Cũng giống nh các bộ chuẩn khác họ 802.xx của IEEE 802.16 chỉ tập trung vào việc mô ta và chuẩn hoá 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 mô tả trong 802.16 bao gồm ba lớp con (Sublayer): lớp con chuyên biệt dịch vụ (CS), lớp con phần chung MAC (CPS) và lớp con bảo mật. Lớp CS cung cấp bất cứ việc di chuyển đổi hoặc ánh xạ từ các mạng mở rộng khác nh ATM, Ethernet, thông qua một điểm truy nhập dịch vụ SAP. Chính xác hơn, lớp này làm nhiệm vụ chuyển dổ 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 sẽ diễn ra sự phân lớp dịch vụ của các mạng ngoài để ánh xạ vào một dịch vụ thích hợp trong 802.16.
Lớp con hội tụ CS
Service – Speccific Convergence Layer Lớp MAC CPS
MAC Common Part Layer Lớp con bảo mật Security Sublayer
Lớp vật lý PHY
Hình 2.1 Mô hình tham chiếu các lớp của WiMax–
Lớp CPS cung cấp các chức năng chính của lớp MAC, đó là các chức năng nh truy nhập, phân bố băng thông, thiết lập, quản lý kết nối. Nó sẽ nhận dữ liệu từ các CS khác nhau để phân lớp vào một kết nối MAC riêng. Chất lợng dịch vụ cũng sẽ đợc áp dụng trong việc truyển và sắp xếp dữ liệu.
Điểm truy nhập CS - SAP
Điểm truy nhập MAC SAP
Điểm truy nhập PHY SAP Lớp MAC
Lớp con bảo mật cung cấp các cơ chế chứng thục, trao đôi khoá và mã hoá.
Lớp vật lý bao gồm rất nhiều các định nghĩa khác nhau, mỗi cái thích hợp cho một dãy tần số và ứng dụng riêng.
2.3.1 Nguyên tắc hoạt động của WiMax–
Thực tế WiMax hoạt động tơng tự WiFi nhng ở tốc độ cao và khoảng cách lớn hơn rất nhiều cùng với một số lợng lớn ngời dùng. Một hệ thống WiMax gồm 2 phần :
• Trạm phát : Giống nh 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 nh các Card mạng cắm vào, thẻ PCMCIA “Personal Computer Memory Card International
Association”, hoặc đợc thiết lập sẵn trên MainBoard bên trong các máy tính.
Các trạm phát BTS đợc kết nối tới mạng Internet thông qua các đờng truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể đợc nối tới một BTS khác nh một trạm trung chuyển bằng đờng truyền thẳng, nhờ đó 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 trờng hợp đờng truyền không thẳng NLOS, một anten nhỏ trên máy tính sẽ kết nối tới tháp WiMax. WiMax sử dụng dải tần số thấp từ 2Ghz – 11Ghz (Giống với WiFi), ở tần số thấp tín hiệu dễ dàng vợt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật thể để đến đích. Trong trờng hợp đờng truyền thẳng LOS (Line Of Sight), các anten đợc đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trờng hợp này ổn định tốc độ có thể đạt đợc tối đa. Có thể sử dụng các tần số cao đến
66Ghz vì ở tần số này ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng cũng lớn hơn, kết nối thông suốt mạnh và ổn định hơn, cho phép gửi nhiều dữ liệu với ít lỗi hơn.
2.3.2 Các đặc điểm hoạt động của WiMax–
• WiMax vận hành theo các quy tắc chung giống với WiFi. Một máy tính gửi tín hiệu tới máy tính khác thông qua tín hiệu radio. Máy tính đợc trang bị WiMax sẽ nhận dữ liệu từ tram phát WiMax, có thể sử dụng các khoá mã hoá dữ liệu để ngăn chặn ngời dùng không đủ thẩm quyền truy cập trái phép.
• Wimax đợc tiêu chuẩn hoá ở IEEE 802.16. Hệ thống này là hệ thống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDM (OFDM Access) có các đặc điểm sau :
• Khoảng cách giữa trạm thu và trạm phát có thể lên tới 50Km.
• Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa 70Mbit/s.
• Hoạt động trong cả đờng truyền thẳng LOS (Line Of Sight) và đờng truyền bị che khuất NLOS (Non Line Of Sight).
• Dải tần làm việc 2- 11Ghz và từ 10 – 66Ghz hiện đã và đang đợc chuẩn hoá
• Hờng truyền tin đợc chia thành 2 đờng lên và xuống. Đờng lên có tần số thấp hơn đờng xuống và đều sử dụng công nghệ OFDM để truyền. OFDM trong WiMax sử dụng tổng cộng 2048 sóng mang, trong đó có 1536 sóng mang dành cho thông tin đợc chia thành 32 kênh con, mỗi kênh con tơng đơng với 48 sóng mang. WiMax sử dụng điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256 QAM kết hợp các phơng pháp
sửa lỗi dữ liệu nh ngẫu nhiên hoá, với mã sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỷ lệ mã từ 1/2 đến 7/8.
• Độ rộng của băng tần WiMax từ 5Mhz đến trên 20MHz đợc chia thành nhiều băng con 1,75Mhz. Mỗi băng con này đợc chia nhỏ hơn na nhờ công nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối u hiệu quả sử dụng băng tần. Công nghệ này đợc gọi là công nghệ đa truy cập OFDM (OFDM Access).
• Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD (Time division duplexing) và FDD (Frequency Division Duplexing) để phân chia đờng truyền của h- ớng lên và hớng xuống. WiMax sử dụng 2 chế độ song cong là song công phân chia theo thời gian TDD và song công phân chia theo tần số FDD, FDD cần có 2 kênh, một đờng lên, một đờng xuống. Với TDD chỉ cần một kênh tần số, lu lợng đờng lên và đờng xuống đợc phân chia theo các khe thời.
Về cấu trúc phân lớp, WiMax đợc phân chia thành 4 lớp : lớp con tiếp ứng (Convergence) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy cập và các lớp trên, lớp đa truy cập (MAC), lớp truyền dẫn (Transmission) và lớp vật lý (Physical). Các lớp này tơng đơng với hai lớp dới của mô hình OSI và đợc chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều lớp trên.
2.4 - Bảo mật trong WiMax
Khác với các chuẩn không dây băng rộng khác, 802.16 thiết kế hẳn một lớp con bảo mật, lớp này làm cung cấp các cơ chế điều khiển truy nhập tin cậy, đảm bảo an toàn cho dữ liệu trên đờng truyền, 802.16 chống lại việc truy cập trái phép các dịch vụ bằng việc mã hoá các luồng dịch vụ. Nó có các giao thức quản lý khoá tại BS để thực hiện chứng thực và cấp phát các khoá tới SS
cần thiết. Trong quá trình thơng lợng về bảo mật giữa SS và BS, nếu một SS không cung cấp các cơ chế bảo mật của 802.16 thì các bớc chứng thực và cấp phát khoá sẽ đợc bỏ qua. BS nếu chấp nhận điều đó thì sẽ vẫn cho phép SS đợc truyền dữ liệu, ngợc lại BS sẽ không cho phép. Chỉ có hai loại kết nối đợc bảo vệ trong 802.16 là các kết nối vận chuyển và kết nối thứ cấp. Các kết nối quản lý, điều khiển khác không cần phải bảo vệ.
Trong bảo mật 802.16 có hai loại giao thức chính:
• Giao thức xử lý đóng gói, mã hoá : Giao thức này làm các nhiệm vụ nh: định nghĩa hệ thống mã hoá, kết hợp giữa mã hoá dữ liệu và chứng thực, xử lý các MAC PDU.
• Một giao thức quản lý khoá gọi là PKM cung cấp cơ chế phân phối khoá từ BS tới SS. Thông qua giao thức này, BS và SS có thể đồng bộ khoá với nhau. BS sử dụng giao thức này để thực thi các điều kiện truy nhập vào mạng.
Sercurity Association (SA) :
SA là tập hợp các thông tin dùng chia sẻ giữa BS và SS nhằm đảm bảo tính an toàn trong trao đổi. SA làm nhiệm vụ duy trì trạng thái bảo mật của một kết nối. Có hai loại SA là SA cho dữ liệu (DSA) và SA cho chứng thực (ASA) nh- ng 802.16 chỉ định nghĩa DSA, loại SA đợc dùng để bảo vệ các kết nối chuyển vận giữa các SS và BS. Có bao loại DSA là loại DSA chinh, loại DSA tĩnh và loại DSA động. DSA chính đợc thiết lập trong suốt quá trình khởi tạo. DSA tĩnh đợc cấu hình sẵn trên BS, DSA động đợc đặt tuỳ vào các kết nối. Cả DSA tĩnh và DSA động đều có thể đợc sử dụng bởi nhiều SS.
• SAID đợc dùng để chỉ định tới SA, SAID có độ dài 16bit. Giá trị SAID của DSA chính sẽ bằng với CID của kết nối cơ bản.
• Thuật toán dùng để trao đổi dữ liệu. Ví dụ nh DES.
• Hai khóa TEK để mã hoá dữ liệu : một để sử dụng, một để dự phòng.
• Một chỉ số của TEK.
• Một tham số về thời gian sử dụng của TEK, giá trị mặc định là nửa ngày, giá trịn nhỏ nhất là 30phút và lớn nhất là 7ngày.
• Một IV 64bit cho TEK.
• Một tham số định nghĩa loại SA.
• Để bảo mật một kết nối chuyển vận, SS trớc hết phải khởi tạo ra một DSA. Nhiều kết nối có thể chia sẻ chung SA, khả năng này để cung cấp các dịch vụ multicast. Ngay sau khi SS tham gia vào mạng, một SA cũng sẽ đợc tạo ra trên kết nối thứ cấp. Nh vậy, SS thông thờng sẽ có hai hoặc ba SA : một SA cho kết nối thứ cấp, một SA cho kết nối chuyển vận đờng lên, một SA cho kết nối chuyển vận đờng xuống.
• Có một quy tắc ánh xạ một kết nối vào các DSA.
• Tất cả các kết nối chuyển vận sẽ đợc ánh xạ vào một DSA đã đợc công nhận.
• Các kết nối multicast có thể đợc ánh xạ vào bất cứ DSA tĩnh hoặc động nào đó.
• Các kết nối thứ cấp sẽ đợc ánh xạ vào DSA chính.
• Các kết nối cơ bản và sơ cấp sẽ không đợc ánh xạ, chúng không cần bảo mật.
3.1 ứng dụng của WiMax
Phủ sóng trong phạm vi rộng, tốc độ truyền tin lớn, hỗ trợ đồng thời nhiều thuê bao và cung cấp các dịch vụ nh VoIP, Video mà ngay cả ADSL hiện tại cũng cha đáp ứng đợc là những đặc tính u việt của WiMax. Các đờng ADSL ở những khu vực mà trớc đây đờng dây cha tới đợc mà nay đã có thể truy cập đ- ợc Internet. Do vậy, WiMax có rất nhiều ứng dụng và tơng lai của WiMax cũng rất sáng sủa do nhà sản xuất chip hàng đầu thế giới InTel cũng rất quan tâm phát triển công nghệ WiMax.
Công nghệ WiMax là giải pháp cho nhiều loại ứng dụng băng rộng tốc độ cao cùng thời điểm với khoảng cách xa và cho phép các nhà khai thác dịch vụ hội tụ tất cả trên mạng IP để cung cấp các dịch vụ “3 cung” : dữ liệu, thoại và video.
WiMax với sự hỗ trợ QoS, khả năng vơn dài và công suất dữ liệu cao đợc dành cho các ứng dụng truy cập băng rộng cố định ở những vùng xa xôi, hẻo lánh, nhất là khi khoảng cách là quá lớn đối với BS và cáp cũng nh cho các khu vực thành thị ở các nớc đang phát triển. Những ứng dụng cho hộ dân gồm có Internet tốc độ cao, thoại qua IP, video luồng chơi game trực tuyến cùng với các ứng dụng cộng thêm cho doanh nghiệp nh hội nghị video giám sát video, mạng riêng ảo bảo mật (yêu cầu an ninh cao). Công nghệ WiMax cho phép bao trùm các ứng dụng với yêu cầu băng thông rộng hơn.
WiMax cũng cho phép các ứng dụng truy cập xách tay, với sự hợp nhất trong các máy tính xách tay và PDA, cho phép các khu vực nội thị và thành phố trở thành những “khu vực diện rộng” nghĩa là có thể truy cập vô tuyến băng rộng ngoài trời. Do vậy, WiMax là công nghệ bổ sung bình thờng cho
các mạng di động vì cung cấp băng thông lớn hơn và cho các mạng WiFi nhờ cung cấp kết nối băng rộng ở các khu vực lớn hơn.
WiMax quan trọng vô tuyến băng rộng cố định để cung cấp truy cập băng rộng cần thiết tới các doanh nghiệp và ngời sử dụng là hộ gia đình nh là một sự thay thế cho các dịch vụ cáp và DSL đặc biệt là khi truy cập tới cáp đồng là rất khó khăn.
WiMax quan trọng trong vô tuyến băng rộng di động, vì nó bổ sung trọn vẹn cho 3G vì hiệu suất truyền dữ liệu luồng xuống cao hơn 1Mbit/s, cho phép kết nối các máy Laptop và PDA và bổ sung cho WiFi nhờ độ bao phủ rộng hơn.
Đối với các doanh nghiệp, WiMax cho phép truy cập băng rộng với chi phí hớp lý. Vì phần lớn các doanh nghiệp sẽ không đợc chia thành khu vực để có đờng cáp, lựa chọn duy nhất của họ đối với dịch vụ băng rộng là từ các nhà cung cấp viễn thông địa phơng. Điều này dẫn tới sự độc quyền. Các doanh nghiệp sẽ đợc hởng lợi từ việc triển khai các hệ thống WiMax chứng nhận nhờ tạo ra sự cạnh tranh mới trên thị trờng, giảm giá và cho phép các doanh nghiệp thiết lập mạng riêng của mình. Điều này đặc biệt phù hợp đối với các nghành nh khí đốt, mỏ, nông nghiệp, vận tải, xây dựng và các ngành khác nằm ở những vị trí xa xôi và hẻo lánh.
Đối với ngời sử dụng là hộ gia đình ở những vùng nông thôn (nơi dịch vụ DSL và cáp cha thể vơn tới), WiMax mang lại khả năng truy cập băng rộng. Điều này phù hợp với các nớc đang phát triển nơi mà hạ tầng cơ sở viễn thông truyền thống vẫn cha thể tiếp cận.
3.2 Những mặt hạn chế của WiMax
Khi một công nghệ mới ra đời luôn có những ý kiến khác nhau về công nghệ đó và WiMax cũng không phải là một ngoại lệ. Với những tính năng u việt và khả năng ứng dụng to lớn WiMax đã mau chóng giành đợc sự quan tâm đặc biệt của các nhà sản xuất thiết bị, các tổ chức, các doanh nghiệp và cả cá nhân. Song cũng không ít ngời còn tỏ ra hoài nghi về công nghệ này và cũng nh khả năng của nó sẽ làm thay đổi dịch vụ kết nối mạng Internet trong tơng lai và những lý do của sự hoài nghi đó là:
Trớc hết về mặt kĩ thuật WiMax còn có một số nhợc điểm sau:
− Về mặt dải tần mà WiMax sử dụng không tơng thích tại mọi quốc gia điều này sx hạn chế khả năng phổ biến của WiMax tại những quốc gia này.
− Vấn đề bảo mật của WiMax đợc đánh giá là còn rất nhiều lỗ hổng do đó đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ phải mau chóng giải quyết vấn đề này.
− Về chuẩn của WiMax cũng rất đáng nói tới bởi vì WiMax là một chuẩn công nghệ nhng lại cha đợc chuẩn hoá “Hiện tại thì WiMax đang sử dụng tới 10 công nghệ khác nhau và có tới 3 dạng nền cơ sở cha thể liên thông tơng thích”.
Tiếp đó là về mặt giá thành thì mặc dù WiMax Forum đã tiến hành thắt chặt các chuẩn để giảm giá song chi phí cho các thiết bị đầu cuối vẫn còn rất cao.
− Một trong những nớc có ý định thiết lập một mạng WiMax mang tính quốc gia đó là Mỹ song chi phí dự kiến lên tới 3tỷ USD và đây là một khoản đầu t quá lớn. Trong bối cảnh tiềm năng của mạng 3G vẫn cha đ- ợc khai thác hết, mạng WiFi đờng truyền DSL đã trở nên phổ biến tại rất nhiều nớc và có một cơ sở hạ tầng căn bản thì việc lại phải bỏ ra một khoản tiền lớn để phát triển WiMax một dịch vụ mà bản thân nó còn
nhiều điều bất ổn là một việc khá mạo hiểm. Còn theo tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế thì “Viễn cảnh phải bỏ thêm cả tỷ USD để bắt đầu