Tìm hiểu về xu hướng phát triển thông tin di động 4G

Hệ th ố ng thông tin di độ ng 4G Tóm tắt Ngày nay xu thế phát triển của công nghệ đã đưa ra các giải pháp tối ưu về mạng và khả năng cung cấp các ứng dụng từ hệ thống mạng càng tăng cao, đặc biệt là các mạng không dây. Với những thiết bị đầu cuối di động như điện thoại, máy tính sách tay v..v..,người dùng có thể thực hiện các kết nối vô tuyến thông qua các nhà cung cấp dịch vụ. Cùng với khả năng truyền thông di động ngày càng được mở rộng nhờ sự phát triển của thông tin vô tuyến thì các hệ thống di động mới ra đời và được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Hiện nay, Việt Nam đang sử dụng hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G trong khi mạng tế bào di động 3G đã trở nên phổ biến và chuẩn bị được thay thế bởi một thế hệ mạng có khả năng khắc phục tất cả các nhược điểm của 3G, bao gồm một lượng lớn mạng truy cập, cung cấp kết nối tất cả các người dùng ở bất kỳ đâu, tại bất kỳ thời điểm nào. Đó chính là thông tin di động thế hệ 4G. Với tất cả các lợi thế và ưu điểm đã làm cho 4G trở thành thế hệ mạng không dây lôi cuốn trong tương lai. Chính vì vậy em đã chọn đề tài Tìm hiểu về xu hướng phát triển thông tin di động 4G để nghiên cứu sâu về các giải pháp mạng không dây với hi vọng 4G sẽ là một hệ thống di động tối ưu trong tương lai gần, và mô hình thực thi 4G tại Việt Nam trở thành hiện thực. THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G ............................................................... 3 1.1 Tổng quan về thông tin di động ................................................................... 3 1.2 Thông tin di động thế hệ 4 ............................................................................ 4 CHƯƠNG 2: WLAN.......................................................................................... 7 2.1 Giới thiệu WLAN .......................................................................................... 7 2.2 Chuẩn IEEE 802.11....................................................................................... 7 2.2.1 Kiến trúc chung IEEE 802.11 ................................................................. 8 2.2.1.1 Cấu trúc hệ thống ........................................................................... 9 2.2.1.2 Đặc tính cơ bản của hệ thống ......................................................... 9 2.2.1.3 Lớp vật lý ....................................................................................... 11 2.2.1.4 Lớp MAC ....................................................................................... 12 2.2.1.5 Cấu trúc MAC ................................................................................ 13 2.2.1.6 Khả năng kết hợp ........................................................................... 18 2.2.1.7 Chứng thực và bảo mật .................................................................. 19 2.2.1.8 Phân đoạn ....................................................................................... 20 2.2.1.9 Cơ chế đồng bộ .............................................................................. 20 2.2.1.10 Di động ........................................................................................ 21 2.2.1.11 Khả năng lưu trữ .......................................................................... 21 2.2.1.12 Khả năng hỗ trợ............................................................................ 23 2.3 HIPERLAN-2 ................................................................................................ 23 2.3.1 Giới thiệu ............................................................................................... 23 2.3.2 Cấu trúc chung của HIPERLAN ............................................................ 23 2.3.3 Cấu trúc hệ thống HIPERLAN-2............................................................ 25 2.3.4 Đặc tính cơ bản của hệ thống ................................................................. 26 2.3.5 Lớp vật lý ................................................................................................ 27 2.3.6 Lớp DCL................................................................................................. 27 2.3.6.1 Lớp MAC ....................................................................................... 31 2.3.6.2 Thao tác MAC................................................................................ 31 Hệ th ố ng thông tin di độ ng 4G Mục lục Trang Lời mở đầu ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ HỆ 2.3.6.3 Khung MAC................................................................................... 32 2.3.6.4 Địa chỉ MAC .................................................................................. 33 2.3.6.5 Truy cập tới RCH ........................................................................... 33 2.3.7 Các DCL khác ........................................................................................ 33 2.3.8 Handover................................................................................................. 36 2.3.9 CL ........................................................................................................... 38 2.3.10 Hỗ trợ QoS trong HIPERLAN-2 .......................................................... 38 2.4 MMAC-PC ..................................................................................................... 39 2.5 Triển khai cơ sở hạ tầng IEEE 802.11......................................................... 41 2.5.1 Băng ISM và phân bố kênh .................................................................... 41 2.5.2 Tín hiệu, nhiễu và vùng phủ sóng........................................................... 44 2.5.3 Tín hiệu và nhiễu trong băng tần ISM .................................................... 44 2.5.4 Vùng phủ sóng ........................................................................................ 46 2.5.5 IEEE 802.11 cho không gian tự do......................................................... 48 CHƯƠNG 3: WPANs ......................................................................................... 50 3.1 Giới thiêu........................................................................................................ 50 3.2 Một số khái niệm ........................................................................................... 52 3.3 Tổng quan Bluetooth..................................................................................... 53 3.3.1 Cấu trúc Bluetooth .................................................................................. 53 3.3.2 Mô hình tham chiếu giao thức Bluetooth ............................................... 54 3.3.3 Tổng quan về giao thức lõi Bluetooth .................................................... 56 3.3.3.1 Lớp radio Bluetooth ....................................................................... 56 3.3.3.2 Lớp dải gốc..................................................................................... 56 3.3.3.3 Lớp giao thức quản lý kết nối (LMP) ............................................ 66 3.3.3.4 Lớp điều khiển giao thức kết nối và giao thức thích nghi ............. 66 3.3.3.5 Lớp giao thức phát hiện dịch vụ (SDP) ......................................... 67 3.4 PAN................................................................................................................. 68 3.4.1 Nguyên lý cấu trúc.................................................................................. 68 3.4.2 Giao diện ................................................................................................ 71 3.4.3 Giao tiếp với mạng bên ngoài................................................................. 71 3.5 Mạng Ad Hoc ................................................................................................. 71 3.6 Bảo mật........................................................................................................... 72 3.7 Những ứng dụng chính và khả năng hình thành mạng ............................. 72 3.8 Các thiết bị trong hệ thống ........................................................................... 73 3.9 Những thách thức đối với PAN và những vấn đề mở rộng ....................... 74 3.10 B-PAN........................................................................................................... 75 3.11 WLAN và WPAN ........................................................................................ 76 3.12 Tóm lại.......................................................................................................... 78 CHƯƠNG 4: SỰ HÌNH THÀNH HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G ....................................................................................................... 79 4.1 Giới thiệu........................................................................................................ 79 4.2 WAL ............................................................................................................... 79 4.3 Cấu trúc WAL ............................................................................................... 80 4.4 Dịch vụ báo hiệu WAL ................................................................................. 81 4.4.1 Một vài định nghĩa.................................................................................. 82 4.4.1.1 Hoạt động của WAL ...................................................................... 82 4.4.1.2 Khuôn dạng tiêu đề WAL .............................................................. 82 4.4.1.3 Thủ tục đăng ký.............................................................................. 83 4.4.2 Sự thiết lập association ........................................................................... 86 4.4.3 Dữ liệu .................................................................................................... 88 4.4.4 Thủ tục tái thiết lập sự kết hợp ............................................................... 89 4.4.5 Danh sách PDU....................................................................................... 91 Kết luận ................................................................................................................ 94 Lời mở đầu Ngày nay, với những tiến bộ vượt bậc của công nghệ máy tính đã giúp việc trao đổi thông tin ngày càng dễ dàng thuận tiện hơn. Công nghệ mạng LAN ra đời đã phát triển rộng rãi trên thế giới, nhưng hạn chế của nó là việc sử dụng các loại dây cáp (cáp đồng trục, cáp xoắn..) đôi khi gây khó khặn cho việc kết nối. Vì vậy sự ra đời của công nghệ mạng không dây (WLAN) là một xu hướng tất yếu đáp ứng việc liên kết với quy mô phức tạp và khả năng truyền thông di động Cùng với sự phát triển của thông tin vô tuyến, thì trong mỗi thập niên có một hệ thống di động mới phát triển và được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Khi thế hệ 2G hiện hữu, việc xuất hiện mạng tế bào di động 3G thì đó chỉ là một trong những thay đổi nhỏ về công nghệ từ phía cơ sở hạ tầng IP di động. Tuy nhiên hệ thông tin di động 3G sẽ đáp ứng được việc thực hiện đa phương tiện hay nói khác đi là cơ sở hạ tầng IP không đủ năng lực. Để khắc phục các nhược điểm này, thế hệ 4G đã được định nghĩa. Với một số chuẩn mới được đưa ra thì hệ thống 4G trở nên dễ hiểu bởi khái niệm các mạng không đồng nhất, bao gồm một số lớn mạng truy cập với một nguyên tắc chung là giao thức IP, cung cấp kết nối tất cả các người dùng ở bất kỳ đâu tại bất cứ thời điểm nào. Chương 1 Tổng quan về thông tin di động và hệ thống thông tin di động 4G 1.1 Tổng quan về thông tin di động Thông tin di động dựa trên nền tảng mạng không dây phát triển theo biểu đồ số mũ trong thập niên qua với những cơ sở hạ tầng và các ứng dụng rộng rãi như thiết bị vô tuyến, máy tính sách tay v..v.. Những thiết bị này ngày càng trở nên quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Một ví dụ cụ thể: người dùng có thể kiểm tra email và truy cập mạng Internet nhờ các thiết bị di động của họ. Từ những thiết bị như máy tính sách tay, họ có thể tìm kiếm thông tin trong mạng Internet tại các địa điểm khác nhau như sân bay, nhà ga hay những nơi công cộng khác. Các khách du lịch có thể sử dụng các thiết bị đầu cuối GPS đặt trong nhà hay trong ô tô để định vị và thiết lập bản đồ đường đi. Những hồ sơ, dữ liệu hoặc các thông tin khác có thể được trao đổi bởi các máy tính sách tay thông qua mạng LAN không dây (WLAN). Không chỉ các thiết bị di động trở nên nhỏ hơn, rẻ hơn, tiện lợi hơn, mà các ứng dụng của nó cũng trở nên mạnh hơn và được áp dụng rộng rãi hơn. Theo khuynh hướng này thì hầu hết các kết nối những thiết bị vô tuyến được thực hiện thông qua các nhà cung cấp dịch vụ cố định dựa trên cơ sở hạ tầng mạng cá nhân và các MSC trong mạng tế bào như vậy các máy tính sách tay có thể nối tới Internet không dây thông qua các điểm truy cập. Mặc dù những mạng có cơ sở hạ tầng đã cung cấp một lượng lớn các dịch vụ mạng cho các thiết bị di động nhưng nó mất rất nhiều thời gian để thiết lập cơ sở hạ tầng mạng thích hợp với các dịch vụ của mạng di động và tất nhiên là giá thành để thiết lập cơ sở hạ tầng này là rất cao. Hơn nữa, thời điểm thiết lập là bất kỳ lúc nào khi có yêu cầu từ một thiết bị di động truy cập mạng mằm trong vùng phủ sóng. Việc cung cấp các dịch vụ kết nối mạng đã đặt ra yêu cầu cần phải có một mạng di động đặc biệt. Để giải quyết vấn đề đó, sự phát triển của công nghệ và các chuẩn ra đời nhằm thay thế các chuyển giao kết nối mới với việc cho phép những thiết bị di động nằm trong cự li truyền dẫn có thể kết nối với nhau thông qua việc tự động thiết lập một mạng di động đặc biệt với tính linh hoạt cao. Đây là khả năng thiết lập mạng động. Trong khi mạng không dây tiếp tục phát triển thì khả năng đặc biệt này trở nên quan trọng hơn. Với các giải pháp công nghệ mà có thể là sử dụng các lớp khác nhau, các giải thuật và các nghi thức cần cho thao tác cầu hình mạng, tất cả đã thúc đẩy hình thành cấu trúc mạng di động 4G. 1.2 Thông tin di động thế hệ 4 4G là một mạng toàn cầu tích hợp dựa được xây dựng theo mô hình hệ thống mở. Việc tích hợp các mạng không dây khác nhau cho phép truyền đa phương tiện dữ liệu, tiếng nói, đa dịch vụ trên nền tảng IP (đây chính là tiêu điểm chính của 4G). Cùng với sự sử dụng dải thông utrahight lên tới 100Mbps, những dịch vụ đa phương tiện được hỗ trợ một cách hiệu quả. Hình 1.1 minh hoạ những thành phần bên trong cấu trúc mạng 4G. Hình 1.1Cấu trúc mạng di động 4G 4G được tích hợp những topo và các nền tảng mạng khác nhau. Trong hình 1.1 sự hợp nhất nhiều kiểu mạng được chồng lên những ranh giới mạng khác nhau. Có hai kiểu hợp nhất: đó là sự hợp nhất những mạng không dây hỗn hợp với đặc trưng truyền đạt không dây của mạng LAN, WAN, PAN cũng như những mạng di động đặc biệt khác. Sự hợp nhất thứ hai bao gồm sự tích hợp của những mạng không dây và mạng cố đinh (như Internet và PSTN). 4G được bắt đầu với giả thiết rằng mạng trong tương lai sẽ sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói (đây sự phát triển từ những giao thức đang được sử dụng trong mạng Internet hiện tại). Mạng di động 4G dựa trên nền tảng IP có những lợi thế cơ bản bởi vì IP thích hợp và độc lập với công nghệ truy cập vùng phủ sóng. Điều đó có nghĩa là mạng 4G được thiết kế và có thể phát triển độc lập từ những mạng truy cập. Việc sử dụng một lõi mạng trên nền tảng IP cũng có nghĩa thoả mãn đa dịch vụ như tiếng nói dữ liệu hay được hỗ trợ bởi việc sử dụng một tập hợp VoIP với những giao thức như MEGACOP, MGCP, H.323 và SCTP. Sự phát triển này giúp đơn giản hoá việc bảo trì các mạng riêng biệt nhau. Hệ thống 4G được chờ đợi vì có giá thành rẻ hơn và đơn giản hơn. Trước hết, giá thiết bị được rẻ hơn 4 đến 10 lần một trạm có chức năng tương đương của hệ thống 2 hoặc 3G. Một môi trường truyền dẫn IP không dây sẽ làm giảm bớt cho quá trình bảo trì mạng. Hệ thống 4G còn được ưu việt hơn với tốc độ truyền dẫn Utrahight lên tới 100Mbps nhanh hơn 50 lần so với tốc độ truyền dẫn của mạng 3G. Điều này cho phép truyền các dịch vụ không dây với dải thông cao, người dùng có thể xem TV, nghe nhạc, truy cập mạng, hay thực hiện truyền các luồng hình ảnh thời gian thực và các ứng dụng đa phương tiện khác kể cả khi đang ở nhà, trong văn phòng hay nơi công cộng. 4G có khả năng hỗ trợ việc người dùng truy nhập thông tin hoặc giao tiếp với người dùng khác vào bất kỳ thời điểm nào, ở bất cứ đâu và sử dụng bất kỳ thiết bị di động nào. Mạng Ad hoc là một phần quan trọng trong hệ thống 4G được thiết lập động bởi các nút mạng di động tuỳ ý mà không cần sử dụng cơ sở hạ tầng mạng hiện hữu hay quản lý tập trung. Mạng này cho phép các nút không dây tồn tại độc lập, cung cấp một phạm vi nối mạng rộng hơn và khả năng sử lý lớn hơn. Các nút cũng có thể kết nối tới các mạng cố định thông qua một thiết bi trung gian có cổng dành riêng. Thiết bị đầu cuối của mạng 4G cho phép hỗ trợ thông minh với khả năng định vị và tìm kiếm dịch vụ theo yều cầu người dùng ngay cả khi người đó đang chuyển động tại bất cứ thời điểm nào.. Tất cả các lợi thế này làm cho mạng Ad hoc trở nên lôi cuốn trong thế hệ mạng di động tương lai. Chương 2 Sự hình thành hệ thống thông tin di động 4G 2.1 Giới thiệu Chương này giới thiệu một giải pháp được thiết kế thành công và được kiểm tra trong dự án Internet không dây (cấp vốn bởi liên hiệp Châu Âu). Giải pháp này đưa ra 2 vấn đề chưa được giải quyết đã đề cập đến ở những chương trước. Đó là những cơ chế ghép nối những mạng tách biệt thông qua sự phát triển phần mềm . Đây là sự phát triển kỹ thuật cho phép làm việc với chồng giao thức TCP/IP thông qua kết nối không dây trên nền tảng của truyền dẫn cáp. Giải pháp cho những vấn đề sẽ dễ dàng hơn về phía 4G. Thực thể cho phép tiếp cận hai đối tượng này là lớp thích nghi không giây (WAL) và đã thực nghiệm thành công qua cơ sở hạ tầng như là HIPERLAN, IEEE 802.11b và Bluetooth. Những mục sau của chương này giới thiệu những khía cạnh đặc biệt nhất của cấu trúc WAL, hi vọng hệ thống mạng này thật sự cho phép chúng ta khẳng định 4G đã được đạt đến. 2.2 WAL WAL hoạt động trên giao thức TCP/IP thông qua mạng dây. WAL đã khắc phục những nhược điểm của giao thức TCP và UDP nhờ đặc tính truyền không dây qua giao thức vận chuyển. Như vậy thay vì sửa đổi các giao thức hiện hữu, WAL thực hiện thích nghi được đặt giữa lớp IP và cơ sở hạ tầng không dây bên dưới. Bằng cách này, WAL có thể đáp ứng các kênh đặc biệt theo cách cho phép giao thức truyền vận hành mode làm việc bình thường. WAL là một phần của QoS yêu cầu bởi IP (trường ToS trong tiêu đề IP đã đề cập ở chương 3), chức năng của nó có thể cung cấp các dịch vụ thích hợp. Nếu lớp IP không thực hiện cơ chế QoS, lớp WAL sẽ sử dụng cách nhận diện kiểu lưu thông ( theo giao thức) để phân biệt những ứng dụng khác nhau. Theo cách này, WAL sẽ bổ xung cách sử lý hiện thời của QoS trong mạng IP, IntServ và Diffserv. Khi thiết kế mạng WAL cần chú ý tới các yếu tố liên quan sau: Sự thích nghi trạng thái của các kênh quan sát. Trạng thái kênh không dây luôn luôn thay đổi vì thế WAL sẽ áp dụng một sơ đồ thích nghi kéo theo những modul thích hợp cho mỗi kiểu dịch vụ và sẽ sửa đổi các thông số làm việc (thông số dụng lượng trong modul FEC). Bởi vậy thông tin về kênh truyền do WAL nhận được sẽ được sử dụng và thông tin này được trao đổi giữa những thực thể truyền nó. QoS yêu cầu bởi IP: IP sử dụng sơ đồ end-to-end QoS cả trong quá trình định tuyến và trong máy PC (đây là phiên bản mới nhất của Linux để hợp nhất những tuỳ chọn điều khiển lưu lượng). WAL hoàn thành ứng dụng này theo kiểu thiết lập bản đồ lưu lượng giúp tương thích các dịch vụ. 2.3 Cấu trúc WAL Hình 4.1 cho ta thấy kiến trúc bên trong của mạng WAL Hình 2.1 Kiến trúc WAL Như ta đã biết, WAL được tạo ra từ các thực thể với các chức năng khác nhau nhưng WAL là yếu tố trung tâm của hệ thống. Nó quản lý chức năng của những nmodul còn lại, cho phép chúng truy cập vào bảng cấu trúc. Hơn nữa nó sẽ giao tiếp với các WAL từ xa khác với mục tiêu đồng bộ hoá truyền thông giữa chúng. Một modul quan trọng khác của WAL là QoS, modul này giúp phân loại các gói truyền đến và đi cho những lớp thấp hơn dựa trên yêu cầu của các gói. Chức năng của WAL không phụ thuộc vào cấu trúc mạng không dây sử dụng, mà nó cần một thực thể làm trung gian, đó chính là bộ chuyển đổi điều khiển liên kết logic (LLTC). LLTC làm nhiệm vụ thực hiện tất cả các chức năng cần thiết để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác. Phải chú ý rằng modul này cho phép các cơ sở hạ tầng mạng vận hành với nhau. Tại mức cao, WAL cung cấp một kiến trúc các chuẩn không dây khác nhau để có thể hợp nhất và truyền thông với nhau. Những đặc tính khác nhau như là chức năng bắc cầu có thể được bổ xung trong lớp này. Việc thể hiện giao thức mạng Bluetooth trong hiện trạng PAN Bluetooth đã cung cấp một giao diện thông minh giữa Bluetooth và IP. Khái niệm WAL đã trở thành một phần kiến trúc thú vị. Một bộ nguồn nuôi với những đặc trưng khác nhau của từng modul cũng được sử dụng, thay đổi thích hợp với từng kiểu lưu thông. WAL sử dụng những yêu cầu của mỗi gói mà nó quản lý để kích hoạt những thực thể tương ứng và đáp ứng các thông số làm việc của chúng. Các thông số này phụ thuộc vào điều kiện kênh truyền của chúng tại bất kỳ thời điểm nào. Những thực thể còn lại ( trong hình 4.1) được sử dụng trong hệ thống giúp quá trình vận hành dễ dàng hơn, (ví dụ như hệ thống các file và bảng cấu trúc) hoặc đưa ra các chức năng mở rộng cho WAL (như modul giao thức quản lý mạng đơn giản SNMP). Nhưng đây không phải là chức năng cớ bản của nó. 2.4 Dịch vụ báo hiệu WAL Giao thức truyền thông giữa những thực thể WAL được miêu tả bởi thuật ngữ trao đổi nguyên thuỷ. Những tham số của thực thể WAL :như các PDU đáp ứng, các kiểu vận hành cơ bản, hay các thủ tục sử dụng trong hàm của nó cũng sẽ được mô tả chi tiêt. 2.4.1 Một vài định nghĩa Chức năng của giao thức được dựa trên hai khái niệm đó là lớp và association • Lớp: lớp A bao gồm một tập các modul WAL với chức năng cung cấp các dịch vụ cho lớp cao hơn. Nó được định nghĩa từ trường ToS của tiêu đề IP hoặc kiểu giao thức ( TCP hay UDP). Đây là một khái niệm chung trong WAL, độc lập với trạng thái của các kênh không dây. Một loạt các lớp chung được định nghĩa giúp các thực thể WAL sử dụng các modul tương ứng với các gói thuộc về chúng. • Association mỗi modul thích nghi với chức năng (thay đổi thông số hệ thống) của nó phụ thuộc vào trạng thái của kênh tại thời điểm bất kỳ vì vậy sẽ là rất cần thiết để đưa ra khái niệm association. Khái niệm này được định nghĩa như sự kết hợp địa chỉ IP của đầu cuối di động (được định nghĩa là trạng thái kênh) với một lớp mạng. 2.4.1.1 Hoạt động của WAL Liên kết lớp cung cấp hai kiểu dịch vụ đó là: kết nối định hướng và kết nối không định hướng. Để đáp ứng một vài yêu cầu QoS thì sự lựa chọn thích hợp nhất chính là kết nối định hướng. Trong trường hợp này, những kết nối dựa trên chồng giao thức TCP/IP được xác định bởi sự kết hợp các địa chỉ IP của cổng nguồn và đích. Quá tải sẽ sảy ra khi một vài ứng dụng không được chấp nhận (ví dụ như việc truy cập trang Web tạo ra một vài kết nối TCP). Sẽ thích hợp hơn nếu thực hiện WAL theo sơ đồ association-oriented. Bằng cách này, mỗi lần gói gói dữ liệu IP đáp ứng cho một association không tồn tại tới WAL thì một quá trình thoả thuận được diễn ra ở đó. Nếu yêu cầu được đáp ứng, thì một association được hình thành. Association này định nghĩa sự kết hợp những modul và những tham số của chế độ làm việc sẽ được áp dụng tức thì đến tất cả các gói dữ liệu IP thuộc về nó. 2.4.1.2 Khuôn dạng tiêu đề WAL Tất cả các gói được sử lý bởi WAL sẽ mang một tiêu đề kết hợp (như hình 4.2). Tiêu đề WAL có kích thước cố định 2 byte. Nó xác định rõ những kiểu PDU thông qua trường kiểu PDU 6 bit, như vậy nó cho phép định nghĩa tới 64 loại PDU khác nhau. Bit S/D cho phép kiểm thử nhanh, nếu nó là khung báo hiệu thì S/D = 1 và nếu là khung dữ liệu thì S/D = 0. Cuối cùng là 7 bit dành cho trường association-ID, như vậy có đến 128 association khác nhau có thể được quản lý trong một AP đơn. 2.4.1.3 Thủ tục đăng ký Hình 2.2 Tiêu đề WAL Từ lý thuyết tổng quan về WAL, hoạt động đầu tiên được xem xét là quá trình đăng ký sử dụng một AP để tìm kiếm chức năng WAL của thiết bị đầu cuối di động trong vùng phủ sóng. Theo cách này, nó phải biết thông tin LLTC trong WAL quản lý về một MT mới, thông qua mức MAC quản lý. Mỗi khi một WAL phối hợp ý thức được sự có mặt của MT mới trong phạm vi quản lý của nó, thì quá trình đăng ký được bắt đầu. Để thực hiện điều này, AP phải gửi một yêu cầu dung lượng WAL nguyên thuỷ, và sau đó đợi một sự đáp lại từ MT trong một thời hạn nhất định. Bản tin đáp lại chính là WAL- CAPABILITY-CONFIRM. Nếu thời gian đợi kết thúc, AP sẽ gửi lại bản tin ban đầu, nếu một lần nữa không có sự đáp lại thì AP sẽ tự hiểu rằng MT đó không có khả năng WAL (tình trạng này được mô tả trong hình 4.3) Hình 2.3 Thủ tục đăng ký WAL Hình 2.4 PDU thay đổi trong quá trình đăng ký WAL Hình 4.3 giới thiệu các tham số sẽ được trao đổi trong thời gian quá trình đăng ký sảy ra (chi tiết hoá trong hình 4.4) Thiết kế này của WAL cố gắng tương thích với cả IPv4 và IPv6. Cả hai chuẩn này xem xét khả năng sử dụng những địa chỉ của mọi khuôn dạng. Khi AP khởi chạy chương trình, nó hoàn toàn không biết MT sử dụng phiên bản nào, bởi vậy nó nhận diện cả hai (vì nó có thể thực hiện đồng thời cả hai phiên bản của IP) Trong trường hợp đó, nó sử dụng trường cờ để nhận diện kiểu địa chỉ đang được quản lý (bit 0 chỉ báo khi sử dụng IPv4 và bit 1 khi sử dụng IPv6) Giả sử rằng các MT chỉ sử dụng một phiên bản IP duy nhất, như vậy chỉ có một trường địa chỉ trong bản tin trả lời ban đầu. Trường cờ nhận diện phiên bản nào sử dụng (kích thước của nó là 1 byte dễ dàng cho sự sắp xếp và thực hiện) Mặt khác, để AP biết hai modul mà MT có thể sử dụng thì một trường Class_List 2 byte được đưa vào lớp cần dùng. Để thực hiện điều này thì class per bit được định nghĩa, nó được dùng nhận diện sự có mặt của một lớp xác định (mô tả trong hình 4.5). Hình 2.5 Mã hoá trường Class_List Khi quá trình đăng ký WAL kết thúc, một association được thiết lập và cho phép các thực thể WAL có thể trao đổi những thông tin báo hiệu điều khiển. Sau khi AP nhận được bản tin WAL-CAPABILITY-CONFIRM, nó sẽ gửi một bản tin báo hiệu yêu cầu hợp nhất (SIGNALING_ASSOC_REQUEST) tới đầu cuối di động. Khi AP biết những modul nào có mặt trong MT, nó chấp nhận cấu hình cho hợp nhất và trả lời với bản tin SIGNALING_ASSOC_REQUEST. Tuy nhiên theo cách này AP nhận diện sự hợp nhất vì thế để tránh bị lỗi thì bản tin này được sử dụng lặp lại. Khuôn dạng gốc sử dụng trong sự tạo thành báo hiệu hợp nhất được chỉ ra ở hình 4.6. Độ dài của các trường định nghĩa các thông số làm việc của các modul khác nhau, nó phụ thuộc vào cấu hình mỗi lớp, vì thế độ dài của các trường là không xác định. Hình 2.6 PDU thay đổi trong tín hiệu thiết lập hợp nhất Khi thông tin báo hiệu hợp nhất được tạo ra, cả MT và điểm truy cập sẽ được ghi vào những bảng tương ứng với các đặc tính đặc biệt của chúng (như là định nghĩa lớp và các modul) (hình 4.7). Các đặc tính này được thay đổi trong quá trình sử lý trước. Hình 2.7 Tín hiệu báo hiệu sự thành lập association 2.4.2 Sự thiết lập association Thủ tục này được bắt đầu với một gói dữ liệu IP truyền tới WAL mà nó không thể phân biệt được tập hợp các association mà WAL quản lý. Nếu MT bắt đầu quá trình sử lý, nó sẽ gửi bản tin ASSOC_REQUEST gốc để chỉ báo lớp và các thông số làm việc của các modul chuyển tiếp. Sau khi nhận PDU, AP trả lời MT với bản tin ASSOC_RESPONSE gốc. Nếu cấu hình được thiết lập bởi đề nghị của AP thì MT sẽ xác nhận sự tạo thành một sự hợp nhất mới với bản tin ASSOC_CONFIRM gốc. Nếu MT từ chối cấu hình, nó sẽ gửi một PDU ASSOC_REJ. Tới một phạm vi nhất định, sự trao đổi của các bản tin thông báo trong quá trình sử lý (hình 7.8) dựa trên ba cách bắt tay (handshaking) của TCP. Khi AP bắt đầu thiết lập hợp nhất, thì sự trao đổi PDU diễn ra tương tự. Hình 2.8 Thủ tục thiết lập sự hợp nhất Quá trình miêu tả ở trên là không đối xứng, nghĩa là AP luôn luôn nhận biết sự hợp nhất được hình thành vì vậy sẽ không có sự chồng lấn lên nhau. AP biết tất cả các ID được gán cho mỗi MT, trong khi đó MT không biết ID của các MT để giao tiếp với các thiết bị đầu cuối di động trong phạm vi vùng của nó. Theo những nhận xét trước, cả MT và AP quản lý tất cả những hợp nhất trong cùng một bảng (bảng 4.1). Bảng này chứa tất cả các lớp thuộc về nó cùng với các thông số làm việc của các modul. AP cũng liên quan tới các nhóm MT hợp nhất tương ứng, vì thế nó cũng quản lý các MT xác định (chẳng hạn như địa chỉ IP của MT) Bảng 2.1 Bảng các nhóm hợp nhất Hình 4.9 chỉ ra khuôn dạng PDU luân phiên trong quá trình hình thành một sự hợp nhất. Hình 2.9 PDU thay đổi trong thủ tục sự hợp nhất được thiết lập 2.4.3 Dữ liệu Khi một dữ liệu khối IP thuộc về một nhóm hợp nhất được thiết lập truyền tới WAL, WAL sẽ tạo ra dữ liệu PDU. Giả thiết rằng nó không yêu cầu phân đoạn, mỗi modul nhận các gói, sử lý và thêm những thông tin bổ xung cần thiết (thông tin điều khiển phải được truyền tới modul tương ứng tại nơi nhận). Hình 4.10 chỉ ra khuôn dạng dữ liệu PDU. Nhóm hợp nhất mà nó thuộc về được nhận diện trong trường tiêu đề WAL tương ứng. Tiếp đó trường sử dụng để truyền thông tin phân đoạn sẽ được thêm vào nếu việc phân đoạn gói dữ liệu IP là cần thiết. Hình 2.10 Dữ liệu PDU Như ta đã biết, một số tính năng của WAL được tương thích với trạng thái kênh vô tuyến ( như là giao thức lớp cao hơn). Theo cách này, kích thước của PDU được tạo bởi WAL phải cố định. Tuy nhiên kích thước này phụ thuộc vào trạng thái của liên kết không dây tại bất kì thời điểm nào, WAL có thể sửa đổi kích thước của PDU thông qua kênh vô tuyến. Như vậy cớ chế phân đoạn là cần thiết. Để thực hiện mục đích này một bye dữ trữ trong dữ liệu PDU đã được sử dụng (hình 4.11). Hình 2.11 Thông tin phân mảnh trong dữ liệu gốc Thực thể quản lý phân mảnh cho mỗi nhóm hợp nhất đáp ứng mặc định các giá trị được ghi trong gói WAL (số thứ tự của gói) và những đoạn (số thứ tự của đoạn trong gói). 2.4.4 Thủ tục tái thiết lập sự kết hợp Thủ tục được thiết lập để sửa đổi cấu hình của nhóm kết hợp trong quá trình trạng thái các kênh vô tuyến thay đổi (để thích nghi với sự thay đổi của môi trường). Trong thông tin của WAL, trạng thái của các kết nối không dây phải được tập hợp để cho phép ước lượng trạng thái hiện thời (như SRN). Tuy nhiên các ngưỡng ấn định cấu hình làm việc khác nhau cho những nhóm hợp nhất của lớp đặc biệt được định nghĩa. Khi các thực thể tập hợp được trạng thái các kênh nhận định được một trong các ngưỡng này, nó sẽ cảnh báo cho WAL phối hợp. Đây là quá trình khởi đầu của nhóm hợp nhất, tương tự như quá trình được mô tả trong hình 4.12. Sau khi nhóm hợp nhất được thiết lập, một định danh mới được gán cho cấu hình đó. Những thay đổi của thông tin gốc đồng nhất với những thông tin được sử dụng trong quá trình tái cấu hình lại nhóm hợp nhất. Cuối cùng WAL cần các thực thể đáp ứng việc thống kê các kênh thông tin (LLCT). Quá trình này phụ thuộc vào giao diện điều khiển không dây được sử dụng. Hình 2.12 Thủ tục thiết lập lại nhóm hợp nhất 2.4.5 Danh sách PDU Kết thúc chương này, bảng 7.2 cho thấy tập hợp các WAL gốc được sử dụng trong dự án WINE. Theo dự án này, việc đưa ra thiết kế dễ gây ảnh hưởng tới những cải biến trong tương lai như mạng IPv6. Về cơ bản là trường độ dài tiêu đề WAL và trường điều khiển lỗi trong tiêu đề này. Cuối cùng cần được nhấn mạnh là tập hợp các modul FEC đã thực hiện chuẩn IEEE 802.11b, liên quan tới sự phân đoạn và ARQ. Giúp người đọc quan tâm chi tiết hơn tới chức năng của WAL và sự thực hiện của bất kỳ modul nào trong hệ thống. Bảng 2.2 Danh sách PDU của WAL Kết luận Với các giải pháp về công nghệ, giải thuật và các nghi thức cho cầu hình mạng đã nêu trong bản khoá luận, tất cả nhằm mục đích thay thế các kết nối giúp cho phép những thiết bị di động nằm trong cự li truyền dẫn có thể kết nối với nhau vì thế đã thúc đẩy hình thành cấu trúc mạng di động thế hệ 4G. 4G được tích hợp những topo và các nền tảng mạng khác nhau, ưu việt hơn với tốc độ truyền dẫn và có thể phát triển độc lập từ những mạng truy cập. Cùng với các lợi thế khác làm cho mạng di động thế hệ 4G trở nên lôi cuốn trong thế hệ mạng di động tương lai. Mặc dù thế, chúng tôi rất muốn nhận được ý kiến đóng góp của các bạn và thầy cô về bài tập này để bài tập này được hoàn thiện hơn và sẽ rút kinh nghiệm cho các bài tập về sau. Xin chân thành cảm ơn thầy cô cùng các bạn trong lơp. Thái Nguyên, ngày 24/11/2009 Thay mặt nhóm nghiên cứu Trưởng nhóm Nguyễn Hoàng Long Tài liệu tham khảo: [1] Mobile AD HOC NETWORKING [2] Giáo trình hệ thống mạng máy tính CCNA Semester 1 Dịch bởi Nguyễn Hồng Sơn –Nhà suất bản giáo dục [3] Và một số tư liệu từ Internet: www.Linkpro.c o m.tww www.PLANET.c o m.tww www.b a y n etw o rks.c o m