Luận văn Mạng wimax và thử nghiệm ở Việt Nam

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 Coding Mã hóa và điều chế thích nghi AK Authentication Key AM Amplitude modulation Điều chế biến độ AMC Adaptive modulation and coding Điều chế và mã hóa thích nghi AP Access Point ARQ Automatic Retransmission Request Yêu cầu truyền lại tự động 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 Ratio Tỷ số tín hiệu/xuyên nhiễu CA Certification authority Quyền Chứng thực CDMA Code division multiplex access Đa truy nhập phân chia theo mã CID Connection Identifier Bộ nhận dạng kết nối CINR Carrier to Interference +Noise Ratio Tỷ lệ nhiễu và tạp nhiễu của sóng mang CPE Customer Premise Equipment Thiết bị tại nhà khách hàng CPS Common Part Sublayer Lớp con phần chung CQICH Channel Quality Information Channel Kênh thông tin chất lượng kênh 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 System Hệ thống quản lý dữ liệu DCD Downlink channel description Mô tả kênh đường xuống DES Data encryption standard Tiêu chuẩn mật mã dữ liệu DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình máy chủ động DL Downlink Đường xuống DSL Digital Subscriber Line EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức nhận thực mở rộng 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 Duplexing Song công theo tần số FDMA Frequency division multiple access Đa truy nhập phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Mã hóa sử lỗi trước 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 Area Network Mạng LAN hiệu suất cao HMAC Hash – based message authentication code Mã nhận thực bản tin hash IEEE Institute for Electrical and Electronic Engineers Viện kỹ thuật điện và điện tử (Mỹ) IFFT Inversion Fast Fourier transform Biến đổi Fourier ngược nhanh 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 Layer Lớp điều khiển truy cập môi trường MAN Metropolitan area network Mạng khu vực đô thị MAP Media Access Protocol Giao thức truy cập môi trường MBWA MDHO Macro Diversity Handover Chuyển giao đa dạng riêng MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lý MIC Ministry of Information and Communications Bộ thông tin và truyền thông 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 Division Multiplexing Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal frequency division multiple access Đa truy nhập chia tần số trực giao 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 Number Số nhận dạng cá nhân 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 Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PUSC Partially Used Sub-Carrier Sóng mang con sử dụng riêng QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QPSK Quadrature phase shift keying Khóa dịch pha cầu phương 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 Gap Khoảng trống chuyển tiếp Thu/phát Rx Reception Thu SA Security association Tập hợp bảo mật SAID Security association identifier Bộ nhận dạng tập hợp bảo mật 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 Management Protocol Thủ tục quản lý mạng đơn giản 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 Sublayer Lớp con hội tụ truyền TDD Time Division Duplexing Song công theo thời gian TDM Time Division Multiplexing Dồn kênh phân chia theo thời gian TDMA Time division multiple access Đa truy nhập phân chia thời gian 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 gap Khoảng trống chuyển tiếp 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 for Micoware Access Khả năng tương tác toàn cầu đối với truy nhập vi ba WLAN Wireless local Area Network Mạng cục bộ không dây WMAN Wireless Metropolitian Area Network Mạng đô thị không dây DANH SÁCH BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Tóm tắt các chuẩn 802.16 cơ bản 7 Bảng 2.2 802.16 – 2004 34 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 Hình 2.6 Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường hợp TDM 24 Hình 2.7 Khuôn dạng của lớp con hội tụ truyền PDU 24 Hình 2.8 Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường hợp TDMA 25 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 Hình 5.14 Giao diện hệ thống quản lý NMS BreezeLITE của Alavarion 91 Hình 5.15 Các QoS được quy định trong phần mềm BreezeLite 91 Hình 5.16 Sơ đồ tổng thể kết nối WiMAX giữa BTS – End user tại Tả Van 92 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 Hình 5.24 Sơ đồ đấu nối chi tiết trong điểm Bưu điện văn hóa xã, phía trạm gốc 97 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 1 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 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 Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 2 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 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. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 3 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 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). Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 4 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 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) Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 5 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  Mạng diện rộng không dây (Wireless Wide Area Network - WWAN) 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 WPAN Ví dụ: Bluetooth (IEEE 802.15.1) UWB WLAN Ví dụ: WiFi (IEEE 802.11 và các biến thể WMAN Ví dụ: WiMAX (Phiên bản IEEE 802.16-2004) WAN Ví dụ: các mạng di động (thế hệ thứ 2 và thứ 3), WiMAX (phiên bản 802. 16e). WiBro Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 6 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên tới các diện rộng khác tạo thanh mạng đô thị. Mạng WiMAX cố định có thể được xem xét như là mạng đô thị không dây. WWAN (Wireless Wide Area Network) Mạng diện rộng là mạng dữ liệu bao phủ một vùng địa lý rộng, lớn như là hành tinh. Các mạng diện rộng dựa trên sự kết nối của các mạng LAN, cho phép người sử dụng ở một vị trí truyền thông với những người sử dụng ở vị trí khác. Điển hình, một mạng diện rộng bao gồm một số nút chuyển quan hệ nối liền nhau. Sự kết nối này được tạo ra bằng cách sử các đường thuê bao và các phương thức chuyển mạch và chuyển đổi gói tin. Mạng diện rộng được sử dụng phổ biến hiện nay là mạng Internet. Các ví dụ khác là 3G và các mạng WiMAX không dây, là các mạng diện rộng không dây. Các mạng khong dây thường có tỷ lệ dữ liệu nhỏ hơn các mạng LAN. 1.2. Khái niệm về công nghệ WiMAX 1.2.1. WiMAX là gì? WIMAX - Worldwide Interoperrability for Micorware Access - là một hệ thống truyền thông số không dây, cũng được biết như chuẩn IEEE 802.16 dành cho "các mạng đô thị" không dây. WiMAX có thể cung cấp sự truy cập không dây băng thông rộng lên tới 30 dặm (50km) đối với các trạm cố định, và 3-10 dặm (5-15 km) đối với các trạm di động. Ngược lại, chuẩn mạng cục bộ không dây WiFi/802.11 bị giới hạn trong hầu hết các trường hợp chỉ 100 - 300 feet (30- 100m). Với WiMAX, các tỷ lệ dữ liệu giống WiFi được hỗ trợ một cách dễ dàng, nhưng kết quả nhiễu được giảm bớt. WiMAX hoạt động ở cả các dải tần cho phép và các dải tần không cho phép, cung cấp một môi trường điều hoà và mô hình kinh tế có thể làm được đối vơi sóng mang không dây. WIMAX có thể được sử dụng đối với mạng không dây trong nhiều phương pháp như giao thức WiFi. WiMAX là một giao thức thế hệ thứ hai cho phép sử dụng độ rộng dải tần với hiệu suất cao, tránh nhiễu, và dự kiến cho phép tỷ lệ dữ liệu cao hơn trên các khoảng cách dài hơn. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 7 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1.2.2. Giới thiệu các chuẩn IEEE 802.16 Chuẩn 802.16 được đưa ra năm 2001 với băng tần 10-66 GHz và chỉ ứng dụng trong phạm vi nhìn thẳng (LOS) điểm - điểm. Năm 2002 có thêm chuẩn 802.16, 802.16c. Năm 2003, được bổ sung chuẩn 802.16a chủ yếu cho truy cập không dây băng rộng trong dải tần 2-11GHz ứng dụng được cả trong tầm nhìn hạn chế (NLOS) điểm - đa điểm. 802.16d được đưa ra năm 2004 cho các ứng dụng di động và cố định trong dải tần 2-66GHz và cuối cùng chuẩn 802.16e cung cấp cho khả năng di động tốc độ cao với băng tần từ 2-66GHz có khả năng chuyển vùng (roaming). Sơ đồ hoá các chuẩn giao diện không gian 802.16 như sau: Hình 1.2: Các chuẩn 802.16 tiêu biểu Bảng 1.1: Tóm tắt các chuẩn 802.16 cơ bản Chuẩn 802.16-2001 802.16-2004 802.16e-2005 Dải tần số 10-66GHz <11GHz <6GHz 802.16 - 2001 802.16a - 2003 802.16d - 2004 802.16e - 2005 Hệ thống băng rộng không dây cố định cho tầm nhìn thẳng. MAC & PHY: 10-66GHz Tích hợp các chuẩn tạo thành hệ thống mô tả sơ lược băng rộng không dây cố định Hệ thống băng rộng không dây cố định cho cả tầm nhìn không thẳng 2-11GHz Kết hợp băng rộng không dây cố định và di động ở tốc độ xe chạy trong dải tần được cấp phép dưới 11GHx 802.16c - 2002 Bổ sung hệ thống định dạng 10-66 GHZ 802.16f (Cơ sở thông tin quản lý - MIBs) và 802.16g (quản lý - Mannagement) đã được nghiên cứu Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 8 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Môi trường truyền LOS NLOS NLOS Tốc độ 32-134Mbps BW=28MHz Lên tới 75Mbps WB= 20MHz Lên tới 15 Mbps BW=5MHz Điều chế QBSK,16 QAM và 64 QAM OFDM 256, OFDMA, BPSK, QPSK, 16 QAM và QAM OFDM 256, OFDMA, BPSK, QPSK, 16 QAM và QAM Mức di động Cố định Cố định và di động Tốc độ di chuyển dưới 100km/h Băng thông kênh 20,25 và 28 MHz Dải kênh từ 1.25 đến 20MHz Dải kênh từ 1.25 đến 20 MHz Bán kính cell 1.7 - 5 km 2 tơi 10 km; tối đa 50 km tuỳ thuộc vào điều kiện truyền 1-3 km Indoor 2-5 km Outdoor tầm nhìn thẳng & tầm nhìn hạn chế (LOS & NLOS) . . . Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 9 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên . . . WiMAX Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 10 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên . WiMAX WiMAX. 1.2.4. Các mô hình ứng dụng WIMAX được đề xuất 2 mô hình ứng dụng là cố định và di động. Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX) Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE.802.16-2004. Tiêu chuẩn này gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với các anten đặt cố định tại nhà các thuê bao. Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp tương tự như chảo thông tin vệ tinh Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưng tất nhiên tín hiệu thu không tốt bằng anten ngoài trời. Băng tần hoạt động (theo quy định và phân bổ của quốc gia) trong băng 2,5GHz hoặc 3,5GHz. Độ rộng băng tầng là 3,5MHz. Trong mạng cố định, WiMAX thực hiện cách tiếp nối không dây đến các modem cáp, đến các đôi dây thuê bao của mạch xDSL hoặc mạch Tx/Ex (truyền phát/chuyển mạch) và mạch OC-x (truyền tải qua sóng quang). Hình 1.4 :Mô hình ứng dụngWiMAX cố định Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 11 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên WIMAX cố định có thể phục vụ cho các đối tượng người dùng như: các xí nghiệp, các khu dân cư nhỏ lẻ, mạng cáp truy nhập WLAN công cộng nối tới mạng đô thị, các trạm gốc BS của mạng thông tin di động và các mạch điều khiển trạm BS. Về cách phân bố theo địa lý, người dùng có thể phân tán tại các địa phương như nông thôn và các vùng sâu vùng xa khó đưa mạng cáp hữu tuyến đến đó. , WiMAX (Fixed Broadband Wireless Access – FBWA), : PP, . – ng. th . . Mô hình ứng dụng WiMAX di động Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 12 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình1.5 :Mô hình ứng dụng WiMAX di động Mô hình WiMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802.16e được thông qua trong năm 2005.Tiêu chuẩn 802.16e bổ sung cho tiêu chuẩn 802.16-2004 hướng tới các người dùng cá nhân di động, làm việc trong băng tần thấp hơn 6GHz. Mạng lưới này phối hợp cùng WLAN, mạng di động cellular 3G có thể tạo thành mạng di động có vùng phủ sóng rộng. WIMAX WiMAX – . - WiMAX kênh 5,7,8.75, 10 MH 3.5 GHz. WiMAX Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 13 13 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên WiMAX : : – – WiMAX 28 10 MHz. (QoS) – – (frame by frame). : WiMAX . 1.2.5 WIMAX - - .  10 – 66 GHz 28 MHz. - (trung tâm). Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 14 14 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  2 – 11 GHz - . . - WiMAX : 3.5 GHz, 3.3 GHz, 5.8 GHz. - WiMAX : 2.5 GHz, 2.3 GHz. WiMAX WiMAX - - . Trong WiMAX WiMAX WiMAX . WiMAX . 1.4. Cấu hình mạng 1.4.1. Cấu hình điểm – điểm PP Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 15 15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên – . 1.4.2.Cấu hình điểm-đa điểm PMP PMP là một mạng truy nhập với một hoặc nhiều BS có công suất lớn và nhiều SS nhỏ hơn. Người dùng có thể ngay lập tức truy nhập mạng chỉ sau khi lắp đặt thiết bị người dùng. SS có thể sử dụng các anten định hướng đến các BS, ở các BS có thể có nhiều anten có hướng tác dụng theo mọi hướng hay một cung. Với cấu hình này trạm gốc BS là điểm trung tâm cho các trạm thuê bao SS. Ở hướng DL có thể là quảng bá, đa điểm hay đơn điểm. Kết nối của một SS đến BS được đặc trưng qua nhận dạng kết nối CID. Hình 1.6: Cấu hình PMP 1.4.3. Cấu hình mắt lưới MESH Với cấu hình này SS có thể liên lạc trực tiếp với nhau. Trạm gốc Mesh BS kết nối với một mạng ở bên ngoài mạng MESH. Một số điểm phân biệt như sau: - Neighbor: Kết nối trực tiếp đến một node mạng - Neighborhood : Tất cả các neighbor của một node tạo ra neighorhood. - Extended neighborhood: Tất cả các neighbor của một neighborhood. MESH khác PMP là trong kiểu PMP các SS chỉ liên hệ với BS và tất cả lưu lượng đi qua BS.Với kiểu MESH tất cả các node có thể liên lạc với mỗi node khác một cách trưc tiếp hoặc bằng định tuyến nhiều bước thông qua các SS khác. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 16 16 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Một hệ thống với truy nhập đến một kết nối backhaul được gọi là Mesh BS, trong khi các hệ thống còn lại được gọi là Mesh SS. Dù cho MESH có một hệ thống được gọi là Mesh BS, hệ thống này cũng phải phối hợp quảng bá với các nút khác. Backhaul là các anten điểm-điểm được dùng để kết nối các BS được định vị qua khoảng cách xa. Hình 1.7: Cấu hình mesh Một mạng MESH có thể sử dụng hai loại lập lịch quảng bá. Với kiểu lập lịch phân tán, các hệ thống trong phạm vi hai bước của mỗi node khác nhau chia sẻ các danh mục và hợp tác để đảm bảo tránh xung đột và chấp nhận tài nguyên. MESH lập lịch tập trung dựa vào Mesh BS để tập hợp các yêu cầu tài nguyên từ các Mesh SS trong một dải bất kì và phân phối các yêu cầu này với khả năng cụ thể. Khả năng này được chia sẻ với các Mesh SS khác mà dữ liệu của người dùng được chuyển tiếp thông qua các Mesh SS đó trao đổi với Mesh BS. Trong kiểu MESH, phân loại QoS được thực hiện trên nền tảng từng gói hơn là được kết hợp với các liên kết như trong kiểu PMP. Do đó chỉ có một liên kết giữa giữa hai node Mesh liên lạc với nhau. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 17 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên CHƢƠNG 2: LỚP PHY & MAC CỦA CHUẨN 802.16 (OSI) hơn (Data Link Layer) (LLC – Logical Link Control) 802.2 (MAC) (Service Specific Convegence Sublayer) (MAC Common Part Sublayer) (Security Sublayer) (Physical Layer) PHY (Transmission Convergence Sublayer) QPSK 16QAM 64QAM OFDM OFDMA OSI IEEE : . Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 18 18 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 802.16. : . : . (Physical – PHY): . 2.1. Chuẩn IEEE 802.16d (IEEE 802.16-2004) 2.1.1.Lớp vật lý 2.1.1.1 Khung (Framing) Đặc tả lớp vật lý ở đây hoạt động trong một dạng khung. Trong mỗi khung có một khung con đường lên (DL) và một khung con đường xuống (UL). Khung con đường lên bắt đầu với thông tin cần thiết cho đồng bộ hoá và điều khiển khung. Trong trường hợp song công phân chia theo thời gian (TDD), khung con đường lên tới trước khung con đường xuống. Trong trường hợp song công phân chia theo tần số (FDD), việc truyền xảy ra đồng thời. 2.1.1.2. Song công và đa truy cập Song công Song công: trong hệ thống PMP hiện nay tồn tại 2 kỹ thuật song công (hoạt động theo hai chiều: chiều xuống - downstream và chiều lên - upstream) - ): Một phương pháp song công trong đó sự truyền tải đường lên và đường xuống xảy ra ở thời gian khác nhau nhưng có thể chia sẻ cùng tần số. - ): Một phương pháp song công trong đó sự truyền tải đường lên và đường xuống sử dụng những tần số khác nhau nhưng có thể xảy ra đồng thời. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 19 19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trong sự hoạt động của FDD, các kênh UL và DL trên các rải tần riêng biệt. Khả năng của DL được truyền loạt thuận lợi cho các phương pháp điều chế khác nhau và cho phép hệ thống hỗ trợ đồng thời các trạm thuê bao song công hoàn toàn (có thể truyền và nhận đồng thời) và bán song công. Hình 2.2: Ví dụ về dải tần FDD * Sự hoạt động của kỹ thuật song công theo thời gian (TDD) Trong trường hợp của TDD, sự truyển tải UL và DL chia sẻ cùng tần số nhưng riêng biệt theo thời gian như hình 2.3 Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 20 20 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.3: Cấu trúc khung TDD Đa truy nhập Cơ chế đa truy nhập trong WiMAX là đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Các thuê bao sẽ được cung cấp các khe thời gian khác nhau. Các phương đa truy nhập sử dụng để tách rời người sử dụng với nhau trong một kênh truyền. Các phương thức đa truy nhập phổ biến nhất được sử dụng bao gồm: Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy nhập theo mã (CDMA), đa truy phân chia theo tần số trực giao (OFDMA), và đa truy nhập nhảy cảm sóng mang (CSMA). 2.1.1.3.Lớp vật lý đường lên Dải thông cho phép trong đường lên trực tiếp được định nghĩa như một hạt của một khe vật lý. Dải thông cho phép trong đường xuống trực tiếp được định nghĩa như một hạt của một khe nhỏ, trong đó độ dài khe nhỏ là 2m khe vật lý (m từ 0 đến 7). Số lượng các khe vật lý đối với mỗi khung là nhiệm vụ của tỷ lệ ký hiệu. Tỷ lệ ký hiệu được lựa chọn để thu được toàn bộ số các khe vật lý trong mỗi khung. Ví dụ, với một tỷ lệ dữ liệu 20 MBd, có 5000 khe vật lý trong một 1ms khung. Khung con đƣờng lên Cấu trúc của khung con đường lên sử dụng TDD được minh hoạ trong hình 2.4. Khung con đường lên bắt đầu với phần mào đầu, tiếp theo là phần điều khiển của khung, chứa DL-MAP ( và UL-MAP bắt đầu các khe vật lý với các cụm (cụm (burst)) bắt đầu. Phần TDM tiếp theo chứa dữ liệu, được tổ chức thành các cụm (burst) với các hiện trạng cụm (burst) khác nhau và vì thế các mức truyền mạnh khác nhau. Các cụm (burst) được truyền để giảm bớt sức mạnh. Mỗi trạm thuê bao nhận và giải mã thông tin điều khiển của đường lên và tìm kiếm phần đầu MAC chỉ ra dữ liệu cho trạm thêu bao đó trong phần còn lại của khung con đường lên. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 21 21 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.4: Cấu trúc khung con đường lên TDD Trong trường hợp FDD, cấu trúc của khung con đường lên được minh hoạ trong hình 2.5. Giống như trường hợp TDD, khung con đường lên bắt đầu với một phần mào đầu của khung, sau đó là phần điều khiển khung và một phần TDM được tổ chức thành các cụm (burst) được phát giảm sức mạnh hiện trạng cụm (burst). Phần TDM của khung con đường lên này chứa dữ liệu được truyền tới một hoặc nhiều phần dưới đây: - Các SS song công đầy đủ - Các SS bán song công được lập lịch để phát sau đó trong khung hơn chúng nhận - Các SS bán song công được lập lịch để truyền trong khung này. Khung con đường lên FDD tiếp tục với một phần TDMA được sử dụng để truyền dữ liệu tới bất kỳ SS bán song công nào được lập lịch để phát sớm hơn chúng nhận trong khung này. Điều này cho phép SS riêng lẻ giải mã một phần đường lên xác định mà không cần giải mã toàn bộ khung con đường lên. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 22 22 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.5: Khung con DL FDD Định vị cụm (burst) đƣờng lên Những phần dữ liệu đường lên được sử dụng để phát dữ liệu và điều khiển thông điệp tới các trạm thuê bao cụ thể. Dữ liệu này luôn luôn được mã hoá sửa lỗi trước (FEC) và được phát ở sự điều biến của các trạm thuê bao riêng lẻ hoạt động ở thời điểm hiện tại. Trong phần TDM, dữ liệu sẽ được phát để giảm sức mạnh hiện trạng cụm (burst). Trong trường hợp phần TDMA, dữ liệu được nhóm thành các cụm (burst) được mô tả tách biệt nhau mà không cần loại mạnh. Thông điệp DL-MAP chứa một lược đồ bắt đầu ở khe vật lý mà hiện trạng cụm (burst) xuất hiện thay đổi. Trong trường hợp TDMA, nếu dữ liệu đường lên không phủ hoàn toàn khung con đường lên, bên truyền sẽ dừng lại. Mã hoá từ FEC trong một cụm (burst) được sắp xếp ở dạng nén sắp xếp các đường biên mức bit. Điều này có nghĩa là, trong khi từ mã FEC lần đầu bắt đầu ở đường biên khe vật lý đầu tiên. Các từ mã kế tiếp thậm trí có thể bắt đầu trong một ký tự điều biến hoặc trong một PS nếu từ mã FEC tiếp theo kết thúc ở một ký tự điều biến hoặc trong một PS. Điều kiện liên kết chính xác phụ thuộc vào các thông số hiện trạng cụm (burst). Thông thường, số các khe vật lý i (là một số nguyên) cấp cho một cụm (burst) đặc biệt có thể được tính toán từ DL-MAP, nó cho biết vị trí bắt đầu của mỗi cụm (burst) cũng như các hiện trạng cụm (burst). Đặt n là giá trị nhỏ nhất Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 23 23 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên của các PS được yêu cầu cho một từ mã FEC của hiện trạng cụm (burst) được đưa ra đầy đủ (n không nhất thiết là một số nguyên). Khi đó i=kn+j+q trong đó k là số mã từ FEC đầy đủ thích hợp trong cụm (burst), j (không nhất thiết là một số nguyên) là số các khe vật lý đang sử dụng bằng từ mã được rút ngắt nhiều nhất có thể, và q ( 10 q ) là số các khe vật lý đang sử dụng bởi các bit đệm được chèn vào cuối cụm (burst) để bảo đảm rằng i là một số nguyên. Trong sự hoạt động từ mã cố định, j luôn bằng 0. Nhớ lại rằng một từ mã có thể một phần kết thúc qua một ký tự điều biến cũng như phần qua qua một PS. Khi điều này xuất hiện, từ mã tiếp theo sẽ bắt đầu ngay lập tức, không chèn các bít đệm. Ở phần cuối của cụm (burst) (tức là không có từ mã tiếp theo), thì 4q ký tự được thêm vào như là làm đệm (nếu được yêu cầu) để hoàn thành PS được định rõ trong DL-MAP. Số các bit đệm trong các ký tự đệm này bằng 4q lần mật độ điều biến, trong đó mật độ điều biến của QPSK là 2, 16-QAM là 4, 64-QAM là 6. Chú ý rằng các bit đệm có thể được yêu cầu có hoặc không ngắn hơn. k,j không đồng thời bằng 0. Giả sử 0j , đủ lớn sao cho b lớn hơn các bít FEC, r, được cộng bởi lược đồ FEC cho cụm (burst). Số các bit (tốt nhất là một số nguyên của các byte) có giá trị trong dữ liệu người sử dụng trong từ mã FEC được ngắn lại là b-r. Một từ mã không thể có ít hơn 6 byte thông tin. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 24 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.6: Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường hợp TDM Tầng con hội tụ truyền theo đƣờng lên Sự tải theo đường lên sẽ được phân đoạn thành các khối dữ liệu được thiết kế vừa đúng kích thước của từ mã sau khi byte con trỏ CS được thêm vào. Chú ý rằng độ dài tải vào có thể thay đổi, phụ thuộc vào sự rút ngắn của các từ mã được cho phép hoặc không đối với tình trạng cụm (burst) này. Một byte con trỏ sẽ được thêm vào mỗi đoạn tải vào được minh hoạ trong hình 2.7 Hình 2.7: Khuôn dạng của lớp con hội tụ truyền PDU Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 25 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.8: Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường hợp TDMA Trường con trỏ nhận dạng số byte trong gói tin, nó chỉ ra rằng hoặc phần đầu của PDU MAC bắt đầu trong gói tin hoặc phần đầu của bất kỳ byte vật liệu nào đến trước MAC PDU tiếp theo. Byte đầu tiên trong gói tin xem như là byte số 1. Nếu không MAC PDU hoặc các byte vật liệu bắt đầu ở gói tin CS, thì con byte con trỏ được đặt là 0. Khi dữ liệu không được phép phát, một mẫu byte vật liệu có một 1 giá trị (0xFF) sẽ được sử dụng để làm đầy bất kỳ khoảng trống nào giữa các IEEE 802.16 MAC PDU. 2.1.1.4. Lớp vật lý đường xuống Khung con đường xuống Cấu trúc của khung con đường xuống được sử dụng SS để phát tới BS được biểu diễn trong hình 2.9. Ba lớp cụm (burst) có thể được phát bởi SS trong suốt khung con đường lên: a) Chúng được phát ở các cơ hội cạnh tranh dành riêng cho dãy ban đầu. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 26 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên b) Chúng được phát ở các cơ hội cạnh tranh được định nghĩa bởi các khoảng thời gian yêu cầu dành riêng để đáp lại sự thăm dò một - nhiều và phát rộng. c) Chúng được phát ở những khoảng thời gian được định nghĩa bởi IEs Grant Data phân phát tới các SS riêng lẻ. Hình 2.9: Cấu trúc khung con đường xuống Bất kỳ lớp cụm (burst) nào có thể có mặt trong khung bất kỳ được đưa ra. Chúng có thể xuất hiện ở bất kỳ số lượng và loại nào (được giới hạn bởi số các PS cho phép) trong khung. Dải thông phân phát cho các cơ hội cạnh tranh yêu cầu và dãy ban đầu có thể được nhóm cùng nhàu và luôn luôn được sử dụng với các tình trạng cụm (burst) đường lên cho các khoảng thời gian ban đầu (UIUC=2) và khoảng thời gian được yêu cầu (UIUC=1) tương ứng. Các khe thời gian truyền tải còn lại được nhóm lại bởi SS. Trong khi nó lập lịch dải thông, một SS phát với tình trạng cụm (burst) được xác định bởi BS. 2.1.2.Lớp điều khiển truy cập môi trường (Media Access Control – MAC) 2.1.2.1. Lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ (Service Specific CS) Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 27 27 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ nằm phía trên lớp con phần chung MAC và thống nhất với lớp này, thông qua điểm truy cập dịch vụ MAC (MAC SAP), các dịch vụ được cung cấp bởi lớp con phần chung MAC (MAC CPS). Lớp con hội tụ thực hiện các chức năng sau:  Chấp nhận các đơn vị dữ liệu giao thức (PDUs) lớp cao hơn.  Thực hiện phân loại PDUs lớp cao hơn.  Xử lý (nếu cần) PDUs lớp cao hơn dựa trên sự phân loại,  Cấp phát lớp con hội tụ PDUs thích hợp với MAC SAP  Tiếp nhận lớp con hội tụ PDUs từ thực thể ngang hàng. Hiện tại có 2 đặc tả lớp con hội tụ được cung cấp: Lớp con hội tụ Chế độ truyền dị bộ (ATM CS) và lớp con hội tụ Gói (Packet CS). Những lớp con hội tụ khác có thể được đặc tả trong tương lai. ATM CS được định nghĩa cho các dịch vụ ATM còn Packet CS được định nghĩa cho các dịch vụ gói như IPv4, IPv6, Ethernet, VLAN… ATM CS nhận các tế bào ATM, xử lý, phân lớp dịch vụ và phân phối nó xuống lớp dưới. Packet CS phân lớp các loại MAC SDU vào kết nối thích hợp, gỡ, thêm các tiêu đề, phân phối dữ liệu đến lớp con MAC, nhận dữ liệu từ lớp con MAC rồi xử lý. Khái niệm nhận dạng kết nối (Connection Identifier – CID): Một kết nối được hiểu là một ánh xạ từ MAC – BS tới MAC – SS với mục đích vận chuyển lưu lương của một dịch vụ. Mỗi kết nối được xác định bởi một CID có độ dài 16 bit. Lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ nằm ở trên đỉnh của lớp MAC và thi hành một số chức năng như nhận các đơn vị dữ liệu giao thức (Protocol Dât Unit – PDU) từ lớp cao hơn, phân lớp dịch vụ các PDU đó, tùy theo các dịch vụ mà xử lý các PDU, phân phối các PDU này xuống lớp con phần chung MAC thông qua một SAP thích hợp. Tuy nhiên, nhiệm vụ chính của lớp này là phân loại các đơn vị dịch vụ dữ liệu, ánh xạ nó vào một kết nối MAC phù hợp, tức là một CID, đảm bảo cho việc xử lý QoS. Để đảm bảo thực hiện được điều này, lớp con hội tụ chuyên biệt về Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 28 28 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên dịch vụ có thể sử dụng các thuật toán tinh vi để ánh xạ hoặc cũng có thể thêm, thay đổi tiêu đề mối gói tin của lớp trên để xử lý. 2.1.2.2.Lớp con phần chung MAC Sự trao đổi giữa các BS và SS trong một vùng thường có mấy dạng kiến trúc là điểm – điểm (PTP), mạng điểm – đa điểm (PMP) và lưới (Mesh). Kiến trúc PTP xảy ra khi chỉ có một BS và một SS, các kết nối xảy ra từng cặp BS, SS. Kiến trúc PMP là sẽ có một kết nối giữa một BS với nhiều SS khác nhau. So với PTP thì PMP có khả năng phục vụ cao hơn, hiệu xuất tốt nhưng phạm vi bao phủ hẹp hơn nhiều. Kiến trúc Mesh là kiến trúc mà bao giờ cũng có một đường liên kết gữa hai điểm bất kỳ. Mặc dù chuẩn 802.14-2004 hỗ trợ cả ba kiểu kiến trúc trên nhưng PMP là kiến trúc được quan tâm nhất. Kiến trúc này có một BS làm trung tâm sẽ cung cấp kết nối cho nhiều SS. Trên đường lên (DL) dữ liệu đưa tới SS được hợp kênh theo kiểu TDM. Các SS chia sẻ UL theo dạng TDMA. MAC 802.16 theo hướng kết nối. Tất cả những dịch vụ bao gồm những dịch vụ không kết nối cố hữu, được ánh xạ tới một kết nối. Điều đó cung cấp một cơ chế cho yêu cầu dải thông, việc kết hợp QoS và các tham số về lưu lượng, vận chuyển và định tuyến dữ liệu đến lớp con quy tụ thích hợp và tất cả các hoạt động khác có liên quan đến điều khoản hợp đồng của dịch vụ. Các kết nối được tham chiếu đến các CID 16-bit và có thể yêu cầu liên tiếp dải thông được cấp phát hay dải thông theo yêu cầu. Đánh địa chỉ Mỗi SS sẽ có một địa chỉ cứng gọi là địa chỉ MAC 48 bit, giống như được định nghĩa trong 802 nói chung. Địa chỉ này là duy nhất cho thiết bị trên toàn thế giới. Nó được sử dụng trong quá trình khởi tạo kết nối. Nó cũng có thể được dùng để chứng thực giữa BS và SS với nhau. Định dạng của MAC PDU MAC PDU là đơn vị dữ liệu giao thức được dùng để trao đổi thông tin giữa các lớp MAC của BS và SS. MAC PDU có hai dạng: dạng thông thường và dạng Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 29 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên yêu cầu băng thông. MAC PDU thông thường bắt đầu với một tiêu đề có chiều dài cố định. Tiếp theo là tải (payload), có độ dài thay đổi, chính vì vậy mà MAC PDU có chiều dài thay đổi. Và cuối cùng là mã CRC. MAC PDU yêu cầu băng thông chỉ cần có phần tiêu đề. Quá trình xây dựng MAC PDU Trước khi được truyền đi, lớp MAC sẽ phải xây dựng MAC PDU một cách hợp lý và hiệu quả nhất. Quá trình này gồm các bước sau:  Quá trình móc nối: Nhiều MAC PDU có thể được kết hợp với nhau vào một phiên truyền (PDU dữ liệu, PDU yêu cầu băng thông…). Quá trình này có thể được thực hiện ở cả UL và DL.  Quá trình phân mảnh: Quá trình này chia một MAC SDU có kích thước lớn thành nhiều MAC SDU có kích thước hợp lý hơn. Quá trình này được sử dụng đối với các dịch vụ mà gói tin có kích thước lớn như voice, video… được dùng để khai thác một cách hiệu quả băng thông liên quan đến chất lượng dịch vụ. Nó có thể được thực hiện ở cả UL và DL.  Quá trình đóng gói (packing): Quá trình kết hợp nhiều MAC SDU thành một MAC PDU. Các kết nối phải cho phép mang các gói tin có kích thước thoi đổi để khai thác được hiệu quả tính năng này.  Những MAC SDU mới đến từ các lớp con quy tụ tương ứng được định dạng theo khuôn dạng của MAC PDU, có thể sự phân mảnh và/hoặc đóng 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, các MAC PDU được cấu trúc trở về các MAC SDU gốc. Tận dụng lợi thế của sự hợp nhất các quá trình đóng gói và phân mảnh với quá trình định vị dải thông để tối ưu hóa tính linh hoạt và hiệu suất cho cả hai. Việc truyền MAC PDU Lớp MAC của IEEE 802.16 MAC hỗ trợ các giao thức lớp cao hơn khác nhau như ATM hay IP. Nhưng MAC PDU mới đến từ các lớp con quy tụ tương Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 30 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ứng được định dạng theo khuôn dạng của MAC PDU, có thể với sự phân mảnh và/hoặc đóng gói, trước khi được chuyển trở qua một hay nhiều kết nối với sự đồng ý của giao thức MAC. Sau khi vượt qua kết nối không gian, các MAC PDU được cấu trúc trở về các MAC SDU gốc, như vậy những sửa đổi khuôn dạng được thực hiện bởi giao thức lớp MAC thể hiện tính “trong suốt” đối với thực thể nhận. IEEE 802.16 tậnd ụng lợi thế của sự hợp nhất các quá trình đóng gói và phân mảnh với quá trình định vị dải thông để tối ưu hóa tính linh hoạt và hiệu suất cho cả hai. Phân mảnh là một quá trình trong đó một MAC SDU được chia cắt ra làm một hay nhiều đoạn MAC SDU. Đóng gói là một quá trình trong đó nhiều MAC SDU được hợp nhất lại vào một tải MAC PDU. Cả hai quá trình có thể được bắt đầu vởi một BS cho một kết nối DL hoặc một CPE cho một kết nói UL. IEEE 802.16 cho phép phân mảnh và đóng gói đồng thời để có thể sử dụng dải thông một cách hiệu quả. Chất lƣợng dịch vụ Mạng băng rộng là nơi cung cấp rất nhiều loại dịch vụ với các yêu cầu khác nhau. Vì thế mà QoS chính là một vấn đề cơ bản đối với các mạng băng rộng, So với các mạng băng rộng không dây khác, ưu điểm lớn của 802.16-2004 là nó hỗ trợ rất tốt về QoS. Một loạt các tính năng đảm bảo cơ chế QoS cho các loại dịch vụ khác nhau gồm âm thanh, hình ảnh. 802.16-2004 cho phép các nhà cung cấp dịch vụ quản lý được lưu lượng đối với từng thuê bao, dựa vào các thỏa thuận đã cam kết. Chất lượng dịch vụ trong 802.16-2004 phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:  Giao thức MAC trong 802.16-2004 hoạt động hướng kết nối: Mỗi một gói tin trong 802.16 – 2004 đều được đưa vào một kết nối cụ thể, kết nối này là kết nối ảo, được xác định bởi tham số CID. Việc tạo nên các kết nối ảo này khiến các kết nối ảo, được xác định bởi tham số CID. Việc tạo nên các các kết nối ảo này khiến các gói tin được gửi đi một cách hiệu quả và nhanh chóng. Nó giống như các mạch ảo trong ATM. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 31 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  Cơ chế cấp phát băng thông Request/Grant: Cơ chế này làm tăng hiệu quả sử dụng băng thông của hệ thống, đặc biệt là các hệ thống mà có nhiều thuê bao. Trong cơ chế này, SS yêu cầu thông lượng băng thông cấp phát từ BS thông qua một số các phương thức khác nhau. BS sẽ cấp phát băng thông bằng cách cấp phát các khe thời gian tới các SS có yêu cầu.  Phân loại dịch vụ: giống như mọi hệ thống hỗ trợ QoS khác, việc phân loại dịch vụ cũng là điểm cốt lõi trong việc đảm bảo QoS của hệ thống 802.16- 2004. Cơ chế hoạt động chủ yếu để cung cấp QoS trong 802.16-2004 là đưa các gói tin khác nhau vào các dịch vụ khác nhau, các dịch vụ này được xác định bởi chỉ định CID. 802.16-2004 phân loại các luồng dữ liệu với yêu cầu QoS khác nhau vào các kết nối khác nhau. Mỗi kết nỗi sẽ thuộc một loại dịch vụ và mỗi dịch vụ lại có các tham số QoS khác nhau. . (Channel Acquisition) Gi . Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 32 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên . – . . ( – – – . (Switched Virtual Connec – Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 33 33 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên – . 2.1.2. (Security Sublayer) - - . – - . - :  .  – . (Virtua – . Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 34 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - – – (keyed Hash Message Authencation Code – - – – . . 2.2 trong IEEE 802.16 – 2004 - - RSA Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 35 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên AK BS - - HMAC digest - - 3 – DES, SHA – 1 KEK BS, SS - (BS) - (SS) - 3 – DES TEK BS - – DES “cụm (burst) . cụm (burst) . 2.2. Chuẩn IEEE 802.16e (IEEE 802.16-2005) 2.2.1. Lớp vật lý Cấu trúc khung Chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ TDD và FDD bán song công; tuy nhiên phê chuẩn WiMAX đưa ra lần đầu tiên chỉ có TDD. Với những phát hành sắp tới, diễn đàn WiMAX sẽ đề cập đến FDD cho các thị trường xác định – nơi mà các yêu cầu ổn định phổ cục sẽ hoặc kế thừa TDD hoặc sẽ triển khai FDD. Đối với Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 36 36 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên các vấn đề về nhiễu, TDD không yêu cầu sự đồng bộ hệ thống ở diện rộng; trái lại TDD sẽ ưu tiên chế độ song công bởi các lý do:  TDD cho phép điều chỉnh tỷ lệ UL/DL để hỗ trợ hiệu quả lưu lượng không đối xứng giữa DL và UL (với FDD thì tỷ lệ DL và UL là không đổi và thường bằng băng thông của DL và UL).  TDD đảm bảo sự trao đổi kênh để: hỗ trợ khả năng điều chỉnh đường truyền, MIMO và các công nghệ anten vòng kín cao cấp khác.  Không như FDD yêu cầu một cặp kênh, TDD chỉ yêu cầu một kênh đơn cho cả UL và UL đem lại khả năng điều chỉnh linh động sự cấp phát tần số toàn cục.  Không như FDD yêu cầu một cặp kênh, TDD chỉ yêu cầu một kênh đơn cho cả UL và DL đem lại khả năng điều chỉnh linh động sự cấp phát tần số toàn cục.  Các thiết kế bộ thu phát để triển khai TDD cũng ít phức tạp và ít tốn kém hơn. Hình 2.11: Cấu trúc khung WiMAX OFDMA Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 37 37 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.11 minh họa cấu trúc khung OFDM ở chế độ TDD. Mỗi khung được chia thnahf các khung con hướng xuống và hướng lên bởi Phát/Thu và Thu/Phát để tránh xung đột giữa hướng DL và UL. Trong một khung, thông tin điều khiển dùng để đảm bảo hoạt động hệ thống được tối ưu:  Phần đầu khung (Preamble): là symbol OFDM đầu tiên của khung dùng để đồng bộ.  Tiêu đề điều khiển khung: FCH nằm sau phần mở đầu khung. Nó cho biết thông tin cấu hình khung như độ dài bản tin MAP, nguyên lý mã hóa và các kênh con khả dụng.  DL – MAP và UL – MAP: cho biết cấp phát kênh con và các thông tin điều khiển khác lần lượt cho các khung con DL và UL.  Sắp xếp UL: Kênh con sắp xếp cho UL được cấp phát cho trạm di động (MS) để thực hiện điều chỉnh: thời gian vòng kín, tần số và công suất cũng như yêu cầu băng thông.  UL kênh thông tin chất lượng kém: kênh UL CQICH cấp phát cho MS để hồi trạng thái kênh.  UL công nhận (ACK): Kênh UL ACK cấp cho MS để xác nhận phản hồi DL yêu cầu lặp lại tự động kiểu kết hợp. Các đặc tính lớp PHY cao cấp khác WiMAX di động đã đưa ra các kỹ thuật:  Điều chế thích nghi và mã hóa (AMC)  Yêu cầu lặp lại tự động kiểu kết hợp (HARQ)  Phản hồi kênh nhanh để nâng cao khả năng phủ sóng. Dung lượng cho WiMAX trong các ứng dụng di động. WiMAX trong các ứng dụng di động ở UL, bắt buộc phải có các hỗ trợ điều chế QPSK, 16-QAM, còn ở UL, 64-QAM là tùy chọn. Cả mã hóa vòng và mã hóa Turbo vòng với tốc độ mã hóa thay đổi và mã lặp cũng được hỗ trợ. Ngoài ra, mã khối Turbo và mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp cũng được hỗ trợ tùy chọn. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 38 38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bộ lập lịch BS xác định tốc độ dữ liệu phù hợp cho mỗi cấp phát cụm (burst) dựa trên kích thước bộ đệm và điều kiện truyền sóng ở phía sau… Một kênh chỉ thị chất lượng kênh được sử dụng để cung cấp thông tin trạng thái kênh từ thiết bị đầu cuối người dùng đến bộ lập lịch BS. Thông tin trạng thái kênh tương ứng từ kênh CQICH gồm: Tỷ lệ nhiễu và tạp nhiễu của sóng mang vật lý, CINR hiệu quả, lựa chọn chế độ MIMO và lựa chọn kênh con lựa chọn tần số. Với kỹ thuật TDD, khả năng điều chỉnh kênh lợi dụng ưu điểm khả năng trao đổi để cũng cấp thông tin chính xác hơn về tình trạng kênh. WiMAX . M – – 120km/h. 2 , . Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 39 39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (QoS) , WiMAX . WiMAX . WiMAX . :  .  L DL.  .   . Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 40 40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên . WiMAX di . WiMAX . WiMAX trợ nhanh. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 41 41 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên CHƢƠNG 3. WIMAX 3.1. OFDM Thay vì lựa chọn CDMA tổ chức IEEE đã lựa chọn dạng tín hiệu OFDM vì nó có khả năng hỗ trợ sự thực thi trong NLOS, trong khi vẫn duy trì được mức hiệu suất cao nhất của phổ khi sử dụng dải phổ có sẵn. OFDM đạt đến tốc độ và hiệu quả dữ liệu cao nhờ sử dụng nhân chồng các tín hiệu sóng mang thay cho chỉ một tín hiệu. Ưu điểm quan trọng của OFDM, của các cơ chế điều chế đơn sóng mang đơn là khả năng mang lại hiệu suất băng thông cao hơn và do đó thông lượng dữ liệu sẽ cao hơn thậm chí phải đối mặt thách thức với kịch bản triển khai chẳng hạn như các đường kết nối NLOS phải chịu suy hao đáng kể do các điều kiện đo đường. Công nghệ OFDM là một kỹ thuật ghép kênh, nó chia nhỏ băng thông thành các tần số sóng mang con. Trong một hệ thống OFDM, luồng dữ liệu đầu vào được chia thành các luồng con song song với tốc độ giảm (và như vậy tăng khoảng thời gian của ký hiệu – symbol) và mỗi luồng con được điều chế và ký hiệu tăng sẽ cải thiện khả năng chống lại trễ lan truyền của OFDM. Hơn nữa, tiền tố vòng (Cyclic Prefix – CP) có thể hoàn toàn lại bỏ nhiễu xuyên ký hiệu (Inter Symbol Interference – ISI) miễn là thời lượng CP lâu hơn trễ kênh lan truyền. CP chính là sự lặp lại phần dữ liệu gồm các mẫu cuối của khối được gắn vào trước một tải tin. Chính CP chống lại nhiễu liên khối và làm kênh quay vòng và cho phép cân bằng miền tần số với độ phức tạp thấp. Tuy vậy, một hạn chế của CP là nó được thêm vào trước tải tin làm giảm hiệu suất sử dụng băng thông. CP không chỉ làm giảm hiệu suất băng thông, ảnh hưởng của CP cũng tương tự như hệ số roll – off trong các hệ thống sóng mang đơn được lọc cosine nâng. Do OFDM có một phổ “tường gạch” (đan xen) rất nhọn, một tỷ lệ lớn các băng thông kênh cấp phát có thể được sử dụng cho truyền số liệu, giúp làm giảm suy hao hiệu suất do tiền tố vòng CP. OFDM khai thác sự phân tập tần số của kênh đa đường bằng cách mã hóa và chèn thông tin trên các sóng mang con trước khi truyền đi. Điều chế OFDM Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 42 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên có thể thực hiện được với biến đổi ngược Fourier nhanh, phép biến đổi này cho phép một số lượng lớn các sóng mang con (lên tới 2048) với độ phức tạp thấp. Trong một hệ thống OFDM, tài nguyên sẵn có trong miền thời gian chính là các symbol OFDM và trong miền tần số chính là các sóng mang con. Tài nguyên về thời gian và tần số có thể được tổ chức thành các kênh cấp phát cho người dùng. 3.1.1. OFDM Symbol Cấu trúc theo miền thời gian của các symbol có dạng sau: Symbol có độ dài Ts, trong đó Tb là khoảng thời gian thực của symbol. Tg=Ts-Tb là giá trị thêm vào để chống hiện tượng đa đường. Phần này được gọi là tiền tố vòng (CP), nó có thể có các giá trị khác nhau tùy vào hệ thống. CP thường là sao chép một phần cuối của symbol. Khi khởi tạo, một SS sẽ tìm kiếm tất cả các giá trị có thể của CP cho tới khi tìm ra được giá trị CP đã được sử dụng bởi BS. SS cũng sẽ sử dụng giá trị này cho đường lên. Mỗi khi một giá trị CP được chọn bởi BS, nó không nên thay đổi vì thay đổi CP đồng nghĩa vớ . : Hình 3.1: Cấu trúc OFDM symbol trong miền thời gian Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 43 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên . (Data Subcar , nhau, mang con DC WiMAX – WiMAX mang đơn. WIMAX Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 44 44 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.3 3.1 5,4 GHz minh h . 3.1 : Sự suy giảm tín hiệu trong môi trường vô tuyến M tâm Khu nông thôn i ô 3-12dB 0 5 10 15 20 25 30 m tron 13 0 12 0 11 0 10 0 ) 1 2,45GHz Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 45 45 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -CDMA như – . quy . – . Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 46 46 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.4 – : . . ..01011.... (Channel Coding) PSD nn FEC Codin gg OFDM ch (Channel De- Coding) PSD U nhiên nn FEC De- coding đ OFDM Thu ..011011.. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 47 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên . WiMAX . : 3.5 Ta 1a2a3a4 1a2a3a4 1b2c1d1 a1a2a3a4 1 . con OF . Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 48 48 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên . 1/Ts. . . 3.2. OFDMA 3.2.1. OFDMA Symbol . . . 3 kênh con) Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 49 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên . OFDM – – ). ( - – – – : 3. 7 : 3.7 . : Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 50 50 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Kh [(6 bins, 1 symbol), . . – . - 0 1 2 Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 51 51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - :  – .  PUSC.  . 3.2.2 WiMAX WiMAX WiFi. WiMAX (Upload) (Download) Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 52 52 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên – . . WiMAX (Adaptation Modulation and Coding – AMC) - . WiMAX : 3.2 Thông (Mbps) (kbps) (s) OFDM 40 4.45 1802 2.33 WCDMA (MMSE) 40 3.83 1170 3.56 WCDMA (Rake) 40 3.03 490 8.54 Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 53 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên . – . – mobile. – /xuyên nh – – – . – . – . , gi . – . Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 54 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên . . , TDMA, CDMA , TDD. . . . – . WIMAX :  (beamforming): .  gian – (Space Time Code – STC): .  (Spatial Multiplexing – đ Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 55 55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên . WIMAX , . WiMAX WiMAX WiMAX – .  ri .  802.16. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 56 56 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  :  WiMAX  .  .  . . :  .  .   (Short Message Service – SMS) qua IP, Multimedia Message Service - MMS, Wireless Application Protocsl – WAP).  WiMAX. (Roaming) :  – ;  WiMAX ; Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 57 57 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  (Subscriber Identify Module – NRM) WiMAX . WiMAX WiMAX – – – – ). (Mobile Statio – – – 3.9 1 – R5 . R1 CSN CSN R3 R5 SS/ MS R2 ASN R2 Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 58 58 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (end – to – . WiMAX ( WiMAX . WiMAX – CSN WiMAX WiMAX GreenField. 3.10 , Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 59 59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.10 WiMAX WiMAX :  – .  ,  ,  ,  ,  AAA MIPH A tay (ASN – GW) Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 60 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên .  ; ,  Int (interworking). Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 61 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên CHƢƠNG 4. CÁC VẤN ĐỀ BẢO MẬT TRONG WiMAX 4.1. Giới thiệu lớp con bảo mật Mạng WiMAX sử dụng một lớp con bảo mật riêng, lớp con này nằm ở lớp MAC, ngay sát lớp vật lý. Lớp này thực hiện mã hoá trước khi truyền đi và giải mã dữ liệu nhận được từ lớp vật lý. Lớp con bảo mật cũng thực hiện nhận thực và trao đổi khóa bảo mật. Có 2 giao thức hoạt động chính trong lớp con bảo mật: + Giao thức mã hoá dữ liệu thông qua mạng băng rộng không dây; + Giao thức quản lý khoá và bảo mật (PKM) đảm bảo an toàn cho quá trình phân phối khoá từ BS tới SS. Nó cũng cho phép BS đặt điều khiển truy nhập cho các dịch vụ mạng. * Giao thức PKM sử dụng: - Thuật toán khoá công khai RSA - Chứng thực số X.509 - Thuật toán mã hoá mạnh để thực hiện trao đổi khoá giữa SS và BS. * Liên kết bảo mật SA SA chứa các thông tin về bảo mật của một kết nối: tức là các khoá và các thuật toán mã hoá được lựa chọn. Các kết nối quản lý cơ sở và sơ cấp không có SA, Tuy vậy tính nguyên vẹn của bản tin quản lý vẫn được đảm bảo. Quản lý thứ cấp có thể có SA. Các kết nối vận chuyển luôn chứa SA. SA là một hệ thống thông tin bảo mật một BS và một hoặc nhiều hơn các SS khách chia sẻ để hỗ trợ đảm bảo sự truyền thông trong mạng 802.16. Ba loại SA được định nghĩa: Sơ cấp, tĩnh và động. Mỗi SS thiết lập một liên kết bảo mật sơ cấp trong suốt quá trình khởi tạo SS. Các SA tĩnh được cung cấp cho BS. Các SA động được thiết lập và loại bỏ khi bắt đầu và kết thúc các luồng dịch vụ xác định. Cả SA tĩnh và SA động đều có thể được chia sẻ bởi nhiều SS. Thông tin được chia sẻ của SA sẽ bao gồm bộ mã hóa trong SA. Thông tin được chia sẻ có thể bao gồm các TEK và các vecto khởi tạo. Nội dung thêm vào của SA phụ thuộc vào bộ mã hóa. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 62 62 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Các SA được nhận dạng sử dụng SAID Mỗi SS sẽ thiết lập một SA ban đầu dành riêng với BS của nó. SAID của bất kỳ SA ban đầu của SS sẽ có thể bằng CID cơ bản của SS đó. Sử dụng giao thức PKM, một SS yêu cầu từ BS của nó một khóa cần thiết của SA. BS sẽ đảm bảo rằng mỗi khoách SS chỉ truy cập tới SA mà nó được phép truy cập. Có 2 SA: DSA (Data SA- Liên kết bảo mật dữ liệu) và ASA (Liên kết bảo mật chứng thực) * Liên kết bảo mật dữ liệu DSA: Có + 16 bit nhận dạng SA, thông tin phương thức mã hoá nhằm bảo vệ dữ liệu khi truyền chúng trên kênh truyền. + 2 khoá bảo mật lưu lượng TEK để mã hoá dữ liệu: một TEK đang hoạt động và một khoá dự phòng. Mỗi TEK nằm trong khoảng 30 phút tới 7 ngày. Có 3 loại DSA: + Primary SA được sử dụng trong quá trình khởi tạo liên kết. Được chia sẻ giữa MS và BS đang phục vụ nó; + Static SA đã được cấu hình trên B; + Dynamic SA được sử dụng cho các kết nối vận chuyển khi cần. Static SA và Dynamic SA có thể được một vài MS chia sẻ trong hoạt động Multicast. Khi thực hiện một kết nối, đầu tiên SA khởi tạo một DSA bằmg cách sử dụng chức năng yêu cầu kết nối. Một SS thông thường có 2 hoặc 3 SA: - Một cho kết nối quản lý thứ cấp - Một cho kết nối cho cả đường lên và đường xuống, hoặc sử dụng các SA tách biệt cho kênh đường lên và đường xuống. BS đảm bảo rằng mỗi SS chỉ có thể truy nhập bằng SA mà nó cấp riêng cho SS. * ASA ( SA chứng thực) Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 63 63 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên SA chứng thực bao gồm một khoá cấp phép dài 60 bit (AK) và 4 bit nhận dạng AK. Thời gian sử dụng của AK thay đổi từ 1 tới 70 ngày. Khoá mã hoá khoá KEK sử dụng thuật toán 3 DES 112 bit cho các TEK phân phối và một danh sách các DSA cấp phép. - Khoá HMAC đường xuống DL và đường lên UL được sử dụng để nhận thực dữ liệu trong bản tin phân phối khoá từ BS tới SS và SS tới BS. Trạng thái của một SA chứng thực được chia sẻ giữa một BS và một SS thực tế. Các BS sử dụng SA chứng thực để cấu hình các DSA trên SS. 4.2. Giao thức quản lý khóa PKM Một SS sử dụng giao thức PKM để thu được sự nhận thực thiết bị và mã hóa lưu lượng cần thiết từ BS, và để hỗ trợ nhận thực lại định kỳ và làm tươi khóa. Giao thức quản lý khóa sử dụng chứng chỉ số X.509 và thuật toán đối xứng mạnh để thực hiện việc trao đổi khóa giữa SS và BS. Giao thức PKM gắn với một mô hình khách/chủ, trong đó SS một PKM “khách” yêu cầu khóa cần thiết, và BS một PKM “chủ” trả lời các yêu cầu đó, đảm bảo rằng các khách SS riêng lẻ chỉ nhận khóa cần thiết mà chúng được cấp phép. Giao thức PKM sử dụng thông điệp quản lý MAC, tức là PKM-REQ và thông điệp PKM-RSP. Giao thức PKM sử dụng mật mã khóa công khai để thiết lập sự bí mật được chia sẻ (tức là AK) giữa SS và BS. Sự bảo mật được chia sẻ sau đó được sử dụng để đảm bảo sự trao đổi PKM trình tự con của các TEK. Kỹ thuật hai tầng này để phân bổ khóa làm tươi các TEK không xâm nhập vượt quá sự hoạt động của khóa công khai. Một BS nhận thực một SS khách trong suốt sự trao đổi chứng thực ban đầu. Mỗi SS có một chứng chỉ số X.509 duy nhất, và sau đó được sử dụng bởi nhà sản xuất của SS. Chứng chỉ số bao gồm một khóa công khai của SS và địa chỉ SS MAC. Khi yêu cầu một AK, một SS đưa ra chứng chỉ số của nó tới BS. BS kiểm lại chứng chỉ số và sau đó khóa công khai được kiểm lại để mã hóa một AK mà sau đó BS gửi lại yêu cầu tới SS. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 64 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên BS kết hợp một sự nhận dạng nhận thực của SS tới trạm tới một trạm con, và để loại bỏ các dịch vụ dữ liệu mà trạm thêu bao được cấp phép truy cập. Vì vậy với sự trao đổi AK, BS thiết lập một sự nhận dạng được nhận thức của SS khách và các dịch vụ mà SS được cấp phép truy cập. Sau khi BS nhận thực SS, nó có thể bảo vệ ngược lại một kẻ tấn công bắt trước SS, giả mạo như là một SS của trạm thuê bao hợp pháp. Sử dụng các chứng chỉ X.509 ngăn cản các SS nhái từ những tài liệu hợp pháp tới BS. Tất cả các SS sẽ có sự cài đặt của hãng cặp khóa riêng/công khai RSA hoặc cung cập một thuật toán trong để sinh ra cặp khóa động. Nếu một SS dựa vào một thuật toán trong để sinh ra cặp khóa RSA, SS sẽ sinh ra cặp khóa để trao đổi AK đầu tiên. Tất cả các SS với sự cài đặt cặp khóa RSA của hãng cũng sẽ có sự cài đặt chứng chỉ X.509 của hãng. Tất cả các SS dựa vào thuật toán trong để sinh cặp khóa RSA sẽ hỗ trợ một kỹ thuật để cài đặt một chứng chỉ X.509 được sử dụng bởi nhà sản xuất theo sau sự sinh khóa. : - 1) - ) Giao thức quản lý khóa có hai phiên bản: * PKMv1 - Nhận thực - Trao đổi khóa - Mã hóa dữ liệu * PKMv2 - Quy trình cấp phép lẫn nhau - Trao đổi khóa với RSA - Trao đổi khóa với EAP 4.2.1. Tổng quan sự cấp phép SS và sự trao đổi khóa AK Sự cấp phép SS, được điều khiển bởi máy trạng thái cấp phép, là quy trình: a) BS nhận thực một sự đồng của SS khách Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 65 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên b) BS cung cấp SS được nhận thực với một AK, từ một khóa bảo mật KEK và khóa nhận thực thông điệp nhận được. c) BS cung cấp SS được nhận thực giống hệt (tức là SAID) và các đặc tính ban đầu và các SA tĩnh, SS được cấp phép để thu được thông tin về khóa. Sau khi thu được sự cấp phép ban đầu, một SS tìm kiếm định kỳ sự nhận thực với BS; sự nhận thực cũng được quản lý bởi máy trạng thái cấp phép của SS. Một SS phải duy trị trạng thái cấp phép của nó với BS để có thể làm tươi các TEK. Các máy trạng thái TEK quản lý sự làm tươi các khóa TEK. Một SS bắt đầu cấp phép bằng cách gửi một thông điệp thông tin nhận thực tới BS của nó. Thông điệp thông tin nhận thực chứa chứng chỉ X.509 của nhà sản xuất, được cung cấp bởi chính nhà sản xuất hoặc bởi một quyền ở bên ngoài. Thông điệp thông tin nhận thực hoàn toàn là thông tin; tức là BS có thể chọn lựa chọn cách lờ nó đi. Tuy nhiên, nó cung cấp 1 kỹ thuật để một BS biết được các chứng chỉ SS khách có. SS gửi một thông điệp yêu cầu cấp phép tới BS của nó ngay lập tức sau khi gửi thống điệp thông tin nhận thực. Yêu cầu cấp phép gồm: a) Nhà sản xuất sử dụng chứng chỉ X.509; b) Một sự mô tả các thuật toán mã hóa yêu cầu các SS hỗ trợ; một khả năng mã hóa của SS được chuyển tới BS như là một danh sách nhận dạng hệ mã hóa, mỗi phần trong danh sách đó chỉ ra một cặp mã hóa dữ liệu đóng gói riêng biệt và các thuật toán nhận thực dữ liệu đóng gói SS hỗ trợ. c) CID cơ bản của SS. CID cơ bản là CID tĩnh đầu tiên mà BS quy cho một SS trong suốt phạm vi khởi tạo – SAID ban đầu bằng CID cơ bản. Ở phần trả lời thông điệp yêu cầu cấp phép, BS thông qua yêu cầu nhận dạng SS, xác định thuật toán và giao thức hỗ trợ nó chia sẻ với SS, hoạt hóa một AK cho SS, mã hóa nó với khóa công khai của SS, và gửi nó trở lại tới SS trong một thông điệp trả lời cấp phép. Thông điệp trả lời cấp phép bao gồm: a) Một AK được mã hóa với khóa công khai của SS Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 66 66 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên b) Một số trình tự khóa 4-bit, được sử dụng để phân biệt giữa các sự sinh ra liên tục của các AK c) Thời gian sống một khóa d) Những sự nhận thực (tức là các SAID) và đặc tính ban đầu đơn giản và không hoặc nhiều SA tĩnh hơn mà SS được cấp phép để chứa thông tin mã hóa. Trong phần trả lời cấp phép sẽ nhận dạng các SA tĩnh thêm vào SA ban đầu trong đó SAID kết hợp yêu cầu CID cơ bản của SS, trả lời nhận thực sẽ không nhận dạng bất kỳ SA động nào. BS trong phần trả lời tới các yêu cầu cấp phép của SS, sẽ xác định đâu là yêu cầu SS, sự nhận dạng của nó có thể qua chứng chỉ số X.509, được cấp phép cho các dịch vụ cơ bản, và thêm vào các dịch vụ được cung cấp tĩnh (tức là các SAID tĩnh) mà người sử dụng của SS đồng ý. Chú ý rằng các dịch vụ được bảo vệ một BS có thể làm cho một SS khách phụ thuộc vào sự mã hóa thực tế SS và BS hỗ trợ chia sẻ. Một SS sẽ làm tươi định kỳ AK của nó bằng cách tái bản một yêu cầu cấp phép tới BS. Sự cấp phép chính là cấp phép với sự ngoại lệ mà SS không thể gửi thông điệp thông tin nhận thực trong suốt vòng nhận thực. Để tránh sự gián đoạn dịch vụ trong suốt quá trình nhận thực, Sự sinh các khóa AK của SS thành công có các thời gian sống chồng chéo. Cả SS và BS sẽ cho phép hỗ trợ 2 AK hoạt động đồng thời trong suốt khoảng thời gian truyền. Sự hoạt động của thuật toán lập lịch yêu cầu cấp phép của máy trạng thái cấp phép, kết hợp với cơ chế của BS để cập nhật và sử dụng các AK của SS khách đảm bảo rằng SS có thể làm tươi thông tin khóa TEK không bị gián đoạn trên quá trình diễn biến của khoảng thời gian nhận thực của SS. 4.2.2. Tổng quan sự trao đổi TEK Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 67 67 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 4.1: Thủ tục trao đổi khóa TEK 4.2.2.1. Tổng quan sự trao đổi TEK cho kiến trúc PMP Khi sự cấp phép hoàn thành, SS bắt đầu một máy trạng thái TEK riêng biệt để mỗi SAID được nhận dạng trong một thông điệp trả lời cấp phép. Mỗi máy trạng thái TEK hoạt động trong SS chịu trách nhiệm về sự quản lý khóa cần thiết được kết hợp với SAID tương ứng. Các máy trạng thái TEK gửi các thông điệp yêu cầu khóa một cách định kỳ tới BS, yêu cầu làm tươi khóa cần thiết cho các SAID tương ứng của nó. BS trả lời tới một yêu cầu khóa với một thông điệp trả lời khóa, chứa khóa hoạt động cần thiết của BS cho SAID xác định. TEK được mã hóa sử dụng KEK thích hợp nhận được từ AK. Khóa trả lời cung cấp yêu cầu SS, thêm vào TEK và vecto khởi tạo CBC, thời gian sống còn lại của một trong 2 hệ thống khóa cần thiết. SS nhận sử dụng thời gian sống còn lại này để ước lượng khi BS cho phép một TEK riêng biệt, và sau đó khi lập lịch các yêu cầu khóa trong tương lai như là các yêu cầu SS và nhận khóa mới cần thiết trước khi BS kết thúc việc khóa cần thiết mà SS hiện tại nắm giữ. Một máy trạng thái TEK còn lại hoạt động: Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 68 68 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a) SS được cấp phép để hoạt động trong miền bảo mật của BS, tức là có một AK hợp lý và b) SS được cấp phép để tham giao vào SA riêng biệt đó, tức là BS tiếp tục cung cấp khóa làm tươi cần thiết trong sự quay vòng khóa lại. Máy trạng thái cấp phép cha dùng tất cả các máy trạng thái TEK con của nó khi SS nhận từ BS một sự từ chối cấp phép trong suốt vòng nhận thực. Máy trạng thái TEK riêng lẻ có thể bắt đầu hoặc kết thúc trong suốt vòng nhận thực nếu một sự cấp phép SAID tĩnh của SS được thay đổi giữa các sự cấp phép lại kế tiếp. Sự truyền thông giữa máy trạng thái cấp phép và TEK suất hiện qua sự kiện và thông điệp giao thức. Máy trạng thái cấp phép sinh ra các sự kiện (dừng, cho phép, cấp phép, sắp xảy ra và các sự kiện hoàn thành cấp phép) với các máy trạng thái TEK con của nó. Các máy trạng thái TEK không có nhiệm vụ các sự kiện ở máy trạng thái cha mẹ của chúng. Các máy trạng thái TEK ảnh hướng tới máy trạng thái cấp phép một cách gián tiếp qua thông điệp mà BS gửi trả lời tới các yêu cầu của SS. 4.2.2.2. Tổng quan sự trao đổi TEK chế độ Mesh Khi sự cấp phép hoàn thành, một nút bắt đầu tìm kiếm tìm mỗi nút hàng xóm, một máy trạng thái đối với mỗi SAID được nhận dạng trong thông điệp trả lời cấp phép. Mỗi máy trạng thái TEK hoạt động trong nút chịu trách nhiệm quản lý khóa cần thiết được kết hợp với SAID tương ứng của nó. Nút chịu trách nhiệm duy trì các TEK giữa chính bản thân nó và tất cả các nút nó khởi tạo TEK chao đổi với. Các máy trạng thái TEK của nó định kỳ gửi các thông điệp yêu cầu khóa tới các nút láng giêngf của nút, yêu cần làm tươi khóa cần thiết đối với các SAID tương ứng của chúng. Nút láng giềng trả lời yêu cầu khóa với một thông điệp trả lời khóa, chứa các khóa hoạt động cần thiết của BS đối với một SAID xác định. TEK trong sự trả lời khóa được mã hóa, sử dụng khóa công khai của nút tìm kiếm trong thuộc tính chứng chỉ SS. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 69 69 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Sự trả lời khóa cung cấp nút yêu cầu, thêm vào TEK, thời gian sống còn lại của một trong hai hệ thống khóa cần thiết. Nút nhận sử dụng thời gian sống còn lại để ước lượng khi nút hàng xóm làm mất hiệu lực một TEK riêng biệt, để lập lịch các yêu cầu khó tương lai. Chế độ truyền giữa nút khởi tạo và nút hàng xóm cung cấp sự truyền tải khóa liên tục. 4.3. Các sử dụng khóa 4.3.1. Sự sử dụng khóa của BS BS chịu trách nhiệm về việc duy trì thông tin khóa cho tất cả các SA. Giao thức PKM được định nghĩ trong sự mô tả xác định một kỹ thuật để đồng bộ thông tin khóa này giữa BS và các SS khách. 4.3.1.1. Thời gian sống của khóa AK Sau khi một SS hoàn thành các khả năng cơ bản, nó sẽ khởi tạo sự trao đổi cấp phép với BS của nó. Sự xác nhận thông điệp yêu cầu xác thực từ SS không được phép sẽ khởi tạo hoạt động của một AK mới, BS sẽ gửi trở lại yêu cầu SS trong thông điệp trả lời xác thực. AK này sẽ hoạt động cho đến khi nó kết thúc theo thời gian sống AK đã xác định trước, một hệ thống BS cấu hình thông số. Thời gian sống hoạt động của AK một BS báo cáo trong một thông điệp trả lời cấp phép gửi lại, chính xác như các giấy phép thực hiện, thời gian sống còn lại của AK ở thời gian mà thông điệp trả lời được gửi đi Nếu một SS không nhận thực được trước khi kết thức AK hiện tại của nó thì BS sẽ không giữ hoạt động các AK cho SS và sẽ coi như SS trái phép. Một BS sẽ di chuyển từ các bảng khó của nó tất cả các TEK kết hợp với SA ban đầu của SS trái phép. 4.3.1.2. Giai đoạn truyền AK trên BS BS luôn luôn chuẩn bị gửi một AK tới SS theo yêu cầu. BS sẽ có thể hỗ trợ hai AK hoạt động đồng thời đối với mỗi SS. BS có hai AK hoạt động trong suốt khoảng thời gian vận chuyển AK; hai khóa hoạt động có thời gian sống nạp chồng. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 70 70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Thời gian chuyển giao AK bắt đầu khi BS nhận một thông điệp yêu cầu cấp phép từ một SS và BS có AK hoạt động đơn đối với SS đó. Trả lời yêu cầu cấp phép, BS hoạt động một AK thứ hai, sẽ có một số trình tự khóa lớn hơn thời gian tồn tại AK và sẽ được gửi trở lại yêu cầu SS trong thông điệp cấp phép. BS sẽ đặt thời gian sống hoạt động của AK thứ hai này là thời gian sống còn lại của AK trước, cộng thời gian sống của AK xác định trước. Khoảng thời gian truyền khóa sẽ kết thúc với sự kết thúc của khóa cũ hơn. Với điều khiện BS giữa khoảng thời gian truyền AK của SS, và vì thế giữa hai AK hoạt động đối với SS, nó sẽ trả lời các thông điệp yêu cầu cấp phép với hai khóa hoạt động mới hơn. Một khóa cũ hơn kết thúc, một yêu cầu cấp phép sẽ gây ra sự hoạt động của một AK mới, và bắt đầu giai đoạn truyền khóa mới. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 71 71 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 4.2: Sự quản lý AK trong BS và SS 4.3.1.3. BS sử dụng AK BS sẽ sử dụng khóa cần thiết từ AK của SS như sau: a) Xác nhận các luật HMAC trong các thông điệp nhận được từ SS, b) Tính toán các luật HMAC mà nó viết trong sự trả lời khóa, sự loại bỏ khóa, và các thông điệp không hợp lệ TEK được gửi tới SS đó và c) Mã hóa TEK trong các thông điệp trả lời khóa mà nó gửi tới SS. 4.3.1.4. Thời gian sống của TEK Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 72 72 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên BS sẽ duy trì hai hệ thống TEK hoạt động trên SAID, tương ứng với hai sự phát sinh liên tiếp kháo cần thiết. Hai sự phát sinh TEK sẽ có thời gian sống nạp chồng được xác định bởi thời gian số TEK, thông số cấu hình hệ thống BS được xác định trước. TEK mới hơn sẽ có một số trình tự khóa hơn một (4 modun) của TEK cũ hơn. Các thông điệp trả lời khóa được gửi đi bởi một BS bao gồm các thông số TEK với hai TEK hoạt động. Bản báo cáo của một BS về thời gian sống hoạt động của TEK trong một thông điệp trả lời. Chính xác khi sự thực hiện cấp phép, thời gian còn lại của các TEK ở thời gian thông điệp trả lời khóa được gửi. 4.3.1.5. Sự sử dụng TEK của BS BS truyền giữa hai TEK hoạt động khác nhau, phụ thuộc vào hoặc TEK sử dụng cho lưu đường lên hay đường xuống. Đối với mỗi SAID của nó, BS sẽ truyền giữa các TEK hoạt động theo nguyên tăc sau đây: a) TEK cũ hơn kết thúc, sự truyền tải của BS sẽ ngay lập tức sử dụng TEK mới hơn để mã hóa. b) Giai đoạn truyền đường lên từ bắt đầu từ khi BS gửi TEK mới hơn trong thông điệp trả lời khóa và kết thúc khi một TEK cũ hơn kết thúc. BS sử dụng các TEK hoạt động khác nhau, phụ thuộc vào việc TEK sử dụng lưu lượng đường xuống hay đường lên. Với mỗi SAID của nó, BS sẽ sử dụng hai TEK hoạt động theo các nguyên tắc sau: a) BS sẽ sử dụng hai khóa TEK hoạt động cũ hơn để mã hóa lưu lượng đường xuống; b) BS sẽ cho phép giải mã lưu lượng đường lên sử dụng hoặc TEK cũ hơn hoặc TEK mới hơn. 4.3.2. Sự sử dụng khóa của SS 4.3.2.1. SS nhận thực Các AK có thời gian sống giới hạn và sẽ được làm tươi một cách định kỳ. Một SS làm tươi AK của nó bằng cách tái bản một yêu cầu cấp phép tới BS. Máy Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 73 73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên trạng thái cấp phép quản lý lập lịch của các yêu cầu nhận thực để làm tươi các AK. Một máy trạng thái cấp phép của SS lập lịch bắt đầu cấp phép một khoảng thời gian cấu hình, thời gian ra hạn sự cấp phép, trước khai AK cuối cùng của SS được lập lịch kết thúc. Thời gian ra hạn cấp phép lại được cấu hình để cung cấp một SS với khoảng thời gian thử lại đủ dài để cho phép hệ thống trễ và cung cấp thời gian tương xứng cho SS hoàn thành sự trao đổi cấp phép trước khi kết thúc AK phổ biến nhất của nó. Chú ý rằng BS không cần biết thời gian ra hạn cấp phép. Tuy nhiên, BS sẽ tìm thời gian sống của AK của nó và sẽ làm không hoạt động một khóa mà nó đã kết thúc. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 74 74 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 4.3: Quản lý TEK trong BS và SS 4.3.2.2.SS sử dụng AK Một SS có thể sử dụng HMAC_KEY_D bắt nguồn từ các AK gần nhất để nhận thực khóa trả lời, loại bỏ khóa, và thông điệp loại bỏ khóa. SS sẽ cho phép giải mã một TEK đã mã hóa trong thông điệp trả lời khóa với KEK bắt nguồn từ một trong hai AK gần nhất. 4.3.2.3.SS sử dụng TEK Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 75 75 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Một SS có khả năng duy trì hai hệ thống liên tiếp khóa lưu lượng cần thiết trên SAID được nhận thực. Qua sự hoạt của các trạng thái TEK của nó, một SS sẽ yêu cầu một hệ thống khóa lưu lượng cần thiết một thời gian lớn có thể cấu hình, thời gian gia hạn TEK, trước khí khóa sau cùng TEK của SS được lập lịch để kết thúc. Đối với mỗi của SAID được cấp phép của nó, SS: a) Sẽ sử dụng hai TEK mới hơn để mã hóa lưu lượng đường lên, và b) Sẽ cho phép giải mã lưu lượng đường xuống đã mã hóa với các TEK khác. 4.4. Các phƣơng thức mã hóa 4.4.1. Các phương thức mã hóa dữ liệu - Mã hóa dữ liệu với DES trong chế độ CBC - Mã hóa AES trong chế độ CCM 4.4.2. Mã hóa TEK 4.4.2.1. Mã hóa TEK với 3 DES Phương thức mã hóa này TEK được sử dụng cho các SA với thuật toán mã hóa TEK nhận dạng trong hệ mã hóa bằng 0x01. BS mã hóa các trường giá trị của TEK trong các thông điệp trả lời khóa, nó gửi tới SS khách. Trường này được mã hóa sử dụng 2 khóa 3DES trong chế độ EDE: Mã hóa: C=Ekl[Dk2[Ek1[P]]] Giải mã: P=Dk[Ek2][Dk1[C]]] P=Bản rõ 64-bit TEK C=Bản mã hóa 64-bit TEK kl= 64 bit bên trái nhất của 128 bit KEK k2= 64 bit bên phải nhất của 128 bit KEK E[]= mã hóa chế độ DES ECB 56 bit D[]=giải mã DES ECB 56 bit 4.4.2.2. Mã hóa TEK 128 với RSA Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 76 76 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Phương pháp RSA mã hóa TEK sẽ được sử dụng với thuật toán mã hóa TEK nhận dạng trong hệ mã hóa bằng 0x02. 4.4.2.3. Mã hóa TEK 128 với AES Phương pháp RSA mã hóa TEK sẽ được sử dụng với thuật toán mã hóa TEK nhận dạng trong hệ mã hóa bằng 0x03. BS mã hóa các trường giá trị của TEK 128 trong thông điệp trả lời mà nó gửi tới SS khách. Trường này được mã hóa sử dụng 128 bit AES trong chế độ ECB. Mã hóa: C= Ek1[P] Giải mã: P= Dk1[C] P=Bản rõ 128 bit TEK C= Bản mã hóa 128 bit TEK k1= t28 bit KEK E[]=Bảo mật chế độ 128 bit ECB D[]= Giải mã128 bit AES ECB 4.4.3. Nguồn ngốc của các TEK, KEK, và các khóa nhận thực thông điệp BS sinh ra các khóa AK, TEK và IV. Bộ sinh số ngẫu nhiên hoặc giả ngẫu nhiên được sử dụng để sinh các AK và TEK. Một bộ sinh số ngẫu nhiên hoặc giả ngẫu nhiên được sử dụng để sinh các IV. Không kể chúng được sinh ra như thế nòa, các IV cũng không thể đoán được. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 77 77 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên CHƢƠNG 5. TRIỂN KHAI HỆ THỐNG WiMAX TẠI LÀO CAI 5.1. Các thiết bị cần thiết để triển khai mạng WiMAX Bao gồm 3 thành phần chính: Trạm gốc (Base Station - BS), Trạm thuê bao (Customer Premise Equipment – CPE) và Trung tâm quản lý. 5.1.1. Trạm gốc – WiMAX Base Station Các trạm gốc là nơi tiếp nhận các kết nối và giao tiếp với các thiết bị đầu cuối. WiMAX BS được trang bị những tính năng sau:  Được trang bị nhiều anten tùy thuộc vào ứng dụng của BS, thông thường là nhiều anten nhằm bảo đảm việc phủ sóng đủ cho cả 360o xung quanh BS. Các anten này sẽ làm nhiệm vụ tiếp nhận sóng kết nối của thiết bị không dây đầu cuối hoặc truyền ngược lại.  Có khả năng hỗ trợ và giao tiếp trên một dãy tần rộng đi từ 2 – 11GHz.  Hỗ trợ đồng thời được cả 2 loại hình kết nối PP và PMP. Điều này có nghĩa là nó vừa có thể giao tiếp với nhau, vừa có thể cung cấp các dịch vụ cho đầu cuối.  Cho phép một số lượng lớn lên đến vài ngàn phiên kết nối đồng thời kết nối đến các BS này.  Khả năng tương tích với nhiều loại đầu cuối của WiMAX BS.  Cho phép kết nối ở khoảng cách xa lên đến hàng chục km với băng thông lớn nhất lên đến 70 Mbps. 5.1.2. Trạm thuê bao Trạm thuê bao hay còn gọi là các CPE có thể là các thiết bị có anten gắn cố định trên các tòa nhà (Outdoor Unit – ODU), từ đó đi dây vào các thiết bị truy nhập mạng cố định hoặc là card giao tiếp được gắn vào các thiết bị di động như máy xách tay, PDA, … (Indoor Unit – IDU). 5.1.3. Trung tâm quản lý Các WiMAX BS sẽ được kết nối về một điểm tập trung duy nhất, và các trung tâm quản lý sẽ được hình thành tại những điểm tập kết này. Trung tâm quản lý là nơi làm nhiệm vụ giao tiếp giữa mạng WiMAX và các mạng khác, nơi Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 78 78 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên kiểm soát thông tin truyền trong mạng WiMAX, nơi kiểm tra các trạm WiMAX SS, … Hình 5.1: Trung tâm quản lý Về cơ bản trung tâm quản lý cần có các thành phần sau:  Hệ thống tiếp nhận kết nối: Đảm nhận vai trò kết nối trung tâm quản lý và tất cả các WiMAX BS đầu cuối. Môi trường kết nối chính sẽ là hạ tầng đường trục hoặc là không gian sóng điện từ. Hệ thống này còn hỗ trợ giao diện LAN để kết nối với các thành phần còn lại trong trung tâm quản lý.  SubCriber Gateway: Cửa ngõ dành cho thuê bao. Nhiệm vụ chính của nó là quản lý tất cả thông tin về thuê bao của hệ thống WiMAX như chứng thực người dùng hoặc tính cước khai thác Internet. Chính vì lẽ đó, Subscriber Gateway luôn được đặt tại cửa ngõ liên thông Internet duy nhất của toàn hệ thống cho từng miền.  Hệ thống Firewall: Có nhiệm vụ chính là bảo vệ cho trung tâm quản lý nói riêng và toàn hệ thống WiMAX cục bộ cho từng miền nói chung. Vì toàn hệ thống chỉ sử dụng một cửa ngõ đi Internet duy nhất nên hệ thống Firewall tại đây đòi hỏi phải có thông lượng khá tốt, hoạt động hiệu quả và ổn định.  Hệ thống máy chủ chức năng: Bao gồm các máy chủ như: Radius Server, Billing Server, DBMS (Database Management System) server và các LAN server khác… Mỗi máy chủ sẽ đảm nhiệm vai trò của một chức năng đặc thù. Việc kết hợp chúng lại với nhau trong một hệ thống của trung tâm quản lý sẽ cho Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 79 79 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên phép nhà cung cấp dịch vụ quản lý người dùng đầu cuối của mình một cách chặt chẽ và hiệu quả. Có hai phương án đấu nối các BS về trung tâm quản lý: Dùng cable (để khai thác triệt để hạ tầng cable đường trục sẵn có); hoặc dùng sóng vô tuyến như vệ tinh, vi ba. 5.2. Dự án thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Lào Cai TÓM TẮT VÀ MỤC TIÊU CỦA DỰ ÁN  Tên dự án: Dự án thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Lào Cai  Các bên tham gia vào dự án o Tập đoàn Intel/ Công ty Intel Việt Nam. o Cơ quan phát triển quan hệ quốc tế của Mỹ (United State Agency of International Development - USAID). o Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam (Vietnam Post and Telecommunication Group – VNPT)/ Công ty điện toán và truyền số liệu ( - VDC)/ Bưu điện Lào Cai. o Tỉnh Lào Cai/ Sở Thông tin và truyền thông Lào Cai/ Trung tâm CNTT & VT Lào Cai. o Cơ quan quản lý nhà nước cấp trên: Bộ Thông tin và truyền thông ( MIC).  Mục tiêu của dự án Mục tiêu của dự án thử nghiệm này là đưa Internet tốc độ cao và ứng dụng CNTT đến một số vùng sâu, vùng xa gặp khó khăn trong quá trình triển khai dây cable bằng công nghệ WiMAX. Mô hình thử nghiệm sẽ giúp người dân tiếp cận và được cung cấp thông tin bằng công nghệ hiện đại, chi phí thấp. Trong khuôn khổ dự án này, việc truyền dẫn sẽ sử dụng công nghệ truyền dẫn băng rộng không dây WiMAX (chuẩn IEEE 802.16d) để tiếp cận đến người dân ở vùng sâu, vùng xa. Dự án thử nghiệm đã được triển khai dưới sự bảo trợ của MIC, VNPT, Intel Việt Nam và USAID. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 80 80 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trong thời gian thử nghiệm dự án, các tổ chức, hộ gia đình sẽ được sử dụng miễn phí các dịch vụ truy cập Internet, điện thoại (nội hạt) qua nền IP.  Mục đích đạt được của dự án  Truy cập Internet băng rộng: người dân có thể truy cập và các website để đọc tin tức thời sự, vào các forum trao đổi kinh nghiệm sản xuất, trao đổi email…  Gọi điện thoại bằng công nghệ VoIP: Cung cấp cho các tổ chức, trường học, bệnh xá, các trang trại, hộ nông dân có cơ hội sử dụng điện thoại giá rẻ (trong thời gian thử nghiệm miễn phí hoàn toàn).  Mục đích và vai trò của các bên tham gia vào dự án Intel triển khai công nghệ truy nhập băng thông không dây cố định để chứng minh tính ưu việt của công nghệ WiMAX và nhằm quảng bá thương hiệu WiMAX trước khi thực sự kiếm được lợi nhuận từ công nghệ này. USAID: thử nghiệm dùng công nghệ WiMAX để giúp người dân tại vùng sâu, vùng xa các nước đang phát triển có cơ hội tiếp cận các công nghệ, ứng dụng thông tin hiện đại, nhất là Internet băng thông rộng để họ có khả năng tự vươn lên trong cuộc sống, dần xóa đói giảm nghèo và làm giàu do chính sản phẩm họ làm ra. VNPT/VDC:  Thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Việt Nam từ đó rút ra những ưu nhược điểm của công nghệ này, tạo tiền đề cho một việc triển khai lớn một loại hình dịch vụ mới trong tương lai gần.  Bước đầu hoàn thiện các cơ sở pháp lý (phân bố tần số, hợp chẩn thiết bị) và giải quyết các xung đột phát sinh trong quá trình thử nghiệm (xung đột về công nghệ, xung đột giữa các nhà cung cấp dịch vụ).  Đào tạo huấn luyện một bộ phận nhân viên thân thiện với công nghệ mới (WIMAX) để sẵn sàng triển khai WiMAX thành dịch vụ đem lại lợi nhuận. Bưu điện Lào Cai:có điều kiện tiếp cận với công nghệ mới (WIMAX) và người Lào Cai sẽ có cơ hội thụ hưởng những lợi ích mà dự án đem lại. Chính Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 81 81 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên quyền tỉnh Lào Cai cũng có cơ hội hiện đại hóa hạ tầng công nghệ thông tin của tỉnh nhà. Bộ Thông tin và truyền thông MIC là cơ quan quản lý nhà nước về lĩnh vực Bưu chính viễn thông và CNTT. MIC có trách nhiệm cấp phép, ban hành quy chuẩn và giải quyết tranh chấp giữa các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng. Vì WiMAX là công nghệ mới nên việc cho phép thử nghiệm là thuộc thẩm quyền của MIC. Ngoài ra, dưới góc độ quản lý nhà nước, đối với dự án MIC có trách nhiệm thẩm định tính hiệu quả kinh tế, xã hội, an ninh quốc phòng của dự án. 5.2.1. Mô hình triển khai thử nghiệm WiMAX pha 1 tại TP Lào Cai 5.2.1.1. Mô tả hệ thống thiết bị đã được triển khai lắp đặt Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 82 82 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 5.2: Mô hình hệ thống WiMAX Lào Cai 5.2.1.2. Chuẩn WiMAX và tần số sử dụng  Hệ thống thiết bị WiMAX thử nghiệm sử dụng chuẩn WiMAX cố định “802.16 – 2004 Rev d” hay còn gọi là chuẩn IEEE 802.16d, chạy ở dải tần số 3.3 – 3.4 GHz, chế độ FDD.  Chế độ điều chế BPSK, QPSK, QAM16, QAM 64.  Băng tần để truyền số liệu: Tx = 3331 – 3350 Mhz.  Băng tần để nhận dữ liệu: Rx = 3381 – 3400 Mhz. 5.2.1.3. Ứng dụng và dịch vụ được triển khai Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 83 83 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hệ thống WiMAX Lào Cai bao gồm 2 ứng dụng cơ bản:  Truy nhập Internet tốc độ cao: Với dịch vụ này, người dùng có thể truy nhập Internet với tốc độ tương đương và lớn hơn dịch vụ ADSL. Bên cạnh đó, hệ thống WiMAX tạo nền tảng cho người dùng đầu cuối có thể sử dụng bất cứ dịch vụ Internet nào mà nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp.  Gọi điện thoại VoIP: Đây là hình thức gọi điện trên Internet dùng công nghệ giao thức khởi tạo phiên (SIP). Người dùng đầu cuối có thể gọi giữa các thuê bao VoIP với nhau, gọi đến thuê bao PSTN và ngược lại. 5.2.1.4. Thiết bị triển khai - Hệ thống BreezeMAX Hình 5.3: Hệ thống BreezeMAX 3300 Hệ thống WiMAX Lào Cai dùng thiết bị của hãng Alvarion có tên là: BreeezeMAX 3300. Thiết bị WiMAX tại trạm gốc (Base Station – BS), bao gồm:  Phần Indoor đạt tại phòng máy của Bưu điện tỉnh Lào Cai  Trạm gốc Indoor Model: BMAX – MBST – IDU – 2CH – AC – 3.3  Loại BST nhỏ, đặt trong nhà  Có 2 kênh (3.3Ghz)  Nguồn nuôi: AC  Dung lượng giới hạn: 20 CPE Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 84 84 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 5.4 : Hệ thống WiMAX tại Base Station Bưu điện Lào Cai  Phần Outdoor được lắp trên Anten của Bưu điện tỉnh với độ cao 70m.  Trạm gốc Outdoor Model: BMAX – BST – AU – ODU - 3.3f.  Loại BST vô tuyến đặt ngoài trời  Băng tần: 3.3 Ghz, có đường kết nối với anten  Rx on 3381 – 3400 ,  Tx on 3331 – 3350. Hình 5.5: Anten Ommi ANT tần số hoạt động 3.3 - 3.4 GHz Thiết bị WiMAX phía người dùng (CPE): có kích thước tương đối nhỏ gọn, được lắp trên nóc nhà, hướng về phía Anten của BS. Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam 85 85 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  IDU là thiết bị gắn trong nhà. IDU có thể được đặt trên bàn, trên giá hoặc gắn lên tường.  SU Indoor Model: BMAX – CPE – IDU - 1D  Thiết bị kết nối dữ liệu trong nhà  Hỗ trợ cổng kết nối dữ liệu loại 10/10 Base-T  ODU là thiết bị lắp đặt ngoài trời: Anten được gắn liền với ODU  SU Outdoor Model: BMAX – CPE – ODU – PRO – SA - 3.3  CPE vô tuyến Pro đặt ngoài trời tích hợp anten  Rx on 3381 - 3400, Tx on 3331 - 3350  Khả năng cung cấp dịch vụ: Data, voice, WiFi 5.2.1.5. Phương án đấu nối, lắp đặt hệ thống WiMAX Mô hình đấu nối tại trạm gốc (Base Station) Hình 5.6: Kết nối tại