Sự xuất hiện của dịch vụ VoIP đó cho thấy việc truyền thoại cú thể dễ dàng thực hiện qua mạng IP chuyển mạch gúi, mặc dự vẫn cú khú khăn về trễ đầu cuối- đầu cuối do triển khai trờn cơ sở hạ tầng mạng hiện tạị Kiến trỳc mạng 4G được xõy dựng với mục tiờu chớnh là cung cấp dịch vụ IP chất lượng cao, khả năng xử lý lưu lượng thoại và cỏc lưu lượng thời gian thực sẽ chỉ là mục tiờu thứ yếụ Việc cung cấp cỏc dịch vụ cú chất lượng theo yờu cầu qua mạng vụ tuyến là một thử thỏch lớn đối với cỏc hệ thống 4G.
6.5.2 Hỗ trợ tớnh di động tốt
Trong cỏc hệ thống 4G, người dựng sẽ di động trong một vựng cú kớch thước đỏng kể và giao tiếp thụng qua cỏc thiết bị đầu cuối vụ tuyến. Người dựng phải cú khả năng liờn lạc bằng một số nhận dạng duy nhất. Như vậy, phải cú cỏch để ỏnh xạ từ số nhận dạng này thành một địa chỉ mà cỏc gúi tin được định tuyến đến. Việc ỏnh xạ địa chỉ này chắc chắn phải do người dựng điều khiển vỡ chỉ người dựng mới cú thể thay đổi địa chỉ đớch và điều chỉnh truy nhập của người gọị Trong trường hợp đường truyền từ nguồn tới đớch đi qua nhiều vựng mạng khỏc nhau thỡ sẽ khụng
tiện lợi nếu ỏnh xạ này chỉ liờn hệ tới một nhà điều hành mạng duy nhất. Mạng 4G sẽ phải cú một phương tiện phự hợp để nhận dạng người dựng và cho phộp người dựng điều khiển số nhận dạng và thực hiện ỏnh xạ một cỏch hiệu quả tới một điểm đớch chung.
6.5.3 Hỗ trợ nhiều cụng nghệ vụ tuyến khỏc nhau
Cỏc hệ thống di động 1G, 2G và 3G sử dụng phổ tần dành riờng cho mạng di động mặt đất và được cấp phộp bởi một số ớt cỏc nhà điều hành mạng ở mỗi nước. Sự khụng thống nhất về thời gian cũng như cỏch thức cấp phỏt phổ tần đó dẫn đến nhu cầu về điện thoại đa mode cú khả năng hoạt động ở nhiều dải tần khỏc nhaụ
Trong cỏc hệ thống 4G, sử dụng nhiều cụng nghệ truy nhập vụ tuyến khỏc nhaụ Xu hướng hiện nay là sử dụng phổ tần trong băng tần khụng cần cấp phộp ISM. Cụng nghệ Bluetooth (mới được IEEE chuẩn hoỏ thành tiờu chuẩn 802.15.1) được dựng như là cụng nghệ cho mạng cỏ nhõn vụ tuyến WPAN. Tiờu chuẩn IEEE 802.11b được dựng cho mạng nội hạt vụ tuyến WLAN cũng ở dải tần nàỵ Cỏc cụng nghệ này được sử dụng ngày càng rộng rói để cung cấp cỏc dịch vụ băng rộng cho người dựng trong khuụn viờn toà nhà văn phũng, trường đại học hoặc ở cỏc khu trung tõm. Ngoài ra cũn cú cỏc phiờn bản mới của tiờu chuẩn này như 802.11a hoạt động trong dải tần 5 GHz và 802.11g hoạt động cựng dải tần với tiờu chuẩn 802.11b, cho phộp truyền với tốc độ lớn hơn. Nỳt mạng 4G cú thể thớch ứng cỏc khả năng để khai thỏc một cỏch hiệu quả cả cỏc dải tần cũn trống.
6.5.4 Khụng cần liờn kết điều khiển
Trong mụ hỡnh mạng GSM, người dựng phải đăng kớ thuờ bao với mạng và mạng sẽ dũ theo thuờ bao khi thuờ bao di chuyển từ vựng này sang vựng khỏc, nhằm tối đa hoỏ khả năng phục vụ của mạng. Việc sử dụng dịch vụ của mạng GSM được đo và tớnh cước thụng qua mạng thường trỳ. Mọi hoạt động của trạm di động cũng cần phải thụng qua mạng thường trỳ. Thậm chớ khi người dựng đó chuyển sang một vựng mới, người dựng vẫn cú sự liờn lạc với mạng thường trỳ để thiết lập đường truyền tới thực thể tớnh cước trước khi thực hiện cuộc gọị
Hai mỏy đầu cuối GSM khụng thể liờn lạc trực tiếp với nhau mà trước tiờn chỳng phải nhận thực với mạng, liờn kết với cỏc thụng tin tớnh cước và sau đú mạng sẽ làm trung gian thực hiện kết nối giữa hai đầu cuốị Chế độ này khiến cho nhà điều hành phải sử dụng phổ tần, cấp băng tần cho từng cỏ nhõn, thực hiện đo khi mỗi người dựng truy cập.
Trong trường hợp của băng tần ISM thỡ việc hạn chế sử dụng băng tần hoàn toàn khụng cần thiết. Cú thể lập mạng ad hoc từ một nhúm nỳt, cho phộp cỏc nỳt giao tiếp trực tiếp với nhau, thậm chớ cỏc nỳt cú thể cộng tỏc với nhau, chuyển tiếp lưu lượng của nhaụ
Khi khụng cú điều hành mạng, sẽ xảy ra vấn đề là khi một nỳt di động muốn giao tiếp với một nỳt ở ngoài dải hoạt động của nú, thỡ nú khụng thể thực hiện được
trừ khi cú một nỳt trung gian chuyển tiếp cỏc gúi tin tới nỳt đú hoặc tới mạng cố định. Như vậy, nếu cú một phương tiện tớnh cước thời gian thực qua một liờn kết thỡ sẽ khụng cần quan tõm tới việc liờn kết với thực thể tớnh cước và khi đú cú thể chuyển tiếp lưu lượng.
Phương thức này cú thể được sử dụng trong khu vực dõn cư thưa, cho phộp cỏc nỳt di động cỏ nhõn hoạt động như một nỳt chuyển tiếp gúi giữa cỏc nỳt ở ngoài dải hoạt động. Trong vựng mật độ dõn cư cao hơn cũng cú thể sử dụng phương thức này để khuyến khớch cỏc tổ chức thiết lập cỏc điểm truy nhập tại cỏc khu vực như khuụn viờn trường đại học hoặc cỏc trung tõm buụn bỏn. Cỏc tổ chức thực hiện cụng việc này sẽ trở thành cỏc nhà điều hành của mạng 4G.
6.5.5 Hỗ trợ bảo mật đầu cuối-đầu cuối
Tớnh bảo mật trong cỏc hệ thống di động 2G và 3G được tập trung chủ yếu vào hai dịch vụ chớnh. Thứ nhất, người dựng di động phải được mạng nhận thực. Việc nhận thực này thường dừng lại ở việc liờn kết người dựng với bộ phận tớnh cước. Khi cỏc tài khoản là tài khoản trả trước thỡ bộ phận tớnh cước thường khụng lưu trữ thụng tin về người dựng. Trong trường hợp này sẽ khụng cú sự trao đổi thụng tin nhận thực đầu cuối-đầu cuối giữa người dựng và thực thể ngang cấp ở đầu kiạ
Dịch vụ bảo mật thứ hai được mạng 2G, 3G cung cấp là mó húa thụng tin. Vỡ dịch vụ này khụng ngăn chặn được sự tấn cụng khi dựng cỏc thiết bị quột nờn nú khụng thay thế được việc mật mó hoỏ đầu cuối-đầu cuốị
Trong mạng 4G, cỏc nỳt di động và cố định sẽ tương tỏc với nhau khụng cần liờn hệ với điều hành mạng. Cỏc giao thức và thủ tục phải cú khả năng cho phộp người dựng trong cỏc nỳt mạng này nhận thực đủ thụng tin để nhận dạng người dựng và cú thể kết nốị Đõy chớnh là tớnh năng bảo mật đầu cuối- đầu cuốị
6.6 Một số cụng nghệ vụ tuyến cú thể sử dụng trong mạng 4G
Với cỏc hướng nghiờn cứu và đặc điểm của mạng cụng nghệ của mạng di động 4G như đó nờu ở phần trờn, một số cụng nghệ vụ tuyến sau đõy cú thể được sử dụng cho cỏc hệ thống 4G:
- Cụng nghệ OFDM: Cụng nghệ ghộp kờnh theo tần trực giao cho phộp
thiết lập kờnh thụng tin với nhiều súng mang, mỗi kờnh mang một lượng thụng tin như nhaụ OFDM đó được ứng dụng trong nhiều loại hỡnh thụng tin số và là tiờu chuẩn trong mạng LAN vụ tuyến . OFDM đó được chọn làm cơ cấu điều chế trong việc phỏt triển 4G do khả năng thiết lập cỏc kờnh bị tỏn xạ lớn.
- Cụng nghệ OFDM băng rộng (W-OFDM): Được phỏt minh bởi
WiLan, OFDM băng rộng là biến thể của OFDM, cú độ rộng súng mang đủ lớn để lỗi tần số giữa mỏy phỏt và mỏy thu là rất nhỏ so với độ rộng kờnh, nờn tỏc động lờn chỉ tiờu hệ thống là khụng đỏng kể. WiLan đưa ra tốc độ dữ liệu đạt
khoảng 30 Mbps. Hóng NTT đó ký hợp đồng với một số nhà cung cấp, trong đo cú Ericsson nhằm đưa ra sản phẩm OFDM vào năm 2003.
- Cụng nghệ Flash OFDM:
Flarion Technologies, một bộ phận của hóng Lucent đang cố gắng thương mại hoỏ cụng nghệ Flash-OFDM, cũn được coi là OFDM nhảy tần nhanh. Cụng nghệ này rất phự hợp cho ứng dụng trong mạng tế bào (cellular) vỡ những người sử dụng khỏc nhau trong cựng 1 cell sẽ khụng gõy nhiễu cho nhaụ
- Cụng nghệ siờu băng rộng (UWB):
UWB là một cụng nghệ đó được nghiờn cứu và sử dụng khỏ lõu trong quõn sự, cũn được gọi là cụng nghệ “băng gốc”, “khụng phụ thuộc súng mang”, hay “impulse”. Tớn hiờu vụ tuyến UWB là sự nõng cấp của truyền dẫn cỏc burst năng lượng vụ tuyến ngắn cú băng rất rộng. Cụng nghệ này phự hợp cho mụi trường thụng tin dữ liệu tốc độ cao với những lý do cũng giống như OFDM.
- Cụng nghệ iBurst:
Là một cụng nghệ truy nhập Internet tốc độ cao, luụn “online” và được thiết kế để mở rộng mạng Internet. Hoạt động trờn 5MHz phổ tần khụng cặp song cụng, iBurst là một cụng nghệ băng rộng dữ liệu mới phỏt triển bởi Arraycomm, kết hợp cụng nghệ TĐ với giải phỏp xử lý thớch nghi Intellicell. iBurst cung cấp cho người sử dụng tốc độ truy cập dữ liệu trờn 1Mbps khi hệ thống hoat động tối đa và 334 kbps trong trường hợp khỏc.
- Cụng nghệ vụ tuyến xỏc đinh bằng phần mềm SDR:
SDR là một trong những chủ đề được quan tõm nhất khi phỏt triển cỏc hệ thống thụng tin di động. SDR được coi là cú thể đem lại khả năng chuyển mạng toàn cầu và đúng vai trũ làm nền tảng để đưa cỏc dịch vụ mới vào hạ tầng mạng hiện cú. Cụng nghệ cung cấp dịch vụ cho cỏc toà nhà bằng khả năng kết hợp rất nhiều cỏc ứng dụng internet di động qua nhiều giao diện vụ tuyến, sử dụng nhiều cụng nghệ khỏc nhaụ Cụng nghệ này sẽ giải quyết được vấn đề khụng tương thớch của cỏc tiờu chuẩn, chế độ và tần số hiện đang thỏch thức ngành cụng nghiệp vụ tuyến. Thiết bị đầu cuối cú thể là mỏy CDMA sau đú lại chuyển thành sang GSM khi vào vựng phủ của GSM.
Để đỏp ứng được yờu cầu của dịch vụ điện thoại truyền hỡnh chất lượng cao cho nhiều thuờ bao, cỏc cụng nghệ mới cho phần vụ tuyến (4G) sẽ phải được sử dụng. Nhưng cú một điều chắc chắn là cấu trỳc mạng thụng tin di động trong tương lai vẫn dựa trờn nờn tảng mạng lừi IP.
6.7 Kiến trỳc mạng 4G
Dựa trờn xu thế phỏt triển của thụng tin di động, mạng 4G sẽ cú băng thụng rộng hơn, tốc độ dữ liệu cao hơn, chuyển giao nhanh hơn và khụng giỏn đoạn, và đặc biệt cung cấp cỏc dịch vụ liờn tục giữa cỏc hệ thống và cỏc mạng.
Mạng 4G sẽ bao gồm tất cả cỏc hệ thống của cỏc mạng khỏc nhau, từ mạng cụng cộng đến mạng riờng, từ mạng băng rộng cú quản trị mạng đến mạng cỏ nhõn và cỏc mạng adhoc. Cỏc hệ thống 4G sẽ hoạt động kết hợp với cỏc hệ thống 2G và 3G cũng như cỏc hệ thống phỏt quảng bỏ băng rộng khỏc. Thờm vào đú, mạng 4G sẽ là mạng Internet di động dựa trờn IP hoàn toàn. Hỡnh 4.16 cho thấy một loạt cỏc hệ thống mạng 4G sẽ tớch hợp: vệ tinh băng rộng, mạng tổ ong 2G, mạng tổ ong 3G, mạch vũng nội hạt vụ tuyến (WLL) và mạng cỏ nhõn (PAN), dựng giao thức IP là giao thức tớch hợp.
Hỡnh 4.16 Kết nối liờn tục giữa cỏc mạng
Một trong những vấn đề khú nhất trong việc triển khai cụng nghệ 4G là làm thể nào để truy nhập nhiều mạng di động khỏc nhaụ Hỡnh 4.17 trỡnh bày 3 mụ hỡnh kiến trỳc được đề xuất cho 4G: sử dụng thiết bị đầu cuối đa mode, sử dụng mạng bao phủ và sử dụng giao thức truy nhập chung[1].
Kiến trỳc mạng sử dụng thiết bị đầu cuối đa mode
Kiến trỳc mạng sử dụng một thiết bị đầu cuối duy nhất cú nhiều giao diện để truy nhập cỏc dịch vụ trong cỏc mạng vụ tuyến khỏc nhaụ Vớ dụ về kiến trỳc mạng này là điện thoại đa chức năng AMPS/CDMA, điện thoại đa chức năng vệ tinh/tổ ong của Iridium, và điện thoại kộo dài đa mode GSM/DECT.
Kiến trỳc mạng sử dụng thiết bị đầu cuối đa mode cú thể cải tiến việc thực hiện cuộc gọi, mở rộng vựng phủ súng và cung cấp vựng phủ súng tin cậy trong trường hợp mạng, liờn kết hoặc chuyển mạch cú trục trặc. Người dựng, thiết bị và mạng đều cú thể khởi đầu chuyển giao giữa cỏc mạng. Thiết bị cú thể hoạt động với cỏc phần bổ sung vào mạng và khụng cần sự thay đổi đối với mạng vụ tuyến hoặc kết hợp hoạt động giữa cỏc thiết bị. Mỗi mạng cú thể triển khai một cơ sở dữ liệu
riờng để lưu trữ thụng tin về vị trớ của người dựng, năng lực của thiết bị, cỏc điều kiện mạng và mức ưu tiờn của người dựng. Trong mụ hỡnh mạng này, việc xử lý với cỏc vấn đề về cung cấp QoS vẫn cũn là một cõu hỏi lớn.
Kiến trỳc mạng bao phủ
Trong kiến trỳc mạng này, người sử dụng truy nhập vào mạng chuyển tiếp qua cỏc điểm truy nhập toàn cầu UAP (universal access point). Cỏc UAP này sẽ lựa chọn một mạng vụ tuyến thớch hợp dựa trờn tớnh khả dụng của mạng, cỏc thụng số QoS và cỏc lựa chọn của người dựng. Mỗi UAP sẽ thực hiện việc biờn dịch giao thức và tần số, thớch ứng nội dung và thoả thuận/thoả thuận lại về QoS dưới sự uỷ quyền của người dựng. Chớnh mạng bao phủ sẽ thực hiện chuyển giao khi người dựng di chuyển từ một UAP sang một UAP khỏc. UAP lưu trữ thụng tin, tớnh năng và yờu cầu của người dựng, mạng và thiết bị. Vỡ UAP cú thể theo dừi cỏc tài nguyờn người dựng sử dụng nờn kiến trỳc mạng này cung cấp chế độ tớnh cước và đăng kớ thuờ bao duy nhất.
Kiến trỳc mạng sử dụng giao thức truy nhập chung
Giao thức truy nhập chung cú thể thực hiện được nếu cỏc mạng vụ tuyến cú thể cung cấp một hoặc hai giao thức truy nhập tiờu chuẩn. Một giải phỏp cú thể đưa ra là sử dụng chế độ truyền dẫn đồng bộ ATM, giải phỏp này yờu cầu kết hợp hoạt động giữa cỏc mạng khỏc nhaụ Để thực hiện ATM vụ tuyến, cỏc mạng vụ tuyến phải hỗ trợ truyền dẫn tế bào ATM với cỏc tiờu đề cộng thờm hoặc cho phộp cỏc tế bào ATM vụ tuyến cú thể yờu cầu thay đổi truyền trong mạng di động. Cỏc mạng dựa trờn cơ sở vệ tinh cú thể sử dụng giao thức khỏc với giao thức được cỏc mạng di động mặt đất sử dụng.
6.8 Cỏc đặc điểm của mạng Ad Hoc 6.8.1 Giới thiệu
Mục này tập trung vào một mạng di động đặc biệt: mạng ad hoc. Đõy là một kiểu mạng hoạt động khụng cần cú cấu hỡnh mạng cố định. Vấn đề cần giải quyết là cỏc thiết bị đầu cuối trong mạng ad hoc trong khi di chuyển vẫn duy trỡ phương thức kết nối với mạng IPv6 toàn cầu và với cỏc thiết bị đầu cuối khỏc trong mạng Ad hoc di động. Mạng IPv6 sẽ thay thế mạng IPv4 để cú thể cung cấp được tớnh di động toàn cầu cho cỏc thiết bị đầu cuối di động trong mạng ad hoc.
6.8.2 Mạng ad hoc
Khụng giống như mạng di động tổ ong, mạng di động ad hoc khụng cú mạng trục hữu tuyến (mạng backbone) để cung cấp tớnh di động cho cỏc thiết bị đầu cuối trong mạng. Đối với mạng tổ ong, mạng backbone sẽ thực hiện cỏc hoạt động mạng và cỏc đầu cuối di động giao tiếp trực tiếp với cỏc trạm gốc ở gần nú. Do đú, cỏc đầu cuối di động cú thể khỏ đơn giản và tất cả cỏc chức năng mạng đều được thực hiện trong mạng backbonẹ Cũn đối với mạng ad hoc di động thỡ khụng cú hạ tầng mạng để cung cấp cỏc chức năng mạng, cú nghĩa là tớnh thụng minh của mạng phải được tớch hợp trong cỏc thiết bị đầu cuối di động cấu thành mạng. Do đú, việc định tuyến cỏc gúi tin trong mạng cũng sẽ được thực hiện bởi cỏc thiết bị đầu cuối, như vậy cỏc đầu cuối trong một mạng ad hoc khụng chỉ đúng vai trũ là một mỏy trạm mà cũn là một router định tuyến. Vỡ cấu hỡnh của mạng cú thể thay đổi nhanh chúng và khụng dự tớnh trước được nờn mạng ad hoc phải cú khả năng tự cấu hỡnh và cú