự nhận định về trạng thỏi những bộ đệm AP). Việc chọn lựa này cỏc MT cú thể yờu cầu dung lượng cố định trờn nhiều khung.
2.3.6.2 Thao tỏc MAC
Giao thức MAC kộo theo những yếu tố sau:
• Một bộ lập lịch, tập trung bờn trong AP giỳp xỏc định sự hợp thành của khung MAC. Nú tuõn theo cỏc quy tắc của mỗi kờnh chuyờn chở mà nú quản lý. Để xắp xếp hỡnh thành khung, nú sử dụng cỏc thụng tin cú trong RRs( mà cỏc RR này được truyền bởi MT) và trạng thỏi của bộ đệm truyền dẫn tuyến xuống.
• Một tiến trỡnh trong Aps và trong MTs( nhận và truyền PDUs theo khung MAC) được định nghĩa bởi AP.
• Một tiến trỡnh chuyển đổi những kờnh logic thành những kờnh chuyờn chở.
• Những thực thể MAC trao đổi thụng tin điều khiển giống như trong FCCH và yờu cầu tài nguyờn hay sự phản hồi cho kờnh chanh chấp. Giao thức MAC cung cấp sự nhận biết lỗi đặc biệt trong quỏ trỡnh kết nối lờn trờn với cỏc RRs và việc loại bỏ cỏc PDU. Sự nhận biết này gồm cỏc trường hai bit. Bớt đầu tiờn (được gọi là bit chứa lớ do lỗi ) chứa tổng số lỗi bờn trong cỏc BCH và FCH hay LCH. Bit thứ hai (gọi là bit chất lượng kờnh truyền) chứa chất lượng toàn bộ kờnh truyền.
WLAN, WPAN và bước phỏt triển đến hệ thống thụng tin di động 4G
Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN 37 Lưu Thị Thu Hiền
Thao tỏc AP MAC
Một trong cỏc quỏ trỡnh thực hiện truyền thụng tin từ cỏc AP là việc tớnh toỏn sự hợp thành khung; cỏc kờnh BCH, FCH và ACH cũng được chuẩn bị và được truyền. Chỳng cú khả năng truyền ( với tuyến xuống), nhận và sử lý cỏc PDU tới từ cỏc MT chấp nhận kết nối hiện thời và sự hợp thành khung (với tuyến lờn). Quỏ trỡnh này được thực hiện cả trong CM và DM (thực tế thỡ AP cũng cú thể được kộo theo trong quỏ trỡnh kết nối trực tiếp). Cuối cựng cỏc AP nhận và sử lý cỏc PDU được truyền bởi cỏc MT trong RCH và cỏc ACH đỏp ứng.
Thao tỏc MT MAC
Cỏc MT nhận và sử lý BCH và FCH, và cú khả năng ước lượng cấu khung hiện thời. Chỳng cũng cú khả năng truyền (trong quỏ trỡnh truyền xuống dưới), nhận, sử lý cỏc PDU tới từ cỏc MT chấp nhận kết nối hiện thời và sự hợp thành khung (trong quỏ trỡnh truyền lờn trờn) theo quy luật. Quỏ trỡnh này được thực hiện trong cả CM và DM. Cuối cựng chỳng cú thể truy nhập tới RCH, kết cấu khung và ACH.
2.3.6.3 Khung MAC
Cấu trỳc khung MAC được chỉ trong hỡnh 2.21. Hai hay nhiều hơn STA kết nối trực tiếp ở bất kỡ đõu, dữ liệu của chỳng phải được truyền trong pha kiờn kết trực tiếp (DIL) mà nú sẽ hỡnh thành. Chỳng ta chỳ ý rằng khoảng thời gian của BCH cố định trong khi những kờnh khỏc thỡ thời gian sống được đỏp ứng động bởi sự phụ thuộc của AP vào tỡnh trạng kờnh truyền.
Hỡnh 2.21 cấu trỳc khung MAC cơ bản
WLAN, WPAN và bước phỏt triển đến hệ thống thụng tin di động 4G
Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN 38 Lưu Thị Thu Hiền
2.3.6.4 Địa chỉ MAC
Mỗi MT cú sự liờn hệ với MAC-ID, đõy là địa chỉ duy nhất cho một AP và được gỏn tại thời điểm hợp nhất. MAC-ID được mó hoỏ với 8 bit, giỏ trị 0 và 254- 255 được dự trữ cho mục đớch đặc biệt.
Cũng giống như trong MT, mỗi kết nối cũng được định địa chỉ với một kết nối DLC-ID, địa chỉ này được mó hoỏ 6 bit. Trong kiểu tập trung, một DLCC-ID và MAC-IDs của AP và MT xỏc định phương thức truyền thụng của chỳng. Khi đú trong kiểu trực tiếp DLCC-ID và MAC-IDs của MT thỡ xỏc định kết nối của chỳng. Network identifer (NET-ID) xỏc định APs cựng thuộc một mạng của một quỏ trỡnh truyền tin nhất định.
2.3.6.5 Truy cập tới RCH
Mỗi MT quản lý một của sổ tranh chấp CWa, là số lượng sự chuyển tiếp bởi MT. Quỏ trỡnh truyền tin đầu tiờn, a cú giỏ trị bằng 0. CWa điều khiển sự truy cập tới RCH và kớch thước của nú được tớnh như sau:
1. Lần truyền đầu tiờn: a=0, CWa =n
2. Quỏ trỡnh truyền: a ≥1, CWa =256 nếu 2a ≥256; CWa = 2a nếu n< 2a ≤256; CWa = n nếu n≥ 2a
CWa được tạo bởi giỏ trị max(2a, n) RCHs, và mỗi giỏ trị được tăng lờn từ 1 đến CWa.Trong quỏ trỡnh truyền của nú, mỗi MT chọn ngẫu nhiờn số r trong khoảng từ 1 tới CWa và bắt đầu đếm từ r RCHs. MT chỉ cú thể truy cập vào r th RCH. Cuối cựng nếu nú nhận được ACK với hồi tiếp dương, nú sẽ thiết lập lại từ a tới 0.
2.3.7 Cỏc DCL khỏc
Hầu hết cỏc dịch vụ DCL được thực hiện bởi RLC và những thực thể EC. Trong một số trường hợp đặc biệt, RLC thực hiện quyền điều khiển của lớp DCl. Nú bao gồm 3 nhõn tố, mỗi nhõn tố cú chức năng hoạt động khỏc nhau. Cỏc thực thể bỏo hiệu này là điều khiển kết nối DLC (DCC), RRC và ACF.
Điều khiển kết nối DLC đang được đặc biệt hoỏ trong quỏ trỡnh đưa ra bỏo hiệu thớch hợp cần thiết để thiết lập hoặc huỷ bỏ kết nối. Chức năng thiết lập kết
WLAN, WPAN và bước phỏt triển đến hệ thống thụng tin di động 4G
Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN 39 Lưu Thị Thu Hiền
nối bắt đầu khi cú yờu cầu, cỏc yờu cầu này được xuất phỏt từ MT là chủ yếu. Trong suốt quỏ trỡnh này, cỏc đặc tớnh kết nối được sử dụng. Nếu AP chấp nhận yờu cầu của MT, một bản tin xỏc nhận được gửi trở lại. DCC cũng hỗ trợ chức năng bỏo hiệu giải phúng và khả năng sửa đổi kết nối được thiết lập.
ACF hỗ trợ tất cả cỏc chức năng liờn quan tới sự trao đổi thụng tin về dung lượng kết nối và sự kết hợp của MT với AP tương ứng. Nếu MT tỡm thấy AP thớch hợp nhất để liờn kết (quyết định này dựa vào những phộp đo tớn hiệu của MT), nú sẽ yờu cầu một MAC-ID từ AP đú. Quỏ trỡnh được tiếp tục với sự trao đổi thụng tin trong lớp PHY, lớp quy tụ, chức năng chứng thực và mó hoỏ. Sự mó hoỏ bắt đàu với một chỡa khoỏ trao đổi để đảm bảo an toàn giữa cỏc phần. HIPERLAN-2 hỗ trợ cả hai tiờu chuẩn :mó hoỏ dữ liệu và giải thuật mó hoỏ 3-DES. Cỏc yếu tố như: thủ tục chứng nhận,bản tin túm lược (MD5), mó xỏc nhận hasbased (HMAC), rivest, Shamir, thuật toỏn Adleman (RSA) cũng được hỗ trợ. Sau khi sự hợp nhất được hoàn thành, MT sẽ đũi hỏi một hoặc nhiều kết nối người dựng DLC. Việc phõn tỏch cú thể làm theo hai cỏch: explicitly hay implicitly. Dạng của nú là MT khởi đầu và xuất hiện khi MT khụng cú yờu cầu giao tiếp từ hệ thống mạng, đõy là một tỡnh trạng đặc biệt sảy ra sau một thời gian dài MT ngừng hoạt động.
Quỏ trỡnh điều khiển tài nguyờn súng vụ tuyến kộo theo bốn chức năng chớnh: handover, lựa chọn tần số động (DFS), MT sống và nguồn nuụi quỏ trỡnh sử lý.
Handover chớnh là MT khởi đầu, nú yờu cầu chất lượng những phộp đo của