Thạc Sĩ Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam

MỞ ĐẦU



Trong những năm gần đây, các dịch vụ ứng dụng trên Internet đã có bước phát triển bùng nổ với nhiều loại hình dịch vụ mới như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, du lịch hay các dịch vụ đào tạo từ xa, game trực tuyến . Cùng với sự phát triển bùng nổ của các loại hình dịch vụ trên Internet, các công nghệ truy nhập cũng liên tục được phát triển để đáp ứng những đòi hỏi ngày càng cao về băng thông cho truy nhập Internet. Các công nghệ truy nhập băng rộng đã được phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây bao gồm các công nghệ truy nhập hữu tuyến và công nghệ vô tuyến.
Một loạt các chuẩn về mạng truy nhập vô tuyến băng rộng đã được nhiều tổ chức nghiên cứu, xây dựng và phát triển như chuẩn IEEE 802.11x, IEEE 802.15, IEEE 802.16, IEEE 802.20, HIPERLAN 1/2, HomeRF, chuẩn Bluetooth,vv . Phạm vi ứng dụng của các chuẩn này bao trùm từ mạng cá nhân (PAN), mạng nội bộ (LAN), mạng diện rộng (MAN) và mạng diện rộng (WAN).
Hệ thống WiMAX được sản xuất dựa trên họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 đang được các hãng cung cấp thiết bị cũng như nhà cung cấp dịch vụ quan tâm đặc biệt. Các hệ thống WiMAX cố định dựa trên chuẩn 802.16-2004 đã được sản xuất, đưa vào thử nghiệm và đã được diễn đàn WiMAX cấp chứng nhận đã cho thấy rõ những ưu điểm của công nghệ này. Hệ thống WiMAX di động dựa trên tiêu chuẩn 802.16e cũng đang được các nhà cung cấp thiết bị lên kế hoạch để đưa thiết bị vào thử nghiệm trong thời gian tới.

Mạng Viễn thông Việt Nam trong những năm qua đã có sự phát triển mạnh mẽ, các hệ thống cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng đã và đang được triển khai tại hầu hết các tỉnh thành. Tuy nhiên, phần lớn vẫn là các hệ thống xDSL cung cấp truy nhập hữu tuyến và hệ thống WiFi với phạm vi phục vụ còn rất hạn chế. Trong khi đó, nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng lại đang đòi hỏi rất cấp thiết tại nhiều vùng, nhiều khu vực mà các giải pháp hiện có rất khó triển khai hoặc triển khai chậm. Để có thể triển khai nhanh chóng và hiệu quả hệ thống truy nhập băng rộng tại các khu vực này thì việc nghiên cứu triển khai các hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng WiMAX là hết sức cần thiết.
Với mục đích tìm hiểu về công nghệ WiMAX để đánh giá, lựa chọn giải pháp, thiết bị và hệ thống mạng phù hợp với điều kiện tại Việt Nam, luận văn sẽ gồm 5 chương cụ thể như sau:



MỤC LỤC



Trang


MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .
DANH SÁCH BẢNG BIỂU .
DANH SÁCH HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU . 1
CHưƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX . 3

1.1. Tổng quan về mạng không dây băng rộng . 3

1.1.1. Các khái niệm về mạng không dây băng rộng . 3

1.1.2. Vài nét về những mạng không dây đang tồn tại 4

1.2. Khái niệm về công nghệ WiMAX . 6

1.2.1. WiMAX là gì? . 6

1.2.2. Giới thiệu các chuẩn IEEE 802.16 7

& tầm nhìn hạn chế (LOS & NLOS) . 8

1.2.4. Các mô hình ứng dụng . 10 13 14
1.4. Cấu hình mạng . 14

1.4.1. Cấu hình điểm – điểm PP . 14

1.4.2.Cấu hình điểm-đa điểm PMP . 15

1.4.3. Cấu hình mắt lưới MESH . 15

CHưƠNG 2. LỚP PHY & MAC CỦA CHUẨN 802.16 . 17

2.1. Chuẩn IEEE 802.16e (IEEE 802.16-2005) . 18

2.1.1.Lớp vật lý 18

2.1.2.Lớp điều khiển truy cập môi trường (MAC) 26

2.2. Chuẩn IEEE 802.16e (IEEE 802.16-2005) . 35

2.2.1. Lớp vật lý . 35

Chương 3: Nền tảng kỹ thuật của WiMAX: OFDM, OFDMA, Kiến

trúc WiMAX đầu cuối
3.1. OFDM . 41

3.1.1. OFDM Symbol . 42 43 . 45
3.2. OFDMA . 48

3.2.1. OFDMA Symbol . 48

52 ten thông minh 53 . 55 . 56 (Roaming) 56
CHưƠNG 4. CÁC VẤN ĐỀ BẢO MẬT TRONG WiMAX . 61

4.1. Giới thiệu lớp con bảo mật . 61

4.2. Giao thức quản lý khóa PKM . 63

4.2.1. Tổng quan sự cấp phép SS và sự trao đổi khóa AK . 64

4.2.2. Tổng quan sự trao đổi TEK 66

4.3. Các sử dụng khóa . 69

4.3.1. Sự sử dụng khóa của BS . 69

4.3.2. Sự sử dụng khóa của SS 72

4.4. Các phương thức mã hóa 75

4.4.1. Các phương thức mã hóa dữ liệu 75

4.4.2. Mã hóa TEK . 75

4.4.3. Nguồn ngốc của các TEK, KEK, 76

CHưƠNG 5. TRIỂN KHAI HỆ THỐNG WiMAX TẠI LÀO CAI .77

5.1. Các thiết bị cần thiết để triển khai mạng WiMAX 77

5.1.1. Trạm gốc – WiMAX Base Station . 77

5.1.2. Trạm thuê bao . 77


5.2.1. Mô hình triển khai thử nghiệm WiMAX pha 1 tại TP Lào Cai . 81

5.2.2. Mô hình triền khai thử nghiệm WiMAX pha 2 . 92

112

KẾT LUẬN 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO .117






Trang

Bảng 1.1 Tóm tắt các chuẩn 802.16 cơ bản 7
Bảng 2.2 802.16 –

2004 34
Bảng 3.1 Sự suy giảm tín hiệu trong môi trường vô tuyến 44
Bảng 3.2
52
Bảng 3.3
53




Trang

Hình 1.1 Minh họa các loại mạng không dây 05
Hình 1.2 Các chuẩn 802.16 tiêu biểu 07
Hình 1.3
09
Hình 1.4 Mô hình ứng dụng WiMAX 10
Hình 1.5 Mô hình ứng dụng WiMAX di động 12
Hình 1.6 Cấu hình PMP 15
Hình 1.7 Cấu hình mesh 16
Hình 2.1
17
Hình 2.2 Ví dụ về vị trí dải tần FDD 19
Hình 2.3 Cấu trúc khung TDD 19
Hình 2.4 Cấu trúc khung con đường lên TDD 21
Hình 2.5 Khung con DL FDD 22

Hình 2.6 Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường

hợp TDM
24
Hình 2.7 Khuôn dạng của lớp con hội tụ truyền PDU 24

Hình 2.8 Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường

hợp TDMA
25
Hình 2.9 Cấu trúc khung con đường xuống 26
Hình 2.10 Cấu trúc khung WiMAX OFDMA 36
Hình 3.1 Cấu trúc OFDM symbol trong miền 42
Hình 3.2 Đặc tả OFDM trong miền tần số 42
Hình 3.3
44
Hình 3.4 – 46
Hình 3.5
47
Hình 3.6 3 48



kênh con)
Hình 3.7
49
Hình 3.8
50
Hình 3.9
57
Hình 3.10
59
Hình 4.1 Thủ tục trao đổi khóa TEK 67
Hình 4.2 Sự quản lý AK trong BS và SS 71
Hình 4.3 Quản lý TEK trong BS và SS 74
Hình 5.1 Trung tâm quản lý 78
Hình 5.2 Mô hình hệ thống WiMAX Lào Cai 82
Hình 5.3 Hệ thống BreezeMAX 3300 83
Hình 5.4 Hệ thống WiMAX tại Base Station Bưu điện Lào Cai 84
Hình 5.5 Anten Ommi ANT tần số hoạt động 3.3 - 3.4 GHz 84
Hình 5.6 Kết nối tại trạm gốc WiMAX 85
Hình 5.7 Kết nối tại trạm đầu cuối WiMAX 86
Hình 5.8 Kết nối tại trạm đầu cuối WiMAX (Phía sau CPE) 87
Hình 5.9 Kết nối hệ thống VoIP 88
Hình 5.10
89
Hình 5.11 cho MBST 89
Hình 5.12
90
Hình 5.13
90

Hình 5.14 Giao diện hệ thống quản lý NMS BreezeLITE của

Alavarion
91
Hình 5.15 Các QoS được quy định trong phần mềm BreezeLite 91

Hình 5.16 Sơ đồ tổng thể kết nối WiMAX giữa BTS – End user tại

Tả Van
92
Hình 5.17 Thiết bị BS Outdoor MicroMAX SOC 3.3 93
Hình 5.18 Thực tế anten trạm gốc 94
Hình 5.19 Đấu nối trạm gốc 94
Hình 5.20 CPE_Outdoor và CPE_Indoor 95
Hình 5.21 CPE - Outdoor tại nhà dân và UBND xã Tả Van 95
Hình 5.22 CPE - Indoor tại nhà dân 96
Hình 5.23 Phía bên ngoài trạm gốc BTS 97

Hình 5.24 Sơ đồ đấu nối chi tiết trong điểm Bưu điện văn hóa xã,

phía trạm gốc
97
Hình 5.25 Sơ đồ đấu nối hệ thống VoIP/WIMAX 98
Hình 5.26 Sơ đồ kết nối phía người dùng cuối (End – User) 98
Hình 5.27 Giao diện quản lý BS 99