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

[TABLE="width: 0"]
[TR]
[TD]Nhà xuất bản:
[/TD]
[TD]Đại học Bách Khoa Hà Nội
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Series/Report no.:
[/TD]
[TD]H.
2006
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Tóm tắt:
[/TD]
[TD]Chương 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.ư
Chương 2: Giới thiệu mạng không dây băng thông rộng Wimax .ư
Chương 3: Chuẩn IEEE 802.16 .ư
Chương 4: Triển khai ứng dụng công nghệ Wimax
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
?Mục lục
Mục lục . 2
Các thuật ngữ viết tắt 6
Danh mục hình 8
Danh mục bảng 9
Phần mở đầu . 10
Chương I: Khái quát về mạng cục bộ không dây 13
1.1 Mở đầu 13
1.2 Kiến trúc mạng 14
1.2.1 Mô hình tổ chức và nguyên lý hoạt động: 15
1.2.2 Một số tiêu chuẩn kỹ thuật tiểu biểu cho WLAN . 16
1.2.2.1 IEEE 802.11 16
1.2.2.2 IEEE 802.11b 16
1.2.2.3 IEEE 802.11a 17
1.2.2.4 IEEE 802.11g 17
1.2.3 Các kỹ thuật điều chế . 17
1.2.3.1 Kỹ thuật điều chế trải phổ (Spread Spetrum Technique) . 19
1.2.3.2 Kỹ thuật điều chế phân chia theo tần số trực giao OFDM . 23
1.2.4 Kết nối 24
1.2.5 Nhận thực 25
1.2.6 Quản lý chất lượng dịch vụ 26
1.2.7 Bảo mật 26
1.3 Các dịch vụ mạng 27
1.3.1 Nhóm sử dụng cho mạng dùng riêng 27
1.3.1.1 Thiết lập mạng cục bộ 27
1.3.1.2 Sử dụng cho cá nhân 27
1.3.2 Nhóm sử dụng cho phục vụ ở các điểm công cộng (Điểm nóng) 27
1.3.2.1 Dịch vụ truy nhập Internet 28
1.3.2.2 ứng dụng đa phương tiện 28
1.3.2.3 Dịch vụ thông tin . 28
1.3.3 Nhóm sử dụng cho phủ sóng thị trấn và thành phố nhỏ 28
1.4 Kết luận : 29
Chương II: Giới thiệu mạng không dây băng thông rộng WiMAX 30
2.1 Mở đầu 30
2.2. Kiến trúc mạng không dây băng thông rộng WiMAX 31
2.2.1 Mục tiêu của công nghệ WiMAX 32
2.2.2 Cơ chế hoạt động của WiMAX 34
2.2.3 Mô hình ứng dụng WiMAX 37
2.2.3.1 Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX) 37
2.2.3.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động . 38
2.2.4 Các chuẩn của WiMAX . 38
2.2.4.1 Tiêu chuẩn 802.16ư 2004 . 38
2.2.4.2 Tiêu chuẩn 802.16e 39
2.2.5 Băng tần dành cho WiMAX 39
2.2.5.1 Băng tần không cấp phép 40
2.2.5.2 Băng tần được cấp phép 40
2.2.6 Phương thức điều chế: 43
2.2.6.1 Phương thức OFDM 43
2.2.6.2 Phương thức OFDMA 44
2.2.7 Quản lý chất lượng dịch vụ 45
2.2.8 Bảo mật 45
2.3 Các dịch vụ và ứng dụng của mạng WiMAX 45
2.3.1 Mạng riêng 46
2.3.1.1 Các nhà cung cấp dịch vụ không dây Backhaul 46
2.3.1.2 Các mạng Ngân hàng 47
2.3.1.3 Mạng Giáo dục . 48
2.3.1.4 An toàn công cộng . 49
2.3.1.5 Liên lạc ở ngoài khơi . 50
2.3.1.6 Ghép nối các trường đại học, cao đẳng 52
2.3.1.7 Xây dựng sự liên lạc tạm thời 52
2.3.1.8 Các công viên giải trí 53
2.3.2 Mạng công cộng 53
2.3.2.1 Mạng truy nhập nhà cung cấp dịch vụ không dây . 54
2.3.2.2 Kết nối nông thôn 55
2.4 So sánh giữa công nghệ WiMAX và Wi-Fi 55
2.5 Kết luận 57
Chương III. Tiêu chuẩn IEEE 802.16 58
3.1 Mở đầu 58
3.2. Sự phát triển của tiêu chuẩn 802.16 59
3.2.1 Tiêu chuẩn 802.16ư2001 59
3.2.2 Tiêu chuẩn 802.16cư2002 . 60
3.2.3 Tiêu chuẩn 802.16aư2003 60
3.2.4 Tiêu chuẩn 802.16ư 2004 . 61
3.2.5 Tiêu chuẩn 802.16e và phạm vi mở rộng của nó 61
3.3 Các phân lớp giao thức trong phạm vi tiêu chuẩn IEEE 802.16 61
3.4 Lớp vật lý (PHY) 63
3.4.1 Các hệ thống dải tần số 10ư66 GHz 63
3.4.2 Các hệ thống dải tần số 2ư11 GHz 64
3.4.3 Quá trình kiểm soát lỗi 65
3.4.3.1 Phương pháp hiệu chỉnh lỗi tiếp tới 65
3.4.3.2 Phương pháp yêu cầu tái truyền tải tự động 66
3.4.4 Quá trình định khung (Framing) 66
3.4.4.1 Khung phụ đường xuống . 66
3.4.4.2 Khung phụ đường lên 70
3.4.5 Phân lớp phụ hội tụ truyền tải (TC) 71
3.5 Phân lớp kiểm soát truy nhập môi trường truyền thông (MAC) 72
3.5.1 Sự định hướng kết nối 72
3.5.2 Dữ liệu MAC PDU 73
3.5.2.1 Mô tả PDU . 73
3.5.2.2 Cấu trúc của MAC PDU 74
3.5.3 Các phân lớp phụ . 76
3.5.3.1 Phân lớp phụ hội tụ (CS) . 76
3.5.3.2 Phân lớp phụ có phần chung với phân lớp MAC (MAC CPS) 77
3.5.3.3 Phân lớp phụ thuộc tính riêng 78
3.5.4 Kiểm soát liên kết sóng vô tuyến 78
3.5.5 Khởi tạo và truy nhập mạng 79
3.5.5.1 Quét (Scanning) và đồng bộ hoá đối với đường xuống 80
3.5.5.2 Các tham số truyền tải thu nhận 80
3.5.5.3 Điều chỉnh nguồn điện và sắp xếp các truyền tải 80
3.5.5.4 Thoả thuận các công xuất xử lý cơ bản 81
3.5.5.5 Trạm thuê bao được quyền thực thi sự trao đổi chính 81
3.5.5.6 Đăng ký 81
3.5.5.7 Thiết lập khả năng kết nối giao thức Internet (IP) 82
3.5.5.8 Thiết lập giờ của ngày 82
3.5.5.9 Truyền các tham số toán tử 82
3.5.5.10 Thiết lập các kết nối 82
3.5.6 Những cấp phát ( Grants) và yêu cầu về độ rộng dải tần 83
3.5.6.1 Cấp phát trên mỗi kết nối ( GPC) 83
3.5.6.2 Cấp phát trên một SS ( GPSS) 83
3.5.7 Các yêu cầu về độ rộng dải tần . 84
3.5.7.1 Các giai đoạn yêu cầu 84
3.5.7.2 Phần đầu yêu cầu độ rộng dải tần 85
3.5.7.3 Yêu cầu cõng (Piggyback Request) 85
3.5.8 Kiểm soát vòng (polling) . 85
3.5.8.1 Kiểm soát vòng đơn hướng (unicast) 86
3.5.8.2 Kiểm soát vòng quảng bá (Broadcast) và đa hướng (Multicast)
.87
3.5.8.3 Bit thăm dò (PollưMe Bit) 88
3.5.9 Các dịch vụ lập lịch trình đường lên 89
3.5.9.1 Dịch vụ cấp phát một cách tự nguyện . 90
3.5.9.2 Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian thực . 90
3.5.9.3 Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian không thực 91
3.5.9.4 Dịch vụ có nỗ lực cao nhất (Best Effort Service) 91
3.5.10 Chất lượng dịch vụ 91
3.5.11 Bảo mật 93
3.5.11.1 Mã hoá dữ liệu gói tin 94
3.5.11.2 Giao thức quản lý khoá . 94
3.5.11.3 Những liên hợp bảo mật 95
3.6 Kết luận 95
CHƯƠNG IV Triển khai ứng dụng công nghệ WiMAX 96
4.1 Các yếu tố cần quan tâm khi triển khai công nghệ WiMAX 96
4.1.1 Phân vùng dân cư . 96
4.1.2 Các dịch vụ cung cấp . 98
4.1.3 Tốc độ tiếp nhận thị trường . 99
4.1.4 Lựa chọn dải tần số . 99
4.1.5 Các khoản chi phí đầu tư 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 nước trên thế giới 104
4.3 Triển khai công nghệ WiMAX ở Việt Nam 105
4.4 Phương 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 phương được 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 Phương án kỹ thuật 112
4.4.3.1 Phương 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 Phương án triển khai tại trạm gốc (Base Station) . 115
4.4.3.4 Phương án triển khai tại người dùng đầu cuối (End user) 117
4.4.3.5 Phương án triển khai ứng dụng VoIP . 118
4.4.3.6 Phương 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 tư trang thiết bị cho ứng dụng VoIP . 121
4.4.4.3 Đầu tư 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 tư trang thiết bị cho hệ thống WiMAX 123
4.4.5.2 Đầu tư 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 người 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
?Phần mở đầu
Mạng không dây là một trong những bước 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 được khởi động. Trước 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 được 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 người 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 được
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 lượt
được phê duyệt. Vào tháng 8/1999, Liên minh tương thích Ethernet không dây
WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) được 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 tương thích thực sự với nhau.
Như vậy là công nghệ kết nối cục bộ không dây đã được chuẩn hóa, có tên
thống nhất Wi-Fi. Những người ưa 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 lượng 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 như các hộp điện thoại công cộng) thì WiMAX có thể bao trùm cả một
thành phố hoặc nhiều tỉnh thành giống như mạng điện thoại di động. Một
tương lai rất hứa hẹn đang đón chờ WiMAX.
Đứng trước 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:
ã 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 đưa vào khai thác tại Việt nam.
Đối tượng và phạm vi của đề tài:
ã Nghiên cứu khái quát về mạng cục bộ không dây mà tiêu biểu là
mạng Wi-Fi .
ã Nghiên cứu về mạng không dây băng thông rộng WiMAX.
ã 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 như hiệu quả kinh doanh của công nghệ
WiMAX.
Bố cục của luận văn
ã Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm 4 chương.
Chương 1: Khái quát về mạng cục bộ không dây
ã 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.
Chương 2: Giới thiệu mạng không dây băng thông rộng WiMAX
Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin và Truyền thông niên khoá 2004 ư 2006


ư12ư
ã Chương này giới thiệu về mạng WiMAX, kiến trúc, mô hình hoạt
động, băng tần sử dụng . cũng như dịch vụ của WiMAX. Chương
này cũng trình bày về sự phát triển của tiêu chuẩn 802.16, đồng thời
so sánh mạng WiMAX với mạng Wi-Fi.
Chương 3: Chuẩn IEEE 802.16
ã 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.
Chương 4: Triển khai ứng dụng công nghệ WiMAX
ã 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 như hiệu quả
kinh doanh của công nghệ WiMAX.
Kết luận: Trình bày kết luận và một số vấn đề quan tâm nghiên cứu tiếp.