MỞ ĐẦU Công nghệ WiMAX là giải pháp tương thích tổng hợp cung cấp đa dịch vụ cùng lúc cho nhiều người dùng ở khoảng cách xa đồng thời cho phép các nhà khai thác dịch vụ hội tụ kỹ thuật trên nền mạng IP. Do đó mặc dù hiện nay công nghệ 3G đang phát triển với tốc độ dữ liệu không ngừng tăng việc nghiên cứu WiMAX vẫn có tính thời sự, nó vẫn là đích nhắm cho phát triển công nghệ thế hệ sau (Long Term Evolution - LTE) và đặc biệt nó là giải pháp kinh tế khi triển khai internet cho những vùng xa, địa hình khó khăn ở đó số người dùng không đủ nhiều để đầu tư triển khai mạng cáp quang cho mạng đường trục 3G. WiMAX với sự hỗ trợ đảm bảo QoS hoàn toàn đáp ứng những dịch vụ chất lượng gồm có Internet tốc độ cao, thoại qua IP, video luồng/chơi game trực tuyến cùng với các ứng dụng cộng thêm cho doanh nghiệp như hội nghị video và giám sát video, mạng riêng ảo bảo mật (yêu cầu an ninh cao). Thách thức đối với mạng truy cập không dây băng thông rộng BWA (Broadband Wireless Access) này là điều phối thế nào để cung cấp hỗ trợ chất lượng dịch vụ đồng thời cho nhiều dịch vụ với những đặc trưng khác nhau với những đòi hỏi về QoS khác nhau Những người dùng truy cập ngẫu nhiên vào mạng với những yêu cầu dịch vụ khác nhau và đều mong muốn được đáp ứng, những nhà cung cấp muốn làm hài lòng khác hàng nhưng cũng muốn đạt doanh thu cao nhất qua cực đại thông lượng mạng.
Vì thế bài toán kiến trúc chƣơng trình hay lập lịch cho ngƣời dùng với những yêu cầu QoS khác nhau là một bài toán quan trọng, với mục tiêu đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho người dùng đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế cho các nhà khai thác mạng. Luận văn này tập trung tìm hiểu những cách thức, thuật toán để giải quyết bài toán lập lịch nêu ở trên mà trong chuẩn IEEE.16 còn có phần để ngỏ cho các nhà phát triển dịch vụ lựa chọn. Lập lịch ở đây thể hiện qua ba giai đoạn: giải quyết xung đột khi nhiều người dùng cùng truy cập mạng (kỹ thuật đa truy cập), quyết định chấp nhận cuộc gọi của người dùng hay không khi đã nhận yêu cầu cuộc gọi từ người dùng (điều khiển tiếp nhận), cấp phát tài nguyên cho người dùng khi đã chấp nhận cuộc gọi (cấp phát tài nguyên). 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ trong mạng WiMAX Chƣơng 1 – Giới thiệu chung về mô hình WiMAX và chiến lƣợc phân bổ tài nguyên 1.
Cấu trúc lớp vật lý của hệ thống WiMAX 1. Lớp vật lý (PHY) của Wimax được dựa trên những tiêu chuẩn IEEE 802.16e-2005 và được thiết kế với rất nhiều ảnh hưởng từ Wi-Fi, đặc biệt là chuẩn IEEE 802. Mặc dù nhiều khía cạnh của hai công nghệ là khác nhau, nhưng do sự khác nhau mang tính kế thừa trong mục đích và ứng dụng của chúng, một vài cấu trúc cơ bản của chúng rất giống nhau. Giống như Wi-Fi, Wimax được dựa trên nguyên lý đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDM), nó có công nghệ điều chế/truy nhập phù hợp cho điều kiện trong tầm nhìn không thẳng (none line of sight) với tốc độ dữ liệu cao.
Tuy nhiên, trong Wimax có những thông số khác nhau liên quan đến lớp vật lý, như số sóng mang con, dẫn đường, băng bảo vệ, và do đó nó khá khác so với Wi-Fi, từ khi hai công nghệ này được kỳ vọng để thực hiện trong những môi trường khác nhau. WirelessMAN OFDM, lớp vật lý dựa trên FFT với 256 điểm cho hoạt động điểm đa điểm trong hoạt động không theo tầm nhìn thẳng (NLOS) ở tần số giữa 2GHz và 11GHZ. Lớp vật lý này được thông qua trong chuẩn IEEE 802.16-2004, đã được chấp thuận bởi Wimax cho hoạt động cố định và nó thường gọi tắt là Wimax cố định. WirelessMAN OFDMA, lớp vật lý OFDMA dựa trên FFT với 2,048 điểm cho hoạt động trong điều kiện NLOS ở tần số giữa 2GHz và 11GHz.
Trong chuẩn IEEE 802.16e-2005, lớp vật lý đã được sửa đổi thành SOFDMA (scalable OFDMA), tại đó kích cỡ FFT có thể biến đổi và có thể lấy bất kỳ giá trị sau: 128, 512,1024 và 2048. Kích cỡ FFT có thể biến đổi này có thể cho phép triển khai những hoạt động tối thiểu của hệ thống trên những khoảng băng thông rộng và điều kiện vô tuyến khác nhau. Lớp vật lý này đã được chấp thuận bởi Wimax cho hoạt động di động và nó thường gọi tắt là Wimax di động. IFFT Quá trình điều chế đa sóng mang trực giao bằng cách biến đổi Fourier nhanh ngược.
Các symbol được điều chế vào các sóng mang khác nhau. WMAN-OFDM định nghĩa kích thước của FFT là 256 với 192 sóng mang dữ liệu, 8 sóng mang dẫn đường và 55 sóng mang bảo vệ (sóng mang trung tâm không được dùng). Còn WMAN-OFDMA thì kích cỡ FFT có thể biến đổi và có thể lấy bất kỳ giá trị sau: 128, 512,1024 và 2048. 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ trong mạng WiMAX Bảng 1.1 : Các thông số của phép biến đổi FFT (PUSC DL) 256 128 512 1024 2048 Số kênh con N/A 3 15 30 60 Số sóng mang con dữ liệu sử dụng 192 72 360 720 1440 Số sóng mang con dẫn đường 8 12 60 120 240 Số sóng mang con bảo vệ bên trái 28 22 46 92 184 Số sóng mang con bảo vệ bên phải 27 21 45 91 183 Các tín hiệu sau điều chế OFDM tạo thành các symbol OFDM cơ bản.
Chúng được biết đổi số/tương tự rồi qua bộ điều chế cao tần để đưa ra ăng ten. Cấu trúc symbol OFDM Trong một hệ thống OFDM, chuỗi symbol với tốc độ dữ liệu cao được tách thành nhiều chuỗi song song với tốc độ dữ liệu thấp hơn, mỗi chuỗi đó được sử dụng để điều chế các tín hiệu số trực giao hay các sóng mang con. Băng thông tín hiệu cơ bản được truyền dẫn là toàn bộ băng thông tín hiệu trong tất cả những sóng mang con. Điều chế ghép kênh tần số trực giao độc lập với lớp symbol dải tần hẹp là để cấu trúc toàn bộ tín hiệu OFDM trong miền tần số và sau đó sử dụng biến đổi Fourier ngược để biến đổi tín hiệu trong miền thời gian.
Phương pháp IFFT dễ dàng triển khai hơn, nó không yêu cầu nhiều bộ hiển thị để truyền và nhận tín hiệu OFDM. Trong miền tần số, mỗi symbol OFDM được tạo ra bởi việc ánh xạ các chuỗi symbol trên các sóng mang con. Wimax có 3 lớp sóng mang con [5] Sóng mang con dữ liệu: được sử dụng cho việc mang các symbol dữ liệu. Sóng mang con dẫn đường: được sử dụng cho việc mang các symbol dẫn đường (pilot).
Các symbol dẫn đường được biết đến như một sự ưu tiên và có thể được sử dụng cho đánh giá kênh và dò kênh. Sóng mang con rỗng: không có công suất được cấp đến chúng, bao gồm các sóng mang con một chiều DC và các sóng mang con bảo vệ (guard). Các sóng mang con DC không được điều chế, để đề phòng bất kỳ sự tác động dồn dập hay công suất vượt quá giới hạn ở bộ khuyếch đại. 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ trong mạng WiMAX Hình 1.1 miêu tả cấu trúc của symbol OFDM trên miền tần số chuẩn IEEE 802.16e-2005, bao gồm các sóng mang con dữ liệu, sóng mang con dẫn đường và sóng mang con rỗng.
Công suất trong các sóng mang con dẫn đường được tăng lên 2.5dB, cho phép dò kênh tin cậy thậm chí ở điều kiện SNR thấp. 1 Cấu trúc symbol trong miền tần số Cấu trúc theo miền thời gian của symbol có dạng sau: Hình 1. 2 Cấu trúc symbol trong miền thời gian Symbol có độ dài Ts, trong đó Tb là khoảng thời gian thực của symbol, còn Tg = Ts – Tb là giá trị thêm vào để chống hiện tượng đa đường. Phần này gọi là tiền tố vòng CP (Cyclic Prefix), nó có thể có các giá trị khác nhau tuỳ vào hệ thống.
Hệ thống OFDMA cung cấp them sự mềm dẻo trong việc cấp phát những tập hợp con sóng mang có sẵn cho mỗi người sử dụng trong những khoảng thời gian xác định.3, trục thời gian (trục hoành) được rời rạc thành các khe có độ dài Δ, trục tung biểu thị những kênh truyền con khác nhau được sử dụng trong hệ thống. Lưu ý rằng một kênh truyền con là một thực thể lôgic, nó bao gồm một nhóm các sóng mang con. 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Kiến trúc chương trình đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ trong mạng WiMAX Tình trạng kênh truyền được cảm nhận tại mỗi trạm và được “lưu giữ” trong một ma trận điều kiện kênh truyền kích thước n x m (m sóng mang con và n người dùng). Phần tử ij của ma trận này là số đo tốc độ có thể của người dùng i trên sóng mang con j có đơn vị là bits/ giây.
Biểu diễn này rất hữu ích về mặt trực giác bởi vì sự cấp phát kênh truyền cho mỗi người sử dụng chính là cấp phát khoảng thời gian trên kênh. 3 Biểu diễn của nguồn thời gian và nguồn tần số 1. Lớp MAC trong WiMAX 1. Cấu trúc slot và khung Slot (khe) là đơn vị nhỏ nhất của tài nguyên lớp PHY, nó có thể được cấp phát cho từng người sử dụng ở trong miền thời gian/tần số.
Ở trong miền thời gian/tần số, một tập hợp các slot liền nhau có thể được cấp phát cho từng thuê bao từ vùng dữ liệu của thuê bao đó. Kích cỡ của slot tuỳ thuộc vào kiểu sắp xếp các sóng mang con. FUSC: Mỗi slot = 48 sóng mang con * 1 OFDM symbol Downlink PUSC: Mỗi slot = 24 sóng mang con * 2 OFDM symbol Uplink PUSC và TUSC: Mỗi slot = 16 sóng mang con * 3 OFDM symbol Band AMC: Mỗi slot = 8, 16 hoặc 24 sóng mang con * 6, 3 hoặc 2 OFDM symbol Trong chuẩn IEEE 802.16e-2005, cả hai cơ chế ghép kênh phân chia theo tần số (FDD) và ghép kênh phân chia theo thời gian (TDD) đều cho phép. Trong trường hợp FDD, các khung con đường lên và đường xuống được truyền đồng thời trên các tần số sóng mang khác nhau; trong trường hợp TDD, các khung con đường lên và đường xuống được truyền trên tần số sóng mang giống nhau ở thời gian khác nhau.4 chỉ ra cấu trúc khung cho TDD.