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 nhƣ sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 50 -
- 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 lƣu lƣợng đi qua BS.Với kiểu MESH tất cả các node có thể liên lạc với mỗi node khác một cách trƣc tiếp hoặc bằng định tuyến nhiều bƣớc thông qua các SS khác.
Một hệ thống với truy nhập đến một kết nối backhaul đƣợc gọi là Mesh BS, trong khi các hệ thống còn lại đƣợc gọi là Mesh SS. Dù cho MESH có một hệ thống đƣợc gọi là Mesh BS, hệ thống này cũng phải phối hợp quảng bá với các node khác. Backhaul là các anten điểm-điểm đƣợc dùng để kết nối các BS đƣợc định vị qua khoảng cách xa.
Hình 3.8 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 bƣớc 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 đƣợc chia sẻ với các Mesh SS khác mà dữ liệu của ngƣời dùng đƣợc chuyển tiếp thông qua các Mesh SS đó trao đổi với Mesh BS.
Trong kiểu MESH, phân loại QoS đƣợc thực hiện trên nền tảng từng gói hơn là đƣợc kết hợp với các liên kết nhƣ trong kiểu PMP. Do đó chỉ có một liên kết giữa giữa hai node Mesh liên lạc với nhau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 51 -
3.5.1 Kiến trúc mạng
Hình 3.9 Mô hình truyền thông của WiMAX
WiMAX hoạt động tƣơng tự WiFi nhƣng ở tốc độ cao và khoảng cách lớn hơn rất nhiều cùng với một số lƣợng lớn ngƣời dùng. Một hệ thống WiMAX gồm 2 phần:
Trạm phát: giống nhƣ các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công
suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng tới 8000km2
Trạm thu: có thể là các anten nhỏ nhƣ các Card mạng cắm vào hoặc đƣợc thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà WiFi vẫn dùngCác trạm phát BTS đƣợc kết nối tới mạng Internet thông qua các đƣờng truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể đƣợc nối tới một BTS khác nhƣ một trạn trung chuyển bằng đƣờng truyền thẳng (line of sight), và chính vì vậy WiMAX có thể phủ sóng đến những vùng rất xa.
Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóng truyền thẳng hoặc các tia phản xạ. Trong trƣờng hợp truyền thẳng, các anten đƣợc đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trƣờng hợp này ổn định và tốc độ truyền có thể đạt tối đa. Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần số cao đến 66GHz vì ở tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng cũng lớn hơn. Đối với trƣờng hợp tia phản xạ, WiMAX sử dụng băng tần thấp hơn, 2-11GHz, tƣơng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 52 - nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật thể để đến đích.
WiMAX Forum đã định nghĩa một modul tham chiếu mạng WiMAX (NRM). NRM nhận dạng các thực thể chức năng và các điểm tham chiếu qua tính tƣơng tác đạt đƣợc giữa các thực thể chức năng
Nhiều ASN (Access Service Network) của cùng một operator tạo thành một NAP (Network Access Provider). Nhiều nhà cung cấp khác nhau sẽ có thể triển khai nhiều mạng truy nhập khác nhau, rồi chúng sẽ cùng kết nối với một hoặc nhiều CSN (Core Service Network).
Hình 3.10 Các điểm tham chiếu trong mạng WiMAX
Hình vẽ sau cung cấp một cái nhìn cụ thể hơn về nhiều thực thể trong các nhóm chức năng của ASN và CSN.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 53 -
Hình 3.11 Các thực thể và nhóm chức năng trong mạng
CSN đƣợc định nghĩa là một tập các chức năng mạng cung cấp các dịch vụ kết nối IP cho các thuê bao WiMAX. Một CSN có thể gồm các phần tử mạng nhƣ router (bộ định tuyến), máy chủ/proxy nhận thực AAA, cơ sở dữ liệu ngƣời dùng và thiết bị cổng liên mạng. Một CSN có thể đƣợc triển khai nhƣ một phần của nhà cung cấp dịch vụ mạng WiMAX.
MS, ASN, CSN và các điểm tham chiếu đƣợc nhận dạng một cách rõ ràng cho liên kết của các thực thể logic. Các điểm tham chiếu miêu tả một nhóm các chức năng.. Việc tạo nhóm và phân phối các chức năng trong các thiết bị vật lí, trong một thực thể chức năng (nhƣ ASN) là một lựa chọn bổ sung. Một nhà sản xuất có thể chọn bất kì bổ sung các chức năng vật lí nào, riêng biệt hoặc kết hợp, với điều kiện việc bổ sung đáp ứng các yêu cầu về tính tƣơng tác và về chức năng.
Mục tiêu của NRM là cho phép nhiều tùy chọn bổ sung các chức năng xác định, và phải có tính tƣơng tác giữa các thực thể chức năng khác nhau. Tính tƣơng tác dựa trên định nghĩa các giao thức truyền thông và cách xử lí mặt bằng dữ liệu giữa các thực thể chức năng để đạt đƣợc một chức năng đầu cuối-đầu cuối hoàn thiện, ví dụ, bảo mật hay quản lí tính di động. Do đó, các thực thể chức năng ở phía này hay phía kia của một điểm tham chiếu miêu tả một tập hợp các điểm cuối mặt bằng điều khiển và truyền tải.
Các giao diện này định nghĩa các thủ tục và các giao thức và các liên kết logic, liên kết vật lí truy nhập các thực thể.Các chi tiết kĩ thuật của mạng cho hệ thống
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 54 -
Một số các nguyên lí chung đƣợc hƣớng dẫn triển khai kiến trúc mạng WiMAX di động bao gồm:
Cung cấp sự tách biệt về mặt logic giữa các thủ tục đã nói trên và đánh địa chỉ IP, định tuyến và thủ tục quản lí kết nối và các giao thức cho phép sử dụng kiến trúc truy nhập cơ bản trong các trƣờng hợp triển khai tƣơng thích và một mình.
Hỗ trợ chia sẻ một hay nhiều ASN của một NAP giữa nhiều NSP.
Hỗ trợ dịch vụ cung cấp NSP đơn lẻ qua nhiều ASN đƣợc quản lí bởi một hay nhiều NAP.
Hỗ trợ việc phát hiện và lựa chọn các NSP có thể truy nhập bởi một MS hay SS. Hỗ trợ các NAP mà sử dụng một hay nhiều cấu hình ASN.
Hỗ trợ truy nhập đến các dịch vụ của nhà khai thác hiện thời thông qua tƣơng thích các chức năng khi cần thiết.
Chi tiết kĩ thuật của các điểm tham chiếu không hạn chế và hoàn toàn xác định giữa một nhóm các thực thể chức năng mạng (trong một ASN, giữa các ASN, giữa một ASN và một CSN và giữa các CSN) và đặc biệt giữa một MS, ASN và CSN để cho phép tƣơng tác giữa nhiều nhà cung cấp.
Hỗ trợ các phƣơng pháp nâng cấp giữa nhiều kiểu thông dụng thành các giả định và bắt buộc hợp lí về mặt công nghệ.
Cho phép bổ sung các nhà cung cấp khác nhau trên cơ sở kết hợp các thực thể chức năng khác nhau trên các thực thể mạng vật lí, với điều kiện những bổ sung này tuân theo các giao thức và thủ tục quy chuẩn qua các điểm tham chiếu thích hợp, nhƣ đã định nghĩa trong đặc điểm kĩ thuật mạng.
Hỗ trợ cho trƣờng hợp một nhà khai thác riêng lẻ bình thƣờng nhất sử dụng một ASN cùng với một tổ hợp có giới hạn các chức năng CSN, vì thế nhà khai thác có thể đƣa ra dịch vụ truy cập Internet cơ bản mà không xem xét về Roaming hay tƣơng thích.
3.5.2 Quá trình vào mạng
Một trạm thuê bao WiMAX phải hoàn thành thủ tục vào mạng để liên lạc đƣợc với mạng. Trạng thái vào mạng thay đổi để thiết lập lại nếu nó bị lỗi để tiếp tục từ bất kì trạng thái nào.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 55 -
Thông thƣờng một SS đƣợc cấu hình để sử dụng một BS cụ thể với một tổ hợp cho trƣớc các tham số vận hành, khi hoạt động trong băng tần đƣợc cấp phép. Nếu SS tìm thấy một kênh đƣờng xuống và có thể đồng bộ ở mức vật lí sử dụng mào đầu chu kì khung. Thông tin về điều chế và các tham số UL và DL khác giành đƣợc bằng cách quan sát DCD và UCD của kênh đƣờng xuống.
Initial Ranging
Khi một SS đã đƣợc đồng bộ với kênh DL và nhận DL và UL-MAP cho một khung, nó bắt đầu thủ tục Initial Ranging bằng cách gửi một bản tin MAC yêu cầu Ranging sử dụng công suất truyền dẫn cực tiểu. Nếu không nhận đƣợc trả lời từ BS, SS gửi lại bản tin đó trên một khung kế tiếp sử dụng công suất truyền dẫn cao hơn. Cuối cùng là SS nhận một trả lời Ranging.Trả lời thể hiện công suất và những hiệu chỉnh định thời mà SS phải làm hoặc thể hiện sự thành công. Nếu trả lời chỉ thị hiệu chỉnh, SS phải làm các hiệu chỉnh này và gửi một yêu cầu Ranging khác. Nếu trả lời chỉ thị thành công, SS sẵn sàng để gửi dữ liệu ở đƣờng lên.
Trao đổi các khả năng
Sau khi hoàng thành bƣớc Initial Ranging thành công, SS gửi bản tin yêu cầu khả năng cho BS miêu tả khả năng của nó về mức điều chế, lƣợc đồ mã hóa và tốc độ, phƣơng pháp song công đƣợc hỗ trợ. BS chấp nhận hoặc từ chối SS dựa vào khả năng của nó.
Nhận thực
Sau khi thƣơng lƣợng khả năng, BS nhận thực SS, và cung cấp vật liệu khóa để cho phép mật mã dữ liệu. SS gửi chứng nhận X.509 của nhà sản xuất SS và miêu tả các thuật toán mật mã hóa đƣợc hỗ trợ cho BS của nó. BS phê chuẩn nhận dạng của SS, quyết định thuật toán mật mã và giao thức đƣợc sử dụng sau đó gửi một bản tin trả lờ nhận thực cho SS. Trả lời chứa vật liệu khóa đƣợc sử dụng bởi SS. SS đƣợc yêu cầu để thực hiện định kì thủ tục nhận thực và trao đổi khóa để làm mới vật liệu khóa của nó.
Đăng kí
Sau khi nhận thực, SS gửi một bản tin yêu cầu đăng kí cho BS và BS gửi trả lời đăng kí tới SS. Trao đổi đăng kí bao gồm hỗ trợ phiên bản IP, hỗ trợ SS đƣợc quản lí hoặc không đƣợc quản lí, hỗ trợ các tham số ARQ, hỗ trợ các tùy chọn phân loại, hỗ trợ CRC và điều khiển luồng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 56 -
Sau khi đăng kí, SS khởi động DHCP (IETF RFC 2131) để nhận đƣợc địa chỉ IP và các tham số khác để thiết lập kết nối IP. BS và SS duy trì ngày giờ hiện tại sử dụng giao thức the time of the day (IETF RFC 868). SS cũng tải về các tham số sẵn sàng cho việc hoạt động sử dụng TFTP (IETF RFC 1350).
Hình 3.12 Quá trình vào mạng
Tạo kết nối truyền tải
Sau khi hoàn thành đăng kí và trao đổi các tham số vận hành, các kết nối truyền tải đƣợc tạo ra. Với các luồng dịch vụ đƣợc dự trữ trƣớc, thủ tục tạo kết nối đƣợc khởi đầu bởi BS. BS gửi một bản tin yêu cầu thêm luồng dịch vụ động cho SS và SS xác nhận việc tạo kết nối. Với các luồng dịch vụ không dự trữ trƣớc, tạo kết nối đƣợc khởi tạo bởi SS bằng cách gửi một bản tin yêu cầu thêm luồng dịch vụ động cho BS. BS trả lời với một xác nhận.
3.6 Một số nguyên lí cơ bản trong triển khai mạng WiMAX
Kiến trúc mạng dựa trên cơ cấu chuyển mạch gói, bao gồm các thủ tục dựa trên chuẩn IEEE 802.16 và các sửa đổi của nó, các chuẩn IETF và Ethernet phù hợp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 57 -
từ dịch vụ kết nối IP. Các phần tử mạng của hệ thống kết nối không nhận biết về các chi tiết vô tuyến IEEE 802.16.
Kiến trúc mạng cho phép tính modul và độ linh động để cung cấp một dải rộng các tùy chọn nhƣ:
Mạng WiMAX từ quy mô nhỏ đến quy mô lớn.
Các băng tần vô tuyến vùng nông thôn, ngoại ô và thành thị
Các cấu hình có thứ bậc, bằng phẳng hoặc Mesh và các biến thể của chúng. Các kiểu cố định, mang xách và di động cùng tồn tại
3.7 Kết luận
Trong chƣơng này chúng ta đã tìm hiểu về cấu trúc của mạng WiMAX bao gồm mô hình tham chiếu, các phân lớp MAC (Media Access Control - Điều khiển truy nhập môi trƣờng) và PHY (Physical Layer - Lớp vật lý), trình bày kiến trúc tổng quan và quá trình hoạt động của mạng Wimax
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 58 -
CHƢƠNG IV
GIẢI PHÁP MẠNG WIMAX CHO THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
4.1 Khảo sát thực tế và yêu cầu 4.1.1 Đặc điểm tự nhiên 4.1.1 Đặc điểm tự nhiên
Thành phố Thái Nguyên là đô thị loại I trực thuộc tỉnh Thái Nguyên, trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, giáo dục, KHKT, y tế, du lịch, dịch vụ của tỉnh Thái Nguyên; trung tâm vùng trung du, miền núi Bắc Bộ, cách thủ đô Hà Nội 80km.Tổng
diện tích tự nhiên 189,705 km2, phía bắc giáp huyện Đồng Hỷ và huyện Phú Lƣơng,
phía đông giáp thị xã Sông Công, phía tây giáp huyện Đại Từ, phía Nam giáp huyện Phổ Yên và huyện Phú Bình.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 59 -
Hình 4.1 Bản đồ hành phố Thái nguyên
Thành phố Thái Nguyên bao gồm 19 phƣờng và 9 xã với dân số 330.707 ngƣời (2010) đạt mật độ 1.740 ngƣời/km². Dân số thành thị chiếm 72% chủ yếu là ngƣời Việt.
Thái Nguyên là đô thị trung tâm vùng trung du và miền núi phía Bắc. Thành phố Thái Nguyên sẽ trở thành vùng kinh tế trọng điểm Bắc thủ đô Hà Nội.
TP Thái Nguyên có 6 trƣờng đại học thuộc đại học thái nguyên, 11 trƣờng cao đẳng và trung cấp chuyên nghiệp với hàng trăm ngàn học sinh, sinh viên.
Thành phố Thái Nguyên là trung tâm du lịch của tỉnh Thái Nguyên và các tỉnh miền núi phía Bắc. Nơi đây có khu du lịch Hồ Núi Cốc nổi tiếng với nhiều danh lam thắng cảnh đẹp, có Bảo tàng Văn hoá các dân tộc Việt Nam là nơi lƣu giữ hầu hết các di sản mang đậm bản sắc của các dân tộc Việt Nam, làng nghề chè Tân Cƣơng nổi tiếng, đền thờ Đội Cấn và 91 di tích lịch sử văn hoá khác.
4.1.2 Nhu cầu truy nhập băng rộng tại Thái nguyên
Hiện nay, với sự phát triển bùng nổ về nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao và nhu cầu đa dạng hoá các loại hình dịch vụ cung cập nhƣ: truy nhập Internet, thƣ điện tử, thƣơng mại điện tử, truyền file, nhu cầu truy nhập băng rộng tại Việt Nam nói chung và Thái Nguyên nói riêng đang đòi hỏi là hết sức lớn. Các đối tƣợng có nhu cầu sử dụng truy nhập băng rộng rất đa dạng bao gồm: Các cơ quan, doanh nghiệp, hộ gia
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- 60 -
biệt với đề án phát triển “Chính phủ điện tử hay tin học hóa hành chính nhà nƣớc” thì nhu cầu truy nhập băng rộng của các cơ quan Đảng, chính quyền, đặc biệt là với các cơ quan Đảng, chính quyền cấp xã phƣờng đƣợc đánh giá là rất lớn và rộng khắp.
Đứng trƣớc yêu cầu của thị trƣờng cần phải cung cấp dịch vụ truy cập Internet băng rộng linh hoạt hơn để triển khai dể dàng, đáp ứng nhanh chóng và có khả năng