Luận văn thạc sĩ mạng wimax và thử nghiệm ở việt nam
- 134 trang
- file .pdf
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
-----------------------------------
NGUYỄN THỊ THỦY
MẠNG WIMAX VÀ THỬ NGHIỆM Ở VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
THÁI NGUYÊN - 2008
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
-----------------------------------
NGUYỄN THỊ THỦY
MẠNG WIMAX VÀ THỬ NGHIỆM Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60.48.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS LÊ BÁ DŨNG
THÁI NGUYÊN - 2008
MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC ..........................................................................................................
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ...............................................................................
DANH SÁCH HÌNH VẼ ....................................................................................
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX ............................... 3
1.1. Tổng quan về mạng không dây băng rộng ............................................... 3
1.1.1. Các khái niệm về mạng không dây băng rộng ................................... 3
1.1.2. Vài nét về những mạng không dây đang tồn tại ................................ 4
1.2. Khái niệm về công nghệ WiMAX ........................................................... 6
1.2.1. WiMAX là gì? ................................................................................... 6
1.2.2. Giới thiệu các chuẩn IEEE 802.16.................................................... 7
& tầm nhìn hạn chế (LOS & NLOS) ..... 8
1.2.4. Các mô hình ứng dụng ................................................................... 10
.......................................... 13
.......................................................................... 14
1.4. Cấu hình mạng ..................................................................................... 14
1.4.1. Cấu hình điểm – điểm PP ............................................................... 14
1.4.2.Cấu hình điểm-đa điểm PMP........................................................... 15
1.4.3. Cấu hình mắt lưới MESH ............................................................... 15
CHƢƠNG 2. LỚP PHY & MAC CỦA CHUẨN 802.16............................... 17
2.1. Chuẩn IEEE 802.16e (IEEE 802.16-2005) ........................................... 18
2.1.1.Lớp vật lý ........................................................................................ 18
2.1.2.Lớp điều khiển truy cập môi trường (MAC) .................................... 26
2.2. Chuẩn IEEE 802.16e (IEEE 802.16-2005) ........................................... 35
2.2.1. Lớp vật lý ....................................................................................... 35
............................................................................... 38
IMAX ............................... 41
3.1. OFDM ................................................................................................. 41
3.1.1. OFDM Symbol ............................................................................... 42
.. 43
........................................................... 45
3.2. OFDMA............................................................................................... 48
3.2.1. OFDMA Symbol ............................................................................. 48
.................. 52
ten thông minh.......................................................... 53
................................................................. 55
............................................................. 56
(Roaming) ............................................ 56
CHƢƠNG 4. CÁC VẤN ĐỀ BẢO MẬT TRONG WiMAX..................... 61
4.1. Giới thiệu lớp con bảo mật ................................................................... 61
4.2. Giao thức quản lý khóa PKM ............................................................... 63
4.2.1. Tổng quan sự cấp phép SS và sự trao đổi khóa AK ......................... 64
4.2.2. Tổng quan sự trao đổi TEK ............................................................ 66
4.3. Các sử dụng khóa ................................................................................. 69
4.3.1. Sự sử dụng khóa của BS ................................................................. 69
4.3.2. Sự sử dụng khóa của SS .................................................................. 72
4.4. Các phương thức mã hóa ...................................................................... 75
4.4.1. Các phương thức mã hóa dữ liệu .................................................... 75
4.4.2. Mã hóa TEK ................................................................................... 75
4.4.3. Nguồn ngốc của các TEK, KEK, .................................................... 76
CHƢƠNG 5. TRIỂN KHAI HỆ THỐNG WiMAX TẠI LÀO CAI ............. 77
5.1. Các thiết bị cần thiết để triển khai mạng WiMAX ................................ 77
5.1.1. Trạm gốc – WiMAX Base Station ................................................... 77
5.1.2. Trạm thuê bao................................................................................. 77
5.1.3. Trung tâm quản lý .......................................................................... 77
5.2. Dự án thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Lào Cai............................... 79
5.2.1. Mô hình triển khai thử nghiệm WiMAX pha 1 tại TP Lào Cai ......... 81
5.2.2. Mô hình triền khai thử nghiệm WiMAX pha 2 ................................. 92
....................................................112
KẾT LUẬN....................................................................................................114
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................117
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
3-DES Tripple – Data Encryption -
Standard
ACK Acknowledgement Bản tin ACK
ADC Analog to digital converter Bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương
tự sang số
AES Advanced Modulation and Mã hóa và điều chế thích nghi
Coding
AK Authentication Key
AM Amplitude modulation Điều chế biến độ
AMC Adaptive modulation and Điều chế và mã hóa thích nghi
coding
AP Access Point
ARQ Automatic Retransmission Yêu cầu truyền lại tự động
Request
ASN Access Service Network
ASP Aplication Service Network
ATM Asynchronous transfer mode Chế độ truyền dị bộ
BER Bit error ratio Tỷ lệ lỗi bit
bps Bit per second Số bít trên giây
BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân
BS Base station Trạm gốc
BW bandwidth Băng thông
BWA Broadband Wireless Access Truy cập không dây băng rộng
C/I Carrier – to – Interference Tỷ số tín hiệu/xuyên nhiễu
Ratio
CA Certification authority Quyền Chứng thực
CDMA Code division multiplex Đa truy nhập phân chia theo mã
access
CID Connection Identifier Bộ nhận dạng kết nối
CINR Carrier to Interference Tỷ lệ nhiễu và tạp nhiễu của sóng
+Noise Ratio mang
CPE Customer Premise Thiết bị tại nhà khách hàng
Equipment
CPS Common Part Sublayer Lớp con phần chung
CQICH Channel Quality Information Kênh thông tin chất lượng kênh
Channel
CRC Cyclic redundancy check Kiểm tra dư thừa vòng
CS Convergence sublayer Lớp con hội tụ
CSMA Carrier sense multiple access Đa truy nhập dò sóng mang
CSN Connectivity Service
Network
DBMS Database Management Hệ thống quản lý dữ liệu
System
DCD Downlink channel Mô tả kênh đường xuống
description
DES Data encryption standard Tiêu chuẩn mật mã dữ liệu
DHCP Dynamic Host Configuration Giao thức cấu hình máy chủ động
Protocol
DL Downlink Đường xuống
DSL Digital Subscriber Line
EAP Extensible Authentication Giao thức nhận thực mở rộng
Protocol
ECB Electronic code book Bảng mật mã điện tử
EDE Encrypt-Decrypt-Encrypt Mật mã-giải mã-mật mã
FCH Frame control header Mào đầu điều khiển khung
FDD Frequency Division Song công theo tần số
Duplexing
FDMA Frequency division multiple Đa truy nhập phân chia theo tần
access số
Forward Error Correction Mã hóa sử lỗi trước
FEC
FFT Fast Fourier transform Biến đổi Fourier nhanh
FM Frequency Modulation Điều tần
FUSC Full usage of subcarriers Sử dụng toàn bộ sóng mang con
FWA Fixed wireless access Truy nhập không dây cố định
HARQ Hybrid ARQ ARQ lai
HIPERLAN High Performance Local Mạng LAN hiệu suất cao
Area Network
HMAC Hash – based message Mã nhận thực bản tin hash
authentication code
IEEE Institute for Electrical and Viện kỹ thuật điện và điện tử
Electronic Engineers (Mỹ)
IFFT Inversion Fast Fourier Biến đổi Fourier ngược nhanh
transform
IP Internet protocal Giao thức Internet
ISI Inter – symbol interference Nhiễu liên ký hiệu
KEK Key encryption key Khoá Mật mã Khoá
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LLC Logical Link Control Điều khiển kết nối logic
LOS Line of sight Tầm nhìn thẳng
MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy cập môi
Layer trường
MAN Metropolitan area network Mạng khu vực đô thị
MAP Media Access Protocol Giao thức truy cập môi trường
MBWA
Macro Diversity Handover
MDHO Chuyển giao đa dạng riêng
MIB Management Information Cơ sở thông tin quản lý
Base
MIC Ministry of Information and Bộ thông tin và truyền thông
Communications
MIMO Multi input Multi output Đa đường vào đa đường ra
MS Mobile station Thiết bị di động
NAP Network Access Provider Nhà cung cấp mạng truy nhập
NLOS Non Light of Sight Truyền sóng không trực xạ
NMS Network Refence Provider Phần mềm quản lý hệ thống
NRM Network Reference Module Mô hình tham chiếu mạng
NSP Network Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ mạng
ODU Outdoor Unit Thiết bị ngoài trời
OFDM Orthogonal Frequency Đa truy nhập phân chia theo tần
Division Multiplexing số trực giao
OFDMA Orthogonal frequency Đa truy nhập chia tần số trực giao
division multiple access
OSI Open system inter – connect Kết nối liên hệ thống mở
PAN Personal Access Network Mạng truy nhập cá nhân
PC Personal Computer Máy tính cá nhân
PDA Protocol Data Unit Thiết bị hỗ trợ kỹ thuật số cá
nhân
PDU Protocol data unit Đơn vị dữ liệu thủ tục
PER Packet Error Rate Tỷ lệ lỗi gói
PHS Packet header suppression Nén tiếp đầu gói
PHY Physical Layer Lớp vật lý
PIN Personal Identification Số nhận dạng cá nhân
Number
PKM Privacy key management Quản lý khoá riêng
PMP Point - to - multipoint Điểm - Đa điểm
PN Pseudo Noise Nhiễu giả
PP Point-to-Point Điểm-Điểm
PS Physical slot Khe vật lý
PSTN Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch
Network công cộng
PUSC Partially Used Sub-Carrier Sóng mang con sử dụng riêng
QAM Quadrature amplitude Điều chế biên độ cầu phương
modulation
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
QPSK Quadrature Amplitude Điều chế biên độ cầu phương
Modulation
QPSK Quadrature phase shift Khóa dịch pha cầu phương
keying
RF Radio frequency Tần số vô tuyến
RSA Rivest, Shamir, Adleman Tên của 3 nhà phát minh
RSP Response Trả lời
RTG Receive/Transmit Transition Khoảng trống chuyển tiếp
Gap Thu/phát
Rx Reception Thu
SA Security association Tập hợp bảo mật
SAID Security association Bộ nhận dạng tập hợp bảo mật
identifier
SAP Service access point Điểm truy nhập dịch vụ
SC Single carrier Kênh mang đơn
SDU Service data unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SF Service flow Luồng dịch vụ
SFID Service Flow Identifier Bộ Nhận dạng Luồng Dịch vụ
SHA Secure Hash Algorithm Thuật toán „băm‟
SIM Subscriber Identify Module Module nhậnd ạng thuê bao
SM Spatial Multiplexing Ghép kênh không gian
SNMP Simple Network Thủ tục quản lý mạng đơn giản
Management Protocol
SNR Signal-to-noise ratio Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm
SS Subscriber Station Trạm thuê bao
STC Space time coding Mã thời gian không gian
SVC Switched Virtual Connection Mạch ảo chuyển mạch
TC Transmition Convergence Lớp con hội tụ truyền
Sublayer
TDD Time Division Duplexing Song công theo thời gian
TDM Time Division Multiplexing Dồn kênh phân chia theo thời
gian
TDMA Time division multiple Đa truy nhập phân chia thời gian
access
TEK Traffic encryption key Khoá mật mã lưu lượng
TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin tiết kiệm
tài nguyên
TTG transmit/receive transimision Khoảng trống chuyển tiếp
gap Phát/Thu
Tx Transmission Truyền dẫn
UCD Uplink channel descriptor Bộ mô tả kênh đường lên
UL Uplink Hướng lên
VoIP Voice over IP Thoại trên nền IP
WCDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng
WiBro Wireless broadband Băng rộng không dây
WiMAX Worldwide Interoperability Khả năng tương tác toàn cầu đối
for Micoware Access với truy nhập vi ba
WLAN Wireless local Area Network Mạng cục bộ không dây
WMAN Wireless Metropolitian Area Mạng đô thị không dây
Network
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1 Tóm tắt các chuẩn 802.16 cơ bản 7
Bảng 2.2 802.16 – 34
2004
Bảng 3.1 Sự suy giảm tín hiệu trong môi trường vô tuyến 44
Bảng 3.2 52
Bảng 3.3 53
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1 Minh họa các loại mạng không dây 05
Hình 1.2 Các chuẩn 802.16 tiêu biểu 07
Hình 1.3 09
Hình 1.4 Mô hình ứng dụng WiMAX 10
Hình 1.5 Mô hình ứng dụng WiMAX di động 12
Hình 1.6 Cấu hình PMP 15
Hình 1.7 Cấu hình mesh 16
Hình 2.1 17
Hình 2.2 Ví dụ về vị trí dải tần FDD 19
Hình 2.3 Cấu trúc khung TDD 19
Hình 2.4 Cấu trúc khung con đường lên TDD 21
Hình 2.5 Khung con DL FDD 22
Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường
Hình 2.6 24
hợp TDM
Hình 2.7 Khuôn dạng của lớp con hội tụ truyền PDU 24
Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường
Hình 2.8 25
hợp TDMA
Hình 2.9 Cấu trúc khung con đường xuống 26
Hình 2.10 Cấu trúc khung WiMAX OFDMA 36
Hình 3.1 Cấu trúc OFDM symbol trong miền 42
Hình 3.2 Đặc tả OFDM trong miền tần số 42
Hình 3.3 44
Hình 3.4 – 46
Hình 3.5 47
Hình 3.6 3 48
kênh con)
Hình 3.7 49
Hình 3.8 50
Hình 3.9 57
Hình 3.10 59
Hình 4.1 Thủ tục trao đổi khóa TEK 67
Hình 4.2 Sự quản lý AK trong BS và SS 71
Hình 4.3 Quản lý TEK trong BS và SS 74
Hình 5.1 Trung tâm quản lý 78
Hình 5.2 Mô hình hệ thống WiMAX Lào Cai 82
Hình 5.3 Hệ thống BreezeMAX 3300 83
Hình 5.4 Hệ thống WiMAX tại Base Station Bưu điện Lào Cai 84
Hình 5.5 Anten Ommi ANT tần số hoạt động 3.3 - 3.4 GHz 84
Hình 5.6 Kết nối tại trạm gốc WiMAX 85
Hình 5.7 Kết nối tại trạm đầu cuối WiMAX 86
Hình 5.8 Kết nối tại trạm đầu cuối WiMAX (Phía sau CPE) 87
Hình 5.9 Kết nối hệ thống VoIP 88
Hình 5.10 89
Hình 5.11 cho MBST 89
Hình 5.12 90
Hình 5.13 90
Giao diện hệ thống quản lý NMS BreezeLITE của
Hình 5.14 91
Alavarion
Hình 5.15 Các QoS được quy định trong phần mềm BreezeLite 91
Sơ đồ tổng thể kết nối WiMAX giữa BTS – End user tại
Hình 5.16 92
Tả Van
Hình 5.17 Thiết bị BS Outdoor MicroMAX SOC 3.3 93
Hình 5.18 Thực tế anten trạm gốc 94
Hình 5.19 Đấu nối trạm gốc 94
Hình 5.20 CPE_Outdoor và CPE_Indoor 95
Hình 5.21 CPE - Outdoor tại nhà dân và UBND xã Tả Van 95
Hình 5.22 CPE - Indoor tại nhà dân 96
Hình 5.23 Phía bên ngoài trạm gốc BTS 97
Sơ đồ đấu nối chi tiết trong điểm Bưu điện văn hóa xã,
Hình 5.24 97
phía trạm gốc
Hình 5.25 Sơ đồ đấu nối hệ thống VoIP/WIMAX 98
Hình 5.26 Sơ đồ kết nối phía người dùng cuối (End – User) 98
Hình 5.27 Giao diện quản lý BS 99
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
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 nhập cũng liên tục được phát triển để đáp ứng những đòi hỏi ngày càng cao
về băng thông cho truy nhập Internet. Các công nghệ truy nhập băng rộng đã
được phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây bao gồm các công nghệ
truy nhập hữu tuyến và công nghệ vô tuyến.
Một loạt các chuẩn về mạng truy nhập vô tuyến 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.
Mạng Viễn thông Việt Nam trong những năm qua đã có sự phát triển mạnh
mẽ, các hệ thống cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng đã và đang được triển
khai tại hầu hết các tỉnh thành. Tuy nhiên, phần lớn vẫn là các hệ thống xDSL
cung cấp truy nhập hữu tuyến và hệ thống WiFi với phạm vi phục vụ còn rất hạn
chế. Trong khi đó, nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng lại đang đòi hỏi rất cấp
thiết tại nhiều vùng, nhiều khu vực mà các giải pháp hiện có rất khó triển khai
hoặc triển khai chậm. Để có thể triển khai nhanh chóng và hiệu quả hệ thống truy
1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
nhập băng rộng tại các khu vực này thì việc nghiên cứu triển khai các hệ thống
truy nhập vô tuyến băng rộng WiMAX là hết sức cần thiết.
Với mục đích tìm hiểu về công nghệ WiMAX để đánh giá, lựa chọn giải
pháp, thiết bị và hệ thống mạng phù hợp với điều kiện tại Việt Nam, luận văn sẽ
gồm 5 chương cụ thể như sau:
Chương 1:
.
Chương 2: ớp của chuẩn IEEE 802.16.
Chương 3: ền tảng kỹ thuật của WiMAX: OFDM, OFDMA, Kiến
trúc WiMAX đầu cuối.
Chương 4: Các hệ thống bảo mật mạng không dây WiMAX
Chương 5:
.
Do hạn chế về nhiều mặt nên Luận văn chắc chắn không tránh khỏi những
thiếu xót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của Thầy, Cô và các bạn để Luận
văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, PGS. TS Lê Bá Dũng đã tận tình
hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Em cũng xin
trân thành cảm ơn các thầy, cô, bạn bè cùng toàn thể người thân đã giúp đỡ và
chỉ bảo cho em trong thời gian thực hiện luận văn này.
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX
1.1. Tổng quan về mạng không dây băng rộng
1.1.1. Các khái niệm về mạng không dây băng rộng
Mạng không dây
Mạng không dây (Wireless Network) là công nghệ cho phép một hoặc
nhiều thiết bị giao tiếp được với nhau mà không cần những kết nối vật lý hay nói
cách khác là kết nối mà không cần đến cable mạng. Công nghệ mạng không dây
sử dụng sóng radio trong khi các công nghệ truyền thống sử dụng các loại cable
làm phương tiện truyền dữ liệu. Phạm vi của công nghệ mạng không dây rất lớn,
kể từ những mạng trên diện rộng như WLAN, mạng điện thoại cho tới những hệ
thống, thiết bị cực kỳ đơn giản như tai nghe, micro di động không dây và một
loạt các thiết bị không giây có nhiệm vụ lưu trữ và xử lý thông tin khác. Nó cũng
bao gồm các thiết bị hồng ngoại như các thiết bị điều khiển từ xa, một số thiết bị
chuột và bàn phím không dây, tai nghe stereo không dây, các thiết bị loại này đều
cần một không gian không bị chặn giữa hai thiết bị truyền và nhận tín hiệu để
đóng đường kết nối.
Băng thông
Hai phương pháp xem xét băng thông có tầm quan trọng trong nghiên cứu
không dây là băng thông analog và băng thông digital.
Băng thông analog thường được xem xét như dải tần số của hệ thống điện
tử dùng kỹ thuật analog. Băng thông analog có thể được sử dụng để mô tả dải tần
số truyền bởi một đài phát radio hay một bộ khuếch đại điện tử. Đơn vị đo lường
cho băng thông analog là Hertz, giống như đơn vị của tần số. Ví dụ băng thông
3KHz cho điện thoại, 20KHz cho tín hiệu nghe thấy, 5KHz cho các đài radio AM
và 200 MHz cho các đài FM.
Hệ thống băng thông (system bandwidth) càng rộng thì tốc độ (băng thông
digital) càng cao. Băng thông digital đo lường lượng thông tin có thể truyền đi từ
nơi này đến nơi khác trong một lượng thời gian cho trước. Đơn vị cơ bản để đo
lường băng thông digital là bit/giây (bit per second-bps).
3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
Hệ thống băng rộng và hẹp
Các hệ thống không dây có thể được phân loại dựa theo cấu trúc của chúng
thuộc dạng băng thông hẹp hay băng thông rộng. Các hệ thống băng thông hẹp
hỗ trợ đường truyền tốc độ thấp, trong khi đó hệ thống băng thông rộng hỗ trợ
đường truyền tốc độ cao. Một hệ thống được xác định là thuộc băng thông hẹp
hay băng thông rộng phụ thuộc vào độ rộng dải tần của kênh truyền vật lý mà nó
hoạt động.
Độ rộng dải tần của kênh hệ thống được đánh giá dựa theo độ rộng dải tần
cố kết. Độ rộng dải tần cố kết được định nghĩa là: "dải tần số trong đó tất cả các
tần số chịu ảnh hưởng như nhau bởi việc giảm âm do hiện tượng nhiễu đường
truyền". Các hệ thống hoạt động với các kênh dẫn nhỏ hơn nhiều so với độ rộng
dải tần cố kết được gọi là hệ thống băng thông hẹp. Các hệ thống băng thông
rộng hoạt động với các kênh rộng hơn nhiều so với độ rộng dải tần cố kết. Trong
các hệ thống băng thông hẹp, tất cả các thành phần của tín hiệu bị ảnh hưởng như
nhau bởi quá trình truyền nhiều đường dẫn. Theo đó, mặc dù với những biên độ
khác nhau nhưng tín hiệu băng thông hẹp nhận được cũng cần phải giống với tín
hiệu băng thông hẹp truyền đi. Trong các hệ thống băng thông rộng, các tần số
khác nhau của tín hiệu có thể chịu tác động khác nhau bởi hiện tượng giảm âm.
Do đó, các hệ thống băng thông hẹp chịu ảnh hưởng của việc giảm âm có chọn
lọc, trong khi đó hệ thống băng thông rộng không chịu ảnh hưởng của việc giảm
âm có chọn lọc. Băng thông rộng có độ rộng dải tần hơn 1 MHz và hỗ trợ tốc độ
truyền dữ liệu từ 1,5Mbps.
1.1.2. Vài nét về những mạng không dây đang tồn tại
Hai chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản để phân loại mạng không dây là phạm vi phủ
sóng và giao thức báo hiệu. Trên cơ sở phạm vi phủ sóng chúng ta có 4 loại
mạng sau:
Mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network - WPAN)
Mạng cục bộ không dây (Wireless Local Area Network - WLAN)
Mạng đô thị không dây (Wireless Metropolitian Area Network - WMAN)
4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
Mạng diện rộng không dây (Wireless Wide Area Network - WWAN)
WAN
Ví dụ: các mạng di động (thế hệ thứ 2 và thứ 3), WiMAX (phiên bản
802. 16e). WiBro
WMAN
Ví dụ: WiMAX (Phiên bản IEEE 802.16-2004)
WLAN
Ví dụ: WiFi (IEEE 802.11 và các biến thể
WPAN
Ví dụ: Bluetooth
(IEEE 802.15.1)
UWB
Hình 1.1 Minh hoạ các loại mạng không dây
WPAN (Wireless Personal Area Network)
Mạng các nhân là một mạng dữ liệu được sử dụng để truyền thông giữa các
thiết bị dữ liệu ở gần một người. Phạm vi của mạng các nhân khoảng vài mét,
thông thường nhỏ hơn 10m, mặc dù vài công nghệ WPAN có thể lớn hơn. Ví dụ
công nghệ WPAN là Bluetooth, UWB và Zigbee.
WLAN (Wireless Local Area Network)
Mạng cục bộ là mạng được sử dụng để truyền thông giữa các thiết bị dữ liệu
như: máy tính, điện thoại, máy in và các thiết bị số phụ trợ cá nhân. Mức độ bao
phủ của mạng này tương đối nhỏ, như một ngôi nhà, một văn phòng hay một khu
trường sở (hoặc một phần trường sở). Phạm vi của mạng cục bộ khoảng 100m.
Hiện nay hầu hết các mạng LAN không dây WiFi
WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
Mạng đô thị là mạng dữ liệu có độ bao phủ lên tới vài km, điển hình là một
cơ quan lớn hoặc 1 công ty. Ví dụ, một trường đại học có thể có 1 mạng diện
rộng với nhiều mạng LAN ở xung quanh vị trí đó, mỗi mạng LAN cách nhau
khoảng 1/2 km2. Sau đó từ mạng diện rộng của trường đại học này có thể liên kết
5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
-----------------------------------
NGUYỄN THỊ THỦY
MẠNG WIMAX VÀ THỬ NGHIỆM Ở VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
THÁI NGUYÊN - 2008
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
-----------------------------------
NGUYỄN THỊ THỦY
MẠNG WIMAX VÀ THỬ NGHIỆM Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60.48.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS LÊ BÁ DŨNG
THÁI NGUYÊN - 2008
MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC ..........................................................................................................
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ...............................................................................
DANH SÁCH HÌNH VẼ ....................................................................................
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX ............................... 3
1.1. Tổng quan về mạng không dây băng rộng ............................................... 3
1.1.1. Các khái niệm về mạng không dây băng rộng ................................... 3
1.1.2. Vài nét về những mạng không dây đang tồn tại ................................ 4
1.2. Khái niệm về công nghệ WiMAX ........................................................... 6
1.2.1. WiMAX là gì? ................................................................................... 6
1.2.2. Giới thiệu các chuẩn IEEE 802.16.................................................... 7
& tầm nhìn hạn chế (LOS & NLOS) ..... 8
1.2.4. Các mô hình ứng dụng ................................................................... 10
.......................................... 13
.......................................................................... 14
1.4. Cấu hình mạng ..................................................................................... 14
1.4.1. Cấu hình điểm – điểm PP ............................................................... 14
1.4.2.Cấu hình điểm-đa điểm PMP........................................................... 15
1.4.3. Cấu hình mắt lưới MESH ............................................................... 15
CHƢƠNG 2. LỚP PHY & MAC CỦA CHUẨN 802.16............................... 17
2.1. Chuẩn IEEE 802.16e (IEEE 802.16-2005) ........................................... 18
2.1.1.Lớp vật lý ........................................................................................ 18
2.1.2.Lớp điều khiển truy cập môi trường (MAC) .................................... 26
2.2. Chuẩn IEEE 802.16e (IEEE 802.16-2005) ........................................... 35
2.2.1. Lớp vật lý ....................................................................................... 35
............................................................................... 38
IMAX ............................... 41
3.1. OFDM ................................................................................................. 41
3.1.1. OFDM Symbol ............................................................................... 42
.. 43
........................................................... 45
3.2. OFDMA............................................................................................... 48
3.2.1. OFDMA Symbol ............................................................................. 48
.................. 52
ten thông minh.......................................................... 53
................................................................. 55
............................................................. 56
(Roaming) ............................................ 56
CHƢƠNG 4. CÁC VẤN ĐỀ BẢO MẬT TRONG WiMAX..................... 61
4.1. Giới thiệu lớp con bảo mật ................................................................... 61
4.2. Giao thức quản lý khóa PKM ............................................................... 63
4.2.1. Tổng quan sự cấp phép SS và sự trao đổi khóa AK ......................... 64
4.2.2. Tổng quan sự trao đổi TEK ............................................................ 66
4.3. Các sử dụng khóa ................................................................................. 69
4.3.1. Sự sử dụng khóa của BS ................................................................. 69
4.3.2. Sự sử dụng khóa của SS .................................................................. 72
4.4. Các phương thức mã hóa ...................................................................... 75
4.4.1. Các phương thức mã hóa dữ liệu .................................................... 75
4.4.2. Mã hóa TEK ................................................................................... 75
4.4.3. Nguồn ngốc của các TEK, KEK, .................................................... 76
CHƢƠNG 5. TRIỂN KHAI HỆ THỐNG WiMAX TẠI LÀO CAI ............. 77
5.1. Các thiết bị cần thiết để triển khai mạng WiMAX ................................ 77
5.1.1. Trạm gốc – WiMAX Base Station ................................................... 77
5.1.2. Trạm thuê bao................................................................................. 77
5.1.3. Trung tâm quản lý .......................................................................... 77
5.2. Dự án thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Lào Cai............................... 79
5.2.1. Mô hình triển khai thử nghiệm WiMAX pha 1 tại TP Lào Cai ......... 81
5.2.2. Mô hình triền khai thử nghiệm WiMAX pha 2 ................................. 92
....................................................112
KẾT LUẬN....................................................................................................114
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................117
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
3-DES Tripple – Data Encryption -
Standard
ACK Acknowledgement Bản tin ACK
ADC Analog to digital converter Bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương
tự sang số
AES Advanced Modulation and Mã hóa và điều chế thích nghi
Coding
AK Authentication Key
AM Amplitude modulation Điều chế biến độ
AMC Adaptive modulation and Điều chế và mã hóa thích nghi
coding
AP Access Point
ARQ Automatic Retransmission Yêu cầu truyền lại tự động
Request
ASN Access Service Network
ASP Aplication Service Network
ATM Asynchronous transfer mode Chế độ truyền dị bộ
BER Bit error ratio Tỷ lệ lỗi bit
bps Bit per second Số bít trên giây
BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân
BS Base station Trạm gốc
BW bandwidth Băng thông
BWA Broadband Wireless Access Truy cập không dây băng rộng
C/I Carrier – to – Interference Tỷ số tín hiệu/xuyên nhiễu
Ratio
CA Certification authority Quyền Chứng thực
CDMA Code division multiplex Đa truy nhập phân chia theo mã
access
CID Connection Identifier Bộ nhận dạng kết nối
CINR Carrier to Interference Tỷ lệ nhiễu và tạp nhiễu của sóng
+Noise Ratio mang
CPE Customer Premise Thiết bị tại nhà khách hàng
Equipment
CPS Common Part Sublayer Lớp con phần chung
CQICH Channel Quality Information Kênh thông tin chất lượng kênh
Channel
CRC Cyclic redundancy check Kiểm tra dư thừa vòng
CS Convergence sublayer Lớp con hội tụ
CSMA Carrier sense multiple access Đa truy nhập dò sóng mang
CSN Connectivity Service
Network
DBMS Database Management Hệ thống quản lý dữ liệu
System
DCD Downlink channel Mô tả kênh đường xuống
description
DES Data encryption standard Tiêu chuẩn mật mã dữ liệu
DHCP Dynamic Host Configuration Giao thức cấu hình máy chủ động
Protocol
DL Downlink Đường xuống
DSL Digital Subscriber Line
EAP Extensible Authentication Giao thức nhận thực mở rộng
Protocol
ECB Electronic code book Bảng mật mã điện tử
EDE Encrypt-Decrypt-Encrypt Mật mã-giải mã-mật mã
FCH Frame control header Mào đầu điều khiển khung
FDD Frequency Division Song công theo tần số
Duplexing
FDMA Frequency division multiple Đa truy nhập phân chia theo tần
access số
Forward Error Correction Mã hóa sử lỗi trước
FEC
FFT Fast Fourier transform Biến đổi Fourier nhanh
FM Frequency Modulation Điều tần
FUSC Full usage of subcarriers Sử dụng toàn bộ sóng mang con
FWA Fixed wireless access Truy nhập không dây cố định
HARQ Hybrid ARQ ARQ lai
HIPERLAN High Performance Local Mạng LAN hiệu suất cao
Area Network
HMAC Hash – based message Mã nhận thực bản tin hash
authentication code
IEEE Institute for Electrical and Viện kỹ thuật điện và điện tử
Electronic Engineers (Mỹ)
IFFT Inversion Fast Fourier Biến đổi Fourier ngược nhanh
transform
IP Internet protocal Giao thức Internet
ISI Inter – symbol interference Nhiễu liên ký hiệu
KEK Key encryption key Khoá Mật mã Khoá
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LLC Logical Link Control Điều khiển kết nối logic
LOS Line of sight Tầm nhìn thẳng
MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy cập môi
Layer trường
MAN Metropolitan area network Mạng khu vực đô thị
MAP Media Access Protocol Giao thức truy cập môi trường
MBWA
Macro Diversity Handover
MDHO Chuyển giao đa dạng riêng
MIB Management Information Cơ sở thông tin quản lý
Base
MIC Ministry of Information and Bộ thông tin và truyền thông
Communications
MIMO Multi input Multi output Đa đường vào đa đường ra
MS Mobile station Thiết bị di động
NAP Network Access Provider Nhà cung cấp mạng truy nhập
NLOS Non Light of Sight Truyền sóng không trực xạ
NMS Network Refence Provider Phần mềm quản lý hệ thống
NRM Network Reference Module Mô hình tham chiếu mạng
NSP Network Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ mạng
ODU Outdoor Unit Thiết bị ngoài trời
OFDM Orthogonal Frequency Đa truy nhập phân chia theo tần
Division Multiplexing số trực giao
OFDMA Orthogonal frequency Đa truy nhập chia tần số trực giao
division multiple access
OSI Open system inter – connect Kết nối liên hệ thống mở
PAN Personal Access Network Mạng truy nhập cá nhân
PC Personal Computer Máy tính cá nhân
PDA Protocol Data Unit Thiết bị hỗ trợ kỹ thuật số cá
nhân
PDU Protocol data unit Đơn vị dữ liệu thủ tục
PER Packet Error Rate Tỷ lệ lỗi gói
PHS Packet header suppression Nén tiếp đầu gói
PHY Physical Layer Lớp vật lý
PIN Personal Identification Số nhận dạng cá nhân
Number
PKM Privacy key management Quản lý khoá riêng
PMP Point - to - multipoint Điểm - Đa điểm
PN Pseudo Noise Nhiễu giả
PP Point-to-Point Điểm-Điểm
PS Physical slot Khe vật lý
PSTN Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch
Network công cộng
PUSC Partially Used Sub-Carrier Sóng mang con sử dụng riêng
QAM Quadrature amplitude Điều chế biên độ cầu phương
modulation
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
QPSK Quadrature Amplitude Điều chế biên độ cầu phương
Modulation
QPSK Quadrature phase shift Khóa dịch pha cầu phương
keying
RF Radio frequency Tần số vô tuyến
RSA Rivest, Shamir, Adleman Tên của 3 nhà phát minh
RSP Response Trả lời
RTG Receive/Transmit Transition Khoảng trống chuyển tiếp
Gap Thu/phát
Rx Reception Thu
SA Security association Tập hợp bảo mật
SAID Security association Bộ nhận dạng tập hợp bảo mật
identifier
SAP Service access point Điểm truy nhập dịch vụ
SC Single carrier Kênh mang đơn
SDU Service data unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SF Service flow Luồng dịch vụ
SFID Service Flow Identifier Bộ Nhận dạng Luồng Dịch vụ
SHA Secure Hash Algorithm Thuật toán „băm‟
SIM Subscriber Identify Module Module nhậnd ạng thuê bao
SM Spatial Multiplexing Ghép kênh không gian
SNMP Simple Network Thủ tục quản lý mạng đơn giản
Management Protocol
SNR Signal-to-noise ratio Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm
SS Subscriber Station Trạm thuê bao
STC Space time coding Mã thời gian không gian
SVC Switched Virtual Connection Mạch ảo chuyển mạch
TC Transmition Convergence Lớp con hội tụ truyền
Sublayer
TDD Time Division Duplexing Song công theo thời gian
TDM Time Division Multiplexing Dồn kênh phân chia theo thời
gian
TDMA Time division multiple Đa truy nhập phân chia thời gian
access
TEK Traffic encryption key Khoá mật mã lưu lượng
TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin tiết kiệm
tài nguyên
TTG transmit/receive transimision Khoảng trống chuyển tiếp
gap Phát/Thu
Tx Transmission Truyền dẫn
UCD Uplink channel descriptor Bộ mô tả kênh đường lên
UL Uplink Hướng lên
VoIP Voice over IP Thoại trên nền IP
WCDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng
WiBro Wireless broadband Băng rộng không dây
WiMAX Worldwide Interoperability Khả năng tương tác toàn cầu đối
for Micoware Access với truy nhập vi ba
WLAN Wireless local Area Network Mạng cục bộ không dây
WMAN Wireless Metropolitian Area Mạng đô thị không dây
Network
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1 Tóm tắt các chuẩn 802.16 cơ bản 7
Bảng 2.2 802.16 – 34
2004
Bảng 3.1 Sự suy giảm tín hiệu trong môi trường vô tuyến 44
Bảng 3.2 52
Bảng 3.3 53
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1 Minh họa các loại mạng không dây 05
Hình 1.2 Các chuẩn 802.16 tiêu biểu 07
Hình 1.3 09
Hình 1.4 Mô hình ứng dụng WiMAX 10
Hình 1.5 Mô hình ứng dụng WiMAX di động 12
Hình 1.6 Cấu hình PMP 15
Hình 1.7 Cấu hình mesh 16
Hình 2.1 17
Hình 2.2 Ví dụ về vị trí dải tần FDD 19
Hình 2.3 Cấu trúc khung TDD 19
Hình 2.4 Cấu trúc khung con đường lên TDD 21
Hình 2.5 Khung con DL FDD 22
Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường
Hình 2.6 24
hợp TDM
Hình 2.7 Khuôn dạng của lớp con hội tụ truyền PDU 24
Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường
Hình 2.8 25
hợp TDMA
Hình 2.9 Cấu trúc khung con đường xuống 26
Hình 2.10 Cấu trúc khung WiMAX OFDMA 36
Hình 3.1 Cấu trúc OFDM symbol trong miền 42
Hình 3.2 Đặc tả OFDM trong miền tần số 42
Hình 3.3 44
Hình 3.4 – 46
Hình 3.5 47
Hình 3.6 3 48
kênh con)
Hình 3.7 49
Hình 3.8 50
Hình 3.9 57
Hình 3.10 59
Hình 4.1 Thủ tục trao đổi khóa TEK 67
Hình 4.2 Sự quản lý AK trong BS và SS 71
Hình 4.3 Quản lý TEK trong BS và SS 74
Hình 5.1 Trung tâm quản lý 78
Hình 5.2 Mô hình hệ thống WiMAX Lào Cai 82
Hình 5.3 Hệ thống BreezeMAX 3300 83
Hình 5.4 Hệ thống WiMAX tại Base Station Bưu điện Lào Cai 84
Hình 5.5 Anten Ommi ANT tần số hoạt động 3.3 - 3.4 GHz 84
Hình 5.6 Kết nối tại trạm gốc WiMAX 85
Hình 5.7 Kết nối tại trạm đầu cuối WiMAX 86
Hình 5.8 Kết nối tại trạm đầu cuối WiMAX (Phía sau CPE) 87
Hình 5.9 Kết nối hệ thống VoIP 88
Hình 5.10 89
Hình 5.11 cho MBST 89
Hình 5.12 90
Hình 5.13 90
Giao diện hệ thống quản lý NMS BreezeLITE của
Hình 5.14 91
Alavarion
Hình 5.15 Các QoS được quy định trong phần mềm BreezeLite 91
Sơ đồ tổng thể kết nối WiMAX giữa BTS – End user tại
Hình 5.16 92
Tả Van
Hình 5.17 Thiết bị BS Outdoor MicroMAX SOC 3.3 93
Hình 5.18 Thực tế anten trạm gốc 94
Hình 5.19 Đấu nối trạm gốc 94
Hình 5.20 CPE_Outdoor và CPE_Indoor 95
Hình 5.21 CPE - Outdoor tại nhà dân và UBND xã Tả Van 95
Hình 5.22 CPE - Indoor tại nhà dân 96
Hình 5.23 Phía bên ngoài trạm gốc BTS 97
Sơ đồ đấu nối chi tiết trong điểm Bưu điện văn hóa xã,
Hình 5.24 97
phía trạm gốc
Hình 5.25 Sơ đồ đấu nối hệ thống VoIP/WIMAX 98
Hình 5.26 Sơ đồ kết nối phía người dùng cuối (End – User) 98
Hình 5.27 Giao diện quản lý BS 99
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
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 nhập cũng liên tục được phát triển để đáp ứng những đòi hỏi ngày càng cao
về băng thông cho truy nhập Internet. Các công nghệ truy nhập băng rộng đã
được phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây bao gồm các công nghệ
truy nhập hữu tuyến và công nghệ vô tuyến.
Một loạt các chuẩn về mạng truy nhập vô tuyến 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.
Mạng Viễn thông Việt Nam trong những năm qua đã có sự phát triển mạnh
mẽ, các hệ thống cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng đã và đang được triển
khai tại hầu hết các tỉnh thành. Tuy nhiên, phần lớn vẫn là các hệ thống xDSL
cung cấp truy nhập hữu tuyến và hệ thống WiFi với phạm vi phục vụ còn rất hạn
chế. Trong khi đó, nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng lại đang đòi hỏi rất cấp
thiết tại nhiều vùng, nhiều khu vực mà các giải pháp hiện có rất khó triển khai
hoặc triển khai chậm. Để có thể triển khai nhanh chóng và hiệu quả hệ thống truy
1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
nhập băng rộng tại các khu vực này thì việc nghiên cứu triển khai các hệ thống
truy nhập vô tuyến băng rộng WiMAX là hết sức cần thiết.
Với mục đích tìm hiểu về công nghệ WiMAX để đánh giá, lựa chọn giải
pháp, thiết bị và hệ thống mạng phù hợp với điều kiện tại Việt Nam, luận văn sẽ
gồm 5 chương cụ thể như sau:
Chương 1:
.
Chương 2: ớp của chuẩn IEEE 802.16.
Chương 3: ền tảng kỹ thuật của WiMAX: OFDM, OFDMA, Kiến
trúc WiMAX đầu cuối.
Chương 4: Các hệ thống bảo mật mạng không dây WiMAX
Chương 5:
.
Do hạn chế về nhiều mặt nên Luận văn chắc chắn không tránh khỏi những
thiếu xót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của Thầy, Cô và các bạn để Luận
văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, PGS. TS Lê Bá Dũng đã tận tình
hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Em cũng xin
trân thành cảm ơn các thầy, cô, bạn bè cùng toàn thể người thân đã giúp đỡ và
chỉ bảo cho em trong thời gian thực hiện luận văn này.
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX
1.1. Tổng quan về mạng không dây băng rộng
1.1.1. Các khái niệm về mạng không dây băng rộng
Mạng không dây
Mạng không dây (Wireless Network) là công nghệ cho phép một hoặc
nhiều thiết bị giao tiếp được với nhau mà không cần những kết nối vật lý hay nói
cách khác là kết nối mà không cần đến cable mạng. Công nghệ mạng không dây
sử dụng sóng radio trong khi các công nghệ truyền thống sử dụng các loại cable
làm phương tiện truyền dữ liệu. Phạm vi của công nghệ mạng không dây rất lớn,
kể từ những mạng trên diện rộng như WLAN, mạng điện thoại cho tới những hệ
thống, thiết bị cực kỳ đơn giản như tai nghe, micro di động không dây và một
loạt các thiết bị không giây có nhiệm vụ lưu trữ và xử lý thông tin khác. Nó cũng
bao gồm các thiết bị hồng ngoại như các thiết bị điều khiển từ xa, một số thiết bị
chuột và bàn phím không dây, tai nghe stereo không dây, các thiết bị loại này đều
cần một không gian không bị chặn giữa hai thiết bị truyền và nhận tín hiệu để
đóng đường kết nối.
Băng thông
Hai phương pháp xem xét băng thông có tầm quan trọng trong nghiên cứu
không dây là băng thông analog và băng thông digital.
Băng thông analog thường được xem xét như dải tần số của hệ thống điện
tử dùng kỹ thuật analog. Băng thông analog có thể được sử dụng để mô tả dải tần
số truyền bởi một đài phát radio hay một bộ khuếch đại điện tử. Đơn vị đo lường
cho băng thông analog là Hertz, giống như đơn vị của tần số. Ví dụ băng thông
3KHz cho điện thoại, 20KHz cho tín hiệu nghe thấy, 5KHz cho các đài radio AM
và 200 MHz cho các đài FM.
Hệ thống băng thông (system bandwidth) càng rộng thì tốc độ (băng thông
digital) càng cao. Băng thông digital đo lường lượng thông tin có thể truyền đi từ
nơi này đến nơi khác trong một lượng thời gian cho trước. Đơn vị cơ bản để đo
lường băng thông digital là bit/giây (bit per second-bps).
3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
Hệ thống băng rộng và hẹp
Các hệ thống không dây có thể được phân loại dựa theo cấu trúc của chúng
thuộc dạng băng thông hẹp hay băng thông rộng. Các hệ thống băng thông hẹp
hỗ trợ đường truyền tốc độ thấp, trong khi đó hệ thống băng thông rộng hỗ trợ
đường truyền tốc độ cao. Một hệ thống được xác định là thuộc băng thông hẹp
hay băng thông rộng phụ thuộc vào độ rộng dải tần của kênh truyền vật lý mà nó
hoạt động.
Độ rộng dải tần của kênh hệ thống được đánh giá dựa theo độ rộng dải tần
cố kết. Độ rộng dải tần cố kết được định nghĩa là: "dải tần số trong đó tất cả các
tần số chịu ảnh hưởng như nhau bởi việc giảm âm do hiện tượng nhiễu đường
truyền". Các hệ thống hoạt động với các kênh dẫn nhỏ hơn nhiều so với độ rộng
dải tần cố kết được gọi là hệ thống băng thông hẹp. Các hệ thống băng thông
rộng hoạt động với các kênh rộng hơn nhiều so với độ rộng dải tần cố kết. Trong
các hệ thống băng thông hẹp, tất cả các thành phần của tín hiệu bị ảnh hưởng như
nhau bởi quá trình truyền nhiều đường dẫn. Theo đó, mặc dù với những biên độ
khác nhau nhưng tín hiệu băng thông hẹp nhận được cũng cần phải giống với tín
hiệu băng thông hẹp truyền đi. Trong các hệ thống băng thông rộng, các tần số
khác nhau của tín hiệu có thể chịu tác động khác nhau bởi hiện tượng giảm âm.
Do đó, các hệ thống băng thông hẹp chịu ảnh hưởng của việc giảm âm có chọn
lọc, trong khi đó hệ thống băng thông rộng không chịu ảnh hưởng của việc giảm
âm có chọn lọc. Băng thông rộng có độ rộng dải tần hơn 1 MHz và hỗ trợ tốc độ
truyền dữ liệu từ 1,5Mbps.
1.1.2. Vài nét về những mạng không dây đang tồn tại
Hai chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản để phân loại mạng không dây là phạm vi phủ
sóng và giao thức báo hiệu. Trên cơ sở phạm vi phủ sóng chúng ta có 4 loại
mạng sau:
Mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network - WPAN)
Mạng cục bộ không dây (Wireless Local Area Network - WLAN)
Mạng đô thị không dây (Wireless Metropolitian Area Network - WMAN)
4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v
Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
Mạng diện rộng không dây (Wireless Wide Area Network - WWAN)
WAN
Ví dụ: các mạng di động (thế hệ thứ 2 và thứ 3), WiMAX (phiên bản
802. 16e). WiBro
WMAN
Ví dụ: WiMAX (Phiên bản IEEE 802.16-2004)
WLAN
Ví dụ: WiFi (IEEE 802.11 và các biến thể
WPAN
Ví dụ: Bluetooth
(IEEE 802.15.1)
UWB
Hình 1.1 Minh hoạ các loại mạng không dây
WPAN (Wireless Personal Area Network)
Mạng các nhân là một mạng dữ liệu được sử dụng để truyền thông giữa các
thiết bị dữ liệu ở gần một người. Phạm vi của mạng các nhân khoảng vài mét,
thông thường nhỏ hơn 10m, mặc dù vài công nghệ WPAN có thể lớn hơn. Ví dụ
công nghệ WPAN là Bluetooth, UWB và Zigbee.
WLAN (Wireless Local Area Network)
Mạng cục bộ là mạng được sử dụng để truyền thông giữa các thiết bị dữ liệu
như: máy tính, điện thoại, máy in và các thiết bị số phụ trợ cá nhân. Mức độ bao
phủ của mạng này tương đối nhỏ, như một ngôi nhà, một văn phòng hay một khu
trường sở (hoặc một phần trường sở). Phạm vi của mạng cục bộ khoảng 100m.
Hiện nay hầu hết các mạng LAN không dây WiFi
WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
Mạng đô thị là mạng dữ liệu có độ bao phủ lên tới vài km, điển hình là một
cơ quan lớn hoặc 1 công ty. Ví dụ, một trường đại học có thể có 1 mạng diện
rộng với nhiều mạng LAN ở xung quanh vị trí đó, mỗi mạng LAN cách nhau
khoảng 1/2 km2. Sau đó từ mạng diện rộng của trường đại học này có thể liên kết
5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.v