Mục lục
PHỤ LỤC
Phụ lục A: Giá trị trường Type trong thông báo quản trị lớp MAC
Phụ lục B: Giao thức định tuyến DSDV
Phụ lục C: Cài đặt NS-2 trên nền Windows 9x/2000/XP sử dụng Cygwin
Mục lục các hình vẽ
MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Minh họa họat động WiMAX [10] 11
Hình 1.2. Truyền sóng trong trường hợp NLOS [10] 11
Hình 2.1. So sánh giữa FDM và OFDM 17
Hình 2.2. Sơ đồ khối hệ thống OFDM 18
Hình 2.3. Khái niệm về chuỗi bảo vệ 19
Hình 2.4. ISI và cyclic prefix 20
Hình 2.5. Tách chuỗi bảo vệ 21
Hình 2.6. ODFM và OFDMA 23
Hình 2.7. Ví dụ của biểu đồ tần số, thời gian với OFDMA 24
Hình 2.8. Biểu đồ tần số thời gian với 3 người dùng nhảy tần a, b, c
đều có 1 bước nhảy với 4 khe thời gian 25
Hình 2.9. 6 mẫu nhảy tần trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau 25
Hình 2.10. Tổng quan hệ thống sử dụng OFDMA 26
Hình 2.11. Mẫu tín hiệu dẫn đường trong OFDMA 27
Hình 2.12. Bán kính cell quan hệ với điều chế thích nghi 27
Hình 2.13. MISO 29
Hình 2.14. MIMO 30
Hình 2.15. Beam Shaping 30
Hình 2.16. AAS đường xuống 31
Hình 3.1. Mô hình tham chiếu. [5] 32
Hình 3.2. Chức năng các lớp trong mô hình phân lớp chuẩn IEEE 802.16 33
Hình 3.3. Luồng dữ liệu qua các lớp 33
Hình 3.4. Định dạng MAC PDU 37
Hình 3.5. Định dạng của tiêu đề MAC PDU chung 38
Hình 3.6. Định dạng tiêu đề yêu cầu dải thông 40
Hình 4.1. Mô hình kiến trúc bảo mật chuẩn IEEE 802.16 [7] 48
Mục lục các hình vẽ
Hình 4.2. Quy trình bảo mật 50
Hình 4.3. Quá trình xác thực SS với BS 51
Hình 4.4. Quá trình trao đổi khóa dữ liệu 53
Hình 4.5. Định dạng payload trước và sau khi mã hóa 55
Hình 5.1. Module WiMAX trong kiến trúc NS-2 [13] 58
Hình 5.2. Kiến trúc mạng mô phỏng 60
Hình 5.3. Các SS gửi yêu cầu ranging 61
Hình 5.4. BS gửi đáp ứng ranging 62
Hình 5.5. SS_2 gửi yêu cầu băng thông 62
Hình 5.6. SS_2 gửi dữ liệu (rtPS) cho BS 63
Hình 5.7. Đồ thị băng thông được sử dụng trên các kênh truyền 63
Hình 5.8. Thông tin trong file ~.tr được import vào excel 64
Mục lục các các bảng
MỤC LỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Tóm tắt các đặc trưng cơ bản các chuẩn WiMAX [6] 8
Bảng 3.1. Các trường tiêu đề MAC chung 39
Bảng 3.2. Các trường tiêu đề MAC yêu cầu dải thông 40
Bảng 3.3. Đặc tả vật lý chuẩn IEEE 802.16 45
Các từ viết tắt
CÁC TỪ VIẾT TẮT
AAS Advanced Antenna Systems - Các hệ thống anten thích nghi
AES Advanced Encryption Standard - Chuẩn mã hóa nâng cao
AK Authentication Key - Khóa chứng thực
ARQ Automatic Repeat reQuest - Tự động lặp lại yêu cầu
ATM Asynchronous Transfer Mode
AWGN Additive White Gaussian Noise - Nhiễu Gaussian trắng cộng
BE Best Effort
BER Bit Error Rate - Tỉ lệ lỗi bit
BPSK Binary Phase Shift Keying - điều chế pha nhị phân
BS Base Station - Trạm gốc
CDMA Code Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo mã
CID Connection Identifier - Định danh kết nối
CP Cyclic Prefix - Tiền tố vòng
CPE Customer Premise Equipment
CRC Cyclic Redundancy Check - Kiểm tra lỗi dư vòng
DFS Dynamic Frequency Selection – Lựa chọn tần số động
FDD Frequency Division Duplex - Ghép kênh phân chia theo tần số
FFT Fast Fourier Transform - Chuyển đổi Fourier nhanh
GSM Global System for Mobile communications - Hệ thống thông tin di
động toàn cầu
ICI InterChannel Interference - Nhiễu xuyên kênh
IDFT Inverse Discrete Fourier Transform - Biến đổi Fourirer rời rạc ngược
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers - Học Viện của các
Kỹ Sư Điện và Điện Tử
IFFT Inverse Fast Fourier Transform - Biến đổi Fourier ngược nhanh
ISI Inter-Symbol Interference - Nhiễu xuyên ký tự
KEK Key Encryption Key
LOS Line Of Sight - Tầm nhìn thẳng
MAC Media Access Control - Điều khiển truy nhập môi trường
MAN Metropolitan Area Network – Mạng đô thị
MIMO Multiple Input Multiple Output - Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra
MISO Multiple Input Single Output - Nhiều đầu vào, một đầu ra
MS Mobile Station - Trạm di động
NLOS Non–Line-Of-Sight - Không tầm nhìn thẳng
nrtPS non–real-time Polling Service
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing - Ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access - Đa truy cập ghép
Các từ viết tắt
kênh chia tần số trực giao
PDU Packet Data Unit - Đơn vị gói dữ liệu
PKM Privacy and Key Management - Quản lý sự riêng tư và khóa
QAM Quadrature Amplitude Modulation - Điều chế biên độ trực giao
QoS Quality of Service - Chất lượng dịch vụ
QPSK Quadature Phase Shift Keying - điều chế pha trực giao
RF Radio Frequency - Tần số vô tuyến
rtPS real-time Polling Service
SA Security Association – Tập hợp bảo mật
SDU Service Data Unit - Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SLA Service-Level Agreement - Thỏa thuận mức dịch vụ
SNR Signal-to-Noise Ratio – Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
SS Subscriber Station - Trạm thuê bao
TDM Time Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Multiplexing Access – Đa truy cập phân chia theo
thời gian
TEK Traffic Encryption Key - Khóa mã hóa lưu lượng
UDP User Datagram Protocol
UGS Unsolicited Grant Services
UMTS Universal Mobile Telephone System
WiFi Wireless Fidelity
WiMAX Worldwide interoperability for Microwave Access
WLAN Wireless Local Area Network – Mạng cục bộ không dây
Mở đầu
MỞ ĐẦU
Xu hướng phát triển của các mạng thế hệ sau được đặc trưng bởi khả năng hội
tụ, tốc độ dữ liệu cao, hỗ trợ nhiều mức chất lượng dịch vụ (QoS) đi đôi với khả năng
di động bên trong mạng hoặc giữa các mạng sử dụng các công nghệ khác nhau và
giữa các nhà cung cấp dịch vụ với nhau. Một khía cạnh quan trọng trong xu hướng
phát triển đó là việc chuẩn hóa, cho phép xây dựng kiểu mạng độc lập với thiết bị và
khả năng tương tác giữa các kiểu mạng khác nhau ở mức cao. Một công nghệ đang
được phát triển đáp ứng được những đặc tính kể trên, được chuẩn hóa bởi tổ chức
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đó là công nghệ IEEE
802.16, thường được gọi là công nghệ WiMAX.
WiMAX được thiết kế nhằm mục đích bổ sung vào các công nghệ truy cập
không dây hiện tại với ưu điểm tốc độ dữ liệu cao, hỗ trợ QoS linh hoạt, phạm vi phủ
sóng rộng và chi phí triển khai thấp trong phạm vi vùng đô thị MAN (Metropolian
Access Network).
Đồ án này tập trung vào việc nghiên cứu lớp Điều khiển truy nhập môi trường
MAC trong công nghệ WIMAX. Đồ án sẽ trình bày những vấn đề cơ bản nhất về
công nghệ WiMAX như các chuẩn WiMAX, các kỹ thuật được ứng dụng trong
WiMAX, mô hình phân lớp và bảo mật trong WiMAX.
Ngoài ra, đồ án cũng giới thiệu một mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống
WiMAX nhằm mục đích làm rõ quá trình làm việc của hệ thống WiMAX.
Đồ án bao gồm 5 chương như sau:
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX.
Chương 2: Các kỹ thuật được sử dụng trong WiMAX.
Chương 3: Kiến trúc mạng truy cập WiMAX
Chương 4: Kiến trúc bảo mật chuẩn IEEE 802.16.
Chương 5: Mô phỏng hoạt động hệ thống WiMAX.
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX
1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
WiMAX là một công nghệ cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối
như một phương thức thay thế cho cáp và đường dây thuê bao số DSL. WiMAX cho
phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, nomadic (người sử dụng có thể di động
nhưng cố định trong lúc kết nối), portable (người sử dụng có thể di chuyển với tốc độ
chậm) và cuối cùng là di động mà không cần ở trong tầm nhìn thẳng LOS (Line-Of-
Sight) trực tiếp với trạm gốc BS (Base Station). WiMAX khắc phục được các nhược
điểm của các phương pháp truy nhập hiện tại, cung cấp một phương tiện truy nhập
Internet không dây tổng hợp có thể thay thế cho ADSL và WiFi. Hệ thống WiMAX
có khả năng cung cấp đường truyền có tốc độ lên đến 70Mbit/s và với bán kính phủ
sóng của một trạm anten phát lên đến 50Km. Mô hình phủ sóng của mạng WiMAX
tương tự như mạng điện thoại tế bào. Bên cạnh đó, WiMAX cũng hoạt động mềm
dẻo như WiFi khi truy cập mạng. Mỗi khi máy tính muốn truy nhập mạng nó sẽ tự
động kết nối đến trạm anten WiMAX gần nhất.
Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu khái niệm cơ bản về WiMAX, các
chuẩn WiMAX hiện nay, các băng tần có thể sử dụng cho WiMAX, các ưu điểm và
lợi ích của WiMAX mang lại, đồng thời là tình hình triển khai WiMAX trên thế giới
và tại Việt Nam
1.2. KHÁI NIỆM
WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access) là hệ thống truy
nhập vi ba có tính tương thích toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn IEEE 802.16
WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Network). Họ 802.16 này đưa ra những
tiêu chuẩn, chỉ tiêu kỹ thuật nhằm tập trung giải quyết các vấn đề trong mạng vô
tuyến băng rộng điểm – đa điểm về giao diện vô tuyến bao gồm: Lớp điều khiển truy
cập môi trường (MAC) và lớp vật lý (PHY).
- 1 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
WiMAX là một chuẩn không dây đang phát triển rất nhanh, hứa hẹn tạo ra khả
năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định lẫn mạng không dây di
động. Hai phiên bản của WiMAX được đưa ra như sau:
• Fixed WiMAX (WiMAX cố định): Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16-
2004, được thiết kế cho loại truy nhập cố định và lưu động. Trong phiên bản
này sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM
(Orthogonnal Frequency Division Multiple) hoạt động trong cả môi trường nhìn
thẳng – LOS (line-of-sight) và không nhìn thẳng – NLOS (Non-line-of-sight).
Sản phẩm dựa trên tiêu chuẩn này hiện tai đã được cấp chứng chỉ và thương
mại hóa.
• Mobile WiMAX (WiMAX di động): dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16e,
được thiết kế cho loại truy cập xách tay và di động. về cơ bản, tiêu chuẩn
802.16e được phát triển trên cơ sở sửa đổi tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 để tối
ưu cho các kênh vô tuyến di động, cung cấp khả năng chuyển vùng – handoff
và chuyển mạng – roaming. Tiêu chuẩn này sử dụng phương thức đa truy cập
ghép kênh chia tần số trực giao OFDMA (Orthogonnal Frequency Division
Multiple Access) – là sự phối hợp của kỹ thuật ghép kênh và kỹ thuật phân chia
tần số có tính chất trực giao, rất phù hợp với môi trường truyền dẫn đa đường
nhằm tăng thông lượng cũng như dung lượng mạng, tăng độ linh hoạt trong
việc quản lý tài nguyên, tận dụng tối đa phổ tần, cải thiện khả năng phủ sóng
với các loại địa hình đa dạng.
WiMAX đã được phát triển và khắc phục được những nhược điểm của các công
nghệ truy cập băng rộng trước đây, cụ thể:
o Cấu trúc mềm dẻo: WiMAX hỗ trợ các cấu trúc hệ thống bao gồm điểm
– đa điểm, công nghệ lưới (mesh) và phủ sóng khắp mọi nơi. Điều khiển truy
nhập môi trường – MAC, phương tiện truyền dẫn hỗ trợ điểm – đa điểm và dịch
vụ rộng khắp bởi lập lịch một khe thời gian cho mỗi trạm di động (MS). Nếu có
duy nhất một MS trong mạng, trạm gốc (BS) sẽ liên lạc với MS trên cơ sở điểm
- 2 -
Chương 1: Giới thiệu chung về WiMAX
– điểm. Một BS trong một cấu hình điểm – điểm có thể sử dụng anten chùm hẹp
hơn để bao phủ các khoảng cách xa hơn.
o Chất lượng dịch vụ QoS: WiMAX có thể được tối ưu động đối với hỗn
hợp lưu lượng sẽ được mang. Có 4 loại dịch vụ được hỗ trợ: dịch vụ cấp phát tự
nguyện (UGS), dịch vụ hỏi vòng thời gian thực (rtPS), dịch vụ hỏi vòng không
thời gian thực (nrtPS), nỗ lực tốt nhất (BE).
o Triển khai nhanh, chi phí thấp: So sánh với triển khai các giải pháp có
dây, WiMAX yêu cầu ít hoặc không có bất cứ sự xây dựng thiết lập bên ngoài.
Ví dụ, đào hố để tạo rãnh các đường cáp thì không yêu cầu. Ngoài ra, dựa trên
các chuẩn mở của WiMAX, sẽ không có sự độc quyền về tiêu chuẩn này, dẫn
đến việc cạnh tranh của nhiều nhà sản xuất, làm cho chi phí đầu tư một hệ thống
giảm đáng kể.
o Dịch vụ đa mức: Cách thức nơi mà QoS được phân phát nói chung dựa
vào sự thỏa thuận mức dịch vụ (SLA - Service-Level Agreement) giữa nhà cung
cấp dịch vụ và người sử dụng cuối cùng. Chi tiết hơn, một nhà cung cấp dịch vụ
có thể cung cấp các SLA khác nhau tới các thuê bao khác nhau, thậm chí tới
những người dùng khác nhau sử dụng cùng MS. Cung cấp truy nhập băng rộng
cố định trong những khu vực đô thị và ngoại ô, nơi chất lượng cáp đồng thì kém
hoặc đưa vào khó khăn, khắc phục thiết bị số trong những vùng mật độ thấp nơi
mà các nhân tố công nghệ và kinh tế thực hiện phát triển băng rộng rất thách
thức.
o Tính tương thích: WiMAX được xây dựng để trở thành một chuẩn quốc
tế, tạo ra sự dễ dàng đối với người dùng cuối cùng để truyền tải và sử dụng MS
của họ ở các vị trí khác nhau, hoặc với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau.
Tính tương thích bảo vệ sự đầu tư của một nhà vận hành ban đầu vì nó có thể
chọn lựa thiết bị từ các nhà đại lý thiết bị.
o Di động: IEEE 802.16e bổ sung thêm các đặc điểm chính hỗ trợ khả
năng di động. Những cải tiến lớp vật lý OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực
giao) và OFDMA (đa truy nhập phân chia tần số trực giao) để hỗ trợ các thiết bị
- 3 -
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét