CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY WIMAX WiMax là một công nghệ cho phép truy cập băng thông rộng vô tuyến đến thiết bị đầu cuối như một phương thức thay thế cho cáp và đường truyền dây thuê bao số DSL… WiMax cho phép kết nối băng thông rộng vô tuyến cố định, nomadic (người sử dụng có thể di động nhưng cố định trong lúc kết nối), portable (Người dùng 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 gố BS (Base station). WiMax khắc phục được các nhược điểm của các phương pháp truy nhập hiện tại. 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. Bên cạnh đó WiMax cũng hoạt động mềm dẻo như WiFi khi truy cập mạng.
Mỗi khi máy tính muốn truy cập mạng nó sẽ tự động kết nối đến trạm anten WiMax gần nhất. Giới thiệu chương Trong chương này trình bày tổng quan về mạng không dây WiMax, đặc điểm, các chuẩn của WiMax và kiến trúc phân lớp của WiMax. Mạng không dây WiMax WiMax (Worldwide Interoperrability for Micorware Access) công nghệ truy nhập mạng không dây băng thông rộng. WiMax có thể cung cấp sự truy cập không dây băng thông rộng lên tới 30 dặm (50km) đối với trạm cố định và 3-10 dặm (5-15km) đối với các trạm di động.
Ngược lại, chuẩn mạng cục bộ không dây WiFi/802.11 bị giới hạn trong hầy hết các trường hợp chỉ 100-300 feet (30- 100m). Với WiMax, các tỷ lệ dữ liệu giống WiFi được hỗ trợ một cách dễ dàng, nhưng kết quả nhiễu được giảm bớt. WiMax hoạt động ở cả các dải tần cho phép và các dải tần không cho phép, cung cấp một môi trường điều hòa và mô hình kinh tế có thể làm được đối với sóng mang không dây, WiMax có thể được sử dụng đối với mạng không dây trong nhiều phương pháp như giao thức WiFi. Thực tế WiMax hoạt động như WiFi nhưng ở tốc độ cao hơn và khoảng cách xa hơn cùng với một số lượng lớn người dùng, một hệ thống WiMax gồm 2 phần: HV: Đào Tất Tú – K17 MMT TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3 + Trạm phát: Giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với công suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng lớn tới 8000km2.1: Mô hình mạng WiMax + Trạm thu: Có thể là các anten nhỏ như các Card mạng cắm vào hoặc được thiết lập sắn trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà WiFi vẫn dùng.2: Mô hình truyền thông của Wimax Các 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 trạm 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 anten HV: Đào Tất Tú – K17 MMT TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4 được đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường hợp này ổn định và tốc độ truyền có thể đạt tối đa. Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần số cao đến 66GHz vì ở tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác và băng thông sử dụng cũng lớn hơn. Đối với trường hợp tia phản xạ, Wimax sử dụng băng tần thấp hơn, 2-11GHz, tương tự như ở WiFi, ở tần số thấp tín hiệu dễ dàng vượt qua các vật cản, có thế phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng qua các vật thể để đến đích.
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: 1.Mạng WiMax cố định (Fixed WiMax) 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 tại đã được cấp chứng chỉ và thương mại hóa.
Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE. 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.3: Mô hình mạng Wimax cố định Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưng tất HV: Đào Tất Tú – K17 MMT TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 5 nhiên tín hiệu thu không khỏe 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 tần là 3,5MHz. Trong mạng cố định, Wimax thực hiện cách tiếp nối không dây đến các modem cáp, đến các đôi dây thuê bao của mạch xDSL hoặc mạch Tx/Ex (truyền phát/chuyển mạch) và mạch OC-X (truyền tải qua sóng quang). Wimax cố định có thế phục vụ cho các loại người dùng (user) 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, các user thì 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.
Sơ đồ kết cấu mạng Wimax được đưa ra trên hình 1. Trong mô hình này bộ phận vô tuyến gồm các trạm gốc Wimax BS (làm việc với anten đặt trên tháp cao) và các trạm phụ SS (SubStation). Các trạm Wimax BS nối với mạng đô thị MAN hoặc mạng PSTN 1.Mạng WiMax di động (Mobile WiMax) Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.l6e, được thiết kế cho loại truy cập xách tay và di động, về cơ bản, tiêu chuẩn 802.l6e 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 HV: Đào Tất Tú – K17 MMT TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.4: Mô hình ứng dụng Wimax di động Mô hình Wimax di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802.l6e được thông qua trong năm 2005.l6e 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 thế tạo thành mạng di động có vùng phủ sóng rộng. Đặc điểm của mạng WIMAX Wimax đã được tiêu chuẩn hoá theo chuẩn IEEE 802. Hệ thống Wimax là hệ thống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các đặc điểm sau: [3][4] + Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể từ 30Km tới 50Km. + Tốc độ truyền có thể thay đổi, có thể lên tới 70Mbit/s + Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS và đường truyền bị che khuất NLOS.
+ Dải tần làm việc từ 2-11GHz và từ 10-66GHz + Độ rộng băng tần của Wimax từ 5MHz đến trên 20MHz được chia thành nhiều băng con 1,75MHz. Mỗi băng con này được chia nhỏ hơn nữa nhờ công nghệ OFDM, 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 và FDD cho việc phân chia truyền dẫn hướng lên (uplink) và hướng xuống (downlink). Trong cơ chế TDD, khung đường xuống và đường lên chia sẻ một tần số nhưng tách biệt về mặt thời gian.
Trong FDD, truyền tải các khung đường xuống và đường lên diễn ra cùng một thời điểm, nhưng tại các tần số khác nhau. HV: Đào Tất Tú – K17 MMT TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.5: Mô hình phân lớp trong hệ thống Wimax so sánh với OSI + về cấu trúc phân lớp, hệ thống Wimax được phân chia thành 4 lớp : Lớp con hội tụ (Convergence) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp trên, lớp điều khiển đa truy nhập (MAC layer), lớp truyền dẫn (TransmiSSion) và lớp vật lý (Physical). 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 như mô tả ở hình 1. Wimax đã được thiết kế đế chú trọng vào những thách thức gắn với các loại triển khai truy nhập có dây truyền thống như: + Bachhaul: Sử dụng các anten điểm - điểm để nối nhiều hotspot với nhau và đến các trạm gốc qua những khoảng cách dài (đường kết nối giữa điểm truy nhập WLAN và mạng băng rộng cố định).
+ Last mile: Sử dụng các anten điểm - đa điểm để nối các thuê bao thuộc nhà riêng hoặc doanh nghiệp tới trạm gốc. Wimax đã được phát triển với nhiều mục tiêu quan tâm như: + Cấu trúc mềm dẻo: Wimax hỗ trợ các cấu trúc hệ thống bao gồm điểm - đa điếm, công nghệ mesh và phủ sóng khắp mọi nơi. Nếu có duy nhất một SS trong mạng, BS (trạm gốc) sẽ liên lạc với SS trên cơ sở điểm - điểm. Một BS trong một cấu hình điểm - điểm có thế sử dụng anten chùm hẹp hơn để bao phủ các khoảng cách xa hơn.
+ 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).iMX + Triển khai nhanh: 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.