3.2.4.1. Nền IP
Cấu trúc mạng WIMAX di động dựa vào IP
Các đặc điểm kĩ thuật mạng của các hệ thống WIMAX di động được dựa vào một số nguyên lý kiến trúc mạng cơ bản, được liệt kê dưới đây (một số nguyên lý chung sau đây hướng dẫn việc triển khai kiến trúc mạng WIMAX di động):
• Cung cấp sự phân tách logic giữa: các thủ tục và địa chỉ hóa IP; định tuyến và các thủ tục quản lý kết nối; các giao thức để cho phép sử dụng các kiến trúc mạng truy cập nguyên thuỷ trong các kịch bản triển khai liên mạng và riêng rẽ.
• Hỗ trợ sự chia sẻ các mạng dịch vụ ứng dụng (ASN) của một nhà cung cấp truy cập mạng (NAP) giữa nhiều nhà cung cấp dịch vụ mạng (NSP).
• Hỗ trợ một NSP đơn cung cấp dịch vụ qua nhiều ASN - được quản lý bởi một hoặc nhiều NAP.
• Hỗ trợ tìm kiếm và lựa chọn các NSP có thể sử dụng được bởi một MS hoặc SS.
• Hỗ trợ các NAP sử dụng một hoặc nhiều cấu hình ASN.
• Hỗ trợ truy cập các dịch vụ của nhà khai thác hiện thời qua các chức năng hoạt động liên mạng khi cần thiết.
• Đặc điểm kĩ thuật của các điểm tham khảo được định nghĩa hợp lí và mở
giữa các nhóm khác nhau của các thực thể chức năng mạng (bên trong một ASN, giữa các ASN, giữa một ASN và một CSN, và giữa các CSN), và cụ
thể giữa một MS, ASN và CSN để cho phép khả năng khai thác liên mạng nhiều nhà cung cấp.
• Hỗ trợ các hướng phát triển giữa các mô hình sử dụng khác nhau để đưa ra các ràng buộc và giả định kĩ thuật hợp lí.
• Cho phép các nhà cung cấp khác nhau triển khai dựa vào sự kết hợp khác nhau của các thực thể chức năng của các thực thể mạng vật lí, miễn là sự triển khai này tuân theo các giao thức quy chuẩn và các thủ tục theo các điểm tham khảo thích hợp, như được định nghĩa trong các đặc điểm kĩ thuật mạng.
• Hỗ trợ hầu hết các kịch bản ít quan trọng của một nhà khai thác đang triển khai một ASN cùng với một tập giới hạn các chức năng CSN, sao cho nhà khai thác có thể cung cấp dịch vụ truy cập Internet cơ bản mà không xét đến chuyển vùng hoặc hoạt động liên mạng.
Kiến trúc WIMAX cũng cho phép cả các dịch vụ IP và Ethernet, trong một mạng IP di động chuẩn. Tính mềm dẻo và khả năng khai thác liên mạng được hỗ
trợ bởi các nhà khai thác cung cấp mạng WIMAX với sự thực hiện mạng WIMAX chi phí thấp của nhiều nhà cung cấp thậm chí với sự triển khai hỗn hợp của các ASN phân tán và tập trung trong mạng. Mạng WIMAX có các đặc điểm chính sau
đây:
An ninh:
Kiến trúc mạng WIMAX đầu cuối - đầu cuối dựa vào một khung an ninh mà không thể biết loại nhà khai thác và cấu hình ASN và ứng dụng phù hợp qua Greenfield và các mô hình triển khai hoạt động liên mạng và các kịch bản sử dụng. Cụ thể, nó hỗ trợ cho:
• Nhận thực thiết bị chung giữa một MS và mạng WIMAX, dựa vào khung an ninh IEEE 802.16.
• Tất cả các kĩ thuật nhận thực được triển khai thông thường và nhận thực trong các kịch bản nhà khai thác mạng nhà và khách dựa vào khung nhận thực phù hợp và có thể mở rộng.
• Tính toàn vẹn dữ liệu, bảo vệ truyền lại, sự tin cậy và không từ chối sử dụng các độ dài khóa phù hợp.
• Sử dụng kĩ thuật an ninh bắt đầu/kết thúc MS giống như các mạng riêng ảo (VPN).
• Các kĩ thuật quản lý địa chỉ IP đảm bảo theo chuẩn giữa MS/SS và NSP nhà hoặc NSP khách của nó.
Tính di động và chuyển giao:
Kiến trúc mạng WIMAX đầu cuối - đầu cuối có khả năng mở rộng để hỗ trợ
tính di động và chuyển giao. Nó bao gồm:
• Các chuyển giao đứng hoặc liên công nghệ-ví dụ, tới Wi-Fi, 3GPP, 3GPP2, DSL, hoặc MSO - khi khả năng đó được cho phép trong MS đa chế độ.
• Hỗ trợ quản lý tính di động dựa vào IPv4 hoặc IPv6. Trong khung này, và khi thích hợp, kiến trúc SHALL cung cấp cho MS nhiều địa chỉ IP và các kết nối IPv4 và IPv6 đồng thời.
• Hỗ trợ chuyển vùng giữa các NSP. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Sử dụng các kĩ thuật để hỗ trợ chuyển giao kín tại các tốc độ xe cộ - thoả
mãn tốt các giới hạn của tình trạng chia xẻ dịch vụ được định nghĩa (trong diễn đàn WIMAX).
Một vài khả năng bổ sung để hỗ trợ cho tính di động, gồm có: • Cấu hình địa chỉ nhà tĩnh và động.
• Phân phối động tác nhân nhà trong mạng nhà cung cấp dịch vụ như một dạng tối ưu hóa tuyến, cũng như trong mạng IP nhà như một dạng cân bằng tải
• Phân phối động tác nhân nhà dựa vào các chính sách.
Tính tỷ lệ, mở rộng vùng phủ sóng và lựa chọn nhà khai thác:
Kiến trúc mạng WIMAX đầu cuối - đầu cuối mở rộng hỗ trợ cho tính tỷ lệ, hoạt động mở rộng và mềm dẻo trong lựa chọn nhà khai thác. Cụ thể, nó sẽ:
• Cho phép một người sử dụng lựa chọn tự động hoặc bằng tay từ các NAP và NSP sẵn có.
• Cho phép các thiết kế hệ thống ASN và CSN dễ dàng chia tỷ lệ hướng lên và hướng xuống - về vùng phủ sóng, cự ly hoặc dung lượng.
• Cung cấp các cấu hình ASN đa dạng - gồm có đa điểm, phân cấp, và/hoặc liên kết nối đa bước.
• Cung cấp nhiều liên kết backhaul, cả không dây và có dây với các đặc tính góc trễ, thông lượng khác nhau.
• Hỗ trợ triển khai cơ sở hạ tầng tăng dần.
• Hỗ trợ thực hiện các dịch vụ IP mà chia tỷ lệ lần lượt với số người sử dụng tăng dần và các dịch vụ IP tồn tại trên mỗi người sử dụng.
• Hỗ trợ tích hợp các trạm gốc có dung lượng và vùng phủ sóng biến thiên. Ví dụ, các trạm gốc pico, micro, macro.
• Hỗ trợ phân tích và tích hợp các chức năng ASN mềm dẻo trong các triển khai mạng ASN hợp lí để cho phép sử dụng cân bằng tải để sử dụng hiệu quả
phổ tần vô tuyến và các tài nguyên mạng.
Các đặc trưng thêm vào liên quan đến quản lý và hiệu suất của kiến trúc mạng WIMAX gồm có:
• Hỗ trợ tính đa dạng của máy khách online và offline đang cung cấp, kết nạp, và kế hoạch quản lý dựa vào các chuẩn công nghiệp mở, cơ sở IP, được triển khai rộng.
• Giúp đỡ các dịch vụ qua không khí (OTA) cho các MS đầu cuối đang cung cấp và nâng cấp phần mềm.
• Giúp đỡ sử dụng nén tiêu đề và/hoặc nén tải để sử dụng hiệu quả các tài nguyên vô tuyến WIMAX.
Khả năng khai thác liên mạng đa nhà cung cấp:
Hướng giải pháp khác của kiến trúc mạng WIMAX là hỗ trợ tính thao tác giữa thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau trong một ASN và qua các ASN. Như đã nói rõ, tính thao tác sẽ gồm có thao tác giữa:
• BS và thiết bị xoay hướng (backhaul) trong một ASN.
• Các thiết bị ASN thay đổi (có thể từ các nhà cung cấp khác nhau) và CSN, với tối thiểu hoặc không suy thóai chức năng hoặc khả năng của ASN.
Chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa đa lớp con hội tụ. Khung kiến trúc mạng WIMAX hỗ trợ tính đa dạng của các loại CS gồm có: CS Ethernet, CS Ipv4, CS IPv6.
Chất lượng dịch vụ:
Kiến trúc mạng WIMAX cung cấp để hỗ trợ các cơ cấu QoS. Cụ thể là, nó cho phép hỗ trợ mềm dẻo sử dụng đồng thời một thiết lập thay đổi khác nhau các dịch vụ IP. Kiến trúc hỗ trợ:
• Các mức khác nhau của QoS - bản chất thô (mỗi người sử dụng/đầu cuối) và/hoặc bản chất tốt (mỗi luồng dịch vụ trên mỗi người sử dụng/đầu cuối). • Điều khiển thừa nhận.
• Quản lý băng tần.
• Triển khai các chính sách như được định nghĩa bởi các nhà khai thác khác nhau cho QoS dựa vào các SLA của họ (gồm có chính sách bắt buộc mỗi người sử dụng và nhóm người sử dụng như các factor giống như vị trí, thời gian...). Sử dụng phạm vi rộng là thực hiện các cơ cấu IETF chuẩn để định nghĩa chính sách quản lý và chính sách bắt buộc giữa các nhà khai thác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đặc điểm mạng WIMAX mềm dẻo cho phép các triển khai khác nhau cấu hình mạng dịch vụ truy nhập (ASN) cụ thể là sơ lược ASN, gồm có cả các kiến trúc được phân phối và kiến trúc được tập trung. Hơn nữa, diễn đàn WIMAX đang phát triển một khung thao tác trong thao tác trong ASN và thao tác liên ASN qua các nhà cung cấp khác nhau được đảm bảo.
3.2.4.2. Hiệu suất wimax di động a. Các thông số hệ thống WIMAX di động
Từ khi WIMAX di động dựa vào OFDMA theo tỉ lệ, nó có thể được cấu hình linh hoạt để hoạt động trên các băng tần khác nhau bằng cách điều chỉnh các thông số hệ thống. Chúng ta coi như một hệ thống WIMAX di động với các đặc
điểm sau đây như một trường hợp nghiên cứu cho sự đánh giá hiệu suất hệ thống WIMAX di động. Trong các bảng sau đây, bảng 3.7 cung cấp các thông số hệ
thống, bảng 3.8 tổng kết các thông số OFDMA, và bảng 3.9 biểu diễn mô hình phổ
biến được sử dụng cho sựđánh giá hiệu suất.
Thông số Giá trị Số tế bào 3-sector 19 Tần số hoạt động 2500 MHz Phân kênh TDD Băng thông kênh 10 MHz Khoảng cách BS-BS 2.8 Km Khoảng cách BS-SS nhỏ nhất 36 m
Mẫu anten 700 (-3 dB) với Tỉ số trước-sau 20 dB
Chiều cao BS 32 m
Chiều cao đầu cuối di động 1.5 m Khuyếch đại anten BS 15 dBi Khuyếch đại anten MS -1 dBi
Công suất PA BS lớn nhất 43 dBm Công suất PA đầu cuối di động lớn nhất 23 dBm Tỉ lệ anten Tx/Rx của BS Tx: 2 hoặc 4; Rx: 2 hoặc 4 Tỉ lệ anten Tx/Rx của MS Tx:1; Rx:2 Hình tạp âm BS 4 dB Hình tạp âm MS 7 dB Bảng 3.7: Các thông số hệ thống WIMAX di động Đỗ Tấn Trọng -78- Lớp KTVT B-44
Thông số Giá trị
Băng thông kênh hệ thống (MHz) 10 Tần số lấy mẫu (Fp trong MHz) 11.2
Cỡ FFT (NFFT) 1024
Khoảng tần số sóng mang con 10.94 KHz
Thời gian kí hiệu có ích (Tb=1/f) 91.4 ms Thời gian bảo vệ (Tg=Tb/8) 11.4 ms Thời gian kí hiệu OFDMA (T s=Tb+Tg) 102.9 ms Độ dài khung 5 ms Số kí hiệu OFDMA 48
Số sóng mang con vô hiệu 184 Số sóng mang con hoa tiêu 120
Số sóng mang con dữ liệu 720 DL
PUSC
Số kênh con 30
Số sóng mang con vô hiệu 184 Số sóng mang con hoa tiêu 280
Số sóng mang con dữ liệu 560 UL PUSC Số kênh con 35 Bảng 3.8: Các thông số OFDMA Đỗ Tấn Trọng -79- Lớp KTVT B-44
Thông số Giá trị
Mô hình truyền dẫn COST 231
SD che chắn thông thường (σ s) 8 dB Tương quan che chắn BS 0.5
Tổn thất thâm nhập 10 dB
Bảng 3.9: Mô hình truyền dẫn
b. Dự kiến liên kết WIMAX di động
Tính toán dự kiến liên kết sau đây dựa vào các thông số hệ thống và mô hình kênh phổ biến trong bảng 7-9 trong mục trên. Giá trị 5.56 dB được sử dụng cho dự
trữ mất dần bóng trong bảng đảm bảo mật độ phổ biến 75% tại cạnh tế bào và mật (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
độ phổ biến 90% tại vùng trung tâm. Dự trữ nhiễu là 2 dB cho DL và 3 dB cho UL
đặc biệt thừa nhận dùng lại tần số (1, 1, 3)7. Dự trữ nhiễu có thể được giảm 0.2 dB tại mẫu dùng lại (1, 3, 3) nhưng giá trị của hiệu quả phổ tần giảm. Phân tập vi mô thu được là 4 dB thừa nhận sự tương quan pha đinh bóng 0.5. Dải tế bào có thể được ước tính từ dự kiến liên kết sử dụng một số các mô hình phổ biến như mô hình phổ biến Hata COST 231 và mô hình Erceg-Greenstein. Mô hình phổ biến Hata COST 231 dựa vào các kết quả kinh nghiệm trong băng tần 2 GHz và hướng tới thực hiện dự báo rất vừa phải cho 2.5 GHz. Mô hình Erceg-Greenstein là mô hình khác thường được sử dụng trong dải tần số này và các dải báo trước khoảng chừng lớn hơn 70%. Cũng chú ý rằng tổn thất đường cho phép lớn nhất là 128.2 dB, các tương ứng với một tốc độ dữ liệu cạnh tế bào DL của 5.76 Mbps và tốc độ
dữ liệu canh tế bào của 115 kbps; Các tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều so với các hệ
thống 3G. tốc độ dữ liệu cao hơn tại cạnh tế bào và kết quả tần số sóng mang cao hơn khi cỡ tế bào nhở hơn. Như một sự lựa chọn, dự kiến liên kết tốt hơn và cỡ tế
bào lớn hơn có thể được hoàn tất tại các tốc độ dữ liệu cạnh tế bào thấp hơn, như
biểu diễn trong các bảng 3.10 và 3.11.
Đường lên WIMAX di động
Các bộ phận trạm gốc MAP PUSC-lưu lượng Đơn vị
Công suất Tx trên phần tửanten 10.0 10.0 10.0 Watt
Số phần tửanten phát 2 2 2
Độ lợi kết hợp tuần hoàn 3.0 3.0 3.0 dB
Độ lợi anten Tx 15.0 15.0 15.0 dBi
Độ lợi tăng công suất hoa tiêu -0.7 -0.7 -0.7 dB
EIRP 57.3 57.3 57.3 dBm
Vùng hoán vị gốc PUSC PUSC PUSC
Số sóng mang con đang sử dụng 840 840 840
Công suất trên sóng mang con
đang sử dụng 28.1 28.1 28.1 dBm
Khối di động (máy thu phát cầm tay ngoài trời)
Độ lợi anten Rx -1.0 -1.0 -1.0 dBi
Độ lợi phân tập anten Rx 3.0 3.0 3.0 dB
Hình nhiễu Rx 7.0 7.0 7.0 dB
Các dự trữ
Độ dư suy hao loga thông thường 5.56 5.56 5.56 dB
Độ dư pha đinh nhanh 6.0 2.0 2.0 dB
Độ dư nhiễu 2.0 2.0 2.0 dB Tổn thất chướng ngại vật 10.0 10.0 10.0 dB Độ dư tổng 23.56 19.56 19.56 dB Độ nhạy Rx di động Tạp âm nhiệt -174 -174 -174 dBm/H z
Khoảng cách sóng mang con 10.94 10.94 10.94 KHz
Điều chế QPSK 1/8 QPSK 1/2 16QAM 1/2
SNR được yêu cầu -3.31 3.49 8.93 dB
Delta từ khoảng cách cự ly tế bào (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
giới hạn 0.82 Tốc độ dữ liệu lưu lượng DL 2.88 5.76 Mbps Độ nhạy Rx (trên mỗi sóng mang con) -129.9 -123.2 -117.7 dBm Độ nhạy Rx (hợp lại) -100.7 -93.9 -88.4 dBm Độ lợi hệ thống 160.0 153.3 147.8 dB
Tổn thất đường truyền cho phép
lớn nhất 136.4 133.7 128.2 dB
Bảng 3.10: Dự toán đường DL cho WIMAX di động
Khối di động (thiết bị cầm tay)
Kênh FB Cấp phát lưu lượng Đơn vị
Công suất Tx trên phần tử anten 200 200 200 mw Số phần tử anten Tx 1 1 1 Độ lợi anten Tx -1.0 -1.0 -1.0 dBi EIRP 22.0 22.0 22.0 dBm
Vùng hoán vị Kênh FB PUSC PUSC
Các sóng mang con sẵn có 70 840 840 Số kênh con được cấp phát 2.5 3 9 Số sóng mang con được cấp phát 70 72 216 Số sóng mang dữ liệu được cấp phát 60 48 144 Công suất trên mỗi sóng mang con đang sử dụng 3.56 3.44 -1.33 dBm Độ lợi anten Rx 15.0 15.0 15.0 dBi Độ lợi phân tập anten Rx 3.0 3.0 3.0 dBi Hình nhiễu Rx 4.0 4.0 4.0 dB Độ dư suy hao loga thông 5.56 5.56 5.56 dB Đỗ Tấn Trọng -82- Lớp KTVT B-44
thường Độ dư pha đinh nhanh 4.0 2.0 2.0 dB Độ dư nhiễu 3.0 3.0 3.0 dB Tổn thất chướng ngại vật 10.0 10.0 10.0 dB Độ dư tổng 22.56 20.56 20.56 dB Tạp âm nhiệt -174 -174 -174 dBm/Hz Khoảng cách sóng mang con 10.94 10.94 10.94 KHz Loại điều chế Ranging QPSK1/8 QPSK1/8