Tiểu luận Tìm hiểu công nghệ mạng không dây và mobile wimax

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --- oOo --- TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY VÀ MOBILE WiMAX Người hướng dẫn : TS. Học viên thực hiện : HUỲNH THỊ HỒNG ANH Lớp : Niên khoá : Hà Nội, tháng 09/2006 LỜI MỞ ĐẦU Mạng không dây là một trong những bước tiến lớn nhất của ngành máy tính. Năm ngoái, hàng chục triệu thiết bị Wi-Fi đã được tiêu thụ và dự báo năm nay sẽ có khoảng 100 triệu người sử dụng. Những người ưa thích Wi-Fi tin rằng công nghệ này sẽ gạt ra lề hết những kỹ thuật kết nối không dây khác. Ví dụ, họ cho rằng các điểm truy cập hotspot sẽ cạnh tranh với các mạng điện thoại di động 3G vốn hứa hẹn khả năng truyền phát dữ liệu tốc độ cao. Tuy nhiên những suy luận như trên đã bị thổi phồng. Wi-Fi chỉ là một công nghệ sóng ngắn và sẽ không bao giờ có thể cung cấp được khả năng bao trùm rộng như mạng di động, nhất là khi các mạng này đang ngày một phát triển mạnh hơn về quy mô nhờ những dịch vụ chuyển vùng (roaming) và các thỏa thuận tính cước liên quốc gia. Tuy nhiên, chỉ trong một vài năm nữa, thế hệ mạng đầu tiên dựa trên công nghệ mới WiMAX, hay gọi theo tên kỹ thuật là 802.16, sẽ ra đời và trở nên phổ dụng. Như chính cái tên của mạng này cho thấy, WiMAX chính là phiên bản phủ sóng diện rộng của Wi-Fi với thông lượng tối đa có thể lên đến 70 Mb/giây và tầm xa lên tới 50 km, so với 50 m của Wi-Fi hiện nay. Ngoài ra, trong khi Wi-Fi chỉ cho phép truy cập ở những nơi cố định có thiết bị hotspot (giống như các hộp điện thoại công cộng) thì WiMAX có thể bao trùm cả một thành phố hoặc nhiều tỉnh thành giống như mạng điện thoại di động. Tập tiểu luận này trình bày những nét tổng quan nhất công nghệ mạng không dây và giới thiệu tổng quan về công nghệ WiMAX. Tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy giáo TS. đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức quý giá, cung cấp tài liệu tham khảo và chỉ bảo cho tôi phương pháp làm việc khoa học. Xin chân thành cảm ơn các anh chị và các bạn học viên trong lớp đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong việc tìm kiếm tài liệu thực hiện tiểu luận này. Trong quá trình làm tiểu luận, tuy đã hết sức cố gắng song chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của Thầy, các anh chị và các bạn học viên trong lớp để nội dung của tiểu luận được hoàn chỉnh hơn. Hà Nội, ngày 30 tháng 09 năm 2006 Người thực hiện Huỳnh Thị Hồng Anh 1. Thế nào là không dây? Mạng không dây (Wireless Network) là một hệ thống các thiết bị được nhóm lại với nhau, có khả năng giao tiếp thông qua sóng radio thay vì các đường truyền dẫn bằng dây. Mạng không dây thực sự đang thay thế cho mạng máy tính có dây, cung cấp khả năng xử lý linh động hơn và tự do hơn cho các hoạt động kinh doanh. Người dùng có thể truy nhập vào mạng Intranet của nội bộ công ty, hoặc mạng Internet (WWW) từ bất cứ địa điểm nào trong khuôn viên của công ty mà không bị ràng buộc bởi các kết nối vật lý. 2. Khái niệm Wi-Fi và WiMax ? a. Wi-Fi: Wi-Fi là tên viết tắt của cụm từ “Wireless Fidelity” - một tập hợp các chuẩn tương thích với mạng không dây nội bộ dựa trên đặc tả IEEE 802.11 (802.11a, 802.11b, 802.11g…). Wi-Fi cho phép các máy tính hoặc PDA (thiết bị cá nhân kỹ thuật số) hỗ trợ kết nối không dây có thể truy cập vào mạng Interner trong phạm vi phủ sóng của điểm truy cập không dây (hay còn gọi là “hotspot”). Tốc độ kết nối của các chuẩn thuộc Wi-Fi rất khác nhau, cụ thể: 802.11: Dùng cho mạng không dây, có tốc độ truyền tải dữ liệu từ 1- 2Mbps. 802.11a: Là phần mở rộng của 802.11, áp dụng cho mạng không dây, có tốc độ kết nối lên tới 54 Mbps. 802.11b (còn gọi là 802.11 High Rate hoặc Wi-Fi): Cũng là phần mở rộng của 802.11 dành cho mạng không dây, có tốc độ truyền dữ liệu tối đa ở mức 11 Mbps. 802.11g: Sử dụng cho mạng không dây với tốc độ kết nối tối đa trên 54 Mbps. b. WiMax: WiMAX là công nghệ kết nối không dây băng rộng (đặc tả IEEE 802.16) với phạm vi phủ sóng rộng hơn (tới 50km) so với công nghệ Wi-Fi. WiMax kết nối các điểm “hotspot” của IEEE 802.11(Wi-Fi) tới mạng Internet, và cung cấp khả năng truy cập băng rộng cho đường cáp và đường DSL tới tận vị trí cuối cùng (nhưng vẫn nằm trong phạm vi 50km). WiMax cung cấp khả năng chia sẻ dữ liệu lên tới 70 Mbps, đủ cho 60 doanh nghiệp sử dụng cùng lúc, và hơn 1000 người sử dụng kết nối DSL 1Mbps. 3. Tại sao lại sử dụng mạng không dây? Nếu thông tin được ví như là mạch máu của môi trường kinh doanh ngày nay thì mạng không dây sẽ là trái tim điều khiển hoạt động kinh doanh đó. Mạng không dây có thể truyền thông tin và dữ liệu tới cấp lãnh đạo và nhân viên trong một công ty mà không quan tâm tới vị trí ngồi làm việc. Có rất nhiều ngành công nghiệp đã phát hiện ra lợi thế của mạng không dây, không chỉ trong công việc hàng ngày mà còn tác động tới cả cán cân doanh thu. Khả năng ứng dụng rộng rãi trên phạm vi rộng, sự phát triển nhanh chóng của Internet và dịch vụ trực tuyến là lợi ích của việc chia sẻ dữ liệu và tài nguyên. Với mạng không dây, người dùng truy nhập vào thông tin chia sẻ không cần hệ thống dây để kết nối, không cần lắp đặt hoặc di chuyển dây khi người quản trị mạng thiết lập mở rộng mạng. So với mạng LAN truyền thống, Mạng không dây có các ưu điểm nổi trội về hiệu suất, sự tiện lợi và chi phí xây dựng. Mạng không dây có thể cho phép người dùng truy cập thông tin theo thời gian thực từ bất cứ vị trí nào trong khuôn viên và phạm vi công ty mà không phải tìm kiếm các vị trí có kết nối mạng qua Ethernet, do vậy sẽ tăng được năng suất lao động. Như mô tả trong hình dưới đây: mỗi vòng tròn tượng trưng cho một vùng bao phủ của một AP (cho phép các máy tính trong vùng đó liên lạc với AP ở bất kỳ vị trí nào). Khi một máy tính di chuyển từ ô bên trái sang ô bên phải thì các thiết bị mạng không dây AP sẽ tự động chuyển vùng quản lý đảm bảo cho kết nối với mạng. Hình 1: Cấu hình multicell điển hình sử dụng backbone LAN hữu tuyến Sự dễ dàng và tốc độ triển khai: mạng không dây không yêu cầu quá trình lắp đặt cáp tốn kém và mất nhiều thời gian. Cài đặt, cấu hình linh hoạt: công nghệ không dây cho phép mạng kết nối đến mọi nơi đối với mạng có dây là không thể. Việc cài đặt cấu hình thiết bị Aironet Accesspoint của các cãng hãng sản xuất hiện nay đều có thể thực hiện thông qua SNMP Manager, Telnet, FTP và Web Browser, trong đó sử dụng WEB Browser được ưa thích hơn vì khả năng thuận tiện và đơn giản. Hình 2: Các phương thức cấu hình Aironet Accesspoint Hạ thấp chi phí triển khai: mặc dù đầu tư ban đầu về phần cứng có thể cao hơn mạng có dây, tuy nhiên xét chi phí tổng thể và chi phí theo tuổi thọ có thể thấp hơn đáng kể. Về lâu dài, Mạng không dây sẽ đem lại lợi ích rất lớn trong các môi trường động yêu cầu sự di chuyển và thay đổi nhiều. Khả năng mở rộng: hệ thống Mạng không dây có thể cấu hình trong nhiều mô hình để đáp ứng các ứng dụng và cấu hình đặc thù dễ dàng thay đổi và phạm vi từ mạng điểm - điểm xây dựng cho số nhỏ người dùng đến các mạng phối hợp với hàng ngàn người dùng cho phép chuyển vùng trên phạm vi rộng. Hơn thế nữa, đối với các vị trí xa, ngoài vùng phủ sóng của một thiết bị AP, có thể sử dụng thêm một thiết bị AP, được cấu hình đóng vai trò thiết bị chuyển tiếp (repeater) để mở rộng vùng liên lạc của mạng không dây. Hình 3: Cấu hình điểm AP làm chức năng repeater Khả năng phân tải và dịch chuyển tốc độ truyền dẫn Aironet Accesspoint hỗ trợ khả năng chia tải nếu xảy ra nghẽn mạng tại một thời điểm nhất định trong mạng Hình 4: AP thực hiện chia tải (Load Balacing) Aironet Accesspoint còn cung cấp tính năng tự động điều chỉnh tốc độ truyền dẫn đảm bảo tính liên tục của kết nối với mạng: Hình 5: Khả năng dịch chuyển tốc độ truyền dẫn đảm bảo duy trì kết nối trong mạng không dây Các tốc độ này có thể thay đổi giữa các tốc độ 1Mbps, 2Mbps, 5,5Mbps và 11Mbps. Trên cơ sở đó có thể tạo ra các vùng bao phủ của thiết bị mạng Mạng không dâycho các tốc độ yêu cầu khác nhau, như trong hình trên. Tính năng lọc gói, World Mode, dự phòng, phân tải và tính năng quản lý tiên tiến. Hình 6: Những tính năng vượt trội của Aironet 4. Mạng không dây hoạt động như thế nào? Trong một mô hình mạng không dây điển hình, bộ chuyển đổi (hay còn gọi là điểm truy cập) sẽ kết nối tới mạng có dây từ một vị trí cố định thông qua cáp Ethernet chuẩn. Điểm truy cập nhận, lưu trữ tạm (buffer) và truyền dữ liệu giữa các thành phần (đối tượng) của mạng không dây (máy tính xách tay, máy in, thiết bị cầm tay hoặc bất cứ một thiết bị không dây nào) với kiến trúc mạng có dây. Một điểm truy cập đơn có thể hỗ trợ một nhóm nhỏ người dùng, và có vùng phủ sóng trong khoảng chu vi từ 10m đến hơn 100m. Điểm truy cập có thể được lắp đặt tại bất cứ vị trí nào trong công ty miễn là độ phủ sóng phải được đảm bảo. Các thiết bị Access Point Aironet, đóng vai trò một thiết bị truy nhập mạng LAN sử dụng vô tuyến, cho phép các thiết bị mạng như PC, Laptop… truy nhập vào mạng như mạng LAN thông thường. Mỗi máy tính PC, Laptop được trang bị một Card mạng được hỗ trợ truy nhập vô tuyến sẽ thực hiên việc kết nối với mạng thông qua AP. Hình 7: Nguyên lý hoạt động của Access Point Người dùng được trang bị thiết bị cầm tay hoặc máy tính xách tay có thể truyền dữ liệu tới điểm truy cập khi đang trong vùng phủ sóng của thiết bị mà không cần sử dụng các dây mạng, điều này tạo nên những lợi thế nhất định của mạng không dây cho các văn phòng mà ở đó có sự thay đổi vị trí thường xuyên của người truy nhập, việc lắp đặt hệ thống mạng đơn giản hơn. Ngoài ra, khả năng chạy dự phòng của các thiết bị mạng không dây cho phép các máy tính có thể vừa di chuyển vừa kết nối mạng mà không ảnh hưởng đến chất lượng của kết nối. Thiết bị không dây có thể giao tiếp với hệ điều hành mạng thông qua các card điều hợp không dây (thường là card giao diện mạng – NIC), cũng tương tự như trường hợp sử dụng bộ điều hợp ISA hoặc PCI dành cho máy tính để bàn. Hình 8: Microcell với Access Point 5. Đối tượng sử dụng mạng không dây là ai? Theo các nhà phân tích của hãng In-Stat/MDR, ngành công nghiệp mạng không dây sẽ đạt doanh thu 5,2 tỷ USD trong năm nay (2005), và dự kiến sẽ tăng nhanh trong các năm tới. Sự tăng trường này có sự đóng góp rất lớn từ nhận thức về lợi ích của mạng không dây từ phía doanh nghiệp. Mạng không dây đang trở nên phổ biến trong các môi trường : Hệ thống thông tin doanh nghiệp: Các nhà quản lý mạng có thể di chuyển nhân viên, lập ra các văn phòng tạm thời, hoặc cài đặt máy in và nhiều thiết bị khác mà không bị ảnh hưởng bởi chi phí và tính phức tạp của mạng có dây. Cấp lãnh đạo có thể truy cập vào hệ thống thông tin quan trọng của công ty từ phòng họp thông qua các thiết bị cầm tay được cài đặt card không dây . Du lịch: Khách sạn và các điểm du lịch có thể xử lý thông tin đặt phòng, yêu cầu dịch vụ hoặc thông tin về hành lý của khách hàng. Giáo dục: Sinh viên và giảng viên có thể liên lạc với nhau từ bất cứ vị trí nào trong khuôn viên đại học để trao đổi hoặc tải về các bài giảng có sẵn trên mạng. Mạng không dây còn giảm thiểu nhu cầu sử dụng phòng lab (phòng thực hành) máy tính của sinh viên. Thông tin sản phẩm: Các nhân viên chịu trách nhiệm về xuất kho có thể cập nhật và trao đổi các thông tin quan trọng của sản phẩm. Y tế: Bác sĩ, y tá có thể trao đổi các thông tin về bệnh nhân hoặc liệu pháp chữa trị…v..v.. 6. Chi phí đầu tư cho mạng không dây : Việc triển khai mạng không dây đòi hỏi các doanh nghiệp phải đầu tư cho thiết bị phần cứng (điểm truy cập, bộ điều hợp mạng không dây), phần mềm, thủ tục cài đặt và một số lượng tương đối kiến thức về công nghệ thông tin. Quá trình cài đặt và sửa chữa sẽ không phải tốn quá nhiều công sức lao động vì không dính dáng nhiều tới dây cáp truyền dữ liệu. Tương tự, quá trình di chuyển, bổ sung và sửa đổi đối với mạng không dây cũng đơn giản hơn, và do đó có thể giảm được giá thành lao động. Do tính hiệu quả lao động được tính cho khả năng linh động của nhân viên nên các doanh nghiệp đầu tư và mạng không dây sẽ nhanh chóng thu lại vốn và sinh lãi. Hình 9 : Bảng chi phí đầu tư WiFi Hình 10: Thiết bị Access Point Hình 11: Card mạng hỗ trợ Mạng không dây sử dụng cho PC và Laptop 7. Các tiêu chuẩn áp dụng cho mạng không dây : Giải pháp tổng thể cho mạng không dây của các công ty mạng trên thế giới dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế, đã được chuẩn hoá, cho phép các thiết bị của các các hãng khác nhau có thể làm việc với nhau. Tính bảo mật và khả năng làm việc được tính toán khi thiết kế mạng và triển khai mạng. Hình 12: 802.11b là chuẩn cho mạng Mạng Wi-Fi Và Viện Kỹ Sư Điện và Điện tử (IEEE) đã đưa ra tiêu chuẩn đầu tiên 802.11 định nghĩa cho mạng LAN không dây. Mặc dù từ lâu hệ thống truyền dữ liệu không dây đã được ứng dụng, nhưng tiêu chuẩn 802.11 đã mở cửa cho các doanh nghiệp triển khai và sử dụng mạng LAN không dây trong các toà nhà và giữa các toà nhà có khoảng cách gần nhau. Kể từ khi IEEE 802.11 đầu tiên đưa vào ứng dụng vào năm 1997, IEEE đã không ngừng phát triển 802.11. Hơn 50 nhà cung cấp đã đưa ra hàng trăm sản phẩm tương thích thông số 802.11. Ngoài IEEE, các tổ chức khác cũng đưa ra các tiêu chuẩn truyền thông không dây. Ở Châu Âu và Nhật bản, các công ty truyền thông cũng đưa ra các tiêu chuẩn riêng của mình cho các ứng dụng nhất định. Ví dụ, IEEE 802.16 cũng đưa ra các tiêu chuẩn đối với mạng không dây ở các khu siêu đô thị. Tuy nhiên, tiêu chuẩn được ứng dụng chủ yếu vẫn là IEEE 802.11, trung bình mỗi tháng 1,5 triệu máy sử dụng card LAN 802.11. Hiện nay có rất nhiều nhãn hiệu như 802.11a, 802.11b … đang được các hãng sử dụng nên dễ bị nhầm với tiêu chuẩn 802.11 gốc. Tuy nhiên, thứ tự các chữ cái không phù hợp với thứ tự mà sản phẩm được giới thiệu. Ví dụ, các sản phẩm 802.11b được đưa ra thị trường vào năm 2000 và 2001, trong khi các sản phẩm 802.11a được đưa ra vào đầu năm 2002. 8. Giới thiệu về WIMAX : Công nghệ WiMAX, dựa trên đặc tả IEEE 802.16-2004, bản thân đã nhanh chóng chứng minh là công nghệ đóng vai trò chủ đạo trong mạng đô thị không dây băng rộng cố định. Mạng WiMAX cố định, dựa trên giao diện không gian (air interface) của chuẩn IEEE 802.16-2004 là một lựa chọn mang lại hiệu quả kinh tế hơn so với các dịch vụ truy nhập bằng cáp và DSL. Tháng 12 năm 2005, IEEE đã thông qua đặc tả 802.16e là phần bổ sung của 802.16. Phần bổ sung này thêm vào những đặc trưng và những thuộc tính cần thiết để hỗ trợ cho khả năng di động. Hiện nay, việc định nghĩa các hoạt động hệ thống, các cấu hình thực hiện, cũng như kiến trúc mạng cần thiết để thiết lập nên một mạng WiMAX end-to-end đang được thực hiện, và các đặc tả về hệ thống WiMAX Release-1 dự kiến sẽ được hoàn thiện trong năm 2006. WiMAX di động là giải pháp không dây băng rộng cho phép hội tụ máy di động và mạng băng rộng cố định thông qua một công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng chung và kiến trúc mạng linh hoạt. Giao diện vô tuyến trong WiMAX di động chọn sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) nhằm nâng cao hiệu ứng đa đường trong môi trường che chắn NLOS (non-line-of-sight). Trong phần bổ sung IEEE 802.16e đã giới thiệu kỹ thuật SOFDMA (Scalable OFDMA) hỗ trợ các băng thông kênh truyền nhiều mức từ 1.25 MHz đến 20 MHz. Nhóm kỹ thuật di động (Mobile Technical Group – MTG), thuộc diễn đàn WiMAX, hiện đang phát triển các mô tả hệ thống WiMAX di động bao gồm các đặc tính bắt buộc cũng như các đặc tính tùy chọn để diễn đàn WiMAX thông qua. Các mô tả này cho phép các hệ thống di động được cấu hình dựa vào một tập hợp các đặc tính cơ sở chung, bởi vậy đảm bảo ranh giới về mặt chức năng giữa các thiết bị đầu cuối với trạm gốc BS (base station). Một số phần tử trong cấu hình trạm gốc là tùy chọn để tăng thêm tính mềm dẻo trong triển khai hệ thống, có thể hoặc tối ưu về dung lượng hệ thống hoặc tối ưu về vùng phủ. Các đặc tả WiMAX di động Release-1 sẽ bao gồm các kênh có băng thông là 5, 7, 8.75 và 10 MHz tại các dải tần được cấp phép là 2.3 GHz, 2.5 GHz và 3.5 GHz. Hình 13. Đặc tả hệ thống WiMAX di động Release-1 Hệ thống WiMAX di động mở ra khả năng phân chia nhiều mức (scalability) trong cả công nghệ truy nhập vô tuyến và kiến trúc mạng, vì vậy cho phép linh hoạt trong việc tùy chọn khi triển khai mạng, cũng như các lợi ích về mặt dịch vụ. Sau đây là một số đặc tính nổi bật của WiMAX di động: Tốc độ thông tin cao (High Data Rate): Việc kết hợp kỹ thuật anten MIMO, cùng với việc phối hợp sắp xếp các kênh con linh hoạt, điều chế và mã hóa nâng cao cho phép công nghệ WiMAX di động có thể cung cấp tốc độ download dữ liệu lớn nhất lên đến 63 Mbps trên 1 sector, và tốc độ upload dữ liệu lớn nhất lên đến 28 Mbps trên 1 sector trong kênh 10MHz. Chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service): Tiên đề cơ sở của kiến trúc MAC IEEE 802.16 là chất lượng dịch vụ. Nó định nghĩa các luồng dịch vụ có thể sắp xếp các điểm mã dịch vụ phân biệt (DiffServ code points) hoặc các nhãn luồng MPLS để thực hiện IP trên cơ sở QoS từ cuối đến cuối. Scalability: Nền kinh tế toàn cầu đang tăng trưởng nhanh, tài nguyên phổ tần cho thông tin vô tuyến băng rộng trên toàn thế giới được phân bổ khác nhau. Bởi vậy, công nghệ WiMAX di động được thiết kế cho phép phân chia các kênh hoạt động từ băng tần 1.25 MHz đến 20 MHz nhằm tuân theo những yêu cầu thường thay đổi của thế giới, nhiều nỗ lực đang được tiến hành để đạt được sự cân đối phổ tần trong thời gian dài hơn. Điều này cũng cho phép các nền kinh tế khác nhau nhận thức được các lợi ích nhiều khía cạnh của công nghệ WiMAX di động đối với những yêu cầu về mặt địa lý riêng biệt của họ, chẳng hạn việc cung cấp khả năng kết nối Internet ở vùng nông thôn hay việc nâng nâng cao dung lượng truy nhập băng rộng di động ở khu vực đô thị và khu vực ngoại ô. Tính bảo mật (Security): Đặc tính bảo mật trong WiMAX di động là tốt nhất với việc nhận thực trên cơ sở giao thức EAP (Extensible Authentication Protocol), mật mã hóa nhận thực trên cơ sở AES-CCM (Advanced Encryption Standard – Counter with Cipher block chaining Message authentication code), CMAC và HMAC dựa vào các chiến lược bảo vệ thông điệp điều khiển (control message). Tính di động (Mobility): Mobile WiMAX cung cấp các sơ đồ chuyển giao tối ưu với độ trễ nhỏ hơn 50 ms cho các ứng dụng thời gian thực chẳng hạn như VoIP mà không làm giảm chất lượng dịch vụ. Các sơ đồ quản lý mềm dẻo đảm bảo duy trì tính bảo mật trong suốt quá trình chuyển giao. Trong khi hoạt động thiết lập chuẩn cho Mobile WiMAX đang được tiến hành thì những nhà cung cấp thiết bị cũng tích cực phát triển các thiết bị tuân theo đặc tả WiMAX 802.16e. Với khả năng sẵn sàng thương mại hóa của các thiết bị tuân theo đặc tả Mobile WiMAX (đã được dự đoán trong một tương lai rất gần) và sự ra đời của các dịch vụ WiBro (cũng dựa vào 802.16e) trong năm nay tại Hàn Quốc, đã đặt ra một câu hỏi rằng: bằng cách nào công nghệ Mobile WiMAX có liên quan và ảnh hưởng đến bước tiến của công nghệ tổ ong 3G ? Để trả lời câu hỏi này cần thiết phải có những hiểu biết về cơ sở công nghệ của Mobile WiMAX cũng như về lộ trình nâng cấp có kế hoạch của hệ thống thông tin di động 3G. 9. Các ứng dụng của WiMAX Tiêu chuẩn WiMAX được phát triển để phục vụ cho một phạm vi rộng các ứng dụng, có thể được tóm tắt trong hình 14 sau đây. Dựa vào các đặc tính kỹ thuật và phân lớp dịch vụ, WiMAX thích hợp cho hỗ trợ số lượng lớn các kịch bản thường dùng (usage scenarios). Một số các kịch bản này được liệt kê trong hình 15 sau đây, hình này cũng cho biết các đặc tính kỹ thuật nào của WiMAX là then chốt cho hoạt động thành công của các kịch bản. Hình 14. Phân lớp các dịch vụ WiMAX Hình 15. Các kịch bản được sử dụng cho WiMAX Công nghệ WiMAX sẽ cách mạng hóa cách thức liên lạc của chúng ta, cung cấp sự tự do hoàn toàn cho những người thường xuyên di chuyển, cho phép họ giữ được kết nối với thoại, số liệu và các dịch vụ video. WiMAX sẽ cho phép chúng ta đi từ nhà ra xe hơi, sau đó đi đến văn phòng hay đi đến bất cứ nơi đâu, không có biên giới. a. Cellular Backhaul: Thị trường cho các dịch vụ mạng tổ ong ngày càng trở nên cạnh tranh. Để tồn tại trong kinh doanh, các nhà cung cấp dịch vụ di động chắc chắn phải tìm các biện pháp nhằm giảm chi phí vận hành. Các chi phí backhaul cho các nhà cung cấp mạng tổ ong chiếm một phần tương đối trong các chi phí định kỳ của họ. WiMAX có thể cung cấp các liên kết điểm đến điểm lên đến bán kính 30 dặm (50 km), với khả năng về tốc độ dữ liệu có thể hỗ trợ nhiều đường T1/E1. Các nhà cung cấp mạng vì vậy có thể sử dụng thiết bị WiMAX để kéo lùi (backhaul) lưu lượng trạm gốc đến trung tâm chuyển mạch và vận hành mạng. Lưu lượng trong mạng tổ ong bao gồm thoại và số liệu, đối với những dạng lưu lượng này các đặc tính sẵn có của WiMAX đã rất phù hợp. Việc thuê các tiện nghi backhaul từ các công ty điện thoại nội hạt có thể rất đắt, trong khi việc triển khai một giải pháp cáp quang sẽ vừa đắt và vừa tốn nhiều thời gian, điều này có thể có tác động tiêu cực đến việc giới thiệu dịch vụ mới. Giải pháp không dây cho cung cấp cellular backhaul ít khi có hiệu quả về giá thành ở khu vực nông thôn và ngoại ô, và hầu hết các phiên bản của DSL và công nghệ cáp không thể đưa ra những băng thông theo yêu cầu, đặc biệt là khi tiến lên mạng 3G. Hình 16. Cellular Backhaul b. Wireless Service Provider Backhaul Các nhà cung cấp dịch vụ không dây (Wireless Service Providers – WSPs) dùng các thiết bị WiMAX để kéo lùi (backhaul) lưu lượng từ trạm gốc trong mạng của họ, như minh họa trên hình 17 sau đây: Hình 17. Wireless Service Provider Backhaul Các mạng truy nhập có thể dựa vào WiFi, WiMAX hay bất kỳ một công nghệ truy nhập không dây độc quyền nào khác. Nếu mạng truy nhập sử dụng thiết bị WiFi, toàn bộ mạng của nhà cung cấp dịch vụ không dây (WSP) sẽ được xem là một Hot Zone. Vì các nhà cung cấp dịch vụ không dây thông thường chỉ cho thoại, số liệu và video, nên đặc điểm về QoS sẵn có của công nghệ WiMAX sẽ giúp ưu tiên và tối ưu lưu lượng được backhaul. Thiết bị WiMAX có thể nhanh chóng triển khai, thuận tiện cho việc giới thiệu một mạng cung cấp dịch vụ không dây mới. c. Các mạng ngân hàng (Banking Networks) Các ngân hàng lớn có thể kết nối các chi nhánh và các khu vực đặt máy ATM đến trụ sở chính của họ thông qua một mạng WiMAX riêng mang thoại, số liệu và video. Các ngân hàng này thường trải ra trên một khu vực rộng lớn và cần băng thông rộng cũng như bảo mật cao để có thể đảm bảo các giao dịch và dữ liệu của họ. Hình 18. WiMAX cho mạng ngân hàng Việc mật mã hóa dữ liệu trong WiMAX mang lại những liên kết bảo mật tuyệt vời. Tuy nhiên, các ngân hàng sẽ rất cần bảo mật cuối đến cuối (end-to-end), chẳng hạn được cung cấp bởi SSL, để bảo vệ khỏi những xâm nhập không mong muốn và các thao tác đối với dữ liệu ngân hàng nhạy cảm. Vùng phủ rộng và dung lượng lớn cho phép ngân hàng trung tâm có thể kết nối đến một lượng lớn các chi nhánh và các khu vực đặt máy ATM. Mạng WiMAX cũng cung cấp khả năng co dãn cao để các lưu lượng dữ liệu tốc độ thấp giữa các trung tâm và các máy ATM có thể cùng tồn tại với các giao dịch yêu cầu tốc độ cao giữa các chi nhánh và trung tâm. Điều này có thể thực hiện được bởi chất lượng dịch vụ WiMAX (WiMAX QoS), được sử dụng để dành riêng cho tiếng nói (thoại giữa các chi nhánh), số liệu (các giao dịch tài chính, email, Internet và Intranet) và lưu lượng video (giám sát, CCTV). Có rất nhiều lý do để các ngân hàng có được mạng riêng của họ. Bên cạnh việc loại bỏ những chi phí phải trả cho các công ty điện thoại hàng tháng, điều này sẽ giúp cho ngân háng có khả năng nhanh chóng triển khai lại mạng của họ nếu một máy ATM hay một chi nhánh tạm thời phải di chuyển. Việc lắp đặt dịch vụ DSL hay cáp sẽ không thể nhanh chóng và sẽ không cung cấp đủ băng thông yêu cầu cho thông tin giữa các chi nhánh và ngân hàng trung tâm. d. Các mạng giáo dục (Education Networks) Trong giáo dục có thể sử dụng mạng WiMAX để kết nối các trường học và các văn phòng bên trong một khu vực. Một vài yêu cầu quan trọng của hệ thống mạng trường học là NLOS (Non Line-Of-Sight), băng thông rộng (>15 Mbps), vùng phủ rộng, điểm đến điểm và điểm đến đa điểm. Hình 19. Mạng WiMAX trong giáo dục Các mạng giáo dục dựa trên WiMAX, với việc hỗ trợ QoS, có thể phân phối đầy đủ các yêu cầu truyền thông bao gồm tiếng nói thoại, dữ liệu ( như kết quả học tập của học sinh), email, Internet và Intranet, dạy học từ xa. Chẳng hạn trên hình 19 mô tả một camera đặt tại trường học B đang thu nhận và truyền trực tiếp một bài giảng đến trường học A, cho phép số lượng lớn sinh viên có thể cùng tham gia 1 môn học của cùng một chuyên gia tại cùng một thời điểm. e. An toàn công cộng (Public Safety) Các cơ quan như cảnh sát, chữa cháy, tìm kiếm và cứu nạn có thể sử dụng mạng WiMAX để hỗ trợ trong những trường hợp khẩn cấp. Hình 20. WiMAX trong an toàn công cộng f. Liên lạc trên biển (Offshore Communications) Các nhà sản xuất dầu mỏ và khí đốt cũng có thể sử dụng các thiết bị WiMAX để thực hiện liên lạc từ các phương tiện trên đất liền đến các dàn khoan, để hỗ trợ các hoạt động từ xa, tính bảo mật, và các liên lạc thông thường khác. Hình 20. WiMAX trong liên lạc trên biển g. Kết nối campus (Campus Connectivity) Hình 21. Campus Connectivity Các văn phòng của chính phủ, các hãng thương mại lớn, các khu vực công nghiệp, các trung tâm giao thông, các trường đại học và cao đẳng, có thể sử dụng mạng WiMAX để kết nối nhiều vị trí, khu vực hay các văn phòng trong vùng hoạt động của họ. các hệ thống campus đòi hỏi dung lượng dữ liệu lớn, độ trễ thấp, vùng phủ rộng và tính bảo mật cao. h. Các mạng truy nhập WSP (Wireless Service Provider Access Network) Các nhà cung cấp dịch vụ không dây (WSP) sử dụng mạng WiMAX để cung cấp các kết nối cho cả các khách hàng dân sự và các doanh nghiệp, có thể được minh họa như hình vẽ sau đây: Hình 22. Mạng truy nhập của các nhà cung cấp dịch vụ không dây Các nhà khai thác mạng di động cũng có thể áp dụng WiMAX vào mạng của họ. Những nhà cung cấp này đã có hệ thống trạm, hạ tầng cơ sở và các khách hàng của riêng họ, nhưng việc triển khai giải pháp WiMAX sẽ mở rộng thị trường trong các lĩnh vực mà họ cung cấp dịch vụ. i. Kết nối ở vùng nông thôn (Rural Connectivity) Các nhà cung cấp dịch vụ có thể sử dụng mạng WiMAX để vân chuyển dịch vụ của họ đến những những thị trường chưa được phục vụ ở khu vực nông thôn hay khu vực ngoại ô. Việc thiết lập kết nối đến các khu vực nông thôn là cực kỳ quan trọng đối với các nước đang phát triển và các khu vực chưa được phục vụ của các nước phát triển, nơi mà cơ sở hạ tầng còn hạn chế. Do giải pháp WiMAX hỗ trợ một vùng phủ rộng nên giải pháp này sẽ hiệu quả hơn rất nhiều so với giải pháp kéo dây cho những khu vực nông thôn với mật độ dân số thấp. WiMAX có thể triển khai nhanh, cung cấp dịch vụ thông tin liên lạc với độ an toàn cao, và giúp cải thiện nền kinh tế nơi đó. Hình 23. Xây dựng WiMAX ở vùng nông thôn 10. Những vấn đề cần quan tâm về phổ tần của Mobile WiMAX Để tận dụng những ưu điểm và lợi ích của hệ thống Mobile WiMAX, việc phân bổ phổ tần theo khối lớn thường được ưa chuộng hơn cả. Điều này cho phép hệ thống được triển khai ở chế độ TDD với các kênh truyền băng thông rộng, tái sử dụng tần số linh hoạt và giảm thiểu việc kém hiệu quả phổ tần do các khoảng bảo vệ (guard bands), cho phép cùng tồn tại các nhà khai thác cạnh nhau. Một hoạt động quan trọng khác cho diễn đàn WiMAX là cộng tác với các tổ chức tiêu chuẩn trên thế giới để xúc tiến việc cấp phát phổ tần ở băng tần thấp ( <6 GHz). Thêm vào đó, cần một cú hích mạnh trong việc hài hòa cấp phát phổ tần để tối thiểu hóa số chủng loại thiết bị cần có để có thể phủ hết thị trường toàn cầu. Các cấu hình hoạt động của những hệ thống đầu tiên sẽ được phát triển bởi WiMAX Forum cho tiêu chuẩn giao diện không gian 802.16-2005 được mong đợi trong các dải tần được cấp phép 2.3 GHz, 2.5 GHz và 3.5 GHz. Băng 2.3 GHz đã được sử dụng ở Hàn Quốc cho các dịch vụ WiBro dựa vào công nghệ Mobile WiMAX. Với việc cấp một khối phổ tần 27 MHz cho mỗi nhà cung cấp, băng tần này sẽ cho phép triển khai TDD với 3 kênh trên mỗi trạm gốc và độ rộng băng thông danh định là 8.75 MHz. Các dịch vụ WiBro sẽ được chuyển động vào năm 2006 với những sản phẩm được chứng nhận WiMAX. Băng tần 2.5 đến 2.7 GHz vẫn đang còn trống cho các dịch vụ không dây di động và cố định tại Mỹ. Băng tần này vẫn chưa được sử dụng nhiều và đang còn trống ở nhiều nước khắp Nam Mỹ, Châu Âu và một số nước ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương. Băng tần 3.5 GHz hiện đã được cấp phép cho các dịch vụ không dây cố định ở nhiều nước trên thế giới và cũng rất thích hợp cho các giải pháp WiMAX cho cả các dịch vụ di động và cố định. 11. Kết luận Tập báo cáo đã trình bày một cách tổng quan về công nghệ mạng không dây (Wireless Network) và Mobile WiMAX, cung cấp cấu hình hoạt động cơ sở nhỏ nhất dựa vào các đặc tả hệ thống Release-1 của WiMAX Forum, trình bày một số ứng dụng tiêu biểu của WiMAX. Ta thấy Mobile WiMAX có thể cung cấp dung lượng của kênh truyền lên đến hàng chục megabit từ mỗi trạm gốc, với cấu hình được phân chia biên giới. Bên cạnh đó, một số đặc tính tiên tiến khác chẳng hạn như hệ thống anten thích nghi để cải tiến hoạt động của hệ thống chưa được trình bày ở đây. Với thông lượng dữ liệu lớn cho phép việc ghép kênh hiệu quả và trễ truyền thấp. Với các đặc tính của mình, WiMAX cho phép cung cấp các dịch vụ dữ liệu băng rộng bao gồm dữ liệu, luồng video và VoIP với chất lượng dịch vụ cao. Cấu trúc có khả năng co dãn (scalability), dung lượng dữ liệu lớn và chi phí triển khai lắp đặt thấp giúp cho Mobile WiMAX trở thành một giải pháp dẫn đầu cho các dịch vụ băng rộng không dây. Với các đặc điểm và khả năng hoạt động đã giúp Mobile WiMAX trở thành một giải pháp đầy hấp dẫn cho các dịch vụ không dây băng rộng hiệu quả cao và chi phí thấp. Mobile WiMAX hiện đang trên lộ trình xác định thị trường toàn cầu thông qua công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng chung và kiến trúc mạng linh hoạt. Công nghệ này dựa vào các giao diện chuẩn mở được phát triển với gần 400 công ty phân phối và điều chỉnh các đặc tả hệ thống để đặt nền móng cho việc chấp nhận của thị trường toàn cầu. Tại Việt Nam, Bộ Bưu chính Viễn thông vừa trao giấy phép cung cấp thử nghiệm dịch vụ WiMax cố định cho 4 doanh nghiệp trong nước gồm: Viettel, VTC, VNPT và FPT Telecom. Sau 12 tháng, Bộ sẽ lựa chọn 3 nhà cung cấp chính thức mạng băng rộng không dây. Các doanh nghiệp sẽ được cấp dải tần từ 3,3 GHz đến 3,4 GHz dành cho dịch vụ WiMAX cố định, với tiêu chuẩn đã được tổ chức chuyên ngành của Liên Hợp Quốc về lĩnh vực viễn thông là  ITU thông qua năm 2004 (802.16 version D). Hiện tại Việt Nam chỉ có thể tiến hành thử nghiệm dịch vụ WiMax cố định vì công nghệ di động còn rất mới (kể cả trên thế giới) nên chưa có các thiết bị cho loại hình này. Khi thời gian thử nghiệm kết thúc, dựa vào các tiêu chí như chất lượng dịch vụ, tài chính của mình, 4 doanh nghiệp trên sẽ phải đấu thầu giải tần để có thể được trở thành nhà cung cấp dịch vụ chính thức. Điều này nhằm chuẩn bị cho việc gia nhập WTO vì khi Việt Nam gia nhập WTO chúng ta cần phải bình đẳng với thế giới bên ngoài, hơn nữa giải tần WiMax là một tài nguyên quốc gia. --- oOo --- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỤC LỤC 1. Thế nào là không dây? 1 2. Khái niệm Wi-Fi và WiMax ? 2 3. Tại sao lại sử dụng mạng không dây? 2 4. Mạng không dây hoạt động như thế nào? 5 5. Đối tượng sử dụng mạng không dây là ai? 6 6. Chi phí đầu tư cho mạng không dây : 6 7. Các tiêu chuẩn áp dụng cho mạng không dây : 7 8. Giới thiệu về WIMAX : 8 9. Các ứng dụng của WiMAX 10 10. Những vấn đề cần quan tâm về phổ tần của Mobile WiMAX 18 11. Kết luận 19