Mô hình triển khai hệ thống mạng không dây cố định của VNPT

Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

K
MỤC LỤC
ỹ thuật
trải phổ...........................................................................................53
MỤC
LỤC.................................................!..................................................1
Chương 1: Tổng quan về mạng không dây.....................................4T
3.7.1........................................................................................................................................................
3.7................................................................................................................................................................

1.1.rảiKiến
phổ

trúc
của DSSS.................................................................53
các chuẩn IEEE 802.11 và 802.16:...................5
chuỗichung
trực tiếp

1.2................................................................................................................................................................
C
3.7.2. Trải phổ nhảy tần FSSS................................................................55

ông
nghệ
3.7.3.
SoWiFi............................................................................................6

sánh FHSS và DSSS...............................................................57
1.2.1. Đánh giá ưu, nhược điểm của W1F1.............................................11v
3.8................................................................................................................................................................
1.3. đêCóng
nghệ WiMAX............................................................................12
ấn
bảo mật.............................................................................................57

Các chuẩn IEEE 802.16 tiêu biểu:................................................14
3.9.1.3.1.
Anten.................................................................................................58
1.3.2.
WIMAX.......................................................................19
3.9.1. Lợi
Cácích
đặccủa
tính
và tham số cua anten............................................59
1.4. So sánh công nghệ WiFi - WiMAX......................................................20
3.9.2 Vùng phủ sóng của anten trạm gốc...............................................60

Chương 2: Lớp PHY và MAC của chuẩn IEEE 802.16 a...................22

3.9.3 Anten của CPE.............................................................................60
2.1. Lớp vậtlýPHY....................................................................................22
3.9.4 Hệ thống anten nâng cao...............................................................60
2.2................................................................................................................................................................ L

Chương 4:Thiêt kế kỹ thuật mạng truy nhập hăng rộng khóng dây
ớp MAC trong chuẩn IEEE 802.lóa...........................................................28

có định............................................................................................62
2.2.1. Những lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ................................29
4.1. Lựa chọn hệ thông và băng tần..........................................................62
2.2.2......................................................................................................................................................... L
4.1.1. Lựa chọn băng tần......................................................................62
ớp con phần chung (common part sublayer)..........................................29
4.1.2 Đặc điểm hệ thống......................................................................64
2.2.3. Lớp con bảo mật..........................................................................35
4.2. Mô hình kênh của mạng FBWA..........................................................64
2.3. Lớp con hội tụ truyền.........................................................................37
4.2.1. Mỏ hình suy hao đường truyền.................................................65
Chương 3:Cóng nghệ truy nhập băng rộng cô định.......................38
4.2.2. Mô hình Pading..........................................................................66
3.1. Các dải tần sô'trong truy nhập hăng rộng không dây cô'định (FBWA 4.3.
hình suy liao
đường truyền được sử dụng trong IEEE 802.lóa.. .66
FừedMô
Broadhand
Wireless
4.4. Access)............................................................................................38
Thiết kế dung lượng...........................................................................69
3.2. Topo mạng FBWA..............................................................................39
4.4.1. Tống lưu lượng và sự tập trung lưu Iưựng..............................69
3.3................................................................................................................................................................ C
4.4.2. Điều chế thích nghi và dung lượng trung bình của một sector

ấu trúc mạng
70 Điểm - Đa điểm (PMP)........................................................41
Tầmkế
nhìn

thẳng
mạng điểm - đa điểm (PMP)...........................42
Lén
hoạch
phủtrong
sóng.......................................................................72
3.5. Điều chế và mã lioá..........................................................................44
4.5.1 Bảng tính năng lượng liên kết...................................................72

3.4.
4.5.

3.5.1......................................................................................................................................................... C
4.5.2. Mòi quan hệ giữa độ dự trữ fading.........................................với

ác phương
pháp
điều
chếcấp
đơndịch
sóngvụ....................................................74
mang..............................................45
sự sản
sàng
cung
3.5.2......................................................................................................................................................... Đ
4.5.3. Phạm vi của BS - FBWA ở dải tần...........................................3,5

SV: Lê Văn
Ván Vinh - Lớp

Lóp ĐT4-K47

2
1


Đồ án
án tốt
tốt nghiệp
nghiệp
Đồ
5.2.

Mô

Mạng WiMAX&
WiMAX& WiFi
WiFi
Mạng
hình

kết

nôi

.......................................................................................................
81

Chương 1: Tổng quan về mạng không dây
5.2.1. Mô

hình
kết
nối
tổng
quát
Sự bùng
81 nổ về nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao và nhu cầu đa dạng
hoá5.2.2........................................................................................................................................................các
K
loạihảhình dịch
thư
điện tử,hiện
thương mại
năngvụ cung
tíchcấp như:
hợptruy nhập
với Internet,
hệ
thông
tại
điện
................................................................................................................
tử, truyền file,... là sự thúc đẩy cho sự xuất hiện của hàng loạt các chuẩn

Hìnhl.l: Tổng quan về các chuẩn không dây
- Mạng PAN - Personal Area Network: Chuẩn WPAN được ứng dụng

trong
phạm vi gia dinh, hoặc trong không gian xung quanh của 1 cá nhân, tốc độ
truyền

dẫn trong nhà có thể đạt 480 MB/giây trong phạm vi lOm. Trong mô hình
mạng
WPAN, có sự xuất hiện của các công nghệ Bluetooth dựa trên chuẩn IEEE
802.15(Tnstitute for Electrical and Electronics Engineers). Hiện nay 802.15
này
SV:
SV: Lê
Lê Văn
Văn Vinh
Vinh -- Lóp
Lớp ĐT4-K47
ĐT4-K47

34


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

là một phần của giải pháp văn phòng di động, cho phép người sử dụng kết nối
mạng LAN từ các khu vực công cộng như văn phòng, khách sạn hay các
sân

bay.

Tại Việt Nam WLAN dã được triển khai ứng dựng ở nhiều nơi. Công nghệ
này
cho phép người sử dụng có thể sử dụng, truy xuất thông tin, truy cập
Internet

với

tốc độ lớn hơn rất nhiều so với phương thức truy nhập gián tiếp truyền
thống.
- Mạng MAN: Mạng WMAN sử dụng chuẩn IEEE 802.16, được hoàn

thành
vào tháng 10/2001 và được công bố vào ngày 8/2002, định nghĩa đặc tả kỹ
thuật
giao diện không gian WirelessMAN cho các mạng vùng đô thị. Việc đưa ra
chuẩn này mở ra một công nghệ mới truy nhập không dây băng rộng
WiMAX
cho phép mạng không dây mở rộng phạm vi hoạt động tới gần 50 km và có
thể
truyền dữ liệu, giọng nói và hình ảnh video với tốc độ nhanh hơn so với
đường
truyền cáp hoặc ADSL. Đây sẽ là công cụ hoàn hảo cho các ISP muốn mở
rộng
hoạt dộng vào những vùng dân cư rải rác, nơi mà chi phí triển khai ADSL
và
dường cáp quá cao hoặc gặp khó khăn trong quá trình thi công.
- Mạng WAN: Trong tương lai, các kết nối Wireless WAN sẽ sử dụng

chuẩn
802.20 để thực hiện các kết nối diện rộng.
Do bản chất của mạng không dây là sử dụng sóng vô tuyến. Và như
SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

5

Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

Hình 2 minh hoạ vị trí của các chuẩn IEEE 802.11 và 16 trong hệ thống
các

802 2™ LOGICAL LINK
802 I™ BRIDGING
802.3
MED
IUM
ACC
802
.3
PHY

802.
4
ME
DIU
802
.4
PHY

802. 802
6
5

ME ME
DIU DIU
802
802.
.6
5
PHY
PHY

602
II
ME
DI
802.1
1
PHY

802.
12
MED
IUM
802.1
2
PHY

DA
TA
LIN
K
802.

16
ME
DIU
802.
PHY
16
PHY SlCA
L

* Formerly IEEE Std 802 IA™
Hìnhl.2: 802.11 và 802.16 trong hệ thống các chuẩn của IEEE 802.
1.2. Công nghệ WiFi

Trong bối cánh toàn cầu hoá, sự bùng nổ nhu cầu truyền số liệu tốc độ
cao

và

nhu cầu đa dạng hoá các loại hình dịch vụ cung cấp như truy nhập Internet,
thư
diện tử, thương mại điện tử, truyền file,... dã thúc đẩy sự phát triển của các
giải
pháp mạng cục bộ vô tuyến (WLAN). Mục đích của WLAN nhằm cung cấp
thêm
một phương án lựa chọn cho khách hàng bên cạnh các giải pháp như xDSL,
Ethernet, GPRS, 3G... WLAN là một phẩn của giải pháp văn phòng di
động,

cho

phép người sử dụng kết nối mạng LAN từ các khu vực công cộng như
khách

SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

sạn,

6


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

Ban đầu, WLAN được phát triển cho những ứng dụng LAN từ có dây
sang
không dây vì vậy WLAN có phạm vi phục vụ là trong nhà (Indoor). Tuy
nhiên,
công nghệ WLAN đáp ứng dẩy đủ đòi hỏi của các đối tượng mức doanh
nghiệp
về khả năng vận hành, tính ổn định, tốc độ cao, an ninh đảm bảo vv...Ngày
nay,
WLAN dược phát triển từ Tndoor sang Outdoor là khả năng cung cấp truy
nhập
băng rộng ở những điểm công cộng như nhà ga, sân bay, café internet hoặc
bất

cứ

địa điểm nào tập trung dân cư đông đúc có nhu cầu sử dụng Internet. Do

đáp

ứng

đầy đủ các đòi hỏi của các khách hàng mức doanh nghiệp cũng như các
khách
hàng cá nhân, vừa có ứng dụng Indoor và Outdoor nên WLAN trở thành
một
chuẩn dược thừa nhận và hỗ trợ rộng rãi của các nhà sản xuất lớn trên thế
giới.
Tương lai của mạng không dây phụ thuộc vào khả năng kết nối liên tục
và

an

toàn của nhiều loại thiết bị dân dụng như máy tính cá nhân, thiết bị trợ giúp
cá
nhân, diện thoại, máy in..., sự chuyển dổi qua lại không gián đoạn giữa
WLAN
và LAN. Sự phát triển nhanh chóng của các ứng dụng không dây di động
cũng
đang thúc đẩy quá trình này.

SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

7


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

Cho tới nay IEEE đã phát triển ba chỉ tiêu kỹ thuật cho mạng LAN
không
dây: 802.1 la, 802.1 lb và 802.1 lg. Cả ba chỉ tiêu kỹ thuật này sử dụng
công

nghệ

Đa truy nhập Nhạy cấm sóng mang có phát hiện va chạm (Carrier Sense
Multiple Access - Collision Detection CSMA/CD) như một giao thức chia
sẻ
đường dẫn. CSMA/CD là một phương pháp truyền dữ liệu được ưa thích vì
độ

tin

cậy của nó thông qua khả năng chống mất dữ liệu.
Một trạm không dây muốn truyền khung, đầu tiên nó sẽ nghe trên môi
trường
không dây để xác định liệu hiện có trạm nào đang truyền không (đây là
phần
nhạy cảm sóng mang của CSMA/CA). Nếu môi trường này hiện đang bị
chiếm,
trạm không dây tính toán một khoảng trễ lặp lại ngẫu nhiên. Ngay sau khi
thời
gian trễ đó trôi qua, trạm không dây lại nghe xem liệu có trạm nào đang
truyền
không. Bằng cách tạo ra một thời gian trễ ngẫu nhiên, nhiều trạm đang
muốn

truyền tin sẽ không cố gắng truyền lại tại cùng một thời điểm (đây là phần
tránh
xung đột của CSMA/CD).
Những va chạm có thể xảy ra và không giống như Ethernet, chúng
không

thể

bị phát hiện bởi các node truyền dẫn. Do đó, 802.llb dùng giao thức
Request

to

send (RTS)/ Clear to send (CTS) với tín hiệu ACK (Acknowlegment) dể
SV: Lê Văn Vinh - Lóp ĐT4-K47


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

tới mạng của nhà cung cấp dịch vụ thông qua các hệ thống truyền dẫn thông
dụng như cáp quang, cáp đồng hoặc viba. AP có khả năng chuyển đổi tín
hiệu

số

dến từ mạng của nhà cung cấp dịch vụ thành dạng tín hiệu số tương thích
với

các

chuẩn truyền dẫn vô tuyến. AP bao gồm một bộ thu phát (Transceiver) và
một

bộ

diều khiển (Controller) thực hiện các chức năng chủ yếu như:
■ Cung cấp giao diện cho kết nối với mạng của nhà khai thác, giao diện

vô
tuyến hướng phía khách hàng.
■ Đảm bảo chức năng an toàn thông tin trên giao tiếp vô tuyến, chứng

thực
giao diện kết nối với khách hàng.

■ Quản trị tài nguyên vô tuyến.

■ Đăng ký khối giao diện người sử dụng.

■ Định tuyến, tính cước.

SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

9


Ghép
Đồ

Đồ án
án tốt
tốt nghiệp
nghiệp
IEEE

Mạng
Mạng WiMAX&
WiMAX& WiFi
WiFi

FHS
S
kết nối sử dụng chuẩn 802.1 lb, 802.11 g hoạt động ở tần số 2,4 GHz có
thể

gây

ra. Bởi dải tần 2,4Bảng
GHz 1.1
thường
dùngchuẩn
trongIEEE
công nghiệp,
- So được
sánh các
802.11 y tế, và sử
54
54

Hìnhl. 3: Cấu hình một mạng WLAN điển hình
Các chuẩn IEEE 802.11 tiêu biểu:
* Chuẩn IEEE 802.11b
Tháng 9 năm 1999, Viện công nghệ điện và điện tử (ĨEEE) đã thông
qua

các

chỉ tiêu của chuẩn IEEE 802.1 lb hay còn được biết đến với tên gọi Wi-Fi.
IEEE
802. llb định nghĩa lớp vật lý và lớp con MAC cho việc truyền tin qua
mạng
LAN không dây dùng chung. Tại lớp vật lý, IEEE 802.llb hoạt động tại tần
số
vô tuyến 2,45GHz với tốc độ bit tối đa là 11 Mbps. Nó sử dụng công nghệ
truyền
dẫn trải trải phổ dãy trực tiếp (DSSS).
* Chuẩn IEEE 802.11g

Do IEEE phát triển, những mạng dùng chuẩn 802.1 lb cho phép dữ liệu
dược
truyền với dung lượng tối đa 10 megabit/giây (trung bình là 4 Mbps).
SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

10


Đồ án tốt nghiệp

•

Mạng WiMAX& WiFi

Thông tin được truyền trên không trưng trên tần số dùng chưng dẫn

đến
các vấn đề an ninh và nhiễu.
•

Tần số càng cao thì tốc độ càng cao, nhưng đồng thời độ suy giảm

cũng
càng cao...
1.3. Công nghệ WiMAX

Wi-Fi hiện đang là công nghệ kết nối không dây "nóng" xét từ nhiều
góc
độ. Tuy nhiên theo nhìn nhận của nhiều chuyên gia, Wi-Fi chẳng qua cũng
chỉ

là

"công nghệ mở đường" cho hàng loạt chuẩn kết nối không dây mới ưu việt
hơn
như WiMAX, 802.16e, 802.1 ln và Ultrawideband.
Tổ chức phi lợi nhuận WiMAX bao gồm các công ty sản xuất thiết bị
và
linh kiện truyền thông hàng đầu thế giới đang nỗ lực thúc đẩy và xác nhận
tính

1.2.1. Đánh giá ưu, nhược điểm của WIFI
tương
thích và khả năng hoạt động tương tác của thiết bị truy cập không

dây

băng

thông1.2.1.1.
rộng tuân
theo
kỹcủa
thuật
IEEE
802.16
tăng tốc độ triển khai
Môt
số chuẩn
un điểm
mang
không
dâyvà
WIFI
truy
cập không dây băng thông rộng trên toàn cầu. Do đó các chuẩn 802.16
•
Không phải khoan tường, bấm và đi dây.
thường
được biết đến với cái tên WiMAX.
•

Không phải ngồi tại những vị trí cố định.
Chuẩn IEEE 802.16 đầu tiên được hoàn thành năm 2001 và công bố

vào
năm 2002 thực sự đã đem đến một cuộc cách mạng mới cho mạng truy cập
SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

11
12


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

sóng trong một khu vực nhỏ, WiMAX có thể phủ sóng một vùng rộng tới
50

km

với tốc độ lên đến 70Mbps. WiMAX cung cấp truy nhập băng rộng không
dây

cố

định theo hai phương pháp điểm - điểm (Point to Point ) hoặc điểm - đa
điểm
(Point to multipoint).
Chuẩn ĨEEE 802.16, một mạng vùng đô thị không dây cung cấp sự

truy

nhập

mạng cho các tòa nhà thông qua an ten ngoài trời có thể truyền thông với
các

trạm

phát sóng cơ sở (BS). Do hệ thống không dây có khả năng hướng vào
những

vùng

địa lý rộng, hoang vắng mà không cần phát triển cơ sở hạ tầng tốn kém
như

trong

việc triển khai các kết nối cáp nên công nghệ tỏ ra ít tốn kém hơn trong
việc

triển

khai và như vậy dẫn đến sự truy cập băng rộng tăng lên ở khắp mọi nơi.
Một

ăng

ten WiMAX có hiệu quả đầu tư cao hơn khi cung cấp băng thông rộng tới

SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

13


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi
Non Uine
of Sight
Pointto

802.16

Pointto
Point
BACK
802.16

E1/T1+
LEVEL
SERVICE
OUTDOOR
Te co Core
Netvvork or
Private (Fiber)
Netvvork

IN

DO
QR

INTERNET
BACKBONE
30-40 Km
Hìnhl. 4: Mô hình mạng WiMAX

1.3.1.

Các chuẩn IEEE 802.16 tiêu biểu:

Ban đầu chuẩn IEEE 16 chỉ có một sự đặc tả lớp MAC. Sau một loạt
những
nghiên cứu đã đưa thêm vào nhiều sự khác biệt về những đặc tả lớp vật lý
(PHY)
như những sự chỉ định trải phổ mới, cả cấp phép và không cấp phép, đã trở
nên

có

giá trị. Dưới đây trình bày bản tóm tắt ngắn gọn về những sự mở rộng khác
nhau
và các dải tần của họ chuẩn IEEE 802.16.
1.3.1.1. IEEE 802.16 -2001

SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

14

Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

này được mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trong băng
tần
10 - 66 GHz. Với phương pháp điều chế đơn sóng mang 802.16 hỗ trợ cả
hai
phương pháp song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division
Dưplexing)
hay phân chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplexing).
Trong khi chuẩn IEEE 802.11 dùng phương pháp truy nhập nhạy cảm
sóng
mang có cơ chế tránh xung đột (Carrier Sense Multiple Access with
Collision
Avoidance - CSMA/CA) để cho phép khi nào một node trên mạng được
phép
truyền dữ liệu, thì lớp MAC của IEEE 802.16-2001 sử dụng một mô hình
hoàn
toàn khác để diều khiển sự truyền dẫn trên mạng. Trong thời gian truyền
dẫn,
phương pháp điều chế được ấn định bởi BS và chia sẻ với tất cả các node
trong
mạng trong thông tin broadcast cho cả đường lên và dường xuống. Bằng
việc

lập

lịch cho việc truyền dẫn, vấn đề các node ảo đã được loại trừ. Thuê bao chỉ

cần
nghe tín hiệu từ BS và sau đó là từ các node trong phạm vi phủ sóng của
BS

đó.

Ngoài ra, thuật toán lập lịch có thể thay đổi khi xảy ra quá tải hoặc khi số
thuê
bao tăng lên quá nhiều.
Trạm thuê bao (Subscriber Stations - SS) có thể thương lượng về độ
rộng
SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

dải
15


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

CÓ khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ khác nhau xuống lớp vật lý. Khả
năng
hỗ trợ chất lượng dịch vụ được xây dựng dựa theo khái niệm về lưu lượng
dịch

vụ

(Service flows), nó dược xác định một cách vừa dủ bởi một ID lưu lượng
dịch

vụ.

Những lưu lượng dịch vụ này được mô tả bởi các tham số QoS của chúng
như
thời gian trễ tối da và lượng jitter cho phép. Lưu lượng dịch vụ là đơn
hướng

và

nó có thể được tạo ra bởi BS hoặc ss.
Đóng vai trò cốt lõi trong việc bảo mật của chuẩn IEEE 802.16 là lớp
con
riêng biệt (privacy sublayer). Mục đích chính của lớp con riêng biệt là cung
cấp
sự bảo mật trên các kết nối không dây của mạng. Nó được thực hiện thông
qua
việc mật mã hoá dữ liệu gửi giữa BS và ss. Để ngăn cản việc trộm dịch vụ,
ss

có

thể dược nhận thực qua chứng chỉ số X.509. Chứng chỉ này bao gồm khoá
công
khai của ss và địa chỉ MAC.
1.3.1.2. IEEE 802.Ỉ6a-20Q3

Năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802. lóa để cung cấp khả
năng

truy

cập băng rộng không dây ở đầu cuối và điểm kết nối bằng băng tần 2-11
GHz

với

khoảng cách kết nối tối đa có thể đạt tới 50 km trong trường hợp kết nối
điểm
điểm và 7-10 km trong trường hợp kết nối từ điểm đa điểm. Tốc độ truy
SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

16


Đồ
Đồán
ántốt
tốtnghiệp
nghiệp

Mạng
MạngWiMAX&
WiMAX&WiFi
WiFi

Line
of
Non Light of Sight
Non Light

Sight
điều chế đa truy nhập phân chia theo tần số
trực
(Orthogonal Frequency
of chuẩn
Sightgiao
Bảng 2- So sánh các
IEEE 802.16
Division Multiple Access — OFDMA- Modulation) trong phạm vi dải tần

Môi

2-11
GHz .
Vấn dề bảo mạt cũng được cải tiến, với rất nhiều đặc trưng lớp con
Mức

di

động

riêng
biệt
Cố địnhđược đưa Cố
định
thêm vào. Các đặc tính riêng Có
biệtthể
được
chosử dụng để nhận thực tác
nhân

tốc độ di
gửi (sender) của một thông điệp MAC nào
đó.
chuyển

Băng
TEEE 802.lóa cũng đưa thêm các tưỳ chọn hỗ trợ cho mạng Mesh, ở
Bán kính
cell

những
1.7-5km
1.7-5km
tới lOkm;
tối được
đa 50định
km tuyến từ ss tới ss. Đây là sự thay đổi từ
noi mà lưu5 lượng
có thể
tùy thuộc vào điều kiện
chế
độ
PMP, khi truyền
mà lưu lượng chỉ được phép truyền giữa BS và ss. Sự bổ sung
những
đặc tả lớp MAC thích hợp cho phép việc lập lịch truyền dẫn giữa các ss của
mạng Mesh mà không cần phải có sự kiểm soát của BS.
1.3.1.3.IEEE 802.lóc-2002
Chuẩn ĨEEE 802.lóc dược đưa ra vào tháng 9/2002. Bán cập nhật đã
sửa

một

số lỗi và sự mâu thuẫn trong bản tiêu chuẩn ban đầu và thêm vào một số
proíiles
hệ thống chi tiết cho dẩi tần 10-66 GHz.
1.3.1.4. IEEE 802.16-2004

Chuẩn IEEE 802.16-2004 được chính thức phê chuẩn ngày 24/07/2004
và

SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

17


-

Đồ
án
án sô
tốt
tốt nghiệp
nghiệp - Kênh có thể chọn từ 1.5Kênh trong giảiĐồ
tần
20
MHz
20MHz
* So sánh về chất lưựng dịch vụ:

Mạng
Mạng WiMAX&
WiMAX& WiFi
WiFi

Giúp đỡ sự cho phép những dặm cuối cùng của dải băng tần rộng triển
1.3.2.
Lợi ích của WIMAX
khai
Kênh tần số 20 MHz
- Kênh tần số đa dạng từ 1.5công nghệ không
dây trong khi vẫn giữ sự bổ sung của công nghệ
20MHz
• Độ rủi ro của giá và vốn đầu tư nhỏ .
WiFi.
•

-

• Một điểm quyết định đó là chuẩn cơ sở dưa trên sự cải tiến OpEx, bởi
• Các nhà cung cấp đã sử dụng các thiết bị của chuẩn 802.16 để đảm bảo

-

sự
phát
Tối ưu cho NLOS trongtốc
nhà
- Tối ưu cho NLOS ngoài trời
sinh đổi mới ở tất cả các lớp, vấn đề quản lý mạng, antenna và một số

độ của luồng Tl/El hoặc mạng tốc độ cao kết nối tới các điểm truy cập
thứ
WiFi
khác nữa.
của họ .
* Về tính mở rộng:
• Thông lượng cao ở vùng phú sóng xa hơn(> 50 Km).
* Bảo mật

•

Số bit/s/Hz lớn hơn ở vùng phủ sóng xa hơn .
* So sánh về khả năng hoạt động:

•

•

* Tầm hoạt động:
Công suất của hệ thống có thể tăng cao.

Đơn giản khi tăng thêm một sector mới, cùng với sự mềm dẻo của các
kênh

cho
khả
năng chứa đựng của một cell có thể tăng lên là lớn nhất, vì
*làm
Tầm
bao

phủ:
Phiên
bản
đầu
tiên
802. lỏa có triển vọng được sử dụng trong các kết nối
vậy
không
nó cho phép mạng hoạt động tốt hơn hay cũng giống như đồng thời làm
tăng
lượng khách hàng.
dây cố định thì các phiên bản kế tiếp 802.16 e,f,g. cung cấp kết nối cho các
•

Sự mềm dẻo về băng thông của các kênh tạo cho sự trải phổ được phân
chia

SV:
SV:
SV:Lê
Lê
LêVăn
Văn
VănVinh
Vinh
Vinh---Lớp
Lớp
LớpĐT4-K47
ĐT4-K47
ĐT4-K47

21
19
20
18


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

Lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ
MAC
Chương 2: Lớp PHY và MAC của chuẩn IEEE
Lớp con MAC phần chung

802.16 a

Chuẩn IEEE 802.lóa được xây dựng dưới dạng thức ngăn xếp với
nhiều
giao
Lớp con bảo
mật
diện dược định nghĩa. Lớp MAC bao gồm ba lớp con: Lớp con hội tụ
chuyên

biệt

dịch vụ (Service Speciíic PHY
Convergence Sublayer), lớp con MAC phần

chung
16-

(MAC Common Part Sublayer) và lớp con bảo mật (Privacy Sublayer).
64-


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

cho các hệ thống hoạt động ở dải tần từ 2GHz đến 11GHz. ý nghĩa quan trọng
của sự khác nhau giữa hai băng tần trên đó là khả năng hỗ trợ trong tầm
nhìn
không thẳng NLOS và ở tần số thấp khi mà các thiết bị không thể thực hiện
được
ở tần số cao. Do đó chuẩn IEEE 802.lóa đã sửa đổi và là một chuẩn mở tạo
cơ
hội cho sự thay đổi lớn ở lớp vật lý. Nó được chỉ rõ qưa sự khuyến cáo hai
phương pháp điều chế ở lóp vật lý đó là:
• 256 point FFT OFDM
• 2048 point FFT OFDMA

Sau một số lần kiểm tra, cuối cùng tổ chức WiMAX đã chấp nhận sự
hỗ

trợ

của phương pháp điều chế 256 point FFT OFDM, cùng với sự phát triển
của

các

công nghệ khác dựa vào sự quyết định của thị trường. Thay vì lựa chọn
CDMA

tổ

chức IEEE đã lưa chọn dạng tín hiệu OFDM vì nó có khả năng hỗ trợ sự
thực

thi

trong tầm nhìn không thẳng, trong khi vẫn duy trì được mức hiệu suất cao
nhất
của quang phổ khi sử dụng dải phổ có sẵn. Trong công nghệ CDMA
(thường
được áp dụng trong điện thoại di động thế hệ 2G - 3G) băng thông RF cần
Hình 2.1: Vị trí tương đối của các lớp MAC và PHY
phải
vậtsolývới
PHY
lớn 2.1.
hơnLớp
nhiều
lưu lượng dữ liệu, để có thể đáp ứng được cho bộ xử
lý
Trong
nhữngTuy
công

bố đầu
của
chuẩn
IEEE
802.16
ra rằng
nó
chống
lại nhiễu.
nhiên
thựctiên
tế thì
băng
thông
không
dây chỉ
không
thể đạt
hoạt
tới
động trong tầm nhìn thẳng LOS ở băng tần cao trong dải tần số từ 10GHz
SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

22
23


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

FEC (forward error correction) có khả năng thay đổi kích thước block
và

khả

năng sửa lỗi. FEC này được liên kết với một mã nhân chập khối bên trong
để
truyền dữ liệu tới hạn một cách thông suốt, như các truy nhập điều khiển
khung
và truy nhập khởi đầu.
Hệ thống sử sụng một khung 0.5, 1 hoặc 2 ms. Khung này được chia ra
thành
những khe vật lý cho mục đích cấp phát và nhận biết dải thông thuộc các
chuyển
tiếp PHY. Một khe vật lý được định nghĩa cho 4 ký hiệu QAM (quadrature
amplitude modulation). .
Trong phương án TDD của PHY, khung con của đường lên kế tiếp theo
khung con của đường xuống trong cùng một tần số sóng mang. Trong
phương

án

FDD, các khung con của đường lên và đường xuống cuối cùng cũng trùng
khớp
nhưng chúng được mang trên những tần số riêng biệt.

SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

24

Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

Hình 2.2: Khung con đường xuống

Xét khung con đường lên: Trong đó UL - MAP cấp dải thông cho các
CPE
cự thể. Các CPE truyền trong vừng cấp phát được ấn định có sử dụng bưrstproíìle
chỉ rõ bởi UIUC (Ưplink Interval Usage Code) trong mục vào UL - MAP
cấp

SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

dải

25


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi
Khoảng trống
trống chuyển
chuyển tiếp ss

Xung dột

Klioáng
tiếp Tx/Rx

Xung dột

Hình 2.3: Khung con đường lên

Một số nét đặc trưng khác của lóp vật lý ở chuẩn IEEE 802.lóa mà do
phương pháp điều chế đó mang lại đó là công suất phát lớn trong một vùng
rộng,
độ rộng các kênh có tính mềm dẻo, một mặt thích ứng về tốc độ, tự hiệu
chỉnh
lỗi, phụ thuộc vào các hệ thống anten cao cấp để cải thiện vùng phủ sóng và
dung
lượng hệ thống, phương pháp lựa chọn tần số DFS sẽ làm cho nhiễu giảm
tới
mức nhỏ nhất có thể, phương pháp mã hóa theo các khoảng thời gian tăng

SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

26


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

• Với phương pháp điều chế 256 point FFT OFDM, nó sẽ tạo ra những

sự

hỗ

trợ cho việc xây dựng các địa chỉ mạng đa đường trong môi trường
LOS

ở

vùng

Outdoor và NLOS.
• Với khả năng thích ứng điều chế và phương pháp mã hóa có khả năng

tự
hiệu chỉnh lỗi trong một cụm RF, đã đảm bảo độ mạnh cho các kênh
RF

trong

khi vẫn đảm bảo số bít / giây cho mỗi một khối các thuê bao là lớn
nhất.
• Với việc hỗ trợ truy nhập TDD và FDD, thì việc thay đổi địa chỉ trên

toàn
diện rộng được quy định ở một nơi nào đó hoặc tất cả những nơi
cho phép.
• Với dộ mềm dẻo về kích thước của kênh, nó cung cấp tính mềm dẻo

cần
thiết cho sự hoạt dộng ở một số băng tần khác nhau với sự thay dổi

kênh

theo

nhu

cầu trên toàn thế giới.
• Với sự hỗ trợ của hệ thống anten smart, sẽ làm tăng khả năng triệt

nhiễu
như vậy hệ thống sẽ lớn lên và giá thành sẽ giảm xuống.
Trong các hệ thống, sau đoạn TDM là một đoạn TDMA có chứa một
đoạn
mở dầu (preamble) phụ tại điểm xuất phát của mỗi burst-profile mới. Đặc
tính
SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

27


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

2.2. Lớp MAC trong chuẩn IEEE 802.16a

Giao thức MAC IEEE 802.lóa được thiết kế cho những ứng dụng truy
nhập
không dây băng rộng “điểm - da điểm”. Nó hướng vào như cầu những tốc
độ

truyền theo bit rất cao, cả đường lên (tới BS) và dường xuống (từ BS).
Những

giải

thuật truy cập và định vị dải thông phải thích ứng hàng trăm thiết bị đầu
cuối

cho

mỗi kênh, với những thiết bị đầu cuối dùng chung cho nhiều người dùng
cuối.
Những dịch vụ được yêu cầu bởi những người dùng cuối này vẫn thay đổi
như
vốn có và bao gồm tiếng và dữ liệu TDM (time-division multiplex) kế thừa,
kết
nối IP (Internet Protocol) và VoIP (voice over IP) gói hóa. Để hỗ trợ sự đa
dạng
các dịch vụ, MAC 802.lóa phải điều tiết cả hai lưu lượng liên tục
(continuous)

và

không liên tục (bursty). Đồng thời, những dịch vụ này đang chờ để được
gán

chất

lượng dịch vụ (QoS) thích hợp với những kiểu lưu lượng như vậy. MAC
802.lóa

cung cấp một phạm vi rộng các kiểu dịch vụ tương tự như những dịch vụ
ATM
truyền thống cũng như những dịch vụ mới hơn như GFR (guaranteed frame
rate).
Giao thức MAC 802. lóa cũng phải hỗ trợ một sự đa dạng các nhu cầu
gửi

SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

trả

28


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

2.2.1. Những lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ

Chuẩn IEEE 802. lóa định nghĩa hai lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch
vụ
tổng thể để ánh xạ các dịch vụ đến và từ những kết nối MAC 802.lóa. Lớp
con
quy tụ ATM dược định nghĩa cho những dịch vụ ATM và lớp con quy tụ gói
được
định nghĩa để ánh xạ các dịch vụ gói như IPv4, IPv6, Ethernet và VLAN
(Virtual
local area network). Nhiệm vụ chủ yếu của lớp con là phân loại các SDU
(Service

data unit) theo kết nối MAC thích hợp, bảo toàn hay cho phép QoS và cho
phép
định vị dải thông. Ngoài những chức năng cơ bản này, các lớp con quy tụ
có

thể

cũng thực hiện nhiều chức năng phức tạp hơn như chặn và xây dựng lại dầu
mục
tải tối đa (payload header) để nâng cao hiệu suất kết nối không gian
(airlink).

2.2.2. Lớp con phần chung (common part sublayer)

Nhìn chung về kiến trúc tổng thể MAC 802.lóa được thiết kế để hõ trợ
kiến
trúc “điểm - đa điểm” với một BS trung tâm điều khiển nhiều khu vực độc
lập
đồng thời. Trên đường xuống, dữ liệu đến các CPE được dồn kênh theo
kiểu
TDM. Đường lên được dừng chung giữa các CPE theo kiểu TDMA.
SV: Lê Văn Vinh - Lóp ĐT4-K47

29


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

nhiều hơn như những gì được sử dụng để chứng thực và cài đặt kết nối. Kết
nối
quản lý thứ cấp được sử dụng để truyền các thông điệp quản lý dựa trên cơ
sở

các

chuẩn như DHCP (Dynamic Host Coníiguration Protocol), TFTP (Trivial
File
Transíer Protocol) và SNMP (Simple Network Management Protocol).
Ngoài
những kết nối quán lý này, các CPE dược cấp phát các kết nối vận chuyển
(transport connection) cho các dịch vụ đã ký hợp đồng. Những kết nối vận
chuyển theo một hướng duy nhất đơn giản hoá các tham số QoS đường lên
và
dường xuống khác nhau và các tham số lưu lượng. Ngoài ra MAC còn dự
trữ

các

kết nối bổ sung cho những mục đích khác như sự truy nhập lúc khởi đầu
trên

cơ

sở cạnh tranh, sự truyền quảng bá (broadcast) cho đường xuống cũng như
cho
báo hiệu kiểm tra tuần tự (polling).
2.22.1 Viêc truyền các MAC-PDU
Lớp MAC của IEEE 802.16 MAC hỗ trọ các giao thức lớp cao hơn

khác

nhau

như ATM hay IP. Những MAC-SDU mới đến từ các lóp con quy tụ tương
ứng
được định dạng theo khuôn dạng của MAC-PDU, có thể với sự phân mảnh
và/hoặc dóng gói, trước khi được chuyên trở qua một hay nhiều kết nối với
sự
đồng ý của giao thức MAC. Sau khi vượt qua kết nối không gian (airlink),
các
MAC-PDU dược cấu trúc trở về các MAC-SDU gốc, như vậy những sửa
đổi
SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

30


Đồ án tốt nghiệp

Mạng WiMAX& WiFi

xuống “continuous” có tính đến các kỹ thuật nâng cao hiệu suất như
“interleaving”
(chèn). Các đường xuống “burst” (hoặc FDD hoặc TDD) cho phép sử dụng
nhiều
kỹ thuật nâng cao khả năng và dung lượng hơn như burst-profiling thích
ứng

mức

thuê bao và các hệ thống ăngten cải tiến.
MAC xây dựng khung con (subữame) của đường xuống bắt đầu với
một
đoạn điều khiển khung có chứa các thông điệp DL-MAP và UL-MAP.
Chúng

chỉ

ra những chuyển tiếp PHY trên đường xuống cũng như những định vị dải
thông
và các burst-profile ở dường lên.
DL-MAP luôn có thể ứng dụng cho khung hiện thời và luôn có độ dài
tối
thiểu là hai block FEC. Sự chuyển tiếp PHY đầu tiên được biểu thị trong
block
FEC đầu tiên, cho phép thời gian xử lý thích ứng. Trong cả hai hệ thống
TDD

và

FDD, UL-MAP cung cấp các định vị bắt đầu không muộn hơn khung
đường
xuống tiếp theo. Tuy vậy, UL-MAP có thể định vị sự khởi đầu khung hiện
thời,
miễn là những thời gian xử lý và những độ trễ toàn phần (round-trip delay)
phải
dược giám sát.
2.2.23 Radio Link Control (Điều khiển Kết nối Radio, RLC)

SV: Lê Văn Vinh - Lớp ĐT4-K47

31