MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, chúng ta đã chứng kiến sự bùng nổ của công nghệ mạng không dây. Khả năng liên lạc không dây đã gần nhƣ tất yếu trong các thiết bị cầm tay (PDA), máy tính xách tay, điện thoại di động và các thiết bị kỹ thuật số khác. Với các tính năng ƣu việt về vùng phục vụ kết nối linh động, khả năng triển khai nhanh chóng, giá thành ngày càng giảm. Xu hƣớng kết nối không dây (vô tuyến) ngày càng trở nên phổ cập trong kết nối mạng máy tính.
Với chiều hƣớng giá thành của máy tính xách tay ngày càng giảm và nhu cầu truy nhập Internet ngày càng tăng, tại các nƣớc phát triển các dịch vụ truy nhập Internet không dây đã trở nên phổ cập, bạn có thể ngồi ở bất cứ nơi đâu và truy nhập Internet từ máy tính xách tay của mình một cách dễ dàng thông qua kết nối không dây và công nghệ dịch chuyển địa chỉ IP. Các công nghệ hiện tại đã đem đến cho ngƣời sử dụng những khả năng kết nối không dây thật hoàn hảo. Ví nhƣ Bluetooth kết nối không dây, Wi-Fi truy xuất Internet không dây, điện thoại di động. Nhƣng bên cạnh ƣu điểm, công nghệ kết nối không dây hiện nay còn hạn chế và chƣa thật sự liên thông với nhau.
Vấn đề chính với truy nhập WiFi đó là các hotspot thì rất nhỏ, vì vậy phủ sóng rải rác. Cần có một hệ thống không dây mà cung cấp tốc độ băng rộng cao khả năng phủ sóng lớn hơn. Đó chính là WiMAX (Worldwide Interoperability Microwave Access). Nó cũng đƣợc biết đến nhƣ là IEEE 802.
WiMAX là một công nghệ dựa trên nền tảng một chuẩn tiến hóa cho mạng không dây điểm- đa điểm. Là giải pháp cho mạng đô thị không dây băng rộng với phạm vi phủ sóng tới 50km và tốc độ bit có thể lên tới 75Mbps với kênh 20MHz, bán kính cell từ 2-9km. Chuẩn đƣợc thiết kế mới hoàn toàn với mục tiêu cung cấp những trục kết nối trực tiếp trong mạng nội thị (Metropolitan Area Network-MAN) đạt băng thông tƣơng đƣơng xDSL, trục T1/E1 phổ biến hiện nay. Công nghệ WiMax đang là xu hƣớng mới cho các tiêu chuẩn giao diện vô tuyến trong việc truy nhập không dây băng thông rộng cho cả thiết bị cố định, xách tay và di động.
Chất lƣợng dịch vụ đƣợc thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast cũng nhƣ di động, sử dụng cả phổ tần cấp phép và không đƣợc cấp phép. WiMax thực sự đang đƣợc các nhà cung cấp dịch vụ cũng nhƣ các nhà sản xuất quan tâm. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2 Nhận thấy Wimax là công nghệ mới có nhiều ứng dụng ở các nƣớc trên thế giới cũng nhƣ tại Việt nam trong tƣơng lai, vì vậy em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạng truy nhập không dây Wimax và khả năng ứng dụng tại Việt Nam”. Nội dung của luận văn đƣợc chia thành 5 chƣơng nhƣ sau : Chƣơng 1: Tổng quan về mạng không dây.
Chƣơng 2: Lớp PHY và MAC của chuẩn 802. Chƣơng 3: Nghiên cứu các vấn đề kỹ thuật mạng truy nhập băng rộng không dây WiMax. Chƣơng 4: Xây dựng chƣơng trình Matlab để mô phỏng BER trong hệ thống WiMax. Chƣơng 5: Khả năng ứng dụng WiMax tại Việt Nam.
Nội dung nghiên cứu luận văn này đƣợc xây dựng trên cơ sở những kiến thức đã đƣợc tiếp thu trong quá trình học tập, nghiên cứu tại khoa Điện tử Viễn thông - Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội cũng nhƣ thời gian công tác tại Tổng Công ty truyền thông đa phƣơng tiện (VTC). Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu có giới hạn, do vậy luận văn chỉ tập trung nghiên cứu, đi sâu về một số vấn đề kỹ thuật mạng truy nhập băng rộng không dây cố định (FBWA), đặc biệt là suy hao đƣờng truyền vô tuyến của WiMax. Hơn nữa, do khả năng hạn chế của bản thân, bài luận văn này không tránh khỏi có những sai sót, tác giả mong đƣợc sự góp ý chỉ bảo của các Thầy Cô và bạn bè đồng nghiệp. Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.
Ngô Thái Trị - TT tin học và đo lƣờng, Đài THVN đã giúp đỡ tận tình và có nhiều góp ý, cùng nhiều tài liệu bổ ích để bản luận văn này đƣợc hoàn thành. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo Khoa Điện tử viễn thông thuộc Đại học Công Nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội đã tạo điều kiện học tập và nghiên cứu cho tác giả trong khóa học vừa qua. Xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp, các bạn học cùng lớp đã có những lời động viên quí báu trong suốt thời gian thực hiện bài luận văn này. Hà Nội, ngày.
năm 2007 Học viên Lê Anh Dũng TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC CHUẨN KHÔNG DÂY [2] Sự bùng nổ về nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao và nhu cầu đa dạng hoá các loại hình dịch vụ cung cấp nhƣ: truy nhập Internet, thƣ điện tử, thƣơng mại điện tử, truyền file,. là sự thúc đẩy cho sự xuất hiện của hàng loạt các chuẩn không dây. Hiện nay, căn cứ vào phạm vi sử dụng, tốc độ kết nối, chúng ta có những chuẩn không dây tƣơng ứng với các mô hình mạng truyền thống.1: Tổng quan về các chuẩn không dây - Mạng WPAN (Wireless Personal Area Network): Đƣợc ứng dụng trong phạm vi gia đình, hoặc trong không gian xung quanh cá nhân nào đó, tốc độ truyền dẫn trong nhà có thể đạt 480 Mb/s trong phạm vi 10m.
Trong mô hình mạng WPAN, có sự xuất hiện của các công nghệ Bluetooth dựa trên chuẩn IEEE 802.15 này đang đƣợc phát triển thành 802.3 đƣợc biết đến với tên công nghệ Ultrawideband - siêu băng thông. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4 - Mạng WLAN (Wireless Local Area Network): Sử dụng chuẩn IEEE 802.11 bao gồm các chuẩn 802.11n… WLAN là một phần của giải pháp vǎn phòng di động, cho phép ngƣời sử dụng kết nối mạng LAN từ các khu vực công cộng nhƣ văn phòng, khách sạn hay các sân bay. Tại Việt Nam WLAN đã đƣợc triển khai ứng dụng ở nhiều nơi. Công nghệ này cho phép ngƣời sử dụng có thể sử dụng, truy xuất thông tin, truy cấp Internet với tốc độ lớn hơn rất nhiều so với phƣơng thức truy nhập gián tiếp truyền thống.
- Mạng WMAN (Wireless Metropolitan Area Network): Sử dụng chuẩn IEEE 802.16, đƣợc hoàn thành vào tháng 10/2001 và đƣợc công bố vào ngày 8/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN cho các mạng vùng đô thị. Việc đƣa ra chuẩn này mở ra một công nghệ mới truy nhập không dây băng rộng WiMAX cho phép mạng không dây mở rộng phạm vi hoạt động tới gần 50 km và có thể truyền dữ liệu, giọng nói và hình ảnh video với tốc độ nhanh hơn so với đƣờng truyền cáp hoặc ADSL. - Mạng WWAN (Wireless Wide Area Network): Hệ thống WWAN đƣợc triển khai bởi một công ty hay tổ chức trên phạm vi rộng, khai thác băng tần đã đăng ký trƣớc với cơ quan chức năng và sử dụng chuẩn mở nhƣ AMPS, GSM, TDMA và CDMA. Khoảng cách hàng trăm km, tốc độ từ 5 kb/s đến 20 kb/s.
Trong tƣơng lai, các kết nối WirelessWAN sẽ dùng chuẩn 802.20 để thực hiện các kết nối diện rộng. KIẾN TRÚC CHUNG CỦA CÁC CHUẨN IEEE 802.11 và 16 đặc tả lớp vật lý - PHY (Physical) và lớp điều khiển truy nhập môi trƣờng - MAC (Medium Access Control) cho truy nhập băng rộng không dây cố định - FBWA (Fixed Broadband Wireless Access) cho phạm vi mạng khu vực đô thị - MAN (Metropolitan Area Network).2 minh hoạ vị trí của các chuẩn IEEE 802.11 và 16 trong hệ thống các chuẩn IEEE 802. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.16 trong hệ thống các chuẩn của IEEE 802. CÔNG NGHỆ WIFI [2,7] 1.
Giới thiệu Subscriber RADIUS AAA Gateway Server Billing System INTERNET SHDSL SHDSL Hotspot Hotspot CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT CISCO AIRONET 350 SERIES CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT WIRELESS ACCESS POINT AP AP AP CISCO AIRONET 350 SERIES AP CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT WIRELESS ACCESS POINT AP AP Hình 1.3: Cấu hình một mạng WLAN điển hình WLAN là một hệ thống truyền thông dữ liệu mở để truy nhập vô tuyến đến mạng Internet và các mạng Intranet. Nó cũng cho phép kết nối LAN tới LAN trong một toà nhà hoặc một khu tập thể, hoặc một khu trƣờng đại học. Một hệ thống WLAN có thể đƣợc tích hợp với mạng vô tuyến diện rộng. Tốc độ đạt đƣợc trong WLAN cần phải đƣợc hỗ trợ truyền dẫn thích hợp từ mạng đƣờng trục.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 6 Về mặt vật lý, WLAN có hai thành phần cơ bản là: - Trạm gốc không dây (WBS) hay còn gọi là AP (Access Point) - Khối giao tiếp ngƣời sử dụng đầu cuối hay còn gọi là CPE. AP là thiết bị đặt ở phía nhà cung cấp dịch vụ, nó phải đƣợc đấu nối với mạng của nhà cung cấp đó để truy cập vào mạng Internet. Thông thƣờng AP đƣợc đấu với Router, Hub hoặc Switch để đƣợc cấp một địa chỉ IP riêng. Sau đó kết nối tới mạng của nhà cung cấp dịch vụ thông qua các hệ thống truyền dẫn thông dụng nhƣ cáp quang, cáp đồng hoặc viba.
AP có khả năng chuyển đổi tín hiệu số đến từ mạng của nhà cung cấp dịch vụ thành dạng tín hiệu số tƣơng thích với các chuẩn truyền dẫn vô tuyến. AP bao gồm một bộ thu phát (Transceiver) và một bộ điều khiển (Controller) thực hiện các chức năng chủ yếu nhƣ: Cung cấp giao diện cho kết nối với mạng của nhà khai thác, giao diện vô tuyến hƣớng phía khách hàng. Đảm bảo chức năng an toàn thông tin trên giao tiếp vô tuyến, chứng thực giao diện kết nối với khách hàng. Quản trị tài nguyên vô tuyến.
Đăng ký khối giao diện ngƣời sử dụng. Định tuyến, tính cƣớc. Duy trì và chuyển đổi giao thức, mã hoá và giải mã, nén và giải nén. CPE là thiết bị đặt ở phía khách hàng, nó có một địa chỉ ngoài nhƣ là một node trên mạng và nhiều địa chỉ trong để cung cấp cho mạng LAN của khách hàng.
CPE tiếp nhận luồng tín hiệu số từ các AP và chuyển đổi chúng thành dạng tín hiệu tƣơng thích với các thiết bị đầu cuối của khách hàng (tƣơng tự hoặc số). CPE cũng bao gồm một bộ thu phát và các thiết bị phụ trợ thực hiện một số chức năng nhƣ: Cung cấp giao diện vô tuyến hƣớng tới trạm gốc của nhà cung cấp dịch vụ.