Tổng quan về mạng truy nhập băng rộng-Wimax

Chương 1 Tổng Quan Về Mạng Truy Nhập Băng Rộng-WiMAX Mạng Truy Nhập băng rộng Định nghĩa mạng truy nhập:Theo các khuyến nghị của ITU-T(Liên minh viễn thông quốc tế phát triển các tiêu chuẩn quốc tế),mạng truy nhập là một chuỗi các thực thể truyền dẫn giữa SNI (Service Node Interface– Giao diện nút dịch vụ) và UNI (User Network Interface – Giao diện người sử dụng - mạng). Mạng truy nhập chịu trách nhiệm truyền tải các dịch vụ viễn thông. Giao diện điều khiển và quản lý mạng là Q. UNI- Giao diên người sử dụng mạng SNI- Giao diên nút dịch vụ Mạng truy nhập Thuê bao Các thưc thể mạng (PSTN ,ISDN..) Q Hình 1 :Kết nối mạng truy nhập với các thực thể mạng khác Thiết bị đầu cuối của khách hàng được kết nối với mạng truy nhập qua UNI, còn mạng truy nhập kết nối với nút dịch vụ (SN – Service Node) thông qua SNI. Về nguyên tắc không có giới hạn nào về loại và dung lượng của UNI hay SNI. Mạng truy nhập và nút dịch vụ đều được kết nối với hệ thống quản lý mạng TMN (telecom management network) qua giao diện Q. Sự thay đổi của cơ cấu dịch vụ là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến sự phát triển của mạng truy nhập. Khách hàng yêu cầu không chỉ là các dịch vụ thoại/ fax truyền thống, mà cả các dịch vụ số tích hợp, truyền hình kỹ thuật số độ phân giải cao,..vv…. Mạng truy nhập truyền thống rõ ràng chưa sẵn sàng để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ này.. Trong những năm gần đây mạng truy nhập vô tuyến băng rộng tốc độ cao không ngừng được nghiên cứu và phát triển ,cung cấp các dịch vụ Multimedia như: truy cập Internet, VoIP, điện thoại truyền hình (Video Telephony), hội nghị truyền hình (Video conferencing), truyền hình quảng bá (Broadcast TV), xem phim theo yêu cầu (Video on Demand), trò chơi trên mạng (Game online) ….vv Có thể nói mạng băng rộng là xu hướng phát triển tất yếu.Sau đây chúng ta sẽ đề cập tới một số công nghệ truy cập băng rộng điển hình là :xDSL, Modem cáp ,iPSTAR và một số kỹ thuật truy nhập vô tuyến như WiFi và WiMAX. 1.1.1 Mạng xDSL [9] Truy nhập xDSL ( x Digital Subscriber Line ):đường dây thuê bao số (xDSL ) là phương thức truyền thông tin số tốc độ cao qua đường điện thoại truyền thống và sẽ là nền tảng cho việc phân bố dịch vụ băng rộng này đến các thuê bao. Sở dĩ điều này thực hiện được là nhớ ứng dụng các kỹ thuật truyền số phức tạp, đó là sự bù trừ các suy giảm truyền dẫn trên đường dây điện thoại và các bộ xử lý số có năng lực rất lớn.Công nghệ này đã tận dụng cơ sở hạ tầng đường dây thuê bao cáp đồng có sẵn Khi năng lực xử lý của bộ xử lý tín hiệu số tăng lên, thì tốc độ của xDSL cũng tăng lên. Công nghệ DSL bắt đầu từ 144 kbit/s, phát triển tới 1,5 đến 2 Mbit/s HDSL, 7 Mbit/s với ADSL, và bây giờ với VDSL là 52 Mbit/s Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL (Asymmetric DSL) Sử dụng một đôi dây cáp xoắn Tốc độ luồng xuống lớn (1,5Mbps ở khoảng cách 6 km đến 8Mbps với khoảng cách 3 km).Tốc độ hướng lên từ 16kbps đến 640kbps Đường dây thuê bao số tốc độ thích nghi RADSL (Rate Adaptive DSL) Sử dụng một đôi dây cáp xoắn Tốc độ luồng xuống lớn (1 Mbps đến 12 Mbps với).tốc độ hướng lên từ 128 kbps đến 1Mbps tốc độ truyền đối xứng trong khoảng từ 1 đến 2 Mbps Các modem RADSL có khả năng đánh giá chất lượng đường đây và tự động điều chỉnh mức điều chế hoặc sử dụng các bước sóng (tùy thuộc vào phương pháp mã hóa đường đây) Đường dây thuê bao số tốc độ rất cao VDSL(very high bit rate DSL) Tốc độ luồng xuống lớn (30Mbps đến 50 Mbps với cự ly ngắn thường nhỏ hơn 300m . Tốc độ truyền đối xứng trong khoảng từ 2 đến 4 Mbps và khoảng cách xa hơn. Các công nghệ xDSL đối xứng như HDSL, SDSL, HDSL2 High bit rate DSL (HDSL)là một trong những công nghệ đầu tiên được khai thác . Tốc độ truyền đối xứng 1.54 Mbps trên 2 đôi dây cáp xoắn hoặc 2Mbps trên 3 đôi cáp xoắn.,HDSLversion 2 giống HDSL nhưng chỉ sử dụng 1 đôi cáp xoắn.Khoảng cách truyền đẫ là 4 Km SDSL (Symmetric DSL) sử dụng 1 đôi cáp xoắn, với tốc độ hỗ trợ lên tới 2Mbps cho frame-relay hay truyền hình hội nghị.,khoảng cách truyền khoảng 3 Km. Tên Tốc độ dữ liệu Cự ly(km) Đặc điểm Ứng dụng HDSL 1.544 (kbps) 2.048 (kbps) 3.6 Không sử dụng để truyền dẫn được cả dữ liệu và tín hiệu thoại Mạng cung cấp T1/E1 , truy suất WAN, LAN SDSL 1.5447(kbps) 2.048(kbps) 3.6 Ghép cả tín hiệu thoại và dữ liệu trên cùng một đôi dây Tốc độ tải dữ liệu cùng với tín hiệu thoại không cao Thích hợp cho các doanh nghiệp vừa và lớn Nội hạt, thay thế trung kế T1/E1có dùng bộ lặp,Kết nối các PBX với nhau, Kết nối mạng LAN ADSL 1.5-9 Mbps 16-640 (kbps) 5 Dễ triển khai do sử dụng cơ sở mạng điện thoại sẵn có.Chi phí hợp lý. Sử dụng đồng thời fax, voice mà không cần ngắt mạng. Hoạt động Fulltime. Phù hợp với các doanh nghiệp vừa và lớn Truy nhập internet,/intranet video theo yêu cầu,VPN,VoIP ,truy nhập LAN từ xa VDSL 13-52 Mbps 1.5-2.3 Mbps 1.4 Sử dụng đồng thời fax, voice tích hợp Splitter Chưa được hỗ trợ bởi các ISP chỉ dùng cho mạng LAN mở rộng Truy nhập Mutimedia intern et.các trương trình broadcard TV Bảng 1 :Các công nghệ xDSL Những ưu điểm và hạn chế của công nghệ xDSL: Giảm giá thành và tốc độ trển khai nhanh ở những khu vực mà mạng cáp đồng có sẵn Có thể triển khai trên diện rộng với nhiều loại mô hình khác nhau Độ sẵn sàng của mạng cáp đồng ở một số nơi như vùng nông thôn ,vùng sâu vùng xa , hoặc hải đảo hầu như không có ,và nếu có thì chất lượng của mạng cáp đồng chưa đạt yêu cầu nên đảm bảo tốc độ truy nhập cao DSL là rất khó. Vùng phủ nhỏ, bán kính phục vụ tỷ lệ nghịch với tốc độ truy nhập nên mức đầu tư sẽ cao ở vùng phân tán rộng. Không có tính di động. 1.1.2 Modem cáp [5] Modem cáp là thiết bị được dùng để chuyển dữ liệu trên các đường truyền cho truyền hình cáp. Loại đường truyền này, là cáp đồng trục, mang lại băng thông lớn hơn nhiều so với đường điện thoại thông thường. Nối modem này với cáp truyền và với PC sẽ mang lại khả năng truy cập Internet tốc độ cao.Trên lý thuyết, tốc độ tải xuống của các thiết bị này có thể đạt 35M bit/s, nhưng thực tế thường chỉ đạt 1,5M bit/s, tùy thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ cáp. Tốc độ gửi thông điệp đi từ PC, còn được gọi là tốc độ tải lên vào khoảng 128K bit/s, Ưu nhược điểm của Modem cáp là: Việc dùng chung làm ảnh hưởng đến tốc độ. truy cập mạng sẽ tỉ lệ nghịch với số người truy cập trên cùng một nút mạng Một vấn đề khác cũng được quan tâm là tính bảo mật, Khó triển khai trên những vùng đân cư phân tán . Không có tính di động Chi phí cao,và do phải lắp đặt đường cáp truyền hình Đó là những nguyên nhân mà dịch vụ này không được phát triển phổ biến. Truy nhập dịch vụ băng rộng qua vệ tinh (iPSTAR) [12]: Hệ thống vệ tinh cỡ nhỏ:VSAT(Very Small Aperture terminal) được triển khai chủ yếu ở các tỉnh miền núi của Việt Nam. Các hệ thống này có thể cung cấp tốc độ từ 9.6Kbps dến 8Mbps.Ở Việt Nam hiện đang sử dụng hai hệ thống VSAT DAMA/SCPC chủ yế phục vụ cho vùng sâu vùng xa và VSAT TDM/TDMA phục vụ cho nhu cầu internet .[5] Nhược điểm chính của các hệ thống này là giá thành cao,trễ hành trình lớn và chịu ảnh hưởng của thời tiết. Để giảm thiểu những hạn chế trên công ty SSA-nhà khai thác vệ tinh hàng đầu châu Á đã phát triển hệ thống VSAT IP hay iPSTAR.i iPSTAR được đánh giá là hệ thống vệ tinh băng rộng đa dịch vụ đem lại nhiều tiện ích.Hệ thống thông tin vệ tinh băng rộng iPSTAR hỗ trợ truyền số liệu theo hướng xuống tốc độ 4Mbps và 2Mbps hướng lên..Cung cấp các dịch vụ viễn thông trên nền giao thức IP. Đặc điểm của VSAT-IP là thiết bị gọn nhẹ, dễ lắp đặt, giá thành thấp hơn nhiều so với VSAT DAMA. Về tiện ích, VSAT-IP ngoài cung cấp dịch vụ điện thoại, còn có khả năng cung cấp các ứng dụng mà chỉ có ở dịch vụ băng rộng như: thoại VoIP, Internet tốc độ cao, truyền hình hội nghị, mạng riêng ảo (VPN), kênh thuê riêng, trung kế mobile, truyền hình quảng bá, truyền hình theo yêu cầu. Với dung lượng hệ thống 35 Gbit/s. Dịch vụ truy nhập băng rộng cho vùng nông thôn có thể thực hiện qua truy nhập vệ tinh băng rộng 2 đường. Hình 2 hệ thống truy nhập vệ tinh iPTSAT Những ưu điểm và nhược điểm: Các hệ thống thông tin vệ tinh có phạm vi triển khai dịch vụ lớn, không phụ thuộc vào địa bàn, có thể triển khai ở vùng sâu vùng xa ,những nơi có địa hình phức tạp mà không thể triển khai được các hệ thống như xDSL . Hạn chế của truy nhập băng rộng qua vệ tinh là sự phụ thuộc của nhà cung cấp dịch vụ vào nhà quản lý hệ thống vệ tinh. Hiện nay, VNPT đã mua dung lượng 2,5 Gbit/s để triển khai dịch vụ VSAT băng rộng ở Việt Nam. Việc mua dung lượng sẽ phụ thuộc vào chính sách của nhà quản lý hệ thống iPSTAR. Bởi vậy, giải pháp này không thể triển khai độc lập trong vùng nông thôn khi lượng khách hàng lớn, nó cần phải kết hợp với các giải pháp truy nhập mặt đất khác. Ngoài ra, chi phí triển khai dịch vụ cao, tuổi thọ của hệ thống iPSTAR theo thiết kế là 12 năm vì thế giá thành băng tần sẽ không giảm dù nhu cầu sử dụng tăng. Mạng truy nhập vô tyến Hiện nay mạng truy nhập vô tuyến băng rộng có xu hướng phát triển nhanh hơn so với các công nghệ truy nhập băng rộng khác. Lý do là công nghệ này có nhiều ưu điểm khi triển khai trên địa hình hiểm trở mà mạng cáp khó có thể triển khai. So với sử dụng vệ tinh thì phương án này có chi phí thấp hơn rất nhiều. Đến nay đã có rất nhiều công nghệ vô tuyến kết nối băng rộng mới, Trong luận văn này chỉ đề cập đến một số công nghệ vô tuyến băng rộng sau. a/ HIPERLAN [14] HIPERLAN- Là hệ thống các chuẩn cho WLAN của viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu ETSI- European Telecommunications Standards Institute. Năm 1991, ETSI thành lập nhóm RES10 .Nhóm RES10 đã xây dựng tiêu chuẩn HIPERLAN là chuẩn thông tin liên lạc số không dây tốc độ cao ở băng tần 5,1-5,3GHz và băng tần 17,2-17,3 GHz. Có 4 loại HIPERLAN đã được đưa ra:HIPERLAN/1, HIPERLAN/2, HIPERCESS và HIPERLINK.vào năm 1996. HYPERLAN 1 HYPERLAN 2 HYPERLAN 3 HYPERLAN 4 Ứng dụng Wireless LAN Truy nhập WATM Truy nhập WATM cố định từ xa Kết nối PTP WATM Băng tần 2.4 GHz 5 GHz 5 GHz 17 GHz Tốc độ đạt được 23.5 Mbps 54 Mbps 54 Mbps 155Mbps Bảng 2 Các tiêu chuẩn của ETSI HYPERLAN Các chuẩn mà ETSI đã thiết lập như HiPerLAN/2 là một chuẩn cạnh tranh trực tiếp với chuẩn 802.11 của IEEE. Sau đó IEEE đã đưa ra chuẩn 802.11h để có thể tương tác được với chuẩn HiPerLAN/2 của ETSI. Trước đó, chuẩn HiPerLAN/1 đã hỗ trợ tốc độ lên đến 24 Mbps sử dụng công nghệ DSSS trong phạm vi 50m.HiPerLAN/1 sử dụng băng tần UNII thấp và trung bình giống như HiPerLAN/2, 802.11a và 802.11h. HiperLAN2 [5]. Trong các chuẩn của HiperLAN, HiperLAN2 là chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất bởi những đặc tính kỹ thuật của nó. Tốc độ truyền dữ liệu của HiperLAN2 có thể đạt tới 54 Mbps.C-ó thể đạt được tốc độ đó vì HiperLAN2 sử dụng phương pháp gọi là OFDM (Orthogonal Frequence Digital Multiplexing – dồn kênh phân chia tần số). OFDM có hiệu quả trong cả các môi trường mà sóng radio bị phản xạ từ nhiều điểm. HiperLAN Access Point có khả năng hỗ trợ việc cấp phát tần số tự động trong vùng phủ sóng của nó. Điều này được thực hiện dựa vào chức năng DFS(Dynamic Frequence Selection) Kiến trúc HiperLAN2 thích hợp với nhiều loại mạng khác nhau. Tất cả các ứng dụng chạy được trên một mạng thông thường thì có thể chạy được trên hệ thống mạng HiperLAN2. Ưu nhược điểm của HIPERLAN HIPERLAN bảo mật tốt hơn IEEE802.11 HIPERLAN2 có hỗ trợ QoS ,và các HIPERLAN còn hỗ trợ các loại mạng lõi khác như ATM,kết nối Ethernet trong khi 802.11 chỉ hỗ trợ kết nối Ethernet HIPERLAN 2 còn có đặc tính ưu việt như có khả năng chọn tần động ,điều khiển công suất. Hạn chế của HIPERLAN là pham vi phủ sóng giới hạn ở 50m Giá thành thiết bị cao. b/ WiFi WiFi là một nhãn hiệu cho dòng sản phẩm tuân thủ theo các chuẩn cho WLAN của Viện kỹ thuật điện tử IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) với các chuẩn sau: Chuẩn IEEE Tốc độ max: Mbit/s Phạm vi (m) Dải tần (GHz) Phạm vi(Trong nhà) Phạm vi(ngoài trời) Kỹ thuật vô tuyến 802.11 2 2,4 FHSS DSSS 802.11b 11 <1000 2,4 25m 75m DSSS 802.11a 54 30 5 35m 100m OFDM 802.11g 54 <1000 2,4 25m 75m OFDM 802.11n 320 »30 2,4 và 5 50m 126m MIMO 802.11e Mở rộng chuẩn 802.11n 802.11f Dùng cho máy di động 802.11i Quan tâm về bảo mật Bảng 3 Thông tin của chuẩn 802.11 802.11 : Đây là chuẩn đầu tiên của hệ thống mạng không dây. Chuẩn này chứa tất cả công nghệ truyền hiện hành bao gồm Direct Sequence Spectrum (DSSS), Frequence Hopping Spread Spectrum (FHSS) và tia hồng ngoại. 802.11 là một trong hai chuẩn miêu tả những thao tác của sóng truyền (FHSS) trong hệ thống mạng không dây. Nếu người quản trị mạng không dây sử dụng hệ thống sóng truyền này, phải chọn đúng phần cứng thích hợp cho các chuẩn 802.11. 802.11b Hầu hết mạng WLAN ngày nay tương thích với chuẩn 802.11b của IEEE, các sản phẩm bắt đầu được xuất xưởng vào cuối năm 1999 và khoảng 40 triệu thiết bị 802.11b đang được sử dụng trên toàn cầu 802.11b có tốc độ tín hiệu tối đa 11Mbps, với thông lượng trung bình khoảng từ 4 đến 6 Mbps. Tốc độ này vẫn nhanh hơn một kết nối băng rộng DSL hoặc cáp và đủ cho âm thanh liên tục (streaming audio), 802.11b lại không đủ nhanh để truyền những hình ảnh có độ nét cao. Lợi thế chính của 802.11b là chí phí phần cứng thấp.Do hoạt động ở tần số 2.4GHz Phổ này bị chia sẻ bởi các thiết bị không được cấp phép, chẳng hạn như các thiết bị Bluetooth, điện thoại không dây và sóng viba là nguồn gốc gây nhiễu (và làm giảm hiểu suất hoạt động) ở mạng dùng chuẩn 802.11b. Các mạng dùng chuẩn 802.11b cũng có thể gây nhiễu cho nhau, 14 kênh của chuẩn 802.11b được chia thành từng phần và chỉ có thể dùng 3 kênh cùng một phạm vi để tránh chồng chéo. Các kênh thường được sử dụng để tránh chồng chéo là 1, 6 và 11. 802.11b+ PBCC (Packet Binary Convolutional Code) do Texas Instruments (TI) phát triển có thể cung cấp tốc độ 22 và 33 Mbps. TI sản xuất chipset dựa trên chuẩn 802.11b và hỗ trợ PBCC 22 Mbps. Những thiết bị tích hợp chipset này được gọi là thiết bị 802.11b+. Những thiết bị này hoàn toàn tương thích với 802.11b, khi hai thiết bị 802.11b+ giao tiếp với nhau có thể tự động dùng tốc độ 22 Mbps. Điểm nổi bật khác của TI khi giao tiếp giữa các thiết bị 802.11b+ là hoạt động ở chế độ 4x, có nghĩa là dùng các gói tin có kích thước lớn hơn - 4000 byte - để giảm tải và tăng thông lượng lên đến ba lần. 802.11a : Vào cuối năm 2001, các sản phẩm dựa trên một chuẩn thứ hai, 802.11a, bắt đầu được xuất xưởng ,hoạt động ở tần số 5GHz Thông lượng lý thuyết tối đa của nó là 54 Mbit/s, với tốc độ tối đa thực tế từ 21 đến 22 Mbit/s. Mặc dù tốc độ tối đa này vẫn cao hơn đáng kể so với thông lượng của chuẩn 802.11b, phạm vi phát huy hiệu lực trong nhà từ 25 đến 75 feet của nó lại ngắn hơn phạm vi của các sản phẩm theo chuẩn 802.11b. Nhưng chuẩn 802.11a hoạt động tốt trong những khu vực đông đúc: Với một số lượng các kênh không gối lên nhau tăng lên trong dải 5 GHz,Trong môi trường văn phòng thông thường, tầm hoạt động của 802.11a có thể lên đến tối đa 46m ở tốc độ thấp nhất, và khoảng 23m ở tốc độ cao nhất. Không giống dãy tần số 2.4GHz, dãy tần số 5GHz gần như không bị nhiễu. Với ưu thế về kích thước của dãy tần số, các kênh của 802.11a không bị chồng chéo. Một số nước định nghĩa 4 kênh, 8 kênh hoặc nhiều hơn. Một lợi ích khác mà chuẩn 802.11a mang lại là băng thông cao hơn của nó giúp cho việc truyền nhiều luồng hình ảnh và truyền những tập tin lớn trở nên lý tưởng. 802.11g : là chuẩn nối mạng không dây được IEEE phê duyệt tháng 6 năm 2003. có tốc độ của 802.11a và tầm hoạt động của 802.11b và tương thích ngược với 802.11b. Tốc độ tối đa lý thuyết của các sản phẩm theo chuẩn 802.11a, 54 Mbit/s, với một thông lượng thực tế từ 15 đến 20 Mbit/s. Giống 802.11b, 802.11g có 14 kênh và chỉ có thể dùng 3 kênh cùng một phạm vi để tránh chồng chéo.Tốc độ cao hơn của chuẩn 802.11g cũng giúp cho việc truyền hình ảnh và âm thanh, lưới Web trở nên lý tưởng. 802.11g thiết kế để tương thích ngược với 802.11b và chúng chia sẻ cùng phổ 2,4GHz. Việc này làm cho các sản phẩm của 2 chuẩn 802.11b và 802.11g có thể hoạt động tương thích với nhau. 802.11g đạt tốc độ này bằng cách dùng OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), cùng cơ chế với 802.11a, và phải sử dụng thiết bị cùng chẩn 802.11g. Để có thể kết nối với các thiết bị 802.11b phải dùng cơ chế điều biến CCK (Complimentary Code Keying). 802.11g cũng tương thích với các thiết bị 802.11b+ hoạt động ở tốc độ 22 và 33Mbps sử dụng PBCC (Packet Binary Convolutional Code) của Texas Instrumnets. 802.11g+ :Giống 802.11b+, 802.11g+ do Texas Instruments (TI) phát triển dựa trên 802.11g của IEEE với các tính năng khác được thêm vào. Các thiết bị 802.11g+ tương thích với các thiết bị 802.11b và 802.11g. Khi kết nối với thiết bị 802.11b+, các ưu điểm của TI sẽ được phát huy. Khi kết nối các thiết bị 802.11g+ với nhau, có thể đạt tốc độ tín hiệu lên đến 100Mbps. 802.11n :Task Group N của IEEE 802.11 được thành lập vào tháng 7 năm 2003 để chuẩn hóa cho Physical Layers (PHY) và Medium Access Control Layer (MAC) của 802.11, cho phép các chế độ hoạt động có thể đạt được thông lượng ít nhất là 100Mbps. Đây là dự án đầu tiên của 802.11 hướng tới thông lượng thay vì tốc độ tín hiệu. Môt mục đích khác là đạt được thông lượng cao ở tầm hoạt động rộng, tương thích với các thiết bị 802.11a và 802.11g. Ban đầu dự kiến, công việc chuẩn hóa sẽ hoàn thành vào cuối năm 2005.Sau đó hoãn lại và dự kiến sẽ được công nhận chính thức vào cuối năm 2006 nhưng cho tới thời điểm này vẫn chưa có một chuẩn chính thức. 802.11n sử dụng hệ thống đa ăng ten và cường độ phổ lớn, đều là những vấn đề hóc búa đối với hội kỹ sư điện tử (IEEE). Sau nhiều trở ngại với đề xuất về một tiêu chuẩn mạng không dây tốc độ cao, cuối cùng hiệp hội Wi-fi cũng đã đưa ra được phiên bản Draft 2.0 của 802.11n, đồng thời coi đây là tiêu chuẩn sàn để các nhà sản xuất có thể xây dựng các thiết bị hoạt động tốt với nhau. Hiện nay, IEEE vẫn đang nghiên cứu để đưa ra chuẩn 802.11n chính thức và hy vọng công việc sẽ kết thúc vào tháng ba năm 2009. Tuy nhiên chưa có gì đảm bảo các thiết bị dựa trên Draft 2.0 sẽ tương thích với các thiết bị của bộ chuẩn chính thức này.và cả phiên bản Draft 2.0 lẫn chuẩn chính thức đều được thiết kế để có tốc độ truyền dữ liệu trên 100Mb/giây, nhanh hơn cả một số kết nối Ethernet qua dây dẫn.. Ưu nhược điểm của công nghệ theo chuẩn IEEE 802.11 Khả năng di động - cho phép kết nối bất kì đâu trong vùng phủ sóng.. Dễ lắp đặt và triển khai,thời gian triển khai nhanh. Tốc độ cao,tính linh động và nâng cấp dễ. Giá thiết bị rẻ và nhiều trên thị trường. Nhược điểm của mạng không dây có thể kể đến nhất là khả năng nhiễu sóng do thời tiết,các thiết bị không dây khác, hay các vật chắn Vùng phủ sóng của IEEE 802.11cao hơn HIPERLAN nhưng cũng chỉ hạn chế ở tầm vài chục đến vài trăm mét. Bảo mật còn nhiều lỗ hổng. c/ WiMAX. Trong thực tế công nghệ WiFi đã phát triển rất rộng rãi tuy nhiên với phạm vi phủ sóng nhỏ,không đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người dùng, WiMAX được thiết kế cho mạng MAN nên khắc phục hạn được chế trên. Công nghệ này sẽ được nói chi tiết trong mục 1.2 Tổng kết xDSL phù hợp cho vùng đã có mạng cáp đồng. Giải pháp này đem lại lợi nhuận ngay cho nhà cung cấp . iPSTAR sẽ là giải pháp truy nhập băng rộng hiệu quả cho các vùng không thể triển khai các giải pháp truy nhập mặt đất, đặc biệt là vùng sâu vùng xa, tuy nhiên giá cả và chi phí vẫn cao hơn so với truy nhập vô tuyến. HIPERLAN tốt hơn và ưu việt hơn IEEE 802.11 nhưng giá thành thiết bị lại cao và thiết bị ít Wi-Fi.cho tốc dộ truy nhập cao .Việc triển khai khá đơn giản, mà giá thành lại thấp hơn nhiều so với công nghệ trên . Tuy nhiên vùng phủ sóng của WiFi bị hạn chế. WiMAX:giải pháp công nghệ ra đời sau nên được tích hợp rất nhiều các ưu điểm và khắc phục phần lớn nhược điểm của các công nghệ trước,đây là công nghệ hiện đại và được đánh giá cao. Tổng quan về WiMAX [13] Wi-Fi có bán kính phủ sóng của một điểm thu phát sóng (hotspot) chỉ là 150 m nên cần nhiều hotspot cho một khu vực nhất định và càng có nhiều người sử dụng Wi-Fi thì tốc độ càng giảm.Mặt khác,chất lượng của Wi-Fi không được tốt bằng ADSL, không đảm bảo được chế độ ưu tiên như WiMAX. WiMAX là từ viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access có nghĩa là khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba.Với WiMAX cố định có tốc độ tương đương với ADSL, trong khi không cần dùng dây dẫn đến các thuê bao. Người sử dụng các thiết bị đầu cuối chỉ cần mua một thiết bị Indoor WiMAX (kích thước bằng một modem ADSL) là có thể dùng được Internet tốc độ cao. WiMAX di động có tố độ lớn hơn WiFi nhưng phạm vi phủ sóng lớn hơn rất nhiều so với Wifi Công nghệ WiMAX, là công nghệ không dây băng thông rộng đang phát triển rất nhanh với khả năng triển khai trên phạm vi rộng và được coi là có tiềm năng to lớn để trở thành giải pháp “dặm cuối” lý tưởng nhằm mang lại khả năng kết nối Internet tốc độ cao tới các gia đình và công sở 1.2.1 Diễn đàn WiMAX Diễn đàn WiMAX là một tổ chức của các nhà khai thác và các công ty thiết bị và cấu kiện truyền thông hàng đầu. Mục tiêu của Diễn đàn WiMAX là thúc đẩy và chứng nhận khả năng tương thích của các thiết bị truy cập vô tuyến băng rộng tuân thủ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMAN của ETSI. Diễn đàn đã hợp tác chặt chẽ với các nhà cung cấp và các cơ quan quản lý .Đảm bảo các hệ thống được diễn đàn phê chuẩn sẽ đáp ứng các yêu cầu của khách hàng và của các chính phủ nhằm loại bỏ các rào cản tiến tới việc chấp nhận rộng rãi công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng BWA (Broadband Wireless Access), vì riêng một chuẩn thì không đủ để khuyến khích việc chấp nhận rộng rãi một công nghệ. 1.2.2 Các đặc điểm của WiMAX WiMAX đã được tiêu chuẩn hoá ở IEEE 802.16. Hệ thống này là hệ thống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các đặc điểm sau : Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa 70Mbit/s. Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS (Line of Sight) và đường truyền bị che khuất NLOS (Non line of sight). Dải tần làm việc 2-11GHz và từ 10-66GHz hiện đã và đang được tiêu chuẩn hoá. Trong WiMAX hướng truyền tin được chia thành hai đường lên và xuống. Đường lên có tần số thấp hơn đường xuống và đều sử dụng công nghệ OFDM WiMAX sử dụng điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256-QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi dữ liệu như ngẫu nhiên hoá, với mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỷ lệ mã từ 1/2 đến 7/8. Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHz đến trên 20MHz được chia thành nhiều băng con . Với công nghệ OFDMA, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng băng tần. Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD (time division duplexing) và FDD (frequency division duplexing) cho việc phân chia truyền dẫn của hướng lên (uplink) và hướng xuống (downlink). Hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp con : Các lớp này tương đương với hai lớp dưới của mô hình OSI và được tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên . 1.2.3 Chuẩn IEEE 802.16 WiMAX dựa trên tiêu chuẩn 802.16 của IEEE và HiperMAN của ETSI. IEEE 802.16-2001: Chuẩn này được xây dựng từ tháng 9/2000 và được IEEE thông qua vào tháng 12/2001. 802.16-2001 xác định giao diện vô tuyến gồm lớp MAC và PHY của hệ thống truy nhập vô tuyến cố định điểm – đa điểm với những mục đích: Cho phép triển khai nhanh chóng và rộng rãi các hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng với chi phí hiệu quả. Đảm bảo khả năng tương thích giữa các thiết bị truy nhập vô tuyến băng rộng của các hãng khác nhau. Tăng tốc quá trình thương mại hóa ,phổ cập truy nhập vô tuyến băng rộng ,đưa ra các giải pháp thay thế cho truy nhập băng rộng hữu tuyến. Hình 3 : các chuẩn của IEEE 802.16 Đặc điểm của 802.16-2001: Dải tần từ 10 – 66GHz kênh vật lý thường là 25/28 MHz Đường truyền LOS. Phương pháp điều chế là QPSK,16/64QAM Tầm hoạt động từ 2-7 km Ta nhận thấy nhược điểm của truyền LOS vì hầu hết trên thực tế là kiểu NLOS hoặc đường truyền thẳng nhưng có vật cản (OLOS),trước những hạn chế đó thì bản 802.16.2 được đưa ra. IEEE 802.16.2-2001 Đề cập vào tháng 10/2007 tập trung vào giải quyết vấn đề can nhiễu.trong dải hoạt động cố định 10 – 66GHz nhưng đặc biệt quan tâm tới dải từ 23.5-43.5GHz. IEEE802.16 Con 1-2003:[5] chuẩn này công bố sự phù hợp về thực thi giao diện không gian MAN-SC vô tuyến trong dải 10-66GHz. Tiêu chuẩn này công bố sự phù hợp về thực thi giao thức các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp của các trạm gốc và các trạm thuê bao dựa trên giao diện không gian MAN-SC (10-66GHz) được xác định trong tiêu chuẩn 802.16. IEEE 802.16 Con 2-2003: [5] Tiêu chuẩn này giới thiệu cấu trúc thiết bị đo và mục đích đo ,kiểm tra sự phù hợp các chỉ tiêu kỹ thuật của các trạm gốc và các trạm thuê bao dựa trên giao diện không gian được xác định trong chuẩn 802.16. IEEE 802.16a . được thông qua tháng 1/2003.phiên bản này bổ sung cho thiếu sót của 802.16-2001 với việc bổ xung thêm dải tần số 2- 11 GHz. Giúp cho việc truyền sóng trong môi trường có vật cản và bị che khuất đễ dàng hơn.,bổ sung các kỹ thuật cho lớp vật lý giúp tối ưu kênh truyền theo bằng tần của ứng dụng IEEE 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tầng từ 5 – 6 Ghz với mục đích cung ứng dịnh vụ với chất lượng cao (QoS). Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của những ứng dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác nhau. Chuẩn này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802.16a IEEE 802.16c. được chấp nhận vào tháng 12/2002 đây là bản sửa đổi của chuẩn 802.16-2001 Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dải băng tầng từ 10-66GHz với mục đích cải tiển thao tác gữa các phần(interoperability). IEEE 802.16-2004 hay IEEE 802.16d được IEEE thông qua tháng 6/2004. Chuẩn này sử dụng băng tầng có bản quyền từ 2 – 11 Ghz. Đây là băng tầng thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các chướng ngại trên đường truyền. 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà trong đó một thiết bị cuối (terminal) có thể liên lạc với BS thông qua một thiết bị cuối khác. Với đặc tính này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ được mở rộng. IEEE 802.16-2004 Tập trung vào các ứng dụng cố định và lưu trú trong dải tần số 2 -11 GHz. Hai kỹ thuật điều chế đa sóng mang được hỗ trợ trong 802.16-2004: OFDM với 256 sóng mang và OFDMA với 2048 sóng mang. Các hồ sơ chứng nhận đầu tiên của .Diễn đàn WiMAX đều dựa trên OFDM, như được định nghĩa trong phiên bản này của tiêu chuẩn . Các thiết bị WiMAX hiện tại có trên thị trường là dựa trên chuẩn này. IEEE 802.16e được thông qua tháng 12/2005. Diễn đàn WiMAX sẽ bắt đầu quá trình chứng nhận thiết bị ban đầu trong các băng tần 3.3 đến 3.8 GHz và 5.7 đến 5.8 GHz.Với khả năng đáp ứng cả các ứng dụng cố định cũng như các dịch vụ di động, nên còn được gọi là WiMAX di động. Chuẩn này đã và đang được thử nghiệm ở nhiều nước. Hiện tại, WiMAX di động "Wave 2" dùng 2 ăng-ten phát và 2 ăng-ten thu đã cho tốc độ tối đa tầm 75Mbps. IEEE 802.16e: Hỗ trợ cho việc khai thác sự kết hợp giữa dịch vụ cố định và di động tại các tần số dưới 6 GHz. Tiêu chuẩn này mở ra sự hỗ trợ SOFDMA (một biến thể của OFDMA), nó tính đến số lượng các sóng mang có thể biến đổi, ngoài các phương thức OFDM và OFDMA đã được định nghĩa trước đây. Việc gán sóng mang trong các phương thức OFDMA được thiết kế để giảm thiểu tác động của can nhiễu tới thiết bị người dùng với các anten toàn hướng. Tăng cường hỗ trợ cho MIMO (Multiple Input Multiple Output) và các hệ thống anten thích nghi (AAS), cũng như chuyển vị (handoff) cứng và mềm. Nó cũng đã cải thiện được các khả năng tiết kiệm nguồn cho các thiết bị di động và các tính năng an toàn mạnh hơn. Cả hai sản phẩm dựa trên OFDM và trên OFDMA đều có thể tận dụng các dung lượng mới mở rộng. Trong phần sau, chúng ta coi các định dạng của 802.16e WiMAX chủ yếu như là việc chấp nhận SOFDMA, còn các định dạng 802.16-2004 như là việc sử dụng OFDM với 256 sóng mang. Phiên bản mới của tiêu chuẩn 802.16 có tính tương thích ngược, cho nên các yêu cầu kỹ thuật mới của phương thức OFDM là tương thích với các phiên bản trước. Tuy nhiên, các hương thức OFDM và SOFDMA sẽ không tương thích nếu chúng dựa trên hai kỹ thuật điều chế khác nhau. Kết quả là, loại CPE của OFDM chế độ đơn mode (single mode) sẽ không làm việc được trong một mạng SOFDMA và ngược lại, một CPE của SOFDMA sẽ không làm việc trong một mạng OFDM.Đây cugnx là một hạn chế của . IEEE 802.16j: Bây giờ IEEE đang bắt tay vào chuẩn hóa 802.16j để phục vụ cho việc Relay (WiMAX Mesh network). Hình 4: mô hình mạng Mesh trong WiMAX Lợi ích của việc dùng những relay BS đã được liệt kê trong hình vẽ. Có thể kể đến các lợi ích sau: Thay vì liên lạc trực tiếp với BS, người dùng có thể liên lạc thông qua nhiều Relay BS với đường truyền tốt hơn và tốc độ cao hơn, hiệu quả truyền cao hơn, v.v.. Relay BS có thể dùng để tăng vùng phủ sóng của mạng WiMAX (relay BS rẻ hơn lắp đặt BS WiMAX) Người dùng sẽ không cần tiêu tốn một năng lượng lớn để liên lạc với BS (tiết kiệm năng lượng tiêu thụ ở thiết bị di động). 802.16m: Đang được nghiên cứu và chuẩn hóa. Chuẩn này hướng tới tăng tốc độ truyền của WiMAX lên 1Gbps bằng cách dùng MIMO trên nền công nghệ đa truy nhập OFDMA với số lượng ăngten phát và thu nhiều hơn WiMAX di động « Wave 2 ». 802.16m trang bị 4 ăng-ten phát và 4 ăng-ten thu sẽ có thể đẩy tốc độ truyền lên lớn hơn 350Mbps,và vẫn tương thích với WiMAX cố định và di động đã và đang được triển khai Theo dự kiến, WiMAX Release 2 với sự hoàn thiện của 802.16m sẽ hoàn thành vào cuối năm 2009 và có thể bắt đầu triển khai dịch vụ từ 2010 Bảng 4 :So sánh các chuẩn 802.16 [4] 802.16 802.16a 802.16d 802.16e Phổ (GHz) 10 – 66 2 – 11 2 – 11 2 – 6 Cấu hình Trực xạ Không trực xa Không trực xạ Không trực xạ Tốc độ bit 32 – 134 Mbps Kênh 28 MHz 75 Mbps Kênh 20 MHz <=70 MHz Kênh 20 MHz 15 Mbps (max 75 Mbps) Kênh 5 MHz Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM OFDM 256 sóng mang con QPSK ,16QAM ,64QAM OFDM 256 sóng mang con, BPSK QPSK ,16QAM ,64QAM OFDM 512/1024/2048 BPSK,QPSK ,16QAM ,64QAM Tính di dộng Cố định Cố định Cố định Di động Băng thông (MHz) 20, 25 ,28 1.5 tới 20 1.25 tới 20 1.5 tới 20 Bán kính cell 2 – 7 km 7-10 km max 50 2 -7 km 2 -7 km Ngoài ra còn có nhiều chuẩn bổ sung khác đang được triển khai hoặc đang trong giai đoạn chuẩn hóa như 802.16g, 802.16f, 802.16h... Điểm khác nhau giữa các phiên bản 802.16 như 802.16a,802.16-2004 và 802.16e Chuẩn 802.16a của IEEE tập trung vào truy cập băng rộng cố định. Chuẩn mở rộng 802.16-2004 của IEEE cải tiến hơn nhờ hỗ trợ cho CPE trong nhà. Chuẩn802.16e là một mở rộng của chuẩn 802.16-2004. Mục đích của chuẩn 802.16e là để bổ sung khả năng di động dữ liệu cho chuẩn hiện thời, mà ban đầu thiết kế chủ yếu dành cho cố định. WiMAX 802.16-2004. Chuẩn này dựa trên phiên bản 802.16-2004 của IEEE 802.16 và ETSI - HiperMAN. Nó sử dụng Ghép kênh Phân chia theo tần số trực giao (OFDM -Orthogonal Frequency Division Multiplexing), hỗ trợ truy nhập cố định và di trú trong các môi trường Trực thị (LOS - Line of Sight ) và Không trực thị (NLOS – Non Line of Sight). Các hãng sản xuất đang triển khai Thiết bị khách hàng (CPE) trong nhà và ngoài trời và thẻ PCMCIA cho laptop. Các định dạng (profile) ban đầu của Diễn đàn WiMAX trong băng tần 3,5 GHz và 5,8 GHz. Các sản phẩm được chứng nhận đầu tiên đã xuất hiện vào cuối năm 2005. WiMAX 802.16e. Tối ưu hoá cho các kênh vô tuyến di động, phiên bản này dựa trên sự hiệu chỉnh 802.16e và hỗ trợ chuyển vị (handoff) và chuyển vùng (roaming). Nó sử dụng Truy nhập ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có thể mở rộng thang độ (SOFDMA – Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), một kỹ thuật điều chế đa sóng mang có sử dụng tạo kênh phụ (sub-channelization). Các nhà cung cấp dịch vụ đang triển khai 802.16e cũng có thể sử dụng mạng này để cung cấp dịch vụ cố định. Việc cấp chứng chỉ dự kiến sẽ được bắt đầu vào giữa năm 2006, khi khai trương các phòng thí nghiệm chứng nhận WiMAX di động, với các sản phẩm được cấp chứng chỉ đầu tiên đã có mặt năm 2007 Điểm khác nhau giữa IEEE 802.16 và công nghệ WiMAX Mục tiêu chính của Diễn đàn WiMAX là tạo ra một chuẩn tương thích từ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMAN của ETSI. Điều này sẽ thực hiện được nhờ việc hình thành các mô tả hệ thống. Dựa trên những gì mà Diễn đàn WiMAX xem xét về các điều khoản của nhà cung cấp dịch vụ và các kế hoạch thiết bị của các nhà cung cấp, Diễn đàn WiMAX đã quyết định tập trung trước tiên vào các mô tả cho phương thức PHY OFDM 256 của chuẩn 802.16 năm 2004, được IEEE thông qua vào tháng 6/2004. Lớp vật lý (PHY) sẽ được kết hợp với một bộ điều khiển truy nhập phương tiện (MAC) độc lập đảm bảo một nền tảng thống nhất cho tất cả những triển khai WiMAX. Tuân thủ theo chuẩn 802.16 không có nghĩa là thiết bị được Diễn đàn WiMAX chứng nhận hoặc có thể tương thích với các thiết bị của các nhà cung cấp khác. Tuy nhiên nếu một thiết bị tuân thủ thiết kế được Diễn đàn WiMAX chứng nhận thì vừa tuân thủ chuẩn 802.16 và tương thích với cả thiết bị của các nhà khai cấp khác. 1.2.4 Các định dạng của diễn dàn WiMAX [5] Việc lựa chọn các định dạng được thúc đẩy bởi nhu cầu thị trường, độ khả dụng của phổ tần, những ràng buộc về chính sách, các dịch vụ cần cung cấp và đầu tư của công ty. Ví dụ như, tính khả dụng phổ tần cho các dịch vụ vô tuyến băng rộng ở một số nước là động lực thúc đẩy việc tạo ra các định dạng ban đầu trong băng tần 3,5 GHz. Tính khả dụng của các phổ miễn phép và nhu cầu về các dịch vụ cố định đã quyết định việc tạo ra một định dạng trong băng tần 5,8 GHz. Nhu cầu về các dịch vụ di động và tính khả dụng phổ làm cho các băng tần 2,3 GHz và 2,5 GHz chắc chắn trở thành mục tiêu cho các định dạng của 802.16e. Các định dạng của Diễn đàn WiMAX được xác định bởi các tham số sau đây: Dải phổ : băng tần được dùng cho dịch vụ WiMAX do các tổ chức quản lý cung cấp .Hiện tại có 2 loại băng tần dành cho WiMAX là: Băng tàn cấp phép :2.3 – 2.6 GHz và 3.3 – 3.6 GHz Băng tần không cấp phép 5.7 -5.8 GHz Song công. Hai tuỳ chọn sẵn có: Song công phân chia theo thời gian (TDD) cho các nhà khai thác có phổ không cặp đôi hoặc phổ miễn phép, và Song công Chia theo Tần số (FDD). FDD đòi hỏi hai kênh, một cho lưu lượng tuyến lên và kênh kia cho lưu lượng tuyến xuống. Trong một mạng TDD, lưu lượng chỉ chiếm một kênh duy nhất với lưu lượng tuyến lên và tuyến xuống được gán các khe thời gian khác nhau. Độ rộng (Băng thông) kênh. Băng thông của kênh phụ thuộc rất cao vào phổ do các nhà chính sách phân bổ. Những định dạng ban đầu được hạn chế cho 3,5 MHz và 7 MHz trong phổtần được cấp phép khi chúng là các kênh có phổ thông dụng được phân bổ trong băng tần 3,5 GHz. Khi các nhà khai thác có khả năng sử dụng các kênh rộng hơn, thì các thành viên của Diễn đàn WiMAX sẽ bổ sung các định dạng chứng nhận với các băng thông của kênh rộng hơn. Tiêu chuẩn IEEE. Các định dạng của 802.16-2004 sử dụng OFDM với 256 sóng mang. Các định dạng của 802.16e hầu như chắc chắn dựa trên SOFDMA. Chỉ tiêu chuẩn này mới hỗ trợ tính di động. Tất cả các định dạng chứng nhận dựa trên 802.16-2004 đều theo một định dạng hệ thống chung. Định dạng này bao gồm các yêu cầu kỹ thuật của WiMAX, duy trì bất kỳ tham số nào dù là tần số, kích thước kênh hay phương pháp tạo song công. Một định dạng hệ thống mới vừa được phát triển gần đây cho các định dạng chứng nhận 802.16e. Nếu có đủ mối quan tâm từ cộng đồng các nhà sản xuất, một định dạng hệ thống thứ ba có thể được giới thiệu cho các sản phẩm 802.16-2004 để hỗ trợ khả năng xách tay và di động giới hạn. Các định dạng ban đầu được Diễn đàn WiMAX xác định hỗ trợ truy nhập cố định và lưu trú trong các băng tần 3,5 GHz và 5,8 GHz. Tần số (MHz) Song công Băng thông kênh (MHz) Ký hiệu định dạng Ghi chú 3400-3600 TDD 3.5 3.5T1 Hiện tại 3400-3600 FDD 3.5 3.5 F1 Hiện tại 3400-3600 TDD 7 3.5T2 Hiện tại 3400-3600 FDD 7 3.5 F2 Hiện tại 5725-5850 TDD 10 5.8T Hiện tại 2300-2600 TDD 5.0/5.5 2.5 T1 Tương lai 2300-2600 FDD 5.0/5.5 2.5 F1 Tương lai Bảng 5 :các định dạng đã chứng nhận của điễn đàn WiMAX 1.3 Các mô hình ứng dụng [2] WiMAX được đề xuất 2 mô hình ứng dụng là cố định vàdi động. 1.3.1 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 công tác (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 nói 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 5 :Mô hình ứng dụng WiMAX cố định WiMAX cố định có thể phục vụ cho các loại 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. 1.3.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động Hình 6 :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. Hy vọng các nhà cung cấp viễn thông hiệp đồng cộng tác để thực hiện được mạng viễn thông số truy nhập không dây có phạm vi phủ sóng rộng thỏa mãn được các nhu cầu đa dạng của thuê bao. Việc lựa chọn triển khai trên diện rộng với WIMAX di động hay cố định là câu hỏi của nhiều nước.Sự so sánh dưới đây sẽ làm rõ sự khác biệt giữa 2 chẩn này 1.4 So sánh WiMAX 802.16-2004 và 802.16e [ 4] Các triển khai di động và cố định có các nhu cầu rất khác nhau và các mục tiêu phân đoạn thị trường khác nhau về cơ bản, với các vị trí và mô hình sử dụng, các nhu cầu về thông lượng, các dạng thiết bị người dùng và các SLA khác nhau. Có hai sự bổ sung của WiMAX được định nghĩa để đáp ứng các nhu cầu khác nhau của hai phân đoạn thị trường và các yêu cầu khác nhau của các ứng dụng khác nhau. Trong một triển khai cố định với các chức năng cơ bản, 802.16-2004 và 902.16e đề nghị hiệu năng tương đương. Thông lượng cực đai một sector cho cả hai phiên bản của WiMAX là 15Mbps cho kênh 5MHz, hoặc 35Mbps cho kênh 10MHz. Phạm vi trạm gốc trong các vùng dân cư đông đúc có thể khoảng vài km tùy thuộc vào các thuộc tính như là loại CPE, băng tần, tính di động ..vv. Trong các mạng mà dung lượng bị chi phối, số lượng trạm gốc được lắp đặt tùy thuộc vào nhu cầu thông lượng và phạm vi. Tuy nhiên, hiệu năng của hai phiên bản WiMAX có thể thay đổi về cơ bản cho các ứng dụng cụ thể bởi vì 802.16-2004 là tối ưu cho truy nhập cố định và 802.16 là cho truy nhập di động mặc dù WiMAX cũng có thể được sử dụng cho truy nhập cố định. Các mạng cố định có thể thu lợi nhuận từ nhiều thuận lợi được đưa ra bởi các sản phẩm được chứng nhận của WiMAX Forum theo 802.16-2004. Điều chế ít phức tạp: OFDM là một công nghệ điều chế đơn giản hơn và phù hợp hơn để triển khai mà không yêu cầu hỗ trợ tính di động. Các băng tần không cấp phép: Các dịch vụ di động yêu cầu phổ cấp phép để cung cấp sự bao phủ trong các vùng rộng lớn. Tuy nhiên các triển khai cố định thường sử dụng thành công các băng tần không cấp phép trong các vùng mà các mức nhiễu là có thể chấp nhận được. Vì lí do này mà hầu hết các Profile nhằm vào các băng tần không cấp phép là phù hợp khi dựa trên cơ sở 802.16-2004. Thông lượng cao hơn: Các băng phổ cao hơn được lựa chọn cho các Profile 802.16-2004 dẫn đến kết quả thông lượng cap hơn. Điều này là một thuận lợi dễ thấy, đặc biệt khi nhằm vào các người dùng kinh doanh với mức lưu lượng cao hơn và với các CPE có các anten đặt ngoài trời. Thời điểm đưa vào thị trường phù hợp hơn: Tính sẵn sàng về thương mại sớm hơn của các sản phẩm 802-16-2004 cho phép các nhà khai thác đáp ứng nhu cầu dồn nén cho các kết nối băng rộng trong các vùng dưới mức phục vụ, và để bắt đầu đạt tới sự chia sẻ thị trường giữa các nhà cạnh tranh hàng đầu. Một mặt khác, một số nhà khai thác có thể quyết định đợi các Profile 802.16e vì nhiều lí do: Hỗ trợ tính di động: Các sản phẩm 802.16e là tối ưu cho tính di động và sẽ được hỗ trợ chuyển giao lên đến 120km/h. Hỗ trợ cho các kiểu công suất sleep và saving tăng thời gian sống của các thiết bị người dùng di động Bao phủ trong nhà tốt hơn: Bao phủ trong nhà tốt hơn đạt đượng thông qua kênh con hóa và các lợi ích của tùy chọn AAS ở cả các ứng dụng cố định và di động, bởi vì các người dùng thường là ở trong nhà hay không ở trong tầm nhìn thẳng. Tuy nhiên, trong khi các anten ngoài trời có thể bù lại về hạn chế bao phủ trong nhà ở các triển khai cố định thì điều này rõ ràng không phải là một tùy chọn cho các người dùng di động với một laptop hay một PDA. Độ mềm dẻo tốt hơn trong việc quản lí các tài nguyên phổ: kênh con hóa cũng mang lại khả năng sử dụng sự thông minh của mạng để cấp phát tài nguyên cho các thiết bị người dùng khi có nhu cầu. Thực tế điều này dẫn đến kết quả tăng hiệu năng sử dụng phổ, điều khiển thông lượng cao hơn và độ bao phủ trong nhà tốt hơn và trong một vài trường hợp làm cho chi phí triển khai thấp hơn. ĐIều này đặc biệt hiệu quả với các nhà khai thác với phổ hạn chế. Phạm vi rộng lớn của các dạng nhân tố cho các thiết bị người dùng: trong khi các CPE trong nhà và ngoài nhà, và các card PCMCIA máy tính xách tay được mong đợi để thống trị thị trường 802.16-2004 thì các card PCMCIA máy tính xách tay, các card mini, các modem trong nhà, các PDA và các điện thoại sẽ sẵn sàng giữa các thiết bị người dùng 802.16e. Sự đa dạng này cho phép các nhà khai thác mở rộng các dịch vụ của họ đến các phân đoạn thị trường mới và tăng thêm sự tự do cho các thuê bao của họ. Mặc dù các sản phẩm 802.16e được giới thiệu muộn hơn nhưng có thể hi vọng rằng giá cả CPE của chúng sẽ nhanh chóng giảm thấp hơn các CPE theo 802.16-2004 khi các sản phẩm 802.16e được nhằm vào một thị trường rộng lớn hơn. Với chi phí CPE điển hình là thay đổi quan trong nhất trong bất kì kế hoạch kinh doanh của nhà khai thác, tính sẵn có của các Chip CPE sẽ là một trong các nhân tố hướng dẫn cho việc quyết định phiên bản nào của WiMAX được thông qua. Lựa chọn giữa 802.16-2004 và các sản phẩm 802.16e tùy thuộc phần lớn vào các loại dịch vụ được cung cấp và các kiểu kinh doanh của các nhà khai thác. Trong một vài trường hợp, lựa chọn sẽ là hiển nhiên. Một nhà khai thác di động xây dựng một mạng bao phủ để bổ sung cho mạng 3G sẽ tiến thẳng đến 802.16e. Một nhà cung cấp dịch vụ Internet không dây cung cấp truy nhập không dây cho liên lạc vùng nông thôn sẽ chọn các sản phẩm WiMAX 802.16-2004 dựa trên OFDM ít phức tạp hơn. Thêm vào đó các nhà khai thác cần tính đến nhiều nhân tố khác mà có thể ảnh hưởng đến lựa chọn giữa các sản phẩm 802.16-2004 và 802.16e. Mục tiêu thị trường: nếu nhà khai thác nhằm vào các người dùng kinh doanh và các người dùng ở vùng dân cư trong một môi trường hầu như là tầm nhìn thẳng, các CPE với một anten ngoài trời sẽ có thông lượng tốt hơn và hiệu năng LOS có thể phù hợp hơn. Điều này có thể làm cho nhà khai thác hướng tới một triển khai 802.16-2004. Nếu thay thế nhà khai thác nhằm vào thị trường di động, các CPE 802.16e chi phí thấp có thể được yêu cầu cho kế hoạch kinh doanh có thể phát triển. Phổ: Trong khi WiMAX Forum sẽ tiếp tục thêm vào các Profile mới phù hợp với nhu cầu thị trường, điều đó chỉ phù hợp với các Profile 802.16-2004 hoặc 802.16e trong một số băng tần. Trong hầu hết các trường hợp nhà khai thác sẽ có một vài lựa chọn qua các băng phổ sẵn có và lựa chọn của WiMAX có thể tùy thuộc vào tính sẵn có của sản phẩm. Nó có thể là các Prpfile 802.16e sẽ được thêm vào các băng tần điển hình dành cho các ứng dụng cố định và mang xách, bởi vì 802.16e có ít có khả năng xẩy ra nhiễu đa đường. Điều tiết: Một số nhà điều tiết ủy quyền các loại dịch vụ cụ thể mà có thể được đề nghị trong một băng phổ. Chẳng hạn, một số nhà điều tiết ở Châu Âu giới hạn phổ 3.5GHz cho các dịch vụ cố định và mang xách, điều này có thể ngăn cản sự thông qua của 802.16e khi WiMAX hỗ trợ các dịch vụ di động, thậm chí các giấy phép phổ điển hình không ủy quyền sử dụng một công nghệ cụ thể. Tính hợp thời: Tính có sẵn sớm hơn của các sản phẩm 802.16-2004 trong các băng tần 3.5GHz sẽ là một nhân tố quan trọng cho các nhà cung cấp dịch vụ muốn triển khai một mạng WiMAX nhanh chóng. 1.5 Băng tần cho WiMAX[4] Các băng được WiMAX Forum tập trung xem xét và vận động cơ quan quản lý tần số các nước phân bổ cho WiMAX là: 3600-3800MHz 3400-3600MHz (băng 3.5GHz) 3300-3400MHz (băng 3.3GHz) 2500-2690MHz (băng 2.5GHz) 2300-2400MHz (băng 2.3GHz) 5725-5850MHz (băng 5.8GHz) 700-800MHz (dưới 1GHz). Băng 3400-3600MHz (băng 3.5GHz) Băng 3.5Ghz là băng tần đó được nhiều nước phân bổ cho hệ thống truy cập không dây cố định (Fixed Wireless Access – FWA) hoặc cho hệ thống truy cập không dây băng rộng (WBA). WiMAX cũng được xem là một công nghệ WBA nên có thể sử dụng băng tần này cho WiMAX. Vì vậy, WiMAX Forum đó thống nhất lựa chọn băng tần này cho WiMAX. Băng tần này sử dụng cho chuẩn 802.16-2004 để cung cấp các ứng dụng cố định và nomadic, độ rộng phân kênh là 3.5MHz hoặc 7MHz, chế độ song công TDD hoặc FDD. Một số nước quy định băng tần này chỉ dành cho các hệ thống cung cấp các dịch vụ cố định, không có ứng dụng nomadic, nên để triển khai được WiMAX cần thiết phải sửa đổi lại quy định này. Đối với Việt Nam, do băng tần này được ưu tiên dành cho hệ thống vệ tinh Vinasat nên hiện tại không thể triển khai cho WiMAX. Băng 3600-3800MHz: Được một số nước châu Âu xem xét để cấp cho WBA. Tuy nhiên, do một phần băng tần này (từ 3.7-3.8GHz) đang được nhiều hệ thống vệ tinh viễn thông sử dụng (đường xuống băng C), đặc biệt là ở khu vực châu Á, nên ít khả năng băng tần này sẽ được chấp nhận cho WiMAX ở châu Á. Băng 3300-3400MHz (băng 3.3 GHz): Băng tần này đó được phân bổ ở Ấn Độ, Trung Quốc và Việt Nam đang xem xét phân bổ chính thức. Do Ấn Độ và Trung Quốc là hai thị trường lớn, nên dù chưa có nhiều nước cấp băng tần này cho WBA, nhưng thiết bị WiMAX cũng đã được sản xuất. Chuẩn WiMAX áp dụng ở băng tần này tương tự như với băng 3.5GHz, đó là WiMAX cố định, chế độ song công FDD hoặc TDD, độ rộng kênh 3.5MHz hoặc 7MHz. Do Ấn Độ chỉ cho phép sử dụng đoạn băng tần 3316-3400MHz, nên các thiết bị WiMAX hiện tại cũng chỉ làm việc trong đoạn này với tối đa 2x9 kênh 3.5MHz. Vì vậy, nếu cú 4 nhà khai thác sử dụng băng tần này thì thường mỗi nhà khai thác chỉ được cấp sử dụng 2x2 kênh 3.5MHz. Trong khi đó, theo ý kiến của các chuyên gia Alvarion, một trong những hãng cung cấp thiết bị WiMAX, thì để khai thác hiệu quả, mỗi nhà khai thác nên được cấp ít nhất 2x3 kênh 3.5MHz. Băng 2500-2690MHz (băng 2.5 GHz) Băng tần này là băng tần được WiMAX Forum ưu tiên lựa chọn cho WiMAX di động theo chuẩn 802.16-2005. Có hai lý do cho sự lựa chọn này. Thứ nhất, so với các băng trên 3GHz điều kiện truyền sóng của băng tần này thích hợp cho các ứng dụng di động. Thứ hai là khả năng băng tần này sẽ được nhiều nước cho phép sử dụng WBA bao gồm cả WiMAX. WiMAX ở băng tần này có độ rộng kênh là 5MHz, chế độ song công TDD, FDD. Băng tần này trước đây được sử dụng phổ biến cho các hệ thống truyền hình MMDS trên thế giới, nhưng do MMDS không phát triển nên Hội nghị Thông tin Vô tuyến thế giới năm 2000 (WRC-2000) đã xác định có thể sử dụng băng tần này cho hệ thống di động thế hệ 3 (3G hay IMT-2000 theo cách đặt tên của ITU). Do chưa có câu trả lời rõ nên hiện đã có một số nước như Mỹ, Brazil, Mexico, Singapore, Canada, Liên hiệp Anh (UK), Australia cho phép sử dụng một phần băng tần tần này cho WBA. Trung Quốc và Ân Độ cũng đang xem xét. Ví dụ, Singapore đã chia băng 2.5GHz thành 15 khối 6 MHz cho WBA để đấu thầu, theo đó nhà khai thác được cung cấp các dịch vụ cố định, nomadic và di động, không yêu cầu phải sử dụng một công nghệ cụ thể nào. Các nhà khai thác trúng thầu có trách nhiệm tự phối hợp với nhau và với các nhà khai thác của các nước láng giềng để tránh can nhiễu. Tại Mỹ, Ủy ban Truyền thông Liên bang (FCC) chia băng 2.5GHz thành 8 khối, mỗi nhà khai thác có thể được cấp 22.5MHz, gồm một khối phổ có độ rộng 16.5MHz kết hợp với khối 6MHz. Do ITU xác định băng tần này cho IMT-2000, nên WiMAX Forum đang có kế hoạch tham gia vào các nhóm nghiên cứu của ITU để thúc đẩy việc đưa chuẩn 802.16 thành một nhánh của họ tiêu chuẩn IMT-2000 Với Việt Nam, Quy hoạch phổ vô tuyến điện quốc gia được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt cuối năm 2005 đã quy định băng tần 2500-2690 MHz sẽ được sử dụng cho các hệ thống thông tin di động thế hệ mới, không triển khai thêm các thiết bị khác trong băng tần này. Vì vậy, có thể hiểu công nghệ WiMAX di động cũng là một đối tượng của quy định này, nhưng băng tần này sẽ được sử dụng cho loại hình công nghệ cụ thể nào vẫn còn để mở. Băng 2300-2400MHz (băng 2.3 GHz): Băng 2.3GHz cũng có đặc tính truyền sóng tương tự như băng 2.5GHz nên là băng tần được WiMAX Forum xem xét cho WiMAX di động. Hiện có một số nước phân bổ băng tần này cho WBA như Hàn Quốc (triển khai WiBro), Úc, Mỹ, Canada, Singapore. Singapore đã cho đấu thầu 10 khối 5MHz trong dải 2300-2350MHz để sử dụng cho WBA với các điều kiện tương tự như với băng 2.5GHz. Úc chia băng tần này thành các khối 7MHz, không qui định cụ thể về công nghệ hay độ rộng kênh, ưu tiên cho ứng dụng cố định. Mỹ chia thành 5 khối 10MHz, không qui định cụ thể về độ rộng kênh, cho phép triển khai cả TDD và FDD. Đối với Việt Nam, đây cũng là một băng tần có khả năng sẽ được sử dụng để triển khai WBA/WiMAX. Băng 5725-5850MHz (băng 5.8 GHz): WiMAX Forum quan tâm băng tần này vì được nhiều nước cho phép sử dụng không cần cấp phép và với công suất tới cao hơn so với các đoạn băng tần khác trong dải 5GHz (5125-5250MHz, 5250-5350MHz), vốn thường được sử dụng cho các ứng dụng trong nhà.Nên băng tần này thích hợp để triển khai WiMAX cố định, độ rộng phân kênh là 10MHz, phương thức song công được sử dụng là TDD, không có FDD. Băng dưới 1GHz: Với các tần số càng thấp, sóng vô tuyến truyền lan càng xa, số trạm gốc cần sử dụng càng ít, tức mức đầu tư cho hệ thống thấp đi. Vì vậy, WiMAX Forum cũng đang xem xét khả năng sử dụng các băng tần dưới 1GHz, đặc biệt là băng 700-800MHz. Hiện nay, một số nước đang thực hiện việc chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số, nên sẽ giải phúng được một phần phổ tần sử dụng cho WBA/WiMAX. Ví dụ, Mỹ đó cấp đoạn băng tần 699-741MHz trước đây dùng cho kênh 52-59 UHF truyền hỡnh và xem xét cấp tiếp băng 747-801MHz (kênh 60-69 UHF truyền hình). Với Việt Nam, do đặc điểm có rất nhiều đài truyền hình địa phương nên các kênh trong giải 470-806MHz dành cho truyền hình được sử dụng dày đặc cho các hệ thống truyền hình tương tự. Hiện chưa có lộ trình cụ thể nào để chuyển đổi các hệ thống truyền hình tương tự này sang truyền hình số, nên chưa thấy có khả năng có băng tần để cấp cho WBA/WiMAX ở đây Tổng kết Toàn chương một đã đưa ra cái nhìn tổng quan nhất về một số công nghệ mạng truy nhập băng rộng, những đặc thù của các loại công nghệ truy nhập này nhằm tạo cơ sở khách quan để đánh giá và lựa chọn công nghệ phù hợp trong chương 3. Chương này cũng trình bày rõ sự khác biệt gữa hai mô hình ứng dụng WiMAX cố định và WiMAX di động. Dựa vào những dặc điểm khác nhau của các định dạng này giúp các nhà cung cấp dịch vụ trong từng hoàn cảnh cụ thể sẽ lựa chọn mô hình phù hợp trong triển khai thực tế . Với những tìm hiểu sơ lược ta cũng thấy công nghệ WiMAX tỏ ra có rất nhiều đặc tính ưu viêt trong việc triển khai dịch vụ băng thông rộng cho cả thiết bị cố định, xách tay và di động, thậm chí đến các vùng mà với các công nghệ trước đây là khó khăn hoặc không thể. Trong chương tiếp theo ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về kiến trúc mạng và các kỹ thuật được sử dụng trong công nghệ WiMAX. Chương 2 Mạng WiMAX 2.1 Mô hình cấu trúc hệ thống WiMAX [12] WiMAX gồm 2 mặt phẳng tham chiếu là: Mặt phẳng quản lý: là mặt phẳng chứa các thực thể để quản trị mạng như quản lý và tính cước. Mặt phẳng truyền tin :Mặt phẳng này tương đương với hai lớp dưới của mô hình OSI đảm bảo cho việc truyền tin gữa 2 trạm trong 1 cuộc kết nối và được tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên Hình 7: Mô hình cấu trúc của WiMAX 2.2 Mặt phẳng truyền tin: Mặt phẳng này gồm 2 lớp và được phân chia thành 4 lớp nhỏ hơn: MAC Lớp con tiếp ứng CS (Convergence Sublayer) Lớp con phần chung CPS (Common Part Sublayer) Lớp con bảo mật PS (Privaci Sublayer) PHY (physical) 2.2.1 Lớp con tiếp ứng (hay lớp con hội tụ dịch vụ chuyên biệt MAC_CS) [2] MAC CS nằm trên MAC CPS và sử dụng thông qua MAC SAP, các dịch vụ được cung cấp bởi MAC CPS. Lớp này thực hiện các chức năng sau: Nhận các đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) từ lớp cao hơn Thực hiện phân loại các PDU lớp cao hơn. Xử lí (nếu cần) các PDU lớp cao hơn trên cơ sở phân loại. Phát các CS PDU đến các MAC SAP thích hợp. Nhận CS PDU từ thực thể cùng cấp. Hiện nay, có hai chi tiết kĩ thuật CS được cung cấp là:ATM CS và Packet CS. Lớp con hội tụ ATM, hay ATM CS là một giao diện logic kết hợp các dịch vụ ATM khác nhau với MAC CPS SAP. ATM CS nhận các tế bào ATM từ lớp ATM, thực hiện phân loại và nếu được cung cấp PHS (nén tiêu đề tải trọng), sau đó phát các CS PDU đến MAC SAP phù hợp. Lớp con hội tụ gói hay Packet CS dành cho các dịch vụ dữ liệu dạng gói ví dụ như Ethernet, PPP, IP và VLAN. Các CS khác có thể được hỗ trợ trong tương lai. Trong quá trình gửi thông tin.Dữ liệu từ lớp cao hơn chuyển xuống,lớp CS có trách nhiệm phát các MAC SDU đến MAC SAP. MAC có trách nhiệm phát các MAC SDU đến các MAC SAP ngang cấp phù hợp với QoS, việc phân đoạn, ghép nối, và các chức năng truyền tải khác, kết hợp với các đặc điểm luồng dịch vụ của một kết nối cụ thể. Với quá trình nhận tin.CS có trách nhiệm nhận MAC SDU từ các MAC SAP.sau khi sử lý như phân loại,giải nén tiêu đề…và gửi đến thực thể lớp cao hơn. 2.2.2 Lớp con phần chung (MAC CPS- common part sublayer) Phần lõi của lớp MAC IEEE 802.16 là MAC CPS, có nhiệm vụ là : Định nghĩa tất cả các quản lý kết nối, Phân phối băng thông, yêu cầu và cấp phát, thủ tục truy nhập hệ thống, Lập lịch đường lên, điều khiển kết nối và ARQ. Truyền thông giữa CS và CPS được các điểm truy nhập dịch vụ MAC (MAC SAP) duy trì. Thiết lập, thay đổi, xóa kết nối và truyền tải dữ liệu trên các kênh là bốn chức năng cơ bản trong quá trình truyền thông tại lớp này. a/ Định dạng và phân loại MAC PDU Phân loại MAC PDU MAC PDU dữ liệu Tiêu đề là tiêu đề MAC chung với HT=0. Tải trọng là các MAC SDU, hay các phân đoạn là dữ liệu từ lớp phía trên (các CSPDU). Được phát trên các kết nối truyền tải. Các MAC PDU quản lí Tiêu đề là tiêu đề MAC chung với HT=0 Tải trọng là các bản tin quản lí MAC. Được phát trên các kết nối quản lí. Các MAC PDU yêu cầu băng thông (BW) Tiêu đề là tiêu đề yêu cầu băng thông với HT=1 không có tải trọng. Tiêu đề MAC chung Các trường trong tiêu đề MAC chung có ý nghĩa như sau: CI (1 bit) CRC Indicator: Nếu CI có giá trị là 1 có nghĩa CRC được tính đến trong PDU bằng cách gắn vào tải trọng PDU sau khi mật mã hóa, nếu có giá trị 0 nghĩa là không có CRC. CID (16 bit) Connection Identifier EC (1 bit) Encryption Control: EC có giá trị bằng 0 nghĩa là tải trọng không được mật mã hóa.EC có giá trị 1 nghĩa là tải trọng được mật mã hóa. EKS (2 bit) Encryption Key Sequence Chỉ mục của khóa mật mã hóa lưu lượng (TEK) và vector khởi tạo được sử dụng để mật mã hóa tải trọng. Trường này chỉ có ý nghĩa nếu trường EC được thiết lập là 1. HCS (8 bit) Header Check Sequence: Một trường 8 bit được sử dụng để phát hiện lỗi trong tiêu đề. Máy phát sẽ tính toán giá trị HCS cho các byte đầu tiên của tiêu đề tế bào và chèn kết quả vào trường HCS (byte cuối cùng của tiêu đề). Nó sẽ là số dư của phép chia (modulo 2) bởi đa thức đặc trưng g (D=D8+D2+D+1) của đa thức D8 nhân với nội dung của tiêu đề trừ trường HCS. HT (1bit) Header Type: HT được thiết lập là 0. LEN (11bit) Length- Trường độ dài theo byte của MAC PDU bao gồm tiêu đề MAC và CRC (nếu có). Type (6 bit) - Trường này cho biết các tiêu đề con và các loại tải trọng đặc biệt trong tải trọng của bản tin. Tiêu đề yêu cầu băng thông PDU yêu cầu băng thông sẽ chỉ có tiêu đề yêu cầu băng thông và không chứa tải trọng.Yêu cầu băng thông sẽ có các đặc tính sau: Độ dài của tiêu đề sẽ luôn là 6 byte. Trường EC sẽ được thiết lập là 0, chỉ thị không mật mã hóa. CID sẽ cho biết kết nối cho SS yêu cầu băng thông đường lên. Trường BR (Bandwidth Request) sẽ cho biết số các byte được yêu cầu. Các loại yêu cầu băng thông được cho phép là 000 cho tăng dần và 001 cho toàn bộ. Một SS nhận một tiêu đề yêu cầu băng thông trên đường xuống sẽ hủy bỏ PDU.Mỗi tiêu đề được mã hóa, bắt đầu với các trường HT và EC. Mã hóa các trường này là để byte đầu tiên của tiêu đề MAC sẽ không bao giờ có giá trị 0xFF. Điều này ngăn chặn lỗi phát hiện các byte đệm. Các trường tiêu đề yêu cầu băng thông: BR (19 bit)- Số lượng các byte của băng thông đường lên được yêu cầu bởi SS. Yêu cầu băng thông là để cho CID. Yêu cầu sẽ không bao gồm bất kì mào đầu PHY nào. CID (16 bit) nhận dạng kết nối HT có giá trị là 1 Type ( 3 bit) - Chỉ thị loại tiêu đề yêu cầu băng thông. Các kết nối quản lí MAC Có 4 loại kết nối quản lí.: Kết nối cơ bản: Các bản tin quản lí MAC khẩn cấp về thời gian và ngắn.Các bản tin quản lí MAC như yêu cầu hủy, thiết lập ARQ... Kết nối quản lí sơ cấp :Các bản tin quản lí dung sai trễ lớn hơn và dài hơn.Các bản tin quản lí MAC như quản lí khóa bảo mật, yêu cầu thay đổi dịch vụ... Kết nối quảng bá : Các bản tin quản lí MAC như miêu tả kênh, DL-MAP, UL-MAP... Kết nối quản lí Initial Ranging :Các bản tin quản lí yêu cầu Ranging. Định dạng bản tin quản lí MAC Bản tin quản lí MAC có thể được gửi trên các kết nối cơ bản, các kết nối sơ cấp, kết nối quảng bá và các kết nối Initial Ranging. Lược đồ mã hóa TLV (type/ length/ value) được sử dụng trong bản tin quản lí MAC ví dụ như trong bản tin UCD (miêu tả kênh đường lên) cho trạng thái burst đường lên. • ( type=1, length=1, value=1)-> điều chế QPSK. • ( type=1, length=1, value=2)-> điều chế 16-QAM. • ( type=1, length=1, value=3)-> điều chế 64-QAM. b\Truyền các MAC PDU Các MAC PDU được truyền trong các burst. Các burst PHY có thể chứa nhiều khối FEC. Các MAC PDU có thể kéo dài qua các đường biên khối. Quá trình truyền gồm các bước sau: Ghép nối Phân đoạn Đóng gói Tính CRC Đệm Quy ước Các trường của bản tin MAC sẽ được phát theo thứ tự như xuất hiện trong các bảng ở trên.Các trường của bản tin MAC và các trường của TLV, đã được chỉ ra là các số nhị phân (bao gồm CRC và HSC) sẽ được phát như một chuỗi các digit nhị phân của chúng, bắt đầu từ MSB. Các mặt nạ bit (ví dụ như trong ARQ) được xem như các trường số. Các số MSB đã đánh dấu được định vị để làm dấu. Trường độ dài trong dạng xác định của ITU-T X.690 cũng được xem như một trường số. Các trường được chỉ thị như các SDU hay phân đoạn SDU (ví dụ tải trọng MAC PDU) được phát theo thứ tự các byteb như đã nhận được từ lớp trên. Các trường chỉ thị như các chuỗi cũng được phát theo thứ tự các symbol trong chuỗi.Trong trường hợp 3 và 4, các bit trong một byte được phát theo nguyên tắc “MSB trước”. Bước 1:Ghép nối MAC PDU Có nhiều MAC PDU được ghép nối trong cùng một burst PHY. Các MAC PDU có thể được ghép trong một luồng truyền dẫn đơn ở đường lên hoặc đường xuống. Do mỗi MAC PDU được nhận dạng bởi một CID, thực thể MAC nhận có thể tạo ra MAC SDU (sau khi lắp ráp MAC SDU từ một hay nhiều MAC PDU đã nhận) đến trường hợp chính xác của MAC SAP. Các bản tin quản lí MAC, dữ liệu người dùng, và các MAC PDU yêu cầu băng tần có thể được ghép vào cùng một luồng truyền dẫn. Hình 8 :Ghép nối MAC_PDU Bước 2:Phân đoạn MAC PDU Mỗi MAC SDU có thể được phân đoạn thành nhiều phân đoạn, mỗi phân đoạn được đóng gói thành một MAC PDU. Quá trình này được đảm bảo để cho phép sử dụng băng tần có sẵn hiệu quả liên quan đến các yêu cầu QoS của mỗi luồng dịch vụ của một kết nối. Khả năng phân đoạn và lắp ráp là bắt buộc. Độ tin cậy của lưu lượng phân đoạn trên một kết nối được định nghĩa khi kết nối được tạo ra bởi MAC SAP. Việc phân đoạn có thể được khởi tạo bởi BS cho các kết nối đường xuống và bởi SS cho các kết nối đường lên. Các kết nối không ARQ: với các kết nối không ARQ, các phân đoạn được phát chỉ một lần và theo tuần tự. Số tuần tự được gán cho mỗi phân đoạn cho phép đầu thu tái tạo lại tải trọng ban đầu và phát hiện mất bất kì gói nào ngay lập tức. Một kết nối có thể chỉ có một trạng thái phân đoạn ở một thời gian bất kì cho trước Các kết nối ARQ: với các kết nối ARQ, phân đoạn được định dạng cho mỗi luồng truyền dẫn bằng cách ghép một tập hợp các khối ARQ với các số tuần tự liền nhau.Giá trị BSN trong tiêu đề con phân đoạn là BSN cho khối ARQ đầu tiên xuất hiện trong phân đoạn. FSH là tiêu đề con phân đoạn có độ dài 8 bit. Hình 9: Phân đoạn MAC_PDU Bước 3 :Đóng gói các MAC PDU Đóng gói được thực hiện trên mỗi kết nối, MAC có thể gói nhiều MAC SDU vào một MAC PDU đơn. Đóng gói tạo ra việc sử dụng chỉ số thuộc tính kết nối là kết nối mang các gói có độ dài thay đổi hay độ dài cố định. Phía phát hoàn toàn chủ động trong việc đóng gói hay không một nhóm các MAC SDU trong một MAC PDU đơn. Khả năng không đóng gói là bắt buộc. Cấu trúc của các PDU thay đổi với các kết nối ARQ và không ARQ với các cú pháp phân đoạn và đóng gói cụ thể. Với các kết nối không sử dụng ARQ: Để đóng gói các khối có độ dài cố định, điều khoản Request/ Transmission được thiết lập cho phép đóng gói và cấm phân đoan,và kích cỡ SDU sẽ được bao gồm trong bản tin DSA-REQ khi thiết lập kết nối. Trường độ dài tiêu đề MAC biểu thị số các MAC SDU được gói trong một MAC PDU đơn. Nếu kích cỡ MAC SDU là n byte, phía thu có thể mở gói bởi biết rằng trường độ dài trong tiêu đề MAC sẽ là (n×k+j) với k là số MAC SDU được đóng gói trong MAC PDU và j là kích cỡ tiêu đề MAC. Một MAC PDU chứa một chuỗi các MAC SDU được gói. Không có thêm tiêu đề do đóng gói trong trường hợp MAC SDU độ dài cố định và một MAC SDU đơn thì đơn giản là một chuỗi được gói có độ dài là 1. Khi đóng gói các kết nối MAC SDU độ dài thay đổi, MAC gắn một tiêu đề con gói (PSH) cho mỗi MAC SDU. Một MAC PDU bao gồm một chuỗi các MAC SDU độ dài thay đổi được đóng gói. Nếu có hơn một MAC SDU được đóng gói, trường Type trong tiêu đề MAC chỉ thị sự có mặt của các PSH. Khi một PSH có mặt, thông tin phân đoạn cho các MAC SDU cụ thể hay các phân đoạn MAC SDU được chứa trong PSH tương ứng. Nếu không có PSH, thông tin phân đoạn cho các phân đoạn MAC SDU cụ thể được chứa trong tiêu đề con phân đoạn (FSH) tương ứng. Với các kết nối cho phép ARQ: Sử dụng PSH cho mỗi kết nối tương tự như trên, ngoại trừ các kết nối ARQ sẽ thiết lập bit Extended Type trong tiêu đề MAC chung. Nếu đóng gói được thực hiện cho một kết nối, MAC có thể gói nhiều MAC SDU vào trong một MAC PDU đơn. Gói các MAC SDU có độ dài thay đổi cho các kết nối cho phép ARQ tương tự các kết nối không ARQ khi phân đoạn được cho phép. BSSN của PSH sẽ được dùng bởi giao thức ARQ để nhận dạng và phát lại các phân đoạn đã mất. Khi trường Type chỉ thị rằng PSH được dùng, thông tin phân đoạn cho mỗi MAC SDU cụ thể hay phân đoạn MAC SDU được chứa trong PSH kết hợp. Khi PSH không được dùng, thông tin phân đoạn cho mỗi tải trọng của MAC PDU (MAC SDU hay phân đoạn MAC SDU) được chứa trong FSH. Một MAC SDU có thể được chia thành nhiều phân đoạn và sau đó được gói trong cùng một MAC PDU cho lần truyền đầu tiên. Các MAC PDU có thể có các phân đoạn từ cùng một SDU hay các SDU khác nhau, bao gồm sự trộn lẫn giữa lần truyền đầu tiên và lần truyền lại. Các trường BSN (11 bit) và FC (2 bit) nhận dạng mỗi SDU phân đoạn hay SDU không được phân đoạn. Khi đóng gói các MAC SDU kích cỡ cố định thì không cần thiết các tiêu đề con gói. Các MAC SDU loại này ví dụ như các tế bào ATM trên cùng một kết nối. Các MAC SDU kích cỡ thay đổi ví dụ như các gói IP trên cùng một kết nối. Khi đóng gói chúng cần phải có tiêu đề con gói PSH có độ dài 16 bít. Bước 4:Tính CRC Một luồng dịch vụ có thể yêu cầu CRC thêm vào mỗi MAC PDU mang dữ liệu cho luồng dịch vụ đó. Trong trường hợp này với HT=0, một CRC sẽ được gắn vào tải trọng MAC PDU. CRC sẽ kiểm soát tiêu đề MAC chung và tải trọng MAC PDU. CRC sẽ đuợc tính toán sau khi mật mã hóa chẳng hạn CRC bảo vệ tiêu đề chung và mật mã hóa tải trọng. Mật mã hóa các MAC PDU Khi phát một MAC PDU trên một kết nối được ánh xạ đến một SA, phía gửi sẽ thực hiện mật mã hóa và nhận thực dữ liệu của tải trọng MAC PDU khi được chỉ thị bởi SA. Khi nhận một MAC PDU trên một kết nối được ánh xạ đến một SA, đầu thu sẽ thực hiện giải mật mã và nhận thực dữ liệu của tải trọng MAC khi được chỉ thị bởi SA. Tiêu đề MAC chung sẽ không được mật mã hóa. Tiêu đề chứa tất cả thông tin mật mã hóa (trường EC, trường số tuần tự khóa mật mã EKS và CID) cần để giải mật mã một tải trọng ở trạm thu. Hai bit của tiêu đề MAC chứa một số tuần tự khóa. Khóa kết hợp với một SA có thời gian sống hạn chế và BS theo định kì làm mới khóa của SA. BS quản lí 2 bit số tuần tự khóa độc lập với mỗi SA và phân phối số tuần tự khóa này cho mỗi lần tạo ra khóa mới. Tiêu đề MAC bao gồm số tuần tự để nhận dạng việc tạo cụ thể một khóa SA được sử dụng để mật mã hóa tải trọng được gán. Là một con số 2 bit, số tuần tự từ 0 đến 3. So sánh số tuần tự khóa của MAC PDU đã nhận với cái mà nó tin tưởng là số tuần tự khóa hiện hành, BS hay SS có thể dễ dàng nhận ra mất đồng bộ khóa. Một SS sẽ duy trì hai khóa mới nhất cho mỗi SA. Giữ hai khóa này là cần thiết để duy trì cho dịch vụ không ngắt quãng trong khi chuyển tiếp khóa của SA. Mật mã hóa tải trọng được chỉ thị bởi trường bit EC. Giá trị “1” cho biết tải trọng được mật mã hóa và trường EKS chứa dữ liệu có ý nghĩa. Giá trị “0” cho biết tải trọng không được mật mã hóa. Bất kì MAC PDU nào chưa mã hóa được nhận trên một kết nối ánh xạ đến một SA yêu cầu mật mã hóa thì dữ liệu đó sẽ bị loại bỏ. Bước 5 :Đệm Không gian được ấn định trong một burst dữ liệu mà chưa được sử dụng sẽ được khởi tạo cho một trạng thái được nhận biết. Điều này có thể được hoàn thành bằng cách thiết lập mỗi byte chưa dùng thành một giá trị byte đệm (0xFF). Nếu kích cỡ vùng chưa sử dụng ít nhất là kích cỡ của tiêu đề MAC, vùng này cũng có thể được khởi tạo bằng cách định dạng không gian chưa sử dụng một MAC PDU. Khi làm việc đó, trường CID tiêu đề MAC sẽ được thiết lập giá trị của CID đệm, các trường Type, CI, EC, HT sẽ được thiết lập là 0, trường độ dài sẽ được thiết lập số byte chưa sử dụng (bao gồm cả kích cỡ tiêu đề MAC đã tạo ra cho MAC PDU đệm) trong burst dữ liệu và HCS sẽ được tính toán theo cách thông thường. c\ Một số kỹ thuật trong lớp MAC_SAP Kĩ thuật ARQ: Kĩ thuật ARQ dùng để truyền lại các khung bị lỗi không sửa được bởi FEC. Khi được bổ sung, ARQ có thể được cho phép trên mỗi kết nối. Mỗi kết nối ARQ sẽ được định rõ và thương lượng trong khi tạo kết nối. Một kết nối không thể có sự pha trộn giữa lưu lượng ARQ và không ARQ. Với các kết nối ARQ, cho phép phân đoạn là tùy chọn. Khi phân đoạn được cho phép, đầu phát có thể phân chia mỗi SDU thành nhiều phân đoạn để truyền dẫn riêng biệt dựa trên giá trị của tham số ARQ_BLOCK_SIZE. Khi việc phân đoạn không được phép, kết nối sẽ được quản lí giống như khi được phép. Trong trường hợp này, liên quan đến kích cỡ khối đã thỏa thuận, mỗi phân đoạn được định dạng để truyền dẫn sẽ chứa tất cả các khối dữ liệu kết hợp với SDU gốc. Kỹ thuật này cho phép tăng độ tin câyh của dịch vụ nhưng đồng thời giảm dung lượng đường truyền và tăng thời gian trễ Kĩ thuật yêu cầu và cấp phát băng tần Để thực hiện quá trình yêu cầu và cấp phát băng tần sẽ có các quá trình như polling yêu cầu và cấp phát: Phần Polling: Polling là quá trình được sử dụng bởi BS để cấp phát các cơ hội yêu cầu băng tần cho các SS. Khi BS muốn thông báo cho một SS một cơ hội yêu cầu băng tần đang đến, nó sẽ sử dụng một phần tử thông tin IE bản tin UL-MAP để làm việc đó. UL- MAP IE sẽ chấp nhận băng tần đủ cho SS hay các SS để xem xét các yêu cầu băng tần của chúng trong chu kì yêu cầu theo lí thuyết. Cấp phát cơ hội yêu cầu băng tần sẽ được thực hiện trên cơ sở đơn điểm, đa điểm, hay quảng bá. Polling đơn điểm :Trong trường hợp này, một SS được kiểm soát vòng một cách riêng biệt bởi BS. SS sẽ trả lời với các byte trộn nếu băng tần được cấp là không cần thiết. Polling đa điểm và quảng bá: BS sẽ sử dụng đến kiểm soát vòng đa điểm hay quảng bá đến các SS nếu băng tần đang sẵn có không đủ để kiểm soát nhiều SS một cách riêng biệt. Các CID bất kì được dự trữ cho các nhóm đa điểm và cho các bản tin quảng bá. Kiểm soát vòng đa điểm hay quảng bá cũng được thực hiện qua bản tin UL-MAP trong cùng một kiểu với polling đơn điểm. Sự khác biệt cơ bản ở đây là bản tin polling được định hướng đến một CID đa điểm hay quảng bá thay vì CID cụ thể hoặc SS. Poll-me bit: Poll-me bit được sử dụng bởi các SS sử dụng dịch vụ UGS để thông báo cho BS rằng chúng cần được kiểm soát vòng. Poll-me bit là một phần của tiêu đề con quản lí cấp phát. Khi poll-me bit được phát hiện, BS sẽ sử dụng một polling đơn điểm đến SS yêu cầu nó. Để giảm thiểu nguy cơ BS làm mất Poll-me bit, SS có thể thiết lập bit trong tất cả tiêu đề con quản lí cấp phát MAC UGS ở khoảng thời gian lập lịch đường lên. Phần Yêu cầu: là kĩ thuật mà các SS sử dụng để thông báo cho BS rằng nó cần được cấp phát băng tần đường lên. Một yêu cầu có thể đến như một tiêu đề yêu cầu băng tần đứng một mình hoặc có thể đến như một PiggyBack Request. Bởi vì profile burst đường lên có thể thay đổi linh động, nên tất cả các yêu cầu băng tần sẽ được tạo thành số hạng của số các byte cần để mang tiêu đề và tải trọng MAC, nhưng không tính lớp vật lí. Bản tin yêu cầu băng tần có thể được phát trong bất kì thời điểm nào đường lên ngoại trừ trong khoảng thời gian Initial Ranging. Bandwidth Request Header: SS có thể yêu cầu cấp phát băng tần vào bất kì thời điểm nào bằng cách gửi một MAC PDU yêu cầu băng tần với một tiêu đề yêu cầu băng tần và không có tải trọng. Tiêu đề yêu cầu băng tần được sử dụng để yêu cầu thêm băng tần. Piggyback Request : Phương pháp thông dụng để yêu cầu băng tần sử dụng một tiêu đề con quản lí cấp phát để mang một yêu cầu cho băng tần thêm vào để cho cùng một kết nối trong MAC PDU. Mang một bản tin BW Request trên một gói dữ liệu. Yêu cầu băng tần có thể là tăng dần hoặc toàn bộ. Khi BS nhận một yêu cầu băng tần tăng dần, nó sẽ ghi nhớ số lượng băng tần được yêu cầu hiện thời của kết nối. Trường Type trong tiêu đề yêu cầu băng tần cho biết yêu cầu là tăng dần hay toàn bộ. Do PiggyBack Request không có trường Type, nên nó sẽ luôn là tăng dần. Phần Cấp phát Cấp phát trên mỗi kết nối (GPC): SS chỉ nhận các cấp phát cho các kết nối cụ thể (bao gồm cả các kết nối quản lí) và kết quả phải yêu cầu băng tần cho mỗi kết nối cụ thể khi có nhu cầu. Hơn nữa, SS phải yêu cầu thêm băng tần để đáp ứng các yêu cầu của RLC không được mong đợi. Vì thế, các hệ thống GPC là đơn giản nhưng không hiệu quả. Việc cấp phát được quyết định dựa trên băng tần đã yêu cầu và các yêu cầu QoS và tài nguyên sẵn có. Cấp phát trên mỗi trạm thuê bao (GPSS): SS nhận một cấp phát băng tần được sử dụng để đáp ứng các nhu cầu của tất cả các kết nối của nó. Tự SS phải quản lí bao nhiêu băng tần được cấp phát cho mỗi kết nối. Nếu một kết nối yêu cầu nhiều hơn băng tần có thể phục vụ, SS có thể “lấy cắp” băng tần từ một kết nối khác để lấp đầy lượng băng tần còn thiếu. BS cũng đảm nhận hàng đợi ưu tiên trên cơ sở các loại lưu lượng. SS sau đó có thể gửi một yêu cầu đến BS để yêu cầu tăng thêm băng tần nhằm đáp ứng các nhu cầu mới của nó. Các cấp phát băng tần được cung cấp trên cơ sở giao thức tự hiệu chỉnh trái ngược với giao thức đã biết ở trên. Trong giao thức này, nếu SS không nhận một cấp phát băng tần trả lời yêu cầu băng tần của nó, SS sẽ thừa nhận rằng yêu cầu đã bị mất hay trả lời không được thỏa mãn, và đơn giản sẽ gửi một yêu cầu khác đến BS mà không đợi một số xác nhận của yêu cầu ban đầu. Giao thức này bỏ qua tiêu đề kết hợp với các bản tin xác nhận. Kỹ thuật dịch vụ lập lịch đường lên Chất lượng dịch vụ nói đến khả năng cung cấp độ ưu tiên cho các dịch vụ khác nhau của mạng. Các tham số chính của QoS trong mạng bao gồm độ rộng băng tần chuyên dụng, góc trễ, jitter và tỉ lệ mất. Có nhiều dịch vụ với QoS khác nhau, điều này có nghĩa là các dịch vụ khác nhau được cấp phát các tài nguyên khác nhau và chất lượng dịch vụ đảm bảo. Phân loại dịch vụ đường lên dựa trên các yêu cầu khác nhau về băng tần, góc trễ và jitter. Dịch vụ cấp phát không yêu cầu (UGS) :Tài nguyên vô tuyến đường lên được cấp phát ở một khoảng thời gian định kì. Bộ lập lịch BS đưa ra băng tần đường lên kích cỡ cố định chấp nhận cơ sở thời gian thực theo chu kì.Dịch vụ UGS được thiết kế cho các luồng lưu lượng thời gian thực mà phát các gói dữ liệu kích cỡ cố định trên nền tảng định kì như T1/E1 và VoIP. Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian thực (rtPS) Dịch vụ này cung cấp các cơ hội yêu cầu truyền dẫn đường lên ở các khoảng thời gian cố định. Theo cách này, tài nguyên trước hết phải được yêu cầu và sau đó được cấp phát bởi điểm truy nhập. Thông tin về các nguồn tài nguyên được cấp phát trong đường lên là quảng bá thông qua đường xuống đến tất cả các đầu cuối người dùng. Dịch vụ rtPS được dành cho các luồng lưu lượng thời gian thực mà phát các gói dữ liệu kích cỡ thay đổi trên nền tảng định kì như là video MPEG. Bộ lập lịch BS đưa ra các cơ hội yêu cầu băng tần đường lên theo định kì, thời gian thực. SS sử dụng cơ hội yêu cầu UL-BW đã đưa ra để chỉ định việc chấp nhận UL-BW được mong muốn. SS không thể sử dụng yêu cầu BW trên cơ sở tranh chấp. Dịch vụ kiểm soát vòng phi thời gian thực (nrtPS):Dịch vụ này cung cấp kĩ thuật lập lịch đường lên giống như rtPS mà không thăm dò góc trễ thấp. Phù hợp nhất với các luồng lưu lượng phi thời gian thực yêu cầu dữ liệu kích cỡ thay đổi chấp nhận trên nền tảng cách đều nhau như là FTP độ rộng dải tần cao. Cho các dịch vụ nrt-VBR như truyền tệp, cần nhiều độ rộng dải tần. Bộ lập lịch BS sẽ cung cấp các cơ hội yêu cầu UL-BW theo thời gian (khoảng 1s hay ít hơn). SS có thể sử dụng các cơ hội yêu cầu BW trên cơ sở tranh chấp để gửi yêu cầu BW. Dịch vụ Best Effort (BE):Với dịch vụ này, các khoảng thời gian yêu cầu tranh chấp, các cơ hội yêu cầu đơn điểm hay các loại burst chấp nhận dữ liệu có thể được cấp phát. Trong cách này, các yêu cầu tài nguyên có thể tranh chấp chỉ trong khi kết nối đang xảy ra. Các gói dữ liệu được phát qua các tài nguyên được dành riêng theo các yêu cầu tài nguyên bởi bộ lập lịch đường lên trong điểm truy nhập. Cho lưu lượng best-effort ví dụ như HTTP, SMTP. SS sử dụng các cơ hội yêu cầu BW trên cơ sở tranh chấp. 2.2.3 Lớp MAC_PS [2] Hai chức năng chính: Bảo mật qua các không gian truyền dẫn. Bảo vệ khỏi các đánh cắp dịch vụ. Lớp con bảo mật thực hiện mã hóa dữ liệu trước khi truyền đi và giải mã dữ liệu nhận được từ lớp vật lý. Nó cũng thực hiện nhận thực và trao đổi khóa bảo mật. Chuẩn IEEE 802.16 ban đầu sử dụng phương pháp DES 56 bit cho mã hóa lưu lượng dữ liệu và phương pháp mã hóa 3-DES cho quá trình trao đổi khóa. Trong mạng IEEE 802.16, trạm gốc chứa 48 bit ID nhận dạng trạm gốc (chú ý rằng đây không phải là một địa chỉ MAC), còn SS có 48 bit địa chỉ MAC 802.3. Có 2 giao thức chính hoạt động trong lớp con bảo mật: giao thức mã hóa dữ liệu thông qua mạng băng rộng không dây, và giao thức quản lý khóa bảo và bảo mật (PKM- Privacy and Key Management Protocol) đảm bảo an toàn cho quá trình phân phối khóa từ BS tới SS. Nó cũng cho phép BS đặt điều kiện truy nhập cho các dịch vụ mạng. Giao thức PKM sử dụng thuật toán khóa công khai RSA, chứng thực số X.509 và thuật toán mã hóa mạnh để thực hiện trao đổi khóa giữa SS và BS. Giao thức bảo mật này dựa trên giao thức PKM của DOCSIS BPI+ đã được cải tiến để cung cấp một lược đồ mã hóa mạnh hơn như chuẩn mã hóa cải tiến AES. MAC trong IEEE 802.16 là phân lớp hướng kết nối, được thiết kế cho các ứng dụng truy nhập không dây băng rộng theo cấu hình điểm đa điểm (PMP), hay dạng mesh. Có hai loại kết nối MAC được xác định bởi 16 bit nhận dạng kết nối CID là: Các kết nối quản lý và Các kết nối vận chuyển dữ liệu. Các kết nối quản lý lại gồm 3 loại: cơ sở, sơ cấp thứ cấp Trong đó cơ sở sử dụng cho truyền tải, điều khiển liên kết vô tuyến...,còn sơ cấp liên quan đến thiết lập nhận thực và kết nối, và kết nối quản lý thứ cấp là các bản tin quản lý dựa trên chuẩn truyền tải như DHCP, TFTP, SNMP. Kết nối quản lý sơ cấp và kết nối cơ sở được tạo ra khi một MS/SS ra nhập vào một BS phục vụ của mạng. Kết nối vận chuyển dữ liệu có thể được thiết lập dựa trên nhu cầu. Chúng được sử dụng cho các luồng lưu lượng người sử dụng, các dịch vụ đơn hướng (Unicast) và đa hướng (Multicast). Các kênh bổ sung cũng được MAC dự trữ để gửi ra ngoài các thông tin lập lịch đường xuống và đường lên. Các thành phần cơ bản của mạng là trạm gốc BS và trạm thuê bao SS (Subscriber Station), trạm gốc BS giống như các điểm truy nhập (AP) trong mạng WiFi. BS được nối với phần hữu tuyến, nó phát quảng bá các thông tin tới SS. Khác với phương pháp CSMA/CA trong 802.11, 802.16 sử dụng các ánh xạ đường xuống và đường lên để khắc phục xung đột trong môi trường truy nhập. SS sử dụng phương thức truy nhập TDMA để chia sẻ đường lên trong khi BS sử dụng phương thức TDM. Tất cả các chức năng này được thực hiện thông qua bản tin DL_MAP và UL_MAP. 2.2.4 Đặc điểm lớp MAC của WiMAX a/ QoS Điểm nổi bật trong kiến trúc MAC trong IEEE 802.16 là QoS.Giống như mọi hệ thống hỗ trợ QoS khác, việc phân loại dịch vụ cũng là điểm cốt lõi trong việc đảm bảo QoS. Xem các loại hình dịch vụ QoS trong bảng dưới đây: QoS phụ thuộc vào 3 yếu tố sau: Giao thức MAC hoạt động hướng kết nối (connection – oriented). Mỗi một gói tin 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 gói tin được gửi đi một cách hiệu quả và nhanh chóng. 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, MS 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 timeslot tới các MS có yêu cầu. Cơ chế lập lịch (scheduling) trong WiMAX không được qui định cụ thể trong chuẩn. Có nhiều hình thức lập lịch khác nhau, mục đích là làm thế nào để sự dụng tài nguyên UL va DL một cách có hiệu quả nhất trong khi luôn đảm bảo được QoS yêu cầu. Bảng 6: Dịch vụ QoS Yêu cầu QoS Ứng dụng Đặc tính kỹ thuật Dịch vụ cho phép tự nguyện (Unsolicited Grant Service-UGS) VoIP Tốc độ duy trì tối đa Dung sai trễ tối đa Dung sai jitter Dịch vụ thời gian thực(Real time Polling service-rtPS) Luồng audio hoặc video Tốc độ kênh dành riêng tối thiểu Tốc độ duy trì tối đa Dung sai trễ tối đa Ưu tiên lưu lượng Dịch vụ thời gian mở rộng (Extnded Real time Polling service-ErtPS) Thoại với dò tìm hoạt động Tốc độ kênh dành riêng tối thiểu Tốc độ duy trì tối đa Dung sai trễ tối đa Dung sai jitter Ưu tiên lưu lượng Dịch vụ không theo thời gian thực (Non Real time Polling service-nrtPS) Giao thức truyền file (FTP) Tốc độ dành riêng tối thiểu Tốc độ Tốc độ duy trì tối đa Ưu tiên lưu lượng Dịch vụ tốt nhất(Best Effort Service -BE) Truyền dữ liệu, duyệt Web … Tốc độ duy trì tối đa Ưu tiên lưu lượng b/ Điều khiển công suất WiMAX di động hỗ trợ hai chế độ vận hành là: Sleep Mode và Idle Mode để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ. Sleep Mode là trạng thái mà MS ở trong giai đoạn trước khi có bất cứ trao đổi thông tin gì với trạm gốc qua giao diện vô tuyến. Sleep Mode cho phép MS tối thiểu năng lượng tiêu thụ và tối thiểu tài nguyên vô tuyến của trạm gốc. Sleep Mode cũng cung cấp khả năng linh hoạt cho MS để dò các trạm gốc khác để thu thập thông tin hỗ trợ chuyển giao trong Sleep Mode. Idle Mode cung cấp một cơ chế cho MS để sẵn sàng một cách định kỳ nhận các bản tin quảng bá DL mà không cần đăng ký với một trạm gốc xác định nào khi MS di chuyển trong một môi trường có đường truyền vô tuyến được phủ sóng bởi nhiều trạm gốc. c/ Quản lý di động Có ba phương pháp chuyển giao được chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ là : Chuyển giao cứng (Hard Handoff – HHO), Chuyển trạm gốc nhanh (Fast Base Station Switching – FBSS) Chuyển giao phân tập vỹ mô (Macro Diversity Handover – MDHO) Trong đó, chuyển giao HHO là bắt buộc còn FBSS và MDHO là hai chế độ tùy chọn. Cũng giông giống như chuyển giao nhanh (FBSS hay MDHO) trong hệ thống CDMA, chuyển giao nhanh trong WiMAX cũng chỉ có thể thực hiện giữa các BS nằm trong cái gọi là Diversity Set (tập hợp các BS hoạt động trong cùng tần số, có SINR đủ lớn để MS có thể kết nối được và đặc biệt là chúng phải đồng bộ (synchronisation)). Trong Diversity Set này thì chỉ có 1 cái BS được gọi là anchor (cái BS chủ lực, hay còn gọi là điểm kết nối, khớp ). Sự khác nhau giữa MDHO và FBSS là ở chổ: đối với FBSS, MS chỉ communicate thông tin data thông qua BS anchor thôi, còn MDHO thì MS communicate thông tin data traffic qua tất cả các BS nằm trong Diversity Set. d/ Bảo mật WiMAX hỗ trợ tốt nhất các đặc tính bảo mật lớp nhờ áp dụng các công nghệ tốt nhất đang sẵn có hiện nay. Nó hỗ trợ nhận thực giữa thiết bị/người dùng, giao thức quản lý khóa linh động, mã hóa lưu lượng, bảo vệ bản tin điều khiển và tối ưu hóa giao thức bảo mật cho các chuyển giao nhanh. Giao thức quản lý khóa: Giao thức quản lý khóa và bảo mật phiên bản 2 (Privacy and Key Management Protocol Version 2 – PKMv2) là một trong những khái niệm bảo mật cơ bản của WiMAX di động. Giao thức này quản lý bảo mật MAC sử dụng bản tin PKM – REQ/RSP. Nhận thực PKM EAP, điểu khiển mã hóa lưu lượng, trao đổi khóa chuyển giao và các bản tin bảo mật Mutilcast/Broadcast đều dựa trên giao thức này. Nhận thực thiết bị/người dùng: WiMAX di động hỗ trợ nhận thức thiết bị và người dùng sử dụng giao thức IETF EAP bằng cách cung cấp hỗ trợ “credentials” được dựa trên SIM, hoặc dựa trên USIM hoặc chứng nhận số hoặc dựa trên tên người sử dụng/mật khẩu. Mã hóa lưu lượng: AES-CCM là một mã hoá được sử dụng để bảo vệ tất cả số liệu người sử dụng qua giao diện WiMAX MAC di động. Bảo vệ các bản tin điều khiển: Dữ liệu điều khiển được bảo vệ bởi AES dựa trên CMAC, hoặc sơ đồ HMAC dựa trên MD5. Hỗ trợ chuyển giao nhanh: Một sơ đồ bắt tay 3 bước được hộ trợ bởi WiMAX di động để tối ưu cơ chế nhận thực lại cho hộ trợ chuyển vùng nhanh. Cơ chế này cũng hữu ích trong việc chống lại việc tấn công giữa chừng của “hacker”. e/ Dịch vụ Muticast và Broadcast – MBS Dịch vụ MBS trong WiMAX di động kết hợp các đặc tính tốt nhất của DVB – H, MediaFLO và 3GPP E – UTRA, thỏa mãn những yêu cầu sau: Tốc độ dữ liệu cao và khả năng phủ sóng sử dụng mạng một tần số (SFN – Single Frequency Network) Cấp phát tài nguyên vô tuyến linh động. MS tiêu thụ năng lượng thấp. Hỗ trợ dữ liệu ngang hàng bao gồm các luồng audio và video. Thời gian chuyển mạch kênh nhỏ. 2.2.5 Lớp vật lý (PHY, physical layer) Ban đầu đặc tả PHY được định nghĩa cho 10–66 GHz là :Truyền lan LOS (line-of-sight -tầm nhìn không bị vật cản),Kiến trúc “điểm- đa điểm”,và Sử dụng điều biến sóng đơn mang.Để khắc phục hạn chế truyền LOS trong dải 10-66 GHz,Lớp vật lý 2–11 GHz được thiết kế do nhu cầu theo hướng hoạt động NLOS (non-line-of-sight) và mỗi đặc tả đều đưa ra tính hoạt động cùng nhau. Về cơ bản, BS truyền một tín hiệu TDM với những trạm thuê bao riêng lẻ được định vị những khe thời gian theo chu kỳ. Sự truy cập theo hướng đường lên cho bởi TDMA. Tiếp theo những thảo luận mở rộng về duplexing, một thiết kế “burst” được chọn cho phép cả TDD (timedivision duplexing), tại đó đường lên và đường xuống dùng chung một kênh nhưng không truyền cùng lúc và FDD (frequency-division duplexing), tại đó đường lên và đường xuống hoạt động trong những kênh riêng biệt. Thiết kế “burst” này cho phép cả TDD lẫn FDD được xử lý theo cách tương tự. Những lựa chọn một trong hai TDD và FDD hỗ trợ những “burst” thích ứng, trong đó những tùy chọn điều biến và mã hóa có thể được gán động trên cơ sở từng “burst” một. a\ Định dạng khung Đặc tả PHY được định nghĩa cho 10–66 GHz sử dụng điều biến sóng mạng đơn dạng “burst” với burst-profiling thích ứng, ở đó những tham số truyền, bao gồm các kế hoạch điều biến và mã hóa, có thể được điều chỉnh riêng cho mỗi trạm thuê bao (subscriber station, SS) trên cơ sở từng khung (frame) một. Hệ thống sử dụng một khung 0.5, 1 hoặc 2 ms. Khung này được chia ra thành những khe vật lý cho mục đích cấp phát và nhận biết dải thông thuộc các chuyển tiếp PHY. Một khe vật lý được định nghĩa cho 4 ký hiệu QAM (quadrature amplitude modulation). Trong phương án TDD của PHY, khung con của đường lên kế tiếp theo khung con của đường xuống trong cùng một tần số sóng mang. Trong phương án FDD, các khung con của đường lên và đường xuống cuối cùng cũng trùng khớp nhưng chúng được mang trên những tần số riêng biệt. Khung con của đường xuống bắt đầu với một đoạn điều khiển khung có chứa DL-MAP cho khung đường xuống hiện hành cũng như UL-MAP cho thời gian định rõ trong tương lai. Khung con đường xuống có chứa một TDM-portion (đoạn TDM) ngay tiếp theo đoạn điều khiển khung. Dữ liệu đường xuống được truyền tới mỗi SS khi sử dụng một burst-profile thỏa thuận. Mào đầu khởi đầu khung là dãy 32 ký hiệu được tạo ra bằng lặp một dãy 16 ký hiệu .Khung điểu khiển chức năng được sử dụng để chuyển thong tin điều kiểm cho kênh tới tất cả các SS,và dữ liệu này không được bảo mật. Trong các hệ thống, sau đoạn TDM là một đoạn TDMA có chứa một đoạn mở dầu (preamble) phụ tại điểm xuất phát của mỗi burst-profile mới. Đặc tính này cho phép hỗ trợ tốt hơn các SS bán song công. Trong một hệ thống FDD được hoạch định hiệu quả với nhiều SS bán song công, một số có thể truyền sớm hơn trong khung hơn là chúng nhận. Vì bản chất bán song công, các SS này mất sự đồng bộ hóa với đường xuống. TDMA-preamble cho phép chúng lấy lại sự đồng bộ hóa đó. Type PHY Synchronization DCD Count BS_ID low BS_ID high Element count Khuôn dạng thông điệp DL_MAP Type(8 bit) :kiểu thông điệp quản trị.có giá trị mặc định là 2. PHY Synchronization (32 bit):trường đồng bộ vật lý DCD Count (8 bit) :bộ đếm DCD Base station _ID low (32bit) :mã nhận dạng BS thấp Base station _ID high (16bit) :mã nhận dạng BS cao Element count (16 bit) số lượng phần tử DL_MAP DL-MAP của đoạn điều khiển khung cung cấp tới các SS các đặc tuyến cảu đường xuống. luôn có thể ứng dụng cho khung hiện thời và luôn có độ dài tối thiểu là hai block FEC. Sự chuyển tiếp PHY đầu tiên được biểu thị trong block FEC đầu tiên, cho phép thời gian xử lý thích ứng. Trong cả hai hệ thống TDD và FDD, UL-MAP cung cấp các định vị bắt đầu không muộn hơn khung đường xuống tiếp theo. Tuy vậy, UL-MAP có thể định vị sự khởi đầu khung hiện thời miễn là những thời gian xử lý và những độ trễ toàn phần (round-trip delay) phải được giám sát. Type DL Ch_ID CCC PTR Khuôn dạng thông điệp DCD Type: (8 bit) kiểu thông điệp quản trị có giá trị =1 DL Ch_ID : Downlink Channel ID (8 bit) chỉ thị kênh đường xuống CCC (8 bit) :bộ đếm thay đổi cấu hình PTR (16 bít):trường con trỏ định dạng cấu trúc đặc trưng vật lý cho kênh đường xuống. DCD là thông điệp mô tả kênh đường xuống .một bộ nhận dạng BS 48 bit có thể lập trình trong DL_MAP. Bộ nhận dạng này và DCD dùng để nhận dạng kênh ,được sử dụng trong trường hợp khi SS nằm trên đường bao vùng phủ sóng. Type UL Ch_ID UCD count Element count Allocation start time Khuôn dạng thông điệp DL_MAP Type: (8 bit) kiểu thông điệp quản trị có giá trị =3 UL Ch_ID : Uplink Channel ID (8 bit) chỉ thị kênh đường lên UCD count: (8 bit) bộ đếm UDC Element count: (16 bit) số lượng phần tử UL_MAP Allocation start time(32 bit) :thời điểm bắt đầu phân phối Khuôn dạng thông điệp UCD Type UL Ch_ID CCC RngBS RngBE ReqBS ReqBE PHY_Ptr List_Ptr Type: (8 bit) kiểu thông điệp quản trị có giá trị =0 UL Ch_ID : Uplink Channel ID (8 bit) chỉ thị kênh đường lên CCC (8 bit) :bộ đếm thay đổi cấu hình RngBS (8bit) điểm bắt đầu sắp xếp RngBE (8bit) điểm kết thúc sắp xếp ReqBS (8bit) điểm bắt đầu gửi yêu cầu ReqBE (8bit) điểm kết thúcgửi yêu cầu PHY_Ptr (16 bít):trường con trỏ định dạng cấu trúc đặc trưng vật lý cho kênh đường xuống. List_Ptr (16 bít):trường mô tả kiểu con trỏ định dạng các loại burst. UDC được sử dụng để cung cấp cho các SS thông tin về yêu cầu cơ chế cum đường lên.Thông tin UL_MAP nhận được bằng việc sử dụng bộ nhận dạng kết nối CID. Thông điệp này cung cấp một mã sử dụng xung nhịp đường lên UIUC được SS sử dụng để truyền lên. Thông điệp UL_MAP và UCD được mô tả như hình trên. Khung con đường lên Không giống như đường xuống, UL-MAP cấp giải thông cho các SS cụ thể. Các SS truyền trong vùng cấp phát được ấn định có sử dụng burst-profile chỉ rõ bởi UIUC (Uplink Interval Usage Code) trong mục vào (entry) UL-MAP cấp dải thông cho chúng. Khung con đường lên có thể cũng chứa những định vị trên cơ sở cạnh tranh cho truy nhập hệ thống lúc ban đầu và “broadcast” hay “multicast” các yêu cầu dải thông. Những cơ hội truy cập cho truy nhập hệ thống lúc ban đầu được xác định độ lớn để cho phép thêm thời gian bảo vệ các SS mà chúng đã không được giải quyết thời gian truyền cần thiết để bù lại độ trễ toàn phần (round-trip delay) cho BS. Có 3 loại cụm có thể hiện diện trong bất kỳ khung con đường lên nào : Cụm tranh chấp :dựa trên duy trỳ ban đầu hoắc các cơ hội truy nhập ban đầu Cụm tranh chấp dựa trên cơ hội mắc dịnh bằng khoảng thời gian yêu cầu để đáp ứng truyền đa hướng hoặc vòng quảng bá Không tranh chấp dựa trên định vị khoảng thời gian được sắp xếp tới SS đặc biệt trong UL_MAP đảm bảo băng thông từ BS Các cụm trên đều có thể có trong bất kỳ khung nào.Không giống như UL_MAP cấp băng thông cho các SS cụ thể. Khung con đường lên có thể chứa các định vị trên cơ sở tranh chấp cho truy nhập hệ thống lúc ban đầu. b\Lớp con hội tụ truyền TC (transmission convergence). Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền TC (transmission convergence). Lớp này thực hiện sự biến đổi các PDU (protocol data units) MAC độ dài có thể thay đổi vào trong các block FEC độ dài cố định (cộng thêm có thể là một block được rút ngắn vào đoạn cuối) của mỗi “burst”. Lớp TC có một PDU có kích thước khớp với block FEC hiện thời bị đầy. Nó bắt đầu với một con trỏ chỉ ra vị trí đầu mục PDU MAC tiếp theo bắt đầu bên trong block FEC. P(con trỏ 1byte) Khối PDU đầu tiên khởi đầu trong TC ngay trước Khối PDU đầu tiên khởi đầu trong TC hiện tại Khối PDU thứ 2 khởi đầu trong TC hiện tại Khuôn dạng PDU_TC Khuôn dạng PDU TC cho phép đồng bộ hóa lại PDU MAC tiếp sau trong trường hợp block FEC trước đó có những lỗi không thể phục hồi được. Không có lớp TC, một SS hay BS nhận sẽ mất toàn bộ phần còn lại của một “burst” khi một lỗi không thể sửa chữa xuất hiện. 2.2.6 Các kỹ thuật truyền thông số trên lớp PHY a/ OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) hay ghép kênh phân chia theo tần số trực giao là một kỹ thuật điều chế đa sóng mang. Kỹ thuật này có thể đạt được tốc độ dữ liệu rất cao, chống nhiễu giao thoa ký tự - ISI (Inter – symbol Interference) và giải quyết được vấn đề tín hiệu đa đường. Công nghệ OFDM chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trong vùng tần số sử dụng các sóng mang con trực giao với một sóng mang con khác. Nhưng sóng mang con này sau đó ghép thành các kênh tần số để truyền vô tuyến. OFDM khai thác sự phân tập tần số của kênh đa đường bằng cách mã hoá và chèn thông tin trên các sóng mang con trước khi truyền đi. Điều chế OFDM có thể thực hiện được với biến đổi ngược Fourier nhanh - IFFT, 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 miên 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 con (sub-channel) cấp phát cho người dùng. b/OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)- Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao là công nghệ đa truy cập phân chia theo sóng mang , và được phát triển dựa trên công nghệ OFDM. OFDMA cho phép nhiều người dùng cùng truy cập vào một kênh truyền bằng cách phân chia một nhóm các sóng mang con (subcarrier) cho một người dùng tại một thời điểm. Ở các thời điểm khác nhau, nhóm sóng mang con cho 1 người dùng cũng khác nhau. OFDMA được dùng trong công nghệ mạng 802.16e (WiMAX di động), OFDMA hỗ trợ các nhiệm vụ của các sóng mang con đối với các thuê bao nhất định. Mỗi một nhóm sóng mang con được biểu thị như một kênh con (subchannel) và mỗi thuê bao được chỉ định một hoặc nhiều kênh con để truyền phát dựa trên mỗi yêu cầu cụ thể lưu lượng của mỗi thuê bao OFDMA có một số ưu điểm như khả năng linh hoạt tăng, thông lượng và tính ổn định được cải tiến. Bằng việc ấn định các kênh con cho các thuê bao cụ thể, việc truyền phát từ một số thuê bao có thể xảy ra đồng thời mà không cần sự can thiệp nào, do đó sẽ giảm thiểu tác động như ảnh hưởng đa truy nhập. c/ Các hệ thống anten thích ghi AAS (Adaptive Antena System) Các hệ thống anten thích ghi AAS (Adaptive Antena System) là một phần của lựa chọn tiêu chuẩn IEEE 802.16. AAS có khả năng điều chỉnh búp sóng chỉ tập trung vào một hướng nhất định hoặc cũng có thể tập trung vào nhiều hướng. Điều này có nghĩa là trong khi phát tín hiệu được giới hạn theo một hướng nhất định của phía thu, giống như một điểm sáng. Còn khi thu, hệ thống AAS cũng có khả năng giảm nhiễu đồng kênh từ các vị trí khác. AAS được coi là sự phát triển của tương lai, có khả năng cải thiện tỷ lệ tái sử dụng phổ tần và khả năng của một mạng WiMAX d/MIMO- Multiple-Input and Multiple-Output Lựa chọn phân tập phát WiMAX sử dụng mã hóa thời gian không gian, làm giảm quỹ dự trữ yêu cầu và tránh nhiễu. Đối với phân tập phát, rất nhiều các phương pháp kết hợp để cải thiện khả năng của hệ thống. Mã không gian – thời gian (Space Time Code – STC): Hỗ trợ phân tập truyền như mã Alamouti để cung cấp khả năng phân tập không gian và giảm dự trữ suy hao tín hiệu. Ghép kênh không gian (SM): Hỗ trợ ghép kênh không gian để tận dụng tốc độ đỉnh cao hơn và giảm thông lượng. Nhờ ghép kênh không gian, nhiều luồng sẽ được truyền trên hệ thống nhiều anten. Nếu phía thu cũng có hệ thống nhiều anten, nó có thể phân tách các luồng khác nhau để đạt được thông lượng cao hơn so với các hệ thống đơn anten. e/Điều chế thích nghi và mã hóa(AMC- Adaptive Modulation and Coding) Điều chế thích nghi cho phép hệ thống WiMAX điều chỉnh được phương pháp điều chế tín hiệu dựa trên điều kiện SNR của tuyến. Khi tuyến truyền dẫn có chất lượng tốt, kiểu điều chế cao nhất được sử dụng, làm tăng dung lượng của hệ thống. Khi tuyến ở mức chất lượng thấp hơn, hệ thống WiMAX có thể chuyển sang một kiểu điều chế thấp hơn để đảm bảo chất lượng kết nối và ổn định của tuyến. Ngoài ra điều chế BPSK cũng được dùng để gửi các thông báo tín hiệu (signalling), broadcast...trong hệ thống WiMAX vì nó cho 1 vùng phủ lớn nhất. f/ Kỹ thuật sửa lỗi trước (FEC-forward error correction) Các kỹ thuật sửa lỗi trước được áp dụng trong hệ thống WiMAX để giảm tỷ số tín hiệu trên tạp âm yêu cầu. Mã hóa sửa lỗi trước (FEC) Reed Solomon, mã hóa xoắn các thuật toán chèn ký tự được sử dụng để phát hiện và sửa lỗi nhằm cải thiện thông lượng của hệ thống. g/ Sử dụng lại tần số Đặc biệt trong WiMAX, là dãy tần số dùng trên 2 cells kề nhau là như nhau. Vì trong WiMAX sử dụng OFDMA, và mỗi một user sẽ được phân bổ một số tấn số và symbol time nhất định (gọi là zone/chunk). Như thế để tránh nhiễu thì các user ở bìa của những cell gần nhau sẽ được phân bố các tần số khác nhau. Đó chính là khái niệm chia nhỏ tần số (fractional freq reuse). Hình 10: Minh họa các loại điều chế dùng trong WiMAX h/. Tự động yêu cầu lặp lại kiểu kết hợp(HARQ- Hybrid automatic repeat request) WiMAX di động cũng hỗ trợ HARQ. HARQ được phép sử dụng giao thức “Dừng và Đợi” N kênh để cung cấp khả năng đáp ứng nhanh để đóng gói lỗi và cải tiến khả năng phủ sóng đường biên cell. Ngoài ra để cải thiện hơn nữa sự ổn định của đường truyền. Một kênh dành riêng ACK cũng được cung cấp ở đường lên để báo hiêu ACK/NACK của HARQ. Hoạt động đa kênh HARQ cũng được hỗ trợ. 2.3 Cấu hình mạng WiMAX hỗ trợ cấu hình mạng đa điểm và cấu hình mạng lưới MESH 2.3.1Cấu 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 tính 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 11 Cấu hình PMP 2.3.2 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. 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 node khác. Backhaul là các anten điểm-điểm được dùng để kết nối các BS được định vị qua khoảng cách xa. Hình 12 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. 2.4 Kiến trúc mạng WIMAX Hình 13 Mô hình truyền thông của WiMAX WiMAX hoạt động tương tự WiFi nhưng ở tốc độ cao và khoảng cách lớn hơn rất nhiều cùng với một số lượng lớn người dùng. Một hệ thống WiMAX gồm 2 phần: Trạm phát: giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng tới 8000km2 Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các Card mạng cắm vào hoặc được thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà WiFi vẫn dùngCác trạm phát BTS được kết nối tới mạng Internet thông qua các đường truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể được nối tới một BTS khác như một trạn trung chuyển bằng đường truyền thẳng (line of sight), và chính vì vậy WiMAX có thể phủ sóng đến những vùng rất xa. Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóng truyền thẳng hoặc các tia phản xạ. Trong trường hợp truyền thẳng, các