Thiết bị truy nhập WiMAX

Hình 1.9 cho thấy một vài kiểu thiết bị truy nhập WiMAX khác nhau. Thể hiện rõ thiết bị truy nhập bao gồm những đơn vị đầu cuối mạng, bên trong truyền đi bằng sóng radio những môđun, cạc giao diện mạng (NIC), thẻ PCMCIA, hộp mở rộng kết nối tới Ethernet hoặc USB sockets trên những thiết bị truyền thông

Hình 1.9 Một số thiết bị truy nhập WiMAX

NIC : (Network Interface Card) Cắm trên khe mở rộng của máy tính. Đối với một số loại máy tính Card này có thể on mainboad. Còn đối với máy sách tay Card này đã được tích hợp sẵn trên máy.

1.8.4.Giải pháp truy nhập băng rộng không dây point to multipoint BreezeACCESS VL (của Alavrion)

Dòng thiết bị BreezeACCESS VL cung cấp các kết nối băng rộng không dây với tốc độ lên đến 54Mbit/s trong phạm vi 50km, sử dụng các công nghệ mới đa truy xuất phân chia theo mã trực giao OFDM, khả năng kết nối khi không nhìn thấy nhau NLOS Hoạt động ở dải tần 5 - 5.8GHz, cấu hình đơn giản, thời gian lắp đặt và triển khai nhanh chóng, BA VL hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao

và VoIP là giải pháp thích hợp cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet và các đường dây cho thuê (leased line) tốc độ cao.

Hình 1.10 Cấu trúc kết nối không dây Small to Large

Business

Residential &

SOHO

Remote & Rural Telecom ISP or Cellular Internet Backhaul BreezeACCESS VL

1.8.5.Thiết bị WIMAX 802.16 BreezeMAX (của Alvarion)

Sử dụng chuẩn không dây mới nhất WIMAX: IEEE 802.16 và ETSI HiperMAN, thiết bị BreezeMAX cung cấp các kết nối không dây tốc độ rất cao, bảo mật tốt cho mạng truy nhập không dây diện rộng MAN. Thiết bị này kết nối các hotspots 802.11 vào Internet và là giải pháp không dây thay thế cho cáp DSL.

KẾT LUẬN

Chương 1 là toàn bộ khái quát về công nghệ WiMAX , và qua đó ta đã thấy được tầm quan trọng và ảnh hưởng tích cực của công nghệ này trong tương lai như thế nào . Để đi xâu hơn , chúng ta tiếp tục tìm hiểu với chương 2 – Cơ sở kỹ thuật trong Công Nghệ WiMAX.

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KỸ THUẬT TRONG WIMAX

Trong chương này chúng ta đi tìm hiểu cơ sở kỹ thuật của chuẩn Wimax. Dựa vào các cơ sở kỹ thuật trong chuẩn Wimax để các nhà dịch vụ nắm bắt được cơ chế hoạt động, để đưa ra những mô hình hoạt động phù hợp với tính chất của mạng. Bân cạnh đó các nhà nghiên cứu cũng đưa ra được các biện pháp bảo mật cho mạng.

2.1MĨ HÌNH THAM CHIẾU HỆ THỐNG WIMAX

Mô hình tham chiếu các lớp trong Wimax chỉ ra rằng nó hoạt động ở tầm nhìn thẳng LOS ở băng tần cao trong dải tần từ 2Ghz đến 11Ghz. Hoạt động ở tần số này tao cơ hội cho sự thay đổi ở lớp vật lý.

Cũng giống như các chuẩn khác họ 802.xx của IEEE, 802.16 chỉ tập trung vào ciệc mô tả và chuẩn hóa hai lớp liên kết dữ liệu (Datalink Layer) và lớp vật lý (Physical Layer) trong mô hình OSI. Giữa lớp MAC và lớp vật lý còn có lớp hội tụ truyền dẫn (TC).

Lớp Mac trong 802.16 bao gồm ba lớp con (Sublayer): lớp con chuyên biệt dịch vụ (CS), lớp con phần chung MAC (CPS) và lớp bảo mật. Lớp CS cung cấp bất cứ việc chuyển đổi hoặc ánh xạ từ mạng mở rộng khác như ATM, Ethernet, thông qua một điểm truy nhập dịch vụ (SAP). Chính xác hơn, lớp này làm nhiệm vụ chuyển các gói tin từ các định dạng của mạng khác thành các gói tin định dạng theo 802.16 và chuyển xuống cho lớp CPS. Cũng tại đây diễn ra sự phân lớp dịch vụ của các mạng ngoài để ánh xạ vào một dịch vụ thích hợp trong 802.16. Lớp CSP cung cấp các chức năng chính của lớp MAC, đó là các chức năng như truy nhập, phân bố băng thông, thiết lập, quản lý kết nối.

-CS khác nhau để phân lớp vào một kết nối MAC riêng. Chất lượng dịch vụ sẽ được áp dụng trong việc truyền và sắp xếp dữ liệu

-Lớp vật lý bao gồm rất nhiều các định nghĩa khác nhau, mỗi cái thích ứng cho một dãy tần số và ứng dụng riêng.

Hình 2.1 Mô hình tham chiếu các lớp trong Wimax 2.2 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG

2.2.1 Wimax hoạt động như thế nào

Thực tế WiMax hoạt động tương tự WiFi nhưng ở tốc độ cao và khoảng cách lớn hơn rất nhiều cùng với một số lượng lớn người dùng. Một hệ thống WiMax gồm 2 phần:

Trạm phát: giống như 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 như các Card mạng cắm vào hoặc được thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà WiFi vẫn dùng.

truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể được nối tới một BTS khác như một trạm trung chuyển bằng đường truyền thẳng (line of sight), và chính vì vậy WiMax có thể phủ sóng đến những vùng rất xa.

Hình 2.2: Mô hình truyền thông của WiMax

Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóng truyền thẳng hoặc các tia phản xạ. Trong trường hợp truyền thẳng, các anten được đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và tốc độ truyền có thể đạt tối đa. Băng tần sử dụng có thể dựng 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 trường hợp tia phản xạ, WiMax sử dụng băng tần thấp hơn, 2-11GHz, tương tự như ở WiFi, ở tần số thấp tín hiệu dễ dàng vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật thể để đến đích.

2.2.2 Thu nhân kênh

Hoạt động truy nhập kênh ở lớp MAC của WiMax hoàn toàn khác so với WiFi. WiMax hỗ trợ phương pháp truyền song công FDD và TDD sử dụng kỹ thuật truy nhập TDMA/OFDMA. Ưu điểm của phương pháp này là nó cho phép linh động thay đổi độ rộng băng tần lên hoặc xuống, dẫn đến có thể thay đổi tốc độ phát (Upload) hoặc thu (Download) dữ liệu chứ không phải là cố định như trong ASDL hay CDMA. Trong WiFi tất cả các trạm

vì vậy khoảng cách khác nhau từ mỗi nút đến AP sẽ làm giảm thông lượng mạng. Ngược lại, ở lớp MAC của 802.16, lịch trình hoạt động cho mỗi thuê bao được định trước, do vậy các trạm chỉ có duy nhất một lần cạnh tranh kênh truyền dẫn là thời điểm gia nhập mạng. Sau thời điểm này, mỗi trạm được trạm phát gốc gắn cho một khe thời gian. Khe thời gian có thể mở rộng hay co hẹp lại trong quá trình truyền dẫn. Ưu điểm của việc đặt lịch trình là chế độ truyền dẫn vẫn hoạt động ổn định trong trường hợp quá tải và số lượng thuê bao đăng ký vượt quá cho phép, và nó cũng có thể tăng được hiệu quả sử dụng băng tần. Việc sử dụng thuật toán lịch trình còn cho phép trạm phát gốc điều khiển chất lượng dịch vụ (Quality of Service -QoS) bằng việc cân bằng nhu cầu truyền thông giữa các thuê bao.

2.2.3 Rangning và thỏa thuận về khả năng của SS

Khi các thông số khởi tạo cho các dải thông truyền dấn được thiết lập, SS sẽ gửi thông điệp UL-MAP ( được đưa ra trong mọi khung cho thông tin ranging). SS sẽ dung thuật toán quay lui để xác định khe khởi tạo dải thông nào nó sẽ được sử dụng để gửi thông điệp yêu cầu dải (RNG-REG). tiếp đó, SS sẽ gửi đi bburst của nó sử dụng mức công thấp nhất và sẽ lặp lại với mức công suất truyền tăng dần cho đến khi nó nhận được thông điệp đáp lại .Dựa trên cơ sở thời gian đến và thông điệp khởi rạo RNG-REQ và mức công suất tín hiệu đo được, BS điều chnhr thời gian cần thiết và công suất thích hợp cho SS cùng với các dải thông đáp lại yêu cầu (RNG-REQ. Thông điệp đáp lại bao gồm CID quản lý chính và cơ bản của SS. Thời gian truyền dẫn cần thiết của SS được xác định và hàm xác định dải thông cho việc điều chỉnh công suất cũng được hoàn tất.

Hình 2.3 : Xử lý thu nhập kênh giữa một SS và BS

Truyền phát trong WiMax được tạo ra bằng cách sử dụng burst profile mạnh nhất để tiết kiệm băng thông, SS tiếp theo sẽ báo khả năng của lớp vấy lý PHY của nó, bao gồm: phương pháp điều chế và mã hóa mà nó hỗ trợ và nếu là một hệ thống FDD thì đó la bán song công hay song công. Trong sự đáp lại của BS, nó có thể từ chối việc sử dụng một khả năng nào đó của SS

2.2.4 Chứng thực và đăng ký SS

Mỗi SS có chứa một giấy chứng nhận số X.509 được cài đặt từ nhà máy và giấy chứng nhận của nhà sản xuất. Các giấy chứng nhận này thiết lập một liên kết giữa địa chỉ MAC 48-bit của SS và khó RSA dùng chung, được gửi cho BS từ SS trong những thông báo yêu cầu cấp phép và thông tin chứng thực. Mạng có khả năng xác minh khả năng giống nhau của SS bởi việc kiểm tra các giấy chứng nhận và sau đó kiểm tra mức cho phép của SS. Nếu SS được cấp phép để tham gia mạng, BS sẽ đáp lại yêu cầu của nó với một

1.SS bắt đầu quét tần số đã thiết lập trước cho BS 2.BS đáp lại, đồng bộ với

3. Các thông số Ranging thiết lập các thông điệp UL- MAP trong mọi khung, SS tăng dần mức công suất cho đến khi đáp ứng được Ranging từ

4. BS đáp lại với sự điều chỉnh công suất thời gian, các CID quản lý

5.SS báo cáo các khả năng lớp PHY của nó (cách thức điều chế/ mã hóa)

(Authorization Key) được mã hoá với khóa dùng chung của SS và được dựng để bảo vệ những giao dịch sau này.

Trong lúc cấp phép thành công, SS sẽ đăng ký với mạng. Điều đó sẽ thiết lập kết nối quản lý thứ cấp của SS và xác định những khả năng có liên quan đến cài đặt kết nối và quá trình hoạt động MAC. Phiên bản IP được sử dụng với kết nối quản lý thứ cấp cũng được xác định trong thời gian đăng ký

2.2.5 Thiết lập kết nối

WiMax sử dụng khái niệm của lưu lượng dịch vụ để đưa ra định nghĩa một đường truyền tải của các gói tin trên UL hoặc DL. Lưu lượng dịch vụ được cấu thành bởi một thiết lập bao gồm các thông số QoS như: độ trễ, jiter. Để nguồn tải nguyên mạng (băng thông, bộ nhớ) được sử dụng một cách có hiệu quả. WiMax thông qua một mẫu hai pha nhờ nó mà tài nguyên được chỉ định cho mục lưu lượng dịch vụ được kích hoạt. Mỗi một lưu lượng dịch vụ nhận hoặc được kích hoạt được ánh xạ tới kết nối lớp MAC với một CID duy nhất. Nói tóm lại, lưu lượng dịch vụ này cho SS trong suốt quá trình SS được thiết lập.

BS hay SS có thể thiết lập các lưu lượng dịch vụ một cách linh hoạt. SS khởi tạo lưu lượng dịch vụ chỉ khi có kết nối báo hiệu. Vớ dụ như kết nối chuyển mạch ảo (SVC) từ một mạng ATM. Sự thiết lập lưu lượng dịch vụ được thực hiện thông qua giao thức ba bước bắt tay mà trong đó yêu cầu cho thiết lập dịch vụ đáp lại để thừa hưởng sự đáp lại.

Để hỗ trợ thiết lập dịch vụ động, WiMax hỗ trợ thay đổi dịch vụ động trong đó các thông số lưu lượng dịch vụ được thỏa thuận lại. Những lưu lượng dịch vụ thay đổi theo giao thức ba bước bắt tay tương tự như quá trình thiết lập lưu lượng dịch vụ.

2.2.6 Kết nối IP

Sau quá trình đăng kí, SS có được một địa chỉ nối IP thông qua giao thức DHCP và thiết lập được thời giân trong ngày qua giao thức thời gian

của SS có thể yêu cầu một file cấu hình. File này còn cung cấp một giao diện chuẩn cho việc cung cấp các thông tin cấu hình

Hình 2.4: SS xác thực và đăng kí 2.2.7 Thiết lập kết nối

1. yêu cầu cấp phép và thông tin xác thực ( bao gồm chứng chỉ số X.509)

2. BS đáp lại với thông điệp trả lời cấp phép (bao gồm khóa cấp phép đã mã hóa và khóa chung của SS)

3.Với việc cấp phép thành công, SS đăng kí với mạng

4. Sau khi đăng kí, SS có được địa chỉ IP qua DHCP

5. Server SS DHCP cung cấp địa chỉ Server TFTP nơi chứa file cấu hình cho SS

khởi tạo lưu lượng dịch vụ chỉ khi có kết nối báo hiệu. Vớ dụ như kết nối chuyển mạch ảo (SVC) từ một mạng ATM. Sự thiết lập lưu lượng dịch vụ được thực hiện thông qua giao thức ba bước bắt tay mà trong đó yêu cấu cho thiết lập dịch vụ đáp lại để thừa hưởng sự đáp lại.

Để hỗ trợ thiết lập dịch vụ động, WiMax hỗ trợ thay đổi dịch vụ động trong đó các thông số lưu lượng dịch vụ được thỏa thuận lại. những lưu lượng dịch vụ thay đổi theo giao thức ba bước bắt tay tương tự như quá trình thiết lập lưu lượng dịch vụ.

2.2.8 Điều khiển kết nối vô tuyến

RLC chạy đồng thời với nhu cầu nhập kênh và duy trì một kết nối lưu lượng luôn vững chắc. Khả năng đặc biệt của lớp vật lý PYH trong WiMax trong việc chuyển từ một burst profile sang cái khác chính là ưu điểm nổi trội của quá trình RLC. RLC điều khiển khả năng này tốt như các ứng dụng truyền thống của RLC là điều khiển công suất và ranging

RLC bắt đầu với chu kì BS quảng bá các burst profile đã chọn được kênh UL và DL. Burst profile đặc biệt đã sử dụng trên một kênh được chọn dựa trên một số nhân tố như vùng có mưa và khả năng của thiết bị. Các burst profile cho dữ liệu được chèn vời một DIUL và UL là UIUC.

Trong suốt quá trình truy nhập khởi tạo, SS thực hiện khởi tạo định mức công suất và ranging sử dụng thông điệp RNA_REQ truyền đi trong các cửa sổ duy trì khởi tạo. Các điều chỉnh tới thời gian trả lại SS trong thông điệp RNG-RSP từ BS.

Để quá trình ranging và điều khiển công suất tiếp diễn, BS có thể truyền các thông điệp RNG-RSP tự nguyện để ra lệnh cho SS điều chỉnh công suất và thời gian. Quá trình này được biểu diễn qua các bước sau:

Hình 2.5: RLC đảm nảo sự ổn định các kết nối trong Wimax

Trong quá trình ranging, SS còn yêu cầu được ứng trên DL qua burst profile đặc biệt bằng cách truyền đi DIUC lựa chọn của nó tới BS. SS thực hiện việc chọn lựa trước khi và trong suốt quá trình khởi tạo Ranging dựa trên việc đo đạc chất lượng tín hiệu DL nhận được. BS có thể xác nhận hoặc từ chối sự lựa chon thông điệp đáp lại RNG-RSP. Tương tự như thế, BS quản lý chất lượng tín hiệu UL nó nhận được từ SS. BS ra lệnh cho SS sử dụng burst profile đặc biệt hướng UL bằng cách đơn giản là sử dụng burst profile UIUC tương ứng với sự cho phép của SS trong thông điện UL-MAP.

1. BS quảng bá các burst profile cho hướng lên (UIUC) và hướng xuống (DIUC)

2. SS điều chinh mức công suất và thức hiện Ranging với các yêu cầu dải thông (RNG-RSP)

3. BS đáp lại với dải thông đáp ứng (RNG-RSP)

CÁC BĂNG TẦN HOẠT ĐỘNG CỦA WIMAX

Thành phần hệ thống WiMAX