g/ Sử dụng lại tần số
2.6 So sánh giữa Wi-Fi và WiMAX[4]
Sự khác nhau cơ bản nhất giữa WiMAX và Wi-fi là chúng được thiết kế cho các ứng dụng hoàn toàn khác nhau. Wi-Fi là một công nghệ mạng vùng nội hạt LAN được thiết kế để tăng thêm tính di động cho các mạng LAN hữu tuyến riêng. WiMAX một mặt khác được thiết kế để cung cấp một dịch vụ truy nhập không dây băng rộng (BWA) cho mạng vùng thành thị MAN. Vì thế trong khi Wi-Fi hỗ trợ truyền dẫn trong phạm vi hơn trăm mét thì WiMAX có thể hỗ trợ các người dùng ở trong bán kính tới hàng chục kilômét.
Bên cạnh sự khác nhau về phạm vi truyền dẫn, một số cải thiện về công nghệ lien kết vô tuyến là khác nhau giữa WiMAX và Wi-Fi. Chuẩn IEEE802.11 WLAN miêu tả bốn giao diện liên kết vô tuyến hoạt động trong băng tần vô tuyến không cấp phép 2.4 hoặc 5GHz. Các chuẩn WiMAX bao gồm một dải rộng hơn các bổ sung tiềm năng để giải quyết các yêu cầu của các sóng mang khắp thế giới. Các băng tần WiMAX sử dụng cả băng tần cấp phép và không cấp phép chủ yếu trong dải từ 2- 11GHz
Trong các băng tần không cấp phép, các chuẩn WiMAX kết hợp đặc điểm lựa chọn tần số động ở những nơi mà sóng vô tuyến tự dộng tìm kiếm một kênh chưa sử dụng. Trong các vùng ở xa, nhiễu có thể được giảm thiểu.
Trong khi với WiMAX thì kênh đường lên và đường xuống sử dụng kĩ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian TDD và ghép kênh phân chia theo tần số FDD. Trong TDD với khe thời gian được ấn định cho đường lên và đường xuống tách biệt nhau vì thế kênh truyền là song công toàn phần. Trong khi giảm tốc độ truyền 50% thì các hệ thống này chỉ sử dụng một nửa băng tần vô tuyến so với FDD.
Đối với Wi-Fi thì tất cả các hệ thống Wi-Fi là các hệ thống TDD trên cơ sở tranh chấp nơi mà điểm truy nhập và các trạm sủ dụng chung một kênh. Bởi vì hoạt động môi trường dùng chung nên tất cả mạng Wi-Fi là bán song công.
Wi-Fi sử dụng hai công nghệ truyền dẫn vô tuyến cơ bản. :802.11b: liên kết vô tuyến sử dụng một công nghệ trải phổ tuần tự trực tiếp được gọi là khóa được mã hóa bổ sung (CCK). Sau đó luồng bit được xử lí với mã đặc biệt và sau đó được điều chế sử dụng QPSK.
802.11a và 802.11g sử dụng OFDM. Đầu phát mã hóa luồng bit trên 64 sóng mang sử dụng BPSK, QPSK hay một trong hai kiểu 16-QAM, 64-QAM. Một số thông tin được phát là không cần thiết, vì thế đầu thu không phải nhận tất cả các sóng mang con để khôi phục thông tin.
WiMAX sử dụng công nghệ OFDM và OFDMA cho lớp vật lí để làm tăng quy mô và tốc độ cho mạng.
Cả WiMAX và Wi-Fi đều sử dụng điều chế thích ứng và nhiều mức hiệu chỉnh lỗi trước để tối ưu hóa tốc độ truyền và hiệu suất lỗi. Khi một tín hiệu vô tuyến giảm công suất hay có nhiễu thì tỉ lệ lỗi sẽ tăng. Điều chế thích ứng nghĩa là đầu phát sẽ tự động thay đổi để hiệu suất tăng lên hay thậm chí giảm đi.
Cơ chế hiệu chỉnh lỗi trước FEC nhằm khắc phục bớt lỗi và cải thiện hiệu năng truyền dẫn. Tuy nhiên lúc đầu Wi-Fi với chuẩn 802.11b chưa có FEC nhưng
FEC mã xoắn đã được kết hợp trong 802.11a và 802.11g. WiMAX sử dụng cả hai hệ thống FEC mã xoắn và Reed-Solomon.
Bảng 7: So sánh WiMAX và WiFi
Bên cạnh đó trong WiMAX được hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến hiện đại như các anten thông minh có thể làm giảm thiểu nhiễu và nâng cao tốc độ truyền. Kết hợp với tính đa dạng đầu phát, đa dạng đầu thu MIMO để cải thiện phạm vi bao phủ. Thuộc tính Wi-Fi (802.11) WiMAX(802.16) Khả năng - Kênh cố định (20MHz) - MAC hỗ trợ hàng chục người sử dụng
- Kênh có băng tần thay đổi
Khả năng mở rộng băng tần từ 1,5#20Mhz
- MAC hỗ trợ hàng trăm người sử dụng Chất
lượng QoS
- Sử dụng (CSMA/CA) nên không đảm bảo về chất lượng - Hiện tại không hỗ trợ âm thanh,video
- Không cho phép các mức dịch vụ khác nhau
- Chỉ có TDD (bất đối xứng) - Chỉ 802.11e ưu tiên cho QoS
- Có đảm bảo về chất lượng trên MAC -Hỗ trợ âm thanh,hình ảnh
- Hỗ trợ nhiều mức dịch vụ T1 cho người buôn bán, đặc biệt hiệu quả ở nhà riêng
- Có TDD/FDD/HFDD (cả đối xứng và bất đối xứng)
- Yêu cầu bắt buộc cho QoS Phạm vi - Tối ưu khoảng 100 m
- Không có khả năng bù khoảng cách
- Thiết kế đa đường trong nhà (trễ 0,8ms)
-Tối ưu hoá tập trung tại hai lớp PHY và MAC trong phạm vi 100m
- Mở rộng phạm vi nhờ thay đổi công suất nhưng lớp MAC có thể không chuẩn tắc
-Tối ưu hoá khảng 50km
- Thiết kế cho nhiều người sử dụng hàng km
- Chịu được trễ đa đường lớn cỡ 10 ms - Lớp PHY và MAC với khả năng mở rộng trong phạm vi cho phép
- MAC chuẩn tắc
Phủ sóng
- Tối ưu hoá trong nhà
- Không hỗ trợ mạng cấu hình pha trộn
- Tối ưu hoá bên ngoài trong tầm nhìn hạn chế
- Hỗ trợ cấu hình mạng pha trộn - Hỗ trợ kỹ thuật anten thông minh Bảo
mật - Chuẩn đang tồn tại là WPA và WEP - 802.11i có chế độ bảo mật địa chỉ
- Có khoá bộ ba DES (128 bit) và RSA(1024 bit
Tốc độ truyền dữ liệu được hỗ trợ cho WiMAX là rất cao, lên tới 100Mbps trong một kênh 20MHz trong đó tốc độ được duy trì là 70Mbps. Đối với Wi-Fi tốc độ truyền được hỗ trợ tối đa chỉ đạt 54Mbps.
Lớp MAC của WiMAX và Wi-Fi hoàn toàn khác nhau. Đối với WiMAX thì giao thức lớp MAC có thể chia sẻ kênh vô tuyến giữa hàng trăm người dùng trong khi vẫn đảm bảo QoS, WiMAX sử dụng kĩ thuật yêu cầu/ cấp phát loại trừ các tranh chấp đường lên hỗ trợ trễ nhất quán cho thoại và trễ biến đổi cho các dịch vụ dữ liệu. Giao thức MAC của WiMAX cũng có đặc điểm sửa lỗi sử dụng yêu cầu truyền lại tự động ARQ. Ngược lại trong Wi-Fi thì giao thức lớp MAC trên cơ sở tranh chấp. Giao thức MAC của Wi-FI được gọi là đa truy nhập cảm ứng sóng mang và tránh xung đột (CSMA/CA). Trong khi WLAN là bán song công chia sẻ môi trường, tất cả các trạm sẽ phát và thu trên cùng một kênh vô tuyến. Vấn đề cơ bản là các trạm không thể lắng khi khi đang gửi và vì thế không thể phát hiện xung đột.
Vì thế một kĩ thuật đã được hỗ trợ cho Wi-Fi gọi là chức năng điều khiển phân tán (DCF). Nền tảng kĩ thuật cơ bản là định nghĩa một hệ thống của các khoảng thời gian đợi và các bộ đếm thời gian lùi để giảm nhưng không hủy bỏ các xung đột. Một trạm Wi-Fi sẽ chỉ phát nếu nó cho rằng kênh rỗi. Tất cả việc truyền dẫn được xác nhận, vì thế nếu trạm gốc không được xác nhận, nó cho rằng một xung đột đã xẩy ra và thử lại sau một khoảng thời gian đợi ngẫu nhiên. Tác động của xung đột sẽ gia tăng khi lưu lượng tăng lên hay đang trong tình trạng trạm di động không thể lắng nghe các trạm khác (vấn đề node ẩn).
Trong mạng WiMAX, giao thức yêu cầu/ chấp nhận được hỗ trợ. Truy nhập đường lên sẽ được điều khiển bởi trạm gốc. Các người dùng muốn truyền đường lên đầu tiên phải gửi các yêu cầu trên một kênh truy nhập trên cơ sở tranh chấp. Cho phép dành riêng để dùng kênh đường lên sau đó được cấp phát bởi trạm gốc sử dụng một hệ thống chấp nhận. Chỉ có một trạm được cho phép gửi trong một thời điểm, như vậy không có xung đột đường lên.
Do các lợi ích mà giao thức yêu cầu/ chấp nhận mang lại nên WiMAX hỗ trợ nhiều mức QoS. Kĩ thuật truy nhập của WiMAX có thể hỗ trợ 4 loại dịch vụ cơ bản. Trong Wi-Fi thì chuẩn 802.11j có hỗ trợ QoS. Có hai kiểu hoạt động được sử dụng để cải thiện các dịch vụ thoại:
- Mở rộng đa môi trường Wi-Fi (WME) - Đa môi trường được lập lịch Wi-Fi (WSM)
WME sử dụng một giao thức được gọi là truy nhập điều khiển phân tán nâng cao (EDCA) là một phiên bản cải tiến của DCF. EDCA định nghĩa 8 mức ưu tiên truy nhập cho kênh vô tuyến chia sẻ. Giống như DCF ban đầu, truy nhập EDCA là một giao thức trên cơ sở tranh chấp mà sử dụng một khoảng thời gian đợi và các bộ đếm thời gain lùi để tránh xung đột. Tuy nhiên, với DCF tất cả trạm sử dụng cùng một giá
trị và do đó có cùng độ ưu tiên cho việc phát trên kênh truyền. Với EDCA mỗi độ ưu tiên truy nhập khác nhau được ấn định một khoảng thời gain đợi và bộ đếm lùi khác nhau. Truyền dẫn với độ ưu tiên truy nhập cao hơn được gán khoảng đợi ngắn hơn. Chuẩn cũng bao gồm một kiểu packet-bursting cho phép một điểm truy nhập hay một trạm di động dự trữ kênh và gửi 3 đến 5 gói theo tuần tự.
EDCA không có kĩ thuật để phân phát dịch vụ trễ nhất quán. Nó chỉ đảm bảo rằng truyền thoại sẽ đợi ít hơn truyền dữ liệu. Trễ nhất quán chính xác có thể được cung cấp với tùy chọn WSM. WSM hoạt động gần giống chức năng điều khiển điểm (PCF). Trong WSM, điểm truy nhạp theo định kì quảng bá một bản tin điều khiển bắt buộc tất cả trạm phải xử lí kênh khi bận và không cố gắng để truyền. Trong chu kì đó, điểm truy nhập kiểm soát vòng mỗi trạm được định nghĩa dịch vụ cảm biến với thời gian. Để sử dụng WSM, thiết bị đầu tiên phải gửi một profile lưu lượng miêu tả các yêu cầu băng thông, trễ và jitter. Nếu điểm truy nhập không có đủ tài nguyên để đáp ứng profile lưu lượng, nó gửi lại một tín hiệu bận. Nguyên nhân mà WSM là một đặc điểm tùy chọn là tất cả các điểm truy nhập có thể gửi lại một thông báo dịch vụ chưa sẵn sàng tới các yêu cầu profile của trạm gốc
Về bảo mật, Trong Wi-Fi, mật mã hóa là tùy chọn, và có ba công nghệ khác nhau được định nghĩa:
- Wired Equivalent Privacy (WEP): mật mã hóa 104 bit hoặc 40 bit trên cơ sở RC4 với khóa tĩnh
- Wi-Fi Protected Access(WPA): Một chuẩn mới sử dụng khóa WEP 104 hoặc 40 bit nhưng thay đổi khóa trên mỗi gói để cản trở những kẻ trộm khóa. Giao thức chuyển khóa được gọi là giao thức toàn vẹn khóa theo thời gian TKIP(Temporal Key Tntegrity Protocol).
- IEEE 802.11i/WPA2: Chuẩn này dựa trên công nghệ mật mã hóa mạnh đuợc gọi là chuẩn mật mã nâng cao AES. Mật mã trong WiMAX ban đầu là chuẩn mật mã số (3DES). Sau đó kết hợp với chuẩn mật mã nâng cao AES và đảm bảo tính bảo mật cao.
Về tính di động trong WiMAX và Wi-Fi cũng có những khác biệt. Trong khi chuẩn 802.16 của WiMAX được thiết kế cho truy nhập băng rộng di động đảm bảo tốc độ cao và chuyển giao không gián đoạn, đảm bảo tốc độ di chuyển của phương tiện giao thông. Với Wi-Fi tính di động bị hạn chế và chỉ đảm bảo cho việc di chuyển tốcđộ thấp.
Tổng kết
Sau khi tìm hiểu kiến trúc mạng WiMAX với những kỹ thuật ưu việt được sử dụng giúp công nghệ WiMAX có những đặc điểm vượt trội như khả năng che phủ trong cả điều kiện tầm nhìn thằng (LOS) và không theo tầm nhìn thẳng (NLOS). cho phép nhà khai thác cung cấp dữ liệu băng rộng đến nhiều đối tượng khách hàng.
Công nghệ WiMAX cũng có rất nhiều ưu điểm đem lại từ các công nghệ như: công nghệ OFDM, điều chế thích nghi và hiệu chỉnh lỗi…. Ngoài ra, WiMAX cũng có nhiều tính năng tuỳ chọn như: ARQ, kênh con hoá, phân tập, và mã hoá không gian - thời gian hứa hẹn sẽ đem lại cho nhà khai thác hiệu suất và chất lượng dịch vụ cao hơn so với các công nghệ khác.
Dựa vào những cơ sở kỹ thuật này để đánh giá tính khả thi của công nghệ giúp các nhà khai thác dịch vụ cân bằng giữa giá thành và hiệu suất; lựa chọn các tính năng hợp lý cho mô hình kinh doanh cụ thể.
Chương 3
Khả Năng Ứng Dụng WiMAX Tại Việt Nam
Trong chương một và chương hai ta đã thấy ,so với các hệ thống truy nhập băng rộng, WiMAX có những thế mạnh vượt trội như hỗ trợ nhiều cấu hình , có khả năng phủ sóng rộng khắp,tính bảo mật cao nhờ hỗ trợ chuẩn mật mã dữ liệu tiên tiến…v v.. với những dịch vụ có thể được cung cấp trên mạng WiMAX như thoại truyền thống hoặc thoại qua Internet (VoIP); truy cập Internet tốc độ cao; hội nghị truyền hình; mạng riêng ảo; truyền hình di động; giải trí trực tuyến và nhiều dịch vụ giá trị gia tăng khác.
Chính vì những ưu thế đó mà WiMAX đang thu hút được sự quan tâm rất lớn của thế giới.