Kiến trúc chung của các chuẩn IEEE 802.11 và 802.16

Môc lôc Môc lôc…………………………………………………………………………………………………….1 Ch­¬ng 1: Tæng quan vÒ m¹ng kh«ng d©y Sù bïng næ vÒ nhu cÇu truyÒn sè liÖu tèc ®é cao vµ nhu cÇu ®a d¹ng ho¸ c¸c lo¹i h×nh dÞch vô cung cÊp nh­: truy nhËp Internet, th­ ®iÖn tö, th­¬ng m¹i ®iÖn tö, truyÒn file,... lµ sù thóc ®Èy cho sù xuÊt hiÖn cña hµng lo¹t c¸c chuÈn kh«ng d©y. HiÖn nay, c¨n cø vµo ph¹m vi sö dông, tèc ®é kÕt nèi, chóng ta cã nh÷ng chuÈn kh«ng d©y t­¬ng øng víi c¸c m« h×nh m¹ng truyÒn thèng. H×nh1.1: Tæng quan vÒ c¸c chuÈn kh«ng d©y M¹ng PAN - Personal Area Network: ChuÈn WPAN ®­îc øng dông trong ph¹m vi gia ®×nh, hoÆc trong kh«ng gian xung quanh cña 1 c¸ nh©n, tèc ®é truyÒn dÉn trong nhµ cã thÓ ®¹t 480 MB/gi©y trong ph¹m vi 10m. Trong m« h×nh m¹ng WPAN, cã sù xuÊt hiÖn cña c¸c c«ng nghÖ Bluetooth dùa trªn chuÈn IEEE 802.15(Institute for Electrical and Electronics Engineers). HiÖn nay 802.15 nµy ®ang ®­îc ph¸t triÓn thµnh 802.15.3 ®­îc biÕt ®Õn víi tªn c«ng nghÖ Ultrawideband - siªu b¨ng th«ng. M¹ng LAN (Local Area Network): m¹ng WirelessLAN sö dông chuÈn IEEE 802.11 bao gåm c¸c chuÈn 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n… WLAN lµ mét phÇn cña gi¶i ph¸p v¨n phßng di ®éng, cho phÐp ng­êi sö dông kÕt nèi m¹ng LAN tõ c¸c khu vùc c«ng céng nh­ v¨n phßng, kh¸ch s¹n hay c¸c s©n bay. T¹i ViÖt Nam WLAN ®· ®­îc triÓn khai øng dông ë nhiÒu n¬i. C«ng nghÖ nµy cho phÐp ng­êi sö dông cã thÓ sö dông, truy xuÊt th«ng tin, truy cËp Internet víi tèc ®é lín h¬n rÊt nhiÒu so víi ph­¬ng thøc truy nhËp gi¸n tiÕp truyÒn thèng. M¹ng MAN: M¹ng WMAN sö dông chuÈn IEEE 802.16, ®­îc hoµn thµnh vµo th¸ng 10/2001 vµ ®­îc c«ng bè vµo ngµy 8/2002, ®Þnh nghÜa ®Æc t¶ kü thuËt giao diÖn kh«ng gian WirelessMAN cho c¸c m¹ng vïng ®« thÞ. ViÖc ®­a ra chuÈn nµy më ra mét c«ng nghÖ míi truy nhËp kh«ng d©y b¨ng réng WiMAX cho phÐp m¹ng kh«ng d©y më réng ph¹m vi ho¹t ®éng tíi gÇn 50 km vµ cã thÓ truyÒn d÷ liÖu, giäng nãi vµ h×nh ¶nh video víi tèc ®é nhanh h¬n so víi ®­êng truyÒn c¸p hoÆc ADSL. §©y sÏ lµ c«ng cô hoµn h¶o cho c¸c ISP muèn më réng ho¹t ®éng vµo nh÷ng vïng d©n c­ r¶i r¸c, n¬i mµ chi phÝ triÓn khai ADSL vµ ®­êng c¸p qu¸ cao hoÆc gÆp khã kh¨n trong qu¸ tr×nh thi c«ng. M¹ng WAN: Trong t­¬ng lai, c¸c kÕt nèi Wireless WAN sÏ sö dông chuÈn 802.20 ®Ó thùc hiÖn c¸c kÕt nèi diÖn réng. Do b¶n chÊt cña m¹ng kh«ng d©y lµ sö dông sãng v« tuyÕn. Vµ nh­ vËy, ng­êi ta cã thÓ truy cËp Internet hoÆc ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ mµ ch¼ng cÇn ®­êng ®iÖn tho¹i hay d©y dÉn. Do ®ã vÒ lý thuyÕt, víi m¸y tÝnh x¸ch tay dïng c«ng nghÖ kh«ng d©y, chóng ta cã thÓ truy cËp Internet tõ trong rõng hay ngoµi biÓn (miÔn n»m trong vïng phñ sãng tr¹m thu ph¸t). 1.1. KiÕn tróc chung cña c¸c chuÈn IEEE 802.11 vµ 802.16: ChuÈn IEEE 802.11 vµ 16 ®Æc t¶ líp vËt lý - PHY (Physical) vµ líp ®iÒu khiÓn truy nhËp m«i tr­êng - MAC (Medium Access Control) cho truy nhËp b¨ng réng kh«ng d©y cè ®Þnh - FBWA (Fixed Broadband Wireless Access) cho ph¹m vi m¹ng khu vùc ®« thÞ - MAN (Metropolitan Area Network). ChuÈn IEEE 802.11 vµ IEEE 802.16 bï ®¾p sù thiÕu hôt gi÷a chuÈn IEEE 802.2 vÒ líp liªn kÕt vËt lý vµ giao diÖn kh«ng gian. Cïng víi kh¶ n¨ng lµm cÇu nèi (Bridging) ®­îc m« t¶ trong chuÈn IEEE 802.1, nh÷ng chuÈn nµy vµ nh÷ng c¬ chÕ truy nhËp ë nh÷ng líp cao h¬n cã thÓ sö dông ®Ó t¹o ra kh¶ n¨ng ®Þnh tuyÕn ®Çy ®ñ cho m¹ng. H×nh 2 minh ho¹ vÞ trÝ cña c¸c chuÈn IEEE 802.11 vµ 16 trong hÖ thèng c¸c chuÈn IEEE 802. H×nh1.2: 802.11 vµ 802.16 trong hÖ thèng c¸c chuÈn cña IEEE 802. 1.2.C«ng nghÖ WiFi Trong bèi c¶nh toµn cÇu ho¸, sù bïng næ nhu cÇu truyÒn sè liÖu tèc ®é cao vµ nhu cÇu ®a d¹ng ho¸ c¸c lo¹i h×nh dÞch vô cung cÊp nh­ truy nhËp Internet, th­ ®iÖn tö, th­¬ng m¹i ®iÖn tö, truyÒn file,... ®· thóc ®Èy sù ph¸t triÓn cña c¸c gi¶i ph¸p m¹ng côc bé v« tuyÕn (WLAN). Môc ®Ých cña WLAN nh»m cung cÊp thªm mét ph­¬ng ¸n lùa chän cho kh¸ch hµng bªn c¹nh c¸c gi¶i ph¸p nh­ xDSL, Ethernet, GPRS, 3G... WLAN lµ mét phÇn cña gi¶i ph¸p v¨n phßng di ®éng, cho phÐp ng­êi sö dông kÕt nèi m¹ng LAN tõ c¸c khu vùc c«ng céng nh­ kh¸ch s¹n, s©n bay vµ thËm chÝ cã thÓ ngay c¶ trªn c¸c ph­¬ng tiÖn vËn t¶i. C¸c thµnh phè lín trªn thÕ giíi ®ang tù hµo víi hµng tr¨m ®iÓm truy cËp kh«ng d©y WLAN ë nh÷ng n¬i c«ng céng hay t¹i c¸c v¨n phßng. T¹i ViÖt Nam WLAN ®· ®­îc triÓn khai øng dông ë nhiÒu n¬i. C«ng nghÖ nµy cho phÐp ng­êi sö dông cã thÓ sö dông, truy xuÊt th«ng tin, truy cÊp Internet víi tèc ®é lín h¬n rÊt nhiÒu so víi ph­¬ng thøc truy nhËp gi¸n tiÕp truyÒn thèng. Ban ®Çu, WLAN ®­îc ph¸t triÓn cho nh÷ng øng dông LAN tõ cã d©y sang kh«ng d©y v× vËy WLAN cã ph¹m vi phôc vô lµ trong nhµ (Indoor). Tuy nhiªn, c«ng nghÖ WLAN ®¸p øng ®Çy ®ñ ®ßi hái cña c¸c ®èi t­îng møc doanh nghiÖp vÒ kh¶ n¨ng vËn hµnh, tÝnh æn ®Þnh, tèc ®é cao, an ninh ®¶m b¶o vv…Ngµy nay, WLAN ®­îc ph¸t triÓn tõ Indoor sang Outdoor lµ kh¶ n¨ng cung cÊp truy nhËp b¨ng réng ë nh÷ng ®iÓm c«ng céng nh­ nhµ ga, s©n bay, cafÐ internet hoÆc bÊt cø ®Þa ®iÓm nµo tËp trung d©n c­ ®«ng ®óc cã nhu cÇu sö dông Internet. Do ®¸p øng ®Çy ®ñ c¸c ®ßi hái cña c¸c kh¸ch hµng møc doanh nghiÖp còng nh­ c¸c kh¸ch hµng c¸ nh©n, võa cã øng dông Indoor vµ Outdoor nªn WLAN trë thµnh mét chuÈn ®­îc thõa nhËn vµ hç trî réng r·i cña c¸c nhµ s¶n xuÊt lín trªn thÕ giíi. T­¬ng lai cña m¹ng kh«ng d©y phô thuéc vµo kh¶ n¨ng kÕt nèi liªn tôc vµ an toµn cña nhiÒu lo¹i thiÕt bÞ d©n dông nh­ m¸y tÝnh c¸ nh©n, thiÕt bÞ trî gióp c¸ nh©n, ®iÖn tho¹i, m¸y in…, sù chuyÓn ®æi qua l¹i kh«ng gi¸n ®o¹n gi÷a WLAN vµ LAN. Sù ph¸t triÓn nhanh chãng cña c¸c øng dông kh«ng d©y di ®éng còng ®ang thóc ®Èy qu¸ tr×nh nµy. C¸c m¹ng Wi-Fi t¹o ra mét vïng kh«ng gian réng 100m cho phÐp c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi cã thÓ kÕt nèi kh«ng d©y ®Ó truy cËp Web hoÆc vµo c¸c m¹ng m¸y tÝnh dïng chung. Wi-Fi cho phÐp trao ®æi d÷ liÖu qua lµn sãng radio víi mét tèc ®é rÊt nhanh. M¹ng Wi-Fi cã thÓ sö dông ®Ó kÕt nèi víi nhau, víi Internet, vµ víi m¹ng c¸p. Lµ mét c«ng nghÖ kh«ng d©y gièng nh­ ®iÖn tho¹i di ®éng Wi-Fi cho phÐp c¸c m¸y tÝnh göi vµ nhËn d÷ liÖu trong nhµ còng nh­ ngoµi trêi, ë bÊt cø ®iÓm nµo trong vïng phñ sãng cña tr¹m gèc. Nã còng cã tèc ®é ho¹t ®éng thùc t­¬ng ®­¬ng m¹ng c¸p Ethernet 10BaseT hiÖn cã trong rÊt nhiÒu v¨n phßng. Vµ ®iÒu hay h¬n c¶ lµ nã rÊt nhanh, nhanh h¬n nhiÒu lÇn c¸c kÕt nèi modem c¸p nhanh nhÊt WLAN lµ mét hÖ thèng truyÒn th«ng d÷ liÖu më ®Ó truy nhËp v« tuyÕn ®Õn m¹ng Internet vµ c¸c m¹ng Intetranet. Nã còng cho phÐp kÕt nèi LAN tíi LAN trong mét toµ nhµ hoÆc mét khu tËp thÓ, hoÆc mét khu tr­êng ®¹i häc... Mét hÖ thèng WLAN cã thÓ ®­îc tÝch hîp víi m¹ng v« tuyÕn diÖn réng. Tèc ®é ®¹t ®­îc trong WLAN cÇn ph¶i ®­îc hç trî truyÒn dÉn thÝch hîp tõ m¹ng ®­êng trôc. Cho tíi nay IEEE ®· ph¸t triÓn ba chØ tiªu kü thuËt cho m¹ng LAN kh«ng d©y: 802.11a, 802.11b vµ 802.11g. C¶ ba chØ tiªu kü thuËt nµy sö dông c«ng nghÖ §a truy nhËp Nh¹y c¶m sãng mang cã ph¸t hiÖn va ch¹m (Carrier Sense Multiple Access - Collision Detection CSMA/CD) nh­ mét giao thøc chia sÎ ®­êng dÉn. CSMA/CD lµ mét ph­¬ng ph¸p truyÒn d÷ liÖu ®­îc ­a thÝch v× ®é tin cËy cña nã th«ng qua kh¶ n¨ng chèng mÊt d÷ liÖu. Mét tr¹m kh«ng d©y muèn truyÒn khung, ®Çu tiªn nã sÏ nghe trªn m«i tr­êng kh«ng d©y ®Ó x¸c ®Þnh liÖu hiÖn cã tr¹m nµo ®ang truyÒn kh«ng (®©y lµ phÇn nh¹y c¶m sãng mang cña CSMA/CA). NÕu m«i tr­êng nµy hiÖn ®ang bÞ chiÕm, tr¹m kh«ng d©y tÝnh to¸n mét kho¶ng trÔ lÆp l¹i ngÉu nhiªn. Ngay sau khi thêi gian trÔ ®ã tr«i qua, tr¹m kh«ng d©y l¹i nghe xem liÖu cã tr¹m nµo ®ang truyÒn kh«ng. B»ng c¸ch t¹o ra mét thêi gian trÔ ngÉu nhiªn, nhiÒu tr¹m ®ang muèn truyÒn tin sÏ kh«ng cè g¾ng truyÒn l¹i t¹i cïng mét thêi ®iÓm (®©y lµ phÇn tr¸nh xung ®ét cña CSMA/CD). Nh÷ng va ch¹m cã thÓ x¶y ra vµ kh«ng gièng nh­ Ethernet, chóng kh«ng thÓ bÞ ph¸t hiÖn bëi c¸c node truyÒn dÉn. Do ®ã, 802.11b dïng giao thøc Request to send (RTS)/ Clear to send (CTS) víi tÝn hiÖu ACK (Acknowlegment) ®Ó b¶o ®¶m r»ng mét khung nµo ®ã ®· ®­îc göi vµ nhËn thµnh c«ng. C¸c øng dông m¹ng LAN, c¸c hÖ ®iÒu hµnh hoÆc giao thøc m¹ng, bao gåm c¶ giao thøc Internet TCP/IP sÏ ch¹y trªn c¸c m¹ng WLAN t­¬ng thÝch chuÈn 802.11 dÔ dµng nh­ ch¹y trªn Ethernet nh­ng kh«ng cÇn ph¶i ch¹y c¸p qua t­êng hay trÇn nhµ. VÒ mÆt vËt lý, WLAN cã hai thµnh phÇn c¬ b¶n lµ: Tr¹m gèc kh«ng d©y (WBS – Wireless Base Station) hay cßn gäi lµ AP (Access Point) Khèi giao tiÕp ng­êi sö dông ®Çu cuèi hay cßn gäi lµ CPE (Customer Premise Equipment). AP lµ thiÕt bÞ ®Æt ë phÝa nhµ cung cÊp dÞch vô, nã ph¶i ®­îc ®Êu nèi víi m¹ng cña nhµ cung cÊp ®ã ®Ó truy cËp vµo m¹ng Internet. Th«ng th­êng AP ®­îc ®Êu víi Router, Hub hoÆc Switch ®Ó ®­îc cÊp mét ®Þa chØ IP riªng. Sau ®ã kÕt nèi tíi m¹ng cña nhµ cung cÊp dÞch vô th«ng qua c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn th«ng dông nh­ c¸p quang, c¸p ®ång hoÆc viba. AP cã kh¶ n¨ng chuyÓn ®æi tÝn hiÖu sè ®Õn tõ m¹ng cña nhµ cung cÊp dÞch vô thµnh d¹ng tÝn hiÖu sè t­¬ng thÝch víi c¸c chuÈn truyÒn dÉn v« tuyÕn. AP bao gåm mét bé thu ph¸t (Transceiver) vµ mét bé ®iÒu khiÓn (Controller) thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng chñ yÕu nh­: Cung cÊp giao diÖn cho kÕt nèi víi m¹ng cña nhµ khai th¸c, giao diÖn v« tuyÕn h­íng phÝa kh¸ch hµng. §¶m b¶o chøc n¨ng an toµn th«ng tin trªn giao tiÕp v« tuyÕn, chøng thùc giao diÖn kÕt nèi víi kh¸ch hµng. Qu¶n trÞ tµi nguyªn v« tuyÕn. §¨ng ký khèi giao diÖn ng­êi sö dông. §Þnh tuyÕn, tÝnh c­íc. Duy tr× vµ chuyÓn ®æi giao thøc, m· ho¸ vµ gi¶i m·, nÐn vµ gi¶i nÐn. CPE lµ thiÕt bÞ ®Æt ë phÝa kh¸ch hµng, nã cã mét ®Þa chØ ngoµi nh­ lµ mét node trªn m¹ng vµ nhiÒu ®Þa chØ trong ®Ó cung cÊp cho m¹ng LAN cña kh¸ch hµng. CPE tiÕp nhËn luång tÝn hiÖu sè tõ c¸c AP vµ chuyÓn ®æi chóng thµnh d¹ng tÝn hiÖu t­¬ng thÝch víi c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi cña kh¸ch hµng (t­¬ng tù hoÆc sè). CPE còng bao gåm mét bé thu ph¸t vµ c¸c thiÕt bÞ phô trî thùc hiÖn mét sè chøc n¨ng nh­: Cung cÊp giao diÖn v« tuyÕn h­íng tíi tr¹m gèc cña nhµ cung cÊp dÞch vô. Cung cÊp giao diÖn cho c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi cña kh¸ch hµng. ChuyÓn ®æi giao thøc, chuyÓn ®æi m·, cÊp nguån H×nh1. 3: CÊu h×nh mét m¹ng WLAN ®iÓn h×nh C¸c chuÈn IEEE 802.11 tiªu biÓu: * ChuÈn IEEE 802.11b Th¸ng 9 n¨m 1999, ViÖn c«ng nghÖ ®iÖn vµ ®iÖn tö (IEEE) ®· th«ng qua c¸c chØ tiªu cña chuÈn IEEE 802.11b hay cßn ®­îc biÕt ®Õn víi tªn gäi Wi-Fi. IEEE 802.11b ®Þnh nghÜa líp vËt lý vµ líp con MAC cho viÖc truyÒn tin qua m¹ng LAN kh«ng d©y dïng chung. T¹i líp vËt lý, IEEE 802.11b ho¹t ®éng t¹i tÇn sè v« tuyÕn 2,45GHz víi tèc ®é bit tèi ®a lµ 11 Mbps. Nã sö dông c«ng nghÖ truyÒn dÉn tr¶i tr¶i phæ d·y trùc tiÕp (DSSS). * ChuÈn IEEE 802.11g Do IEEE ph¸t triÓn, nh÷ng m¹ng dïng chuÈn 802.11b cho phÐp d÷ liÖu ®­îc truyÒn víi dung l­îng tèi ®a 10 megabit/gi©y (trung b×nh lµ 4 Mbps). ChuÈn míi h¬n lµ IEEE 802.11g cho phÐp truyÒn d÷ liÖu víi dung l­îng cao nhÊt - 54 Mbps (trung b×nh 22 Mbps). C¶ hai chuÈn nµy ®Òu dïng b¨ng tÇn 2,4 GHz vµ ho¹t ®éng t­¬ng t¸c. * ChuÈn IEEE 802.11a ChuÈn IEEE 802.11a ho¹t ®éng trong d¶i tÇn 5 GHz, t¹o cho c¸c kÕt nèi sö dông chuÈn 802.11a Ýt bÞ ¶nh h­ëng h¬n ®èi víi sù giao thoa sãng ®iÖn tõ mµ c¸c kÕt nèi sö dông chuÈn 802.11b, 802.11g ho¹t ®éng ë tÇn sè 2,4 GHz cã thÓ g©y ra. Bëi d¶i tÇn 2,4 GHz th­êng ®­îc dïng trong c«ng nghiÖp, y tÕ, vµ sö dông trong c¸c thiÕt bÞ gia ®×nh. B¶ng 1.1 - So s¸nh c¸c chuÈn IEEE 802.11 ChuÈn TÇn sè Tèc ®é GhÐp kªnh Ghi chó IEEE 802.11 900 MHz 2 Mbps FHSS DSSS IEEE 802.11b 2,4 GHz 900 MHz 11 Mbps FHSS DSSS §­îc sö dông phæ biÕn nhÊt IEEE 802.11a 5 GHz 54 Mbps OFDM Míi h¬n, nhanh h¬n, dïng tÇn sè cao h¬n IEEE 802.11e 5 GHz UNII 54 Mbps OFDM IEEE 802.11g 2,4 GHz ISM 54 Mbps DSSS FHSS Nhanh h¬n vµ t­¬ng thÝch víi 802.11b 1.2.1. §¸nh gi¸ ­u, nh­îc ®iÓm cña WIFI 1.2.1.1. Mét sè ­u ®iÓm cña m¹ng kh«ng d©y WIFI Kh«ng ph¶i khoan t­êng, bÊm vµ ®i d©y. Kh«ng ph¶i ngåi t¹i nh÷ng vÞ trÝ cè ®Þnh. Trong nhiÒu tr­êng hîp lµ gi¶i ph¸p rÎ h¬n cho m¹ng LAN Cã thÓ kÕt nèi ë kho¶ng c¸ch xa h¬n so víi c¸c thiÕt bÞ bluetooth Cã tÝnh linh ®éng cao, cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu vÒ ®Þa h×nh ….. 1.2.1.2.Nh­îc ®iÓm cña m¹ng kh«ng d©y WIFI Phøc t¹p h¬n trong viÖc thiÕt lËp, qu¶n lý vµ vËn hµnh m¹ng. Th«ng tin ®­îc truyÒn trªn kh«ng trung trªn tÇn sè dïng chung dÉn ®Õn c¸c vÊn ®Ò an ninh vµ nhiÔu. TÇn sè cµng cao th× tèc ®é cµng cao, nh­ng ®ång thêi ®é suy gi¶m còng cµng cao...  1.3.C«ng nghÖ WiMAX Wi-Fi hiÖn ®ang lµ c«ng nghÖ kÕt nèi kh«ng d©y "nãng" xÐt tõ nhiÒu gãc ®é. Tuy nhiªn theo nh×n nhËn cña nhiÒu chuyªn gia, Wi-Fi ch¼ng qua còng chØ lµ "c«ng nghÖ më ®­êng" cho hµng lo¹t chuÈn kÕt nèi kh«ng d©y míi ­u viÖt h¬n nh­ WiMAX, 802.16e, 802.11n vµ Ultrawideband. Tæ chøc phi lîi nhuËn WiMAX bao gåm c¸c c«ng ty s¶n xuÊt thiÕt bÞ vµ linh kiÖn truyÒn th«ng hµng ®Çu thÕ giíi ®ang nç lùc thóc ®Èy vµ x¸c nhËn tÝnh t­¬ng thÝch vµ kh¶ n¨ng ho¹t ®éng t­¬ng t¸c cña thiÕt bÞ truy cËp kh«ng d©y b¨ng th«ng réng tu©n theo chuÈn kü thuËt IEEE 802.16 vµ t¨ng tèc ®é triÓn khai truy cËp kh«ng d©y b¨ng th«ng réng trªn toµn cÇu. Do ®ã c¸c chuÈn 802.16 th­êng ®­îc biÕt ®Õn víi c¸i tªn WiMAX. ChuÈn IEEE 802.16 ®Çu tiªn ®­îc hoµn thµnh n¨m 2001 vµ c«ng bè vµo n¨m 2002 thùc sù ®· ®em ®Õn mét cuéc c¸ch m¹ng míi cho m¹ng truy cËp kh«ng d©y. NÕu nh­ Wireless LAN ®uîc ph¸t triÓn ®Ó cung cÊp dÞch vô truy nhËp Internet cho m¹ng LAN kh«ng d©y, n©ng cao tÝnh linh ho¹t cña truy nhËp Internet cho nh÷ng vïng tËp trung ®«ng d©n c­ trong nh÷ng ph¹m vi hÑp th× víi WiMAX ngoµi kh¶ n¨ng cung cÊp dÞch vô ë vïng ®« thÞ nã cßn gi¶i quyÕt ®­îc nh÷ng vÊn ®Ò khã kh¨n trong viÖc cung cÊp dÞch vô Internet cho nh÷ng vïng th­a d©n, ë nh÷ng kho¶ng c¸ch xa mµ c«ng nghÖ xDSL sö dông d©y ®ång kh«ng thÓ ®¹t tíi. ¸p dông WiMAX vÒ c¬ b¶n sÏ mang l¹i kh¶ n¨ng kÕt nèi kh«ng d©y cho toµn bé mét thÞ trÊn. Gi¶i ph¸p nµy gióp thu ng¾n kho¶ng c¸ch gi÷a nh÷ng vïng quª xa x«i hÎo l¸nh víi nh÷ng vïng thµnh thÞ hiÖn ®¹i. WiMAX còng lµ mét sù ph¸t triÓn kÕ tiÕp tõ dÞch vô cung cÊp b¨ng th«ng gi÷a LAN n©ng cÊp lªn m¹ng WAN. WiMAX sö dông chuÈn kÕt nèi 802.16 cã nhiÒu ®Æc ®iÓm næi tréi h¬n vÒ tèc ®é, ph¹m vi phñ sãng so víi chuÈn kÕt nèi kh«ng d©y hiÖn nay lµ 802.11. Kh«ng gièng nh­ chuÈn 802.11 chØ cã thÓ phñ sãng trong mét khu vùc nhá, WiMAX cã thÓ phñ sãng mét vïng réng tíi 50 km víi tèc ®é lªn ®Õn 70Mbps. WiMAX cung cÊp truy nhËp b¨ng réng kh«ng d©y cè ®Þnh theo hai ph­¬ng ph¸p ®iÓm - ®iÓm (Point to Point ) hoÆc ®iÓm - ®a ®iÓm (Point to multipoint). ChuÈn IEEE 802.16, mét m¹ng vïng ®« thÞ kh«ng d©y cung cÊp sù truy nhËp m¹ng cho c¸c tßa nhµ th«ng qua anten ngoµi trêi cã thÓ truyÒn th«ng víi c¸c tr¹m ph¸t sãng c¬ së (BS). Do hÖ thèng kh«ng d©y cã kh¶ n¨ng h­íng vµo nh÷ng vïng ®Þa lý réng, hoang v¾ng mµ kh«ng cÇn ph¸t triÓn c¬ së h¹ tÇng tèn kÐm nh­ trong viÖc triÓn khai c¸c kÕt nèi c¸p nªn c«ng nghÖ tá ra Ýt tèn kÐm h¬n trong viÖc triÓn khai vµ nh­ vËy dÉn ®Õn sù truy cËp b¨ng réng t¨ng lªn ë kh¾p mäi n¬i. Mét ¨ng ten WiMAX cã hiÖu qu¶ ®Çu t­ cao h¬n khi cung cÊp b¨ng th«ng réng tíi c¸c hé gia ®×nh trong b¸n kÝnh lªn tíi 50 km, lo¹i bá hoµn toµn c¸c chi phÝ liªn quan tíi viÖc triÓn khai c¸c hÖ thèng d©y kÕt nèi. Víi c«ng nghÖ ®­îc më réng, nã lµ chuÈn ®­îc ph¸t triÓn ®Ó hç trî nh÷ng ng­êi dïng lu«n cÇn sù di chuyÓn. ChuÈn IEEE 802.16 ®· ®­îc thiÕt kÕ ®Ó më ra mét tËp c¸c giao diÖn kh«ng gian (air interfaces) dùa trªn mét giao thøc MAC th«ng th­êng nh­ng víi c¸c ®Æc t¶ líp vËt lý phô thuéc vµo viÖc sö dông vµ nh÷ng ®iÒu chØnh phæ cã liªn quan. ChuÈn nµy ®­îc më réng hç trî giao diÖn kh«ng gian cho nh÷ng tÇn sè trong b¨ng tÇn 10 – 66 GHz. Víi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®¬n sãng mang 802.16 hç trî c¶ hai ph­¬ng ph¸p song c«ng ph©n chia theo thêi gian TDD (Time Division Duplexing) hay ph©n chia theo tÇn sè FDD (Frequency Division Duplexing). H×nh1. 4: M« h×nh m¹ng WiMAX 1.3.1.C¸c chuÈn IEEE 802.16 tiªu biÓu: Ban ®Çu chuÈn IEEE 16 chØ cã mét sù ®Æc t¶ líp MAC. Sau mét lo¹t nh÷ng nghiªn cøu ®· ®­a thªm vµo nhiÒu sù kh¸c biÖt vÒ nh÷ng ®Æc t¶ líp vËt lý (PHY) nh­ nh÷ng sù chØ ®Þnh tr¶i phæ míi, c¶ cÊp phÐp vµ kh«ng cÊp phÐp, ®· trë nªn cã gi¸ trÞ. D­íi ®©y tr×nh bµy b¶n tãm t¾t ng¾n gän vÒ nh÷ng sù më réng kh¸c nhau vµ c¸c d¶i tÇn cña hä chuÈn IEEE 802.16. 1.3.1.1. IEEE 802.16 - 2001 Nh÷ng ®Æc t¶ ban ®Çu cña chuÈn IEEE 802.16 ®· ®Þnh nghÜa líp MAC vµ PHY cã kh¶ n¨ng cung cÊp truy nhËp b¨ng réng kh«ng d©y cè ®Þnh (Fixed Fixed Wireless Access) theo m« h×nh ®iÓm - ®iÓm vµ ®iÓm - ®a ®iÓm. ChuÈn IEEE 802.16 ®· ®­îc thiÕt kÕ ®Ó më ra mét tËp c¸c giao diÖn kh«ng gian (air interfaces) dùa trªn mét giao thøc MAC th«ng th­êng nh­ng víi c¸c ®Æc t¶ líp vËt lý phô thuéc vµo viÖc sö dông vµ nh÷ng ®iÒu chØnh phæ cã liªn quan. ChuÈn nµy ®­îc më réng hç trî giao diÖn kh«ng gian cho nh÷ng tÇn sè trong b¨ng tÇn 10 - 66 GHz. Víi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®¬n sãng mang 802.16 hç trî c¶ hai ph­¬ng ph¸p song c«ng ph©n chia theo thêi gian TDD (Time Division Duplexing) hay ph©n chia theo tÇn sè FDD (Frequency Division Duplexing). Trong khi chuÈn IEEE 802.11 dïng ph­¬ng ph¸p truy nhËp nh¹y c¶m sãng mang cã c¬ chÕ tr¸nh xung ®ét (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - CSMA/CA) ®Ó cho phÐp khi nµo mét node trªn m¹ng ®­îc phÐp truyÒn d÷ liÖu, th× líp MAC cña IEEE 802.16-2001 sö dông mét m« h×nh hoµn toµn kh¸c ®Ó ®iÒu khiÓn sù truyÒn dÉn trªn m¹ng. Trong thêi gian truyÒn dÉn, ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®­îc Ên ®Þnh bëi BS vµ chia sÎ víi tÊt c¶ c¸c node trong m¹ng trong th«ng tin broadcast cho c¶ ®­êng lªn vµ ®­êng xuèng. B»ng viÖc lËp lÞch cho viÖc truyÒn dÉn, vÊn ®Ò c¸c node ¶o ®· ®­îc lo¹i trõ. Thuª bao chØ cÇn nghe tÝn hiÖu tõ BS vµ sau ®ã lµ tõ c¸c node trong ph¹m vi phñ sãng cña BS ®ã. Ngoµi ra, thuËt to¸n lËp lÞch cã thÓ thay ®æi khi x¶y ra qu¸ t¶i hoÆc khi sè thuª bao t¨ng lªn qu¸ nhiÒu. Tr¹m thuª bao (Subscriber Stations - SS) cã thÓ th­¬ng l­îng vÒ ®é réng d¶i tÇn ®­îc cÊp ph¸t trong mét burstto - burst c¬ b¶n, cung cÊp mét lÞch truy nhËp mÒm dÎo. C¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®­îc ®Þnh nghÜa bao gåm: PSK, 16-QAM vµ 64-QAM. Chóng cã thÓ thay ®æi tõ khung (frame) nµy tíi khung kh¸c, hay tõ SS nµy tíi SS kh¸c tuú thuéc vµo t×nh tr¹ng cña kÕt nèi. Kh¶ n¨ng thay ®æi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ vµ ph­¬ng ph¸p söa lçi kh«ng lÇn ng­îc FEC (forward error correction) theo c¸c ®iÒu kiÖn truyÒn dÉn hiÖn thêi cho phÐp m¹ng thÝch øng nhanh chãng víi ®iÒu kiÖn thêi tiÕt, nh­ fading do m­a. C¸c tham sè truyÒn dÉn ban ®Çu ®­îc tho¶ thuËn th«ng qua mét qu¸ tr×nh t­¬ng t¸c gäi lµ Initial Ranging. Trong qu¸ tr×nh nµy th× n¨ng l­îng, ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ vµ timing feedback ®­îc cung cÊp bëi BS ®­îc kiÓm so¸t vµ qu¶n lý theo ®iÒu kiÖn hiÖn thêi cña kÕt nèi. Ph­¬ng ph¸p song c«ng cña kªnh ®­êng lªn vµ ®­êng xuèng ®­îc sö dông hoµn toµn theo mét trong hai ph­¬ng ph¸p TDD (time division duplexing) hoÆc FDD (frequency division duplexing). Quan träng h¬n n÷a, chuÈn IEEE 802.16-2001 kÕt hîp chÆt chÏ c¸c ®Æc tÝnh cã kh¶ n¨ng cung cÊp chÊt l­îng dÞch vô kh¸c nhau xuèng líp vËt lý. Kh¶ n¨ng hç trî chÊt l­îng dÞch vô ®­îc x©y dùng dùa theo kh¸i niÖm vÒ l­u l­îng dÞch vô (service flows), nã ®­îc x¸c ®Þnh mét c¸ch võa ®ñ bëi mét ID l­u l­îng dÞch vô. Nh÷ng l­u l­îng dÞch vô nµy ®­îc m« t¶ bëi c¸c tham sè QoS cña chóng nh­ thêi gian trÔ tèi ®a vµ l­îng jitter cho phÐp. L­u l­îng dÞch vô lµ ®¬n h­íng vµ nã cã thÓ ®­îc t¹o ra bëi BS hoÆc SS. §ãng vai trß cèt lâi trong viÖc b¶o mËt cña chuÈn IEEE 802.16 lµ líp con riªng biÖt (privacy sublayer). Môc ®Ých chÝnh cña líp con riªng biÖt lµ cung cÊp sù b¶o mËt trªn c¸c kÕt nèi kh«ng d©y cña m¹ng. Nã ®­îc thùc hiÖn th«ng qua viÖc mËt m· ho¸ d÷ liÖu göi gi÷a BS vµ SS. §Ó ng¨n c¶n viÖc trém dÞch vô, SS cã thÓ ®­îc nhËn thùc qua chøng chØ sè X.509. Chøng chØ nµy bao gåm kho¸ c«ng khai cña SS vµ ®Þa chØ MAC. 1.3.1.2. IEEE 802.16a-2003 N¨m 2003, IEEE ®­a ra chuÈn kh«ng d©y 802.16a ®Ó cung cÊp kh¶ n¨ng truy cËp b¨ng réng kh«ng d©y ë ®Çu cuèi vµ ®iÓm kÕt nèi b»ng b¨ng tÇn 2-11 GHz víi kho¶ng c¸ch kÕt nèi tèi ®a cã thÓ ®¹t tíi 50 km trong tr­êng hîp kÕt nèi ®iÓm ®iÓm vµ 7-10 km trong tr­êng hîp kÕt nèi tõ ®iÓm ®a ®iÓm. Tèc ®é truy nhËp cã thÓ ®¹t tíi 70 Mbps. Trong khi, víi d¶i tÇn 10-66Ghz chuÈn 802.16 ph¶i yªu cÇu tÇm nh×n th¼ng th× víi d¶i tÇn 2-11Ghz chuÈn 802.16a cho phÐp kÕt nèi mµ kh«ng cÇn tho¶ m·n ®iÒu kiÖn tÇm nh×n th¼ng, tr¸nh ®­îc t¸c ®éng cña c¸c vËt c¶n trªn ®­êng truyÒn nh­ c©y cèi, nhµ cöa. ChuÈn nµy sÏ gióp ngµnh viÔn th«ng cã c¸c gi¶i ph¸p nh­ cung cÊp b¨ng th«ng theo yªu cÇu, víi thêi gian thi c«ng ng¾n hay b¨ng th«ng réng cho hé gia ®×nh mµ c«ng nghÖ thuª bao sè hay m¹ng c¸p kh«ng tiÕp cËn ®­îc. IEEE 802.16a bao gåm c¶ ®Æc t¶ líp PHY vµ c¶i tiÕn líp MAC cho kh¶ n¨ng truyÒn dÉn ®a ®­êng vµ gi¶m tèi ®a nhiÔu. C¸c ®Æc tÝnh ®­îc thªm vµo cho phÐp sö dông kü thuËt qu¶n lý n¨ng l­îng cao cÊp h¬n, vµ d·y anten thÝch øng. Ph­¬ng ph¸p dån kªnh ph©n chia theo tÇn sè trùc giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM) cung cÊp thªm mét sù lùa chän cho ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®¬n sãng mang. §Ó cung cÊp mét kü thuËt gi¶m thiÓu can nhiÔu trong c¸c m¹ng kh«ng d©y hiÖn nay, IEEE 802.16a còng ®Þnh nghÜa thªm ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè trùc giao (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – OFDMA- Modulation) trong ph¹m vi d¶i tÇn 2 - 11 GHz . VÊn ®Ò b¶o m¹t còng ®­îc c¶i tiÕn, víi rÊt nhiÒu ®Æc tr­ng líp con riªng biÖt ®­îc ®­a thªm vµo. C¸c ®Æc tÝnh riªng biÖt ®­îc sö dông ®Ó nhËn thùc t¸c nh©n göi (sender) cña mét th«ng ®iÖp MAC nµo ®ã. IEEE 802.16a còng ®­a thªm c¸c tuú chän hç trî cho m¹ng Mesh, ë nh÷ng n¬i mµ l­u l­îng cã thÓ ®­îc ®Þnh tuyÕn tõ SS tíi SS. §©y lµ sù thay ®æi tõ chÕ ®é PMP, khi mµ l­u l­îng chØ ®­îc phÐp truyÒn gi÷a BS vµ SS. Sù bæ sung nh÷ng ®Æc t¶ líp MAC thÝch hîp cho phÐp viÖc lËp lÞch truyÒn dÉn gi÷a c¸c SS cña m¹ng Mesh mµ kh«ng cÇn ph¶i cã sù kiÓm so¸t cña BS. 1.3.1.3.IEEE 802.16c-2002 ChuÈn IEEE 802.16c ®­îc ®­a ra vµo th¸ng 9/2002. B¶n cËp nhËt ®· söa mét sè lçi vµ sù m©u thuÉn trong b¶n tiªu chuÈn ban ®Çu vµ thªm vµo mét sè profiles hÖ thèng chi tiÕt cho dÈi tÇn 10 - 66 GHz. 1.3.1.4. IEEE 802.16-2004 ChuÈn IEEE 802.16-2004 ®­îc chÝnh thøc phª chuÈn ngµy 24/07/2004 vµ ®­îc c«ng bè réng r·i vµo th¸ng 9/2004. IEEE 802.16 - 2004 th­êng ®­îc gäi víi tªn 802.16-REVd. ChuÈn nµy ®­îc h×nh thµnh dùa trªn sù tÝch hîp c¸c chuÈn 802.16-2001, 802.16a, 802.16c. ChuÈn míi nµy ®· ®­îc ph¸t triÓn thµnh mét tËp c¸c ®Æc t¶ hÖ thèng cã tªn lµ IEEE 802.16-REVd, nh­ng ®ñ toµn diÖn ®Ó ph©n lo¹i nh­ lµ mét sù kÕ thõa hoµn chØnh chuÈn IEEE 802.16 ban ®Çu. §©y lµ phiªn b¶n cña chuÈn sÏ ®­îc ¸p dông cho giÊy chøng nhËn chuÈn WiMAX (WiMAX certification). 1.3.1.5.IEEE 802.16e ChuÈn më réng IEEE 802.16e cã thÓ hç trî cho c¸c tr¹m thuª bao tÝnh n¨ng di ®éng. HiÖn nay chuÈn IEEE 802.16e ®· cã mét sè phiªn b¶n thö nghiÖm ë mét sè quèc gia ë Ch©u ¢u. B¶ng 2- So s¸nh c¸c chuÈn IEEE 802.16 ChuÈn 802.16 802.16a/REVd 802.16e D¶i tÇn sè 10-66GHz <11GHz <6GHz M«i tr­êng truyÒn Line of Sight Non Light of Sight Non Light of Sight Tèc ®é 32-144Mbps Up to 75 Mbps Up to 15 Mbps §iÒu chÕ QPSK OFDM 256 sub-carrier, QPSK,16QAM,64QAM T­¬ng tù 802.16a Møc di ®éng Cè ®Þnh Cè ®Þnh Cã thÓ cho tèc ®é di chuyÓn thÊp B¨ng th«ng kªnh 20,25,28MHz D¶i kªnh 1.25-20 MHz T­¬ng tù 802.16a B¸n kÝnh cell 1.7-5km 5 tíi 10km; tèi ®a 50 km tïy thuéc vµo ®iÒu kiÖn truyÒn 1.7-5km Phiªn b¶n ®Çu tiªn 802.16a cã triÓn väng ®­îc sö dông trong c¸c kÕt nèi kh«ng d©y cè ®Þnh th× c¸c phiªn b¶n kÕ tiÕp 802.16 e,f,g..... cung cÊp kÕt nèi cho c¸c thiÕt bÞ di ®éng - m¸y tÝnh x¸ch tay vµ ®iÖn tho¹i di ®éng. Ng­êi ta cho r»ng c«ng nghÖ nµy sÏ c¹nh tranh víi xDSL, c¸p vµ UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) hoÆc c¸c chuÈn ®iÖn tho¹i di ®éng thÕ hÖ thø ba. 1.3.2.Lîi Ých cña WIMAX §é rñi ro cña gi¸ vµ vèn ®Çu t­ nhá . Mét ®iÓm quyÕt ®Þnh ®ã lµ chuÈn c¬ së d­a trªn sù c¶i tiÕn OpEx, bëi sù ph¸t sinh ®æi míi ë tÊt c¶ c¸c líp, vÊn ®Ò qu¶n lý m¹ng, antenna vµ mét sè thø kh¸c n÷a. Th«ng l­îng cao ë vïng phó sãng xa h¬n(> 50 Km). Sè bit/s/Hz lín h¬n ë vïng phñ sãng xa h¬n . C«ng suÊt cña hÖ thèng cã thÓ t¨ng cao. §¬n gi¶n khi t¨ng thªm mét sector míi, cïng víi sù mÒm dÎo cña c¸c kªnh lµm cho kh¶ n¨ng chøa ®ùng cña mét cell cã thÓ t¨ng lªn lµ lín nhÊt, v× vËy nã cho phÐp m¹ng ho¹t ®éng tèt h¬n hay còng gièng nh­ ®ång thêi lµm t¨ng l­îng kh¸ch hµng. Sù mÒm dÎo vÒ b¨ng th«ng cña c¸c kªnh t¹o cho sù tr¶i phæ ®­îc ph©n chia cho tÊt c¶ c¸c d¶i phæ ®­îc phÐp vµ kh«ng ®­îc phÐp . ChÊt l­îng cña sù phôc vô. Giao thøc MAC ®· t¹o ra hiÖu qu¶ tõ mét tíi hµng tr¨m thuª bao. MËt ®é bao phñ . Kü thuËt tiªn tiÕn ( mesh, beam-forming, MIMO ) ®· c¶i tiÕn c«ng suÊt cña ®­êng truyÒn kh«ng cÇn ë trong tÇm nh×n th¼ng. Sù ph¸t triÓn c¸c hÖ thèng m¹nh h¬n cho phÐp cã thÓ v­ît qua ch­íng ng¹i vËt tèt h¬n ë kho¶ng c¸ch xa h¬n . Chøc n¨ng TDMA (Grant/Request) MAC ®· gi¶m ®­îc vÊn ®Ò háng hãc cña thiÕt bÞ cung cÊp gièng nh­ tho¹i vµ video. Cho phÐp sù kh¸c nhau vÒ møc phôc vô cïng víi b¨ng th«ng yªu cÇu ®­îc chØ ®Þnh : vÝ dô nh­ T1/E1 cho c¸c nhµ kinh doanh , hiÖu øng tèt h¬n ë nh÷ng n¬i c­ tró . Gióp ®ì sù cho phÐp nh÷ng dÆm cuèi cïng cña d¶i b¨ng tÇn réng triÓn khai c«ng nghÖ kh«ng d©y trong khi vÉn gi÷ sù bæ sung cña c«ng nghÖ WiFi. C¸c nhµ cung cÊp ®· sö dông c¸c thiÕt bÞ cña chuÈn 802.16 ®Ó ®¶m b¶o