Theo tiờu chớ phạm vi của mạng, người ta phõn loại cỏc cụng nghệ mạng khụng dõy như sau:
Mạng PAN: IEEE 802.15, ETSI HiperPAN
Mạng LAN: IEEE 802.11, ETSI HiperLAN
Mạng MAN: IEEE 802.16, ETSI HiperMAN
Hỡnh 1.7 minh họa phõn loại cỏc cụng nghệ mạng này.
Hỡnh 1.7 Phõn loại cỏc cụng nghệ mạng khụng dõy
Trong đú, cỏc giải phỏp truy cập khụng dõy băng thụng rộng cho mạng WAN cú thể chia thành 4 nhúm chớnh. Hai trong số đú là hệ thống GSM thế
hệ ba là W-CDMA và hệ thống CDMA thế hệ ba là CDMA2000. Hai nhúm cũn lại là WiMAX và 802.20 đang phỏt triển, hoàn thiện. Cụng nghệ WiMAX chỳng ta đó tỡm hiểu ở trờn, trong phần này chỳng ta sẽ tỡm hiểu về 3 cụng nghệ mạng khụng dõy băng thụng rộng cũn lại.
GSM (Global System for Mobile Communications) là cụng nghệ chiếm
ưu thế trờn thế giới và ở Chõu Âu. Cụng nghệ này cũng được sử dụng trong nhiều quốc gia Chõu Phi, Chõu Á, Trung Đụng và một số nước ở Chõu Mỹ. Hệ thống GSM ban đầu chỉ hỗ trợ khả năng dữ liệu rất giới hạn nờn chưa
được gọi là băng thụng rộng. GPRS và EDGE được coi là mạng GSM thế hệ
2,5G. GPRS cung cấp tốc độ tối đa 171,2 Kbp/s trong khi EDGE cú thể cung cấp tốc độ cao gấp 3 lần tốc độđú. Hệ thống W-CDMA là thế hệ ba nõng cấp lờn từ mạng GSM 2,5G. Cỏc mạng này cũn gọi là UMTS, triển khai đầu tiờn tại Chõu Âu và Nhật Bản. Hệ thống chuẩn W-CDMA cú thể hỗ trợ 2 Mbp/s.
ETSI HyperMAN IEEE 802.16 WirelessMAN ETSI HyperLAN WAN IEEE 802.16e IEEE 802.20 MAN PAN
IEEE 802.15 ETSI HyperPAN IEEE 802.11
WirelessLAN
W-CDMA, CDMA2000
Phiờn bản nõng cao của W-CDMA là HSDPA, cho phộp tốc độđường xuống lờn tới 14 Mbp/s.
Ngoài ra, chỳng ta cú thể biết đến chuẩn TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) được ứng dụng tại Trung Quốc.
Đõy là một chuẩn 3G được tạo bởi Học viện cụng nghệ truyền thụng của Trung Quốc. Chuẩn TD-SCDMA là một phỏt triển từ chuẩn GSM theo cựng cỏch của W-CDMA.
CDMA (Code Division Multiple Access) là cụng nghệ sử dụng chuẩn IS-136. Số lượng thuờ bao CDMA lớn nhất ở Chõu Mỹ, tiếp theo là khu vực Chõu Á Thỏi Bỡnh Dương. CDMA khụng được ưu chuộng tại Chõu Âu, cỏc nước Ả Rập và Chõu Phi. Thế hệ 3G cho mạng CDMA gọi là CDMA2000. Nú bao gồm cỏc hệ thống CDMA 2000 1x hỗ trợ tốc độ dữ liệu lờn tới 307 Kbp/s. Thực tế, người ta cho rằng thế hệ 3G thực sự của CDMA là CDMA2000 1xEV (Evolution), phiờn bản cao hơn của phiờn bản 1x. Phiờn bản CDMA2000 1xEV bao gồm CDMA2000 1xEV-DO (data only) và CDMA2000EV-DV (data/voice). Cỏc phiờn bản này hỗ trợ tốc độ lý thuyết
đường xuống 3,1 Mbp/s và đường lờn 1,8 Mbp/s.
Hiệu năng và sự chấp nhận của thị trường mạng 3G (cả CDMA2000 và W-CDMA) cho tới hiện tại chưa đỏp ứng được yờu cầu thực tế. Đối với cỏc tổng đài, lý do là chi phớ nõng cấp mạng cao, chi phớ phải trả cho phổ 3G trong một số nước (hầu hết là Chõu Âu) quỏ cao và thiếu cỏc ứng dụng để
thuyết phục thuờ bao chấp nhận nõng cấp thiết bị cầm tay.
Chuẩn 802.20 khỏc WiMAX là WiMAX bắt đầu với cụng nghệ khụng dõy băng thụng rộng cốđịnh và phỏt triển để hỗ trợ tớnh di động, 802.20 ngay ban đầu được thiết cho cho cụng nghệ băng thụng rộng di động. Cỏc yờu cầu ngay ban đầu này thể hiện ưu điểm hơn so với việc thờm hỗ trợ tớnh di động vào trong chuẩn khụng dõy cố định đó cú. Tuy vậy, ưu điểm của 802.16 là
chuẩn đầu tiờn hội tụ cỏc ưu điểm mạng khụng dõy băng thụng rộng và hiện tại được sự hỗ trợ của hầu hết cỏc nhà cụng nghiệp truyền thụng lớn.
1.3.2 Xu hướng tớch hợp cỏc cụng nghệ mạng
Chỳng ta thấy rằng cú một số sự bổ sung và cạnh tranh giữa cỏc chuẩn, giữa cỏc vựng, cỏc tớnh năng và nhà sản xuất. Nhiều mụi trường khỏc nhau sẽ
cài đặt một tập khụng đồng nhất cỏc mạng khụng dõy mà chức năng của cỏc hệ thống này gần như thống nhất. Do đú, một xu hướng phỏt triển là cung cấp khả năng phối hợp hoạt động và kết hợp của cỏc hệ thống khỏc nhau.
Cụng việc nghiờn cứu tiếp tục được tiến hành là cỏch tớch hợp cỏc cụng nghệ mạng khỏc nhau. Vớ dụ, dự ỏn hiệp hội thế hệ ba (3GPP) đó nghiờn cứu cỏc hệ thống để phối hợp giữa cỏc hệ thống 3G với mạng WiMAX hoặc Wi- Fi. Cỏc vấn đề bao gồm chất lượng dịch vụ, chuyển vựng, xỏc thực, uỷ quyền và kế toỏn.
Hiện nay, khụng chỉ cú một cụng nghệ băng thụng rộng tối ưu duy nhất. Mỗi dũng cụng nghệ chớnh cú một số điểm mạnh và một số điểm yếu. Dưới
đõy là một số tiờu chớ chớnh giỳp lựa chọn giữa cỏc cụng nghệ. Mặc dự sự
khỏc nhau của cỏc cụng nghệ, cú một chuỗi hội tụ chớnh giữa cỏc đặc điểm cho ý tưởng mạng khụng dõy băng thụng rộng bao gồm:
Băng thụng rộng
Đảm bảo chất lượng dịch vụ phớa người dựng
Hỗ trợ đa phương tiện
Tốc độ di chuyển 60-120km/h
Quản lý phiờn liền mạch khi di chuyển
Hỗ trợ an toàn bảo mật
Giao thức xỏc thực, uỷ quyền và kế toỏn ưu việt.
Cỏc mục đớch trờn khú thực hiện đồng thời. Cụng nghệ 3G và khụng dõy cốđịnh hội tụ cỏc ưu điểm khỏc nhau. Ưu điểm mạng 3G là khả năng di động, tớnh toỏn khắp mọi nơi, đảm bảo chất lượng dịch vụ nhưng cú hạn chế về tốc
độ truyền dữ liệu và khả năng cung cấp dịch vụđa phương tiện. Trong khi cỏc cụng nghệ mạng như WiMAX thỡ chi phớ vừa phải, truyền dữ liệu lớn, tốc độ
truyền cao, đảm bảo chất lượng dịch vụ nhưng tớnh di động vẫn cũn hạn chế. Hai vấn đề quan trọng mà cỏc cụng nghệ cạnh tranh đú là tốc độ và khả năng di động. So sỏnh hai vấn đề này giữa cỏc cụng nghệ như minh họa trờn hỡnh 1.8. Theo phõn tớch, 4G sẽ khụng phải là một cụng nghệ mới mà là sự tớch hợp cỏc cụng nghệ đó cú để hội tụ một thiết kế mạng với đầy đủ tớnh năng trờn.
Hỡnh 1.8 So sỏnh khả năng của cỏc cụng nghệ mạng khụng dõy
2010 144kbps 384 kbps 10Mbps 100Mbps Tốc độ dữ liệu 2G 3G 1G 4G 2005 2000 1995 2,4 GHz WLAN CDMA/GSM 5 GHz WLAN CDMA2000 NxEV-DO/ WCDMA Nhanh Chậm Tốc độ di động CDMA2000 EVDO/ WCDMA HSPDA WiMAX di động
1.4 Kết chương
Trong chương này, chỳng ta đó tỡm hiểu về cỏc vấn đề chung của cụng nghệ WiMAX như khỏi niệm, ứng dụng của WiMAX, cỏc phiờn bản WiMAX, chứng nhận sản phẩm WiMAX và sự phỏt triển của cụng nghệ WiMAX. Sau
đú, chỳng ta tỡm hiểu về bộ chuẩn 802.16. Trong phần tỡm hiểu về chuẩn 802.16, chỳng ta đó biết được hai chế độ hoạt động là PMP và Mesh mà chuẩn 802.16 định nghĩa. Phạm vi nghiờn cứu trong phần vấn đề chất lượng dịch vụ và an toàn bảo mật của chỳng ta sẽ tập trung vào chế độ hoạt động PMP. Trong phần nghiờn cứu về xu hướng phỏt triển của mạng khụng dõy băng thụng rộng, chỳng ta biết được vị trớ tương quan của WiMAX so với cỏc chuẩn cụng nghệ khụng dõy băng thụng rộng khỏc và xu hướng phỏt triển tớch hợp cỏc cụng nghệ mạng. Trong chương tiếp theo, chỳng ta sẽ nghiờn cứu chi tiết về kiến trỳc của mạng WiMAX.
Chương 2.
KIẾN TRÚC MẠNG WiMAX
2.1 Mụ hỡnh lý thuyết
2.2 Cỏc đặc điểm khi triển khai 2.3 Bản tin điều khiển 2.3 Bản tin điều khiển
2.1 Mụ hỡnh lý thuyết
2.1.1 Mụ hỡnh tổng thể
Kiến trỳc mạng WiMAX được biểu diễn lụgic thụng qua mụ hỡnh tham chiếu mạng (Network Reference Model – NRM), bao gồm cỏc thực thể chức năng và cỏc điểm tham chiếu. Mụ hỡnh cú cỏc thực thể lụgic là SS, mạng dịch vụ truy cập và mạng dịch vụ kết nối. Mỗi thực thể SS, mạng dịch vụ truy cập và mạng dịch vụ kết nối biểu diễn một nhúm cỏc thực thể chức năng. Hỡnh 2.1 minh họa mụ hỡnh tham chiếu của mạng WiMAX.
Nhà cung cấp truy cập mạng Mạng dịch vụ truy cập Mạng dịch vụ kết nối R 4 Mạng dịch vụ truy cập khỏc Nhà cung cấp dịch vụ mạng ngoài dịch vNhà cung cụ mạng nhàấp R 2 R 2 R 3 R 1 R5 SS Mạng nhà cung cấp dịch vụứng dụng hoặc Internet Mạng nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng hoặc Internet Mạng dịch vụ kết nối
Hỡnh 2.1 Mụ hỡnh tham chiếu mạng WiMAX
Việc nhúm và phõn bố cỏc chức năng vào cỏc thiết bị vật lý trong mạng dịch vụ truy cập là tựy chọn. Đặc tả NWG phỏt hành lần thứ nhất định nghĩa 3 bảng mụ tả A, B và C mụ tả tớnh phối hợp hoạt động của mạng dịch vụ truy cập. Cỏc nhà sản xuất hạ tầng cú thể chọn một hoặc nhiều bảng thụng tin mạng dịch vụ truy cập trong việc thực hiện vật lý của mạng dịch vụ truy cập
để thỏa món yờu cầu tớnh phối hợp hoạt động mạng.
Trong mụ hỡnh tham chiếu mạng, chỳng ta phõn biệt cỏc nhà cung cấp sau:
Nhà cung cấp truy cập mạng là đơn vị cung cấp hạ tầng truy cập súng vụ tuyến tới một hoặc nhiều nhà cung cấp dịch vụ mạng.
Nhà cung cấp dịch vụ mạng là đơn vị cung cấp kết nối IP và dịch vụ WiMAX tới cỏc thuờ bao theo hợp đồng cung cấp dịch vụ với cỏc thuờ bao. Đối với thuờ bao sẽ phõn biệt nhà cung cấp dịch vụ
mạng nhà và nhà cung cấp dịch vụ mạng ngoài. Nhà cung cấp dịch vụ mạng nhà là đơn vị cú hợp đồng với thuờ bao đú, thực hiện xỏc thực, uỷ quyền và tớnh cước đối với thuờ bao. Khi thuờ bao di chuyển vào vựng của nhà cung cấp dịch vụ mạng khỏc, thỡ nhà cung cấp dịch vụ mạng đú gọi là nhà cung cấp dịch vụ mạng ngoài đối với thuờ bao. Nhà cung cấp dịch vụ mạng cú thể ký hợp đồng với cỏc đơn vị thứ ba (vớ dụ nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng, nhà cung cấp dịch vụ Internet) để cung cấp cỏc dịch vụ WiMAX cho thuờ bao. Cỏc thực thể lụgic trong mụ hỡnh tham chiếu mạng WiMAX là mạng dịch vụ truy cập, mạng dịch vụ kết nối và SS. Chỳng ta phõn biệt cỏc thực thể
lụgic trờn như sau:
Mạng dịch vụ truy cập cú chức năng cung cấp sự truy cập súng vụ tuyến tới một thuờ bao WiMAX. Nú bao gồm một hoặc nhiều BS, một hoặc nhiều cổng mạng dịch vụ truy cập. Chỳng ta trỡnh bày chi
tiết về mạng dịch vụ truy cập trong phần 2.1.2.
Mạng dịch vụ kết nối cú chức năng mạng cung cấp cỏc dịch vụ kết nối IP tới cỏc thuờ bao WiMAX. Chỳng ta trỡnh bày chi tiết về
mạng dịch vụ kết nối trong phần 2.1.3.
SS là thiết bị cung cấp kết nối giữa thuờ bao và BS.
Mụ hỡnh tham chiếu mạng WiMAX chứa cỏc điểm tham chiếu chuẩn là R1, R2, R3, R4, R5. Điểm tham chiếu là một điểm khỏi niệm giữa hai nhúm cỏc chức năng mà nhúm chức năng này tồn tại ở cỏc thực thể chức năng khỏc nhau. Cỏc chức năng này đưa ra cỏc giao thức khỏc nhau cho cỏc điểm tham chiếu. Cụ thể nhiệm vụ của cỏc điểm tham chiếu trờn như sau:
Điểm tham chiếu R1 chứa cỏc giao thức và thủ tục giữa SS và mạng dịch vụ truy cập liờn quan đến đặc tả giao diện khụng khớ (đặc tả
PHY và MAC theo IEEE 802.16).
Điểm tham chiếu R2 chứa cỏc giao thức và cỏc thủ tục giữa SS và mạng dịch vụ kết nối liờn quan tới việc xỏc thực, uỷ quyền dịch vụ
và quản lý cấu hỡnh trạm IP. Điểm tham chiếu này là lụgic, khụng phản ỏnh trực tiếp giao thức giao tiếp giữa SS và mạng dịch vụ kết nối. Phần xỏc thực của điểm tham chiếu R2 chạy giữa SS và mạng dịch vụ kết nối của nhà cung cấp dịch vụ mạng nhà. Tuy vậy, mạng dịch vụ truy cập và mạng dịch vụ kết nối của nhà cung cấp dịch vụ
mạng ngoài cú thể xử lý một phần trước đú.
Điểm tham chiếu R3 chứa một tập cỏc giao thức khụng gian điều khiển giữa mạng dịch vụ truy cập và mạng dịch vụ kết nối để hỗ trợ
xỏc thực, uỷ quyền và kế toỏn, thực hiện cỏc chớnh sỏch và khả
năng quản lý di động. Nú cũng bao gồm cỏc phương thức thuộc khụng gian vận chuyển (vớ dụ, tạo đường hầm theo RFC2003, RFC2004,...) để truyền dữ liệu của người sử dụng giữa mạng dịch
vụ truy cập và mạng dịch vụ kết nối.
Điểm tham chiếu R4 chứa một tập cỏc giao thức khụng gian vận chuyển và khụng gian điều khiển bắt đầu/kết thỳc trong cỏc thực thể
chức năng khỏc nhau của một mạng dịch vụ truy cập thực hiện phối hợp tớnh di động của SS giữa cỏc mạng dịch vụ truy cập và cỏc cổng mạng dịch vụ truy cập.
Điểm tham chiếu R5 chứa một tập cỏc giao thức khụng gian vận chuyển và khụng gian điều khiển cho hoạt động giữa mạng dịch vụ
kết nối của nhà cung cấp dịch vụ mạng nhà và mạng dịch vụ kết nối của nhà cung cấp dịch vụ mạng ngoài.
2.1.2 Mụ hỡnh tham chiếu mạng dịch vụ truy cập
Mạng dịch vụ truy cập bao gồm cỏc thực thể chức năng và cỏc luồng bản tin tương ứng được liờn kết với cỏc dịch vụ truy cập. Mạng dịch vụ truy cập biểu diễn một đường bao cho sự phối hợp giữa cỏc phần chức năng trong cỏc WiMAX client, cỏc chức năng dịch vụ kết nối WiMAX và cỏc chức năng cung cấp bởi cỏc nhà sản xuất thiết bị khỏc nhau.
Như đó núi trong phần 2.1.1, mạng dịch vụ truy cập cú chức năng cung cấp sự truy cập súng vụ tuyến tới một thuờ bao WiMAX. Cụ thể, mạng truy cập dịch vụ cung cấp cỏc chức năng bắt buộc sau:
Kết nối lớp 2 mạng WiMAX với SS.
Truyền cỏc bản tin xỏc thực, uỷ quyền, kế toỏn tới nhà cung cấp dịch vụ mạng nhà của thuờ bao WiMAX phục vụ việc xỏc thực, uỷ
quyền và kế toỏn.
Tỡm và chọn nhà cung cấp dịch vụ mạng ưu thớch của cỏc thuờ bao WiMAX.
Chức năng chuyển tiếp để giành kết nối lớp 3 với SS (vớ dụ, vị trớ
địa chỉ IP).
Quản lý tài nguyờn súng vụ tuyến.
Mạng dịch vụ truy cập bao gồm ớt nhất một BS và ớt nhất một cổng mạng dịch vụ truy cập.
BS là thực thể lụgic thực hiện đầy đủ chức năng của WiMAX MAC và WiMAX PHY tương thớch với IEEE 802.16. Một BS được gỏn một tần số và phạm vi bao phủ là một hỡnh quạt. BS kết hợp chặt chẽ với cỏc chức năng lập lịch cho tài nguyờn đường lờn và đường xuống. BS mụ tả trong mụ hỡnh là thực thể lụgic và thực hiện vật lý của nú cú thể bao gồm nhiều BS.
Cổng mạng dịch vụ truy cập là thực thể lụgic biểu diễn sự kết tập của cỏc thực thể chức năng của khụng gian điều khiển ghộp cặp với một chức năng tương ứng trong mạng dịch vụ truy cập hoặc một chức năng trong mạng dịch vụ kết nối hoặc một chức năng trong mạng dịch vụ truy cập khỏc. Cổng mạng dịch vụ truy cập thực hiện chức năng cầu nối hoặc định tuyến của khụng gian vận chuyển.
Hỡnh 2.2 Mụ hỡnh tham chiếu mạng dịch vụ truy cập
Mạng dịch vụ truy cập giao tiếp với SS sử dụng điểm tham chiếu R1, với mạng dịch vụ kết nối sử dụng điểm tham chiếu R3 và với mạng dịch vụ truy cập khỏc sử dụng điểm tham chiếu R4. BS kết nối tới một hoặc nhiều cổng mạng dịch vụ truy cập sử dụng điểm tham chiếu R6. Trong cỏc điểm tham chiếu trờn, điểm tham chiếu R4 là điểm tham chiếu duy nhất cho khụng gian