Mạng không dây băng thông rộng Wimax Các vấn đề về công nghệ và triển khai ứng dụng

-5-

Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin và Truyền thông niên khoá 2004 - 2006

4.1.1 Phân vùng dân c 96

4.1.2 Các dịch vụ cung cấp 98

4.1.3 Tốc độ tiếp nhận thị trờng 99

4.1.4 Lựa chọn dải tần số 99

4.1.5 Các khoản chi phí đầu t 100

4.1.6 Thiết bị đầu cuối 102

4.1.7 Các khoản chi phí vận hành 102

4.1.8 Một số kết luận khi triển khai kinh doanh dịch vụ WiMAX 102

4.2 Tình hình triển khai công nghệ WiMAX ở một số nớc trên thế giới 104

4.3 Triển khai công nghệ WiMAX ở Việt Nam 105

4.4 Phơng án thử nghiệm công nghệ WiMAX của VNPT tại Lào Cai 108

4.4.1 Giới thiệu về dự án ABC/LMI WiMAX TRIAL 108

4.4.1.1 Mục đích 108

4.4.1.2 Vai trò các bên tham gia 109

4.4.1.3 Địa điểm, đối tác địa phơng đợc lựa chọn 110

4.4.1.4 Qui mô và thời gian thực hiện 111

4.4.2 Những ứng dụng cơ bản của dự án 111

4.4.3 Phơng án kỹ thuật 112

4.4.3.1 Phơng án lựa chọn tần số và thiết bị WiMAX 112

4.4.3.2 Sơ đồ kết nối tổng thể 114

4.4.3.3 Phơng án triển khai tại trạm gốc (Base Station) 115

4.4.3.4 Phơng án triển khai tại ngời dùng đầu cuối (End user) 117

4.4.3.5 Phơng án triển khai ứng dụng VoIP 118

4.4.3.6 Phơng án triển khai ứng dụng Community Portal 120

4.4.4 Triển khai công việc 120

4.4.4.1 Công việc khảo sát và thiết kế dự án: 120

4.4.4.2 Đầu t trang thiết bị cho ứng dụng VoIP 121

4.4.4.3 Đầu t trang thiết bị cho ứng dụng Community Portal 121

4.4.4.4 Công việc vận hành ứng dụng trong thời gian thử nghiệm 122

4.4.4.5 Công việc triển khai ứng dụng trong thời gian thử nghiệm 122

4.4.5 Hệ thống truyền dẫn : 123

4.4.5.1 Đầu t trang thiết bị cho hệ thống WiMAX 123

4.4.5.2 Đầu t trang thiết bị để kết nối tới IP backbone 124

4.4.5.3 Công việc vận hành hệ thống trong thời gian thử nghiệm 124

4.4.5.5 Công việc triển khai hệ thống trong thời gian thử nghiệm 125

4.4.6 Chính sách đối với ngời dùng đầu cuối (End user) 125

4.4.7 Kế hoạch thực hiện 126

4.5 Đánh giá, nhận xét về công nghệ WiMAX 126

4.5.1 Đánh giá về mặt kỹ thuật, công nghệ 126

4.5.2 Đánh giá về hiệu quả kinh doanh tại Việt Nam 128

4.6 Kết luận 130

Kết luận 132

Tài liệu tham khảo 134




-6-

Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin và Truyền thông niên khoá 2004 - 2006

Các thuật ngữ viết tắt

AES Advanced Encryption Standard
AP Access Point
ARG Amphibious Readiness Group
ARQ Automatic Retransmission Request
ATM Asynchronous Transfer Mode
BS Base Station
CBR Constant Bit Rate
CID Connection Identifier
CPS Common Part Sublayer
CS Convergence Sublayer
DAMA Demand Assigned Multiple Access
DCD Downlink Channel Descriptor
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol
DL-MAP Downlink Map
FDD Frequency Division Duplexing
FEC Forward Error Correction
GFR Guaranteed Frame Rate
GPC Grant Per Connection
GPSS Grant Per Subscriber Station
IE Information Element
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
IP Internet Protocol
LAN Local Area Network
LOS Line of Sight
MAC Medium Access Control
NLOS Non-Line of Sight
OFDM Orthogonal frequency-division multiplexing
OFDMA Orthogonal frequency-division multiplexing access
OSI Open Systems Interconnect
PDU Protocol Data Units
PHY Physical Layer
PKM Privacy Key Management
PMP Point-to-Multipoint
PTP Point-to-Point
QAM Quadrature Amplitude Modulation
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
QoS Quality of Service
REG-REQ Registration Request


-7-

Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin và Truyền thông niên khoá 2004 - 2006

REG-RSP Registration Response
RF Radio Frequency
RLC Radio Link Controller
RNG-REQ Ranging Request
RNG-RSP Ranging Response
SA Security Association
SDU Service Data Unit
SOHO Small Office / Home Office
SS Subscriber Station
TC Transmission Convergence
TDMA Time Division Multiple Access
TDD Time Division Duplexing
TDM Time Division Multiplexing
UCD Uplink Channel Descriptor
UDP User Datagram Protocol
UIUC Uplink Interval Usage Code
UL-MAP Uplink Map
VLAN Virtual Local Area Network
WAN Wide Area Network
WEP Wireless Equivalent Privacy
WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access
WLAN Wireless Local Area Network




-8-

Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin và Truyền thông niên khoá 2004 - 2006

Danh mục hình
Hình 1.1: Vị trí tiêu chuẩn IEEE 802.11 trong mô hình mạng OSI 15

Hình 1.2: Cấu hình mạng Wi-Fi 16

Hình 1.3: Nguyên lý trải phổ 19

Hình 1.4: Nguyên lý trải phổ dãy trực tiếp có thành phần của nhiễu băng hẹp
20

Hình 1.5: Phổ của tín hiệu OFDM 24

Hình 1.6: Mô hình kết nối của mạng Wi-Fi 25

Hình 2.1: Mô hình hoạt động của WiMAX 35

Hình 2.2: Mô hình ứng dụng mạng WiMAX cố định 37

Hình 2.3: Các bớc thực hiện OFDMA trên máy phát 44

Hình 2.4: ứng dụng cung cấp dịnh vụ không dây 47

Hình 2.5: ứng dụng mạng Ngân hàng. 48

Hình 2.6: ứng dụng mạng Giáo dục. 49

Hình 2.7: ứng dụng cho An toàn công cộng 50

Hình 2.8: ứng dụng cho liên lạc ngoài khơi. 51

Hình 2.9: ứng dụng cho xây dựng liên lạc tạm thời. 53

Hình 2.10: ứng dụng cho kết nối nông thôn. 55

Hình 3.1: Phân lớp giao thức trong tiêu chuẩn 802.16 62

Hình 3.2: Cấu trúc khung phụ đờng xuống TDD 67

Hình 3.3: Cấu trúc khung phụ đờng xuống 70

Hình 3.4 : Cấu trúc khung phụ đờng lên 70

Hình 3.5: Sự định dạng TC PDU 72

Hình 3.6: PDU và SDU trong ngăn xếp giao thức 74

Hình 3.7: Quá trình xây dựng cấu trúc của MAC PDU 75

Hình 3.8: Trình bày phân loại và trình tự ánh xạ giữa trạm BS và SS 78

Hình 3.9: Tổng quan quá trình khởi tạo trạm thuê bao 80

Hình 3.10: Kiểm soát vòng đơn hớng 87

Hình 3.11: Lợc đồ đờng lên với phần tử thông tin quảng bá và đa hớng 88

Hình 3.12: Trình bày quá trình sử dụng bit thăm dò 89

Hình 3.13: Trình bày sự định dạng đối với một MAC PDU mã hoá. 94

Hình 4.1: Môhình triển khai WiMAX 104

Hình 4.2: Sơ đồ kết nối tổng thể 115

Hình 4.3: Sơ đồ kết nối tại trạm gốc (Base Station) 116

Hình 4.4: Sơ đồ kết nối tại ngời dùng đầu cuối (End-user) 118

Hình 4.5: Sơ đồ kết nối cho ứng dụng VoIP 119

Hình 4.6: Sơ đồ kết nối cho ứng dụng Web Server 120




-9-

Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin và Truyền thông niên khoá 2004 - 2006

Danh mục bảng
Bảng 3.1: Định dạng thông điệp DL- MAP 68

Bảng 3.2: Định dạng thông điệp UL-MAP 69

Bảng 3.3: Cung cấp một thí dụ về chính sách truyền tải theo yêu cầu 93

Bảng 4.1: Đặc điểm của từng vùng 98




-10-

Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin và Truyền thông niên khoá 2004 - 2006

Phần mở đầu
Mạng không dây là một trong những bớc tiến lớn nhất của ngành máy
tính. Dấu mốc quan trọng cho mạng không dây diễn ra khi tiến trình đi đến
một chuẩn chung đợc khởi động. Trớc đó, các nhà cung cấp thiết bị không
dây dùng cho mạng LAN đều phát triển những sản phẩm độc quyền, thiết bị
của hãng này không thể liên lạc đợc với của hãng khác. Nhờ sự thành công
của mạng hữu tuyến Ethernet, một số công ty bắt đầu nhận ra rằng việc xác
lập một chuẩn không dây chung là rất quan trọng. Vì ngời tiêu dùng khi đó
sẽ dễ dàng chấp nhận công nghệ mới nếu họ không còn bị bó hẹp trong sản
phẩm và dịch vụ của một hãng cụ thể. Chuẩn không dây mới chính thức đợc
ban hành năm 1997. Sau đó có 2 phiên bản chuẩn, 802.11b (Hoạt động trên
băng tần 2,4 GHz) và 802.11a (Hoạt động trên băng tần 5,8 GHz), lần lợt
đợc phê duyệt. Vào tháng 8/1999, Liên minh tơng thích Ethernet không dây
WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) đợc thành lập sau này đổi
tên thành liên minh Wi-Fi. Mục tiêu hoạt động của tổ chức WECA là xác
nhận sản phẩm của những nhà cung cấp phải tơng thích thực sự với nhau.
Nh vậy là công nghệ kết nối cục bộ không dây đã đợc chuẩn hóa, có tên
thống nhất Wi-Fi. Những ngời a thích Wi-Fi tin rằng công nghệ này sẽ gạt
ra lề hết những kỹ thuật kết nối không dây khác. Tuy nhiên, vài năm gần đây,
thế hệ mạng đầu tiên dựa trên công nghệ mới WiMAX, hay gọi theo tên kỹ
thuật là 802.16, đã ra đời và trở nên phổ dụng. WiMAX chính là phiên bản
phủ sóng diện rộng của Wi-Fi với thông lợng tối đa có thể lên đến 70
Mb/giây và tầm xa lên tới 50 km, so với 50 m của Wi-Fi hiện nay. Ngoài ra,
trong khi Wi-Fi chỉ cho phép truy cập ở những nơi cố định có thiết bị hotspot
(Giống nh các hộp điện thoại công cộng) thì WiMAX có thể bao trùm cả một
thành phố hoặc nhiều tỉnh thành giống nh mạng điện thoại di động. Một
tơng lai rất hứa hẹn đang đón chờ WiMAX.


-11-

Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin và Truyền thông niên khoá 2004 - 2006

Đứng trớc xu thế phát triển đó, học viên đã lựa chọn đề tài nghiên cứu
về mạng không dây băng thông rộng WiMAX, nhằm chuẩn bị những kiến
thức cần thiết, làm chủ công nghệ để có thể sẵn sàng đáp ứng yêu cầu mới.
Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu về mạng không dây đặc biệt là mạng không dây băng
thông rộng WiMAX để tìm hiểu một công nghệ mạng mới chuẩn bị
triển khai đa vào khai thác tại Việt nam.
Đối tợng và phạm vi của đề tài:
Nghiên cứu khái quát về mạng cục bộ không dây mà tiêu biểu là
mạng Wi-Fi .
Nghiên cứu về mạng không dây băng thông rộng WiMAX.
Nghiên cứu về tình hình triển khai ứng dụng công nghệ WiMAX trên
thế giới và tại Việt Nam. Một ví dụ cụ thể về triển khai thử nghiệm
dự án của VNPT tại tỉnh Lào Cai. Đánh giá, nhận xét về mặt công
nghệ, kỹ thuật cũng nh hiệu quả kinh doanh của công nghệ
WiMAX.
Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm 4 chơng.
Chơng 1: Khái quát về mạng cục bộ không dây
Trình bày khái quát về mạng cục bộ không dây mà tiêu biểu là mạng
Wi-Fi, các vấn đề liên quan đến kiến trúc mạng, các dịch vụ của
mạng cục bộ không dây.
Chơng 2: Giới thiệu mạng không dây băng thông rộng WiMAX


-12-

Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin và Truyền thông niên khoá 2004 - 2006

Chơng này giới thiệu về mạng WiMAX, kiến trúc, mô hình hoạt
động, băng tần sử dụng cũng nh dịch vụ của WiMAX. Chơng
này cũng trình bày về sự phát triển của tiêu chuẩn 802.16, đồng thời
so sánh mạng WiMAX với mạng Wi-Fi.
Chơng 3: Chuẩn IEEE 802.16
Trình bày chi tiết về chuẩn 802.16 sử dụng cho mạng WiMAX cố
định. Cụ thể về lớp vật lý, phân lớp MAC, các vấn đề về bảo mật,
QoS trong chuẩn 802.16.
Chơng 4: Triển khai ứng dụng công nghệ WiMAX
Trình bày về tình hình triển khai ứng dụng mạng WiMAX trên thế
giới và tại Việt Nam. Dự án thử nghiệm triển khai ứng dụng công
nghệ WiMAX tại tỉnh Lao Cai của Tổng công ty BCVT (VNPT).
Đánh giá, nhận xét về mặt công nghệ, kỹ thuật cũng nh hiệu quả
kinh doanh của công nghệ WiMAX.
Kết luận: Trình bày kết luận và một số vấn đề quan tâm nghiên cứu tiếp.


-13-

Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin và Truyền thông niên khoá 2004 - 2006

Chơng I: Khái quát về mạng cục bộ không dây
Ngày nay, rất dễ nhận thấy số xu hớng phát triển của thị trờng viễn
thông. Thứ nhất, số lợng các thiết bị mà một ngời dùng có khả năng kết nối
với mạng viễn thông tăng lên nhanh chóng. Từ máy tính để bàn đến máy xách
tay, thiết bị cầm tay (PDA) và điện thoại di động đều đợc thiết kế đủ nhỏ để
có thể mang theo bên ngời và đều có thể kết nối với nhau cũng nh kết nối
với mạng Internet. Thứ hai, xu hớng thu nhỏ khoảng cách giữa lĩnh vực
thông tin thoại (Tele communication) và thông tin dữ liệu (Data
communication). Cả hai đang hội tụ làm một. Một cuộc thoại có thể truyền
qua mạng số liệu và ngợc lại. Cả hai đều đang phát triển mạnh mẽ về mặt kỹ
thuật. Trong lĩnh vực truyền thông truyền thống, các hệ thống thông tin di
động đang phát triển lên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3. Trong lĩnh
vực truyền số liệu, truy nhập không dây đợc xem là động lực cho sự phát
triển của các tiêu chuẩn chung cho mạng cục bộ không dây WLAN, mà tiêu
biểu là họ tiêu chuẩn 802.11x của IEEE (Còn đợc gọi là Wi-Fi). Tất cả
những xu hớng này đang làm phong phú cho môi trờng đa truy nhập và làm
thay đổi thị trờng viễn thông thế giới.
1.1 Mở đầu
Mạng máy tính cục bộ không dây (WLAN) đợc xem nh là một mạng
máy tính cục bộ (LAN) sử dụng phơng thức truyền dẫn vô tuyến để truyền và
nhận số liệu. Các mạng máy tính cục bộ không dây thời kỳ đầu sử dụng băng
tần 2.4 GHz ở băng tần đợc dành cho các ứng dụng trong công nghiệp, khoa
học và y tế ISM (Industrial, Scientific, and Medical) nơi mà các thiết bị khác
nh máy điện thoại kéo dài, lò vi sóng, thiết bị điều khiển gia đình v.v cùng
hoạt động.
Cho đến năm 1997, khi IEEE (Institute of Electical and Electronics
Engineer) ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật 802.11 cho các thiết bị WLAN hoạt
động ở phổ tần 2.4 GHz, một chuẩn công nghiệp cho các thiết bị WLAN đợc


-14-

Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin và Truyền thông niên khoá 2004 - 2006

hình thành. Ban đầu, các mạng WLAN có tốc độ truyền số liệu 1 hoặc 2 Mbps
đã đáp ứng đợc các yêu cầu cơ bản của các ứng dụng hiện thời, tuy nhiên, tỏ
ra chậm hơn nhiều với các ứng dụng sử dụng mạng nội bộ LAN có tốc độ 10
hoặc 100 Mbps. Hai năm sau, tiêu chuẩn 802.11b đạt tốc độ truy nhập WLAN
lên 11 Mbps và đa WLAN lên ngang hàng cùng mạng LAN tiêu chuẩn.
Trong cùng năm 1999, nhiều công ty trong ngành công nghiệp máy tính nhận
ra rằng kỹ thuật WLAN đã trởng thành và có tốc độ truyền số liệu đáp ứng
đợc các ứng dụng đòi hỏi tốc độ truy nhập lớn đã thành lập liên minh WECA
- Wireless Ethernet Compatibility Alliance (Sau này đổi tên thành liên minh
Wi-Fi) để hỗ trợ cho sự phát triển của các sản phẩm dựa trên dòng tiêu chuẩn
802.11b. Hiệp hội này đã xây dựng biểu tợng Wi-Fi (Wi-Fi logo) để xác
nhận các sản phẩm có thể cùng hoạt động trong môi trờng WLAN. Chứng
nhận Wi-Fi đã đảm bảo cho sự phát triển nhanh chóng của các sản phẩm trên
tiêu chuẩn 802.11b và mở ra thời kỳ bùng nổ thị trờng của sản phẩm 802.11b
trong cả thị trờng gia đình và thơng mại.
Tuy nhiên, cùng với sự phát triển nhanh chóng của các điểm nóng trên toàn
thế giới, Wi-Fi cũng đang đứng trớc các thách thức mà xem ra không dễ vợt
qua nh: Hoàn thiện về mặt tiêu chuẩn kỹ thuật, khả năng tính cớc, chuyển
vùng, bảo mật v.v.
1.2 Kiến trúc mạng
Năm 1997 tổ chức IEEE bắt đầu phát triển chuẩn 802.11 đầu tiên cho
mạng LAN không dây (WLAN Wireless Local Area Network). Chuẩn này
định nghĩa cho lớp MAC (Media Acess Control- Điều khiển truy cập môi
trờng) và tầng PHY (Physical - Vật lý) trong việc kết nối không dây.

Xem chi tiết: Mạng không dây băng thông rộng Wimax Các vấn đề về công nghệ và triển khai ứng dụng