LỜI NÓI ĐẦU Chúng ta đang sống trong thời đại mới, thời đại phát triển rực rỡ của công nghệ thông tin.Công nghệ thông tin đã ở một bước phát triển cao đó là số hoá tất cả những dữ liệu thông tin và đồng thời kết nối chúng lại với nhau.Những công cụ và sự kết nối của thời đại kỹ thuật số cho phép con người dễ dàng thu nhập, chia sẻ thông tin.Chưa hết, sự tác động với truyền thông đa phương tiện (Multimedia ) đặc biệt là mạng toàn cầu internet đã làm cuộc sống chúng tat hay đổi mạnh mẽ.Người ta đang nói đến một chính phủ điện tử, nền kinh tế tri thức…tất cả thể hiện một thời kì bùng nổ nhu cầu trao đổi thông tin giữa con người với nhau. Đó là nhu cầu đồng thời chứng tỏ sự phát triển của khoa học kỹ thuật loài người. Để thực hiện nhiệm vụ trao đổi thông tin, công nghệ máy tính đã phát triển nhanh chóng, trong đó công nghệ mang truyền dẫn thông tin cũng tiến tới những thành tựu to lớn phục vụ cho loài người. Chúng ta đã quá quen với khái niệm mạng máy tính, mạng LAN, MAN, mạng không dây WIFI,.. để đáp ứng nhu cầu truy nhập mạng của mọi người tại nhiều nơi khác nhau, những năm gần đây đã phát triển công nghệ mạng mới công nghệ WIMAX với tiêu chí mạng mọi lúc mọi nơi, WIMAX đang là tâm điểm chú ý của nhiều chuyên gia kỹ thuật trong nghành công nghệ thông tin. Công nghệ WIMAX dùng sóng vô tuyến trong xây dựng giải pháp mạng hiện đại.Với giá thành và tính ổn định cao, giải pháp mạng không dây WIMAX sẽ là một trong những xu hướng tất yếu để mở rộng, và thay thế dần mạng LAN truyền thống sử dụng kết nối cáp, WIMAX hỗ trợ cho nhiều thiết bị ứng dụng dựa trên tiêu chuẩn TCP/IP và việc kết nối mạng được thực hiện bất cứ nơi đâu trong vùng phủ sóng. Đồng thời, một trạm phát sóng có thể cho phép hỗ trợ nhiều kết nối cũng như thiết bị truy xuất. Việc ứng dụng công nghệ WIMAX vào hạ tầng mạng sẽ giúp sử dụng, kết nối Internet tốc độ cao không còn là chuyện xa vời, hiếm hoi đối với những nơi hẻo lánh mà khả năng kéo cáp gặp nhiều khó khăn.Góp phần thu hẹp khoảng cách giữa nông thôn và thành thị trong việc chiếm lĩnh thông tin. Với sự chỉ bảo tận tình của thầy LÊ ĐÌNH CÔNG, cũng như sự nỗ lực học hỏi, tìm tòi nghiên cứu của bản thân, em đã chọn đề tài: “Tìm hiểu Công nghệ mạng không dây WiMAX, mô hình triển khai ứng dụng tại Việt Nam”. Cấu trúc đồ án tốt nghiệp gồm 4 chương: Chương I: Giới thiệu tổng quan về mạng không dây WiFi – WiMAX và các tiêu chuẩn Chương II: Nghiên cứu về lớp MAC và PHY của chuẩn IEEE 802.16-REVd Chương III: Nghiên cứu các kỹ thuật cơ bản của công nghệ mạng truy nhập băng rộng không dây cố định Chương IV: Trình bày mô hình triển khai ứng dụng mạng không dây WiMAX vào Việt Nam. Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng bản đồ án này cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót, do kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo và tất cả các bạn để em hoàn thiện hơn vốn kiến thức của mình. Với tấm lòng trân trọng nhất, em xin chân thành cảm ơn những người đã tạo điều kiện, giúp đỡ, chỉ bảo cho em hoàn thành đồ án này. Vinh , tháng 05 năm 2010. TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài: “Tìm hiểu mạng không dây WiMAX, mô hình triển khai ứng dụng tại Việt Nam”. Nội dung đồ án gồm 4 chương: CHƯƠNG I: Giới thiệu tổng quan về mạng không dây,các chuẩn trong mạng WLAN-WiFi, các chuẩn sử dụng trong mạng WiMAX, so sánh các chuẩn WiFi-WiMAX. CHƯƠNG II: Nghiên cứu về các lớp MAC và lớp PHY của chuẩn IEEE 802.16- REVd. - Lớp PHY: Sử dụng phương pháp điều chế 256 point FFT OFDM, nó sẽ tạo ra những sự hỗ trợ cho việc xây dựng các địa chỉ mạng đa đường trong môi trường LOS ở vùng Outdoor và NLOS. Hỗ trợ truy nhập TDD và FDD. - Lớp MAC: Bao gồm 3 lớp con: lớp con hội tụ chuyên biệt dịch vụ, lớp con MAC phần chung và lớp con bảo mật. Giữa lớp PHY và MAC là lớp con hội tụ truyền TC. CHƯƠNG III: Đi sâu nghiên cứu các kĩ thuật cơ bản của công nghệ mạng truy nhập mạng không dây cố định CHƯƠNG IV: Trình bày mô hình triển khai ứng dụng mạng không dây WiMAX vào Việt Nam, tham khảo tại công ty điện toán và truyền số liệu VDC. Các mô hình cung cấp dịch vụ cho người dung là tổ chức hay cá nhân riêng lẻ.Mô hình thử nghiệm tại Lào Cai và một số địa phương khác MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY........................................ ...1 1.1. Công nghệ WiFi…………………………………………………… ........... 2 1.2. Công nghệ WiMAX........................................................................................5 1.3. Các chuẩn dành cho WiFi và WiMAX……………………………………...9 CHƯƠNG II: LỚP PHY VÀ MAC CỦA CHUẨN IEEE 802.16-REVd...................15 2.1. Lớp vật lý PHY................................................................................................17 2.2. Lớp MAC.........................................................................................................21 2.2.1. Lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ.....................................................22 2.2.2. Lớp con phần chung.................................................................................23 2.2.3. Lớp con bảo mật.......................................................................................29 2.3. Lớp con hội tụ truyền.......................................................................................31 CHƯƠNG III: CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG KHÔNG DÂY CỐ ĐỊNH.....................................................................................................................33 3.1. Các dải tần số trong truy nhập không dây cố định (FBWA)............................33 3.2. Topo mạng FBWA...........................................................................................35 3.3. Cấu trúc mạng điểm-đa điểm (PMP)...............................................................35 3.4. Tầm nhìn thẳng trong mạng điểm-đa điểm (PMP)..........................................37 3.5. Điều chế và mã hóa..........................................................................................38 3.5.1. Các phương pháp điều chế đơn sóng mang.............................................39 3.5.2. Điều chế đa sóng mang sử dụng OFDM..................................................43 3.5.3. Các phương pháp mã hóa.........................................................................46 3.6. Đa truy nhập và song công...............................................................................47 3.6.1. Các phương pháp song công....................................................................47 3.6.2. Các phương pháp đa truy nhập................................................................48 3.7. Kỹ thuật trải phổ..............................................................................................49 3.7.1. Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS.................................................................49 3.7.2. Trải phổ nhảy tần FHSS...........................................................................51 3.7.3. So sánh DSSS và FHSS...........................................................................52 3.8. Vấn đề bảo mật................................................................................................53 3.9. Anten................................................................................................................54 3.9.1. Các đặc tính và tham số của anten...........................................................54 3.9.2. Vùng phủ sóng của anten trạm gốc..........................................................55 3.9.3. Anten của CPE.........................................................................................56 3.9.4. Hệ thống anten nâng cao..........................................................................56 CHƯƠNG IV: MÔ HÌNH TRIỂN KHAI MẠNG BĂNG RỘNG KHÔNG DÂY CỐ ĐỊNH TẠI VIỆT NAM...............................................................................................58 4.1. Định hướng thiết kế.........................................................................................58 4.2. Mô hình kết nối................................................................................................61 4.2.1. Mô hình kết nối tổng quát........................................................................61 4.2.1.1. Trạm phát sóng cơ sở WiMAX-BTS................................................ 62 4.2.1.2. Trung tâm quản lý............................................................................. 65 4.2.1.3 Phương pháp đấu nối tập trung các WiMAX-BTS về trung tâm quản lý..................................................................................................................................67 4.2.2. Khả năng tích hợp với hệ thống hiện tại..................................................70 4.3. Mô hình ứng dụng............................................................................................73 4.3.1. Mô hình ứng dụng cho người dùng là khách hàng riêng lẻ.................... 73 4.3.2. Mô hình ứng dụng cho khách hàng là tổ chức.........................................76 4.4 Tình hình thực tế.............................................................................................79 KẾT LUẬN................................................................................................................ 81 TÀILIỆUTHAMKHẢO...............................................................................................82 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3G 3 rd Genneration (of Mobile Mạng di động thế hệ thứ 3 networks) AAA Authentication Authority Nhận thực, cấp quyền và tính cước and Accounting ACK Acknowledgement Xác nhận ADSL Asymmetric Digital Đường dây thuê bao số không đối Subcriber Line xứng ARQ Automatic Repeat Request Tự động lặp lại yêu cầu ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch chuyển biên độ ATM Asynchronouns Transfer Phương thức truyền dẫn đồng bộ Mode AP Access Point Điểm truy nhập BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BTS Base Transmit Station Trạm phát sóng gốc BSS Basic Service Set Bộ dịch vụ cơ sở BT Bandwidth-Time product Tính thời gian-độ rộng băng tần CCK Complementary Code Khóa mã bổ sung Keying CPE Customer Premise Thiết bị người dùng Equipment CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm ứng sóng mang CSMA/C CSMA with Collision CSMA tránh xung đột A Avoidance CTS Clear To Send Xóa để phát DBPSK Differential BPSK khóa dịch pha nhị phân vi sai DIFR Diffused InfraRed Hồng ngoại khuyếch tán DS Distribution System Hệ thống phân phối DSM Distribution System Phương tiện hệ thống phân phối Medium DSS Distribution System Service Dịch vụ hệ thống phân phối DSSS Direct Sequence Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp Spread ESS Extended Service Set Bộ dịch vụ mở rộng ETSI Europen Telecom Standard Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Institute Âu Fixed Broandband Wireless Truy nhập băng rộng không dây cố Access định FEC Forward Error Correction Sửa lỗi tiên tiến FDD Frequence Division Song công phân chia theo tần số FBWA Duplexing FDMA Frequence Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần số Access FHSS Frequence Hopping Trải phổ nhảy tần Spectrum Sppread FSK Frequence Shift Keying Khóa dịch chuyển tần số GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin toàn cầu cho communications điện thoại di động Hiper High Performance LAN LAN chất lượng cao Institute of Hiệp hội các kỹ sư điện và điện tử LAN IEEE Electrical and Electronic Engineers IFS InterFrame Space Khoảng cách giữa các khung IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU International Tổ chức viễn thông thế giới Telecommunication Union ISM Industry Science Medicine Băng tần công nghiệp, kỹ thuật và y tế ISO International Organization Tổ chức quốc tế chuyên về các tiêu for Standardization chuẩn LAN Local Area Network Mạng cục bộ LLC Logical Link Control Lớp điều khiển liên kết vật lý LOS Line-Of-Sight Phương thức truyền vô tuyến theo tầm nhìn thẳng MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực đô thị MIMO Multiple-Input, Multiple- Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra Output MPDU MAC Protocol Data Unit Khối dữ liệu giao thức MAC MSDU MAC Service Data Unit Khối dữ liệu dịch vụ MAC NIC Network Interface Card Card giao tiếp mạng NLOS Non-Line-Of-Sight Không theo tầm nhìn thẳng OFDM Orthogonal Frequency Ghép phân chia tần số trực giao Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Đa truy nhập phân chia theo tần số Division Multiple Access trực giao Open Systems OSI Quan hệ giữa các hệ thống mở Interconnection Personal Digital Assistance Thiết bị hỗ trợ cá nhân kỹ thuật số PDA Physical Lớp vật lý PHY Point-to-multipoint Điểm-Đa điểm PMP Phase Shift Keying Khóa dịch chuyển pha PSK Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch PSTN Network công cộng Point-to-point Điểm-điểm PTP Quadrature Amplitude Phương pháp điều chế biên độ cầu QAM Modulation phương Quality of Service Chất lượng dịch vụ QoS Quadrature Phase Shift Khóa dịch chuyển pha cầu phương QPSK Keying Request To Send Yêu cầu gửi RTS Subcriber Station Trạm thuê bao SS Time Division Duplexing Song công phân chia theo thời gian TDD Time Division Multiplexing Sự truyền dồn kênh phân chia theo TDM thời gian Time Division Multiple TCP Access gian Transmission Control TDMA Đa truy nhập phân chia theo thời Giao thức điều khiển truyền dẫn Protocol Wireless Local Area WLAN Network Wireless Metropolitian Area WMAN Mạng vô tuyến cục bộ Network Mạng vô tuyến khu vực đô thị Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WiMAX CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÁC TIÊU CHUẨN IEEE Ngày nay không ai có thể phủ nhận vai trò của mạng máy tính và ưu điểm của nó, với nhu cầu ngày càng cao của con người cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học kĩ thuật.Con người được sử dụng những dịch vụ ngày càng chất lượng hơn. Một trong số đó là sự phát triển của mạng không dây, đem đến cho người sử dụng dịch vụ internet, Email, … mọi lúc mọi nơi,trong đó có thể kể đến các mạng không dây như WPAN, WLAN, WMAN, WWAN…Mỗi mạng không dây gắn với những tiêu chuẩn khác nhau của IEEE : WAN IEEE 802.20 (proposed) 3GPP, EDGE (GSM) IEEE 802.16 WirelessMAN IEEE 802.11 WirelessLAN IEEE 802.15 Bluetooth MAN ETSI HiperMAN & HIPERACCESS LAN PAN ETSI HiperLAN ETSI HiperPAN Hình 1.1: Tổng quan về các mạng không dây - Mạng PAN – Personal Area Network: Chuẩn WPAN được ứng dụng trong phạm vi gia đình, hoặc trong xung quanh của một cá nhân, tốc độ truyền dẫn trong nhà có thể đạt 480MB/giây trong phạm vi 10m. SVTH : Hoàng Đình Đoàn –Lớp 46K-ĐTVT 1 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WiMAX - Mạng LAN – Local Area Network: Mạng WirelessLAN sử dụng chuẩn IEEE 802.11 bao gồm các chuẩn 802.11a , 802.11b , 802.11g , 802.11n … WLAN là một phần của giải pháp văn phòng di động, cho phép người sử dụng kết nối mạng LAN từ các khu vực công cộng như văn phòng, khách sạn hay các sân bay. Tại Việt Nam WLAN đã được triển khai ở nhiều nơi.Công nghệ này cho phép người sử dụng có thể sử dụng, truy xuất thông tin, truy cập Internet với tốc độ lớn hơn rất nhiều so với phương thức truy nhập gián tiếp truyền thống. - Mạng MAN-Metropolitan Area Network là mạng đô thị diện rộng, là mạng dữ liệu băng rộng được thiết kế cho phạm vi trong thành phố, thị xã. Khoảng cách thường nhỏ hơn 50 km. Xét về quy mô địa lý, MAN lớn hơn mạng LAN nhưng nhỏ hơn mạng WAN, nó đóng vai trò kết nối 2 mạng LAN và WAN với nhau hoặc kết nối giữa các mạng LAN - Mạng WAN: Trong tương lai, các kết nối Wireless WAN sẽ sử dụng chuẩn 802.20 để thực hiện các kết nối diện rộng. 1.1 Công nghệ WiFi Trong bối cảnh toàn cầu hóa, sự bùng nổ nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao và nhu cầu đa dạng hóa các loại hình dịch vụ cung cấp như truy nhập Internet, thư điện tử, thương mại điện tử, truyền file,… đã thúc đẩy sự phát triển của các giải pháp mạng cục bộ vô tuyến (WLAN). Mục đích của WLAN nhằm cung cấp thêm một phương án lựa chọn cho khách hàng bên cạnh các giải pháp như xDSL, Ethernet, GPRS, 3G… WLAN là một phần của giải pháp văn phòng di động, cho phép người sử dụng kết nối mạng LAN từ các khu vực công cộng như khách sạn, sân bay và thậm chí có thể ngay trên các phương tiện vận tải. Các thành phố lớn trên thế giới đang tự hào với hàng trăm điểm truy cập không dây WLAN ở những nơi công cộng hay tại các văn phòng. Tại Việt Nam WLAN đã được triển khai ứng dụng ở nhiều nơi. Công nghệ này cho phép người SVTH : Hoàng Đình Đoàn –Lớp 46K-ĐTVT 2 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WiMAX sử dụng có thể sử dụng, truy xuất thông tin, truy nhập Internet với tốc độ lớn hơn rất nhiều so với phương thức truy nhập gián tiếp truyền thống. Ban đầu, WLAN được phát triển cho những ứng dụng LAN từ có dây sang không dây vì vậy WLAN có phạm vi phục vụ là trong nhà (Indoor), Tuy nhiên , công nghệ WLAN đáp ứng đầy đủ đòi hỏi của các đối tượng mức doanh nghiệp về khả năng vận hành, tính ổn định , tốc độ cao, an ninh đảm bảo …Ngày nay, WLAN được từ Indoor sang Outdoor là khả năng cung cấp truy nhập băng rộng ở những điểm công cộng như nhà ga, sân bay, cafe internet hoặc bất cứ địa điểm nào tập trung dân cư đông đúc có nhu cầu sử dụng internet. Do đáp ứng đầy đủ các đòi hỏi của các khách hàng mức doanh nghiệp cũng như các khách hàng cá nhân, vừa có ứng dụng Indoor và Outdoor nên WLAN trở thành một chuẩn được thừa nhận và hỗ trợ rộng rãi của các nhà sản xuất lớn trên thế giới. Sự tiên tiến của mạng WLAN mở ra một định nghĩa hoàn toàn mới về cơ sở hạ tầng mạng. Trong vài năm qua, các lợi ích của mạng không dây đã trở nên rõ ràng hơn, các thiết bị đã có giá cả dễ chịu hơn, dễ mua hơn, triển khai mạng WLAN cũng trở nên thịnh hành hơn. Mạng không dây gia tăng năng suất sử dụng và tiết kiệm tiền vì nó triệt tiêu chi phí đi dây mạng. Ví dụ người sử dụng máy tính xách tay có thể kết nối liên tục khi họ di chuyển trong khu làm việc cũng như dễ dàng kết nối vào tài nguyên của mạng cáp thường.Những nhân viên bán hàng có thể truy cập vào mạng của công ty từ sân bay hay khách sạn nên năng suất lao động của họ tăng rất nhiều. Nhiều nhà phân tích tin tưởng thị trường không dây đã bắt đầu tới ngưỡng “đại chúng”. Đây là ngưỡng bắt đầu của tăng trưởng tốc độ cao. Tương lai của mạng không dây phụ thuộc vào khả năng kết nối liên tục và an toàn của nhiều loại thiết bị dân dụng như máy tính cá nhân, thiết bị trợ giúp cá nhân, điện thoại, máy in…, sự chuyển đổi qua lại không gián đoạn giữa WLAN và LAN. Sự phát triển nhanh chóng của các ứng dụng không dây di động cũng đang thúc đẩy quá trình này. SVTH : Hoàng Đình Đoàn –Lớp 46K-ĐTVT 3 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WiMAX Các mạng WiFi tạo ra một vùng không gian rộng 100m cho phép các thiết bị đầu cuối có thể kết nối không dây để truy cập Web hoặc vào các mạng máy tính dùng chung. WiFi cho phép trao đổi dữ liệu qua làn sóng radio với một tốc độ rất nhanh. Mạng WiFi có thể sử dụng để kết nối với nhau, với Internet, và với mạng cáp. Là một công nghệ không dây giống như điện thoại di động – WiFi cho phép các máy tính gửi và nhận dữ liệu trong nhà cũng như ngoài trời, ở bất cứ điểm nào trong vùng phủ sóng của trạm gốc. WLAN là một hệ thống truyền thông dữ liệu mở để truy nhập vô tuyến đến mạng Internet. Nó cũng cho phép kết nối LAN với LAN trong một tòa nhà hoặc một khu tập thể, hoặc một khu trường đại học… Một hệ thống WLAN có thể tích hợp với mạng vô tuyến diện rộng. Tốc độ đạt trong WLAN cần phải được hỗ trợ truyền dẫn tích hợp từ mạng đường trục. Cho tới nay IEEE đã phát triển ba chỉ tiêu kỹ thuật cho mạng LAN không dây: 802.11a, 802.11b, 802.11g. Cả ba chỉ tiêu kỹ thuật này sử dụng công nghệ Đa truy nhập Nhạy cảm sóng mang có phát hiện va chạm ( Carrier Sense Mutliple Access – Collision CSMA/CA ) như một giao thức chia sẻ đường dẫn. CSMA/CA là một phương pháp truyền dữ liệu được ưu thích vì độ tin cậy của nó thông qua khả năng chống mất dữ liệu. Một trạm không dây muốn truyền khung, đầu tiên nó sẽ nghe trên môi trường không dây để xác định liệu hiện có trạm nào đang truyền không (đây là phần nhạy cảm sóng mang của CSMA/CA). Nếu môi trường này đang bị chiếm, trạm không dây tính toán một khoảng trễ lặp lại ngẫu nhiên. Ngay sau khi thời gian trễ đó trôi qua, trạm không dây lại nghe xem liệu có trạm nào đang truyền không. Bằng cách tạo ra một thời gian trễ ngẫu nhiên, nhiều trạm đang muốn truyền tin sẽ không cố SVTH : Hoàng Đình Đoàn –Lớp 46K-ĐTVT 4 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WiMAX gắng truyền lại tại cùng một thời điểm (đây là phần tránh xung đột của CSMA/CA). Những va chạm có thể xảy ra và không giống Ethernet, chúng không thể bị phát hiện bởi các nốt truyền dẫn. Do đó, 802.11b dùng giao thức Request to send (RTS)/ Clear to send (CTS) với tín hiệu ACK (Acknowlegment) để bảo đảm rằng một khung nào đó được gửi và nhận thành công. 1.2 Giới thiệu về công nghệ WiMAX Như chúng ta đã biết, công nghệ vô tuyến là một hệ thống rất rộng đã phát triển từ lâu và được ứng dụng rông rãi như wifi, vệ tinh, vi ba…tuy nhiên người ta vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ vô tuyến vì những công nghệ cũ chưa đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của thị trường. WiMAX là một công nghệ mới với những tính năng vượt trội đã và đang được lắp đặt thử nghiệm cũng như đi vào hoạt động chính thức trên qui mô toàn cầu. Công nghệ WiFi IEEE 802.11 trong vài năm gần đây đã gặt hái được những thành công rực rỡ với minh chứng là nó được triển khai rộng rãi khắp nơi. Hầu như tất cả các máy tính cá nhân, điện thoại thông minh, PDA đều được tích hợp WiFi. Tốc độ dữ liệu của WiFi có thể đạt được 54Mpbs. Tuy nhiên vùng phủ sóng của WiFi chỉ hạn chế ở tằm vài chục đến vài trăm mét. Để đáp ứng nhu cầu phủ sóng xa hơn, WiMAX (IEEE 802.16) (Worldwide Interoperability for Microwave Access) đã ra đời. Chuẩn WiMAX đầu tiên ra đời vào tháng 10 năm 2001. Khác với WiFi chỉ sử dụng một băng tần, WiMAX có thể hoạt động trong băng tần từ 2-66 Ghz. Các ứng dụng khác nhau sẽ dùng những băng tần khác nhau để tránh sự giao thoa. Cụ thể, các ứng dụng di động (802.16e) dùng băng tần từ 2-11 GHz. Ở nhiều nước châu Âu, SVTH : Hoàng Đình Đoàn –Lớp 46K-ĐTVT 5 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WiMAX băng tần 3.5 GHz được dành riêng cho WiMAX di động. Các ứng dụng cố định (802.16d) thì dùng băng tần từ 10-66 GHz. Năm 2003, IEEE đưa ra chuẩn không dây 802.16a để cung cấp khả năng truy nhập băng rộng không dây ở đầu cuối và điểm kết nối bằng băng tần 2 – 11 GHz với khoảng cách kết nối tối đa có thể đạt tới 50 km trong trường hợp kết nối điểm điểm và 7 – 10 km trong trường hợp kết nối điểm – đa điểm. Tốc độ truy nhập có thể đạt tới 70 Mbps. Trong khi với dải tần 10-66 GHz chuẩn 802.16 – 2001 phải yêu cầu tầm nhìn thẳng, thì với dải tần 2-11 GHz chuẩn 802.16a cho phếp kết nối mà không cần thỏa mãn điều kiện tầm nhìn thẳng, tránh được các vật cản trên đường truyền như cây cối nhà cửa. Tháng 7/2004 IEEE đưa ra chuẩn 802.16-2004 thường được gọi với cái tên 802.16-REVd. Chuẩn này được hình thành dựa trên sự tích hợp các chuẩn 802.162001, 802.16a, 802.16c,dùng cho WiMAX cố định. Nói tới WiMAX , người ta có thể nghĩ tới rất nhiều giải pháp thay thế mà công nghệ này có thể mang lại. Đó chính là khả năng thay thế đường xDSL giúp tiếp cận nhanh hơn các đối tượng người dùng băng rộng mà không cần phải đầu tư lớn. Đặc biệt WiMAX rất hữu ích để cung cấp dịch vụ băng thông rộng ở những vùng xa xôi mà giải pháp ADSL hoặc cáp quang là rất tốn kém. Ở những nước đang phát triển như Việt Nam, nơi mà Internet băng thông rộng chưa phổ biến, WiMAX là một giải pháp kinh tế. Ngoài ra WiMAX còn giúp việc triển khai WiFi thêm nhanh chóng do các hotspot WiFi sẽ không cần đường leased-line mà sẽ nối trực tiếp với WiMAX BS. Khả năng roaming giữa các dịch vụ Wi-Fi và WiMAX sẽ mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng. SVTH : Hoàng Đình Đoàn –Lớp 46K-ĐTVT 6 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WiMAX Hình minh họa 1 số ứng dụng last-mile của WiMAX Để có thể dùng dịch vụ Internet băng thông rộng của WiMAX (fixed WiMAX), nhà cung cấp dịch vụ chỉ cần lắp đặt một ang-ten BS ở giữa khu dân cư. Mỗi người dùng sẽ được cung cấp một ang-ten thu (CPE), lắp trên mái nhà/cửa sổ. CPE có thể được nối trực tiếp với máy vi tính hoặc thông qua một Access Point WiFi. Việc SVTH : Hoàng Đình Đoàn –Lớp 46K-ĐTVT 7 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WiMAX triển khai khá đơn giản, mà giá thành lại thấp hơn nhiều so với công nghệ hiện hành. Bên cạnh dịch vụ cố định, WiMAX còn cung ứng các dịch vụ di động. Trong tương lai, các thiết bị mobile mà hiện nay được tích hợp WiFi sẽ được tích hợp WiMAX. Khi đó, người dùng có thể kết nối mạng mọi lúc mọi nơi thông qua WiMAX, và đặc biệt là vẫn có thể dùng các dịch vụ giống như những dịch vụ của mạng cellular 3G. Hơn nữa, tốc độ truyền của WiMAX cao hơn hẳn 3G mà giá hứa hẹn sẽ rẻ. Đối với các nhà cung cấp mạng, giá thành của một WiMAX BS rẻ hơn rất nhiều so với giá của một BS UMTS. Do đó, có thể nhà cung ứng mạng 3G sẽ dùng WiMAX thay thế 3G ở những khu vực thưa dân cư. Hình minh họa ứng dụng của WiMAX Mobile SVTH : Hoàng Đình Đoàn –Lớp 46K-ĐTVT 8 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WiMAX 1.3 Các chuẩn dành cho WiFi và WiMAX. 1.3.1 Các chuẩn IEEE 802.11 tiêu biểu: * Chuẩn IEEE 802.11b Tháng 9 năm 1999, viện công nghệ điện và điện tử (IEEE) đã thông qua các chỉ tiêu của chuẩn IEEE 802.11b hay còn được biết đến với tên gọi WiFi. IEEE 802.11b định nghĩa lớp vật lý và lớp con MAC cho việc truyền tin qua mạng LAN không dây dùng chung.Tại lớp vật lý, IEEE 802.11b hoạt động tại tần số vô tuyến 2,4GHz với tốc độ bít tối đa là 11 Mbps. Nó sử dụng công nghệ truyền dẫn trải phổ dãy trực tiếp (DSSS). * Chuẩn IEEE 802.11g Do IEEE phát triển, những mạng dùng chuẩn 802.11b cho phép dữ liệu được truyền với dung lượng tối đa 10Mb/s ( trung bình là 4Mbps). Chuẩn mới hơn là IEEE 802.11g cho phép truyền dữ liệu với dung lượng cao nhất – 54 Mbps (trung bình 22 Mbps). Cả hai chuẩn này đều dùng băng tần 2,4 GHz và hoạt động tương tác. * Chuẩn IEEE 802.11a Chuẩn IEEE 802.11a hoạt động trong dải tần 5 GHz, tạo cho các kết nối sử dụng chuẩn 802.11b, 802.11g hoạt động ở tần số 2,4 GHz có thể xảy ra. Bởi dải tần SVTH : Hoàng Đình Đoàn –Lớp 46K-ĐTVT 9 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WiMAX 2,4 GHz thường được dùng trong công nghiệp, y tế và sử dụng trong các thiết bị gia đình. Bảng 1.1: So sánh các chuẩn IEEE 802.11 cơ bản Chuẩn Tần số Tốc độ Ghi chú kênh FHSS IEEE 802.11 Ghép 900 MHz 2 Mbps DSSS Trước đây IEEE 2,4 GHz 11 FHSS được sử dụng 802.11b 900 MHz Mbps DSSS phổ biến nhất Mới hơn, IEEE 5 GHz 54 OFDM nhanh hơn, 802.11a Mbps dùng tần số cao hơn IEEE 5 GHz 54 OFDM 802.11e IEEE UNII 2,4 GHz Mbps 54 FHSS Nhanh hơn và 802.11g ISM Mbps DSSS tương thích với 802.11b 1.3.2 Các chuẩn IEEE 802.16 tiêu biểu: * IEEE 802.16 - 2001 Những đặc tả ban đầu của chuẩn IEEE 802.16 đã định nghĩa lớp MAC và PHY có khả năng cung cấp truy nhập băng rộng không dây cố định (Fixd Wireless SVTH : Hoàng Đình Đoàn –Lớp 46K-ĐTVT 10 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WiMAX Access) theo mô hình điểm-điểm và điểm-đa điểm. Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập các giao diện không gian (air interfaces) dựa trên một giao thức MAC thông thường nhưng với các đặc tả vật lý phụ thuộc vào việc sử dụng và những điều chỉnh phổ có liên quan. Chuẩn này được mở rộng hỗ trợ giao diện không gian cho những tần số trong băng tần 10-66 GHz. với phương pháp điều chế đơn sóng mang 802.16 hỗ trợ cả hai phương pháp song công phân chia theo thời gian TDD hay phân chia theo tần số FDD. Trong khi chuẩn IEEE 802.11 dùng phương pháp truy nhập nhạy cảm sóng mang có cơ chế tránh xung đột (CSMA/CA) để cho phép khi nào một node trên mạng được phép truyền dữ liệu, thì lớp MAC của IEEE 802.16-2001 sử dụng một mô hình hoàn toàn khác để điều khiển sự truyền dẫn trên mạng. Trong thời gian truyền dẫn, phương pháp được ấn định bởi BS và chia sẻ với tất cả các node trong mạng trong thông tin broadcast cho cả đường lên và đường xuống. Bằng việc lập lịch cho việc truyền dẫn, vấn đề các node ảo đã được loại trừ. Thuê bao chỉ cần nghe tín hiệu từ BS và sau đó là từ các node trong phạm vi phủ sóng của BS đó. Ngoài ra thuật toán lập lịch có thể thay đổi khi xảy ra quá tải hoặc khi số thuê bao tăng lên quá nhiều. Trạm thuê bao (SS) có thể thương lượng về độ rộng dải tần được cấp phát trong một burstto-burst cơ bản, cung cấp một lịch truy nhập mềm dẻo. Các phương pháp điều chế được định nghĩa bao gồm: PSK, 16-QAM và 64-QAM. Chúng có thể thay đổi từ khung (frame) này tới khung khác, hay từ SS này tới SS khác tùy thuộc vào tình trạng của kết nối. Khả năng thay đổi phương pháp điều chế và phương pháp sửa lỗi không lần ngược FEC (forward error correction) theo các điều kiện truyền dẫn hiện thời cho phép mạng thích ứng nhanh chóng với điều kiện thời tiết, như fading do mưa. Các tham số truyền dẫn ban đầu được thỏa thuận thông qua một quá trình tương tác gọi là Initial Ranging. Trong quá trình này thì năng lượng, SVTH : Hoàng Đình Đoàn –Lớp 46K-ĐTVT 11 |
