Cài đặt kết nối:

giao thức “three-way handshaking" (bắt tay ba bước) mà tại đó yêu cầu thiết lập

luồng dịch vụ được đáp lại và sự đáp lại đó được xác nhận.



Chất lượng dịch vụ trong 802.16-2004

Mạng băng rộng là nơi cung cấp rất nhiều loại dịch vụ với các yêu cầu khác

nhau. Vì thế mà QoS chính là một vấn đề cơ bản đối với các mạng băng rộng. So

với các mạng băng rộng không dây khác, ưu điểm lớn của 802.16 là nó hỗ trợ rất tốt

vấn đề QoS. Một loạt các tính năng đảm bảo cơ chế QoS cho các loại dịch vụ khác

nhau gồm cả âm thanh, hình ảnh. 802.16 cho phép các nhà cung cấp dịch vụ quản lí

được lưu lượng đối với từng thuê bảo, dựa vào các thỏa thuận đã cam kết.

Chất lượng dịch vụ trong 802.16 phụ thuộc vào ba yếu tố sau:

-



Giao thức MAC trong 802.16 hoạt động hướng kết nối (connectionoriented).Mỗi một gói tin trong 802.16 đều được đưa vào một kết nối cụ thể,

kết nối này là kết nối ảo, được xác định bởi tham số CID. Việc tạo nên các

kết nối ảo này khiến các gói tin được gửi đi một cách hiệu quả và nhanh

chóng. Nó giống như các mạch ảo trong ATM.



-



Cơ chế cấp phát băng thông Request/Grant: Cơ chế cấp phát băng thông

Request/Grant làm tăng hiệu quả sử dụng băng thông của hệ thống, đặc biệt

là các hệ thông mà có nhiều thuê bao. Trong cơ chế này, SS yêu cầu lượng

băng thông cấp phát từ BS thông qua một số các phương thức khác nhau. BS

sẽ cấp phát băng thông bằng cách cấp phát các timeslot tới các SS có yêu

cầu.



-



Phân loại dịch vụ: Giống như mọi hệ thống hỗ trợ tốt QoS khác, việc phân

loại dịch vụ cũng là điểm cốt lõi trong việc đảm bảo QoS của hệ thống

802.16. Cơ chế hoạt động chủ yếu để cung cấp QoS trong 802.16 là đưa các

gói tin khác nhau vào các dịch vụ khác nhau, các dịch vụ này được xác định

bởi chỉ định bởi CID. 802.16 phân loại các luồng dữ liệu với yêu cầu QoS

khác nhau vào các kết nối khác nhau. Mỗi kết nỗi sẽ thuộc một loại dịch vụ

và mỗi dịch vụ lại có các tham số QoS khác nhau.



2.1.1.3Lớp con bảo mật

Khác với các chuẩn không dây băng rộng khác, 802.16- 2004 thiết kế hẳn một

lớp con bảo mật, lớp này làm cung cấp các cơ chế điều khiển truy nhập tin cậy, đảm



bảo an toàn cho dữ liệu trên đường truyền. 802.16 chống lại việc truy cập trái phép

các dịch vụ bằng việc mã hóa các luồng dịch vụ. Nó có các giao thức quản lí khóa

tại BS để thực hiện chứng thực và cấp phát các khóa tới SS cần thiết. Trong quá

trình thương lượng về bảo mật giữa SS và BS, nếu một SS không cung cấp các cơ

chế bảo mật của 802.16-2004 thì các bước chứng thực và cấp phát khóa sẽ được bỏ

qua. BS nếu chấp nhận điều đó thì sẽ vẫn cho phép SS được truyền dữ liệu, ngược

lại BS sẽ không cho phép. Chỉ có hai loại kết nối được bảo vệ trong 802.16-2004 là

các kết nối vận chuyển và kết nối thứ cấp. Các kết nối quản lí, điều khiển khác

không cần phải bảo vệ.

Trong bảo mật 802.16-2004 có hai loại giao thức chính.

-



Giao thức làm nhiệm vụ xử lí đóng gói, mã hóa: Giao thức này làm các

nhiệm vụ như định nghĩa hệ thống mã hóa, kết hợp giữa mã hóa dữ liệu và

chứng thực, xử lí các MAC PDU.



-



Giao thức quản lí khoá bảo mật PKM (Privacy Key Management): cung cấp

cơ chế phân phối khóa từ BS tới SS. Thông qua giao thức này, BS và SS có

thể đồng bộ khóa với nhau. BS sử dụng giao thức này để thi hành các điều

kiện truy nhập vào mạng. Giao thức sử dụng nhiều khoá khác nhau khi thiết

lập một sự mã hoá bảo mật. Chúng được tổng hợp lại trong bảng 2.1:

Bảng 2.1: Các loại khoá bảo mật sử dụng trong IEEE 802.16-2004



Khoá



Được tạo

bởi



Cặp khoá

công khai /

bảo mật



Nhà sản xuất



Được sử dụng cho

- nhận thực SS

- trao chuyển AK



Thời gian

tồn tại



Thuật toán



lâu dài



RSA



1 đến 70 ngày



3 – DES,

SHA – 1



giống AK



3 – DES



30 phút tới

7ngày



DES



- tạo ra các KEK

AK



BS



- tính toán các HMAC digest

- kiểm tra các HMAC digest

nhận được



KEK



BS, SS



TEK



BS



- mã hoá TEK cho việc

truyền dẫn (BS)

- giải mã TEK để sử dụng

(SS)

mã hoá lưu lượng số lượng



2.1.2 Lớp PHY

Lớp vật lý trong chuẩn 802.16-2004 có bốn đặc tả:

-



Đặc tả SC (Single Carrier): Sử dụng một sóng mang duy nhất để mang thông

tin. Đặc tả này được chuẩn hóa từ 802.16 ban đầu.



-



Đặc tả SCa: Đặc tả này cũng sử dụng một sóng mang duy nhất để mang

thông tin nhưng nó có thêm một số cải tiến. Đặc tả này được chuẩn hóa từ

802.16a.



-



Đặc tả OFDM: Đặc tả OFDM dựa trên nền công nghệ OFDM cho phép

truyền thông tin trên nhiều sóng mang khác nhau. Đặc tả này được chuẩn hóa

từ 802.16a.



-



Đặc tả OFDMA: Đặc tả OFDMA cũng dựa trên nền công nghệ OFDM

nhưng nó hỗ trợ đa truy nhập phân chia theo sóng mang.

Phần dưới đây sẽ mô tả về đặc tả OFDM cho WiMAX.



Thuật ngữ đầy đủ WirelessMAN- OFDM PHY dựa trên phương thức điều chế

OFDM và được thiết kế cho sự truyền không trong tầm nhìn thẳng (NLOS) trong

băng tần <11 GHz.

Trong dải tần số này, hai dải tần đăng kí là 2.5GHz và 3.5GHz được sử dụng

hầu như khắp mọi nơi trên thế giới. Ở Việt Nam, Fixed WiMAX triển khai ở Lào

Cai sử dụng tần số 3.3GHz. Đối với dải tần số không đăng kí, WiMAX chỉ sử dụng

UNII 5GHz vì ISM 2.4GHz đã được sử dụng rất nhiều, nếu tiếp tục sử dụng ISM

2.4GHz thì các dịch vụ của WiMAX sẽ gặp các vấn đề lớn về nhiễu.

Không như một số hệ thống khác, WiMAX hỗ trợ độ rộng kênh rất linh hoạt,

có thể dao động từ 1.25MHz đến 20MHz. Băng thông là một tài nguyên rất quý,

nếu không được sử dụng một cách linh hoạt thì sẽ gây lãng phí lớn. Giả sử một hệ

thống chỉ hỗ trợ kênh có độ rộng 6MHz trong khi nhà cung cấp được sở hữu một

dải thông có độ rộng 8MHz thì như vậy sẽ gây lãng phí mất 2MHz. Bây giờ, thay vì

chỉ hỗ trợ 6MHz, hệ thống có thể hỗ trợ cả kênh có độ rộng 8MHz, như vậy nhà

cung cấp dịch vụ sẽ sử dụng được toàn bộ dải thông mà mình được cấp.

Tính năng làm việc được trên nhiều dải tần và cung cấp các kênh có độ rộng

linh hoạt cho phép xây dựng nên các hệ thống WiMAX hiệu quả, tối ưu và phổ

rộng. Nó làm cho WiMAX trở nên ưu việt hơn các công nghệ khác, thúc đẩy sự

phát triển mạnh mẽ của công nghệ này.



2.1.2.1Mô tả Symbol OFDM

Symbol OFDM trong miền tần số

Một OFDM Symbol được tạo thành từ các sóng mang con, số sóng mang con

trong một symbol quyết định kích thước FFT sử dụng. OFDM Symbol gồm tất cả

các thông tin mà các sóng mang con vận chuyển sau một biến đổi FFT. Trong một

symbol có ba loại sóng mang con: sóng mang con dữ liệu dùng để truyền dữ liệu,

sóng mang con dẫn đường cho mục đích dự báo sự thay đổi và sóng mang con rỗng

sẽ không truyền bất cứ gì, được dùng để làm khoảng bảo vệ. Cấu trúc symbol trong

miền tần số có dạng như hình 2.4:



Hình 2.4 Cấu trúc symbol trong miền tần số



Symbol OFDM trong miền thời gian

Cấu trúc theo miền thời gian của symbol có dạng như hình 2.5:



Hình 2.5 Cấu trúc symbol trong miền thời gian

Symbol có độ dài Ts, trong đó Tb là khoảng thời gian thực của symbol còn

Tg=Ts-Tb là giá trị thêm vào để chống hiện tượng đa đường. Phần này còn được

gọi là CP (Cyclic Prefix), nó có thể có các giá trị khác nhau tùy vào hệ thống. CP

thường là sao chép một phần cuối của symbol. Khi khởi tạo, một SS sẽ tìm kiếm tất

cả các giá trị có thể của CP cho tới khi tìm ra được giá trị CP đã được sử dụng bởi

BS. SS cũng sẽ sử dụng giá trị này cho đường lên. Mỗi khi một giá trị CP được

chọn bởi BS, nó không nên thay đổi vì thay đổi CP đồng nghĩa với việc các SS phải

thực hiện đồng bộ lại, tìm kiếm lại CP.



Định nghĩa các thông số cơ sở đặc tả symbol OFDM

-



BW: độ rộng băng tần của kênh



-



Nused: số sóng mang con được sử dụng



-



n: hệ số lấy mẫu.



-



G: tỉ số khoảng thời gian Tg so với khoảng thời gian hữu ích của symbol (Tb)



€Các thông số được suy ra:

-



NFFT: kích thước biến đổi FFT (chính là số sóng mang con), > Nused

NFFT = Nused + số sóng mang con bảo vệ (2 biên tần trên, dưới)

+sóng mang con trung tâm



-



Tần số lấy mẫu: FS = floor (n . BW/8000) x 8000



-



Khoảng cách giữa các sóng mang con: ∆f = FS / NFFT



-



Thời gian hữu ích của symbol: Tb = 1 / ∆f



-



Khoảng thời gian CP (Cycle Prefix): Tg = G . Tb



-



Thời gian tồn tại symbol OFDM: TS = Tg + Tb



-



Chu kì lấy mẫu = Tb / NFFT

Bảng 2.2: Thông số symbol OFDM theo chuẩn 802.16-2004

Thông số



Giá trị



NFFT



256



Nused



200



Số sóng mang dẫn

đường



8



Số sóng mang dữ liệu



192



Số sóng mang bảo vệ



55 (28 Thấp, 27 cao)



G



1/4, 1/8, 1/16, 1/32

Độ rộng kênh là bội của 1,75MHz: n = 8/7

Độ rộng kênh là bội của 1,5MHz: n = 86/75



n



Độ rộng kênh là bội của 1,25MHz: n = 144/125

Độ rộng kênh là bội của 2,75MHz: n = 316/275

Độ rộng kênh là bội của 2,0MHz: n = 57/50

Các trường hợp khác: n = 8/7



2.1.2.2 Sơ đồ khối quá trình truyền nhận



Hình 2.6 Quá trình truyền-nhận

Thông tin từ lớp trên cũng như thông tin của lớp vật lý sẽ được nhồi vào các

symbol. Để truyền được dữ liệu, các quá trình gồm có mã hóa kênh, điều chế

OFDM thành các symbol và điều chế cao tần. Quá trình ngược lại ở bên nhận.



Mã hóa kênh truyền

Gồm ba quá trình nhỏ là quá trình ngẫu nhiên hóa, quá trình mã hóa sửa lỗi

FEC và quá trình xen kẽ:

- Quá trình ngẫu nhiên hóa (Randomization):

Quá trình được gọi là ngẫu nhiên nhưng thực chất đó chỉ là sự giả ngẫu nhiên.

Tức là một cụm các bit đầu vào sẽ được biến đổi sao cho xác suất xuất hiện các bit

0 và 1 là tương đương nhau, chống lại hiên tượng quá nhiều bit 0 và bit 1 cùng xuất

hiện. Nhưng quá trình này có chu kì lặp lại nên trong một khoảng thời gian nhất

định thì coi nó là ngẫu nhiên. Điều này có hai tác dụng. Thứ nhất, và quan trọng

nhất là nó đảm bảo được sự đồng bộ với bên thu, đồng hồ bên thu sẽ dễ dàng được

khôi phục hơn, qua đó sự giải điều cũng dễ hơn. Thứ hai, đối với các thiết bị mà

không có được bộ giải điều chế ngẫu nhiên thì các tín hiệu này giống như các tín

hiệu nhiễu, tạp (xác suất bit 1 và 0 là ngang nhau), nó sẽ không thu nhận được.



- Quá trình mã hóa sửa lỗi FEC:

ây là quá trình mã hóa để sửa lỗi trong trường hợp các bit bị hỏng, bị sai trên

đường truyền. Trong những điều kiện truyền không tốt, dữ liệu bị hỏng, bên thu có

thể dựa vào quá trình giải mã để hồi phục lại nguyên vẹn thông tin. WiMAX kết