Đề tài Thiết kế mạng di động không dây Wimax

Chương I Tổng quan về công nghệ WiMAX 1.1 Giới thiệu về công nghệ WiMAX. 1.1.1 Mở đầu. WiMAX (World interoperability for Microwave Access): Khả năng khai thác liên mạng trên toàn cầu đối với truy nhập vi ba, là một công nghệ dựa trên các chuẩn, cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thế cho cáp và DSL. Công nghệ này hiện đang phát triển rất nhanh với khả năng triển khai trên phạm vi rộng và được coi là có tiềm năng to lớn để trở thành giải pháp “dặm cuối” lý tưởng nhằm mang lại khả năng kết nối Internet tốc độ cao tới các gia đình và công sở. WiMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, bán cố định (nomadic:người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối), mang xách được (người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ đi bộ) và cuối cùng là di động mà không cần thiết ở trong tầm nhìn thẳng (Line-of-Sight) trực tiếp tới một trạm gốc. Trong một bán kính của một cell điển hình là từ 3 đến 10km, các hệ thống đã được Diễn đàn WiMAX (WiMAX Forum) chứng nhận sẽ có công suất lên tới 40Mbit/s mỗi kênh cho các ứng dụng truy cập cố định và mang xách được. Điều này có nghĩa là đủ băng thông để đồng thời hỗ trợ hàng trăm doanh nghiệp với kết nối tốc độ T-1 và hàng ngàn hộ dân với kết nối tốc độ DSL. Công suất cho mạng di động khi triển khai sẽ là 15Mbit/s trong phạm vi bán kính của một cell điển hình lên tới 3km. Hy vọng vào năm 2007 công nghệ WiMAX sẽ được kết hợp vào trong các máy tính xách tay và các PDA, cho phép các khu vực nông thôn và thành phố trở thành “các khu vực đô thị" để truy cập vô tuyến băng rộng ngoài trời cho các thiết bị di động. Là một công nghệ quan trọng trong vô tuyến băng rộng cố định và di động, vì nó bổ sung trọn vẹn cho 3G với 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. Hay nói cách khác WiMax là công nghệ được được tối ưu hóa cho truyền dữ liệu tốc độ cao cho người sử dụng các dịch vụ cố định và di động. Trong khi, 3G được tối ưu hóa cho dịch vụ giọng nói, còn truyền dữ liệu lại chậm hơn đối với người sử dụng cần di chuyển ở một tốc độ nhất định trong khu vực phủ sóng. Nếu chúng ta muốn cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao và dữ liệu tốc độ thấp trong khi tốc độ di chuyển của người sử dụng rất cao thì 3G và 2G là công nghệ phù hợp. Còn nếu chúng ta muốn cung cấp Internet băng rộng vô tuyến cho người sử dụng di chuyển với tốc độ thấp hoặc trung bình thì WiMAX là phù hợp hơn 1.1.2 Sự phát triển của công nghệ WiMAX. Hiện nay WiMAX mới chỉ được thử nghiệm rải rác ở một số khu vực trên thế giới. Tuy phát triển sau nhưng WiMAX lại hứa hẹn những tiềm năng to lớn, đặc biệt khi người ta chứng kiến những khó khăn về mặt kỹ thuật mà các thành phố lớn như Philadelphia (Mỹ) phải đối mặt trong quá trình phủ sóng Wi-Fi trên diện rộng. Vấn đề bảo mật, và sự không phù hợp với các mạng kết nối Internet phạm vi hẹp sẵn có, với việc sử dụng băng tần 2,4 GHz chỉ là một vài trong số nhiều vấn đề phát sinh khi triển khai W-iFi hiện nay. Bên cạnh đó Tập đoàn Intel đã liên tục vận động và ủng hộ chuẩn WiMAX 802.16, mới đây họ đã đầu tư tới 600 triệu USD cho Clearwire, hãng cung cấp dịch vụ không dây tốc độ cao cho ngời tiêu dùng tại Mỹ. Vào tháng 7/2007 Clearwire đã lập kế hoạch cho dự án IPO 400 triệu USD với sự đầu tư 600 triệu USD từ Intel. Chiến lược của Intel trong việc tạo ra một sức hút thị trường với các chíp của nó thông qua việc đầu tư vào một nhà cung cấp dịch vụ mà sẽ cần thiết nhiều chíp trong các thiết bị CPU. Chíp Intel Rosedale2, hộ trợ cả công nghệ di động (Mobile WiMAX) và cố định (Fixed WiMAX) cũng đã được nhiều tập đoàn sản xuất thiết bị hàng đầu thế giới lựa chọn và dự định tích hợp vào Laptop trong năm 2007. NextNet cũng đang đặc biệt để ý đến Motorola trong dự án của mình. Rõ ràng, Motorola bản thân nó là một nhà cung cấp mặt bằng WiMAX rộng lớn. Tuy nhiên, Motorola nhận được nhiều thiện ý về việc có một nền tảng được lắp đặt quy mô từ các nhà cung cấp khác. Sau đây là vị trí thị trường kế tiếp của các nhà cung cấp viễn thông trong thị trường WiMAX. Sam sung đang dẫn đầu việc đóng gói các sản phẩm WiMAX di động, cuối tháng 6/2006, tập đoàn Samsung tuyên bố sẽ cho ra mắt dòng điện thoại di động tích hợp với intel để thực hiện ý tưởng tương tự. Bên cạnh đó còn có Alcatel, Siemens và Fujitsu Microelectronics đang tạo ra những nỗ lực mạnh mẽ để đưa các sản phẩm WiMAX của họ ra thị trường. Cũng như Intel, các sản phẩm WiMAX đầu tiên được chờ đợi đến từ: Proxim, hãng chế tạo kinh doanh về WLAN, ở đây có các sản phẩm WiMAX đang trong các phòng thí nghiệm.v.v. Tình hình triển khai thử nghiệm WiMAX tại một số nước đó là: Đầu tiên phải kể đến đó là Mỹ, Anh, Nhật, Nga, Đài loan,Việt Nam, v.v.. Tại Nhật, liên minh SoftBank- Motorola đang chuẩn bị để triển khai WiMAX di động trên dải tần 2,5 GHz bắt đầu từ 9/2006. Trong khi đó, một đợt thử nghiệm công nghệ với quy mô lớn cũng đang diễn ra tại Nga. Hai hãng thiết bị công nghệ Avalcom và Aperto ở nước này đã kết hợp với nhiều nhà cung cấp dịch vụ để hiện thực hóa dự án tại nhiều khu vực như Mascow, Siberia ở Anh cũng đang bắt đầu triển khai WiMAX, thành phố Milton Keynes, cách London 40 dặm về phía tây bắc, sẽ trở thành thành phố đầu tiên của nước này phủ sóng WiMAX. Riêng tại Hàn Quốc đã phủ sóng di động có công nghệ tương tự WiMAX là WiBro, một dạng của WiMAX di động (tính chất di động hạn chế < 60 km/h), dự kiến đưa vào khai thác thương mại trong 6/2006. Mặc dù vậy theo Vụ Viễn thông, để sử dụng một cách hiệu quả tài nguyên viễn thông, tránh lãng phí và để phù hợp với quy hoạch, Bộ BCVT hiện chỉ cấp phép thử nghiệm WiMAX cố định tiêu chuẩn 802.16-2004 Rev d ở băng tần 3,3 GHz-3,4 GHz nhằm đánh giá được công nghệ và khả năng thương mại các dịch vụ trên nền WiMAX. Hiện có 4 doanh nghiệp được cấp phép thử nghiệm công nghệ WiMAX cố định băng tần 3,3 GHz gồm: Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam-VNPT, Tổng công ty truyền thông đa phương tiện-VTC, Công ty cổ phần viễn thông FPT Telecom, Tổng công ty viễn thông quân đội-Viettel. Việc cấp phép thiết lập mạng cung cấp dịch vụ viễn thông công nghệ WiMAX sẽ được xem xét sau khi đánh giá các khía cạnh của báo cáo, kết quả thử nghiệm. Được biết, vào ngày 14/6 tới sẽ diễn ra Lễ ký kết Biên bản ghi nhớ giữa công ty Intel Việt Nam, công ty Điện toán và Truyền số liệu (VDC) và Cơ quan Phát triển Quốc tế của Hoa Kỳ (USAID) về việc lắp đặt thử nghiệm công nghệ WiMAX tại tỉnh Lào Cai. WiMAX là một công nghệ mới, đang trong quá trình xây dựng, thử nghiệm để tiến tới hoàn thiện. Việc lựa chọn công nghệ, giải pháp và thiết bị sẽ do các nhà khai thác quyết định. Theo ông Luca Rocco, Giám đốc kỹ thuật về WiMAX của Siemens, thì vấn đề quan trọng hiện nay của các nhà khai thác Việt Nam là việc lựa chọn được thiết bị hợp chuẩn và tần số cấp phép. Sự thành công của WiMAX cần thời gian để có câu trả lời và nếu thử nghiệm thành công thì đây sẽ là một cơ hội tốt cho Việt Nam để đi tắt đón đầu, triển khai các dịch vụ với công nghệ hiện đại và để tham gia thị trường sản xuất công nghiệp các thiết bị phục vụ cho công nghệ này. Hình 1. 1: Biểu diễn sự tiến bộ của công nghệ WiMax cho tới năm 2009. WiMax Forum tiên đoán sự giới thiệu công nghệ của nó trong ba giai đoạn: - Giai đoạn I (2004-2005): Vị trí cố định, các dịch vụ đường dây riêng, chuyển về hotspot (điểm nóng). Sử dụng chuẩn 802.16 làm nền tảng ban đầu, giai đoạn I của sự triển khai WiMax đã bắt đầu với sự cung cấp các dịch vụ đường dây chuyên dụng truyền thống cho các hãng truyền thông và hoạt động kinh doanh. Các công ty như Towerstream Wireless đang cung cấp truy cập internet không dây cho hơn 600 khách hàng trên 6 thị trường lớn, gồm New York, Boston và Chicago. Giai đoạn I cũng bao gồm các hoạt động như kết hợp các hotspot WiFi công cộng thành một kết nối internet chính, dung lượng cao. - Giai đoạn II (2005 - 2006): Truy cập vô tuyến băng rộng/DSL không dây. Giai đoạn II sẽ kế thừa ứng dụng công nghệ WiMax trong toàn bộ thị trường thứ nhất. Với sự giúp đỡ của các tập đoàn công nghiệp máy tính nổi tiếng như tập đoàn Intel và Dell, giai đoạn này đòi hỏi phân phát với giá thấp, thiết bị phía người dùng có thể được lắp đặt mà không phải hướng vào trạm gốc. Cùng với sự giới thiệu thiết bị, Forum tiên đoán rằng số nhà cung cấp dịch vụ internet không dây (WISPs) sử dụng công nghệ tương thích WiMax sẽ tăng theo hàm mũ. - Giai đoạn III (2007): Người dùng di động/du cư. Giai đoạn III sẽ tập trung vào triển khai thị trường băng rộng di động. Trong giai đoạn này, các máy tính xách tay và các thiết bị tính toán di động khác sẽ được tích hợp hoàn toàn với các chip WiMax và các anten, cho phép các máy di động gửi và nhận các file độ rộng băng tần lớn như các biểu đồ, video, trình diễn đa phương tiện theo thời gian thực qua một kết nối băng rộng vô tuyến. WiMax Forum tiên đoán rằng công nghệ sẽ được triển khai để cung cấp các sản phẩm cũng như các dịch vụ khác. 1.1.3 Họat động WiMAX. 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 hai phần: + Trạm gốc WiMax: trạm gốc bao gồm thiết bị điện tử trong nhà và tháp WiMax. Thông thường, một trạm gốc có thể phủ sóng trong bán kính 10 km (theo lý thuyết, một trạm gốc có thể phủ sóng trong bán kính 50 km). Mọi node vô tuyến bên trong vùng phủ sóng có thể truy cập internet. + Máy thu WiMax: máy thu và anten có thể là hộp riêng lẻ hoặc card PC ở trong máy tính hay máy tính xách tay. Truy cập tới trạm gốc WiMax tương đương với truy cập tới điểm truy cập vô tuyến trong mạng WiFi, nhưng vùng phủ sóng lớn hơn. Một vài trạm gốc được kết nối với một trạm gốc khác vởi việc sử dụng các liên kết sóng vi ba backhaul tốc độ cao Các trạm gốc được kết nối tới mạng internet thông qua các đường truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể được nối tới một trạm gốc 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. 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. Điều này cho phép thuê bao WiMax chuyển vùng từ một trạm gốc này tới vùng trạm gốc khác, giống như chuyển vùng được cho phép bởi các công ty điện thoại tổ ong. Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần số cao đến 66 GHz 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. 1.1.4 Đặc điểm của WiMAX. WiMAX đã được tiêu chuẩn hóa ở IEEE 802.16. Hệ thống này là hệ thống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các đặc điểm sau: + Khoảng cách giữa các trạm thu và phát có thể tới 50km (theo lý thuyết). + Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa là 70Mbit/s. + Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: Đường truyền tầm nhìn thẳng LOS (Line of sight) và đường truyền che khuất NLOS (Non Line of Sight) + Dải tần làm việc 2- 11GHz và từ 10- 66 GHz hiện đã và đang được tiêu chuẩn hóa. Các băng tần được cấp phép: 2,3 GHz (2,3 – 2,4 GHz); 2,5 GHz (2,5 – 2,7 GHz); 3,5 GHz (3,4 – 3,7 GHz). + Trong WiMAX hướng truyền tin được chia thành hai đường lên và xuống. Đường lên có tần số thấp hơn đường 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 được chia thành 32 kênh con tương đương với 48 sóng mang WiMAX sử dụng điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256-QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi dữ liệu như ngẫu nhiên hóa, với mã hóa sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỉ lệ từ 1/2 đến 7/8. + Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHz đến trên 20MHz được chia thành nhiều băng con 1,75MHz. Mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nữa 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 ưu hiệu quả sử dụng băng tần. Công nghệ này được gọi là công nghệ đa truy nhập OFDMA (OFDM Access). + Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD (Time division duplexing) và FDD(Frequency Division Dublexing) cho việc phân chia truyền dẫn của hướng lên (Uplink) và hướng xuống (downlink). + Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp: Lớp con tiếp ứng (convergence) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp trên, lớp đa truy nhập (MAC layer), lớp truyền dẫn (Transmission layer ) và lớp vật lý (physical layer ). Các lớp này tương đương với hai lớp dưới của mô hình OSI và được tiêu chuẩn hóa để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên như mô tả ở hình 2 dưới đây Hình 1.2: Mô hình phân lớp trong hệ thống WiMax so sánh với OSI Các ưu điểm nổi bật của WiMAX: + Kiến trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ một vài kiến trúc hệ thống, bao gồm điểm tới điểm, điểm tới đa điểm và bao phủ khắp nơi. MAC (Điều khiển truy nhập đa phương tiện) WiMAX hỗ trợ điểm tới đa điểm và các dịch vụ ở khắp nơi bằng cách sắp xếp một khe thời gian cho mỗi trạm thuê bao (SS). Nếu chỉ có một SS trong mạng, thì trạm gốc WiMAX sẽ thông tin với SS trên cơ sở điểm tới điểm. Một BS trong cấu hình điểm tới điểm có thể sử dụng một Anten bup hẹp hơn để phủ các vùng lớn hơn. + Bảo mật cao: WiMAX hỗ trợ ASE (chuẩn mật mã hóa tiên tiến) và 3DES (chuẩn mật mã hóa số liệu). Bằng cách mật mã hóa các liên kết giữa BS và SS, WiMAX cung cấp các thuê bao riêng (chống nghe trộm) và bảo mật trên giao diện không dây băng rộng. Bảo mật cũng cung cấp cho các nhà khai thác sự bảo vệ mạnh mẽ chống ăn trộm dịch vụ. WiMAX cũng được xây dựng hỗ trợ VLAN, mà cung cấp sự bảo vệ dữ liệu được truyền bởi các người sử dụng khác nhau trên cùng một BS. + Triển khai nhanh: So với sự triển khai của các dải pháp dây, WiMAX yêu cầu ít hoặc không yêu cầu kế hoạch mở rộng. Ví dụ, đào hỗ để hỗ trợ rãnh của các cáp không được yêu cầu. Các nhà khai thác co giấy phép để sử dụng một trong các băng tần được cấp phát, hoặc có kế hoạch để sử dụng một trong các băng tần không được cấp phép, không cần thiết xem xét sâu hơn các ứng dụng cho Chính Phủ. Khi Anten và thiết bị được lắp đặt và được cấp nguồn, WiMAX sẽ sẵn sàng phục vụ. Trong hầu hết các trường hợp, triển khai WiMAX có thể hoàn thành trong khoảng mấy giờ, so với mấy tháng so với các giải pháp khác. + Dung lượng cao: Sử dụng điều chế bậc cao (64-QAM) và độ rộng băng tần (hiện tại là 7MHz), các hệ thống WiMAX có thể cung cấp độ rộng băng tần đáng kể cho các người sử dụng đầu cuối. + Độ bao phủ rộng hơn: WiMAX hỗ trợ các điều chế đa mức, bao gồm BPSK, QPSK,16-QAM và 64-QAM. Khi được trang bị với bộ khuyếch đại công suất lớn và hoạt động với điều chế mức thấp (Ví dụ: BPSK hoặc QPSK), các hệ thống WiMAX có thể bao phủ một vùng địa lý rộng khi đường giữa BS và SS thông suốt. + Hiệu quả giá cả: WiMAX dựa trên tiêu chuẩn quốc tế mở. Sự thông qua đa số của chuẩn, và sử dụng giá thấp, các chíp sét được sản xuất hàng loạt sẽ điều khiển giá hạ xuống và cạnh tranh gía cả sẽ cung cấp sự tiết kiệm giá cả cho các nhà cung cấp dịch vụ và các người sử dụng đầu cuối + Dịch vụ đa mức: Là loại mà QoS đạt được dựa vào hợp đồng mức dịch vụ (SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng. Hơn nữa, một nhà cung cấp dịch vụ có thể đưa ra các SLA khác nhau cho những người đăng ký khác nhau, hoặc thậm chí cho những người sử dụng khác nhau trong cùng một SS. + Khả năng cùng vận hành: WiMAX dựa vào các chuẩn cung cấp trung lập, quốc tế, làm cho người sử dụng đầu cuối dễ dàng truyền tải và sử dụng SS của họ tại các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Khả năng cùng vận hành bảo vệ vốn đầu tư ban đầu của nhà khai thác vì nó có thể chọn thiết bị từ các đại lý thiết bị khác nhau, và nó sẽ tiếp tục làm giảm giá thiết bị. + Khả năng mang theo được: Với các hệ thống tổ ong hiện nay, khi SS WiMAX được cấp công suất, nó tự nhận dạng, xác định các đặc tính của liên kết với BS, chỉ cần SS được đăng ký trong cơ sở dữ liệu hệ thống, và sau đó đàm phán các đặc tính truyền dẫn phù hợp Một số ứng dụng mà WiMAX cung cấp: Chuẩn WiMAX được triển khai cho đủ loại ứng dụng, ví dụ: ứng dụng trong các trường học, ứng dụng cho các điểm an ninh công cộng, các phương tiện liên lạc xa bờ, kết nối các vùng nông thôn 1.2 Hệ thống chuẩn IEEE 802.16 1.2.1 Chuẩn 820.16 - phê duyệt vào tháng 12/2001: Xác định giao diện vô tuyến (Air Interface)của truy cập miền rộng (Wirelless MAN) trong băng tần miễn cấp phép 10- 66 GHz (chặng cuối của truy nhập mạng) với truy nhập đường truyền tầm nhìn thẳng (LOS). Đồng thời chuẩn cũng định nghĩa lớp điều khiển truy nhập môi trường ( MAC) với các đặc tính hỗ trợ cho các lớp vật lý tuỳ biến theo băng tần sử dụng. Lớp MAC cho phép các luồng đa dịch vụ với các thông số QoS khác nhau trên cùng một trạm thuê bao. Tuy nhiên lớp vật lý không phù hợp cho các ứng dụng tần số thấp hơn mà ở đó yêu cầu tầm nhìn không thẳng, vì vậy chuẩn 802.16a ra đời. 1.2.2 Chuẩn 802.16a- 29/1/2003: IEEE 802.16a là một phiờn bản sửa đổi từ chuẩn cơ bản, được thụng qua bởi chuẩn băng rộng IEEE trong 1/2003. Quan trọng hơn, chuẩn IEEE 802.16a mở rộng thờm sự hỗ trợ trong băng tần cho phộp 2-11GHz, nú mở ra nhiều thị trường cụng nghệ tiềm năng. Sự hoạt động theo đường truyền NLOS trở thành hiện thực khi hoạt động trong dải tần 2-11 GHz, mở rộng vựng địa lý của mạng. Sự truyền dẫn đa đường cú thể trở thành một sự cản trở. Chuẩn IEEE 802-16a bao gồm cả việc đặc tả lớp PHY và tăng lớp MAC để phự hợp với sự truyền dẫn đa đường và việc giảm bớt cỏc giao diện. Cỏc đặc trưng đó được thờm vào để cho phộp cỏc kỹ thuật quản lý cụng suất tiến tiến và ma trận anten thớch ứng. Ngoài ra lựa chọn OFDM như là một sự lựa chọn để điều chế súng mang đơn. Để cung cấp một cơ cấu cho việc giảm cỏc giao diện khi mà xuất hiện nhiều mạng, chuẩn IEEE 802.16a thờm vào phương phỏp điều chế OFDMA để lựa chọn trong phạm vi dải tần 2-11GHz hiện cú. Với nhiều yếu tố yờu cầu cỏc đặc tớnh của phõn lớp con phần riờng vấn đề bảo mật được cải thiện. Cỏc đặc tớnh riờng được sử dụng để chứng minh chắc chắn người gửi cỏc bản tin MAC. IEEE 802.16 thờm vào sự hỗ trợ tựy chọn cho cỏc mạng hỡnh lưới (Mesh), nơi mà lưu lượng cú thể định tuyến từ trạm thuờ bao tới trạm thuờ bao. Đú là một sự thay đổi từ mụ hỡnh điểm-đa điểm (PMP), nơi mà lưu lượng chỉ được cho phộp giữa BS và SS. IEEE 802.16 thờm vào sự đặc tả lớp MAC phự hợp đó làm cho lược đồ truyền dẫn của SS là một phần của lưới (Mesh), nhưng nú khụng hiện rừ tới SS. 1.2.3 Chuẩn 802.16d( 802.16-2004)- 6/2004: Thay thế 802.16 , 802.16a và 802.16REVd. Chuẩn này đánh dấu chặng đường phát triển mới của họ 802.16 đối với truy nhập vô tuyến băng rộng cố định (Fixed Broadband Wireless Acceess). Một khía cạnh chính trong đó là nó bao gồm phạm vi rộng hơn kể cả người sử dụng đầu cuối và nhà cung cấp dịch vụ. Giá cả các sản phẩm của chuẩn này được dự tính như là sản phẩm của 802.11 và xuất hiện cùng sau 2 đến 3 năm sau khi có chuẩn. Chuẩn này cũng đồng bộ và hỗ trợ (hoặc bao trùm) đối với chuẩn HyperMAN của ETSI. Chuẩn 802.16d được thiết kế để xác định các đặc tả của giao diện vô tuyến (air interface) bao gồm cả tầng điều khiển truy nhập ( MAC) và tầng vật lý của hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng cố định (BWA), bổ sung và củng cố cho các chuẩn cùng họ từ trước. Mục đích của nó là hỗ trợ cho triển khai nhanh trên phạm vi toàn cầu công nghệ và các sản phẩm BWA, tạo điều kiện thuận lợi sự cạnh tranh của truy nhập không dây đối với các phương thức truy nhập khác và đẩy nhanh tốc độ thương mại hoá các hệ thống BWA. 1.2.4 Chuẩn 802.16e - 2005 Được thiết kế để hỗ trợ cho truy nhập băng rộng di động. Nó tăng cường tính năng mới cho OFDMA thành SOFDMA ( Scalable OFDMA)của lớp vật lý và bổ sung thêm các tính năng mới cho mạng cố định, di động. Mặc dù khác họ, nhưng chuẩn này có những mục đích tương tự như chuẩn 802.20 về truy nhập vô tuyến băng rộng di động ( MBWA) đang trong quá trình nghiên cứu (nhóm nghiên cứu thành lập vào 3/2002 cũng bởi IEEE). 1.2.5 Các bổ sung cho chuẩn đang trong quá trình nghiên cứu: 802.16f - Quản lý cơ sở thông tin ( Management Information Base) 802.16g - Quản lý thủ tục kế hoạch và dịch vụ ( Management Plane Procedures and Services) 802.16h - Tăng cường cơ chế cùng tồn tại đối với hoạt động trong vùng phân bổ tần số. 802.16i - Quản lý di động cơ sở thông tin( Mobile Management Information Base) Bảng 1. 1: Tổng kết các chuẩn 802.16 Ngày hoàn thành 802.16 802.16a 802.16 - 2004 802.16e 12-2001 1-2003 6 - 2004 2005 Phổ tần 10-66 GHz <11 GHz <11 GHz <6 GHz Các điều kiện kênh Chỉ tầm nhìn thẳng Tầm nhìn không thẳng Tầm nhìn không thẳng Tầm nhìn không thẳng Tốc độ bít 32-134 Mbps 75 Mbps trong kênh 20 MHz 75 Mbps trong kênh 20 MHz 15 Mbps trong kênh 5 MHz Điều chế QPSK, 16QAM, 64AQM 256 sóng mang con OFDM, QPSK, 16QAM, 64QAM 256 sóng mang con OFDM, QPSK, 16QAM, 64QAM Giống như 802.16a Tính di động Cố định Cố định Cố định Di động Băng tần kênh 20, 25, và 28 MHz Lựa chọn giữa 1,25-20 MHz Lựa chọn giữa 1,25-20 MHz Giống như 802.16a với các kênh con đường xuống Bán kính tế bào đặc trưng 2-5 Km 7- 40 Km 7- 40 Km 2 - 5 Km 1.3 Kiến trúc mạng WiMAX. 1.3.1 Kiến trúc mạng WiMAX Kiến trỳc mạng đầu cuối- đầu cuối được Wimax Forum đưa ra cho biết về cỏc hệ thống truy nhập/lừi và cỏc chức năng của chỳng. Nú chứa cỏc thủ tục và cỏc quy tắc để làm cỏch nào mà mạng hỗ trợ tớnh di động, bảo mật, tương tỏc mạng và nhận thực với một trạm thuờ bao Wimax. Hỡnh 1.3: Mụ hỡnh tham chiếu mạng Wimax Việc miờu tả kiến trỳc mạng được trỡnh bày trong hỡnh 1.3. Nú chứa cỏc thực thể như cỏc trạm thuờ bao (di động) SS (MSS), mạng dịch vụ truy nhập ASN, và mạng dịch vụ kết nối CSN. Hỡnh 1.3 cũng chứa cỏc giao diện giữa cỏc thực thể khỏc nhau. Cỏc giao diện này định nghĩa cỏc thủ tục và cỏc giao thức và cỏc liờn kết logic, liờn kết vật lớ truy nhập cỏc thực thể. Hình 1.4 cung cấp một cái nhìn tổng thể hơn về nhiều thực thể trong các nhóm chức năng của ASN và CSN. Hỡnh1.4: Kiến trỳc mạng WiMAX trờn cơ sở IP Các tiêu chuẩn mạng cho các hệ thống WiMAX được xây dựng trên một số nguyên tắc kiến trúc mạng cơ sở bao gồm: - Đảm bảo phân tách logic giữa các thủ tục như: đánh địa chỉ IP, định tuyến, các thủ tục quản lý kết nối và các giao thức để có thể sử dụng các phần tử kiến trúc cơ bản trong các kịch bản đứng riêng hay triển khai tương tác. - Hỗ trợ dùng chung các ASN của các nhà cung cấp truy nhập mạng (NAP: Network Acces Provider) giữa các nhà cung cấp dịch vụ mạng NSP. - Cho phép một nhà cung cấp dịch vụ mạng cung cấp dịch vụ trên nhiều ASN được quản lý bởi một hay nhiều nhà cung cấp truy nhập mạng NAP. - Hỗ trợ MS (hay SS) phát hiện và lựa chọn các NSP khả truy nhập. - Hỗ trợ NAP sử dụng một hay nhiều cấu hình ASN. - Hỗ trợ truy nhập các dịch vụ của các nhà khai thác truyền thống thông qua các choc năng tương tác khi cần. - Chuẩn hoá các điểm tham khảo mở với định nghĩa rõ ràng giữa các nhóm phần tử chức năng mạng khác (trong một ASN, giữa các ASN, giữa ASN và CSN và giữa các CSN) và đặc biẹt giữa các MS, ASN và CSN để đảm bảo tương hoạt giữa các nhà cung cấp khác nhau. - Hỗ trợ các lộ trình phát triển giữa các mô hình ứng dụng khác nhau để đáp ứng các điều kiện và hạn chế kỹ thuật, cho phép các thực hiện khác nhau của các nhà cung cấp dựa trên các tổ hợp các phần tử chức năng khác nhau trên các phần tử mạng vật lý nếu chúng hợp chuẩn các giao thức và các thủ tục trên các điểm tham khảo. - Hỗ trợ hầu hết các kịch bản thông thường khi một nhà khai thác triển khai ASN cùng với tập hữu hạn các chức năng CSN, để nhà khai thác có thể cung cấp dịch vụ truy nhập internet không có chuyển mạng và tương tác. Kiến trúc WiMAX đảm bảo cả hai dịch vụ IP và Ethernet trên một mạng di động IP hợp chuẩn. tính chất linh hoạt và tương hợp của WiMAX cho phép nhà khai thác sử dụng thực hiện các giá rẻ của nhiều nhà cung cấp để triển khai hỗn hợp các ASN phân bố và tập trung trong mạng. 1.3.1.1 Mạng dịch vụ truy nhập ASN ASN bao gồm một hay nhiều cổng ASN và các trạm gốc, bao phủ vô tuyến WiMAX được cung cấp đến một vùng địa lí. Một ASN quản lí truy nhập MAC về mặt chức năng như đệm, định vị, quản lý nguồn vô tuyến RRM và tính di động giữa các BS. ASN quản lí các liên kết vô tuyến WiMAX, đưa ra nhiều mức quản lí cao đến CSN. ASN cũng có thể được dùng như một sự ủy quyền, như trong trường hợp của IP di động ủy quyền (MIP). ASN được triển khai bởi một thực thể kinh doanh được gọi là nhà cung cấp truy nhập mạng(NAP), cung cấp một SS/MSS với kết nối R2 đến một mạng vô tuyến WiMAX và kết nối các người dùng đến các nhà cung cấp dịch vụ mạng(NSP) quản lý một CSN. Cổng ASN cung cấp các liên kết giữa ASN và CSN. ASN trình bày một ranh giới cho tính tương tác về chức năng với một máy khách WiMAX, các chức năng dịch vụ kết nối WiMAX và việc tập hợp các chức năng được bao gồm bởi nhiều nhà cung cấp khác nhau. 1.3.1.2 Mạng dịch vụ kết nối CSN Một CSN là một tập hợp các chức năng mạng mà cung cấp kết nối IP đến các trạm thuê bao WiMAX. CSN chứa các cổng để truy nhập Internet, các bộ định tuyến, các máy chủ hay các ủy quyền cho AAA, phân phối IP, cơ sở dữ liệu của người dùng và các thiết bị tương tác mạng. Nó cũng quản lý việc cấp phát và chính sách điều khiển, tính di động giữa ASN và các dịch vụ WiMAX cụ thể như các dịch vụ trên cơ sở định vị hay các dịch vụ tuân theo quy luật. CSN được triển khai bởi một thực thể kinh doanh gọi là NSP, các thuê bao WiMAX gia nhập các hợp đồng theo thỏa thuận trên các dịch vụ với NSP ví dụ như QoS, băng tần.v.v.v, và truy nhập các dịch vụ này thông qua ASN mà nó hiện đang được đặt trong đó. Người dùng sau đó có thể sử dụng mạng các nhà cung cấp dịch vụ hay vươn đến các mạng được triển khai bởi các công ty khác ngay khi mạng nhà có hợp đồng roaming với mạng khách. ASN ngoài sử dụng các chức năng quản lí của CSN ngoài thuộc sở hữu của nó và ủy quyền chúng đến mạng nhà hay liên lạc trực tiếp với CSN mạng nhà. 1.3.2 Cấu hình mạng Công nghệ WiMAX hỗ trợ mạng PMP và một dạng của cấu hình mạng phân tán là mạng lưới MESH 1.3.2.1 Cấu hình điểm đa điểm PMP (point multi point) PMP là một mạng truy nhập với một hoặc nhiều BS có công suất lớn và nhiều SS nhỏ hơn. Người dùng có thể ngay lập tức truy nhập mạng chỉ sau khi lắp đặt thiết bị người dùng. SS có thể sử dụng các anten tính hướng đến các BS, ở các BS có thể có nhiều anten có hướng tác dụng theo mọi hướng hay một cung. Với cấu hình này trạm gốc BS là điểm trung tâm cho các trạm thuê bao SS. ở hướng DL có thể là quảng bá, đa điểm hay đơn điểm. Kết nối của một SS đến BS được đặc trưng qua nhận dạng kết nối CID. Hình 1.5: Cấu hình điểm đa điểm WiMAX 1.3.2.2 Cấu hình mắt lưới MESH 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 như sau: Neighbor: Kết nối trực tiếp đến một node mạng Neighborhood: Tất cả các neighbor của một node tạo ra neighorhood Kiểu MESH khác PMP là trong kiểu PMP các SS chỉ liên hệ với BS và tất cả lưu lượng đi qua BS trong khi kiểu MESH tất cả các node có thể liên lạc với mỗi node khác một cách trực tiếp hoặc bằng định tuyến nhiều bước thông qua các SS khác. Một hệ thống với truy nhập đến một kết nối backhaul được gọi là MESH BS, trong khi các hệ thống còn lại được gọi là MESH SS. Dù cho MESH có một hệ thống được gọi là MESH BS, hệ thống này cũng phải phối hợp quảng bá với các node khác. Backhaul là các anten điểm-điểm được dùng để kết nối các BS được định vị qua khoảng cách xa. 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 bước 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 tâp hợp các yêu cầu tài nguyên từ các MESH SS trong một dải bất kỳ và phân phối các yêu cầu này với khả năng cụ thể. Khả năng này được chia sẻ với các MESH SS khác mà dữ liệu của người dùng được chuyển tiếp thông qua các MESH SS đó trao đổi với MESH BS. Hình 1.6: Cấu hình mạng mắt lưới WiMAX 1.3.3 Mô hình tổng quát mạng WiMAX Hình 1.7: Mô hình tổng quát mạng WiMAX