Tông quan lớp MAC

Các cơ chế truy nhập kênh

Trong WiMAX lớp MAC tại BS hoàn toàn chịu trách nhiệm cấp phát băng thông cho tất cả các người sử dụng trên cả đường lên lẫn đường xuống. MS chỉ phần nào được quyền điều khiển ấn định băng thông khi nó có nhiều phiên hay nhiều kết nối với BS. Trong trường hợp này MS ấn định băng thông tổng cho MS, và MS có nhiệm vụ phân chia băng thông này cho từng kết nối. Tất cả các lập biểu khác đều do BS thực hiện. Đối với đường xuống, BS có thể ấn định băng thông theo nhu cầu lưu lượng vào mà không cần sự tham gia của MS. Đối với đường lên BS phải ấn định băng thông dựa trên yêu cầu từ MS.

Trong WiMAX, MS có thể sử dụng một số kỹ thuật để yêu cầu băng thông đường lên. Tùy thuộc vào QoS và các thông số lưu lượng, MS có thể sử dụng một hay nhiều kỹ thuật trong số các kỹ thuật nói trên. BS định kỳ ấn định các tài nguyên riêng hoặc chia sẻ cho từng MS. MS sử dụng các ấn định này để yêu cầu băng thông. Quá trình này được gọi là thăm dò (polling). Thăm dò có thể thực hiện riêng (Unicast: đơn phương) hay cho một tập thể (Multicast: đa phương) các người sử dụng. Thăm dò đa phương được sử dụng khi không đủ băng thông để thực hiện thăm dò riêng. Khi sử dụng thăm dò đa phương, một khe chia sẻ được ấn định cho tất cả các yêu cầu băng thông. Các MS được thăm dò sử dụng chia sẻ khe này. WiMAX cũng định nghĩa truy nhập tranh chấp (va chạm) và cơ chế phân giải tranh chấp cho trường hợp khi nhiều MS muốn sử dụng khe chia sẻ này. Nếu đã được cấp phát băng thông để gửi lưu lượng, MS sẽ không được thăm dò nữa. Khi này nó được phép yêu cầu thêm băng thông bằng cách: (1) một MPDU yêu cầu băng thông riêng, (2) gửi yêu cầu băng thông bằng cách sử dụng kênh định cự ly (Ranging Channel) hoặc cõng theo yêu cầu băng thông trên các gói MC chung.

CÁC TÍNH NĂNG TIÊN TIẾN CỦA WIMAX

WiMAX là giải pháp truy nhập vô tuyến băng rộng cho phép hỗ trợ nhiều tính năng tiên tiến và các khả năng linh hoạt khi lựa chọn các phương án triển khai cũng như cung cấp dịch vụ. Trong phần này ta sẽ xét các tính năng tiên tiến của WiMAX.

1

Lớp vật lý dựa trên OFDM. Lớp vật lý của WiMAX được xây dựng trên cơ sở OFDM cho phép chống lại phađinh đa đường và hoạt động trong môi trường NLOS.

Tốc độ số liệu đỉnh rất cao. WiMAX có khả năng hỗ trợ các tốc độ số liệu đỉnh rất cao. Trong thực tế, tốc độ số liệu đỉnh lớp vật lý có thể đạt đến 74Mbps khi sử dụng băng thông 20MHz. Thông thường băng thông 10MHz với sơ đồ TDD được sử dụng theo tỷ lệ đường xuống trên đường lên 3:1 cho phép đạt đựơc tốc độ vào khoảng 25Mbps cho đường xuống và 6,7Mbps cho đường lên. Các tốc độ đỉnh này đạt được khi sử dụng sơ đồ điều chế 64QAM với mã hóa kênh hiệu chỉnh lỗi có tỷ lệ mã 5/6 (viết tắt là 5/6 64QAM).

Hỗ trợ băng thông và tốc độ số liệu khả định cỡ. WiMAX có kiến trúc lớp vật lý khả định cỡ cho phép dễ dàng định cỡ băng thông khả dụng. Khả năng định cỡ được hỗ trợ trong chế độ OFDMA, trong đó có thể định cỡ kích thứơc FFT theo băng thông kênh. Chẳng hạn hệ thống WiMAX có thể sử dụng 128-FFT, 512-FFT hay1028-FFT tùy theo băng thông là 1,25MHz; 5MHz hay 10MHz. Việc định cỡ có thể thực hiện động để hỗ trợ người sử dụng khi chuyển vùng giữa các mạng có băng thông khác nhau.

Mã hóa và điều chế thích ứng (AMC). WiMAX hỗ trợ nhiều sơ đồ mã hóa và điều chế và cho phép thay đổi các sơ đồ này theo từng khung đối với từng người sử dụng tùy theo điều kiện kênh. AMC là một kỹ thuật để đạt được thông lượng cực đại trong kênh thay đổi theo thời gian. Giải thuật thích ứng dẫn tới sử dụng sơ đồ điều chế và mã hóa phù hợp nhất đối với tình trạng kênh để vẫn đảm bảo chất lượng đường truyền nhưng cho phép truyền dẫn với tốc độ cao nhất.

Phát lại lớp vật lý. Đối với các kết nối đòi hỏi độ tin cậy cao, WiMAX hỗ trợ yêu cầu phát lại tự động (ARQ) tại lớp vật lý. Các kết nối được phép ARQ sẽ yêu cầu phía thu xác nhận gói được truyền. Các gói không được xác nhận sẽ bị coi rằng đã bị mất và phải phát lại. WiMAX cũng cho phép chọn HARQ (ARQ lai ghép) để áp dụng linh hoại mã hóa kênh sửa lỗi cho ARQ.

Hỗ trợ TDD và FDD. IEEE 802.16-2004 và IEEE 802.16e-2005 hỗ trợ cả ghép song công phân chia theo thời gian (TDD) và ghép song công phân chia theo tần số (FDD) cũng như ghép bán song công phân chia theo tần số (HFDD) để có thể thực hiện hệ thống với giá thành thấp. TDD sẽ trở thành ứng dụng chính vì có một số ưu việt sau: (1) cho phép linh hoạt sử dụng tỷ lệ tốc độ số liệu giữa đường xuống và đường lên, (2) khả năng sử dụng tính đổi lẫn của kênh, (3) khả năng áp dụng trong điều kiện phổ đơn, (4) thiết kế máy thu phát ít phức tạp hơn. Tất cả các hồ sơ ban

2

đầu của WiMAX đều dựa trên TDD ngoại trừ hai hồ sơ WiMAX cố định trong dải tần 3,5GHz.

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA). OFDMA tạo điều kiện để thực hiện phân tập tần số và phân tập người sử dụng nhờ vậy cải thiện đáng kể dung lượng hệ thống.

Ấn định tài nguyên linh hoạt và động cho từng người sử dụng. Ấn định tài nguyên đường lên lẫn đường xuống đều được thực hiện dưới sự điều khiển bởi bộ lập biểu của BS. Các người sử dụng chia sẻ dung lượng tùy theo yêu cầu bằng cách sử dụng sơ đồ ghép cụm theo thời gian. Khi sử dụng chế độ OFDMA-PHY (OFDMA lớp vật lý), ghép kênh còn được thực hiện trong miền tần số bằng cách ấn định các tập con sóng mang cho các người sử dụng khác nhau. Tài nguyên cũng có thể được ấn định trong miền không gian bằng cách sử dụng các hệ thống anten tiên tiến (AAS). Tiêu chuẩn cho phép ấn định các tài nguyên băng thông trong miền thời gian, tần số và không gian và có kỹ thuật kinh hoạt để truyền thông tin về ấn định tài nguyên theo từng khung.

Hỗ trợ các kỹ thuật anten tiên tiến. WiMAX đưa vào thiết kế lớp vật lý một số tính năng cho phép sử dụng các kỹ thuật đa anten như tạo búp, mã hóa không gian thời gian và ghép kênh không gian. Các sơ đồ này được sử dụng để cải thiện tổng dung lượng hệ thống bằng cách sử dụng nhiều anten tại máy phátt hoặc (và) nhiều anten tại máy thu.

Hỗ trợ QoS. Lớp MAC có kiến trúc định hướng theo kết nối được kết nối để hỗ trợ các ứng dụng khác nhau bao gồm cả tiếng và các dịch vụ đa phương tiện. Hệ thống cho phép hỗ trợ các luồng lưu lượng tốc độ bit không đổi, tốc độ bit khả biến, thời gian thực và phi thời gian thực cùng với lưu lượng số liệu nỗ lực nhất. WiMAX MAC cũng được thiết kế để hỗ trợ số lượng lớn người sử dụng có nhiều kết nối trên một đầu cuối, trong đó mỗi kết nối có một QoS riêng.

An ninh nghiêm ngặt. WiMAX hỗ trợ mật mã mạnh bằng cách sử dụng AES (Advanced Encription Standard: chuẩn mật mã tiên tiến) và các giao thức bảo mật cũng như quản lý khóa mạnh. Hệ thống cũng đưa ra kiến trúc nhận thực rất linh hoạt dựa trên giao thức nhận thực khả mở rộng (EAP: Extensible Authentication Protocol) cho phép sử dụng các chứng nhận người sử dụng khác nhau như: tên người sử dụng/ mật khẩu, các chứng nhận số và các thẻ thông minh.

Hỗ trợ tính di động. Phương án WiMAX di động của hệ thống có các cơ chế để hỗ trợ chuyển giao xuôn sẻ và an toàn cho các ứng dụng hoàn toàn di động với trễ cho

3

phép như VoIP. Hệ thống cũng có các cơ chế tiết kiệm công suất để kéo dài thời hạn acqui trong các máy cầm tay. Các tăng cường lớp vật lý như ước tính kênh thường xuyên hơn, sắp xếp kênh con đường lên và điều khiển công suất cũng được đưa vào tiêu chuẩn để hỗ trợ các ứng dụng di động.

Kiến trúc dựa trên IP. WiMAX Forum đã định nghĩa kiến trúc mạng tham chuẩn dựa trên nền tảng toàn IP. Tất cả các dịch vụ đầu cuối đầu cuối được truyền trên một kiến trúc IP dựa trên các giao thức IP cho truyền tải đầu cuối đầu cuối, quản lý phiên QoS, an ninh và di động.

MẠNG ĐẦU CUỐI ĐẦU CUỐI CỦA WiMAX

Các tính năng của mạng WIMAX

Kiến trúc WiMAX đảm bảo cả hai dịch vụ IP và Ethernet trên một mạng di động IP hợp chuẩn. Tính chất linh hoạt và tương hợp của WiMAX cho phép các nhà khai thác sử dụng các thực hiện giá rẻ cuả nhiều nhà cung cấp để triển khai hỗn hợp các ASN phân bố và tập trung trong mạng. Mạng WiMAX có một số các tính năng sau.

1.7.2.1. An ninh

Kiến trúc mạng đầu cuối đầu cuối được xây dựng trên chương trình khung an ninh độc lập với kiểu nhà khai thác và cấu hình ASN. Kiến trúc này có thể áp dụng thích hợp cho các mô hình triển khai mới, tương tác cũng như các kịch bản sử dụng khác nhau. Kiến trúc này hỗ trợ cho:

1. Nhận thực thiết bị tương hỗ mạnh giữa MS và mạng dựa trên chương trình khung của 802.16

2. Tất cả các cơ chế nhận thực được triển khai chung và nhận thực trong mạng nhà, mạng khách dựa trên chương trình khung nhận thực cố định và mở rộng

3. Toàn vẹn số liệu, chống phát lại, bảo mật và cấm từ chối bằng cách sử dụng các độ dài khóa khả dụng

4

4. Sử dụng các cơ chế an ninh khởi đầu/ kết cuối MS như mạng riêng ảo (VPN: Virtual Private Network)

5. Các cơ chế quản lý địa chỉ an ninh tiêu chuẩn giữa MS/SS và NSP nhà hay khách

1.7.2.2. Di động và chuyển giao

Kiến trúc mạng WiMAX đầu cuối đầu cuối có khả năng hỗ trợ di động và chuyển giao. Nó cung cấp:

1. Chuyển giao dọc hay chuyển giao giữa các công nghệ, nghĩa là đến WiFi, 3GPP, 3GPP2, DSL, hay MSO, khi máy di động có đa chế độ,

2. Hỗ trợ quản lý di động theo IPv4 hoặc IPv6. Như vậy kiến trúc này sẽ cho phép các MS có nhiều địa chỉ IP và đảm bảo đồng thời kế nối IPv4 và IPv6.

3. Hỗ trợ chuyển mạng giữa các NSP4. Sử dụng cơ chế hỗ trợ chuyển giao xuôn sẻ cho cả tốc độ xe ô tô5. Hỗ trợ các cấu hình địa chỉ nhà tĩnh và động 6. Hỗ trợ ấn định động tác nhân nhà (HA) trong mạng nhà cung cấp dịch vụ

ở dạng định tuyến tối ưu cũng như trong mạng IP nhà ở dạng cân bằng tải

7. Hỗ trợ ấn định động HA dựa trên các chính sách

1.7.2.3. Khả năng định cỡ, khả năng mở rộng, vùng phủ và chọn nhà khai thác

Kiến trúc mạng WiMAX đầu cuối đầu cuối có khả năng hỗ trợ các khai thác mở rộng và định lại cỡ cũng như linh hoạt trong lựa chọn nhà khai thác. Nó cho phép:

1. Người sử dụng chọn lựa nhân công hay tự động các NAP và NSP khả dụng2. Cho phép thiết kế hệ thống ASN và CSN có khả năng mở rộng hoặc thu hẹp

theo vùng phủ, phạm vi hay dung lượng3. Cho phép các cấu hình ASN khác nhau như trung tâm-nan hoa4. Hỗ trợ các đường trục khác nhau cả hữu tuyến lẫn vô tuyến với các đặc tính

trễ và thông lượng khác nhau5. Hỗ trợ triển khai hạ tầng gia tăng

5

6. Hỗ trợ đưa ra các dịch vụ IP theo giai đoạn để có thể mở rộng khi số lượng các người sử dụng tích cực gia tăng và các dịch vụ IP cạnh tranh cho người sử dụng

7. Hỗ trợ tích hợp các trạm gốc với các vùng phủ và dung lượng khác nhau như: các trạm gốc pico, micro và macro

8. Hỗ trợ phân chia và tích hợp các chức năng ASN khi triển khai mạng ASN để có thể sử dụng các sơ đồ cân bằng tải cho việc sử dụng hiệu quả phổ tần và các tài nguyên mạng

Ngoài ra còn có các tính năng đảm bảo khả năng quản lý cũng như hiệu năng của kiến trúc mạng WiMAX như:

1. Các sơ đồ quản lý, triển khai và cung cấp client trực tuyến, ngoại tuyến trên cơ sở các tiêu chuẩn công nghiệp dựa trên IP mở, có khả năng triển khai rộng

2. Hỗ trợ các dịch vụ cung cấp trên vô tuyến (OTA: Over-the-Air) để cung cấp cho đầu cuối MS và cập nhật phần mềm

3. Hỗ trợ sử dụng nén/triệt tiêu đề và hoặc nén tải tin để sử dụng hiệu quả phổ vô tuyến và các tài nguyên vô tuyến WiMAX

1.7.2.4. Khả năng tương tác nhiều nhà cung cấp thiết bị

Một nét quan trọng khác của kiến trúc mạng WiMAX là hỗ trợ khả năng tương tác giữa các thiết bị từ các nhà sản xuất thiết bị khác nhau trong một ASN và trên các ASN. Khả năng tương tác này bao gồm khả năng tương tác giữa:

1. giữa BS và thiết bị đường trục trong một ASN2. các phần tử ASN khác nhau (có thể từ các nhà cung cấp khác nhau) và CSN,

với ảnh hưởng tối thiểu hoặc không ảnh hưởng đến chức năng và khả năng của ASN

Chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa nhiều lớp cọn hội tụ. Chương trình khung kiến trúc mạng hỗ trợ các kiểu CS (Connectivity Service: dịch vụ kết nối) khác nhau như: Ethernet CS, IPv4 CS và IPv6 CS.

1.7.2.5. Chất lượng dịch vụ

6

Kiến trúc mạng WiMAX đảm bảo hỗ trợ các cơ chế QoS. Nó cho phép hỗ trợ đồng thời một tập da dạng các dịch vụ IP khác nhau. Kiến trúc này hỗ trợ:

1. các mức QoS khác nhau như: hạt thô (trên người sử dụng/đầu cuối) và/hoặc hạt mịn (trên luồng dịch vụ trên người sử dụng/đầu cuối)

2. điều khiển cho phép3. quản lý băng thông4. thực hiện các chính sách do các nhà khai thác định nghĩa cho SLA của họ

dựa trên QoS (như áp đặt chính sách cho một người sử dụng hay nhóm người sử dụng và các yếu tố khác như vị trí, thời gian ngày...)

Sử dụng các cơ chế IETF chuẩn để cung cấp định nghĩa chính sách và áp đặt chính sách giữa các nhà khai thác. Các chuẩn mạng WiMAX linh hoạt cho phép đa dạng hóa thực hiện các cấu hình mạng dịch vụ truy nhập (ASN) như: các hồ sơ ASN bao gồm cả kiến trúc phân bố lẫn tập trung. Ngòai ra WiMAX Forum cũng nghiên cứu chương trình khung tương hợp để đảm bảo tương hợp giữa các nhà cung cấp thiết bị khác nhau cho một ASN và giữa các ASN.

1.7.2.6. Kế hoạch chuẩn hóa kiến trúc mạng

Nhóm công tác mạng cuả WiMAX Forum chia việc phát triển chuẩn kiến trúc mạng thành các thời kỳ và gọi chúng là các phát hành (Release). Mỗi phát hành gồm ba giai đoạn. Giai đoạn 1 nghiên cứu các yêu cầu do nhóm công tác nhà cung cấp dịch vụ đưa ra. Giai đoạn 2 và 3 nghiên cứu phát triển kiến trúc cũng như các chuẩn giao thức chi tiết dựa trên các yêu cầu này. Nghiên cứu giai đoạn 2 của phát hành 1 đã hoàn thành vào quý 4 năm 2005. Việc nghiên cứu giai đoạn 3 dự kiến kết thúc vào quý ba 2006. Ngoài ra nhóm công tác mạng sẽ khởi động nghiên cứu giai đoạn 2 của tập các tính năng tiếp theo (tạm gọi là phát hành 1,5) vào quý 2 năm 2006 với dự kiến sẽ hoàn thiện nó vào quý 4 năm 2006. Trong thời gian này, nhóm công tác nhà cung cấp dịch vụ của của WiMAX Forum cũng tiến hành nghiên cứu đưa ra các yêu cầu của các nhà khai thác cho các phát hành sau và nhóm công tác mạng sẽ sử dụng các yêu cầu này như đầu vào để xây dựng chuẩn mạng.

7

1.7.2.7. Các chuẩn mở và hệ thống thành viên của WIMAX

Trong nhiều trường hợp thành công của một công nghệ phụ thuộc vào việc đưa ra đựơc các tiêu chuẩn mở đảm bảo tính tương hợp giữa các thiết bị. Điều này cho phép mở rộng cũng như giảm thiểu sự thay đổi hệ thống và vì thế hạ giá thành sản xuất, tiết kiệm chi phí đối với nhà khai thác mạng và khách hàng. Ngoài ra việc đảm bảo tương hợp cũng cho phép các khách hàng có thể mua thiết bị đầu cuối riêng cho mình với tin tưởng rằng nó sẽ tương hợp với mạng cuả nhà khai thác khác.

Các hệ thống WiMAX được xây dựng trên chuẩn giao diện vô tuyến 802.16. Chuẩn này đã được phát triển nhiều năm với sự tham gia của nhiều nhà công nghiệp. Tuy nhiên chuẩn này quá rộng và việc hợp chuẩn 802.16 chưa đảm bảo rằng thiết bị cuả một nhà cung cấp sẽ tương hợp với thiết bị của nhà cung cấp khác. WiMAX Forum, một tổ chức phi lợi nhuận bao gồm trên 350 thành viên, tiếp nhận công việc mà IEEE để lại. Trong số các thành viên cuả WiMAX Forum có các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà cung cấp thiết bị, các nhà sản xuất bán dẫn và thiết bị. WiMAX cũng cộng tác với HiperMAN, một nhóm công tác trong trong Ủy ban kỹ thuật cuả ETSI BRAN. Sự hợp tác này dẫn đến được sự hoàn toàn hài hòa giữa ETSI HiperMAN và IEEE 802.16 thể hiện ở tài liệu bổ sung 802.16e và các chuẩn tương tác: PHY (TS 102 177v.1.6.1) và DLC (TS 102.178v.1.6.1). Hoạt động khởi thảo các tiêu chuẩn đo kiểm được sử dụng trong quá trình kiểm tra cuả WiMAX Forum đã được thực hiện với sự cộng tác chặt chẽ của ETSI BRAN HiperMAN, nhóm công tác WiMAX Forum và nhóm công tác chứng nhận WiMAX Forum. Với nhiều thành viên khác nhau, đại diện toàn thế giới và sự cộng tác của ETSI, WiMAX Forum đã sẵn sàng cổ vũ việc tiếp nhận toàn cầu và hài hòa giải pháp vô tuyến băng rộng được chuẩn hóa dựa trên chuẩn vô tuyến IEEE 802.16 đảm bảo được tính tương tác. Để đạt được mục đích này, Forum định nghĩa hiệu năng hệ thống và các hồ sơ chứng nhận bao gồm một tập con chuẩn IEEE 802.16 với các tính năng bắt buộc và tùy chọn cùng với một bộ đo kiểm tính tương tác và hợp chuẩn để kiểm tra thiết bị và đảm bảo tính tương tác của nhiều nhà cung cấp. Vì thế nhãn chứng nhận WiMAX đảm bảo cả sự hợp chuẩn WiMAX 802.16 lẫn tính tương tác. Các phương tiện đo kiểm cấp chứng nhận đầu tiên được thiết lập tại Cetecom Labs ở Malaga, Tây Ban Nha tháng 7 năm 2005 và các sản phẩm được cấp chứng nhận WiMAX trên chuẩn 802.16-2004 đã bắt đầu xuất hiện

8

trên thị trường. Các phương tiện cấp chứng nhận bổ sung cũng sẽ được thiết lập để để tạo điều kiện cho quá trình cấp chứng nhận và đáp ứng các yêu cầu bổ sung cho quá trình đo kiểm cấp chứng nhận cho 802.16e cho các ứng dụng di động. Các nhóm công tác cấp chứng nhận và kỹ thuật của WiMAX Forum đang nghiên cứu cho cấp chứng nhận các sản phẩm WiMAX di động sẽ bắt đầu đưa ra vào quý 4 năm 2006 đến giữa năm 2007. Kỳ vọng rằng sẽ có nhiều sự tham gia của các thành viên hệ thống, các đối tác và nhu cầu về các sản phẩm 802.16e sẽ tăng, giá thành trên một thuê bao sẽ giảm trong 2 -3 năm tiếp theo.

Ngăn xếp giao thức tổng quan của 802.16m

MS (Mobile Station: trạm di động, ASN (Access Service Network: mạng dịch vụ di động), CSN (Connection Service Network: mạng dịch vụ kết nối). RS (Relay Station: trạm chuyển tiếp)

AMS trạm đi động tiên tiến

Phần MAC CPS của mặt phẳng số liệu bao gồm các chức năng như ARQ (Automatic Repeat Request: yêu cầu phát lại tự động), phân đoan/đóng gói gói, tạo lập MAC PDU và mật mã hóa.

IEEE 802.16m MAC CPS được phân thành nhóm chức năng RRCM (Radio Resource Control and Management : quản lý và điều khiển tài nguyên vô tuyến) và nhóm chức năng MAC (Medium Access Control : điều khiển truy nhập môi trường). Các chức năng mặt phẳng điều khiển và các chức năng mặt phẳng số liệu cũng được tách riêng. Các chức năng MAC được đặt trong các mặt phẳng điều khiển và số liệu

ASN được định nghĩa như là một tập các chức năng mạng cần thiết để cung cấp truy nhập vô tuyến đến thuê bao IEEE Std 802.16-2009/802.16m. ASN bao gồm các phần tử mạng sau: một hay nhiều BS (Base Station: trạm gốc) và một hay nhiều cổng ASN (ASN Gateway). Một ASN có thể nối đến một hay nhiều CSN. ASN cung cấp ít nhất là các chức năng sau:

o Kết nối lớp 2 của IEEE 802.16-2009/802.16m với các thuê bao IEEE 802.16-2009/802.16m

9

o Chuyển các bản tin AAA đến nhà cung cấp dịch vị mạng nhà (H-NSP: Home Network Provider) để nhận thực, trao quyền và thanh tóan phiên cho các phiên của người sử dụng

o Phát hiện và chọn mạng NSP (Network Sevice Provider: nhà cung cấp dịch vụ mạng) thuận lợi đối với thuê bao IEEE 802.16-2009/802.16m

o Chức năng chuyển tiếp để thiết lập kết nối lớp 3 với MS hay ấn định địa chỉ IP cho một MS

o Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM)

Ngoài các chức năng trên, đối với môi trường di động và máy xách tay, ASN còn hỗ trợ các chức năng sau:

Di động được neo bởi ASN

Di động động được neo CSN

Hoạt động tìm gọi và trạng thái rỗi

Truyền tunnxel ASN-CSN

CSN được định nghĩa là một tập các chức năng mạng để cung cấp các dịch kết nối đến các thuê bao chuẩn IEEE Std 802.15-2009/IEEE 802.16m. CSN có thể cung cấp các chức năng sau:

1. Ân định Địa chỉ MS IP và thông số điểm cuối cho các phiên của người sử dụng

2. Truy nhập Internet

3. AAA proxy (đại diện) hay Server

4. Điều khiển chính sách và cho phép dựa trên các hồ sơ của các người sử dụng

5. Hỗ trợ truyền tunnel giữa ASN-CSN

6. Lập biểu cước cho thuê bao IEEE Std 802.16-2009/IEEE 802.16m và thanh toán cước giữa các nhà khai thác

10

7. Truyền tunnel giữa các CSN để chuyển mạng

8. Quản lý di động giữa các ASN và chức năng tác nhân IP di động nhà (MIP HA)

9. Các dịch vụ mạng như kết nối các dịch vụ đồng cấp chẳng hạn IMS (IP Multimedia Subsystem: phân hệ đa phương tiện IP, LBS (Location Based Service: dịch vụ dựa trên vị trí), MBS (Multicast Broadcast Service: dịch vụ đa phương quảng bá)

ABS (Advanced Base Station: trạm gốc tiên tiến) có khả năng hỗ trợ IEEE Std 802.16j-2009 RS. ABS kết nối với IEEE Std 802.16j-2009 MS trong vùng Lzone. ABS không cần cung cấp hộ trợ giao thức IEEE Std 802.16j-2009 trong vùng Mzone.

C-SAP (Control Service Access Point: điểm truy nhập dịch vụ điều khiển) và M-SAP (Management-SAP: điểm truy nhập dịch vụ quản lý)

NCMS (Network Control and Management System: hệ thống điều khiển và quản lý mạng) có mặt trong mọi MS. NCMS là một thực thể độc lập lớp được xem như là một thực thể quản lý hay thực thể điều khiển.

Một phần của NCMS có thể được đặt cùng với thực thể của IEEE 802.16 và được gọi là NCMS-E , Phần còn lại của NCMS có thể được phân bố trong một hay nhiều thực thể mạng. Phần này đựơc gọi là NCMS-N

IDL (Interface Description Language: ngôn ngữ mô tả giao tiếp). PDU (Packet Data Unit: đơn vị số liệu gói) SDU (Service Data Unit: đơn vị số liệu dịch vụ) là đơn vị số liệu được trao đổi

giữa hai lớp giao thức liền kề server ấn đinh địa chỉ (AAS: Address Allocation Server) NSP (Network Service Provider: nhà cung cấp dịch vụ mạng) địa chỉ nhà (HoA: Home Address). ISF (Initial Service Flow: luồng dịch vụ ban đấu) MAC (Medium Access Control : điều khiển truy nhập môi trường) CS (Service Specific Convergence Sublayer (lớp con hội tụ đặc thù dịch vụ). MAC CPS (MAC Commom Part Sublayer: lớp con phần chung MAC). (GPCS: Generic Packet Convergence Sublayer: lớp con hội tụ gói chung) RTP (Real-time Transport Protocol: giao thức truyền tải thời gian thực) PHS (Payload Header Suppression: nén tiêu đề tải tin) RoHC (Robust Header Compression: nén tiêu đề bền vững) ARQ (Automatic Repeat Request: yêu cầu phát lại tự động)

11

RRCM (Radio Reource Control and Management: điều khiển và quản lý tài nguyên vô tuyến)

RRC (Radio Resource Control: điều khiẻn tài nguyên vô tuyến) RLC (Radio Control Link: liên kết điều khiển vô tuyến) CMAC (Cipher-based Message Authentication Code: mã nhận thực bản tin dựa

trên mật mã) AES-CCM (advanced encryption standard-based authentication/encryption:

nhận thực/mật mã dựa trên chuẩn mật mã tiên tiến) MIH (Media Independent Handover: chuyển giao độc lập phương tiện).

2.4.5. Luổng xử lý của mặt phẳng số liệu AMS/ABS

Hình 2.22 cho thấy luồng số liệu lưu lượng của ngừơi sử dụng và quá trình xử lý tại ABS và AMS. Các mũi tên tô đậm cho thấy luồng số liệu lưu lượng của người sử dụng từ lớp mạng đến lớp vật lý và ngược lại. Tại phía phát, một gói lớp mạng được xử lý tại lớp con hội tụ, chức năng ARQ (nếu được phép), chức năng phân đoạn đóng gói và chức năng lập khuôn MAC PDU để tạo nên các MACPDU gửi đến lớp vật lý. Tại phía thu, SDU lớp vật lý được xử lý bởi chức năng MAC PDU, chức năng phân đoạn/đóng gói, chức năng ARQ (nếu được phép) và lớp con hội tụ để tạo ra các gói lớp mạng. Các mũi tên mảnh cho thấy các điều khiển giữa các chức năng CPS và PHY liên quan đến xử lý số liệu lưu lượng người sử dụng.

Hình 2.22. Luồng xử lý mặt phẳng số liệu của IEEE 802.16m AMS/ABS

2.4.6. Luồng xử lý mặt phẳng điều khiển AMS/ABS

Hình 2.23 cho thấy luồng báo hiệu mặt phẳng điều khiển MAC CPS và xử lý tại ABS và AMS. Tại phía phát, các mũi tên đường liên tục đậm nét cho thấy luồng báo hiệu mặt phẳng điều khiển từ các chức năng điều khiển và xử lý báo hiệu mặt phẳng điều khiển bởi các chức năng mặt phẳng điều khiển để tạo ra tín hiệu báo hiệu tương ứng (các bản tin MAC, tiêu để/các tiêu đề con của MAC) sẽ được phát vào không gian. Tại phía thu, các mũi tên liên tục đậm nét cho thấy xử lý báo hiệu MAC thu bởi các chức năng mặt phẳng điều khiển và thu báo hiệu mặt phẳng điều khiển bới các chức năng mặt phẳng điều khiển. Các mũi tên của đường đứt nét cho thấy các tín hiệu điều khiển giữa các chức năng CPS (Common Part Sublayer: lớp con phần chung) và giữa CPS với PHY liên quan đến xử lý báo hiệu mặt phẳng điều khiển. Các mũi tên của đường không liên tục gữa M-SAP

12

(Management- Service Access Point: điểm truy nhập dịch vụ điều khiển)/ C-SAP (Control – Service Access Point: điểm truy nhập dịch vụ điều khiển) và các khối chức năng MAC cho thấy các tín hiệu quản lý và điều khiển từ/đến NCMS (Network Control Management System: hệ thống quản lý và điều khiển mạng).

Các điều khiển đến/từ M-SAP/C-SAP định nghĩa các cức năng có sự tham gia của mạng như: quản lý nhiễu giữa các ABS, quản lý di động nội RAT/giữa các RAT … và quản lý liên quan đến các chức năng như quản lý vị trí, lâp cấu hình hệ thống …. SAP điều khiển và SAP quản lý liên kết mặt phẳng điều khiển và các chức năng mặt phẳng quản lý với các lớp cao hơn.

Hình 2.23. Luồng xử lý măt phẳng điều khiển của IEEE 802.16m ABS/AMS

  2.4.7. Xử lý gói IP tại máy phát BS và máy thu MS

Hình 2.24 cho thấy quá trình xử lý gói IP tại máy phát và máy thu trạm di động IEEE 802.16m. Hình vẽ mô tả các phần tử chinh của mỗi lớp và kết nối giưã chúng. Hình vẽ cũng cho thấy cách thức mà bộ lập biểu MAC trong trạm gốc sử dụng các báo cáo định kỳ và số liệu đo lường nhận được từ trạm di động để tạo ra: các tín hiệu điều khiển để chọn: sơ đồ điều chế và mã hóa kênh cũng như cấu hình MIMO tốt nhất, phương pháp phát lại và số lần phát lại tùy theo điều kiện sóng của kênh mà trạm di động trải nghiệm

Hình 2.24.Xử lý gói IP tại máy phát BS và máy thu MS trong IEEE 802.16m

7. Các chức năng mặt phẳng số liệu và mặt phẳng điều khiển trong các trạm chuyển tiếp

IEEE 802.16m RS MAC CPS được chia thành hai lớp con: (1) lớp con điều khiển và quản lý tài nguyên vô tuyến (RRCM) và (2) lớp con điều khiển truy nhập môi trường (MAC).

13