2. Chương 2: Một số chuẩn thông dụng trong họ chuẩn IEEE 80
2.2.3.2. IEEE 802.16 – Công nghệ WiMAX (Mạng WMAN)
Công nghệ WiFi IEEE 802.11 trong vài năm gần đây đã gặt hái được những thành công rực rỡ với minh chứng là nó được triển khai rộng rãi khắp nơi. Hầu như tất cả các máy tính cá nhân, điện thoại thông minh, PDA đều được tích hợp WiFi. Tốc độ dữ liệu của WiFi có thể đạt được 54Mpbs. Tuy nhiên vùng phủ sóng của WiFi chỉ hạn chế ở tằm vài chục đến vài trăm mét. Để đáp ứng nhu cầu phủ sóng xa hơn, WiMAX (IEEE 802.16).
Chuẩn WiMAX đầu tiên ra đời vào tháng 10 năm 2001. Khác với WiFi chỉ sử dụng một băng tần, WiMAX có thể hoạt động trong băng tần từ 2-66 Ghz. Các ứng dụng khác nhau sẽ dùng những băng tần khác nhau để tránh sự giao thoa. Cụ thể, các ứng dụng di động (802.16e) dùng băng tần từ 2- 11 GHz. Ở nhiều nước châu Âu, băng tần 3.5 GHz được dành riêng cho WiMAX di động. Các ứng dụngicốiđịnhi(802.16d)1thì1dùng1băng1tần1từ110-661GHz.
Các chuẩn khác nhau của WiMAX o Chuẩn cơ bản 802.16 basic:
Chuẩn 802.16 ban đầu được tạo ra với mục đích là tạo ra những giao diện (interface) không dây dựa trên một nghi thức MAC chung. Kiến trúc mạng cơ bản của 802.16 bao gồm một trạm phát (BS - Base Station) và người sử dụng (SS - Sucriber Station). Trong một vùng phủ sóng, trạm BS sẽ điều khiển toàn bộ sự truyền dự liệu (traffic). Điều đó có nghĩa là sẽ không có sự trao đổi truyền thông giữa hai SS với nhau. Nối kết giữa BS và SS sẽ gồm một kênh uplink và downlink. Kênh uplink sẽ chia sẻ cho nhiều SS trong khi kênh downlink có đặc điểm broadcast. Trong trường hợp không có vật cản giữa SS và BS (line of sight), thông tin sẽ được trao đổi trên băng tần cao. Ngược lại, thông tin sẽ được truyền trên băng tần thấp để chống nhiễu.
o Các chuẩn bổ sung (amendments) của WiMAX
- 802.16a : Chuẩn này sử dụng băng tần có bản quyền từ 2 – 11 Ghz. Đây là băng tần thu hút được
còn thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà trong đó một thiết bị cuối (terminal) có thể liên lạc với BS thông qua một thiết bị cuối khác. Với đặc tính này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ
được nới rộng.
- 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tần từ 5 – 6 Ghz với mục đích cung ứng dịnh vụ với chất lượng cao (QoS). Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của những ứng dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác nhau (class of service). Chuẩn này sau đó đã được kết hợp
vào chuẩn 802.16a.
- 802.16c : Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dãi băng tần từ 10-66GHz với mục đích cải tiển interoperability.
- 802.16d : Có một số cải tiển nhỏ so với chuẩn 802.16a. Chuẩn này được chuẩn hóa 2004. Các thiết bị pre-WiMAX có trên thị trường là dựa trên chuẩn này.
- 802.16e : Đã được chuẩn hóa. Đặc điểm nổi bật của chuẩn này là khả năng cung cấp các dịch vụ di động (vận tốc di chuyển lớn nhất mà vẫn có thể dùng tốt dịch vụ này là 100km/h).
- 802.16j: Bây giờ IEEE đang bắt tay vào chuẩn hóa 802.16j để phục vụ cho việc Relay (Wimax Mesh network). Để minh họa wimax relay, các bạn có thể xem hình dưới đây
Hình 2.8: Wimax Relay
Lợi ích của việc dùng những relay BS đã được liệt kê trong hình vẽ. Có thể kể đến các lợi ích sau: - Thay vì liên lạc trực tiếp với BS, user có thể liên lạc thông qua nhiều Relay BS với đường truyền tốt hơn và tốc độ cao hơn, hiệu quả truyền cao hơn, v.v..
- Relay BS có thể dùng để tăng vùng phủ sóng của mạng WiMAX (relay BS rẻ hơn lắp đặt BS wimax)
- User sẽ không cần tiêu tốn một năng lượng lớn để liên lạc với BS (tiết kiệm năng lượng tiêu thụ ở thiết bị di động).
- 802.16m: Đang được nghiên cứu và chuẩn hóa. Chuẩn này hướng tới tăng tốc độ truyền của WiMAX lên 1Gbps bằng cách dùng MIMO và các dãy angten.
- Ngoài ra còn có nhiều chuẩn bổ sung khác đang được triển khai hoặc đang trong giai đoạn chuẩn hóa như 802.16g, 802.16f, 802.16h...
Đặc điểm nối bật của WiMAX di động
WiMAX di động cũng có những đặc điểm giống EV-DO hoặc HSxPA nhằm tăng tốc độ truyền thông (data rate). Những đặc điểm đó bao gồm: Mã hóa và điều chế thích nghi (Adaptive Modulation
and Coding - AMC), kỹ thuật sữa lỗi bằng dò – lặp (Hybrid Automatic Repeat Request - HARQ), Phân bố nhanh (Fast Scheduling) và chuyển giao mạng (handover) nhanh và hiệu quả.
Không giống như công nghệ 3G dựa trên CDMA được xây dựng nhằm vào dịch vụ thoại, WiMAX được thiết kế để đáp ứng dịch vụ truyền dự liệu dung lượng lớn (trong đó có cả dịch vụ thoại VoIP). WiMAX sự dụng kỹ thuật trải phổ SOFDMA và hạ tầng mạng xây dựng trên nền IP.
WiMax cung cấp khả năng kết nối Internet không dây nhanh hơn so với WiFi, tốc độ uplink và downlink cao hơn, sử dụng được nhiều ứng dụng hơn, và quan trọng là vùng phủ sóng rộng hơn, và không bị ảnh hưởng bởi địa hình. WiMAX có thể thay đổi một cách tự động phương thức điều chế để có thể tăng vùng phủ bằng cách giảm tốc độ truyền và ngược lại. Để tăng vùng phủ, chuẩn WiMAX hoặc sử dụng mạng Mesh hoặc sử dụng antenna thông minh hoặc MIMO. Dự liệu truyền trong mạng WiMAX được phân chia thành 5 lớp dịch vụ với những ưu tiên khác nhau nhằm cung ứng QoS. Ngoài ra bảo mật cũng là một đặc điểm vượt trội của WiMAX so với WIFI.
Ứng dụng của WiMAX
Nói tới WiMAX , người ta có thể nghĩ tới rất nhiều giải pháp thay thế mà công nghệ này có thể mang lại. Đó chính là khả năng thay thế đường xDSL giúp tiếp cận nhanh hơn các đối tượng người dùng băng rộng mà không cần phải đầu tư lớn. Đặc biệt WiMAX rất hữu ích để cung cấp dịch vụ băng thông rộng ở những vùng xa xôi mà giải pháp ADSL hoặc cáp quang là rất tốn kém. Ở những nước đang phát triển như Việt Nam, nơi mà Internet băng thông rộng chưa phổ biến, WiMAX là một giải pháp kinh tế. Ngoài ra WiMAX còn giúp việc triển khai WiFi thêm nhanh chóng do các hotspot WiFi sẽ không cần đường leased-line mà sẽ nối trực tiếp với WiMAX BS. Khả năng roaming giữa các dịch vụ Wi-Fi và WiMAX sẽ mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng.
Hình 2.9: minh họa 1 số ứng dụng last-mile của WiMAX
Để có thể dùng dịch vụ Internet băng thông rộng của WiMAX (fixed WiMAX), nhà cung cấp dịch vụ chỉ cần lắp đặt một ang-ten BS ở giữa khu dân cư. Mỗi người dùng sẽ được cung cấp một ang-
ten thu (CPE), lắp trên mái nhà/cửa sổ. CPE có thể được nối trực tiếp với máy vi tính hoặc thông qua một Access Point WiFi. Việc triển khai khá đơn giản, mà giá thành lại thấp hơn nhiều so
với công nghệ hiện hành.
Bên cạnh dịch vụ cố định, WiMAX còn cung ứng các dịch vụ di động. Trong tương lai, các thiết bị mobile mà hiện nay được tích hợp WiFi sẽ được tích hợp WiMAX. Khi đó, người dùng có thể kết nối mạng mọi lúc mọi nơi thông qua WiMAX, và đặc biệt là vẫn có thể dùng các dịch vụ giống như những dịch vụ của mạng cellular 3G. Hơn nữa, tốc độ truyền của WiMAX cao hơn hẳn 3G mà giá hứa hẹn sẽ rẻ. Đối với các nhà cung cấp mạng, giá thành của một WiMAX BS rẻ hơn rất nhiều so với giá của một BS UMTS. Do đó, có thể nhà cung ứng mạng 3G sẽ dùng WiMAX thay thế 3G1ở1những1khu1vực1thưa1dân1cư.
Hình 2.10: minh họa ứng dụng của WiMAX Mobile