Với cấu hình này SS có thể liên lạc trực tiếp với nhau. Trạm gốc Mesh BS kết nối với một mạng ở bên ngoài mạng MESH. Một số điểm phân biệt như sau:
- Neighbor: Kết nối trực tiếp đến một node mạng
- Neighborhood : Tất cả các neighbor của một node tạo ra neighorhood.
- Extended neighborhood: Tất cả các neighbor của một neighborhood. MESH khác PMP là trong kiểu PMP các SS chỉ liên hệ với BS và tất cả lưu lượng đi qua BS.Với kiểu MESH tất cả các node có thể liên lạc với mỗi node khác một cách trưc tiếp hoặc bằng định tuyến nhiều bước thông qua các SS khác.
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
16
16
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v Một hệ thống với truy nhập đến một kết nối backhaul được gọi là Mesh BS,
trong khi các hệ thống còn lại được gọi là Mesh SS. Dù cho MESH có một hệ thống được gọi là Mesh BS, hệ thống này cũng phải phối hợp quảng bá với các nút khác. Backhaul là các anten điểm-điểm được dùng để kết nối các BS được định vị qua khoảng cách xa.
Hình 1.7: Cấu hình mesh
Một mạng MESH có thể sử dụng hai loại lập lịch quảng bá. Với kiểu lập lịch phân tán, các hệ thống trong phạm vi hai bước của mỗi node khác nhau chia sẻ các danh mục và hợp tác để đảm bảo tránh xung đột và chấp nhận tài nguyên.
MESH lập lịch tập trung dựa vào Mesh BS để tập hợp các yêu cầu tài nguyên từ các Mesh SS trong một dải bất kì và phân phối các yêu cầu này với khả năng cụ thể. Khả năng này được chia sẻ với các Mesh SS khác mà dữ liệu của người dùng được chuyển tiếp thông qua các Mesh SS đó trao đổi với Mesh BS.
Trong kiểu MESH, phân loại QoS được thực hiện trên nền tảng từng gói hơn là được kết hợp với các liên kết như trong kiểu PMP. Do đó chỉ có một liên kết giữa giữa hai node Mesh liên lạc với nhau.
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
17
17
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
CHƢƠNG 2: LỚP PHY & MAC CỦA CHUẨN 802.16
(OSI)
hơn
(Data
Link Layer)
(LLC – Logical Link Control) 802.2
(MAC)
(Service Specific Convegence Sublayer)
(MAC Common Part Sublayer)
(Security Sublayer)
(Physical Layer)
PHY (Transmission Convergence Sublayer)
QPSK 16QAM 64QAM OFDM OFDMA
OSI IEEE
:
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
18
18
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v 802.16. : . : . (Physical – PHY): .
2.1. Chuẩn IEEE 802.16d (IEEE 802.16-2004)
2.1.1.Lớp vật lý
2.1.1.1 Khung (Framing)
Đặc tả lớp vật lý ở đây hoạt động trong một dạng khung. Trong mỗi khung có một khung con đường lên (DL) và một khung con đường xuống (UL). Khung con đường lên bắt đầu với thông tin cần thiết cho đồng bộ hoá và điều khiển khung. Trong trường hợp song công phân chia theo thời gian (TDD), khung con đường lên tới trước khung con đường xuống. Trong trường hợp song công phân chia theo tần số (FDD), việc truyền xảy ra đồng thời.
2.1.1.2. Song công và đa truy cập
Song công
Song công: trong hệ thống PMP hiện nay tồn tại 2 kỹ thuật song công (hoạt động theo hai chiều: chiều xuống - downstream và chiều lên - upstream)
- ): Một phương pháp song công
trong đó sự truyền tải đường lên và đường xuống xảy ra ở thời gian khác nhau nhưng có thể chia sẻ cùng tần số.
- ): Một phương pháp song công trong
đó sự truyền tải đường lên và đường xuống sử dụng những tần số khác nhau nhưng có thể xảy ra đồng thời.
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
19
19
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v Trong sự hoạt động của FDD, các kênh UL và DL trên các rải tần riêng biệt.
Khả năng của DL được truyền loạt thuận lợi cho các phương pháp điều chế khác nhau và cho phép hệ thống hỗ trợ đồng thời các trạm thuê bao song công hoàn toàn (có thể truyền và nhận đồng thời) và bán song công.
Hình 2.2: Ví dụ về dải tần FDD
* Sự hoạt động của kỹ thuật song công theo thời gian (TDD)
Trong trường hợp của TDD, sự truyển tải UL và DL chia sẻ cùng tần số nhưng riêng biệt theo thời gian như hình 2.3
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
20
20
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Hình 2.3: Cấu trúc khung TDD
Đa truy nhập
Cơ chế đa truy nhập trong WiMAX là đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Các thuê bao sẽ được cung cấp các khe thời gian khác nhau. Các phương đa truy nhập sử dụng để tách rời người sử dụng với nhau trong một kênh truyền.
Các phương thức đa truy nhập phổ biến nhất được sử dụng bao gồm: Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy nhập theo mã (CDMA), đa truy phân chia theo tần số trực giao (OFDMA), và đa truy nhập nhảy cảm sóng mang (CSMA).
2.1.1.3.Lớp vật lý đường lên
Dải thông cho phép trong đường lên trực tiếp được định nghĩa như một hạt của một khe vật lý. Dải thông cho phép trong đường xuống trực tiếp được định nghĩa như một hạt của một khe nhỏ, trong đó độ dài khe nhỏ là 2m khe vật lý (m từ 0 đến 7). Số lượng các khe vật lý đối với mỗi khung là nhiệm vụ của tỷ lệ ký hiệu. Tỷ lệ ký hiệu được lựa chọn để thu được toàn bộ số các khe vật lý trong mỗi khung. Ví dụ, với một tỷ lệ dữ liệu 20 MBd, có 5000 khe vật lý trong một 1ms khung.
Khung con đƣờng lên
Cấu trúc của khung con đường lên sử dụng TDD được minh hoạ trong hình 2.4. Khung con đường lên bắt đầu với phần mào đầu, tiếp theo là phần điều khiển của khung, chứa DL-MAP ( và UL-MAP bắt đầu các khe vật lý với các cụm (cụm (burst)) bắt đầu. Phần TDM tiếp theo chứa dữ liệu, được tổ chức thành các cụm (burst) với các hiện trạng cụm (burst) khác nhau và vì thế các mức truyền mạnh khác nhau. Các cụm (burst) được truyền để giảm bớt sức mạnh.
Mỗi trạm thuê bao nhận và giải mã thông tin điều khiển của đường lên và tìm kiếm phần đầu MAC chỉ ra dữ liệu cho trạm thêu bao đó trong phần còn lại của khung con đường lên.
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
21
21
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Hình 2.4: Cấu trúc khung con đường lên TDD
Trong trường hợp FDD, cấu trúc của khung con đường lên được minh hoạ trong hình 2.5. Giống như trường hợp TDD, khung con đường lên bắt đầu với một phần mào đầu của khung, sau đó là phần điều khiển khung và một phần TDM được tổ chức thành các cụm (burst) được phát giảm sức mạnh hiện trạng cụm (burst). Phần TDM của khung con đường lên này chứa dữ liệu được truyền tới một hoặc nhiều phần dưới đây:
- Các SS song công đầy đủ
- Các SS bán song công được lập lịch để phát sau đó trong khung hơn chúng nhận
- Các SS bán song công được lập lịch để truyền trong khung này.
Khung con đường lên FDD tiếp tục với một phần TDMA được sử dụng để truyền dữ liệu tới bất kỳ SS bán song công nào được lập lịch để phát sớm hơn chúng nhận trong khung này. Điều này cho phép SS riêng lẻ giải mã một phần đường lên xác định mà không cần giải mã toàn bộ khung con đường lên.
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
22
22
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Hình 2.5: Khung con DL FDD
Định vị cụm (burst) đƣờng lên
Những phần dữ liệu đường lên được sử dụng để phát dữ liệu và điều khiển thông điệp tới các trạm thuê bao cụ thể. Dữ liệu này luôn luôn được mã hoá sửa lỗi trước (FEC) và được phát ở sự điều biến của các trạm thuê bao riêng lẻ hoạt động ở thời điểm hiện tại. Trong phần TDM, dữ liệu sẽ được phát để giảm sức mạnh hiện trạng cụm (burst). Trong trường hợp phần TDMA, dữ liệu được nhóm thành các cụm (burst) được mô tả tách biệt nhau mà không cần loại mạnh. Thông điệp DL-MAP chứa một lược đồ bắt đầu ở khe vật lý mà hiện trạng cụm (burst) xuất hiện thay đổi. Trong trường hợp TDMA, nếu dữ liệu đường lên không phủ hoàn toàn khung con đường lên, bên truyền sẽ dừng lại. Mã hoá từ FEC trong một cụm (burst) được sắp xếp ở dạng nén sắp xếp các đường biên mức bit. Điều này có nghĩa là, trong khi từ mã FEC lần đầu bắt đầu ở đường biên khe vật lý đầu tiên. Các từ mã kế tiếp thậm trí có thể bắt đầu trong một ký tự điều biến hoặc trong một PS nếu từ mã FEC tiếp theo kết thúc ở một ký tự điều biến hoặc trong một PS. Điều kiện liên kết chính xác phụ thuộc vào các thông số hiện trạng cụm (burst).
Thông thường, số các khe vật lý i (là một số nguyên) cấp cho một cụm (burst) đặc biệt có thể được tính toán từ DL-MAP, nó cho biết vị trí bắt đầu của mỗi cụm (burst) cũng như các hiện trạng cụm (burst). Đặt n là giá trị nhỏ nhất
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
23
23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v của các PS được yêu cầu cho một từ mã FEC của hiện trạng cụm (burst) được
đưa ra đầy đủ (n không nhất thiết là một số nguyên). Khi đó i=kn+j+q trong đó k là số mã từ FEC đầy đủ thích hợp trong cụm (burst), j (không nhất thiết là một số nguyên) là số các khe vật lý đang sử dụng bằng từ mã được rút ngắt nhiều nhất có thể, và q (0 q 1) là số các khe vật lý đang sử dụng bởi các bit đệm được chèn vào cuối cụm (burst) để bảo đảm rằng i là một số nguyên. Trong sự hoạt động từ mã cố định, j luôn bằng 0. Nhớ lại rằng một từ mã có thể một phần kết thúc qua một ký tự điều biến cũng như phần qua qua một PS. Khi điều này xuất hiện, từ mã tiếp theo sẽ bắt đầu ngay lập tức, không chèn các bít đệm. Ở phần cuối của cụm (burst) (tức là không có từ mã tiếp theo), thì 4q ký tự được thêm vào như là làm đệm (nếu được yêu cầu) để hoàn thành PS được định rõ trong DL-MAP. Số các bit đệm trong các ký tự đệm này bằng 4q lần mật độ điều biến, trong đó mật độ điều biến của QPSK là 2, 16-QAM là 4, 64-QAM là 6. Chú ý rằng các bit đệm có thể được yêu cầu có hoặc không ngắn hơn. k,j không đồng thời bằng 0. Giả sử j 0, đủ lớn sao cho b lớn hơn các bít FEC, r, được cộng bởi lược đồ FEC cho cụm (burst). Số các bit (tốt nhất là một số nguyên của các byte) có giá trị trong dữ liệu người sử dụng trong từ mã FEC được ngắn lại là b-r. Một từ mã không thể có ít hơn 6 byte thông tin.
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
24
24
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Hình 2.6: Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường hợp TDM
Tầng con hội tụ truyền theo đƣờng lên
Sự tải theo đường lên sẽ được phân đoạn thành các khối dữ liệu được thiết kế vừa đúng kích thước của từ mã sau khi byte con trỏ CS được thêm vào. Chú ý rằng độ dài tải vào có thể thay đổi, phụ thuộc vào sự rút ngắn của các từ mã được cho phép hoặc không đối với tình trạng cụm (burst) này. Một byte con trỏ sẽ được thêm vào mỗi đoạn tải vào được minh hoạ trong hình 2.7
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
25
25
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Hình 2.8: Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường hợp TDMA
Trường con trỏ nhận dạng số byte trong gói tin, nó chỉ ra rằng hoặc phần đầu của PDU MAC bắt đầu trong gói tin hoặc phần đầu của bất kỳ byte vật liệu nào đến trước MAC PDU tiếp theo. Byte đầu tiên trong gói tin xem như là byte số 1. Nếu không MAC PDU hoặc các byte vật liệu bắt đầu ở gói tin CS, thì con byte con trỏ được đặt là 0. Khi dữ liệu không được phép phát, một mẫu byte vật liệu có một 1 giá trị (0xFF) sẽ được sử dụng để làm đầy bất kỳ khoảng trống nào giữa các IEEE 802.16 MAC PDU.
2.1.1.4. Lớp vật lý đường xuống
Khung con đường xuống
Cấu trúc của khung con đường xuống được sử dụng SS để phát tới BS được biểu diễn trong hình 2.9. Ba lớp cụm (burst) có thể được phát bởi SS trong suốt khung con đường lên:
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
26
26
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v b) Chúng được phát ở các cơ hội cạnh tranh được định nghĩa bởi các
khoảng thời gian yêu cầu dành riêng để đáp lại sự thăm dò một - nhiều và phát rộng.
c) Chúng được phát ở những khoảng thời gian được định nghĩa bởi IEs Grant Data phân phát tới các SS riêng lẻ.
Hình 2.9: Cấu trúc khung con đường xuống
Bất kỳ lớp cụm (burst) nào có thể có mặt trong khung bất kỳ được đưa ra. Chúng có thể xuất hiện ở bất kỳ số lượng và loại nào (được giới hạn bởi số các PS cho phép) trong khung.
Dải thông phân phát cho các cơ hội cạnh tranh yêu cầu và dãy ban đầu có thể được nhóm cùng nhàu và luôn luôn được sử dụng với các tình trạng cụm (burst) đường lên cho các khoảng thời gian ban đầu (UIUC=2) và khoảng thời gian được yêu cầu (UIUC=1) tương ứng. Các khe thời gian truyền tải còn lại được nhóm lại bởi SS. Trong khi nó lập lịch dải thông, một SS phát với tình trạng cụm (burst) được xác định bởi BS.
2.1.2.Lớp điều khiển truy cập môi trường (Media Access Control – MAC)
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
27
27
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v Lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ nằm phía trên lớp con phần chung
MAC và thống nhất với lớp này, thông qua điểm truy cập dịch vụ MAC (MAC SAP), các dịch vụ được cung cấp bởi lớp con phần chung MAC (MAC CPS). Lớp con hội tụ thực hiện các chức năng sau:
Chấp nhận các đơn vị dữ liệu giao thức (PDUs) lớp cao hơn. Thực hiện phân loại PDUs lớp cao hơn.
Xử lý (nếu cần) PDUs lớp cao hơn dựa trên sự phân loại, Cấp phát lớp con hội tụ PDUs thích hợp với MAC SAP Tiếp nhận lớp con hội tụ PDUs từ thực thể ngang hàng.
Hiện tại có 2 đặc tả lớp con hội tụ được cung cấp: Lớp con hội tụ Chế độ truyền dị bộ (ATM CS) và lớp con hội tụ Gói (Packet CS). Những lớp con hội tụ khác có thể được đặc tả trong tương lai. ATM CS được định nghĩa cho các dịch vụ ATM còn Packet CS được định nghĩa cho các dịch vụ gói như IPv4, IPv6, Ethernet, VLAN… ATM CS nhận các tế bào ATM, xử lý, phân lớp dịch vụ và phân phối nó xuống lớp dưới. Packet CS phân lớp các loại MAC SDU vào kết nối thích hợp, gỡ, thêm các tiêu đề, phân phối dữ liệu đến lớp con MAC, nhận dữ liệu từ lớp con MAC rồi xử lý.
Khái niệm nhận dạng kết nối (Connection Identifier – CID): Một kết nối được hiểu là một ánh xạ từ MAC – BS tới MAC – SS với mục đích vận chuyển lưu lương của một dịch vụ. Mỗi kết nối được xác định bởi một CID có độ dài 16 bit.
Lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ nằm ở trên đỉnh của lớp MAC và thi hành một số chức năng như nhận các đơn vị dữ liệu giao thức (Protocol Dât Unit – PDU) từ lớp cao hơn, phân lớp dịch vụ các PDU đó, tùy theo các dịch vụ mà xử lý các PDU, phân phối các PDU này xuống lớp con phần chung MAC thông qua một SAP thích hợp.
Tuy nhiên, nhiệm vụ chính của lớp này là phân loại các đơn vị dịch vụ dữ