18.3 Cấu hình chuyển tiếp Multihop Relay
Cấu trúc khung lớp MAC của PMP và Mesh không cùng tương thích với nhau. Như vậy, lợi ích của thông tin liên lạc multihop trong MESH không hề có sẵn cho PMP. Hiểu một cách đơn giản, các SS chỉ hỗ trợ cấu hình hoạt động PMP và khi chuyển sang một mạng cấu hình Mesh sẽ không được hỗ trợ. Xem xét vấn đề này, trong năm 2006, IEEE 802.16j Nhóm công tác đã bắt đầu soạn thảo một kỹ thuật cho chế độ hoạt động chuyển tiếp multihop ngược phù hợp với WiMAX PMP, như minh họa hình 3.8. Tính tương thích ngược có nghĩa là PMP WiMAX SS sẽ hoạt động bình thường trong mạng multihop chuyển tiếp. Điều này thực hiện bằng cách thêm vào mạng WiMAX các trạm chuyển tiếp RS. Tuy nhiên, một số sửa đổi trong PMP WiMAX BS phải được thực hiện để cho phép giao tiếp với RS và hỗ trợ lưu lượng truy cập từ nhiều RS. Như vậy mạng chuyển tiếp Multihop có những ưu điểm vượt trội hơn hẳn WiMAX mesh. Không chỉ hỗ trợ các SS hoạt động ở PMP mà nó còn tăng đáng kể khoảng cách truyền dẫn so với các cấu hình Mesh bởi chức năng, tính năng của các RS là vượt trội hơn hẳn so với các SS ở việc kết nối và định tuyến chuyển tiếp. Có thể coi các RS như một BS đơn giản được lược bớt đi các chức năng không cần thiết để giảm chi phí chế tạo.
Để có được hiệu suất mạng tốt nhất có thể, đặc điểm và vị trí của RS phải được lựa chọn cẩn thận. Có ba loại của RS: cố định, không cố định và di động. RS cố định được đặt tại một địa điểm cố định. Cụ thể là tại các khu vực đông dân cư rộng lớn, ít có sự xáo trộn về phân bố dân cư. RS không cố định được thiết kế để hoạt động từ một vị trí cố định trong một thời gian so sánh một phiên của người dùng. Cuối cùng, RS di động là các RS có thể được cài đặt di chuyển trên xe buýt, xe lửa, hoặc phà. Trong một số trường hợp, một SS cũng có thể hoạt động như là một RS.
các chế độ hoạt động của Wimax
Hình 3.39. Cấu hình Multihop relay
Các chế độ chuyển tiếp multihop khác nhau đáng kể từ WiMAX mesh ý nghĩa rằng nó không hỗ trợ peer-to-peer truyền thông giữa hai SS. Tương tự như WiMAXmesh, các chế độ multihop chuyển tiếp dự kiến sẽ mang đến việc mở rộng phạm vi và nâng cao năng lực PMP WiMAX. Tính đến cuối năm 2007, các đặc điểm kỹ thuật vẫn đang được phát triển. Do đó, các chi tiết được trình bày trong chương này cho đến nay, có thể khác với đặc điểm kỹ thuật cuối cùng.
18.4 Cấu trúc khung MAC và hoạt động.
Một thách thức chính trong việc thiết kế cấu trúc khung MAC cho chế độ chuyển tiếp multihop là làm cho nó tương thích với PMP WiMAX. Trong mạng chuyển tiếp multihop định nghĩa rõ hai liên kết truy nhập và liên kết chuyển tiếp.
• Một liên kết truy nhập được định nghĩa là một liên kết vô tuyến bắt nguồn hay kết thúc ở một SS.
• Một liên kết chuyển tiếp được định nghĩa là một liên kết vô tuyến giữa BS và một RS hay giữa hai RS liền kề.
các chế độ hoạt động của Wimax Tất cả các liên kết truy cập và liên kết chuyển tiếp trên một con đường riêng biệt, vì vậy liên kết có thể hoạt động đồng thời, và do đó khung PMP WiMAX có cấu trúc minh họa trong hình 3.6 có thể được sử dụng. Tuy nhiên, đây không phải là trường hợp trong thực tế bởi BS và RS có thể ở trong phạm vi vô tuyến của nhau. Do đó, một cấu trúc khung MAC mới cần được thiết kế cho hoạt động chuyển tiếp multihop.
Hình 3.40. Cấu trúc khung MAC chuyển tiếp Multihop trong chế độ Transparent
Trong thiết kế, có hai loại hoạt động chuyển tiếp multihop được xem xét là: chế độ transparent và chế độ nontransparent. Chế độ transparent được sử dụng trong trường hợp truyền dẫn tối đa 2 bước nhảy (2 hop). Còn nontransparent được sử dụng khi truyền dẫn lớn hơn 2 hop. Trong chế độ transparent, RS không truyền tải một đường xuống với phần mở đầu khung bắt đầu FCH, DL-MAP, UL-MAP, DCD và UCD. Mặt khác, một RS nontransparent có thể truyền tải một đường xuống bắt đầu
các chế độ hoạt động của Wimax không truyền tải các thông điệp điều khiển, tất cả các nút phải ở trong phạm vi vô tuyến của BS, mặc dù dữ liệu được truyền đi có thể đi qua nhiều bước nhảy.
Hình 3.16 cho thấy một ví dụ về cấu trúc khung MAC chuyển tiếp multihop trong chế độ transparent với một lớp vật lí sử dụng OFDMA. So với WiMAX PMP (Hình 3.5) và WiMAX lưới (Hình 3.8), trong đó chỉ có một cấu trúc khung MAC cho tất cả các nút trong các hệ thống, chế độ chuyển tiếp multihop định nghĩa cấu trúc khung MAC khác nhau cho các BS và RS: khung MAC MR-BS và khung MAC RS. Khung MR-BS (RS) là khung có cấu trúc MAC sử dụng cho truyền dẫn đường xuống và đường lên tiếp nhận bằng BS (RS).
Trong cả hai khung MR-BS và RS MAC ở chế độ transparent, khung MAC được chia thành khung con đường lên và khung con đường xuống. Mỗi khung con đường xuống và đường lên lại được chia thành các khung nhỏ hơn (gọi là các vùng). Có ba loại vùng: truy cập, relay, và transparent. Cụ thể khung con đường xuống gồm hai vùng: truy nhập đường xuống và vùng transperent, khung con đường lên gồm hai: vùng truy nhập đường lên và vùng chuyển tiếp đường lên.
Khu vực truy cập là một phần của khung con đường lên hay đường xuống, trong đó BS hoặc RS truyền tới một SS hoặc nhận từ SS. Khu vực chuyển tiếp là một phần của khung con đường lên trong đó các BS hoặc RS truyền tới hoặc nhận từ khác RS. Vì vậy, một khu vực chuyển tiếp có thể được sử dụng cho cả truyền, nhận, nhưng BS và bất kỳ RS sẽ không được yêu cầu truyền và nhận trong một khu vực chuyển tiếp. Khu vực transparent là cho một RS để truyền RS cấp dưới của nó cho rằng BS có thể truyền tải đồng thời với RS trong khu vực transparent. Nó không phải là cần thiết để có tất cả ba loại khu vực trong một khung MAC duy nhất hoặc khung phụ.
Trong khung MR-BS transparent, khung con downlink bao gồm ít nhất một khu vực truy cập đường xuống và có thể bao gồm một khu vực transparent. Khung con uplink có thể bao gồm một khu vực truy cập đường lên và khu vực chuyển tiếp đường lên.
Trong transparent RS, khung con downlink bao gồm một vùng truy cập cho BS-to-RS và truyền SS, và có thể bao gồm một khu vực transparent. Khung phụ khu
các chế độ hoạt động của Wimax vực chuyển tiếp đường lên có thể bao gồm một vùng truy cập và vùng chuyển tiếp. RS minh họa trong hình 3.9, nếu RS chuyển từ truyền để tiếp nhận chế độ, R-TTG ( TTG) phải được chèn vào. Mặt khác, nếu RS thiết bị chuyển mạch từ tiếp nhận sang chế độ truyền dẫn, R-RTG ( RTG) phải được chèn vào.
Hình 3.41. Chức năng cụ thể các vùng trong khung MAC
Các hoạt động trong transparent mô tả ở trên chủ yếu là hai hop-chuyển tiếp để nâng cao năng lực liên kết. Hoạt động Nontransparent cần thiết khi có nhiều hơn hai bước nhảy. Có hai cách hỗ trợ chuyển tiếp multihop trong chế độ Nontransparent. Phương pháp đầu tiên là nhóm nhiều khung trong một miền thời gian thành một cấu trúc đa khung lặp lại với phân bổ định kỳ các khu vực. Phương pháp thứ hai là tạo ra nhiều khu vực trong một khung duy nhất. Với một trong hai phương pháp, các BS và RS sau đó được chỉ định để chuyển giao, tiếp nhận, hoặc nhàn rỗi trong mỗi khu. Hình 3.18 cho thấy một ví dụ về cấu trúc Nontransparent multihop bằng cách sử dụng phương pháp thứ hai.
các chế độ hoạt động của Wimax
Hình 3.42. Cấu trúc khung MAC trong chế độ Nontransparent
Trong hình 3.18, khung MAC MR-BS có ít nhất một khu vực truy cập đường xuống và có thể bao gồm một hoặc nhiều khu chuyển tiếp đường xuống. Khi có nhiều đường xuống khu vực chuyển tiếp, chỉ có khu vực đầu tiên được yêu cầu để bao gồm R-FCH (chuyển tiếp FCH) và R-MAP (MAP chuyển tiếp). Như minh họa trong hình 3.18, việc phân bổ subchannel trong một khu vực chuyển tiếp đường xuống có thể được chính xác giống như trong khu vực truy cập trước. Trong cấu trúc khung MAC RS nontransparent, thời gian bắt đầu đường xuống khung phụ phải phù hợp với khung MAC của MR-BS. Ngoài phần mở đầu, RS cũng truyền FCH, DL-MAP, UL-MAP, DCD, và UCD, như minh họa trong hình 3.18. Tuy nhiên, nội dung của các thông điệp điều khiển trong khung MAC RS có thể khác nhau trong khung MR-BS MAC.
các chế độ hoạt động của Wimax
18.5 Kết luận chương
Trong chương này, ba chế độ hoạt động của WiMAX cùng cấu trúc khung MAC với từng chế độ đã được trình bày. Sự tham đa dạng trong các nút truyền dẫn trung gian (có thể là SS hay RS) đã dẫn tới các cấu trúc khung MAC đa dạng khác nhau trong từng chế độ. Mặc dù cả hai chế độ lưới và chế độ chuyển tiếp multihop, hỗ trợ thông tin liên lạc multihop, nhưng chỉ chế độ chuyển tiếp multihop tương thích với chế độ PMP. Vì vậy, khung MAC trong chế độ chuyển tiếp multihop hiện đang tiếp tục được tiêu chuẩn hóa bởi IEEE 802.16j.
KẾT LUẬN CHUNG
WiMAX hoạt động mềm dẻo với các chế độ khác nhau như cấu hình điểm – đa điểm, cấu hình lưới và cấu hình chuyển tiếp, hỗ trợ đa dạng các loại hình dịch vụ đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Gần đây nhất WiMAX 2 chính thức được ra đời hứa hẹn sự phát triển vượt bậc về công nghệ cũng như tốc độ truyền dẫn.
Sau một thời gian nghiên cứu em đã có cái nhìn tổng quát hơn về công nghệ WiMAX đặc biệt là mô hình phân lớp lớp MAC cùng cấu trúc khung MAC và các chức năng hoạt động của WiMAX trong ba chế độ hoạt động cơ bản. Mặc dù cơ chế hoạt động và cấu trúc khung MAC trong chế độ chuyển tiếp vẫn đang trong quá trình nghiên cứu và thử nghiệm nên cấu trúc khung MAC cùng các đặc điểm được trình bày trong đồ án có thể khác so với các đặc điểm kĩ thuật cuối cùng tuy nhiên nó giúp em hiểu thêm về cấu trúc khung MAC trong chế độ hoạt động chuyển tiếp định hướng sẽ thay thế cho chế độ điểm-đa điểm phổ biến hiện nay.
Do WiMAX sử dụng cả hai kĩ thuật song công TDD và FDD. Với thời gian nghiên cứu có hạn cùng với kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên trong đồ án mới chỉ đưa ra cấu trúc khung trong TDD. Nên hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài sẽ là tìm hiểu cấu trúc và hoạt động của WiMAX trong chế độ FDD.
Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ phía các thầy cô, các bạn sinh viên để em hoàn thiện hơn nữa kiến thức cho bản thân, phục vụ quá trình học tập, nghiên cứu sau này. Một lần nữa em xin cảm ơn tất cả các thầy, cô giáo và các bạn đã quan tâm giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành đồ án này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Mạng và các công nghệ truy nhập - Ths Dương Thị Thanh Tú
[2] Wireless Broadband Networks - David tung chong wong; Peng-Yong Kong; Ying-Chang Liang
[3] Frame Partitioning in WiMAX Mesh Mode – Qutaiba Albluwi [4] Mobile Wimax and Wifi Book - Byeong Gi Lee; Sunghyun Choi [5] Building 802.16 Wireless Networks - F. Ohrtman
[6] Interference-aware IEEE 802.16 WiMAX mesh network - H.-Y. Wei, S. Ganguly, R. Izmailov, and Z. J. Haas
[7] Quality of Service and Resource Allocation in WiMAX - Roberto C. Hincapie and Javier E. Sierra