Tài liệu Nghiên cứu phương pháp chuyển giao trong mạng wimax di động

i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên. Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt thời gian học tập tại trường. Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến TS. Phạm Thanh Giang đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học. Xin cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp đã tạo diều kiện cũng như đã chỉ bảo tôi rất nhiều trong thời gian thực hiện luận văn này. Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có được kết quả như ngày hôm nay. Thái Nguyên, ngày 01 tháng 6 năm 2013 Học viên Lương Phúc Thanh ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn “Nghiên cứu phương pháp chuyển giao trong mạng wimax di đô n ô g” là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và không sao chép y nguyên từ một công trình nào khác. Tôi xin chịu trách nhiệm về luận văn của mình. Thái Nguyên, tháng 06/2013 Người viết luận văn Lương Phúc Thanh iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN........................................................................................................i LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................ii MỤC LỤC...........................................................................................................iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU..............................................................................vii DANH SÁCH HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ.............................................viii PHẦN MỞ ĐẦU...................................................................................................1 CHƯƠNG I...........................................................................................................3 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX......................................................3 1.1 Giới thiệu về công nghệ WiMAX..............................................................3 1.1.1 Mở đầu.................................................................................................3 1.1.2 Sự phát triển của công nghệ WiMAX..............................................3 1.1.3 Hoạt động WiMAX............................................................................4 1.1.4 Đặc điểm của WiMAX........................................................................5 1.2 Hệ thống chuẩn IEEE 802.16....................................................................8 1.2.1 Chuẩn 820.16 - phê duyệt vào tháng 12/2001:..................................8 1.2.2 Chuẩn 802.16a- 29/1/2003:.................................................................8 1.2.3 Chuẩn 802.16d( 802.16-2004)- 6/2004:..............................................9 1.2.4 Chuẩn 802.16e - 2005..........................................................................9 1.2.5 Các bổ sung cho chuẩn đang trong quá trình nghiên cứu:............9 1.3 Kiến trúc mạng WiMAX.........................................................................10 1.3.1 Kiến trúc mạng WiMAX..................................................................10 1.3.1.1 Mạng dịch vụ truy nhập ASN.......................................................12 1.3.1.2 Mạng dịch vụ kết nối CSN............................................................12 1.3.2 Cấu hình mạng..................................................................................12 1.3.3 Mô hình tổng quát mạng WiMAX...................................................14 1.4 Lớp vật lý (PHY) của WiMAX di động.................................................14 1.4.1 Cơ sở OFDMA..................................................................................14 1.4.2 Cấu trúc ký hiệu OFDMA và kênh con hoá...................................15 1.4.3 OFDMA theo tỉ lệ (scalable).............................................................17 1.4.4 Cấu trúc khung TDD.......................................................................18 1.5. Lớp MAC của WiMAX di động.............................................................19 1.5.1 Cấu trúc lớp MAC...........................................................................19 1.5.2 Các dịch vụ MAC..............................................................................22 1.5.3. Quản lý tính di động........................................................................25 1.5.4. An ninh.............................................................................................27 1.6. Các đặc trưng tiên tiến của WiMAX di động.......................................28 iv 1.6.1. Công nghệ anten thông minh..........................................................28 1.6.2. Tái sử dụng phân đoạn tần số.........................................................31 1.6.3. Dịch vụ đa hướng và quảng bá (MBS)...........................................33 CHƯƠNG II.......................................................................................................35 PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN GIAO TRONG WIMAX DI ĐỘNG................35 2.1. Khái niệm chuyển giao...........................................................................35 2.2 Phân loại chuyển giao..............................................................................35 2.2.1 Chuyển giao cứng (HHO):................................................................35 2.2.2 Chuyển giao đa dạng (MDHO):........................................................36 2.2.3 Chuyển giao mềm:.............................................................................37 2.3. Quy trình chuyển giao............................................................................37 2.3.1. Chọn lại tế bào:................................................................................40 2.3.2. Quyết định chuyển giao...................................................................44 2.3.3. So sánh Phương pháp chuyển giao.................................................46 2.4 Quản lý năng lượng..................................................................................47 2.4.1 Chế độ ngủ.........................................................................................47 2.4.2 Chế độ nhàn rỗi.................................................................................48 CHƯƠNG III:....................................................................................................50 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN GIAO TRONG WIMAX DI ĐỘNG BẰNG NS2........................................................50 3.1 Giới thiệu công cụ mô phỏng..................................................................50 3.2 Kịch bản mô phỏng và môi trường mô phỏng.......................................56 3.2.1 Môi trường mô phỏng.......................................................................56 3.2.2 Cài đặt NS2 và Add các Module mô phỏng...................................56 3.2.3 Kịch bản mô phỏng...........................................................................62 3.2.4 Các thành phần.................................................................................64 3.2.5. Kết quả mô phỏng............................................................................65 3.3. Kết luận....................................................................................................68 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................70 PHỤ LỤC............................................................................................................71 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AAS AES AK ARQ BER BPSK BS CDMA CID CP CRC DFS FDD GSM Advanced Antenna Systems - Các hệ thống anten thích nghi Advanced Encryption Standard - Chuẩn mã hóa nâng cao Authentication Key - Khóa chứng thực Automatic Repeat reQuest - Tự động lặp lại yêu cầu Bit Error Rate - Tỉ lệ lỗi bit Binary Phase Shift Keying - điều chế pha nhị phân Base Station - Trạm gốc Code Division Multiple AcceMS - Đa truy cập phân chia theo mã Connection Identifier - Định danh kết nối Cyclic Prefix - Tiền tố vòng Cyclic Redundancy Check - Kiểm tra lỗi dư vòng Dynamic Frequency Selection – Lựa chọn tần số động Frequency Division Duplex - Ghép kênh phân chia theo tần số Global System for Mobile communications - Hệ thống thông tin di HHO HO IEEE động toàn cầu Hard handoff – Chuyển giao cứng Handover – Chuyển giao Institute of Electrical and Electronics Engineers - Học Viện của các Kỹ LOS MAC MAN MDHO MIMO MISO MS NLOS OFDM Sư Điện và Điện Tử Line Of Sight - Tầm nhìn thẳng Media AcceMS Control - Điều khiển truy nhập môi trường Metropolitan Area Network – Mạng đô thị Macro Diversity Handover - Chuyển giao đa dạng Multiple Input Multiple Output - Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra Multiple Input Single Output - Nhiều đầu vào, một đầu ra Mobile Station - Trạm di động Non–Line-Of-Sight - Không tầm nhìn thẳng Orthogonal Frequency Division Multiplexing - Ghép kênh phân chia OFDMA theo tần số trực giao Orthogonal Frequency Division Multiple AcceMS - Đa truy cập ghép PDU QoS RF SA SDU SNR kênh chia tần số trực giao Packet Data Unit - Đơn vị gói dữ liệu Quality of Service - Chất lượng dịch vụ Radio Frequency - Tần số vô tuyến Security AMSociation – Tập hợp bảo mật Service Data Unit - Đơn vị dữ liệu dịch vụ Signal-to-Noise Ratio – Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu vi MS TDM TEK UDP WiMAX WLAN Subscriber Station - Trạm thuê bao Time Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo thời gian Traffic Encryption Key - Khóa mã hóa lưu lượng User Datagram Protocol Worldwide interoperability for Microwave AcceMS WireleMS Local Area Network – Mạng cục bộ không dây vii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tổng kết các chuẩn 802.16...............................................................9 Bảng 1.2: Các thông số S-OFDMA..................................................................18 Bảng 1.3: Chất lượng dịch vụ và ứng dụng WiMAX di động..........................23 Bảng 1.4: Các lựa chọn anten tiên tiến.............................................................29 Bảng 1.5: Các tốc độ dữ liệu cho cấu hình SIMO/MIMO...............................30 viii DANH SÁCH HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ Hình 1.1: Mô hình phân lớp trong hệ thống WiMax so sánh với OSI.............7 Hình 1.2: Mô hình tham chiếu mạng Wimax...................................................10 Hình 1.3: Kiến trúc mạng WiMAX trên cơ sở IP............................................11 Hình 1.4: Cấu hình điểm đa điểm WiMAX......................................................13 Hình 1.5: Cấu hình mạng mắt lưới WiMAX....................................................13 Hình 1.6: Mô hình tổng quát mạng WiMAX....................................................14 Hình 1.7: Kiến trúc cơ bản của một hệ thống OFDM......................................14 Hình 1.8: Mô tả CP trong cấu trúc OFDM.....................................................15 Hình 1.9: Cấu trúc sóng mang con OFDMA....................................................17 Hình 1.10: Kênh con phân tập tần số DL..........................................................17 Hình 1.11: Cấu trúc tile cho UL PUSC.............................................................19 Hình 1.12: Cấu trúc khung WiMAX OFDMA................................................19 Hình 1.13: Phân lớp MAC và các chức năng...................................................19 Hình 1.14: Định dạng MAC PDU.....................................................................20 Hình 1.15: Hỗ trợ QoS WiMAX di động..........................................................23 Hình 1.16: Chuyển mạch thích ứng cho anten thông minh..............................31 Hình 1.17: Cấu trúc khung đa vùng..................................................................32 Hình 1.18: Tái sử dụng phân đoạn tần số.........................................................32 Hình 1.19: Hỗ trợ MBS được ấn định với WiMAX di động các vùng MBS...34 Hình 2.1: Mô tả chuyển giao cứng....................................................................36 Hình 2.2 : Mô tả các thủ tục thực hiện trong quá trình lựa chọn tế bào...........38 Hình 2.3 : Lựa chọn tế bào khác nhau .............................................................41 Hình 2.4 : Tin Nhắn trong việc MS khởi xướng chuyển giao ........................43 ix Hình 3.1: Tổng quan về NS dưới góc độ người dung......................................50 Hình 3.2 : Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS ..............................52 Hình 3.3 : Kiến trúc của NS-2 ..........................................................................53 Hình 3.4: C++ và OTcl: Sự đối ngẫu ..............................................................53 Hình 3.5: TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B ....................................54 Hình 3.6: Cập nhật Ubuntu……........………………………………………...57 Hình 3.7: Giao diện chạy thử TCL...................................................................61 Hình 3.8: Giao diện chạy thử NAM..................................................................62 Hình 3.9: Kịch bản mô phỏng .........................................................................63 Hình 3.10: Thời chuyển giao cho chuyển giao đầu tiên .................................67 Hình 3.11: Thời chuyển giao cho chuyển giao thứ hai ....................................68 1 PHẦN MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, các dịch vụ ứng dụng trên Internet đã có bước phát triển bùng nổ với nhiều loại hình dịch vụ mới như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, du lịch hay các dịch vụ đào tạo từ xa, game trực tuyến... Cùng với sự phát triển bùng nổ của các loại hình dịch vụ trên Internet, các công nghệ truy cập cũng liên tục được phát triển để đáp ứng những đòi hỏi ngày càng cao về băng thông cho truy cập Internet. Các công nghệ truy cập băng rộng đã được phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây bao gồm các công nghệ truy cập hữu tuyến và công nghệ vô tuyến. Một loạt các chuẩn về mạng truy cập băng rộng đã được nhiều tổ chức nghiên cứu, xây dựng và phát triển như chuẩn IEEE 802.11x, IEEE 802.15, IEEE 802.16, IEEE 802.20, HIPERLAN 1/2, HomeRF, chuẩn Bluetooth,vv... Phạm vi ứng dụng của các chuẩn này bao trùm từ mạng cá nhân (PAN), mạng nội bộ (LAN), mạng diện rộng (MAN) và mạng diện rộng (WAN). Hệ thống WiMAX được sản xuất dựa trên họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 đang được các hãng cung cấp thiết bị cũng như nhà cung cấp dịch vụ quan tâm đặc biệt. Các hệ thống WiMAX cố định dựa trên chuẩn 802.16-2004 đã được sản xuất, đưa vào thử nghiệm và đã được diễn đàn WIMAX cấp chứng nhận đã cho thấy rõ những ưu điểm của công nghệ này. Hệ thống WiMAX di động dựa trên tiêu chuẩn 802.16e cũng đang được các nhà cung cấp thiết bị lên kế hoạch để đưa thiết bị vào thử nghiệm trong thời gian tới. WiMax tập trung giải quyết các vấn đề trong mạng vô tuyến ngoài trời băng rộng điểm – điểm, điểm – đa điểm. Hoạt động của WiMAX rất mềm dẻo và tương tự như của WiFi khi truy cập mạng tức là khi một máy tính có nhu cầu truy cập mạng thì nó sẽ tự động kết nối đến trạm anten WiMAX gần nhất. Hệ thống WiMAX cũng đảm bảo cung cấp dịch vụ trong khi di chuyển giữa các BS WiMAX. Tuy nhiên việc di chuyển giữa các BS gây trễ một khoảng thời gian để thực hiện việc chuyển giao gây 2 gián đoạn kết nối và ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ. Mục tiêu của đề tài “Nghiên cứu phương pháp chuyển giao trong mạng wimax di đông” tìm hiểu về mạng ô WiMAX, phương pháp chuyển giao trong mạng WiMAX và đánh giá về độ trễ chuyển giao trong một số mô hình mạng WiMAX. Luận văn tốt nghiệp sẽ gồm 03 chương cụ thể như sau: Chương I: Tổng quan công nghê ô wimax di đô ông Giới thiệu lịch sử, quá trình phát triển wimax và hệ thống chuẩn 802.16 Tìm hiểu cấu trúc lớp vật lý (PHY) và lớp MAC của wimax di động Các đặc trưng tiên tiến của Wimax di động Chương II: Phương pháp chuyển giao trong công nghê ô wimax di đô n ô g. Đi sâu nghiên cứu các phương pháp chuyển giao và quá trình chuyển giao để tiến hành đánh giá hiê uê suất các phương pháp chuyển giao Chương III: Mô phỏng phương pháp chuyển giao trong Wimax Giới thiệu công cụ mô phỏng NS2, xây dựng kịch bản mô phỏng và đánh giá kết quả mô phỏng 3 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 AcceMS): 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 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. 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. 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 4 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 WiFi 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. 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 1.1.3 Hoạt động WiMAX. Thực tế WiMAX hoạt động tương tự WiFi nhưng ở tốc độ cao và khoảng cách lớn hơn nhiều. 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 5 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. 6 + 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 AcceMS). + 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 (TransmiMSion 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 1.1 dưới đây Hình 1.1: 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 (MS). Nếu chỉ có một MS trong mạng, 7 thì trạm gốc WiMAX sẽ thông tin với MS 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 MS, WiMAX cung cấp các thuê bao riêng (chống nghe trộm) và bảo mật trên giao diện không dây băng rộng. + 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 MS 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 8 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 MS. + 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 MS 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 MS WiMAX được cấp công suất, nó tự nhận dạng, xác định các đặc tính của liên kết với BS, chỉ cần MS được đăng ký trong cơ sở dữ liệu hệ thống, và sau đó đàm phán các đặc tính truyền dẫn phù hợp 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 (WirelleMS 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. 1.2.2 Chuẩn 802.16a- 29/1/2003: IEEE 802.16a là một phiên bản sửa đổi từ chuẩn cơ bản, được thông qua bởi chuẩn băng rộng IEEE trong 1/2003. Quan trọng hơn, chuẩn IEEE 802.16a mở rộng thêm sự hỗ trợ trong băng tần cho phép 2-11GHz. Chuẩn IEEE 802-16a bao gồm cả việc đặc tả lớp PHY và tăng lớp MAC để phù hợp với sự truyền dẫn đa đường và việc giảm bớt các giao diện. Các đặc trưng đó được thêm vào để cho phép các kỹ thuật quản lý cụng suất tiến tiến và ma trận anten thích ứng. 9 1.2.3 Chuẩn 802.16d( 802.16-2004)- 6/2004: 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. 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. 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 802.16 802.16a 802.16 - 2004 802.16e thành Phổ tần Các điều kiện 12-2001 10-66 GHz Chỉ tầm nhìn 1-2003 <11 GHz Tầm nhìn không 6 - 2004 <11 GHz Tầm nhìn 2005 <6 GHz Tầm nhìn kênh thẳng Tốc độ bít 32-134 Mbps thẳng 75 Mbps trong không thẳng 75 Mbps trong không thẳng 15 Mbps kênh 20 MHz kênh 20 MHz trong kênh 5 MHz 10 Điều chế QPSK, 16QAM, 64AQM 256 sóng mang 256 sóng mang con OFDM, con OFDM, QPSK, 16QAM, QPSK, 64QAM 16QAM, Tính di động Cố định Cố định 64QAM Cố định Băng tần kênh 20, 25, và 28 Lựa chọn giữa Lựa chọn giữa MHz 1,25-20 MHz 1,25-20 MHz Giống như 802.16a Di động Giống như 802.16a với các kênh con đường xuống Bán kính tế 2-5 Km 7- 40 Km 7- 40 Km 2 - 5 Km bào đặc trưng 1.3 Kiến trúc mạng WiMAX. 1.3.1 Kiến trúc mạng WiMAX Kiến trúc mạng Wimax chứa các thủ tục và các quy tắc để làm cách nào mà mạng hỗ trợ tính di động, bảo mật, tương tác mạng và nhận thực với một trạm thuê bao Wimax. Hình 1.2: Mô hình tham chiếu mạng Wimax 11 Việc miêu tả kiến trúc mạng được trình bày trong hình 1.3. Nó chứa các thực thể như các trạm thuê bao (di động) MS (MMS), mạng dịch vụ truy nhập ASN, và mạng dịch vụ kết nối CSN. Hình 1.3 chứa các giao diện giữa các thực thể khác nhau. Các giao diện này định nghĩa các thủ tục và các giao thức và các liên kết logic, liên kết vật ly truy nhập các thực thể. Hình 1.3: Kiến trúc mạng WiMAX trên 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 MS) phát hiện và lựa chọn các NSP khả truy nhập. - Hỗ trợ NAP sử dụng một hay nhiều cấu hình ASN.