do an_le thanh trung(04vt1)

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục

MỤC LỤCMỤC LỤC.......................................................................................i

DANH MỤC HÌNH VẼ...............................................................iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU...........................................................iv

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT..............................................................v

LỜI NÓI ĐẦU...............................................................................1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ WIMAX DI ĐỘNG...................31.1 Lớp vật lý Wimax di động (PHY).....................................................3

1.1.1 Cở bản về đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao....................3

1.1.2 Kênh con và cấu trúc ký hiệu OFDMA.............................................7

1.1.3 Cấu trúc khung ghép song công phân chia theo thời gian.................9

1.1.4 Các đặc điểm nổi bật khác của lớp vật lý.........................................12

1.2 Lớp điều khiển truy nhập môi trường Wimax Di động (MAC)...14

1.2.1 Mặt phẳng dữ liệu/điều khiển...........................................................15

1.2.2 Chất lượng dịch vụ (QoS) cung cấp.................................................20

1.2.3 Dịch vụ lập lịch MAC......................................................................21

1.2.4 Băng thông cấp phép và yêu cầu kỹ thuật........................................23

1.2.5 Quản lý di động................................................................................24

1.2.6 An ninh.............................................................................................24

1.3 Đặc điểm nổi bật khác của Wimax Di động...................................27

1.3.1 Các công nghệ anten thông minh.....................................................27

1.3.2 Tái sử dụng phân đoạn tần số...........................................................29

1.3.3 Dịch vụ quảng bá và đa đường.........................................................31

1.4 Sự thực thi........................................................................................32

1.5 Tóm tắt..............................................................................................33

CHƯƠNG II: TÍNH DI ĐỘNG CỦA WIMAX DI ĐỘNG........342.1 Kiến trúc mạng................................................................................34

2.1.1 Mạng dịch vụ truy nhập...................................................................35

2.1.2 Mạng dịch vụ kết nối........................................................................35

2.1.3 Mô hình tham khảo mạng................................................................36

2.1.4 Sự ảnh hưởng giữa các công nghệ khác nhau..................................38

2.2 Chuyển giao......................................................................................38

2.2.1 Các loại chuyển giao........................................................................40

Lê Thành Trung-D04VT1 i


2.2.2 Xử lý chuyển giao............................................................................44

2.2.3 So sánh phương pháp chuyển giao...................................................52

2.3 Sự quản lý công suất........................................................................52

2.3.1 Chế độ chờ.......................................................................................53

2.3.2 Chế độ không tải..............................................................................56

2.4 Tóm tắt..............................................................................................60

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM..............................613.1 Kịch bản............................................................................................62

3.2 Các thành phần................................................................................62

3.2.1 Module-Neighbor Discovery...........................................................62

3.2.2 Module-Media Independent Handover (MIH).................................63

3.3 Các tham số......................................................................................64

3.3.1 Các tham số bất biến........................................................................64

3.3.2 Các tham số được điều chỉnh...........................................................64

3.4 Vận tốc của MS................................................................................66

3.5 Tóm tắt..............................................................................................68

KẾT LUẬN..................................................................................69

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................71

Lê Thành Trung-D04VT1 ii


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Kiến trúc cơ bản của một hệ thống OFDM....................................5

Hình 1.2: Thêm vào tiền tố chu trình.............................................................6

Hình 1.3: Phổ OFDM....................................................................................7

Hình 1.4: Kiến trúc sóng mang con OFDMA.................................................7

Hình 1.5: Cấu trúc khung OFDMA trong TDD...........................................10

Hình 1.6: Cấu trúc của một gói mã hóa HARQ...........................................13

Hình 1.7: Định dạng MAC PDU..................................................................17

Hình 1.8: Xây dựng MAC PDU....................................................................18

Hình 1.9: Ví dụ các CID ghép nối PDU MAC.............................................19

Hình 1.10: Cung cấp QoS Wimax Di động..................................................20

Hình 1.11: Cấu trúc đa-vùng khung.............................................................30

Hình 1.12: Tái sử dụng một phần tần số......................................................31

Hình 2.1: Kiến trúc mạng Wimax di động....................................................34

Hình 2.2: Mô hình tham khảo mạng.............................................................36

Hình 2.3: Mô hình tham khảo ASN chứa một ASN-GW đơn........................37

Hình 2.4: Sơ đồ khối tham khảo sự phân ly ASN-GW..................................37

Hình 2.5: Hiện thực hóa chuyển giao cứng..................................................41

Hình 2.6: Chuyển giao phân tập Macro......................................................42

Hình 2.7: Chuyển mạch trạm gốc nhanh......................................................43

Hình 2.8: Tiếp nhận mạng và xử lý chuyển giao.........................................45

Hình 2.9: Sự chọn lại tế bào với định cự ly..................................................47

Hình 2.10: Gửi bản tin trong thời gian một MS bắt đầu chuyển giao..........48

Hình 2.11: Sự truyền dẫn định cự ly chuyển giao/bắt đầu cho OFDMA.....49

Hình 2.12: Sự truyền dẫn định cự ly chuyển giao/bắt đầu cho OFDMA (với

việc sử dụng hai mã định cự lý bắt đầu liên tiếp).........................................49

Hình 2.13: Máy phát PRBS cho việc tạo mã định cự ly...............................50

Hình 2.14: Ví dụ các sự hoạt động chế độ chờ với hai lớp tiết kiệm công

suất...............................................................................................................55

Hình 2.15: Ví dụ chế độ chờ: MS/BS được bắt đầu.....................................56

Hình 3.1: Kịch bản mô phỏng......................................................................62

Hình 3.2: Tổng quan thiết kế MIH...............................................................64

Lê Thành Trung-D04VT1 iii


Hinh 3.3: Các thời điểm chuyển giao cho lần chuyển giao đầu tiên............67

Hình 3.4: Các thời điểm chuyển giao cho lần chuyển giao thứ hai.............67

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Các tham số OFDMA khả định cỡ.................................................6

Bảng 1.2: So sánh các kiểu hoán vị................................................................9

Bảng 1.3: Cung cấp tùy chọn mã hóa và điều chế.......................................12

Bảng 1.4: QoS và ứng dụng trong Wimax Di động......................................21

Bảng 1.5: Các tùy chọn anten tiên tiến (Nr/t= số lượng anten phát/thu)......29

Bảng 1.6: Các tốc độ dữ liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO (kênh 10MHz,

khung 5 ms, kênh con PUSC, 44 kí hiệu OFDM dữ liệu).............................29

Bảng 2.1: So sánh tính di động 802.16-2004 và 802.16e-2005...................40

Lê Thành Trung-D04VT1 iv


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

3GPP/2 3rd Generation Partnership

Project/version 2

Dự án hiệp hội thế hệ thứ 3/phiên

bản 2

AAA Authentication, Authorization and

Accounting

Nhật thực, trao quyền và thanh toán

AAS Advanced Antenna Systems Các hệ thống anten tiên tiến

AC Access Concentrator Bộ tập trung truy nhập

ACK Acknowledgment Xác nhận

AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mật mã tiên tiến

AES-CCM AES-CTR mode with CBC-MAC Chế độ AES-CTR với CBC-MAC

AK Authorization Key Khóa cho phép

AKA Authentication and Key Agreement Thỏa thuận xác thực và khóa

AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng

AMS Adaptive MIMO Switching Chuyển mạch MIMO thích ứng

ASN Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhập

ASN-GW Access Service Network Gateway Cổng mạng dịch vụ truy nhập

BE Best Effort Sự nỗ lực tối đa

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BS Base Station Trạm gốc

BSID Base Station Identity Nhận dạng trạm gốc

BSS Basic Service Set Cài đặt dịch vụ cơ bản

BTC Block Turbo Code Mã khối turbo

CBC-MAC Cipher Block Chaining Message

Authentication Coder

Bộ mã hóa xác thực bản tin tạo

khối chuỗi mật mã

CC (1) Chase Combining Kết hợp theo đuổi

CC (2) Convolutional Coding Mã hóa xoắn

CCI Co-Channel Interference Nhiễu đồng kênh

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CID Connection Identifier Bộ nhận dạng kết nối

CINR Carrier to Interference plus Noise

Ratio

Tỷ số sóng mang trên nhiễu cộng

tạp âm

CMAC Cipher based Message

Authentication Code

Mật mã được dựa trên mã hóa xác

thực bản tin

Lê Thành Trung-D04VT1 v


CP Cyclic Prefix Tiên tố chu trình

CQICH Channel Quality Indicator Channel Kênh chỉ thị chất lượng kênh

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra dư thừa chu kỳ

CSN Connectivity Service Network Mạng dịch vụ kết nối

CTC Convolutional Turbo Coding Mã hóa turbo xoắn

CTR Counter Mode Encryption Mật mã chế độ bộ đếm

DC Direct Current Dòng điện một chiều

DCD DL Channel Descriptor Bộ mô tả kênh DL

DL Downlink Đường xuống

DoA Direction of Arrival Phương tới

DP Decision Point Điểm quyết định

DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

DSx DSA, DSC, or DSD; Dynamic

Service Addition/Change/Deletion

DSA, DSC, hoặc DSD; xóa/thay

đổi/thêm dịch vụ thích ứng

EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức xác thực mở rộng

EP Enforcement Point Điểm bắt buộc

ertPS Extended Real-Time Polling Service Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian

thực mở rộng

FBSS Fast Base Station Switching Chuyển mạch trạm gốc nhanh

FCH Frame Control Header Tiêu đề điều khiển khung

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần

số

FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

FSS Frequency Selective Scheduling Lập lịch lựa chọn tần số

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tải file

FUSC Full Usage of Sub-channels Các kênh con sử dụng toàn bộ

FuTURE Future Technologies for a Universal

Radio Environment

Các công nghệ tương lai cho một

môi trường vô tuyến chung

GMC Generalized Multi-Carrier Đa sóng mang chung

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GRD Guard (interval) Bảo vệ (khoảng thời gian)

GSM Global System for Mobile

communications

Hệ thống thông tin di động toàn

cầu

HA Home Agent Tác nhân nhà

Lê Thành Trung-D04VT1 vi


HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp tự động lai ghép

HHO Hard Handoff Chuyển giao cứng

HMAC keyed-Hash Message Authentication

Code

Mã hóa xác thực bản tin khóa băm

HO Handoff, or handover Handoff, hoặc chuyển giao

HSDPA High Speed Downlink Packet

Access

Truy nhập gói đường xuống tốc độ

cao

HSOPA High Speed OFDM Packet Access Truy nhập gói OFDM tốc độ cao

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

ID Identifier Bộ nhận dạng

IE Information Element Phần tử thông tin

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Học viện các kỹ sư điện và điện tử

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược

IMT-A International Mobile

Telecommunications Advanced

Viễn thông di động quốc tế tiên

tiến

IP Internet Protocol (version 4 or 6) Giao thức Internet (phiên bản 4

hoặc 6)

IR Incremental Redundancy Tích lũy tăng dần

ISI Inter Symbol Interference Nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu

ITU International Telecommunication

Union

Liên hợp viễn thông quốc tế

KEK Key Encryption Key Khóa mật mã khóa

LDPC Low Density Parity check Code Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp

LSB Least Significant Bit Bit ít ý nghĩa nhất

LTE Long Term Evolution Kế hoạch phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường

MAP Map, mapping, definition Ánh xạ, sự ánh xạ, sự định nghĩa

MBS Multicast and Broadcast Service Dịch vụ quảng bá và đa đường

MBWA Mobile Broadband Wireless Access Truy nhập không dây băng rộng di

động

MD5 Message-Digest algorithm 5 5 thuật toán phân loại bản tin

MDHO Macro Diversity Handover Chuyển giao phân tập Macro

MIH Media Independent Handover Chuyển giao độc lập phương tiện

Lê Thành Trung-D04VT1 vii


MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra

MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia hình ảnh di động

MS Mobile Station Trạm di động

MSB Most Significant Bit Bit nhiều ý nghĩa nhất

MS-

CHAPv2

Microsoft-Challenge Handshake

Authentication Protocol

Microsoft-giao thức xác thực bắt

tay hô lệnh

MSH-

DSCH

Mesh Mode Schedule with

Distributed Scheduling

Lập lịch chế độ lưới với lập lịch

phân phối

NACK Negative Acknowledgment Từ chối xác nhận

NAP Network Access Provider Nhà cung cấp truy nhập mạng

ND Neighbor Discovery Khám phá hàng xóm

NIST National Institute of Standards and

Technology

Viện quốc gia các chuẩn và công

nghệ

NRM Network Reference Model Mô hình tham khảo mạng

nrtPS Non Real-Time Polling Service Dịch vụ kiểm soát vòng phi thời

gian thực

NS-2 Network Simulator version 2 Mô phỏng mạng phiên bản 2

NSP Network Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ mạng

NWG Network Working Group Nhóm làm việc mạng

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia tần số trực

giao

OFDMA Orthogonal Frequency Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

trực giao

PDA Personal Digital Assistant Máy trợ lý cá nhân dùng kỹ thuật

số

PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức

PKMv1/2 Privacy Key Management version

1or 2

Quản lý khóa riêng phiên bản 1

hoặc 2

PMP Point-to-multipoint Điểm-tới-đa điểm

PRBS Pseudo-Random Binary Sequences Các chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công

cộng

PUSC Partial Usage of Sub-channels Các kênh con sử dụng một phần

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

Lê Thành Trung-D04VT1 viii


QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc

RA Router Advertisement Sự thông báo bộ định tuyến

RoF Radio over Fiber Truyền sóng vô tuyến qua sợi

quang

RRA Radio Resource Agent Tác nhân tài nguyên vô tuyến

RRC Radio Resource Controller Bộ điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

RS Router Solicitation Sự níu kéo định tuyến

RSA public key cryptography method

developed by Rivest,

Shamir,Adleman

Phương pháp mật mã khóa công

cộng được phát triển bởi Rivest,

Shamir, Adleman.

RTG Receive/Transmit Transition Gap Khoảng trống chuyển tiếp

nhận/phát

rtPS Real-Time Polling Service Dịch vụ kiểm soát vòng thới gian

thực

SA Security Association Liên kết an ninh

SAID Security Association Identity Nhận dạng liên kết an ninh

SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ

SDMA Space-Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo không

gian

SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ

SFN Single Frequency Network Mạng tần số đơn

SIM Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao

SIMO Single Input Multiple Output Một đầu vào nhiều đầu ra

SM Spatial Multiplexing Ghép kênh không gian

SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SOFDMA Scalable OFDMA OFDMA khả định cỡ

SS Subscriber Station Trạm thuê bao

STBC Space-Time Block Code Mã khối không gian thời gian

STC Space-Time Coding Mã hóa thời gian không gian

TCP/IP Transmission Control

Protocol/InternetProtocol

Giao thức điều khiển truyền

dẫn/giao thức Internet

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo

thời gian

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia thời gian

Lê Thành Trung-D04VT1 ix


TEK Traffic Encryption Key Khóa mật mã lưu lượng

TLS Transport Layer Security An ninh lớp truyền tải

TTG Transmit/Receive Transition Gaps Các khoảng trống chuyển tiếp

phát/nhận

TTLS Tunneled TLS Đường hầm TLS

TUSC Tiled Use of Sub-channel Bảng sử dụng kênh con

UCD UL Channel Descriptor Bộ mô tả kênh UL

UGS Unsolicited Grant Service Dịch vụ cho phép không khẩn nài

UL Uplink Đường lên

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn

cầu

VoIP Voice over IP Thoại qua IP

WAVE Wireless Access for the Vehicular

Environment

Truy nhập không dây cho môi

trường xe cộ

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

băng rộng

WiMAX Worldwide Interoperability for

Microwave Access

Khả năng tương hợp toàn cầu đối

với truy nhập vi ba

Wi-Fi Wireless Fidelity Tính trung thực không dây

WLAN Wireless Local Area Network Mạng khu vực nội hạt không dây

WPA Wi-Fi Protected Access Truy nhập được bảo vệ Wi-Fi

WRAN Wireless Regional Area Network Mạng khu vực vùng không dây

VR-(N)RT Variable-Rate (Non-)Real-Time Biến số-tỷ lệ (phi-) thời gian-thực

Lê Thành Trung-D04VT1 x


LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn

thông phát triển nhanh nhất và phục vụ những yêu cầu trao đổi thông tin hữu

hiệu nhất. Để đáp ứng các nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng

cao, mạng thông tin di động ngày càng được cải tiến, cụ thể là xu hướng

chuyển đổi từ hệ thống thông tin di động thế hệ hai sang thế hệ ba.

Mặc dù thông tin di động thế hệ hai (2G) đã sử dụng công nghệ số nhưng vì là

hệ thống băng hẹp và xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể

đáp ứng được các kiểu dịch vụ mới như truyền số liệu tốc độ bit thấp và cao,

truy nhập Internet tốc độ cao, đa phương tiện, truyền video và các dịch vụ yêu

cầu băng thông lớn khác, vậy nên sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của các hệ

thống thông tin di động mới (UMTS, CDMA2000 và WIMAX) là một điều tất

yếu.

Với mục đích nâng cao sự hiểu biết của bản thân về các xu hướng phát triển

trong ngành viễn thông nói chung và thông tin di động nói riêng em đã quyết

định nghiên cứu đồ án “Phân tích hiệu suất chuyển giao trong Wimax di động”

để có thể nắm bắt rõ hơn công nghệ Wimax di động. Đồ án đựoc chia làm ba

chương với các nội dung như sau:

Chương I: Tổng quan về Wimax di động

Chương II: Tính di động của Wimax di động

Chương III: Kết quả thực nghiệm

Do tính chất mới của đề tài cùng những hiểu biết hạn chế của bản thân vì

vậy đồ án tất nhiên không tránh khỏi những thiếu sót, em kính mong nhận được

sự góp ý của các thầy cô và các bạn để phục vụ thêm cho công tác học tập của

mình trong tương lai.

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với Ths. Phạm Thị

Thúy Hiền - Khoa Viễn Thông I, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông,

đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành đồ

án tốt nghiệp này.

Lê Thành Trung-D04VT1 xi


Em cũng xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ và giúp đỡ về mọi mặt của các

thầy các cô khoa Viễn Thông I- Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã

tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ học tập của mình.

Cuối cùng con xin chân thành cảm ơn bố mẹ, cảm ơn các bạn trong lớp

D2004VT1 và những người thân trong gia đình đã giúp đỡ và động viên trong

suốt 5 năm học tập vừa qua.

Hà Nội, ngày 1 tháng 11 năm 2008

Sinh viên

Lê Thành Trung

Lê Thành Trung-D04VT1 xii


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ WIMAX DI ĐỘNG

Trong chương này nói về công nghệ Wimax di động (802.16e-2005). Đầu tiên, các đặt tính của lớp MAC và vật lý được giới thiệu. Sau đó, các vấn đề bảo mật được thảo luận với những khả năng di động rất cơ bản, tính di động của Wimax được dành cho một chương sau chương này. Một số các vấn đề thảo luận ở đây là chìa khóa để tạo ra tính di động của Wimax di động.

Ngoài ra, các công nghệ đã được giới thiệu như WLAN truyền thống (họ 802.11), công nghệ post-GSM, một số tiêu chuẩn IEEE 802 khác sẽ cùng hiện diện hoặc cạnh tranh trong lĩnh vực viễn thông không dây.

1.1 Lớp vật lý Wimax di động (PHY)

Đặc điểm kĩ thuật 802.16-2004 và sự bổ sung 802.16e-2005 định nghĩa năm lựa chọn PHY:

MAN-SC không dây (Mạng không dây khu vực trung tâm sử dụng điều chế đơn sóng mang với độ rộng băng tần 10-66 GHz).

MAN-SCa không dây (Mạng không dây khu vực trung tâm sử dụng điều chế đơn sóng mang với băng tần sử dụng dưới 11 GHz).

MAN-OFDM không dây (Mạng không dây khu vực trung tâm sử dụng OFDM).

MAN-OFDMA không dây (Mạng không dây khu vực trung tâm sử dụng OFDMA).

HUMAN không dây (Mạng không dây khu vực trung tâm không cho phép tốc độ cao).

OFDMA tạo ra cơ sở chức năng của Wimax di động bởi vậy nó được thảo luận nhiều hơn ở trong chương này. Trong khi các phần khác sẽ được nói ít hơn.

1.1.1 Cở bản về đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao

Ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) là một điều chế số thích hợp cho quảng bá mặt đất. Nó có thể điều khiển lan truyền đa đường và trễ giữa các tín hiệu thu. OFDM rất nhạy với các thay đổi tần số như dịch Doppler trong khi

Lê Thành Trung-D04VT1 xiii


trạm di động (MS) đang di chuyển. Tuy nhiên, sự mở rộng độ trễ không phải là vấn đề lớn trong OFDM bởi vì khoảng thời gian của kí hiệu đã được tăng lên.

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA) là một phiên bản của OFDM dành cho một số môi trường viễn thông di động người dùng. Nó là một giải pháp dùng để xem xét vấn đề điều chế trong các công nghệ viễn thông không dây tiên tiến trong tương, ví dụ kế hoạch phát triển dài hạn (LTE), truy nhập không dây băng rộng di động (MBWA), hoặc Wimax di động.

OFDMA có một số ưu điểm so với đa truy nhập phân chia theo mã truyền thống (CDMA)-nhiều phiên bản đã được sử dụng trong các công nghệ 3G post-GSM. OFDMA cho hiệu quả phổ cao hơn và Fading cho phép tốt hơn. Các dòng dữ liệu OFDMA từ các người dùng khác nhau được kết hợp trên các kênh con trong cả đường lên (DL) và đường xuống (UL). Tuy nhiên, OFDMA cũng có nhiều hạn chế. Việc sản xuất linh kiện điện tử OFDMA khá phức tạp, do đó giá thành cao. Ngoài ra, nhiễu đồng kênh (CCI) từ các tế bào lân cận trong CDMA ít hơn trong OFDM. Mặc dù nhiễu CCI trong OFDMA có thể được giảm bớt bằng cách tái sử dụng một phần tần số.

Nguyên lý cơ bản OFDM

Với OFDM độ rộng băng tần sử dụng được phân chia vào trong các sóng mang con tần số khác nhau cho nên chúng trực giao nhau. Dòng dữ liệu đầu vào được tách ra nhiều lần, thành các dòng dữ liệu con song song với tốc độ dữ liệu giảm. Sau đó các dòng dữ liệu con được điều chế và gửi trên các sóng mang con riêng biệt. Kết quả là làm tăng khoảng thời gian kí hiệu.

Việc kéo dài khoảng thời gian tín hiệu làm suy giảm nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu (ISI) và là nguyên nhân lan truyền đa đường, nó hiệu quả trong truyền dẫn các dòng dữ liệu tốc độ thấp song song, thay thế cho một dòng dữ liệu tốc độ cao. Do khoảng thời gian của tín hiệu dài, vì thế khi sử dụng một khoảng bảo vệ thích hợp, ISI có thể tránh được với giả định khoảng bảo vệ dài hơn so với sự khác nhau giữa tiếng dội đa đường trước và sau. Hình 1.1 minh họa nguyên lý một số dòng dữ liệu con được kết hợp tại phía phát và tách ra ở phía thu.

Trong hình 1.1 thông tin được điều chế và mã hóa qua các sóng mang con trước khi thực hiện một biến đổi Fourier nhanh ngược (IFFT). IFFT có lợi thế phân tập tần số kênh đa đường. Cuối cùng, trước khi truyền dữ liệu, các dòng dữ liệu được kết hợp lại thành một tín hiệu đơn và phát đi vào trong môi trường

Lê Thành Trung-D04VT1 xiv


không khí. Tại phía thu thủ tục cũng như vậy nhưng được làm ngược lại. Bản thuyết minh 802.16e định nghĩa kích thước biến đổi Fourier nhanh (FFT) có thể là 128, 512, 1024, hoặc 2048 với các độ rộng kênh tương ứng là 1,25, 5, 10, và 20 MHz. Tuy nhiên Wimax di động cũng cho phép nhiều mặt cắt dải thông khác được sử dụng.

Hình 1.1: Kiến trúc cơ bản của một hệ thống OFDM

Các tài nguyên sẵn có của OFDM được phân chia trong miền tần số và thời gian. Trong miền thời gian các kí hiệu OFDM được sử dụng và miền tần số có nhiều sóng mang con. Cả hai được sử dụng cho các người dùng riêng lẻ bằng việc sử dụng nhiều kênh con.

OFDMA khả định cỡ

OFDMA khả định cỡ (S-OFDMA hoặc SOFDMA) tạo cơ sở cho 80.16e-2005. Về cơ bản S-OFDMA cho phép điều chỉnh dải thông sử dụng, do đó có thể phục vụ các môi trường khác nhau với các yêu cầu phổ thay đổi. Băng thông điều chỉnh có thể chọn trong khoảng 1,25-20 MHz như được mô tả trong bảng 1.1. Tính khả định cỡ được thực thi bằng cách điều chỉnh kích cỡ FFT và khoảng cách tần số của các sóng mang con được định nghĩa là 10,94 kHz.

Lê Thành Trung-D04VT1 xv


Bảng 1.1: Các tham số OFDMA khả định cỡ

Các tham số Các giá trị

Băng thông kênh hệ thống (MHz) 1,25 5 10 20

Tần số lấy mẫu (MHz) 1,4 5,6 11,2 22,4

Kích thước FFT 128 512 1024 2048

Số lượng các kênh con 2 8 16 32

Khoảng cách tần số sóng mang con 10,94 kHz

Khoảng thời gian ký hiệu hữu ích (Tb=1/f) 91,4 µs

Khoảng thời gian bảo vệ (Tg=Tb/8) 11,4 µs

Khoảng thời gian ký hiệu OFDMA (Ts=Tb+Tg) 102,9 µs

Số lượng các ký hiệu OFDMA (5 ms khung) 48

Tiền tố chu trình (CP)

Trong suốt khoảng thời gian bảo vệ, một tiền tố chu trình (CP) được gửi đi và thường CP có cùng độ dài như khoảng thời gian bảo vệ. CP đánh dấu sự kết thúc của ký hiệu cũ và bắt đầu của một ký hiệu mới, có thể nhìn thấy trong hình 1.2.

Hình 1.2: Thêm vào tiền tố chu trình

Nhiệm vụ của CP là giải quyết các tiếng dội từ quá trình truyền lan đa đường trước khi dữ liệu thực tế được xử lý. Cũng có nhiều lợi ích khác khi sử dụng CP. Chẳng hạn, nhiễu giao thoa giữa các khối (nhiễu giao thoa giữa các kí hiệu n và n+2) được ngăn ngừa. Ngoài ra, nó còn dễ dàng cho phép cân bằng miền

Lê Thành Trung-D04VT1 xvi


tần số. Hạn chế của việc sử dụng CP là cần có mào đầu mở rộng bởi vậy hiệu quả dải thông bị ảnh hưởng. Tuy nhiên, băng tần kênh có thể được sử dụng một cách hiệu quả cho truyền dẫn dữ liệu khi phổ OFDM nhanh mất dần bên ngoài các sóng mang chứa cửa sổ thực tế, như nhìn thấy trong hình 1.3. Phổ OFDM cũng quan trọng cho việc định nghĩa chiều dài CP tại các trạm gốc (BS) trong suốt quá trình khởi tạo, từ sự thay đổi phổ OFDM buộc các MS khác tái đồng bộ hóa.

Hình 1.3: Phổ OFDM

Việc lựa chọn kích thước FFT phụ thuộc vào truyền đa đường, dịch Doppler, giá thành và tính phức tạp. Nếu kích thước của FFT được tăng lên, khoảng cách sóng mang được giảm xuống và độ dài kí hiệu tổng được tăng lên. Cả hai tạo cho hệ thống mạnh mẽ hơn chống lại sự trải rộng trễ đa đường. Tuy nhiên, do khoảng cách sóng mang con hẹp, dịch Doppler là nguyên nhân tạo ra nhiễu giao thoa giữa các sóng mang trong các ứng dụng di động. Thêm nữa, khi kích thước FFT tăng lên yêu cầu năng lực tính toán nhiều hơn nữa, do đó làm tăng các chi phí.

1.1.2 Kênh con và cấu trúc ký hiệu OFDMA

Cấu trúc ký hiệu OFDMA được minh họa trong hình 1.4. Nó gồm 3 loại sóng mang con. Các sóng mang con dữ liệu mục đích truyền dẫn dữ liệu, các sóng mang con hoa tiêu cho mục đích đồng bộ và ước tính, các sóng mang con vô giá trị không dùng cho truyền dẫn, mà chúng được dành cho các băng bảo vệ và các sóng mang con một chiều (DC).

Lê Thành Trung-D04VT1 xvii


Hình 1.4: Kiến trúc sóng mang con OFDMA

Các sóng mang con tích cực (dữ liệu và hoa tiêu) được nhóm thành tập các tập con gọi là các kênh con. Đơn vị tài nguyên thời gian-tần sô nhỏ nhất của kênh con là một khe bằng 48 tone (dữ liệu). Sóng mang con được hỗ trợ trong cả UL và DL.

Trong Wimax di động việc hoán vị sóng mang con của kênh con có thể làm theo hai cách: hoán vị liền kề hoặc phân tập. Trong đa số trường hợp các hoán vị phân tập là phù hợp hơn cho môi trường di động trong khi các hoán vị liền kề phù hợp nhiều hơn cho môi trường cố định, xách tay, hoặc các thiết bị di động thấp. Việc lựa chọn giữa hai phương pháp này có thể làm tăng thông lượng hoặc đem lại nhiều tính linh hoạt cho việc di chuyển của người sử dụng.

Hoán vị phân tập

Hoán vị phân tập, cũng được biết như là hoán vị phân phối, các sóng mang con được sắp xếp một cách giả ngẫu nhiên để tạo ra một kênh con. Điều này tạo ra tính phân tập tần số và trung bình nhiễu giao thoa giữa các tế bào. Trong hoán vị phân tập (hay hoán vị phân phối) các sóng mang con được sắp xếp một cách giả ngẫu nhiên để tạo ra một kênh con. Điều này tạo ra tính phân tập tần số và trung bình hóa nhiễu giao thoa giữa các tế bào .Các hoán vị phân tập bao gồm DL FUSC (sóng mang con được sử dụng hoàn toàn) và DL PUSC (sóng mang con được sử dụng một phần). 802.16e-2005 định nghĩa nhiều hoán vị để chọn lựa, như là sự chọn lựa FUSC (OFUSC), bảng sử dụng kênh con 1 và 2 (TUSC1/2).

Hoán vị liền kề

Hoán vị liền kề, tạo ra một kênh con bởi nhóm một khối các sóng mang con kề nhau. Những kiểu có sẵn cho hoán vị liền kề là mã hóa và điều chế thích ứng cho cả DL và UL (DL AMC và UL AMC). Việc lựa chọn AMC cho phép điều

Lê Thành Trung-D04VT1 xviii


chỉnh hợp lý mã hóa và điều chế sẽ được thực hiện dựa trên các điều kiện của kênh hiện tại. Bảng 2.1 mô tả sự khác nhau chính giữa hai kiểu hoán vị.

Bảng 1.2: So sánh các kiểu hoán vị

Hoán vị sóng mang con liền kề

Hoán vị kênh con phân tập (PUSC, FUSC)

Các lợi ích

Độ lợi kênh con;Tấn số chọn lựa

Lợi ích tải

Lợi ích kênh con;Phân tập tần số;

trung bình nhiễu giao thoa giữa các thế bào

Lập lịchBộ lập lịch tần số tiên tiến

đưa đến khảo sát lợi ích lựa chọn tần số

Bộ lập lịch đơn;phân tập tần số để đạt được

truyền dẫn tốt

Điều kiện kênh Kênh cố định Kênh thay đổi nhanh

Công nghệ anten thông minh

Beamforming MIMO

1.1.3 Cấu trúc khung ghép song công phân chia theo thời gian

PHY Wimax di động hỗ trợ TDD, FDD song công hoàn toàn và bán song công. Đây là phương thức chủ yếu được sử dụng bởi vì các hạn chế định vị trong một số vùng. Mặt hạn chế của TDD là nó cần phải được đồng bộ trên toàn bộ hệ thống, nhưng tuy nhiên, có một vài lý do cho việc sử dụng TDD. Tỷ số các tốc độ dữ liệu DL/UL có thể điều chỉnh được trong khi với FDD thì tỉ số luôn luôn cố định. Việc sử dụng TDD đảm bảo cho việc trao đổi kênh, nó đem lại việc

Lê Thành Trung-D04VT1 xix


cung cấp tốt hơn cho thích ứng liên kết, MIMO (đa đầu vào đa đầu ra) và các công nghệ anten tiên tiến vòng lặp kín khác. Mặt khác, FDD yêu cầu kênh phải được ghép đôi thì TDD có thể chia sẻ cho cả hai lưu lượng DL/UL. Thêm vào đó, xét về mặt kinh tế, FDD truyền dẫn phức tạp hơn bởi vậy nó sẽ tốn nhiều chi phí hơn trong việc sản xuất máy thu phát vô tuyến.

Một khung OFDMA bao gồm một phần mở đầu và hai khung con DL và UL, và có thể cho phép tỉ số chiều dài thay đổi từ 3:1 đến 1:1. Các phần này bị tách rời bởi các ngắt quãng truyền dẫn thu/phát và phát/thu (TTG và RTG). TTG đi theo sau khung con DL và RTG UL. Chúng được dùng để tránh va chạm. Hình 1.5 minh họa cấu trúc của một khung TDD OFDMA. Có nhiều trường tùy chọn và bổ sung có thể được sử dụng trong các khung con. Các trường tùy chọn và bắt buộc được đề cập cụ thể như sau.

Hình 1.5: Cấu trúc khung OFDMA trong TDDPhần mào đầu

Phần mào đầu là phần kí hiệu đầu tiên của một khung. Nó có thể bao gồm một hoặc hai kí hiệu, nó phụ thuộc vào kiểu phần mào đầu. Có một phần mào đầu trước cả hai khung con DL và UL. Phần mào đầu trước khung con DL dài hơn với hai kí hiệu khong khi phần mào đầu UL chứa duy nhất một kí hiệu. Nhiêm vụ của phần mào đầu là đồng bộ tần số, điều chỉnh pha và biên độ của tín hiệu.

Lê Thành Trung-D04VT1 xx


Một sự sắp xếp chọn lựa các phần mào đầu được hỗ trợ, mà chúng có thể được sử dụng trong UL sau 8, 16, hoặc 32 kí hiệu, hoặc trong DL tại vị trí bắt đầu ở mỗi cụm. Việc sử dụng các phần mào đầu thường xuyên chống lại các sự biến đổi đúng lúc.

Tiêu đề điều khiển khung (FCH)

Tiếp theo sau phần mào đầu là một tiêu đề điều khiển khung (FCH), nó bao gồm thông tin cấu hình khung, độ dài bản tin MAP theo sau FCH, kế hoạch mã hóa và điều chế và các sóng mang con sẵn có.

Các bản tin ánh xạ DL/UL (MAP)

Theo sau FCH, khung con DL chứa đựng các bản tin DL-MAP và UL-MAP quảng bá. Chúng được dành cho việc ánh xạ định vị vùng dữ liệu của các người dùng khác nhau trong phạm vi khung. Các bản tin MAP miêu tả cụ thể cụm (định nghĩa việc sử dụng mã hóa và điều chế) cho mỗi người dùng. Các bản tin MAP được tính toán để chứa các thông tin quan trọng, chúng thường được gửi trên một liên kết mạnh với điều chế thấp, ví dụ khóa dịch pha nhị phân (BPSK). Trong trường hợp một vài người dùng sử dụng các gói nhỏ (VoIP), phần mào đầu có thể tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp Wimax di động có giải pháp tùy chọn sử dụng một vài bản tin sub-MAP mà có các bản tin điều khiển chuyên dụng đến các người sử dụng khác nhau và việc sử dụng các tốc độ cao hơn được xác định cho từng người một bởi các đặc tính kênh tương ứng của chúng. Để đạt được hiệu quả cao các bản tin MAP có thể nén nhỏ lại. Các bản tin MAP có thể đi theo sau các bản tin mô tả kênh DL/UL (DCD và UCD) bao gồm các đặc điểm kênh vật lý cho DL và UL theo thứ tự được định sẵn.

Các cụm DL

Thực tế tải tin dữ liệu từ các người dùng khác nhau được mang trong phạm vi các cụm DL có thể có kiểu và kích thước khác nhau phụ thuộc vào các ứng dụng của người dùng. Thêm vào đó, số lượng các cụm là mềm dẻo và có thể thay đổi trên một liên khung cơ bản.

Định cự ly UL

Khung con UL chứa một trường cho các mục đích định cự ly. Trường này dành riêng cho các MS để làm chu trình kín tuần hoàn thời gian, tần số, và điều chỉnh lại công suất với các yêu cầu về định cự ly. Việc xử lý định cự ly sẽ được mô tả chi tiết hơn ở trong phần sau, khi xử lý chuyển giao được thảo luận.

Lê Thành Trung-D04VT1 xxi


Kênh định cự ly có thể được thêm vào sử dụng tối đa truyền dẫn dữ liệu, chúng quá nhỏ cấp cho một UL định vị cho nó.

Các cụm UL

Các cụm UL có cùng chức năng như các cụm trong DL; vì thế chúng cung cấp cách mang dữ liệu được định cự ly khác nhau từ một vài người dùng được phục vụ bởi cùng BS.

Các trường tùy chọn

Khung con UL có thể có hai trường tùy chọn được sử dụng làm tăng hiệu suất của Wimax Di động. Kênh hồi tiếp nhanh UL (UL CQICH) dành cho MS đem lại hồi tiếp thông tin trạng thái kênh có thể được sử dụng tại bộ lập lịch BS. Kênh xác nhận UL (UL ACK) đem lại cho MS một khả năng có thể đưa sự hồi tiếp đến các xác nhận trong trường DL HARQ (yêu cầu lặp tự động lai ghép) này.

1.1.4 Các đặc điểm nổi bật khác của lớp vật lý

Để đạt được những sự cải tiến thực hiện trong phạm vi và khả năng WiMAX di động có nhận được một số đặc tính mới được so với WiMAX truyền thống.

Mã hóa và điều chế thích ứng (AMC)

Các kĩ thuật về điều chế trong Wimax di động là khóa dịch pha vuông (QPSK), điều chế biên độ vuông góc 16-điểm (16QAM), và 64QAM. Sự mã hóa đạt được với mã xoắn (CC) hoặc mã Turbo xoắn với tốc độ thay đối và mã hóa lặp lại. Các phương pháp chọn lựa mã hóa là mã khối Turbo (BTC) và mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC). Bảng 1.3 cung cấp các phương pháp mã hóa và điều chế.

Bảng 1.3: Cung cấp tùy chọn mã hóa và điều chế

DL ULĐiều chế QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM

Tỷ lệ mãCC 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 1/2, 2/3, 5/6

CTC 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 1/2, 2/3, 5/6Lặp lại x2, x4, x6 x2, x4, x6

Mã hóa và điều chế trực tiếp tác động đến tốc độ dữ liệu, do đó, với điều chế 64QAM được tốc độ cao hơn, nhưng kênh bị ảnh hưởng bởi sự nhiễu loạn, còn đối với điều chế QPSK thì ngược lại. Từ đó chọn quá trình điều chế và mã hóa cho phù hợp.

Hồi tiếp kênh nhanh (CQICH)

Lê Thành Trung-D04VT1 xxii


Khung con UL OFDMA có một tùy chọn kênh chỉ thị chất lượng kênh (CQICH) được sử dụng để cung cấp thông tin về các điều kiện kênh từ MS cho đến bộ lập lịch của BS. Có nhiều thông tin, như là tỷ số sóng mang trên nhiễu cộng tạp âm (CINR), khả năng của CINR, chọn kiểu MIMO, và sự chọn lựa kênh con chọn lựa tần số có thể được phân phát quay trở lại đến BS. Trong khi sử dụng TDD, những đề xuất tác động qua lại kênh là một phép đo chính xác khả năng kênh cho thích ứng liên kết.

Yêu cầu lặp tự động lai ghép (HARQ)

Các phương pháp yêu cầu lặp tự động được dành cho các trạng thái khi gói tin gửi không được nhận đúng cách, chẳng hạn từ các lỗi bit, và quá trình phát lại được yêu cầu. HARQ là một phần tùy chọn của MAC Wimax Di động và được cung cấp duy nhất bởi PHY OFDMA. Việc sử dụng HARQ và các tham số cần thiết được dàn xếp trong thời gian quá trình xử lý tiếp nhận mạng, hoặc tiếp nhận lại trong trường hợp chuyển giao. Có sự hỗ trợ HARQ trên đầu cuối hoặc trên kết nối sử dụng, bởi tất cả các CID hoạt động của mỗi đầu cuối hoặc bởi một CID đơn. Nó định nghĩa một trạm thuê bao (SS) có thể sử dụng thi hành trên thiết bị đầu cuối. Trong khi một MS có thể sử dụng thi hành trên mỗi kết nối. SS là giới hạn chung của một trạm Wimax còn MS là một trường hợp đặc biệt hỗ trợ di động, SS cũng được biết đến như trạm Wimax Cố định.

Trong khi sử dụng HARQ, một vài đơn vị dữ liệu giao thức MAC (PDU) có thể được ghép đến một gói HARQ. Gói HARQ được hình thành bằng cách thêm vào một trường kiểm tra dư thừa chu kỳ (CRC) đến các PDU MAC. Một ví dụ được minh họa trong hình 1.6. Trường chẵn lẻ chứa các thông tin phát hiện và sửa chữa lỗi.

Hình 1.6: Cấu trúc của một gói mã hóa HARQ

HARQ là một giao thức cơ bản với dừng-và-đợi, được cung cấp một vài kênh HARQ trên mỗi kết nối. Một phần trong các kênh này có một bộ mã hóa gói

Lê Thành Trung-D04VT1 xxiii


chờ đợi đồng thời. Với cách này tài nguyên băng thông của một quá trình HARQ chờ đợi có thể được sử dụng cho truyền tải dữ liệu của các quá trình khác. Kết quả, thông lượng tổng có thể được cải thiện. Tuy nhiên, cấn phải tránh các vấn đề với việc sử dụng bộ nhớ, số lượng của các kênh cần phải giữ đủ thấp.

Như đa được đề cập, khung con UL chứa tùy chọn cho kênh xác nhận (UL ACK) được sử dụng với báo hiệu ACK/NACK HARQ từ MS đến BS. BS sử dụng một IE (phần tử thông tin) ánh xạ bit HARQ cho DL. Khi tiếp nhận thành công MS gửi một ACK và ngược lại một xác nhận từ chối (NACK) được gửi lại đến BS. Sau khoảng thời gian nhất định không nhận được ACK hoặc NACK, BS phát lại gói HARQ cho tới khi nhận được một ACK. Trước đấy bộ thu được lưu trữ, gói hỏng có thể thay đổi để ghép thông tin trong quá trình phát lại. Do đó, việc giải mã gói có thể thành công thông qua quá trình phát lại tuy nhiên vẫn có các lỗi. Ở đây chức năng của HARQ được mô tả trực tiếp ở trong DL, nhưng kịch bản có thể được thay đổi cả đến UL nữa.

Có hai sự khác nhau chính cho hoạt động của HARQ trong Wimax Di động, sự kết hợp theo đuổi (CC) và tích lũy tăng dần (IR). Các phương thức hoạt động của chúng biến đổi trong thủ tục phát lại đã được giới thiệu. CC luôn phát lại gói với cùng kiểu mã hóa như gói gốc và cố gắng ghép dữ liệu nhận được từ quá trình phát lại với dữ liệu gốc, như đã được mô tả. Mặt khác, IR tin tưởng vào việc thay đổi mã hóa tạo ra một phiên bản mới với khoảng dịch chuyển tốt hơn chống lại những truyền dẫn sai lầm. Bản tin gốc phát đi sử dụng mã hóa mức cao với sự phát hiện duy nhất và những khả năng sửa chữa có lẽ đơn giản. Khi một lỗi bị phát hiện tại phía thu, gói được lưu trữ trong bộ đệm và bộ thu thông báo máy phát có lỗi xảy ra. Máy phát gửi lại khối chẵn lẻ gốc với các bít được thêm vào và đạt được một mã sửa chữa/phát hiện lỗi tốt hơn.

HARQ tăng tính tin cậy cho truyền dẫn, ngoài ra hiệu suất của kết nối trên tế bào được cải thiện. Báo hiệu trong Wimax cho phép hoạt động đồng bộ, tạo ra một độ trễ có thể thay đổi giữa các quá trình phát lại. Nó tạo ra sự mềm dẻo cho bộ lập lịch, phần mào đầu thêm vào được yêu cầu cho mỗi quá trình phát lại. Khi sử dụng HARQ với AMC và CQICH, Wimax di động có thể thiết lập một liên kết cho mỗi MS di chuyển tại các tốc độ trên 120 km/h.

1.2 Lớp điều khiển truy nhập môi trường Wimax Di động (MAC)

Sự phát triển của Wimax di động đã tính toán đến những nhu cầu cho các loại

Lê Thành Trung-D04VT1 xxiv


lưu lượng thực tế ngày nay. Có nghĩa rằng nó phải hỗ trợ thoại, dữ liệu, video, thậm chí là đồng thời các loại. Các cuộc gọi thoại thông thường bị ảnh hưởng bởi độ trễ, mặt khác các dòng dữ liệu video yêu cầu một dung lượng truyền dẫn. Lưu lượng dữ liệu yêu cầu kết nối tốc độ cao, nhưng dải thông sử dụng phụ thuộc vào số lượng cụm. Tài nguyên được cấp phát có thể thay đổi từ một khe thời gian đơn đến toàn bô khung.

Wimax giới thiệu hai cơ chế chia sẻ cho giao diện vô tuyến. Mạng lưới điểm-đa-điểm (PMP) và mạng lưới Mesh, chúng được mô tả chi tiết ở các phần sau.

DL trong Wimax hoạt động trên cơ sở mạng PMP, có nghĩa rằng một BS đơn phát đến một hoặc một vài người dùng. Trên một kênh tần số nhất định và một phần anten của tất cả các SS, cố định hoặc di động, nhận giống như truyền dẫn từ BS, trừ khi nó được định nghĩa rõ ràng trong DL-MAP một khung con nhất định cho một SS nhất định. Nhiều CID trong các PDU được kiểm tra bởi các SS thu và duy nhất các địa chỉ gửi tới chúng được giữ lại. UL được chia sẻ khi yêu cầu và tài nguyên cấp phát dành cho các dịch vụ cần thiết. Tất nhiên, BS phải xác định xem SS có được truy nhập đến chúng hay là không.

Wimax cung cấp một chọn lựa mạng Mesh, chúng nhắc đến chức năng ad-hoc được sử dụng trong các mạng WLAN (802.11). Do đó, lưu lượng có thể được định tuyến thông qua các SS khác hoặc hai SS thông tin trực tiếp với nhau mà không cần qua BS. Mạng Mesh có một trạm, kết nối trực tiếp đến các dịch vụ backhaul bên ngoài mạng Mesh, được gọi là BS Mesh trong khi tất cả các trạm khác được gọi là các SS Mesh. Thuật ngữ trong mạng lưới Mesh khác nhau không đáng kể khi sử dụng chẳng hạn các trạm được gọi là các node, các quan hệ hàng xóm, miền lân cận, và miền lân cận mở rộng được đưa ra. Các node với liên kết trực tiếp đến các node khác được gọi là các hàng xóm và các hàng xóm của một node thiết lập một miền lân cận. Miền lân cận mở rộng bao gồm nhiều hàng xóm của miền lân cận.

Không giống như PMP, BS Mesh không thể phát tín hiệu khi không có sự đồng ý của các node khác. Với sự lập lịch được phân phối, tất cả các node quảng bá định kỳ chấp nhận các sự lập lịch hiện thời của chúng, với khả năng có thể đưa ra các thay đổi đến chúng, đến tất cả các hàng xóm trong khoảng cách hai-bước nhảy. Các node phải đảm bảo quá trình truyền dẫn của chúng không xảy ra đụng độ với dữ liệu khác hoặc các lưu lượng điều khiển trong cả DL và UL. Phương pháp lập lịch trong mạng Mesh được gọi là lập lịch tập trung, nó dựa trên BS Mesh tâp hợp các yêu cầu tài nguyên từ các SS hàng xóm trong khoảng

Lê Thành Trung-D04VT1 xxv


cách xác định của nhiều bước nhảy. Chúng quyết định sự cấp phép cho lưu lượng DL và UL và thông tin các SS Mesh trong phạm vi bước nhảy về những tài nguyên được công nhận.

1.2.1 Mặt phẳng dữ liệu/điều khiển

Địa chỉ và các kết nối

Trong PMP, mỗi giao diện vô tuyến của một MS được cấp cho một địa chỉ MAC duy nhất; giống như tính thích ứng mạng Ethernet. Địa chỉ được sử dụng với quá trình định cự ly ban đầu và là một phần của quá trình xác thực. Một kết nỗi giữa BS và MS được nhận ra thông qua một CID. Khi MS liên hệ đến BS, hai cặp kết nối quản lý (DL và UL) được tạo ra. Ngoài ra, một cặp đôi thứ ba tùy chọn cũng có thể được tạo ra. Những kết nối này hình thành ba mức chất lượng dịch vụ khác nhau (QoS) sắn có cho lưu lượng quản lý. Kết nối thứ nhất, gọi là kết nối cơ sở, được dành cho trao đổi ngắn và các bản tin khẩn cấp, trong khi các kết nối khác, được gọi là thứ cấp, nó được sử dụng dài hơn và một số lưu lượng quản lý dung sai trễ giữa các MAC BS và MS. Tùy chọn, kết nối thứ ba được gọi là kết nối quản lý thứ cấp, được sử dụng cho giảm trễ, các bản tin được dựa theo các tiêu chuẩn. Ngoài ra, cũng sẵn có một kết nối quảng bá cho việc phân phát một số bản tin quản lý.

Các CID cho các kết nối quản lý được định nghĩa trong phép đo khoảng cách hoặc các bản tin đáp ứng đăng ký, RNG-RSP và REG-RSP, theo thứ tự định sẵn. Cả hai thành viên của một cặp kết nối (DL và UL) chia sẻ cùng một CID. Thông tin được gửi trên các kết nối này không bao giờ gửi trên các kết nối dành cho truyền dẫn lưu lượng dữ liệu.

Các yêu cầu truyền dẫn được dựa trên các CID quản lý bởi vì băng thông cấp phép có thể thay đổi cho các kết nối khác nhau trong khi chúng cùng một kiểu dịch vụ. Lấy ví dụ trong văn phòng, nơi một MS đơn đang phục vụ một vài người dùng với các sự hạn chế dịch vụ khác nhau. Ngoài ra, lưu lượng từ một vài mức cao hơn (như TCP/IP) với các tham số yêu cầu dịch vụ chung có thể được ghép đến một kết nối đơn, khi địa chỉ (nguồn và đích) mạng khu vực nội hạt được đóng gói trong phần tải tin của các truyền dẫn.

Mạng Mesh cũng sử dụng các địa chỉ MAC, giống như mạng PMP. Ở đây quá trình xác thực không liên quan đến MS và BS như trong mạng PMP, tuy nhiên node và mạng nhận dạng từng quá trình xác thực. Sau khi quá trình xác thực thành công node nhận được một nhận dạng Node (Node ID), được yêu cầu từ

Lê Thành Trung-D04VT1 xxvi


BS Mesh. Ngoài ra, các node thiết lập các nhận dạng liên kết (Link ID) giữa các node hàng xóm mà chúng liên kết đến. Các Link ID sử dụng sự lập lịch phân phối với mục đích nhận dạng các yêu cầu và những tài nguyên được cung cấp. Với mạng Mesh lưu lượng được quảng bá đến tất cả các node, nó có thể quyết định việc cung cấp lập lịch bằng việc kiểm tra Node ID của bộ phát và Link ID trong một lập lịch chế độ Mesh với bản tin lập lịch phân phối (MSH-DSCH).

Các định dạng đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) MAC

Cấc trúc của một MAC PDU được giới thiệu trong hình 1.7. PDU bắt đầu với một trường mào đầu MAC có độ dài cố định. Trường thứ hai là phần tải tin. Tải tin có thể có, nhưng cũng có thể không có, các mào đầu con hoặc các đơn vị dịch vụ MAC (SDU) và/hoặc các phân đoạn. Độ dài của tải tin có thể thay đổi, tuy nhiên MAC PDU không thể xác định rõ ràng cụ thể là bao nhiêu byte. Trường kết thúc được dành cho một CRC, nó được yêu cầu cho các lớp OFDM và PHY OFDMA, trong khi một số lớp PHY 802.16-2004 là tùy chọn.

Hình 1.7: Định dạng MAC PDU

Các bản tin quản lý MAC

Trong phần này giới thiệu các bản tin quản lý quan trọng trong lớp MAC. Các bản tin đó được truyền đi trong phần tải tin của PDU.

Các bản tin bộ mô tả kênh Downlink/Uplink (DCD/UCD) được gửi một cách định kì và chức năng của nó cung cấp các tham số kênh vật lý đường lên và đường xuống.

Các bản tin MAP Downlink/Uplink (DL/UL-MAP) được dành cho định nghĩa truy nhập thông tin downlink/uplink.

Các bản tin yêu cầu/đáp ứng định cự ly (RNG-REQ/RSP) là một cặp yêu cầu-đáp ứng trong suốt quá trình khởi tạo tiếp nhận mạng. RNG-REQ/RSP được gửi đi bởi MS trong khi khởi tạo và sau đó nó được gửi đi một cách định kỳ. Quá trình định cự ly xác định độ trễ mạng cùng với việc yêu cầu công suất và các thay đổi trạng thái cụm đường xuống. Bản tin RNG-RSP là một phản hồi của bản tin RNG-REQ trước đó. RNG-RSP cũng có thể được gửi đi không

Lê Thành Trung-D04VT1 xxvii


đồng bộ bằng cách điều chỉnh các giá trị thu được hoặc các bản tin MAC. Do đó, MS có thể nhận được RNG-RSP bất kỳ lúc nào mặc dù nó không yêu cầu.

Các bản tin đáp ứng/yêu cầu đăng ký (REG-REQ/RSP) được sử dụng trong giai đoạn khởi tạo. MS yêu cầu đăng ký bằng cách gửi đi bản tin REG-REQ đến BS và BS trả lời bằng cách gửi lại bản tin REG-RSP. Các bản tin đó chứa cụ thể thông tin về một số tính chất của kết nối đã được thiết lập.

Sự xây dựng và truyền dẫn các PDU MAC

Các quá trình xây dựng PDU MAC được giới thiệu trong hình 1.8.

Lê Thành Trung-D04VT1 xxviii


Hình 1.8: Xây dựng MAC PDU

Sự ghép nối là một thủ tục ghép nhiều PDU MAC vào trong một truyền dẫn đơn, trong DL hoặc UL. Mối PDU có một CID duy nhất, nó cho phép MAC thu nhận giải quyết SDU MAC từ một hoặc nhiều PDU thu được và trả lại giá trị SDU cho một điểm truy nhập dịch vụ (SAP) MAC tương ứng. Ngoài ra, các PDU cho các bản tin quản lý MAC, dữ liệu người dùng, băng thông yêu cầu cũng có thể được chứa trong cùng một sự truyền dẫn. Hình 1.9 minh họa vị trí truyền dẫn cụm UL.

Hình 1.9: Ví dụ các CID ghép nối PDU MAC

Sự phân đoạn có thể xảy ra khi SDU MAC hoặc bản tin quản lý không phù hợp với một PDU MAC và nó được chia cắt vào trong một vài PDU. Sự phân đoạn và sự tái hợp được sử dụng nhằm tận dụng tốt hơn băng thông sẵn có và chúng phải được cung cấp bởi thiết bị.

Quá trình đóng gói cho phép một vài SDU đóng gói vào trong một PDU đơn. Quyết định đó do trạm phát và quá trình mở gói bắt buộc cho tất cả các trạm.

Việc tính toán CRC có thể yêu cầu một số kết nối và trong trường hợp này trường CRC thêm vào dữ liệu chứa đựng các PDU tương ứng cho các kết nối đấy. CRC chứa mào đầu MAC chung và phần tải tin của PDU. Trong trường hợp sự mật mã hóa được sử dụng, thì việc tính toán CRC sẽ được thực hiện sau.

Mật mã được thực hiện tại phần tải tin của PDU MAC nếu kết nối đó được ánh xạ vào trong một sự kết hợp bảo mật (SA). Mật mã và nhật thực dữ liệu được thực hiện tại đầu cuối phát tuân theo các đặc điểm kĩ thuật của SA và quá trình ngược lại được thực hiện tại bộ thu dựa trên cùng một SA. Có duy nhất phần tải tin là được mật mã trong khi mào đầu MAC chung thông được mật mã thông tin được yêu cầu việc giải mã. Nếu một PDU được ánh xạ vào trong một SA

Lê Thành Trung-D04VT1 xxix


yêu cầu mật mã mà nó được nhận không mật mã thì nó bị bỏ đi.

Việc đệm được dành để lấp đầy các phần không được sử dụng của không gian được cấp phát trong phạm vi một cụm dữ liệu. Không gian đó phải được biết trạng thái, nó có thể đạt được bằng cách cài đặt từng byte không sử dụng vào trong giá trị byte độn (0xFF). Trong trường hợp kích thước phần không gian không được sử dụng lớn hơn độ dài mào đầu MAC, nó có thể được định dạng như một PDU MAC.

1.2.2 Chất lượng dịch vụ (QoS) cung cấp

Wimax di động cung cấp các phương pháp QoS cho các ứng dụng và các dịch vụ dữ liệu khác nhau. Tại đây đạt được các tốc độ dữ liệu mong muốn, dung lượng có thể điều chỉnh phù hợp trong cả DL và UL, tính chất tài nguyên tốt, cơ chế linh hoạt cho việc phân bố tài nguyên. Trong Wimax di động, QoS được cung cấp thông qua các luồng dịch vụ mô tả trong hình 1.10. Đó là luồng các gói đơn hướng với các tham số QoS nhất định.

Hình 1.10: Cung cấp QoS Wimax Di động

Khi muốn cung cấp một số loại dịch vụ dữ liệu (thoại, dữ liệu, hình ảnh…), một kết nối được thiết lập giữa BS và MS. Đầu tiên xây dựng một liên kết logic đơn hướng giữa những MAC tương đương. Các gói tại giao diện MAC được thêm vào thông tin luồng dịch vụ để phân phát trên kết nối. Luồng dịch vụ chứa các tham số QoS được cấp cho bộ lập lịch quyết định các yêu tiên truyền dẫn,

Lê Thành Trung-D04VT1 xxx


trong suốt thời gian truyền dẫn các tham số QoS phải được thay đổi cho phù hợp với từng loại dịch vụ.

QoS là định hướng kết nối, nó được điều khiển hiệu quả trong suốt quá trình truyền dẫn. Ngoài ra, cho phép một QoS từ đầu cuối đến đầu cuối trong giao diện vô tuyến, QoS luôn là vấn đề chính trong các giao tiếp không dây. Nguyên lý luồng dịch vụ được cung cấp trong cả DL và UL. Trong bảng 2.4 giới thiệu các đặc điểm kĩ thuật được sử dụng cho các ứng dụng và các dịch vụ dữ liệu khác nhau.

Bảng 1.4: QoS và ứng dụng trong Wimax Di động

Loại QoS Các ứng dụng Đặc điểm kỹ thuật QoS

UGS

Dịch vụ cho phép không

khẩn nài

VoIPTốc độ duy trì cực đạiDung sai trễ cực đạiDung sai Jitter

rtPS

Dịch vụ kiểm soát vòng

thới gian thực

Dòng dữ liệu video và hình ảnh

Tốc độ dành riêng tối thiểuTốc độ duy trì cực đạiDung sai trễ cực đạiYêu tiên lưu lượng

ertPS


thời gian thực mở rộngThoại với phát hiện hoạt

động (VoIP)

Tốc độ dành riêng tối thiểuTốc độ duy trì cực đạiDung sai trễ cực đạiYêu tiên lưu lượngDung sai Jitter

nrtPS


phi thời gian thực

Giao thức truyền tải file (FTP)

Tốc độ dành riêng tối thiểuTốc độ duy trì cực đạiYêu tiên lưu lượng

BE

Sự nỗ lực tối đa Truyền dữ liệu, duyệt Web…

Tốc độ duy trì cực đạiYêu tiên lưu lượng

1.2.3 Dịch vụ lập lịch MAC

Một người dùng di động tạo ra các yêu cầu đặc biệt cho truyền dẫn do các thay đổi liên tục trong khi sử dụng môi trường truyền dẫn. Để đạt được các kết nối hiệu quả với dữ liệu, âm thanh hoặc video, một dịch vụ lập lịch hiệu suất cao

Lê Thành Trung-D04VT1 xxxi


cần được sử dụng. Dịch vụ lập lịch MAC Wimax Di động chứa bộ lập lịch dữ liệu nhanh, lập lịch cho cả DL và UL, cấp phát tài nguyên thích ứng, lập lịch được định hướng QoS, và lập lịch lựa chọn tần số.

Việc lập lịch dữ liệu truyền dẫn trên kết nối giữa BS và MS được thực hiện tại bộ lập lịch MAC. Một kết nối được kết hợp với dịch vụ lập lịch đơn, nó được định nghĩa bằng cách cài đặt các thông số kĩ thuật QoS như danh sách trong bảng 1.4. BS lập lịch các yêu cầu và hỗ trợ các truyền dẫn UL bằng cách cung cấp băng thông hoặc sắp xếp băng thông yêu cầu cho các MS. BS cần có các kiểu lập lịch và các thông số QoS để có khả năng dự đoán những nhu cầu của MS về thông lượng và độ trễ của lưu lượng UL.Lập lịch yêu cầu/cho phép đường lên

Dịch vụ cho phép tự nguyện

UGS tập trung trên lưu lượng UL với các yêu cầu thời gian thực và gói độ dài cố định được gửi định kì. Như được đề cập trong bảng 1.4, lưu lượng VoIP thuộc vào loại này. Dịch vụ cung cấp định kỳ cho phép kích thước cố định trong thời gian thực. Các sự cho phép được MS dự đoán trước sao cho phần mào đầu và góc trễ là nhỏ nhất. Kích thước cho phép được định nghĩa trên cơ sở tốc độ lưu lượng duy trì cực đại của luồng dịch vụ và kích thước phải đủ rộng để chứa dữ liệu kích thước cố định từ các ứng dụng và phải có thông tin mào đầu.

Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian thực

rtPS được sử dụng tương tự như UGS, nhưng ở đây kích thước gói có thể thay đổi. Một ví dụ về loại lưu lượng này là MPEG luồng dữ liệu video được nén lại. MS có khả năng yêu cầu băng thông trên cơ sở kích thước truyền dẫn. Kết quả từ việc thay đổi băng thông là rtPS yêu cầu nhiều mào đầu hơn so với UGS. BS cung cấp yêu cầu được gửi đi định kì trên các bản tin đơn đường.

Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian thực mở rộng

erPS là sự kết hợp hai dịch vụ trước đấy, UGS và rtPS. BS cung cấp truyền đơn đường với khả năng có thể thay đổi kích thước được yêu cầu. erPS được thiết kế cho lưu lượng VoIP với việc phát hiện hoạt động. Do đó, khi có các khoảng yên lặng trong giao tiếp, các gói cần ít không gian hơn và băng thông được tiết kiệm. BS cung cấp các phân phối định kì được sử dụng cho yêu cầu băng thông hoặc truyền tải dữ liệu. Đối với UGS, có một tốc độ lưu lượng dự trữ cực đại, với việc định nghĩa kích thước mặc định cho các phân phối, tuy nhiên, với erPS giá trị này có thể được thay đổi khi yêu cầu.

Lê Thành Trung-D04VT1 xxxii


Dịch vụ kiểm soát vòng phi thời gian thực

nrtPS được gửi đi đơn đường. Với nrtPS các sự yêu cầu là luôn sẵn sàng thậm chí trong trường hợp mạng bị tắc nghẽn. Khoảng thời gian giữa các kiểm soát vòng là không cố định, nhưng chúng được giữ đủ ngắn để cung cấp đầy đủ dịch vụ cho MS.

Dịch vụ nỗ lực tối đa

Dịch vụ BE được dành cho loại lưu lượng không yêu cầu chặt chẽ về độ trễ và QoS. Loại lưu lượng tiêu biểu là lướt Web bình thường, nó chứa các cụm dữ liệu trên một số các khoảng thời gian ngẫu nhiên. Như tên gọi của dịch vụ, mục tiêu của nó là cung cấp các kiểu dịch vụ mức cao hơn.

1.2.4 Băng thông cấp phát và yêu cầu kỹ thuật

Để truyền dẫn được thì BS phải cấp băng thông cho MS. Tùy thuộc vào loại QoS sử dụng mà có một vài khả năng có thể xảy ra.

Các sự yêu cầu

Một yêu cầu là một bản tin được gửi đến BS thông báo MS sẽ phát dữ liệu và yêu cầu cấp phát băng thông UL. Các yêu cầu đó được phát đi thông qua một mào đầu yêu cầu dải thông tách rời hoặc bởi một yêu cầu kèm thêm tùy chọn. Kích thước được yêu cầu gồm có số lượng các byte cho phần mào đầu MAC và tải tin, nhưng không có phần mào đầu PHY. Các yêu cầu đó được phát đi bằng cách sử dụng một vài UL, trừ trong gian đoạn định cự ly ban đầu. Ngoài ra, MS không được phép yêu cầu băng thông kết nối nếu không có một PDU nào được phát trên kết nối tương ứng đó. Yêu cầu đó có thể tăng lên hoặc kết hợp lại, khi một yêu cầu gia tăng tới BS, giá trị hiện tại được điều chỉnh cho phù hợp trong khi đó với chọn lựa kết hợp giá trị cũ được thay thế. Các yêu cầu kèm thêm tùy chọn luôn tăng lên, khi chúng không chứa trường chỉ thị loại yêu cầu.

Các sự cho phép

BS cho phép MS cấp phát băng thông phù hợp với các yêu cầu được gửi trước đó. Các yêu cầu đó được kết hợp trong MS với những kết nối nhất định bằng những CID của chúng, nhưng các sự cho phép được kết hợp với CID của MS. Nó có nghĩa rằng BS sẽ cho phép băng thông MS, nhưng thực tế sử dụng được xác định tại MS. Nhưng giải thông được cấp là ít hơn yêu cầu ban đầu. Trong trường hợp này, MS phải quyết định các kết nối, nếu kết nối nào được phép nó sẽ sử dụng phần được cấp phát. MS giải quyết đơn giản quyết định của BS và

Lê Thành Trung-D04VT1 xxxiii


giảm SDU hoặc yêu cầu lại.

Sự kiểm soát vòng

Các yêu cầu băng thông luôn được liên kết đến các CID và sự cho phép đó được đánh địa chỉ tới những MS nhất định. Quá trình kiểm soát vòng xuất hiện khi BS cấp phát băng thông cho các MS đặc biệt cho việc tạo các yêu cầu băng thông. Sự định vị có thể được trỏ vào MS đơn hoặc vào một nhóm các MS (multi-/broadcast). Trong khi kiểm soát vòng các MS, không có bản tin đặc biệt nào được gửi đi, nhưng UL MAC chứa băng thông cấp phát đủ lớn cho một MS trả lời một yêu cầu băng thông. Trong sự kiểm soát vòng BS đơn, CID của MS được sử dụng với sự kiểm soát vòng multi-/broadcast, UL MAP đó chứa một CID đặc biệt được thiết kế cho multi-/broadcast.

Các tính chất của bộ lập lịch MAC

Wimax di động chứa một bộ lập lịch dữ liệu nhanh để sắp xếp sử dụng các khả năng sẵn có cho những nhu cầu ứng dụng hiện thời. Các gói cho những yêu cầu QoS nhất định đã được giới thiệu trong phần 1.2.3 và được dựa trên “các nhãn” này, BS cho phép quyền yêu tiên đến các lớp lưu lượng nhất định. Bộ lập lịch cung cấp việc lập lịch cho cả DL và UL. Lập lịch UL cài đặt sự ràng buộc việc phân phát thông tin chính xác về chất lượng kết nối và cần có QoS đến BS. Việc cấp phát tài nguyên động cũng được cung cấp cho lưu lượng DL và UL. Nhiều tài nguyên có thể được cấp phát cho cả hai miền thời gian và tần số. Viêc cấp phát được thực hiện bằng cách chèn các bản tin MAC vào trong phần đầu của mỗi khung. Do đó, các thay đổi trên một xen khung cơ bản có thể xảy ra, nó cho phép phản ứng nhanh trước những sự thay đổi trong kết nối đó. Lập lịch là định hướng QoS, nó có nghĩa rằng việc lập lịch truyền tải dữ liệu trong MAC được thực hiện cẩn thận cho mỗi kết nối riêng biệt và những kết nối này được đặt vào trong các lớp dịch vụ dữ liệu đặc biệt với các yêu cầu QoS và việc lập lịch được thực hiện tương ứng. Với việc lập lịch lựa chọn tần số, bộ lập lịch MAC được thiết kế khai thác các kênh con với cách thức khác nhau. Khi các sóng mang con trong các kênh con được phân phối giả ngẫu nhiên băng thông (chẳng hạn như PUSC), thì các sóng mang con đấy có chất lượng như nhau. Nếu hoán vị liền kề (như AMC) được sử dụng, sự suy giảm giữa các kênh con có thể thay đổi. Lợi thế của FSS là các kênh con yếu của các người dùng di động có thể tránh được và lựa chọn tốt hơn các kênh con cho truyền dẫn. FSS tạo ra một số mào đầu trong CQI cho UL nhưng mặt khác dung lượng tổng được gia tăng trong trường hợp tính di động thấp.

Lê Thành Trung-D04VT1 xxxiv


1.2.5 Quản lý di động

Các vấn đề chính cho ứng dụng di động nói chung là không đủ tài nguyên công suất cho các vấn đề trong chuyển giao. Wimax di động có hai chế độ cấp phát công suất khi có sự việc gì xảy ra: là chế độ chờ và chế độ không tải. Wimax di động cũng đề cập tới việc cung cấp các chuyển giao liên tục (kết nối không bị đứt trong khi thay đổi BS), tốc độ có thể lên trên 100 km/h. Những vấn đề về di động được nói chi tiết hơn trong các chương sau.

1.2.6 An ninh

Các ứng dụng không dây và di động yêu cầu một vài sự bảo mật so với cố định truyền thống và các giao tiếp có dây dẫn. Khi sử dụng giao diện vô tuyến làm môi trường truyền dẫn, thì lưu lượng dữ liệu và sự báo hiệu giữa MS và BS được mật mã hóa để đảm bạo sự bí mật. Ngoái ra, khi xây dựng kết nối với một MS/BS mới thì yêu cầu sự xác thực cho cả hai đầu cuối. Wimax Di động cung cấp sự xác thực lẫn nhau giữa các thiết bị/người dùng với một giao thức quản lý khóa linh hoạt. Ngoài ra nó cũng cung cấp mã hóa lưu lượng và bảo vệ bản tin báo hiệu. Các chuyển giao nhanh cần sự tăng cường các giao thức bảo mật.

Giao thức quản lý khóa

Các vấn đề bảo mật của Wimax di động được định nghĩa như là một lớp con trong lớp MAC. Giao thức được sử dụng, và cơ sở cho bảo mật Wimax, là sự riêng tư và giao thức quản lý khóa với hai phiên bản 1 và 2 (PKMb1/2). Wimax (cố định) cung cấp duy nhất phiên bản đầu tiên trong khi Wimax di động cung cấp cả hai.

Trao quyền và sự xác thực thiết bị/người dùng

Khi một thiết bị Wimax di động được bật nó cố găng kết nối đến một BS. Tuy nhiên, một kết nối tin cậy giữa người dùng và BS phải được đảm bảo. Kết nối này có thể được thực hiện bằng cách xác thực lẫn nhau hoặc một phía (BS xác thực MS) được cung cấp bởi PKM. PKM cũng cho phép trao quyền/sự xác thực định kì và làm mới lại khóa. Nó có thể sử dụng giao thức xác thực mở rộng (EAP) hoặc các chứng nhận số X.509 với giải thuất mật mã hóa khóa công cộng RSA. Tuy thế giải pháp khác là sử dụng một chuỗi số bắt đầu với sự xác thực RSA và theo sau bởi quá trình xác thực EAP.

PKM tạo ra một khóa trao quyền (AK), có độ dài 160 bit và là một khóa bí mật dùng chung giữa MS và BS. Sau sự thiết lập của AK, khóa mã hóa khóa (KEK) được tạo ra từ AK. KEK được sử dụng để mã hóa sau các thay đổi PKM của

Lê Thành Trung-D04VT1 xxxv


khóa mã hóa lưu lượng (TEK).

Giải pháp RSA được dựa trên một chứng nhật X.509 đơn nhất nó được tạo ra bởi hãng sản xuất MS. Chứng nhận X.509 chứa khóa công cộng (PK) của MS và địa chỉ MAC. Khi MS đang yêu cầu một AK, nó gửi chứng nhận số đó đến BS, sau đó nó xác nhận chứng nhận và tạo ra AK dựa trên PK thu được.

Giải pháp EAP sử dụng một chứng nhận dành riêng được cung cấp bởi thao tác viên. Đây có thể là module nhận dạng thuê bao (SIM) hoặc một chứng nhận X.509 được đề cập ở trên. Thao tác viên chọn phương pháp phù hợp nhất và loại EAP phù hợp. Với SIM loại được sử dụng là EAP-xác thực và thỏa thuận khóa (AKA) hoặc với X.509 EAP-TLS (bảo mật lớp vận chuyển). Khả năng có thể xảy ra là sử dụng EAP-TLS (đường hầm TLS) cho Microsoft-giao thức xác thực bắt tay hô lệnh (MS-CHAPv2).

Sau quá trình xác thực MS vẫn cần sự trao quyền và một nhận dạng kết hợp bảo mật (SAID) từ BS. Với yêu cầu trao quyền ở trên BS đó liên hệ xác thực, trong mạng máy chủ sẽ trao quyền và tính toán (AAA) và sau khi giao tiếp thành công với AAA, gửi trở lại đến MS một AK, một khóa thời gian và SAID. SA được định nghĩa như là thông tin bảo mật được chia sẻ giữa BS và các MS được kết nối đến BS. SA có thể nguyên thủy, tĩnh hoặc động. SA nguyên thủy được thiết lập trong khi khởi tạo MS và các SA tĩnh được cung cấp trong phạm vi BS. Ngoài ra, các SA động được phát sinh trong thực tế khi tạo ra các luống dịch vụ. Từ đó có thể có đồng thời vài luồng dịch vụ cho một MS, nó cũng có thể có một vài SA động. Tuy nhiên, phải có sự tương thích với các kiểu dịch vụ MS được phép truy nhập.

Mã hóa lưu lượng

Lớp MAC Wimax di động sử dụng mã AES-CCM (chuẩn mã hóa tiến bộ-CTR với CBC-MAC, CTR đến từ mã hóa chế độ bộ đếm và CBC-MAC từ bộ mã xác thực bản tin chuỗi khối mật mã ) để đảm bảo sự riêng tư của dữ liệu người dùng. Cơ sở cho các khóa được thiết lập đến từ sự xác thực EAP. Một KEK được tạo ra ngay tức khắc bởi AK và được sử dụng để tạo ra một TEK. TEK phát sinh trong BS và là một số ngẫu nhiên được tạo ra với giải thuật mã hóa TEK với KEK như khóa mã hóa. Khóa được sử dụng cho mã hóa lưu lượng dữ liệu là TEK này. Các khóa cũng được thay đổi định kì.

Bảo vệ bản tin điều khiển

Lê Thành Trung-D04VT1 xxxvi


Lưu lượng cho điều khiển kết nối cũng cần được bảo vệ. Giải pháp cho Wimax di động bảo vệ dữ liệu điều khiển là một kế hoạch với AES được dựa trên CMAC (mã xác thực bản tin mật mã ) hoặc MD5 (5 thuật toán tóm lược bản tin) được dựa trên HMAC (mã xác thực bản tin khóa băm).

Cung cấp chuyển giao nhanh

Chuyển giao nhanh được cung cấp bởi Wimax di động cài đặt yêu cầu cho tính riêng tư của thông tin trao đổi trong khi thay đổi các BS. Chuyển giao cần được thực hiện theo cách mà các sự tấn công không có khả năng xảy ra. Ngoài ra, cần phải có sự cân bằng giữa những rủi ro và tính tin cậy.

Wimax di động cung cấp khả năng sử dụng trước xác thực, xác thực đơn giản được thực hiện trước khi chuyển giao đến một BS đích mục đích làm chuyển giao nhanh hơn. Tuy nhiên, cơ chế trước xác thực không lằm trong phạm vi của chuẩn 802.16e-2005.

Sự nhạy cảm

Bảo mật Wimax di động phải đương đầu với một số vấn đề nhạy cảm. Trường hợp thứ nhất đề cập tính bảo mật tiếp nhận mạng ban đầu. Trong khi tiếp nhận mạng một vài các nhân tố cơ bản như các tham số vật lý, các nhân tố thực hiện, và những tình huống bảo mật giữa MS và BS được chấp nhận. Tuy nhiên, thông tin này được bảo vệ. Trong khi Wimax di động có bảo vệ bản tin điều khiển với CMAC/HMAC, nhưng chỉ được sử dụng khi hoạt động bình thường.

Các mặt hạn chế bảo mật Wimax di động khác liến quan đến mạng truy nhập. Chuẩn 802.16e-2005 (hoặc 802.16-2004) không cung cấp một số tiêu chuẩn bảo mật nào cho mạng truy nhập, nhưng nó thừa nhận độ tin cậy của mạng dịch vụ truy nhập.

1.3 Đặc điểm nổi bật khác của Wimax di động

IEEE đã từng giới thiệu một vài công nghệ cung cấp truyền dẫn dữ liệu trong Wimax di động.

1.3.1 Các công nghệ anten thông minh

Theo truyền thống, các hệ thống đa anten yêu cầu tính toán phức tạp các tín hiệu do đó tiêu thụ quá nhiều tài nguyên (nguồn, bộ xử lý…). OFDMA tạo ra việc tính toán đơn giản hơn bằng cách sử dụng mặt phẳng vector các sóng mang con . Nó không cần các bộ cân bằng phức tạp để bù đắp tổn thất trên các

Lê Thành Trung-D04VT1 xxxvii


tần số nhất định. Hơn nữa, OFDMA rất thích hợp cho những công nghệ anten thông minh. Thật sự, hầu hết các hệ thống giao tiếp băng rộng thế hệ tiếp theo được thiết kế dựa trên MIMO-OFDM/OFDMA. Có một vài công nghệ anten thông minh được cung cấp cho Wimax di động. Trong phần dưới mô tả ba giải pháp được hỗ trợ.

Beamforming

Beamforming là một phương pháp, ở bất kỳ chỗ nào một vài anten với các tín hiệu có trọng lượng được sử dụng tạo ra các búp sóng mạnh hơn. Kĩ thuật đó cải thiện khả năng truyền dẫn và khoảng cách giữa MS và BS được tăng lên. Có loại beamforming được giới thiệu. Loại thứ nhất được gọi là búp chuyển đổi, nó cho phép chuyển đổi giữa một vài anten búp hẹp hoặc giữa các búp khác nhau trong một giàn anten. Loại thứ hai được gọi là mảng pha động, nó sử dụng giải thuật phương tới (DoA). DoA cung cấp cho người dùng khả năng điều chỉnh búp cho phù hợp. Cả hai phương pháp đấy đều làm tăng độ dài tín hiệu. Loại thứ ba được biết như là mảng thích ứng hoặc Beamforming thích ứng. Phương pháp này xác định những tham số beamforming thích ứng được dựa trên thông tin từ các điều kiện kênh và nhiễu giao thoa. Do đó, ảnh hưởng của việc phản xạ tín hiệu trong môi trường thành phố được chống lại.

Mã hóa không gian-thời gian

Mã không gian-thời gian (STC), cũng được biết như là MIMO ma trận A, hai dòng dữ liệu giống nhau được gửi vào DL cung cấp tính phân tập thời gian và không gian. Với STC tỉ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) được tăng lên kết quả là vùng hoạt động và dung lượng của hệ thống được tăng cường. Wimax di động cung cấp phát phân tập như là mã Alamouti mục đích cung cấp phân tập không gian và giảm dư thừa.

Ghép kênh không gian

Ghép kênh không gian (SM), được biết như là MIMO ma trận B, nó tương tự như STC nhưng ở đây luồng dữ liệu được phát đi không giống nhau, do đó dữ liệu được lập lịch truyền dẫn và được phân chia trên mỗi dòng dữ liệu. SM làm tăng các tốc độ dữ liệu đỉnh và thông lượng tổng của kết nối đó. Tuy nhiên, máy thu có thể làm tăng thông lượng nếu nó có một vài anten thu. Mỗi người dùng có duy nhất một anten phát trong hướng UL, nhưng hai người dùng tách biệt nhau có thể cộng tác phát trong cùng một khe. Nó xuất hiện nếu như dữ liệu phát được thực hiện bằng cách ghép kênh không gian hai dòng dữ liệu từ hai anten của mỗi người dùng. Chức năng này được gọi là UL cộng tác với SM.

Lê Thành Trung-D04VT1 xxxviii


Các sự lựa chọn trong bảng 1.5 có thể được điều chỉnh hoặc được thay đổi tương ứng để phù hợp với các yêu cầu kết nối hiện hành. Chuyển mạch MIMO thích ứng (AMS) được sử dụng làm thay đổi giữa các chế độ MIMO khác nhau. Phương pháp này tập trung cải thiện hiệu quả phổ trong khi vùng hoạt động không thay đổi. Mặt khác, SM có thể tăng thông lượng đỉnh, nhưng vùng hoạt động có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu trong kết nối đó.

Bảng 1.5: Các tùy chọn anten tiên tiến (Nr/t= số lượng anten phát/thu)

Liên kết Beamforming Mã không gian thời gian

Ghép kênh không gian

DL Nt≥2, Nr≥1 Nt=2, Nr≥1 Ma trận A

Nt=2, Nr≥2Ma trận B, mã hóa dọc

UL Nt≥1, Nr≥2 N/ANt=1, Nr≥2

SM cộng tác hai người dùng

Bảng 1.6 mô tả các tốc độ dữ liệu cho các cấu hình anten khác nhau sử dụng một/nhiều đầu vào nhiều đầu ra (SIMO/MIMO).

Bảng 1.6: Các tốc độ dữ liệu cho các cấu hình SIMO/MIMO (kênh 10MHz, khung 5 ms, kênh con PUSC, 44 kí hiệu OFDM dữ liệu)

Tỷ số DL/UL 1:0 3:1 2:1 3:2 1:1 0:1Tốc độ đỉnh

người dùng

(Mbit/s)

SIMO(1x2)

DL 31,68 23,04 20,16 18,72 15,84 0

UL 0 4,03 5,04 6,05 7,06 14,11

MIMO(2x2)

DL 63,36 46,08 40,32 37,44 31,68 0

UL 0 4,03 5,04 6,05 7,06 14,11Tốc độ đỉnh

sector

(Mbit/s)

SIMO(1x2)

DL 31,68 23,04 20,16 18,72 15,84 0

UL 0 4,03 5,04 6,05 7,06 14,11

MIMO(2x2)

DL 63,36 46,08 40,32 37,44 31,68 0

UL 0 8,06 10,08 12,10 14,12 28,22

1.3.2 Tái sử dụng phân đoạn tần số

Lê Thành Trung-D04VT1 xxxix


Điểm tiên tiến nhất của băng thông kênh Wimax di động là cung cấp tái sử dụng phân đoạn tần số. Đặc tính tái sử dụng được sử dụng là một, hoặc 1x1. Do đó, tất cả các BS sử dụng cùng một kênh tần số. Phương pháp này giới thiệu ý nghĩa nhiễu giao thoa đồng kênh (CCI), đặc biệt là trên biên giới của các tế bào, và các người dùng chịu chất lượng kết nối kém. Một giải pháp về các thông số của OFDMA và thực tế Wimax di động cho các kênh con người dùng là sử dụng một phần nhỏ của toàn bộ băng thông. Vì thế không cần thiết kế các bảng tần số phức tạp cho các BS hàng xóm.

Sự sắp xếp kênh con được tạo ra bằng cách phân đoạn và một vùng hoán vị. Trong một số phân đoạn, các kênh con sẵn có sử dụng triển khai MAC đơn. Vùng hoán vị được mô tả như là số lượng các kí hiệu OFDMA liền kề trong DL hoặc UL mà sử dụng cùng hoán vị. Ngoài ra, có nhiều hơn một vùng hoán vị trong khung con DL/UL. Trong hình 1.11 minh họa cấu trúc khung với nhiếu vùng khác nhau.

Hình 1.11: Cấu trúc đa-vùng khung.

Tái sử dụng các kênh con được sắp xếp khi mà MS kết thúc đến BS, nó có thể sử dụng tất cả các sóng mang con sẵn có và khi tiếp cận với các đường biên giới đó của một tế bào, duy nhất một phần khả năng các kênh con được sử dụng. Phần được sử dụng trong các sóng mang con phải khác so với các phần được sử dụng trong BS hàng xóm. Hình 1.12 minh họa nguyên lý tái sử dụng

Lê Thành Trung-D04VT1 xl


một phần tần số, do đó tất cả nhóm kênh con BS, F1, F2, và F3 có thể được sử dụng cùng một lúc trong khi chúng được sử dụng riếng rẽ tại các mép tế bào. Phương pháp này làm cho nhiều người dùng tại mép tế bào có cơ hội hơn duy trì kết nối với BS, băng thông sử dụng hạn chế vì vậy các tốc độ dữ liệu không được chân thực.

Hình 1.12: Tái sử dụng một phần tần số.

1.3.3 Dịch vụ quảng bá và đa đường

Có thể có nhiều loại dịch vụ yêu cầu được phát dữ liệu đến một vài MS cùng một lúc hoặc bằng quảng bá hoặc bằng đa đường. Các luồng dịch vụ này được định nghĩa các yêu cầu QoS với khả năng mã hóa các bản tin.Vì thế có một vài MS được đăng ký đến BS và một vài MS không được đăng ký đến BS khi tiết kiệm công suất trong chế độ không tải.

Wimax di động hỗ trợ dịch vụ đa đường và quảng bá (MBS) và hai kiểu truy nhập được sử dụng: truy nhập đơn-BS và đa-BS. Với đơn-BS truy nhập các kết nối đã được thiết lập trong phạm vi một BS, trong khi kiểu truy nhập đa-BS sử dụng nhiều BS để phát dữ liệu từ nhiều luồng dịch vụ. MS có thể hỗ trợ cả hai kiểu truy nhập, nhưng HARQ thì không hỗ trợ. MS phải đăng ký để khởi tạo MBS và tạo ra một kết nối đa đường cho dữ liệu MBS, với ID luồng dịch vụ nhất định đã được chọn dịch vụ. Trong chế độ đa-BS, BS cấp khả năng cho MBS đính kèm một vùng MBS mà được định nghĩa như một thiết lập các BS, với CID và SA cũng như vậy sử dụng các luồng dịch vụ nhất định.

Lê Thành Trung-D04VT1 xli


Truy nhập đơn-BS

Các kết nối truy nhập đơn-BS được tạo giữa BS vỡi từng MS riêng biệt. Tuy nhiên, CID được sử dụng cho các kết nối đa đường cũng như cho tất cả các MS trên cùng một kênh. Dữ liệu cho kết nối được thu nhận và được xử lý tại từng các MS MAC, nhưng BS gửi đa đường SDU MAC duy nhất trên kênh BS. Trong chường hợp này lưu lượng đa đường DL cần được mã hóa, các MS sẽ có một SA mở rộng, nó cho phép mã hóa với khóa nào đó, mà không cần quan hệ đến các khóa mật mã được sử dụng trong các truyền dẫn MS-BS.

Truy nhập đa-BS

Với MBS đa-BS nhiều MS được đăng kí đến một kết nối MBS nhất định có thể nhận các PDU MAC từ các BS trong một khoảng thời gian nhất định. Các BS phát lưu lượng đa-/quảng bá và các MS có thể nhận lưu lượng ở mọi vị trí trong phạm vi vùng MBS. Sự tham gia của các BS vào cùng một MBS đa-BS cần phải được đồng bộ khi chúng đang phát dữ liệu đa-/quảng bá. Kết nối MBS đa-BS sử dụng một CID được chia sẻ cho các MS và BS trên cùng một kênh trong kết nối. Đồng bộ truyền dẫn cho phép các MS nhận cùng dữ liệu từ một vài BS, nó làm tăng đáng kể độ tin cậy của việc tiếp nhận, đặc biệt tại các biên giới của tế bào.

Không giống như phiên bản đơn-BS, MBS đa-BS không yêu cầu MS được đăng ký với các BS, nhưng sự kết hợp đó tới vùng MBS là đủ để tiếp nhận CID và SA có thể nhận lưu lượng đa-/quảng bá. Cách sử dụng chế độ MBS đa-BS được phép hoạt động mạng tần số đơn (SFN), được dựa trên sự đồng bộ. Ngoài ra, khoảng thời gian của các vùng MBS có thể điều chỉnh được do đó độ rộng băng tần cho lưu lượng MBS có thể được điều khiển phù hợp những nhu cầu tại các thời điểm đặc biệt. Có thể cũng được sử dụng các vùng đa MBS. Tiết kiệm công suất có khả năng thực hiện được vì MBS có thể được truy nhập khi MS trong chế độ không tải.

1.4 Sự thực thi

Hiệu năng của Wimax di động có mạnh hay không là phụ thuộc vào các sự lựa chọn của thao tác viên mạng ví dụ thiết bị được sử dụng hoặc mức dịch vụ được cung cấp. Nó không có đủ ý nghĩa để mô tả tất cả các giải pháp có thể thực hiện và các khả năng của chúng.

Thậm chí khả năng lý thuyết được quyết định bằng cách sử dụng các điểm đặc trưng khác nhau được cung cấp bởi chuẩn Wimax di động. Một vài tốc độ dữ

Lê Thành Trung-D04VT1 xlii


liệu đã được thực tế, trong khi vẫn đang thảo luận tùy chọn công nghệ MIMO, một vài tốc độ cực đại và một vài chục megabit trên giây trong DL và UL. Các hình ảnh mô tả một kênh đơn thường xuyên được chia sẻ bởi một vài người dùng. Các tốc độ dữ liệu người dùng sẽ còn lại một vài megabits trên giây.

Khoảng cách từ MS đến BS trong Wimax di động thường xuyên là một vài km trong vùng ngoại ô và thành thị, nhưng được mở rộng đến một vài chục km cho vùng nông thôn. Do mở rộng khoảng cách lên mã hóa và điều chế thấp được sử dụng vì vậy các tốc độ dữ liệu bị ảnh hưởng một cách tiêu cực.

1.5 Tóm tắt

Chương một được giới thiệu các đặc tính cơ bản của các lớp PHY và MAC trong Wimax di động. S-OFDMA được mô tả như là cơ sở cho PHY Wimax di động với khả năng điều chỉnh độ rộng băng tần kênh bằng cách thay đổi kích thước FFT.

Cấu trúc khung Wimax di động cũng được giải thích và tổng quát về một số điểm đặc trưng lớp PHY. Việc mô tả lớp MAC bao gồm các đặc tính về kết nối và địa chỉ của MAC, cấu trúc và sự xây dựng PDU, giới thiệu các luồng dịch vụ với lớp QoS nhất định, dịch vụ lập lịch MAC, và các phương pháp bảo mật được sử dụng trong Wimax di động. Lớp MAC cung cấp các hệ thống anten tiên tiến và tái sử dụng một phần tần sô. Là một đặc điểm mới của Wimax, MBS cũng được giới thiệu.

Hiệu năng thường xuyên được sử dụng để so sánh một công nghệ nào đó với các công nhệ giống như chúng. Trong phần mô tả về hiệu năng cho ta biết được các tốc độ dữ liệu và các khoảng cách giữa MS và BS.

Lê Thành Trung-D04VT1 xliii


CHƯƠNG II: TÍNH DI ĐỘNG CỦA WIMAX DI ĐỘNG

2.1 Kiến trúc mạng

Kiến trúc cơ sở của mạng Wimax di động được mô tả trong hình 2.1. Các MS được kết nối thông qua giao diện vô tuyến đến các BS. Các BS kết nối qua các bộ định tuyến đến một cổng truy nhập sau đó lại được kết nối đến mạng dịch vụ kết nối (CSN). CSN có nhiều chức năng của tác nhân thường trú và xác thực với truy nhập Internet.

Hình 2.1: Kiến trúc mạng Wimax di động.

Các nhà sản xuất mạng Wimax di động sử dụng các tên khác nhau cho thiết bị của họ, mặc dù các chức năng của chúng thì giống như nhau. Ví dụ, trong một số nguồn nhà cung cấp truy nhập mạng (NAP) cân bằng với mạng dịch vụ truy nhập (ASN) hoặc cổng mạng dịch vụ truy nhập (ASN-GW) được biết như bộ kết nối truy nhập (AC).

Lê Thành Trung-D04VT1 xliv


Các kết nối từ các BS thường là cáp quang hoặc kim loại, nhưng trong một số trường hợp các giải pháp khác cũng có thể được sử dụng. Các quyết định này phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng của khu vực nếu xây dựng một kết nối quang đến một BS ở xa sẽ tốn rất nhiều chi phí. Trong chường hợp này một liên kết vố tuyến cố định có thể là một giải pháp chấp nhận được.

2.1.1 Mạng dịch vụ truy nhập

ASN định nghĩa việc cung cấp tất cả các thành phần mạng được yêu cầu để truy nhập vô tuyến đến một thuê bao Wimax. Nó có nhiệm vụ cung cấp kết nối L2-Wimax đến một MS-Wimax. Nó cũng phát đi sự xác thực, trao quyền, và thông tin tài khoản người dùng đến nhà cung cấp dịch vụ mạng thường trú. Việc lựa chọn và phát hiện mạng của một nhà cung cấp dịch vụ mạng được yêu tiên (NSP) đến người dùng được thực hiện trong ASN. Ngoái ra, ASN đề cập đến chức năng chuyển tiếp cho phép kết nối L3 đến một MS-Wimax, vì thế cung cấp một địa chỉ IP. Việc sử dụng hiệu quả các tài nguyên vô tuyến cũng được vận dụng với ASN.

Các yêu cầu và nhiệm vụ ở trên được dành chung cho Wimax, nhưng các ứng dụng di động cần các yêu cầu khác. Do đó, tính di động được thả neo ASN/CSN phải được cung cấp. Tính di động được thả neo ASN được mô tả như là chức năng cần thiết cho phép một MS thay đổi một BS, do đó các chuyển giao, với điều kiện tác nhân bên ngoài không được thay đổi. Mặt khác, tính di động được thả neo CSN cho phép thay đổi điểm thả neo trong phạm vi ASN, điểm thả neo CSN đó là như nhau. ASN Wimax di động phải được cung cấp tìm gọi và đi ngầm giữa ASN và CSN.

2.1.2 Mạng dịch vụ kết nối

Nhiệm vụ chung của CSN là cung cấp các dịch vụ kết nối IP đến các thuê bao Wimax. Trong CSN có một số chức năng khác, nó không được định nghĩa như các đặc tính được yêu cầu, tuy nhiên, chúng thường được hiện diện.

CSN có thể cấp phát địa chỉ IP MS và các tham số điểm cuối khác. CSN thường cung cấp truy nhập internet cho các người dùng và máy chủ ủy nhiệm AAA cũng được định vị trong CSN. Nó cũng thi hành chính sách và điều khiển cho phép (chấp nhận/ từ chối các dịch vụ nhất định) theo các đặc tả thuê bao

Lê Thành Trung-D04VT1 xlv


của người dùng. Việc cung cấp đi ngầm giữa ASN và CSN với sự thỏa thuận giữa các thao tác viên có thể thực hiện được. Đi ngầm giữa các CSN sẽ cho phép chuyển vùng trong các mạng của các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau, trong khi đó tính di động giữa các ASN cho phép các chuyển giao MS giữa các ASN khác nhau, trong phạm vi CSN cũng như vậy. CSN cũng cung cấp các dịch vụ Wimax như là các dịch vụ đa phương tiện IP hoặc các dịch vụ định vị/dẫn đường.

2.1.3 Mô hình tham khảo mạng

Mô hình tham khảo mạng được chỉ ra trong hình 2.2.

Hình 2.2: Mô hình tham khảo mạng

Các điểm tham khảo

Các điểm tham khảo R1-R5 trong hình 2.2 được định nghĩa như sau. R1 cho biết các giao thức và các thủ tục được sử dụng giữa MS và ASN. R2 được dành cho các giao thức và các thủ tục giữa MS và CSN, nó được kết hợp với sự xác thực, trao quyền các dịch vụ, và quản lý cấu hình host IP. Kết nối vật lý thực tế đó đến CS thông qua ASN, R2 được coi như liên kết vật lý. Ngoài ra, sự xác thực R2 được hoạt động với CSN NSP thường trú, trong khi cái khác được hoạt

Lê Thành Trung-D04VT1 xlvi


động với CSN NSP vị thường trú. R3 chứa các giao thức điều khiển giữa ASN và CSN. Nó cung cấp AAA, thi hành chính sách, và các khả năng về quản lý di động. R4 chứa các giao thức sử dụng trong phạm vi ASN. Nó được sử dụng để cho phép quản lý tính di động MS giữa các ASN và các ASN-GW khác nhau. R5 chứa các giao thức cần thiết cho việc giao tiếp giữa CSN thường trú và vị thường trú.

Mô hình tham khảo ASN

Hình 2.3 mô tả mô hình tham khảo cho ASN. ASN chia sẻ điểm tham khảo R1 với MS, R3 với CSN, và R4 với các ASN khác. ASN phải có ít nhất một BS và một ASN-GW. Các BS và các ASN-GW được kết nối với các liên kết vật lý được tham khảo như là R6. Điểm tham khảo R8 được dành cho giao tiếp giữa các BS bảo đảm các chuyển giao nhanh và liên tục.

Hình 2.3: Mô hình tham khảo ASN chứa một ASN-GW đơn

ASN-GW được tách thành hai nhóm chức năng, điểm quyết định (DP) và điểm cưỡng bức (EP), chúng được kết nối thông qua điểm tham khảo R7, minh họa trong hình 2.4.

Lê Thành Trung-D04VT1 xlvii


Hình 2.4: Sơ đồ khối tham khảo sự phân ly ASN-GW

Các đặc tả ASN

NWG thiết lập ba đặc tả ASN cho các nhà sản xuất và các vận hành viên. Đặc tả A điều khiển chuyển giao tại ASN-GW. Bộ điều khiển tài nguyên vô tuyến được định vị tại ASN-GW, nó cho phép quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) với các BS. RRM có thể được hiểu như các biện pháp làm tăng khả năng và hiệu quả của truyền dẫn không dây. Một BS chứa đựng các tác nhân tài nguyên vô tuyến (RRA) và duy trì một cơ sở dữ liệu cho các bộ chỉ thị tài nguyên vô tuyến. Cuối cùng, các kết nối vật lý R4 và R6 được sử dụng cho tính di động được thả neo ASN trong phạm vi các BS. Đặc tả B không tạo ra một số giả định trên vị trí vật lý của các ASN khác nhau và chúng có thể tùy ý được phân phối hoặc được nhóm lại trong phạm vi ASN. Đặc tả B ASN có thể vẫn giao tiếp với các ASN khác thông qua R3 hoặc R4 bất chấp các kiểu đặc tả. Đặc tả C, giống như đặc tả A, nhưng tại đây điều khiển chuyển giao và RRC được định vị tại BS. RRC và RRA trong BS cho phép RRM trong phạm vi BS và ASN-GW được trang bị một chuyển tiếp RRC cho việc phân phát các bản tin RRC từ BS tới BS thông qua R6.

2.1.4 Sự ảnh hưởng giữa các công nghệ khác nhau

Mạng truy nhập trong Wimax di động là IP hoàn toàn, nó đơn giản hơn để thêm vào các mạng truy nhập khác với các công nghệ khác nhau cho Wimax di động. NWG chỉ rõ sự ảnh hưởng của 3GPP, 3GPP2, và DSL với Wimax di động. Mục đích là ghép các công nghệ khác nhau cùng làm việc chung với các máy chủ AAA. Với phương pháp này các vận hành viên mạng có thể tiết kiệm được tài chính khi các dịch vụ nhất định được chia sẻ. Lợi ích của khách hàng là các dịch vụ cần thiết có thể đạt được từ một điều hành viên với sự tính toán

Lê Thành Trung-D04VT1 xlviii


chung.

2.2 Chuyển giao

Một yêu cầu đặc biệt cho thiết bị di động là khả năng thay đổi BS phục vụ nếu tồn tài BS khác với chất lượng liên kết tốt hơn cho MS. Chuyển giao là một thủ chuyển đổi điểm truy nhập kết nối mạng của MS mà không làm tổn thất dữ liệu hoặc gây nhiễu các kết nối đang tồn tại.

Chuyển giao có thể xảy ra được, nó cần ít nhất hai BS, phục vụ hiện thời, các đích chuyển giao và một MS phải trong phạm của hai BS. Chuyển giao thường được hiểu như là một thay đổi BS phục vụ, nhưng nó không có nghĩa BS đó phải được thay đổi. Trong một số trường hợp, chuyển giao có thể xảy ra trong phạm vi của một BS, mặc dù phạm vi các kênh khác nhau. Kiểu chuyển giao này được gọi là chuyển giao nội tế bào, trong khi các chuyển giao khác được gọi là chuyển giao giữa các tế bào. Các sự chuyển giao giữa các công nghệ khác nhau cũng có thể xảy ra. Chuyển giao theo phương ngang được định nghĩa là chuyển giao trong phạm vi một mạng công nghệ đơn, trong khi đó chuyển giao theo phương thẳng đứng thay đổi mạng. Các lý do để thực hiện chuyển giao:

Cường độ tín hiệu không đủ cho duy trì kết nối tại mép của tế bào.

Dung lượng BS cực đại và một số lưu lượng đang chờ.

Nhiễu giao thoa đồng kênh từ tế bào hàng xóm.

Trạng thái của các thay đổi MS, ví dụ khi MS di chuyển nhanh bỗng dưng dừng lại, nếu kích thương tế bào rộng thì được điều chỉnh nhỏ hơn với khả năng tốt hơn.

Mạng rẻ hơn và nhanh hơn luông sẵn sàng (Nếu các chuyển giao theo phương thẳng đứng được cung cấp).

Chuyển giao có hai loại chính, chuyển giao cứng và chuyển giao mềm, với các loại chuyển giao khác quyết định bởi công nghệ được sử dụng. Chuyển giao cứng được thực hiện, khi kết nối đến BS phục vụ bị đứt trước khi tạo kết nối mới với BS đích. Với chuyển giao mềm kết nối được phát đến BS mới và sau khi các giao tiếp liên tục thành công BS cũ được giải phóng. Chuyển giao cứng rất hiệu quả khi sử dụng kênh, có duy nhất một kênh được sử dụng đồng thời. Vì thế thiết bị rẻ hơn do không phải cung cấp một số kênh song song. Tuy nhiên, nó có thể là nguyên nhân không phục hồi được kết nối nếu có lỗi chuyển giao. Lợi thế của chuyển giao mềm là sự tin cậy khi một kết nối bị đứt thì sẽ tìm một kết nối khác. Mặt hạn chế của chuyển giao mềm là yêu cầu khả năng

Lê Thành Trung-D04VT1 xlix


tính toán của thiết bị do đó làm tăng chi phí và công suất. Ngoài ra, khi sử dụng một số kênh trên một người dùng sẽ làm giảm khả năng của BS.

Thường thì, quá trình xử lý chuyển giao theo một mô hình chung. BS duy trì một danh sách các hàng xóm có thể được sử dụng khi một MS được phục vụ cần thực hiện chuyển giao. Chất lượng kết nối được theo dõi liên tục và tại một số điểm sự quyết định chuyển giao được tạo ra. Trước khi thực hiện chuyển giao một ứng viên thích hợp phải được lựa chọn và sau đó thủ tục chuyển giao được tiếp tục dựa trên các ứng dụng và công nghệ hiện tại. Các thủ tục thay đổi phụ thuộc vào công nghệ được sử dụng và thường thường trong phạm vi công nghệ đó một vài sự lựa chọn luôn sẵn sàng.

Wimax di động có chuẩn 802.16e-2005 được phát triển trên chuẩn 802.16-2004. Chuẩn 802.16-2004 không cung cấp các sự chuyển giao. Ngoài ra, phải có phương pháp đo chất lượng kết nối, khi môi trường truyền dẫn thay đổi. Do đó phải có các sự chuyển giao. Cũng cần phải có một thủ tục phát hiện cạnh tranh giữa các BS.

Chuyển giao xảy ra phải nhanh, ít nhất cũng phải đủ nhanh để giữ các kết nối IP hiện tại hoạt động. Lưu lượng dữ liệu không quá bị ảnh hưởng bởi độ trễ nhưng thoại thời gian thực hoặc video thì ngược lại vì thế nó yêu cầu một thay đổi nhanh tại BS phục vụ.

2.2.1 Các loại chuyển giao

Chuẩn 802.16e cung cấp ba phương pháp chuyển giao: chuyển giao cứng (HHO), chuyển mạch trạm gốc nhanh (FBSS), và chuyển giao phân tập Macro (MDHO). Diễn đàn Wimax làm việc trên HHO, các kỹ thuật được tăng cường thiết kế tạo ra các sự chuyển giao (Lớp 2) ít hơn 50 mili-giây.

Bảng 2.1 so sánh sự khác nhau giữa Wimax truyền thống và phiên bản di động mới.

Bảng 2.1: So sánh tính di động 802.16-2004 và 802.16e-2005

Truy nhập Vị trí/tốc độ Chuyển giao 802.16-2004 802.16e-2005Truy nhập cố

địnhĐơn/không

chuyển độngKhông Có Có

Truy nhập thay đổi

Nhiều/không chuyển động

Không Có Có

Di chuyển Nhiều/tốc độ Chuyển giao Không Có

Lê Thành Trung-D04VT1 l


đi bộ cứngDi động đơn

giảnNhiều/tốc độ

xe cộ thấpChuyển giao

cứngKhông Có

Di động đầy đủ Nhiều/tốc độ xe cộ cao

Chuyển giao mềm

Không Có

Chuyển giao cứng (HHO)

Chuyển giao cứng là một thủ tục thay đổi BS phục vụ sử dụng phương pháp “ngắt lại-trước khi-tạo ra”, có nghĩa là kết nối đến BS cũ bị đứt trước khi một BS mới được kết nối. Với phương pháp này, lưu lượng tín hiệu quá tải có thể tránh được trong khi chuyển giao, nhưng thời điểm trước khi kết nối trở lại hoạt động bình thường có thể lâu hơn.

Hình 2.5: Hiện thực hóa chuyển giao cứng

Khi được kết nối đến một BS, MS lắng nghe các bản tin lớp liên kết trong trường nhận được một bản tin quảng cáo hàng xóm của BS mới được quảng bá định kỳ (MOB_NBR-ADV). Các bản tin này được sử dụng để nhận dạng mạng và phân phối các đặc tính của chúng. Thông tin nhận được cho biết chất lượng tín hiệu từ một BS lân cận. Nếu một BS tốt hơn không được tìm thấy, thì MS sẽ lưu trữ thông tin đó cho các chuyển giao trong tương lai. Hình 2.5 mô tả một người dùng di chuyển đến điểm có mức tín hiệu tốt hơn trong phạm vi một BS khác. Ngoài ra, để tránh trễ cho phép thì số lượng chuyển giao phải ít hơn bốn lần giữa các BS.

Chuyển giao phân tập Macro (MDHO)

Lê Thành Trung-D04VT1 li


MDHO là một tùy chọn chuyển giao cho Wimax di động bởi vậy cần được cung cấp cho MS và BS. MS giữ một danh sách các BS có khả năng MDHO trong vùng hoạt động của nó (như trong hình 2.6). Nhóm các BS này được gọi là một thiết lập phân tập, hoặc một thiết lập hoạt động. Luôn luôn có một BS trong thiết lập phân tập, nó được định nghĩa như là một BS thả neo. Chức năng bình thường đấy là một trường hợp đặc biệt của MDHO khi có duy nhất một BS trong thiết lập phân tập.

Cũng có các BS bị ảnh hưởng bởi MS, nhưng tín hiệu quá yếu. Thực tế, trong khi di chuyển hướng về một BS hàng xóm, tại một số thời điểm cường độ tín hiệu đủ mạnh và BS có thể trong phạm vi thiết lập phân tập, hoặc trong phạm vi khác. CINR được so sánh với các giới hạn được định nghĩa cho việc thêm vào/tách ra một BS từ thiết lập phân tập.

Hình 2.6: Chuyển giao phân tập Macro

MS có hai phương pháp giám sát thông tin điều khiển DL và các bản tin quảng bá. Nó lắng nghe duy nhất BS thả neo thông tin địch vị cụm của các BS khác (không thả neo) trong thiết lập phân tập hoặc nó nghe tất cả các BS trong thiết lập phân tập. Trong khi kiểm tra tất cả các BS thiết lập phân tập, một bản tin MAP DL/UL từ BS chứa thông tin các BS khác.

Thủ tục của MDHO được bắt đầu bởi MS khi nó quyết định nhận hoặc phát từ

Lê Thành Trung-D04VT1 lii


nhiều BS tại cùng một khoảng thời gian. Với lưu lượng DL, hai hoặc nhiều BS phát dữ liệu đến MS và ghép phân tập được thực hiện trong MS. Với lưu lượng UL, truyền dẫn của MS nhận được từ các BS thiết lập phân tập và phân tập lựa chọn được thực hiện.

MDHO yêu cầu một vài điều kiện được thỏa mãn trước khi nó được sử dụng. Đầu tiên, các BS giao tiếp thông qua các RRA tại từng trạm và chúng được đồng bộ trên một nguồn thời gian chung, các khung được gửi bởi các BS tại một thời gian nhất định, khung phải nhận được tại MS trong khoảng thời tiền tố chu trình. Những cấu trúc khung các BS phải được đồng bộ và sự phân bổ tần số cũng như thế. Ngoài ra, việc cài đặt các CID phải được sử dụng trong tất cả các BS tạo thành các kết nối với MS. Hơn nữa, tất cả các BS có thể gửi cùng các PDU MAC/PHY đến MS. Cuối cùng, các BS liên quan đến MDHO phải chia sẻ thuộc tính MAC. Thuộc tính MAC cho biết rất nhiều thông tin về MS và BS từ thông tin mã hóa cho đến thông tin được trao đổi trong khi tiếp nhận mạng.

Chuyển mạch trạm gốc nhanh (FBSS)

FBSS được dựa trên nguyên lý giống như MDHO. Cả MS và các BS đều cung cấp FBSS. Một thiết lập phân tập được giữ trong MS và BS nhưng MS giao tiếp duy nhất với một BS trong thiết lập phân tập (như trong hình 2.7). BS dịch vụ hiện tại được gọi như là một BS thả neo. Trong FBSS, lưu lượng tín hiệu tập trung trên duy nhất một BS tại một thời điểm nhưng tại BS thả neo được thay đổi cho từng khung riêng biệt. Tất nhiên, sự thay đổi có thể xảy ra nếu có nhiều BS trong thiết lập phân tập. Việc thêm vào/tách ra các thành viên trong thiết lập phân tập cũng giống như với MDHO.

Lê Thành Trung-D04VT1 liii


Hình 2.7: Chuyển mạch trạm gốc nhanh

Trong thực tế, tất cả các BS trong thiết lập phân tập nhận dữ liệu từ MS, nhưng chỉ có một BS duy nhất phát dữ liệu qua môi trường vô tuyến trong khi những BS khác bỏ đi các gói nhận được. Hoạt động của FBSS được dựa trên các quyết định của MS về BS được sử dụng và các quyết định này được phát trên kênh CQICH hoặc bởi bản tin yêu cầu khởi tạo MS/BS. Quyết định của MS sẽ loại bỏ các MS khác của BS. Các yêu cầu của FBSS giống như với MDHO không cần thiết lập các CID và các PDU MAC/PHY.

2.2.2 Xử lý chuyển giao

Đăc tính kỹ thuật Wimax di động định nghĩa các thủ tục trong khi chuyển giao, nhưng việc tạo quyết định chuyển giao lằm bên ngoài phạm vi của đặc tính kỹ thuật đó.

Nói chung, sự quyết định chuyển giao được dựa trên các giá trị và các đặc tính khác nhau. Thuộc tính quyết định đó là sự hòa hợp các điều kiện mạng, như là hiệu năng hệ thống, các loại ứng dụng, các yêu cầu công suất, các điều kiện MS, các sở thích người dùng, bảo mật và giá thành. Các điều kiện của mạng và hiệu năng hệ thống được cải thiện bằng cách cân bằng tải của các BS được sử dụng làm cho các BS giảm hoạt động , nó cũng có thể xảy ra với những yêu cầu khác. Các ứng dụng khác nhau trong thiết bị di động thiết lập các yêu cầu với BS phục vụ hiện tại và có lẽ nó không cung cấp tất cả các nhu cầu công

Lê Thành Trung-D04VT1 liv


nghệ. Ngoài ra, nếu một BS mới có khả năng cung cấp dịch vụ với tiết kiệm công suất tốt hơn hoặc các đặc tính bảo mật tốt hơn BS phục vụ hiện tại, nó hữu ích cho MS thực hiện chuyển giao đến BS mới đó. Giá thành và sở thích người dùng phụ thuộc vào các điều kiện mạng của nhà cung cấp dịch vụ.

Các trạng thái MS được kiểm tra thường xuyên, nếu một mức tín hiệu đã biết giảm sút khi được so sánh với các tham số đã được định nghĩa, quyết định chuyển giao bắt đầu. Các tham số này gồm có cường độ tín hiệu, phạm vi hoạt động BS, tốc độ dữ liệu, giá thành dịch vụ, độ tin cậy, bảo mật, công suất nguồn, và trễ mạng.

Trong hình 2.8, là sự kết hợp của tiếp nhận mạng và xử lý chuyển giao.

Lê Thành Trung-D04VT1 lv


Hình 2.8: Tiếp nhận mạng và xử lý chuyển giao

Sự chọn lại tế bào

Việc chọn lại tế bào là một quá trình xử lý với mục đích tìm một BS cho

Lê Thành Trung-D04VT1 lvi


chuyển giao. MS sử dụng một số khả năng có thể trong khi đánh giá khả năng thay đổi BS phục vụ. Nó lấy thông tin từ các bản tin quảng cáo hàng xóm (MOB_NBR-ADV). Bản tin MOB_NBR-ADV được gửi định kỳ bởi BS và mục đích là nhận dạng mạng và cấp cho MS thông tin về BS hàng xóm có khả năng xảy ra chuyển giao hoặc tiếp nhận mạng ban đầu. BS lưu trữ các địa chỉ MAC và chỉ số các BS hàng xóm như là các bảng ánh xạ và phát chúng trong bản tin MOB_NBR-ADV. Ngoài ra bản tin cũng bao gồm một số trường khác. MS có thể gửi một bản tin yêu cầu trong khoảng thời gian quét hoặc các khoảng thời gian chờ được sử dụng cho việc quét hoặc định cự ly các BS lân cận. Quá trình xử lý này khảo sát được các lựa chọn chuyển giao và các kết nối không bị đứt với BS phục vụ.

Hình 2.9 mô tả các thủ tục trong khi lựa chọn tế bào, bao gồm quá trình định cự ly. Quá trình xử lý bắt đầu với việc đồng bộ đến BS thứ nhất và giành được các tham số DL/UL (các bản tin DL-MAP và UL-MAP, DCD, và UCD). Khi nhận được các tham số giao diện vô tuyến, các sự kiểm tra kênh được bắt đầu bằng cách gửi một bản tin yêu cầu định cự ly (RNG-REQ). BS đáp lại bằng một bản tin đáp ứng định cự ly (RNG-RSP).

Lê Thành Trung-D04VT1 lvii


Hình 2.9: Sự chọn lại tế bào với định cự ly

Các bản tin trong khi chuyển giao được thể hiện trong hình 2.10, một trường hợp của MS bắt đầu chuyển giao. Quá trình xử lý bắt đầu bằng việc một bản tin MOB_MSHO-REQ được gửi đi từ MS đến BS phục vụ. BS đó tập hợp thông tin về các BS hàng xóm và cho MS biết về MOB_HO-RSP. MS xác nhận BS đích và bắt đầu quá trình xử lý chuyển giao bằng cách gửi MOB_HO-IND đến BS phục vụ. Sau đó MS đồng bộ với BS đích và lấy lại các tham số kết nối cơ bản (các bản tin DL_MAP, UL-MAP, DCD, và UCD). Sau đó, MS yêu cầu định cự ly (RNG-REQ) và BS đích đáp lại bằng RNG-RSP. Với đáp ứng thành công, quá trình tiếp nhận lại mạng được thực hiện và BS phục vụ cũ được giải phóng.

Lê Thành Trung-D04VT1 lviii


Hình 2.10: Gửi bản tin trong thời gian một MS bắt đầu chuyển giao

Sự khởi đầu và quết định chuyển giao

Chuyển giao bắt đầu khi một quết định được tao ra làm cho MS thay đổi BS phụ vụ. Sự quyết định đó có thể được tạo ra tại MS, BS, hoặc trên mạng. Bước tiếp theo gửi bản tin thông báo bởi MS (MOB_MSHO-REQ) hoặc BS (MOB_BSHO-REQ). Tuy nhiên, nếu bản tin thông báo đó được gửi đi thì một đáp ứng (MOB_MSHO-RSP hoặc MOB_MSHO-RSP) được yêu cầu. Trong trường hợp cả hai cùng gửi bản tin thông báo, thì bản tin gửi bởi MS được ưu tiên hơn so với bản tin gửi bởi BS. Cả hai bản tin thông báo chứa một hoặc một số BS đích. Cũng có khả năng BS phục vụ giao tiếp thông qua đường truyền chính với các BS đích. BS phục vụ có khả năng ép buộc MS chuyển giao, trong khi đó BS đích thì không có khả năng đó.

Quyết định chuyển giao được xác nhận bằng một bản tin MOB_HO-IND. MOB_HO-IND được gửi đi bởi MS và nó thông báo cho BS biết MS đó đang bắt đầu chuyển giao hay là không. Bản tin đó có thể chứa các thông tin khác liên quan đến chọn BS:

0b00: HO (giải phóng BS phục vụ, thoát HO, hoặc từ chối HO)

Lê Thành Trung-D04VT1 lix


0b01: Cập nhật thả neo MDHO/FBSS (xác nhận, thoát, hoặc từ chối)

0b10: Cập nhật khởi tạo phân tập MDHO/FBSS (xác nhận, thoát, hoặc từ chối)

0b11: Dành riêng

Đồng bộ hóa DL BS đích

Sau khi chuyển giao được bắt đầu, MS đồng bộ với các truyền dẫn DL và UL của BS đích bằng cách thu các tham số được yêu cầu. Nếu MS nhận được quảng cáo hàng xóm càng sớm thì thủ tục đồng bộ hóa xảy ra nhanh hơn. Quảng cáo phải chứa nhận dạng BS đích (BSID), tần số vật lý, DCD, và UCD. Nếu xác nhận chuyển giao được gửi bởi BS phục vụ và được nhận bởi BS đích (thông qua kết nối chính), thì các phi kết nối căn bản có thể được gán các cơ hội định cư ly ban đầu.

Định cự lý

Sau khi đồng bộ hóa các tham số DL/UL, MS bắt đầu giai đoạn định cự ly. Hai khả năng có sẵn là khởi tạo và định cự ly chuyển giao. Định cự ly là một giai đoạn chứa một vài quá trình xử lý giữa MS và BS đích để truyền đạt các đặc tính của liên kết truyền dẫn.

Hình 2.11: Sự truyền dẫn định cự ly chuyển giao/bắt đầu cho OFDMA

Hình 2.12: Sự truyền dẫn định cự ly chuyển giao/bắt đầu cho OFDMA (với việc sử dụng hai mã định cự lý bắt đầu liên tiếp)

Các hình 2.11 và 2.12 thể hiện cấu trúc của mã định cự lý được sử dụng trong khi khởi tạo hoặc định cự ly chuyển giao, với một và hai mã định cự ly liên tiếp nhau. Định cự ly chu kỳ và các yêu cầu băng thông được sử dụng trong khi vận

Lê Thành Trung-D04VT1 lx


hành bình thường, sử dụng cùng cầu trúc, nhưng chúng chỉ kéo dài trong một hoặc hai chu kỳ ký hiệu OFDM trong khi đó với định cự ly khởi tạo/chuyển giao thì các mã kéo dài trong hai hoặc là bốn chu kỳ.

Định cự ly khởi tạo bắt đầu khi MS chọn một khe định cự ly cho một mã định cự ly (sử dụng CDMA) được gửi đến BS đích. Các mã định cự ly được tạo ra như là chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên (PRBS) với bộ phát được mộ tả trong hình 2.13, nó đang thực hiện đa thức 1 + X + X4 + X7 + X15. Khởi đầu sử dụng b14...b0 = 0,0,1,0,1,0,1,1,s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6, ở đây s6 là LSB khởi đầu và s0...s6 = UL_PermBase (một giá trị đầu vào của 7 LSB của tham số cơ sở hoán vị được phát trong phạm vi UCD) với s6 như là MSB của nó.

Hình 2.13: Máy phát PRBS cho việc tạo mã định cự ly

Như một phản ưng với định cự ly MS, BS phát quảng bá một bản tin đáp ứng định cự ly được tạo ra bằng cách gửi khe thời gian và mã cho MS để nhận dạng đáp ứng đúng. Đáp ứng được phát quảng bá khi BS đó không biết MS nào đã phát mã định cự ly. Bản tin đáp ứng chứa tất cả các sự điều chỉnh cần thiết (như là công suất, thời gian, hoặc sự chính xác tần số) với sự thông báo trạng thái. Nếu trạng thái là “liên tục”, MS sẽ gửi lại mã định cự ly. Với trạng thái “thành công” BS cấp phát băng tần cho MS và định cự ly được thông qua.

Khác với định cự ly chuyển giao, mã CDMA đã gửi được chọn lựa từ một miền định cự ly chuyển giao đặc biệt. Có thể rút ngắn khoảng thời gian chuyển giao bằng cách sử dụng thông tin BS đích đạt được trước đấy trong khoảng thời gian quét. Thông tin này làm giảm số lượng các trao đổi RNG-REQ/RSP cần có, nhưng nó vẫn đủ để tạo ra sự chính xác.

Tiếp nhận lại mạng

Tiếp nhận lại mạng được thực hiện giống như phương pháp tiếp nhận mạng khởi tạo, khi một MS được bật. Quá trình xử lý tiếp nhận lại mạng trong khi chuyển giao được tăng cường do đó làm cho quá trình xử lý nhanh hơn. Hình

Lê Thành Trung-D04VT1 lxi


2.8 (tiếp nhận mạng khởi tạo và chuyển giao) mô tả các trường hợp tiếp nhận mạng, xử lý chuyển giao và các quá trình định cự ly. Bước tiếp theo là các khả năng cơ bản như điều chế/giải điều chế. Xác thực lại MS, trao đổi khóa được thực hiện và MS đăng ký với BS đích, chúng chấp nhận ARQ hoặc các khả năng CRC. Bây giờ, MS vào lại được mạng của BS đích và các luồng dịch vụ có thể thiết lập lại với quá trình xử lý hoạt động bình thường. Cuối cùng, BS phục vụ cũ được giải phóng.

BS đích nhận được thông tin từ BS phục vụ qua kết nối chính, hoặc thậm chí từ các tiếp nhận mạng khác. Với thông tin này, sắp xếp các khả năng cơ bản, sự đăng ký, quản lý khóa riêng, xác thực hoặc các trường hợp thiết lập mật mã khóa được tăng cường cho tiếp nhận lại mạng vì thế quá trình xử lý chuyển giao hoàn toàn.

Thoát chuyển giao

MS có thể thoát xử lý chuyển giao bất kỳ lúc nào sau khi gửi bải tin MOB_MSHO/ BSHO_REQ, miễn là bộ định thời giữ tài nguyên (RRT) không hết hiệu lực. Thoát chuyển giao được thực hiện bằng cách gửi một bản tin (MOB_HO-IND) chứa tùy chọn thoát chuyển giao.

Kết thúc ngữ cảnh MS

Sau khi bắt tay với BS đích hoàn thành, kết nối đến BS phục vụ phải bị đứt. Bản tin kết thúc (MOB_HO-IND) với một mã giải phóng BS được gửi tới BS phục vụ. Trong lúc nhận bản tin, BS phục vụ bắt đầu một RRT. Bộ định thời này định nghĩa khi tất cả ngữ cánh (thông tin trong hàng đợi, bộ đếm, bộ định thời…) quan hệ đến MS được giữ lại. Tuy nhiên, trong trường hợp khi BS đích gửi bản tin chính thành công thì bộ định thời thêm vào mạng MS, bộ định thời có thể bị bỏ qua, thuộc tính MAC và các PDU quan hệ đến MS được bỏ đi tại các BS phục vụ cũ.

Các sự tách ra trong khi chuyển giao

Có một trạng thái trong lúc xử lý chuyển giao là MS dừng giao tiếp với BS phục vụ trước khi việc chọn lựa tế bào hoặc kết thúc ngữ cảnh MS đã được hoàn thành. Trạng thái này được gọi là sự tách ra và MS có thể phát hiện nó bởi việc giải điều chế DL bị lỗi. Mặt khác, BS chú ý việc tách ra khi giới hạn cho các bản tin yêu cầu định cự ly bị vượt qua.

Nếu MS phát hiện một sự tách ra trong khi thiết lập kết nối với một BS đích, nó

Lê Thành Trung-D04VT1 lxii


có thể cố gắng tiếp nhận lại mạng với BS đích được yêu tiên của nó. Ngoài ra, nó có thể chiếm lại giao tiếp với BS phục vụ bằng cách gửi một bản tin thoát chuyển giao.

2.2.3 So sánh phương pháp chuyển giao

Chuẩn 802.16e-2005 cung cấp các phương pháp chuyển giao. HHO phù hợp nhất cho tính di động thấp trong khi đó MDHO/FBSS có thể cung cấp thực hiện tốt hơn cho các người dùng di chuyển với tốc độ lớn hơn. Tuy nhiên, nó không có nghĩa rằng MDHO/FBSS ít phù hợp hơn cho tính di động thấp.

Sự khác nhau giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm đã được đề cập trong phần 2.2. HHO là một phương pháp hiệu quả, nó không yêu cầu nhiều kênh trong khi chuyển giao, không giống như hai phương pháp chuyển giao mềm khác. Tuy nhiên trong trường hợp chuyển giao bị lỗi kết nối có thể bị đứt hoàn toàn. Nó có thể tránh được với MDHO/FBSS, mặt khác yêu cầu một số khả năng trong điều kiện hiệu quả băng thông (ít nhất có hai kênh tương đương giành riêng trong khi chuyển giao). Ngoài ra, các phương pháp phức tạp yêu cầu một số năng lực tính toán do đó làm cho thiết bị tốn năng lượng hơn và giá thành thiết bị đắt hơn.

Các phương pháp chuyển giao mềm có thể cải thiện chất lượng liên kết trong khi MS đang hoạt động với cường độ tín hiệu yếu tới BS. Đăc biệt MDHO có thể thực hiện tốt bằng cách ghép một số truyền dẫn từ các BS khác nhau. Một khả năng có thể xảy ra là tất cả các BS thiết lập phân tập sẽ nhận ít hơn tín hiệu không sử dụng. FBSS không có lợi thế về một vài sự truyền dẫn đồng thời, nhưng nó có thể chọn BS tốt nhất trên cở sở một xen khung. Với HHO, đòi hỏi khắt khe hơn nó có thể ép buộc quay lại chuyển giao bốn lần giữa hai BS.

2.3 Sự quản lý công suất

Các thiết bị trong thực tế cần công suất để hoạt động. Các thiết bị cố định thường có một lỗ ra công suất xung quanh, nhưng trạng thái sẽ khác nhau rất lớn khi thiết bị trở thành di động. Chúng có sự quản lý không cần nạp lại trong nhiều ngày, thậm chí là một tuần. Vì thế, nó cần thiết phải có các phương pháp thiết kế với nhiệm vụ tiêu thụ công suất càng ít càng tốt. Kích thước của thiết bị di động cũng đặt trong giới hạn kích thước vật lý, và thông qua dung lượng của nguồn pin. Sự tiêu thụ công suất của thiết bị phải được biết để thiết kế kích thước và dung lượng của nguồn pin cho phù hợp.

Các nguyên nhân chính tiêu thụ công suất trong một thiết bị không dây đó là

Lê Thành Trung-D04VT1 lxiii


phát và nhận dữ liệu trong giao diện vô tuyến, ngoài ra trong một số thiết bị bộ xử lý và màn hình hiển thị cũng tiêu thụ đáng kế dung lượng công suất sẵn có. Bởi thế, nó có lợi khi giảm tới mức cực tiểu việc sử dụng không cần thiết các thành phần khác nhau trong khi chúng không được yêu cầu. Ví dụ, anten của thiết bị Wimax di động sẽ nhạy với việc tắt đi trong khi không có dữ liệu phát hoặc nhận. Tuy nhiên, để giữ được kết nối hoạt động, anten không thể được tắt đi hoàn toàn, nhưng BS phải được liên hệ một cách định kì. Hiển nhiên thiết bị Wimax di động phải có cách thức, một mặt, để lưu trữ các tài nguyên công suất, và mặt khác, đưa đến duy trì chất lượng liên kết. Wimax di động giới thiệu hai chế độ sử dụng công suất: chế độ chờ và chế độ không tải.

2.3.1 Chế độ chờ

Chế độ chờ đem lại cho MS khả năng tới một trạng thái mà ở đó BS phục vụ không thể giao tiếp với nó. Sự tính toán thời gian được lập lịch trước khi MS và BS giao tiếp với nhau. Chức năng này cải thiện thời gian sống nguồn pin của MS và cũng đem lại cho BS một số khả năng lợi dụng giao diện vô tuyến đông đúc. Chế độ chờ được hỗ trợ cho BS nhưng với MS nó là tùy chọn.

MS không nhất thiết phải có chế độ chờ. Nó cũng có thể sử dụng thời gian, ví dụ bởi việc thông tin tổng hợp về các BS phụ cận. Thông tin này có thể sử dụng để tạo các chuyển giao nhanh hơn.

Chế độ chờ có thể được sử dụng với các kỹ thuật chuyển giao tùy chọn MDHO và FBSS. Sự giả thiết cho điều này là giá trị hết thời gian chờ cho các cập nhật thiết lập phân tập phải không hết hiệu lực trong thời gian chế độ chờ.

Các lớp chờ

Khi một thiết bị Wimax di động trong chế độ chờ nó có thể hoặc lắng nghe hoặc trong cửa sổ chờ. Như tên gọi của chúng, cửa sổ lắng nghe được sử dụng trong các giai đoạn giao tiếp với BS và cửa sổ chờ không xuất hiện MS. Lưu lượng được thực hiện bởi chế độ chờ là trong hướng DL, MS luôn biết khi nào nó có lưu lượng UL và có thể ngắt chế độ chờ. Ngoài ra, có ba kiểu lớp được sử dụng trong thời gian hoạt động chế độ chờ.

Kiểu lớp I được dành cho loại lưu lượng kiểu nỗ lực tối đa (BE) hoặc kiểu tốc độ thay đổi không thời gian thực (VR-NRT). Với lớp này một khoảng thời gian thay đổi của khoảng thời gian chờ được sử dụng. Thiết bị đầu cuối tiếp nhận chế độ chờ trong trường hợp không có lưu lượng với kiểu được mô tả ở trên.

Lê Thành Trung-D04VT1 lxiv


Các thủ tục bắt đầu với một cửa sổ chờ có độ dài ban đầu nhất định. Sau đó một cửa sổ lắng nghe ngắn được giới thiệu và trong trường hợp không có lưu lượng cho MS cửa sổ chờ khác được bổ sung. Tuy nhiên, cửa sổ chờ thứ hai gấp hai lần so với cửa sổ ban đầu. Quay lại, các xuất hiện khoảng thời gian lắng nghe ngắn với không lưu lượng thiết bị đầu cuối sẽ đến chế độ chờ. Sự nhân đôi cửa sổ chờ có thể bị giới hạn đến giá trị được yêu tiên, mặt khác, không lưu lượng, cửa sổ sẽ tăng lên rất nhiều. Trong trường hợp MS phát hiện lưu lượng đến trong thời gian cửa sổ lắng nghe, nó bắt đầu lại hoạt động bình thường. Tất cả các tham số được sắp xếp vào BS trước khi tạo một số thay đổi trạng thái của đầu cuối.

Kiểu lớp II có nhiều phương pháp thực hiện giống như kiểu I, nhưng ở đây độ dài cưa sổ chờ là hằng số. Các kiểu lưu lượng thích hợp là tốc độ thay đổi thời gian thực (VR-RT) hoặc dịch vụ cho phép không khẩn nài (UGS). Lớp này phù hợp cho lưu lượng VoIP, số lượng dữ liệu được gửi định kỳ và khoảng thời gian giữa các truyền dẫn được sử dụng vào việc chờ. Khác ở đây, được so sánh với kiểu I, là thiết bị đầu cuối gửi/nhận dữ liệu trong thời gian cửa sổ nghe và quay lại việc chờ. Với loại I, trong trường hợp lưu lượng đến trong thời gian cửa sổ nghe, MS quay lại hoạt động bình thường. Sau đó nó có thể chiếm lại chế độ chờ bằng việc bắt đầu với cửa sổ chờ khởi tạo.

Kiểu lớp III được dành cho BS cho phép sự hoạt động chế độ chờ đã được bắt đầu. Với kiểu III MS sẽ chờ một thời gian và sau đó sẽ quay lại hoạt động bình thường. Kiểu III có thể được sử dụng cho lưu lượng đa đường hoặc một vài sự vận hành quản lý như là giai đoạn định cự ly. Độ dài của của giai đoạn chờ có thể được điều chỉnh cho phù hợp, chẳng hạn, theo thời gian cần có cho định cự ly.

Thực tế, có thể có một vài kiểu kết nối hoạt động đồng thời. Người dùng có thể lướt internet trong khi gọi qua VoIP. Phát dữ liệu sẽ sử dụng chế độ chờ kiểu I và cuộc gọi VoIP sẽ sử dụng kiểu II. Trong các trường hợp lai ghép này thiết bị đầu cuối có thể tiết kiệm công suất nếu cửa sổ chờ của các lớp khác nhau chồng chéo nhau. Như được mô tả trong hình 2.14.

Lê Thành Trung-D04VT1 lxv


Hình 2.14: Ví dụ các sự hoạt động chế độ chờ với hai lớp tiết kiệm công suất

Hình 2.15 thể hiện một ví dụ khởi tạo chế độ chờ (kiểu I). Trong trường hợp, MS bắt đầu thủ tục, bản tin đầu tiên được gửi đến BS. Mặt khác, trong trường hợp BS bắt đầu, thủ tục cũng như vậy, chỉ khác là không có bản tin đầu tiên MOB_SLP-REQ.

Lê Thành Trung-D04VT1 lxvi


Hình 2.15: Ví dụ chế độ chờ: MS/BS được bắt đầu

2.3.2 Chế độ không tải

Chế độ không tải được thiết kế cho các trạng thái ở những vị trí mà MS có thể, trên các khoảng thời gian nhất định, nhận lưu lượng quảng bá. Chế độ không yêu cầu đăng ký đến một BS cụ thể. Ví dụ, một xa lộ với nhiều BS dọc theo nó và MS là một ô tô du lịch trên đường. Với chế độ không tải không chuyển giao hoặc tín hiệu khác được có giữa MS và BS đó. Trong khi lưu lượng tín hiệu bị tách ra, các tài nguyên giao diện vô tuyến có ích là tốt hơn những cái sẵn có chúng cần. Nếu cần, MS có thể thông báo về việc lưu lượng đến.

Trong mạng cung cấp chế độ không tải, các BS hình thành nhóm logic (các nhóm tìm gọi). Mục đích là tạo ra vùng hoạt động đủ rộng theo cách mà MS sẽ không có giao tiếp trong UL, tuy thế có thể đạt tới bằng cách tìm gọi DL. Mặt

Lê Thành Trung-D04VT1 lxvii


khác, phạm vi hoạt động phải giữ đủ nhỏ để tránh mào đầu tìm gọi quá mức. Các nhóm BS thường chồng chéo nhau và một số BS có thể thuộc vào một vài nhóm.

Trong chế độ không tải thiết bị đầu cuối hoạt động với một vài trạng thái khác nhau. Các trạng thái này được giới thiệu ngắn gọn như sau:.

Khởi tạo chế độ không tải MS

Khởi tạo chế độ không tải có thể được thực hiện từ MS hoặc BS. Trong mọi trường hợp, một đáp ứng được yêu cầu trước khi MS không được đăng ký từ BS. MS hoạt động không cần đăng ký trong chế độ không tải. Sau sự chấp nhận thành công các đầu cuối MS hoạt động bình thường với BS phục vụ và một bộ điều khiển tìm gọi được định nghĩa. Bộ điều khiển tìm gọi là BS phục vụ hoặc một số thực thể mạng khác, nó điều khiển hoạt động chế độ không tải cho MS. Ngoài ra, các bộ định thời chế độ không tải được gửi đến MS và bộ điều khiển tìm gọi. Bộ định thời điều khiển tìm gọi (Bộ định thời hệ thống chế độ không tải) và bộ định thời MS (Bộ định thời chế độ không tải) định nghĩa các khoảng thời gian gửi các cập nhật vị trí MS đến bộ điều khiển tìm gọi. Trong trường hợp các bộ định thời này hết hiệu lực chế độ không tải kết thúc và MS trở lại hoạt động bình thường.

Sự lựa chọn tế bào

MS cũng có thể chọn một BS mới trong khi khởi tạo chế độ không tải MS được mô tả trước đấy. MS đánh giá các BS và chọn lấy một BS có các đặc tính DL giao diện vô tuyến tốt nhất. BS này được gọi là BS được yêu tiên. Tuy nhiên, thiết bị đầu cuối có thể còn lại trong BS phục vụ không có các sự thay đổi nào.

Đồng bộ hóa thời gian bản tin tìm gọi quảng bá MS

MS đánh giá khoảng thời gian tìm gọi BS từ DCD và DL-MAP của BS được chọn cho chế độ không tải. Thông tin chứa đựng số lượng và kích thước khung cấp cho cơ hội tìm gọi BS tiếp theo. Tuy nhiên, MS tính toán thời gian được yêu cầu cho việc quét DL, giải mã DCD và DL-MAP và đồng bộ hóa. Thời gian cần có được lấy từ khoảng thời gian giữa các cơ hội tìm gọi và thời gian còn lại cấp cho khoảng thời gian không khả dụng tìm gọi MS .

Khoảng thời gian không khả dụng tìm gọi MS

Trong lúc thời gian không khả dụng, MS có thể thực hiện vài nhiệm vụ. Nó có thể tắt một số thuộc tính cho tiết kiệm công suất, quét các BS hàng xóm, lựa

Lê Thành Trung-D04VT1 lxviii


chọn lại BS được yêu tiên, thực hiện định cự ly, hoặc một số các nhiệm vụ khác không yêu cầu lưu lượng DL. Nếu BS được yêu tiên thay đổi thì đầu cuối sẽ trở lại trạng thái đồng bộ hóa thời điểm trước đấy.

Khoảng thời gian lắng nghe tìm gọi MS

Trước khi nhận một bản tin tìm gọi quảng bá BS, MS quét, giải mã DCD và DL-MAP, và đồng bộ với BS được yêu tiên. Sau khoảng thời gian lắng nghe, MS có thể trở lại trạng thái không khả dụng, trừ khi được quyết định. Trong trường hợp nhận được cái gì đó trong khoảng thời gian lắng nghe, MS phản ứng lại thông tin nhận được.

Khoảng thời gian tìm gọi BS

Khoảng thời gian tìm BS được dành cho BS cho phép gửi một hoặc một vài bản tin tìm gọi quảng bá. Tuy nhiên, tất cả các BS không nhất thiết phải gửi một bản tin quảng bá nếu không cần thiết cho nó. Khoảng thời gian được cấu hình bằng cách được lấy lại thông từ mạng chính.

Bản tin tìm gọi quảng bá BS

Nhiệm vụ của bản tin tìm gọi quảng bá BS sẽ thông báo cho một MS nhất định về lưu lượng đến hoặc cập nhật vị trí yêu cầu. Bản tin được gửi đi trong khoảng thời gian tìm gọi BS trên CID quảng bá hoặc CID đa đường chế độ không tải. Các MS được nhận dạng trong bản tin bởi địa chỉ MAC của chúng và một bản tin đơn có thể chứa một vài địa chỉ MAC. Bản tin có một mã hoạt động nhất định khi MS nào tác động trở lại.Các mã sẵn có là:

0b00: Không được yêu cầu hoạt động

0b01: Thực hiện định cự ly để thiết lập vị trí và bản tin xác nhận

0b10: Thực hiện tiếp nhận mạng khởi tạo

0b11: Dành riêng

Sau khi gửi một mã định cự ly hoặc tiếp nhận mạng BS đợi một đáp ứng từ MS bị tìm gọi. Nếu không có đáp ứng nào được nhận cho tới khi khoảng thời gian lắng nghe MS tiếp theo, thì bản tin được phát lại. Có một bộ đếm các quảng bá không thành công và khi nó hết hiệu lực MS xem xét lại tính không khả dụng. Ngoài ra, một bản tin cập nhất danh sách các MS trong chế độ không tải được gửi thông qua đường truyền chính đến tất cả các BS thuộc cùng một nhóm tìm gọi.

Lê Thành Trung-D04VT1 lxix


Kết thúc chế độ khả dụng tìm gọi

Kết thúc chế độ khả dụng tìm gọi được thực hiển bởi MS bằng cách tiếp nhận lại mạng. Mặt khác, BS có thể xác định MS không khả dụng nếu một đáp ứng không được nhận đối với bản tin tìm gọi quảng bá BS. Ngoài ra, sự hết hiệu lực của bộ định thời hệ thống chế độ không tải kết thúc hoạt động chế độ không tải.

Cập nhật vị trí

Xử lý cập nhật vị trí bao gồm việc đánh giá điều kiện cập nhật và xử lý cập nhật hiện tại. Có bốn điều kiện khác nhau mà xử lý cập nhật vị trí có thể được thực hiện. Cập nhật nhóm tìm gọi được tiến hành khi MS phát hiện thay đổi trong nhóm tìm gọi. Thông tin thu được từ BS được yêu tiên trong DCD hoặc bản tin tìm gọi quảng bá. Cập nhật bộ định thời được bắt đầu bởi MS trước khi bộ định thời chế độ không tải hết hiệu lực. Cập nhật công suất đường xuống được sử dụng khi thiết bị đầu cuối được tắt và cái này được gửi đến bộ điều khiển tìm gọi. Bộ điều khiển tìm gọi có thể cập nhật trạng thái hiện tại của MS và loại bỏ tất cả các thông tin liên quan đến nó. Cuối cùng, cập nhật ngưỡng nhảy Hash MAC được thực hiện bởi MS khi ngưỡng nhảy Hash MAC được thực hiện thành công bởi bộ đếm nhảy Hash MAC MS. Sau khi cập nhật, BS và MS khởi tạo lại các bộ đếm nhảy Hash MAC tương ứng của chúng, giả định quá trình xử lý cập nhật là thành công. Các quá trình đề cập ở trên được thực hiện với BS được yêu tiên sử dụng quá trình xử lý an toàn hoặc không an toàn.

Tiếp nhận lại mạng

Để quay lại hoạt động bình thường từ chế độ không tải MS thực hiện tiếp nhận lại mạng. Sau khi thực hiện thành công các sự hoạt động được yêu cầu (định cự ly, xác thực, …). BS đích cho bộ điều khiển tìm gọi biết về thông tin tiếp nhận lại mạng. Bộ điều khiển tìm gọi có thể gửi một bản tin chính đến BS, chế độ không tải được bắt đầu với MS. Bản tin thông báo BS và MS lại tiếp tục hoạt động bình thường tại BS phục vụ mới.

Lê Thành Trung-D04VT1 lxx


2.4 Tóm tắt

Chương hai thảo luận về các vấn đề cung cấp tính di động. Kiến trúc mạng được mô tả đầu tiên mục đích làm hiểu hơn các sự hoạt động trong khi chuyển giao. Ngoài ra, các đặc điểm tiết kiệm công suất cũng được giới thiệu.

Mạng Wimax di động được xây dựng từ hai phần chính, ASN và CSN. ASN bao gồm mạng truy nhập IP hoàn toàn giữa các BS và ASN-GW. CSN được kết nối ASN-GW đến một mạng khác, mà có thể là internet, PSTN, hoặc các mạng khác. CSN cũng chứa các chức năng khác, chẳng hạn một máy chủ AAA.

Các chuyển giao tạo ra khả năng di động và có ba phương pháp khác nhau được hiện thực cho Wimax di động. Phiên bản bắt buộc HHO, là phương pháp cơ bản tạo ra sự thay đổi BS do kết nối bị đứt với BS cũ và sau đó đăng ký đến BS mới. Hai phương pháp tùy chọn khác, MDHO và FBSS, sử dụng một vài BS trong các giao tiếp vì thế chuyển giao không trung thực như với HHO.

Tiết kiệm công suất là một đặc điểm quan trọng cho thiết bị di động và Wimax di động đã giới thiệu hai phương pháp là chế độ không tải và chế độ chờ.

Lê Thành Trung-D04VT1 lxxi


CHƯƠNG III: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Mục đích của mô phỏng là kiểm tra lại các tính chất của Wimax di động trong thực tiễn, hoặc lý thuyết. Mô phỏng đơn giản, và rất cơ bản. Tại thời điểm thiết kế mô phỏng sử dụng chương trình mô phỏng mạng NS2 (phiên bản 2.29 với thếm vào các gói Di động và Wimax từ một dự án NIST). Các gói được thêm vào không có các chức năng đầy đủ của chuẩn 802.16e-2005 và các phép đo mô phỏng giải thích kết quả phù hợp với các quá trình thực hiện.

Các chuyển giao giữa những BS là mục tiêu quan tâm đặc biệt. Chúng minh họa phương pháp HHO, dù cho nó không có khả năng thực hiện theo tiêu chuẩn bởi vì không hỗ trợ trong chương trình mô phỏng NS2, hoặc thiếu một số module thêm vào trên Wimax. Phần mô tả thêm vào định nghĩa như là các đặc điểm được cung cấp chính lớp PHY của MAN-OFDM không dây với duy nhất TDD, các bản tin quản lý tiếp nhận mạng không cung cấp sự xác thực, 802.16e-2005 có thêm các chức năng quét, chuyển giao, sự phân đoạn và ghép lại khung. Một số đặc điểm Wimax di động cơ bản không được hỗ trợ và nó được ghi nhớ khi biên dịch các kết quả mô phỏng. Thiếu các đặc điểm nhất định (ví dụ như sự xác thực) có thể tăng tốc độ các thời điểm chuyển giao, nhưng mặt khác, một số đặc điểm khác sẽ tạo ra các chuyển giao cần thời gian dài hơn khi các phần tử vắng mặt không được cung cấp.

Kịch bản có ba BS được xếp thẳng hàng trên một đường thẳng và vùng hoạt động của hai BS hàng xóm chồng chéo nhau. Các giá trị bất biến (ví dụ kích thước cell, nguồn phát của BS, định tuyến MS) được lựa chọn cho mô phỏng và các thời điểm chuyển giao được thay đổi nhanh hơn bởi điểu chỉnh các đặc tính module Wimax trong NS2. Cuối cùng, các sự kiểm tra làm việc với các tốc độ 1-40 m/s (3,6-144 km/h) với các bước 1 m/s. Lưu lượng giả định là tỷ lệ bít bất biến với tốc độ dữ liệu 1,2 Mbit/s.

Lê Thành Trung-D04VT1 lxxii


3.1 Kịch bản

Ý tưởng cơ bản minh họa trong hình 4.1. Có một MS di chuyển thông qua các vùng hoạt động của các BS 802.16e (BS0, BS1,và BS2).

Hình 3.1: Kịch bản mô phỏng

Các BS được sắp xếp trên một đường thẳng và cách nhau 750 m và phạm vi hoạt động của chúng có bán kính 500 m. Tại thời điểm bắt đầu mô phỏng khoảng cách giữa MS và BS0 là 310 m. MS bắt đầu di chuyển như trong hình 3.1, vẫn giữ khoảng cách ngắn nhất đến BS là 310 m. Giá trị này được lựa chọn ngẫu nhiên, do đó nó cũng có thể nhận các giá trị khác. Tuy nhiên, MS phải nằm trong phạm vi hoạt động của BS. Khoảng cách lớn nhất có thể là điểm giao nhau của các đường biên tế bào, khoảng chừng 330 m từ đường trung tâm.

3.2 Các thành phần

Sự mô phỏng được dựa trên các gói Di động và Wimax từ NIST, nhất là các module Neighbor Discovery (ND) và Media Independent Handover (MIH) là các phần tử từ khóa được sử dụng trong mô phỏng.

3.2.1 Module-Neighbor Discovery

Module Neighbor Discovery (ND) được thiết kế để phát hiện di chuyển lớp 3. Nhiệm vụ nó là tạo các địa chỉ IP khi một mạng được thay đổi. Module là một phần của gói MIH (được mô tả trong phần dưới) cũng cấp nhiều kiểu giao diện, như là Ethernet, WLAN, UMTS, và trong chường hợp này là Wimax di động. Tác nhân ND sử dụng quảng bá hoặc các bản tin đơn đường tùy theo công nghệ sử dụng.

Lê Thành Trung-D04VT1 lxxiii


Tác nhân ND được định vị trong tất cả các node, nhưng cấu hình trong NS2 phải được làm theo kiểu của node trong mạng. Một ví dụ, mạng Ethernet hoặc UMTS không có khả năng gửi các bản tin quảng bá trong NS2 trong khi WLAN lại có. Tác nhân ND được cấu hình gửi các bản tin đơn đường theo một danh sách cấu hình được định trước của các đích đến.Chức năng của tác nhân ND phụ thuộc vào vai trò của node trong mạng, dù node là một bộ định tuyến hay một host. Chức năng bộ định tuyến gửi định kỳ các quảng cáo bộ định tuyến (RA) đến các host. Chu kỳ gửi có thể được định nghĩa với các tham số minRtrAdvInterval và maxRtrAdvInterval. Trong trường hợp bộ định tuyến nhận một yêu cầu bộ định tuyến (RS) từ một host, nó gửi một RA. Nếu một bộ định tuyến nhận một RA, nó được loại bỏ.

Các host có thể yêu cầu một RA bằng các bản tin RS. Khi một RA được nhận, thông tin tiền tố chu trình được so sánh đến các bảng có sẵn và có thể các giá trị mới được thêm vào. Ngoài ra, bộ định thời hết hiệu lực được thêm vào một bản tin RA, nó cho biết khi nào loại bỏ thông tin tiền tố chu trình trong chường hợp một RA mới không được nhận.

3.2.2 Module-Media Independent Handover (MIH)

Module-Media Independent Handover (MIH) là một phần của dự án Seamless Mobility của NIST và được phát triển điều khiển các chuyển giao với các công nghệ khác nhau. Chức năng được dựa trên chức năng MIH (MIHF). Nó làm việc trên lớp 3 và có thể giao tiếp giữa các giao diện từ xa và nội hạt. Giao diện từ xa có thể được liên hệ thông qua MIHF khác. Được minh họa trong hình 4.2.

Lê Thành Trung-D04VT1 lxxiv


Hình 3.2: Tổng quan thiết kế MIH

NS2 yêu cầu tăng cường các sự chuyển giao không được hỗ trợ mặc định. Các sự thêm vào cung cấp cho nhiều công nghệ khác nhau và việc sửa đổi cài đặt mặc định được dành cho 802.11. Ngoài ra, một node phù hợp cho các giao diện được thiết kế cung cấp phát hiện mạng con và thay đổi địa chỉ (Module ND). Giải pháp đó được gọi MultiFaceNode, nó là một node ảo điều khiển các công nghệ và các giao diện khác nhau.

3.3 Các tham số

Mục đích mô phỏng là tìm kiếm các tham số ảnh hưởng nhất đến hiệu suất chuyển giao. Các giá trị đo được là số lượng các gói được gửi, được nhận và được tách ra trong các thời điểm cho cả hai sự chuyển giao. Thời điểm chuyển giao được xác định khi có sự khác nhau thời gian giữa gói được nhận sau cùng từ BS cũ và gói được nhận đầu tiên từ BS mới. Hai phương pháp chuyển giao không bao giờ có cùng độ dài thời gian mà thường khác nhau từ một vài phần nghìn dây đến một vài chục nghìn dây.

3.3.1 Các tham số bất biến

Một số tham số được cài đặt cố định để mô phỏng đơn giản. Vùng hoạt động BS, công suất phát và tần số hoạt động không được thay đổi, và chúng là giống nhau cho ba BS. Ngoài ra, vận tốc được giữ 10 m/s sau đó các tốc độ khác nhau

Lê Thành Trung-D04VT1 lxxv


được thay đổi. Với các tốc độ thấp hơn độ dài thời gian mô phỏng được thay đổi phù hợp cho hai sự chuyển giao.

Tô pô mô phỏng giống như tất cả các sự mô phỏng khác. Nó cho biết vị trí các BS và hướng đi của MS. Cụ thể đã được thảo luận trong phần 3.1.

Dữ liệu được gửi đi với tốc độ bit cố định và kích thước gói là 1500 byte, một gói được gửi đi trong khoảng thời gian 10 ms. Do đó tốc độ dữ liệu là 1,2 Mbit/s, nó là tốc độ vừa phải đã được so sánh với các tốc cực đại lý thuyết đã biết (Bảng 1.6). Tuy nhiên, tốc độ được chọn không hoàn toàn đủ hỗ trợ một dòng dữ liệu video MPEG-1, cần một tốc độ dữ liệu lên đến 1,5 Mbit/s. Mục đích mô phỏng không phải là kiểm tra dung lượng lên tốc độ dữ liệu thấp là phù hợp. 3.3.2 Các tham số được điều chỉnh

Để chạy được mô phỏng Wimax di động thì NS2 cần phải thêm vào các tham số hỗ trợ mô phỏng. Các tham số đã biết được sử dụng làm cơ sở và được thay đổi trong khi tìm kiếm các thời gian chuyển giao ngắn nhất. Ngoài ra, các tham số thêm vào nằm trong thư mục Mac/802_16 trong NS2. Các tham số đó có tác động đến sự mô phỏng, mặc dù chúng không được viết trong code mô phỏng. Nếu một tham số không được định nghĩa trong code mô phỏng, chúng sử dụng các giá trị mặc định được mô tả trong các file module Wimax.

Các sự điều chỉnh được hiển thị, một số tham số không ảnh hưởng đến thời gian chờ chuyển giao nhưng có những tham số khác tác động đến thời gian chờ. Hệ số Link Going Down là một tham số ảnh hưởng quan trọng. Nó được xác định để tìm ra liên kết lỗi. Nó quan trọng để phát hiện hỏng liên kết, đủ sớm trước khi kết nối bị đứt, hoặc đủ muộn để tránh các chuyển giao không cần thiết. Một vài bộ định thời và các tham số hết thời gian chờ cũng tác động đến thời gian chờ chuyển giao. Chúng thường định nghĩa một số thời điểm đợi trước khi một số chức năng được thực hiện. Nếu chức năng đó được quan hệ đến quá trình xử lý chuyển giao, nó có thể làm chậm đáng kể xử lý. Một trong số đó là tham số t21_timeout_, nó định nghĩa thời điểm cho MS tìm kiếm một bản tin DL-MAP trên một kênh nhất định.

Khi sự điều chỉnh các tham số được hoàn thành, số lượng các gói đã gửi trong khi mô phỏng là 17897 và chỉ có 17893 gói là được nhận. Chúng là các giá trị phối hợp của ba BS. Sự giảm gói được thống kê là 5. Một phép tính đơn giản có thể thấy 17893 + 5 = 17898 ≠ 17897, ta thấy có thêm một gói được thêm

Lê Thành Trung-D04VT1 lxxvi


vào. Cái này được giải thích bằng cách kiểm tra dữ liệu mô phỏng, lần giảm đầu tiên đến trước khi các gói được gửi. Thời gian gửi của lần giảm đầu tiên tại 24,14 ms trong khi gói dữ liệu đầu tiên được gửi tại 38,23 ms và được nhận tại 39,16 ms.

Một điểm quan tâm khác là sự khác nhau về thời gian giữa thời gian tiếp nhận và thời gian truyền dẫn khi được so sánh. Khi MS được giao tiếp với BS đầu tiên, sự khác nhau đó là dưới 1 ms, trong khi với BS thứ hai là 21 ms và với BS cuối cùng là 41 ms. Nó có vẻ, sự mô phỏng luân chuyển các gói thông qua BS một mặc dù từng BS được định nghĩa liên kết trực tiếp đến mạng truy nhập. Tuy nhiên, các thời điểm chuyển giao không bị tác động bởi các thay đổi này đó cũng là điểm yếu của chương trình mô phỏng.

Với các tham số được điều chỉnh, các thời điểm chuyển giao là 32,06 ms cho lần chuyển giao đầu tiên và 33,75 ms cho lần chuyển giao thứ hai. Trong khi điều chỉnh, giá trị thời gian chờ chuyển giao là dưới 30 ms, nhưng trong một số trường hợp khác giá trị lớn hơn.

Thậm chí có những giá trị tham số tốt hơn, khi một trong số chúng có ảnh hưởng không thể dự đoán được trong các thời điểm chuyển giao. Như được đề, mục đích chính của mô phỏng là tìm kiếm các tham số ảnh hưởng nhất trong khoảng thời gian chuyển giao.

3.4 Vận tốc của MS

Khi các sự điều chỉnh tham số module Wimax và NS2 được thực hiện, vận tốc của MS cũng được nghiên cứu tỉ mỉ. Trong phần trước tốc độ của MS được cài đặt cố định là 10 m/s (36 km/h). Và trong sự mô phỏng này tốc độ của MS được thay đổi.

Sự mô phỏng làm việc với các tốc độ của MS trong khoảng từ 1 m/s đến 40 m/s. Với vận tốc 40 m/s (144 km/h) tốt cho chuyển giao liên tục. Với các tốc độ thấp nhất độ dài thời gian mô phỏng được tăng lên cho hai sự chuyển giao. Ngoài ra, với các tốc độ cao hơn như là 50, 60, 75 và 100 m/s cũng được mô phỏng. Mặc dù các tốc độ đó không nằm trong phạm vi tiêu chuẩn, mục đích chỉ là kiểm tra tính nhạy cảm của sự mô phỏng.

Các thời điểm chuyển giao được thay đổi trong khoảng 40 ms và được giữ dưới 50 ms giới hạn cho đến khi MS đạt được tốc độ vận tốc 20 m/s, ngoại trừ một

Lê Thành Trung-D04VT1 lxxvii


vài ngoại lệ vượt quá giới hạn một vài phần nghìn giây. Các thời điểm chuyển giao (cho 1-40 m/s) được thể hiện trong hình 3.3 và 3.4.

Với các tốc độ cao hơn (50, 60, 75, và 100 m/s) cũng được tăng lên đều đặn. Thời điểm chuyển giao với vận tốc 100 m/s là dưới 0,2 giây. Sự mô phỏng dường như chỉ điều khiển về tốc độ và không có các vấn đề lưu lượng giữa MS và BS.

Hinh 3.3: Các thời điểm chuyển giao cho lần chuyển giao đầu tiên

Lê Thành Trung-D04VT1 lxxviii


Hình 3.4: Các thời điểm chuyển giao cho lần chuyển giao thứ hai

3.5 Tóm tắt

Chương ba thảo luận kết quả thực nghiệm. Các kịch bản được thiết kế rất đơn giản với các BS theo một hàng và MS di chuyển thông qua các hoạt động của tất cảc các BS. Phần mềm được sử dụng mô phỏng là NS2 với hai module được thêm vào từ dự án NIST. Thời gian chờ chuyển giao được đo kiểm trong thời gian các sự chuyển giao và các tham số của mô phỏng được điều chỉnh một để đạt được các thời điểm chuyển giao nhanh hơn. Mục đích là tìm các tham số ảnh hưởng nhất đến thời gian chờ và sự so sánh các giá trị với 50 ms giới hạn được đưa ra bởi Diễn đàn Wimax. Sau các sự điều chỉnh được thực hiện và các giá trị có khả năng nhất cho kịch bản mô phỏng được làm sang tỏ, các sự mô phỏng làm việc với các vận tốc khác nhau trong khoảng 1-40 m/s.

Lê Thành Trung-D04VT1 lxxix


KẾT LUẬN

Wimax di động (802.16e-2005) được phát triển cao hơn từ chuẩn 802.16-2004,

nó cũng được biết đến như là Wimax cố định hoặc Wimax. Điểm nổi bật chính

của 802.16-2004 là OFDMA khả định cỡ, nó cho phép điều chỉnh phù hợp

băng thông được yêu cầu. Nó cũng được sử dụng cho nhiều môi trường khác

nhau với hiệu suất cao. Ngoài ra, cũng có một vài phương pháp tiến bộ khác

được giới thiệu cho Wimax di động như là đa đường, quảng bá và MBS, hai

chế độ tiết kiệm công suất (chế độ chờ và chế độ không tải) và đặc điểm quan

trọng nhất là cung cấp chuyển giao. Wimax di động cung cấp ba chế độ chuyển

giao. HHO bắt buộc và hai kiểu chuyển giao mềm tùy chọn là MDHO và

FBSS.

Các sự mô phỏng được thực hiện với chương trình mô phỏng mạng phiên bản 2

(NS2). Bản thân NS2 không được cung cấp cho Wimax di động và cần phải

Lê Thành Trung-D04VT1 lxxx


thêm vào hai module Wimax và Di động từ dự án của NIST để thực hiện mô

phỏng.

Kịch bản mô phỏng là một MS di chuyển thông qua các vùng hoạt động của ba

BS. Có tất cả hai lần chuyển giao được thực hiện khi MS di chuyển từ vùng

hoạt động của một BS đến các vùng khác. MS di chuyển với tốc độ cố định là

10 m/s và tốc độ dữ liệu 1,2 Mbit/s. Và thời gian chờ chuyển giao, số lượng các

gói gửi/nhận/mất đi được kiểm tra. Các tham số được điều chỉnh cho phù hợp

để tìm ra tham số nào tốt nhất cho chuyển giao. Ngoài ra, sau các sự điều

chỉnh, các tham số được giữ không đổi và duy nhất chỉ có tốc độ của MS được

điều chỉnh trong khoảng từ 1-40 m/s.

Các kết quả đạt được cho ta một cái nhìn sơ bộ về công nghệ Wimax di động,

bởi vì một số tham số còn thiếu trong dự án NIST. Ngoài ra, để đạt được kết

quả đáng tin cậy thì sự mô phỏng cần phải được thực hiện lại khi phần mềm đó

được phát triển đầy đủ hơn với các tiêu chuẩn hóa được tích hợp trong đấy.

Wimax di động được thảo luận trong đồ án này vẫn đang trong giai đoạn bắt

đầu và các sự đề nghị vẫn đang còn nghiên cứu. Các sản phẩm đầu tiên cung

cấp chuẩn 802.16e-2005 đã xuất hiện trên thị trường và các sự kiểm tra trong

tương lai sẽ cho ta biết khả năng của Wimax di động trong thực tiễn. Nhóm

làm việc IEEE 802.16 được phê chuẩn một nhóm đặc trách mới, nó được biểu

thị bằng chữ cái “m”. 802.16m được thiết kế cho thế hệ tiếp theo của Wimax

cung cấp các tốc độ dữ liệu trên 1 Gbit/s. Chuẩn hóa 802.16m đã được thực

hiện và sẽ kết thúc vào 2009. Ngoài ra, IEEE đặt mục tiêu sẽ hoàn thành viễn

thông di động quốc tế tiên tiến (IMT-A) các yêu cầu đặt ra bởi ITU. IMT-A có

thể không được hiểu như là một công nghệ không dây thế hệ tiếp theo (4G)

tương tự như IMT-2000 là 3G.

Lê Thành Trung-D04VT1 lxxxi


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Wimax di động, Giáo trình, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, 2008.[2]. Ts. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động, Giáo trình, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, 2007.[3]. Ph.D. Jeffrey G. Anrew and Others, Fundamental of Wimax, Prentice Hall, 2007.[4]. Yang Xiao, Wimax/MobileFi, Taylor & Francis Group, 2008.[5]. Syed Ahson and Mohammad Ilyas, Wimax: technologies, performance analysis and QoS, Taylor & Francis Group, 2008.[6]. http://www.vntelecom.org[7]. http://w3.antd.nist.gov[8]. http://www.isi.edu[9]. http://www.wimaxforum.org

Lê Thành Trung-D04VT1 lxxxii

http://www.wimaxforum.org/

http://www.isi.edu/

http://w3.antd.nist.gov/

http://www.vntelecom.org/

do an_le thanh trung(04vt1)

Documents