Yêu cầu lặp lại tự động kiểu kết hợp HARQ

HARQ được phép sử dụng giao thức N kênh “ Dừng và đợi “ để cung cấp khả

năng đáp ứng nhanh cho đóng gói lỗi và cải thiện khả năng phủ sóng đường biên

cell. Với khả năng kết hợp và tùy chọn, tính tăng cường sự dư thừa (Incremental

Redundancy) được hỗ trợ để cải thiện độ tin cậy của đường truyền dẫn. Một kênh

ACK chuyên dụng cũng được cung cấp tính hiệu HARQ ACK / NACK cho đường

uplink. Hoạt động đa kênh cũng được hỗ trợ. ARQ đa kênh dừng và đợi với một số

lượng nhỏ các kênh là một giao thức đơn giản mà hiệu quả, yêu cầu bộ nhớ tối thiểu

cho HARQ và sự dừng. Wimax cung cấp tín hiệu cho phép hoạt động hoàn toàn ở

chế độ không đồng bộ. Chế độ không đồng bộ cho phép độ trễ thay đổi giữa những

lần truyền lại cho nên có thể đem lại sự linh hoạt hơn cho việc lập lịch do hiệu quả

của phần đầu được thêm vào cho mỗi sự cấp phát việc truyền lại. HARQ kết hợp

với nhau, cùng với CQICH và AMC đã tăng cường khả năng thích ứng đường

truyền trong môi trường di động với tốc độ của phương tiện có thể lên tới 120 km/h.



2.2.2 Lớp MAC

Hệ thống WiMAX (cả di động và cố định) thích hợp cho nhiều loại dịch vụ

bao gồm thoại, dữ liệu, truyền hình ảnh. Mỗi dịch vụ có những yêu cầu riêng về tốc

độ và các tham số khác, vì vậy lớp MAC hỗ trợ phân loại dịch vụ và gán cho nó

những QoS (chất lượng dịch vụ) khác nhau. Tài nguyên đựoc cấp phát cho một

người dùng bởi trình lập lịch MAC có thể thay đổi từ một khe thời gian đơn đến

toàn bộ khung, do đó, cung cấp thông lượng năng động đến người dùng riêng tại bất

cứ thời gian nào. Hơn thế, do thông tin cấp phát tài nguyên được vận chuyển trong

thông điệp MAC ở đầu mỗi khung, trình lập lịch có thể thay đổi hiệu quả sự cấp

phát tài nguyên theo kiểu từng khung một (frame by frame) để thích ứng với trạng

thái tự nhiên của lưu lượng.



2.2.2.1 MAC hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS

Với tốc độ đường truyền vô tuyến cao, khả năng truyền đối xứng đường

lên/đường xuống, tài nguyên lớn và cơ chế cấp phát tài nguyên linh hoạt, Wimax di

động hoàn toàn có thể đáp ứng được những yêu cầu về chất lượng dịch vụ QoS cho

các dịch vụ và ứng dụng thông tin băng rộng



Lớp MAC trong Wimax đi động, QoS được cung cấp qua các luồng dịch vụ

như minh họa ở hình dưới. Đó là các luồn gói tin vô hướng được cung cấp bởi 1 tập

các tham số QoS. Trước khi cung cấp một loại hình dịch vụ dữ liệu, trạm gốc và

thiết bị người sử dụng đầu cuối trước tiên được thiết lập một đường liên kết logic

vô hướng giữa các lớp MAC ngang hàng, được gọi là thực hiện kết nối. Đầu ra

MAC sau đó sẽ kết hợp các gói tin đi qua giao diện MAC rồi đi vào trong luồng

dịch vụ để được gửi đi thông qua kết nối. Hình 2.16 chỉ ra QoS được hỗ trợ trong

Mobile WiMAX.



Hình 2.16: Hỗ trợ QoS trong Mobile WiMAX

Các thông số QoS kết hợp với luồng dịch vụ xác định trình tự truyền và lập

lịch trong giao diên vô tuyến. Do vậy QoS kết nối có hướng này có khả năng cung

cấp thông tin điều khiển thông qua giao diện vô tuyến. Do đường truyền vô tuyến

thường xảy ra hiện thắt nút cổ chai, QoS kết nối có hướng có thể cho phép điều

khiển QoS đầu cuối đến đầu cuối (end to end) một cách hiệu quả. Các thông số

luồng dịch vụ có thể được quản lý một cách linh hoạt thông qua các bản tin MAC

để thỏa mãn những yêu cầu đa dạng của dịch vụ. Luồng dữ liệu dựa trên cơ chế

QoS được ứng dụng cho cả đường lên và đường xuống đã cải thiện được QoS cho

cả hai hướng. Wimax đi động hỗ trợ nhiều dịch vụ dữ liệu và ứng dụng với các yêu

cầu QoS khác nhau.



Bảng 2.8 tổng hợp về QoS trong Mobile WiMAX

Bảng 2.8: Các dịch vụ WiMAX di động và QoS

Yêu cầu QoS

UGS (Unsolicited

Grant Servive)



Ứng dụng

VoIP (Voice over IP)



Các đặc tính QoS

-Duy trì tốc độ tối đa

-Tối ưu hóa chống trễ

-Triệt Jitter



rtPS (Real time

Packet Service)



Luồng Audio hoặc Video



-Tốc độ tối thiểu định trước



(Streaming Audio or Video)



-Duy trì tốc độ tối đa

-Tối ưu hóa chống trễ

-Ưu tiên lưu lượng



ErtPS (Extended Real

time Packet Service)



Thoại với sự bảo vệ tích cực

(VoIP with Activity Detection)



-Tốc độ tối thiểu định trước

-Duy trì tốc độ tối đa

-Tối ưu hóa chống trễ

-Triệt Jitter

-Ưu tiên lưu lượng



nrtPS (Non Real time

Packet Service)



Giao thức truyền tải file (File

Transfer Protocol)



-Tốc độ tối thiêu định trước

-Duy trì tốc độ tối đa

-Ưu tiên lưu lượng



BE (Best Effort)



Truyền dữ liệu, duyệt Web …



-Duy trì tốc độ tối đa

-Ưu tiên lưu lượng



2.2.2.2 Dịch vụ lập lịch MAC (MAC Scheduling Service)

Dịch vụ lập lịch trình MAC trong Wimax di động được thiết kế để truyền tải

một cách hiệu quả các dịch vụ dữ liệu băng rộng bao gồm có thoại, dữ liệu , và hình

ảnh thông qua sự thay đổi thời gian kênh không dây băng rộng. Dịch vụ lập lịch

trình với các thuộc tính kèm theo có thể thực thi các dịch vụ dữ liệu băng rộng sau

đây:

-



Bộ lập lịch dữ liệu nhanh: Bộ lập lịch MAC phải cấp phát tài nguyên hữu

dụng một cách hiệu quả để đáp ứng được những điều kiện lưu lượng dữ liệu

tăng lên và thời gian kênh thay đổi. Bộ lập lich được cấp phát tại mỗi trạm

gốc để có thể đáp ứng nhanh chóng những yêu cầu về lưu lượng và tình trạng

kênh. Những gói dữ liệu kết hợp với các luồng dịch vụ sẽ xác định tốt nhất

các thông số QoS tại lớp MAC, do vậy bộ lập lịch có thể xác định một cách

chính xác những yêu cầu truyền gói dữ liệu qua giao diện vô tuyến. Kênh

CQICH cung cấp phản hồi thông tin kênh nhanh để thực hiện lập lịch giúp



cho việc chọn phương pháp điều chế và mã hóa thích hợp cho mỗi sự cấp

phát. Kỹ thuật điều chế / mã hóa thích ứng kết hợp với HARQ cung cấp khả

năng truyền dẫn cao qua kênh thay đổi thời gian.

-



Lập lịch cho cả đường lên và đường xuống: Dịch vụ lập lịch được cung cấp

cho cả lưu lượng đường lên và đường xuống. Để bộ lập lịch MAC có thể cấp

phát tài nguyên một cách hiệu quả và đáp ứng yêu cầu QoS trên đường

xuống, thì đường xuống phải phản hồi một cách chính xác, đúng thời điểm

những thông tin về tình trạng lưu lượng và những yêu cầu QoS. Băng thông

đường lên đa đường yêu cầu những cơ chế, ví dụ như yêu cầu băng thông

thông qua dải kênh, yêu cầu kích thước tải và bầu chọn được thiết kế để hỗ

trợ cho những yêu cầu băng thông đường lên. Các luồng dịch vụ đường lên

xác định cơ chế phản hồi cho mỗi kết nối đường lên để bảo đảm viêc dự

đoán cho việc xử lý lập lịch đường lên. Hơn thế nữa, với các kênh con đường

lên trực giao không hề xuất hiện nhiễu giữa các cell. Bộ lập lịch đuờng lên

cấp phát tài nguyên hiệu qủa hơn và tốt hơn là sử dụng QoS.



-



Cấp phát tài nguyên động: Lớp MAC hỗ trợ việc cấp phát tài nguyên tần số thời gian ở cả đường xuống và đường lên trên cơ sở từng frame. Việc cấp

phát tài nguyên được gửi đi trong bản tin MAC vào phần đầu của mỗi khung.

Do vậy, sự cấp phát tài nguyên có thể được thay đổi trên từng khung để đáp

ứng với các tình trạng kênh và lưu lượng. Thêm vào đó, số lượng các tài

nguyên trong mỗi sự cấp phát có thể thay đổi từ một khe cho tới toàn bộ

khung.



-



QoS có hướng: bộ lập lịch MAC điều khiển việc vận chuyển dữ liệu dựa trên

nền tảng liên kết các kết nối. Mỗi một kết nối kết hợp với một dịch vụ dữ

liệu riêng lẻ cùng với việc điều chỉnh các thông số QoS mà có thể xác định

được chất lượng những đáp ứng bên ngoài của nó. Với khả năng cấp phát tài

nguyên động trên cả đường lên và đường xuống, bộ lập lịch có thể cung cấp

QoS cao cấp cho cả lưu lượng đường lên và đường xuống. Thông thường với

bộ lập lịch cho đường lên, nguồn tài nguyên đường lên được cấp phát hiệu

quả hơn, có thể dự đoán hoạt động chính xác hơn, và thực thi QoS tốt hơn.



-



Bộ lập lịch lựa chọn tần số: Bộ lập lịch có thể hoạt động với nhiều loại kênh

con khác nhau. Với những kênh con thay đổi tần số như là hoán vị PUSH,

nơi mà những sóng mang con trên những kênh con được phân bố một cách

ngẫu nhiên qua băng thông, các kênh con sẽ có chất lượng tương đương. Bộ

lập lịch thay đổi tần số có thể hỗ trợ cho QoS với thuộc tính tốt và bộ lập lịch

tài nguyên thời gian – tần số linh hoạt. Với sự hoán vị lân cận như hoán vị

AMC, các kênh con có thể có những suy giảm khác nhau . Bộ lập lịch lựa



chọn tần số có thể cấp phát cho người dùng di động để có sự tương ứng tốt

nhất cho các kênh con. Bộ lập lịch lựa chọn tần số có thể tăng cuờng dung

lượng hệ thống với mức vừa phải cho phần đầu của CQI trên đường lên.



2.2.2.3Bảo mật

WiMAX di động hỗ trợ tốt nhất các đặc tính lớp bảo mật nhờ áp dụng các

công nghệ tốt nhất đang sẵn có hiện nay. Nó hỗ trợ cho xác thực giữa thiết bị/người

dùng, giao thức quản lý khoá linh động, mã hoá lưu lượng, bảo vệ bản tin mặt

phẳng quản lý và tối ưu hoá giao thức bảo mật cho các chuyển giao nhanh.

Các nội dung chính của đặc điểm bảo mật là:

-



Giao thức quản lý khoá: Privacy và giao thức quản lý khóa phiên bản 2 là

nền tảng bảo mật cho Wimax di động đã được định nghĩa trong chuẩn

802.16e. Giao thức này quản lý bảo mật MAC sử dụng bản tin PKM-REQ /

RSP , xác thực PKM EAP, Điều khiển mã hóa lưu lượng (Traffic Ecryption

Control), trao đổi khóa chuyển giao (Handover Key Device) và tất cả bản tin

bảo mật Multicast / Broadcast đèu dựa trên giao thức này



-



Xác thực thiết bị/người sử dụng: Wimax di động hỗ trợ Xác thực thiết bị và

người sử dụng bằng giao thức IETF hỗ trợ cho khả năng xác thực trên cơ sở

SIM, USIM , xác thực số hay Username / Password. Tương ứng với các

phượng thức xác thực EAP – SIM, EAP – AKA, EAP – TLS hay EAP –

MSCHAP phiên bản 2 được hỗ trợ thông qua giao thức EAP. Phương pháp

chuyển hóa khóa chỉ được hỗ trợ bởi phương thức EAP.



-



Mã hóa lưu lượng: AES-CCM là mật mã được sử dụng để bảo vệ tất cả các

dữ liệu của người dung thông qua giao diện MAC trong Wimax di động.

Khóa được sử dụng để điều khiển mật mã thông thường là xác thực EAP.

Trạng thái mã hóa lưu lượng (Traffic Encryption State) mà có cơ chế nạp lại

khóa tuần hoàn có khả năng chống lại sự thay đổi của các khóa, do đó cải

thiện hơn nữa quá trình bảo vệ.



-



Bảo vệ bản tin điều khiển: Dữ liệu điều khiển được bảo vệ bằng cách sử

dụng AES dựa trên CMAC, hay MD5 dựa trên nguyên lý HMAC



-



Hỗ trợ chuyển giao nhanh: nguyên lý bắt tay 3 bước được Wimax di động

hỗ trợ đã đưa ra cơ chế tái xác thực tích cực để phục vụ cho chuyển giao

nhanh. Cơ chế này rất hữu ích đối với việc ngăn chặn người ở giữa có thể

thực hiện tấn công.



2.3 Kết luận

Chương hai đã trình bày những vấn đề kỹ thuật chính trong chuẩn IEEE

802.16-2004 Fixed WiMAX và IEEE 802.16e Mobile WiMAX. Từ đó ta có thể dễ

dàng nhìn ra được những điểm giống và khác nhau giữa hai chuẩn này.

Chuẩn IEEE 802.16d – 2004 thích hợp cho ứng dụng truy cập cố định. Chuẩn

IEEE 802.16e – 2005 thích hợp cho cả hai loại đầu cuối di động cũng như cố định.

Việc các nhà cung cấp lựa chọn 802.16-2004 hay 802.16e phụ thuộc vào loại

dịch vụ mà họ cung cấp và chiến lược kinh doanh của họ, tuy nhiên những lợi ích

thu được từ ưu điểm của mỗi phiên bản này cũng cần được tính đến. Chi tiết vấn đề

này sẽ được trình bày trong chương 3.



CHƯƠNG III: MÔ HÌNH ỨNG DỤNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ KỸ

THUẬT CẦN QUAN TÂM KHI THIẾT KẾ MẠNG WiMAX

Chương này sẽ trình bày các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm khi thiết kế mạng

WiMAX và đề xuất một số mô hình triển khai vào thực tế.



3.1 Mô hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy cập di

động

Mô hình sẽ được triển khai tương tự như hệ thống thông tin di động hiện nay.

Trong đó hệ thống mạng lưới các trạm gốc WiMAX sẽ được thiết lập và phủ sóng

kín cả khu vực, ví dụ cả thành phố. Các thiết bị đầu cuối có thể di động trong toàn

bộ phạm vi khu vực được phủ sóng.



Tổ chức trạm gốc BS

Các trạm gốc của hệ thống được tổ chức tương tự như với trạm gốc của hệ

thống di động hiện nay. Vì WiMAX và các hệ thống thông tin di động chạy ở các

tần số khác nhau, nên sẽ không có nhiễu tần số xảy ra khi chúng ta sử dụng chung

cột anten thông tin di động để triển khai WiMAX.

Với các khu vực đô thị, tập trung đông dân cư, yêu cầu trạm gốc phải được

xây dựng nhiều hơn để phục vụ cho nhu cầu truy cập cao. Khi đó công suất phát của

mỗi trạm gốc sẽ được tính toán phù hợp để tối ưu việc phục vụ nhu cầu người dùng.

Đối với các khu vực dân cư thưa thớt hơn, công suất phát sẽ được tăng lên, để

mỗi BS có thể phủ sóng một khu vực rộng hơn.



Tính di động của người dùng

Người dùng Mobile WiMAX có thể vừa di động vừa giữ được kết nối Internet

với tốc độ di chuyển theo quy định của chuẩn lên tới 120km/h.

Chip Mobile WiMAX sẽ được tích hợp vào các thiết bị di động hiện nay như:

laptop, PDA, .... thậm chí là cả điện thoại (theo công bố của Samsung). Khi đó

WiMAX hy vọng sẽ thay đổi cách thức truy nhập Internet hiện nay của người dùng,



tương tự như trước kia điện thoại di động đã thay đổi cách thức sử dụng điện thoại

của người dùng sử dụng điện thoại cố định.

Với nhu cầu di chuyển cao và đòi hỏi luôn luôn kết nối, mọi lúc mọi nơi có thể

nói ứng dụng WiMAX di động là lựa chọn tối ưu.



Chuẩn sử dụng

Chuẩn được khuyến nghị sử dụng là 802.16e ở dải tần 2.3Ghz và 2.5Ghz.

Theo Motorola, hiện nay trên thế giới đã có 580 dự án được cấp phép, một số

lớn trong số đó đã đi vào triển khai Mobile WiMAX sử dụng dải tần này.

Do đó, Việt Nam cũng nên sử dụng dải tần này để triển khai Mobile WiMAX.

Vì khi tập trung theo chuẩn của thế giới, thiết bị trạm gốc cũng như đầu cuối được

sản xuất đồng loạt sẽ làm giảm chi phí trên mỗi đầu thiết bị.



3.2 Mô hình triển khai WiMAX với các yêu cầu truy cập cố

định

Khác với việc hướng tới người dùng yêu cầu tính năng di động, mô hình triển

khai WiMAX cho ứng dụng truy cập cố định sẽ hướng tới việc mang băng thông

lớn tới người dùng thông qua hệ thống vô tuyến.

Khách hàng của các hệ thống này có thể là văn phòng làm việc của các doanh

nghiệp, công sở, các hộ gia đình...

Loại ứng dụng này có đặc điểm là yêu cầu một tốc độ truy cập cao, ổn định

nhưng không nhất thiết phải di động. Dịch vụ WiMAX khi đó sẽ thiết lập một loại

dịch vụ có QoS được định nghĩa cho phép cung cấp một băng thông lớn, cam kết cả

tốc độ tối đa và tốc độ tối thiểu cho người dùng.



Thiết bị đầu cuối khách hàng

Thiết bị đầu cuối khách hàng có thể được lắp đặt ngoài trời (outdoor), hoặc để

trên bàn trong nhà (indoor). Phía sau thiết bị đầu cuối khách hàng có thể nối với

mạng LAN của doanh nghiệp hay hộ gia đình, tương tự mô hình kết nối hiện nay

của các công nghệ có dây. Trong trường hợp này, WiMAX đóng vai trò cung cấp

kết nối tới địa điểm người dùng, thay cho hệ thống cáp đồng hay cáp quang hiện

nay.