Nghiên cứu triển khai công nghệ WIMAX và áp dụng cho mô hình dịch vụ mạng không dây băng rộng thành phố Hà Nội

[TABLE="class: itemDisplayTable"]

[TD="class: metadataFieldLabel"]Nhà xuất bản:

[TD="class: metadataFieldValue"]Đại học Bách Khoa Hà Nội

[TD="class: metadataFieldLabel"]Series/Report no.:

[TD="class: metadataFieldValue"]H.

2006

116tr.

[TD="class: metadataFieldLabel"]Tóm tắt:

[TD="class: metadataFieldValue"]Công nghệ mạng không dây có mặt ở khắp mọi nơi. Với bất cứ ứng dụng hay dịch vụ nào liên quan đến vận chuyển dữ liệu sẽ đều có một giải pháp không dây do vậy người sử dụng máy tính có thể thấy một thời gian không xa nữa với những sợi dây cáp mạng máy tính có lẽ sẽ không còn được sử dụng nữa. Với các dịch vụ băng thông rộng không dây mới đang làm cho giấc mơ về internet ở bất cứ đâu và khắp mọi nơi trở thành hiện thực. Ngày nay, người sử dụng có thể đạt được tốc độ nhanh như ADSL khi truy nhập internet ở nhà hoặc trên đường mà không phải có một đường dây đồng trục hoặc dây đồng. Với việc đưa vào sử dụng WiMax trong tương lai, người ta hi vọng rằng tốc độ truy nhập không dây có thể cạnh tranh được với ADSL.

?Mục lục

mở đầu . .1

1. GIớI THIệU . .1

2. Lý DO CHọN Đề TàI . 3

3. MụC TIÊU CủA Đề TàI . .4

4. Bố CụC CủA LUậN VĂN . .5

CHƯƠNG I . .7

TổNG QUAN Về CáC MạNG KHÔNG DÂY Và THÔNG TIN DI ĐộNG . .7

1.1. GIớI THIệU TổNG QUAN CáC CÔNG NGHệ MạNG KHÔNG DÂY 7

1.1.1. Tổng quan . .7

1.1.2. Một số chuẩn của mạng không dây . .7

1.2. GIớI THIệU TổNG QUAN Về Hệ THốNG THÔNG TIN DI ĐộNG . .8

1.3. NHU CầU ĐốI VớI MạNG KHÔNG DÂY TRONG TƯƠNG LAI . .13

1.4. MộT Số CHUẩN CủA Hệ THốNG THÔNG TIN DI ĐộNG . .17

1.4.1. Chuẩn GSM . .17

1.4.1.1. Tổng quan . .17

1.4.1.2. Mục tiêu của IMTư2000 . .18

1.4.1.3. Đặc điểm của IMTư2000 so với các hệ thống . .18

1.4.2. Tiêu chuẩn CDMA2000 . .20

1.4.2.1. Tổng quan . .20

1.4.2.2. Cấu trúc kênh logic . 21

1.4.2.3. Cấu trúc kênh vật lý. .22

1.4.2.4. Kênh đường xuống . .23

1.4.2.5. Kênh đường lên . 26

1.4.3. Tiêu chuẩn GPRS . 27

1.4.3.1. Tổng quan . .27

1.4.3.2. Cấu trúc mạng GPRS và các giao thức . .28

1.4.3.3. Qun lý di động trong mạng GPRS. .31

1.4.4. Tiêu chuẩn CDMA. .34

1.4.4.1. Tổng quan . .34

1.4.4.2. Các kỹ thuật . .34

1.5. TổNG QUAN Về CHUẩN WIMAX . 36

1.5.1. Tổng quan . .36

ii ư

1.5.2. Các chuẩn WIMAX . .37

1.5.3. Các băng tần . .37

Chương II . 42

MÔ HìNH Và HOạT ĐộNG CủA WIMAX DI ĐộNG (802.16E) . .42

2.1. Tổng quan Wimax di động . .42

2.2. Mô tả lớp vật lý . 45

2.2.1. Các khái niệm cơ bản về OFDMA . 45

2.2.2. Cấu trúc ký hiệu OFDMA và kênh con hóa . .47

2.2.3. Scalable OFDMA . .49

2.2.4. Cấu trúc khung TDD . 50

2.2.5. Các đặc điểm lớp PHY cải tiến khác . 52

2.3. Mô tả lớp MAC . .54

2.3.1. Hỗ trợ QoS . .54

2.3.2. Dịch vụ scheduling MAC . .56

2.3.3. Quản lý tính di động . .58

2.3.3.1. Quản lý nguồn . .58

2.3.3.2. Handoff . 58

2.3.4. An ninh . 60

2.4. Các đặc điểm cải tiến của Wimax di động . .61

2.4.1. Công nghệ ăng ten thông minh . 61

2.4.2. Sử dụng lại tần số phân đoạn (fractional) . .63

2.4.3. Dịch vụ Multicast và Broadcast (MBS) . .65

2.5. Kiến trúc Wimax endưtoưend . .66

CHƯƠNG III . .77

CáC VấN Đề CầN GII QUYếT KHI TRIểN KHAI CÔNG NGHệ WIMAX 77

3.1. ĐáNH GIá KHả NĂNG CủA Hệ THốNG WIMAX DI ĐộNG . .77

3.1.1. Tham số hệ thống wimax di động . .77

3.1.2. Dự phòng đường truyền của Wimax di động . .80

3.1.3. Độ tin cậy MAP Wimax di động . .82

3.2. Các xem xét về chuẩn mở Wimax di động . .88

3.3. Các ứng dụng của Wimax di động . .89

3.4. Các xem xét phổ Wimax di động . 90

3.5. Lộ trình cho sản phẩmWimax . .91

3.6. Các bài toán kinh tế . 92

3.6.1. Thực tế thị trường . .92

3.6.2. Giảm chi phí . .93

3.7. Khả năng áp dụng WIMAX tại VIệT NAM . .94

CHƯƠNG IV . .97

Đề XUấT GIảI PHáP THIếT Kế MạNG WIMAX CHO THàNH PHố Hà

NộI . 97

4.1. Những căn cứ xác định sự cần thiết đầu tư thử nghiệm

công nghệ WIMAX . .97

4.1.1. Tổng quát tình hình kinh tế, chính trị, xã hội của toàn thành phố Hà Nội.97

4.1.2. Tình hình kinh doanh của Bưu điện thành phố Hà Nội . .99

4.1.3. Hiện trạng mạng lưới viễn thông trong khu vực . .100

4.1.4. Kết luận . 101

4.2. Thiết kế mô hình . .101

4.2.1 Thiết kế qui mô thử nghiệm . .101

4.2.2. Lựa chọn băng tần . .102

4.3. Thiết kế chi tiết . .102

4.4. Kế hoạch triển khai . .105

4.5. Đánh Giá . 105

Chương V . .107

Kết luận . .107

5.1. Kết luận . 107

5.2. Hướng phát triển . .107

Tài liệu tham khảo . 109

?mở đầu

1. GIớI THIệU

Công nghệ không dây có mặt ở khắp mọi nơi. Với bất cứ ứng dụng hay

dịch vụ nào liên quan đến vận chuyển dữ liệu sẽ đều có một giải pháp không

dây.Những công nghệ mới chuẩn bị ra đời vốn được hy vọng là sẽ hứa hẹn một

thế giới hoàn toàn không dây, do vậy người sử dụng máy tính có thể thấy một

thời gian không xa nữa với những sợi dây cáp mạng máy tính có lẽ sẽ không còn

được sử dụng nữa.

Với các dịch vụ băng rộng không dây mới đang làm cho giấc mơ về

Internet ở bất cứ đâu và ở khắp mọi nơi trở thành hiện thực. Ngày nay, người sử

dụng có thể đạt được tốc độ nhanh như ADSL khi truy nhập Internet ở nhà hoặc

trên đường mà không cần phải có một đường dây đồng trục hoặc dây đồng. Với

việc đưa vào sử dụng WiMax trong tương lai, người ta hy vọng rằng tốc độ truy

nhập không dây có thể cạnh tranh được với ADSL.

Thuật ngữ WiMax có thể được hiểu tương tự như WiưFi, mặc dù trong khi

phạm vi của Wi-Fi được tính bằng mét thì phạm vi của WiMax được tính bằng ki

lô mét. Với phạm vi rộng lớn của WiMax, các nhà cung cấp dịch vụ sẽ có thể

phủ sóng toàn bộ các khu vực đô thị với chỉ một vài tháp. WiMax không phải là

giải pháp duy nhất dành cho mạng băng rộng không dây ư Hiperman của châu

Âu (Mạng khu vực đô thị vô tuyến hiệu năng cao) đang được phát triển nhưng

không được xem như một ứng viên nặng ký.

Trong tương lai việc WiMax sẽ có các ứng dụng doanh nghiệp, thay thế

WiưFi trong các doanh nghiệp là rất khả thi. Phạm vi tăng thêm của WiMax sẽ

làm cho việc toàn bộ một toà nhà hay một khu trường có thể được phủ sóng bởi

chỉ một điểm truy nhập đơn được quản lý trung tâm là hoàn toàn có thể.

Tốc độ của WiMax, cũng giống như tốc độ của các công nghệ độc quyền

hiện nay, sẽ phụ thuộc rất nhiều vào độ lớn dải phổ mà các nhà cung cấp dịch vụ

sẵn sàng mua và sử dụng và số lượng cell (ô) mà họ sẵn sàng mua. WiMax được

thiết kế để hoạt động trên một dải phổ rộng lớn vì vậy về mặt lý thuyết ít nhất tốc

độ dữ liệu tổng thể đến 70Mbit/s hoặc cao hơn là hoàn toàn có thể. Tuy nhiên,

phổ vô tuyến là không rẻ chút nào và chúng ta hy vọng rằng các nhà cung cấp

dịch vụ sẽ nỗ lực hết sức để theo kịp với ADSL chứ không phải chạy vượt xa nó.

Trước hết, chuẩn 802.16 vốn quy định rằng WiMax hoạt động trong phạm

vi từ 10 đến 66GHz. 802.16 được theo sau bởi 802.11a vốn mở rộng dải phổ tới

phạm vi từ 2 tới 11GHz là dải mang tính thực tế hơn vì đây là phạm vi mà hầu

hết các nhà cung cấp đã có phổ. Nó có thể hoạt động trong các dải chưa được

cấp phép nhưng có thể gặp phải nhiễu nghiêm trọng trong những dải này.

Về lâu dài, thách thức chính đối với các mạng băng rộng không dây sẽ không

phải là công nghệ phân phát mà là phương tiện để hỗ trợ những người muốn sử

dụng nó. Băng rộng không dây, giống như các dạng khác của công nghệ không

dây, hoạt động theo kiểu môi trường dùng chung. Nghĩa là người sử dụng phải

cạnh tranh để giành không gian trên sóng không trung với những người khác

cũng đang cố sử dụng nó. 70Mbit/s trên một cell với WiMax nghe có vẻ rất

nhiều nhưng đó là 70Mbit/s dùng chung giữa mọi người sử dụng cell đó. Giả sử

hiện tại chúng ta có các dịch vụ ADSL cung cấp tốc độ 12Mbit/s. Tại tốc độ đó,

chỉ có 6 người có thể đồng thời sử dụng một cell WiMaxưkhông hẳn là một

trường hợp tiết kiệm cho nhà cung cấp (tất nhiên, các nhà cung cấp có quá nhiều

thuê bao sẽ giả định rằng không phải tất cả mọi người sẽ sử dụng dịch vụ cùng

lúc). Mặc dù vậy, khi số lượng người thuê bao tăng lên, thì việc xử lý các vấn đề

của một hệ thống dùng chung cũng sẽ là những giải pháp nan giải.

Trong phạm vi bản luận văn tốt nghiệp này, tôi chỉ nghiên cứu về một

công nghệ truy nhập không dây băng thông rộng WIMAX và thử nghiệm dịch vụ

WiMax tại Việt Nam.

Bản luận văn này được hoàn thành là nhờ sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của

thầy giáo, tiến sĩ Nguyễn Kim Khánh.

Tôi xin trân trọng cám ơn !

2. Lý DO CHọN Đề TàI

Wimax là công nghệ mới xuất hiện trên thế giới. Tại Việt Nam, Bưu điện

TP Hà Nội trực thuộc Tổng Công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) là

doanh nghiệp tiên phong thử nghiệm công nghệ này. Khi được chính thức triển

khai dịch vụ này, sẽ có sự bùng nổ của ''triều đại'' Wimax trong tất cả các lĩnh

vực viễn thông như Internet, điện thoại di động, điện thoại IP Phone, điện thoại

VoIP . Đây là dịch vụ truy nhập Internet băng rộng vô tuyến. Đặc biệt, việc truy

nhập này có cả dịch vụ có thoại, nhưng khác với các dịch vụ viễn thông khác,

trong công nghệ Wimax, thoại chỉ là 1 ứng dụng. Băng tần của di động là 800ư

1.800 MHz còn băng tần của Wimax cao hơn, là 2.3 ư 3.3 GHz, băng tần 3G là

1.900-2.100 và 2.200 GHz.

Việc sử dụng công nghệ WiMax đem lại nhiều lợi ích, nhất là ở khu vực

nông thôn, vùng sâu, vùng xa và những nơi dân cư đông đúc khó triển khai hạ

tầng cơ sở mạng hữu tuyến băng thông rộng . Hơn nữa, việc cài đặt WiMax dễ

dàng, tiết kiệm chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ từ đó giảm giá thành dịch

vụ cho người sử dụng. Vì thế, WiMax được xem như công nghệ có hiệu quả kinh

tế cao cho việc triển khai nhanh trong các khu vực mà các công nghệ khác khó

có thể cung cấp dịch vụ băng thông rộng. Hiện nay đối với các thành phố lớn

như thành phố Hà Nội (có mật độ dân cư cao), đã có các cơ sở hạ tầng mạng hữu

tuyến băng thông rộng khá vững chắc thì việc phát triển WiMax là không khả

thi. Nhưng đối với các huyện ngoại thành như huyện Đông Anh, Sóc Sơn . có

đặc điểm dân cư thưa thớt, vùng rừng núi rộng lớn, khả năng kéo cáp đến từng

hộ dân cư là rất khó khăn. Do vậy, việc nghiên cứu, ứng dụng Wimax tại các

vùng này là rất khả thi.

Ưu điểm của công nghệ này 1 trạm BTS của Wimax có thể phủ sóng từ 10

đến 50km, lại chỉ cần ít trạm phát sóng, nhưng chất lượng dịch vụ vẫn được đảm

bảo. Do đó, việc lắp đặt rất dễ triển khai, thuận lợi cho các doanh nghiệp cung

cấp dịch vụ.

Với một trạm BTS Wimax, có thể quy định được 10 người ở chế độ ưu

tiên, trong khi vẫn đảm bảo được băng tần. Bên cạnh đó, nhà cung cấp dịch vụ có

thể cấp tiếp cho 50 người khác dùng dịch với với mức độ ưu tiên ít hơn. Do đó,

việc phân loại giá thành, cũng như nhu cầu sử dụng dịch vụ phù hợp với từng đối

tượng dịch vụ cũng đa dạng hơn.

Mức độ phổ cập dịch vụ phụ thuộc thiết bị đầu cuối cá nhân. Thiết bị đầu

cuối để sử dụng Wimax gồm PDA, điện thoại di động, máy tính có chức năng

thu vô tuyến. Có thể dùng Card cắm vào máy tính để truy nhập, nếu nhà ở xa

trạm phát (trên 5km) phải dùng 1 ăngưten parabol nhỏ để thu tín hiệu.

Công nghệ này có thể được ví một giai đoạn bước đệm cho việc triển khai

nhanh, quan trọng là đáp ứng được thuê bao di động cầm tay PDA, đáp ứng nhu

cầu thông tin cá nhân, có thể truy cập Internet. Thậm chí, việc triển khai công

nghệ này đơn giản hơn 3G, và có thể so sánh Wimax tương đương gần như công

nghệ 4G.

Dự kiến, đến thời điểm năm 2008ư2010, VNPT sẽ triển khai rộng khắp

mạng thế hệ mới cho hạ tầng mạng nội hạt. Và chắc chắn, thời gian sắp tới, các

dịch vụ Wimax sẽ ngày càng được phổ biến.

3. MụC TIÊU CủA Đề TàI

Việc nghiên cứu công nghệ mới WiMAX và áp dụng thử nghiệm tại Việt

Nam là cần thiết vì đây là một công nghệ độc lập cho phép truy cập băng rộng cố

định và di động.

Mục tiêu ứng dụng WiMAX là để đạt mục tiêu chi phí thấp hơn. Đây là điều

mà các giải pháp vô tuyến độc quyền không thể đạt được do những hạn chế về số

lượng. Các giải pháp WiMAX có khả năng tương thích cho phép giảm bớt chi

phí sản xuất nhờ việc tích hợp các chip chuẩn, làm cho các sản phẩm được Diễn

đàn WiMAX chứng nhận có chi phí hợp lý để cung cấp các dịch vụ băng rộng

công suất cao ở những khoảng cách bao phủ lớn trong các môi trường Tầm nhìn

thẳng (LOS) và không theo tầm nhìn thẳng (NLOS). Đây là điều khả thi đối với

WiMAX nhờ có sự hỗ trợ mạnh mẽ của ngành công nghiệp thông qua Diễn đàn

WiMAX với hơn 350 thành viên bao gồm các nhà cung cấp thiết bị, các nhà sản

xuất chip và các nhà cung cấp dịch vụ hàng đầu.

WiMAX quan trọng vô tuyến băng rộng cố định để cung cấp truy cập băng rộng

cần thiết tới các doanh nghiệp và người sử dụng là hộ gia đình như là một sự thay

thế cho các dịch vụ cáp và DSL đặc biệt là khi truy cập tới cáp đồng là rất khó

khăn.

WiMAX quan trọng trọng vô tuyến băng rộng di động, vì nó bổ sung trọn vẹn

cho 3G vì hiệu suất truyền dữ liệu luồng xuống cao hơn 1Mbit/s, cho phép kết

nối các máy laptop và PDA và bổ sung cho WiưFi nhờ độ bao phủ rộng hơn.

Cơ sở quan trọng của công nghệ WiMAX là sự tương thích của thiết bị

WiMAX, được Diễn đàn WiMAX chứng nhận, tạo sự tin cậy và làm tăng số

lượng lớn cho nhà cung cấp dịch vụ khi mua thiết bị không chỉ từ 1 công ty và tất

cả đều tương thích với nhau. Diễn đàn WiMAX lần đầu tiên tụ họp những công

ty hàng đầu trong ngành truyền thông và máy tính để tạo nên một nền tảng

chung cho việc triển khai các dịch vụ vô tuyến băng rộng IP trên toàn cầu.

Các cơ sở quan trọng khác là chi phí, độ bao phủ, công suất và chuẩn cho cả truy

cập vô tuyến cố định và di động.

4. Bố CụC CủA LUậN VĂN

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển vũ bão của công nghệ

thông tin toàn cầu, lĩnh vực viễn thông và công nghệ thông tin nước ta cũng đã

có những bước phát triển mạnh mẽ tạo ra nhiều cơ hội cho các ngành khác phát

triển, nâng cao hiệu quả kinh tế, đời sống văn hoá, chính trị, xã hội và khoa học.

Nhằm đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi hiện nay của ngành Bưu chính Viễn

thông trong giai đoạn hiện nay là đi tắt, đón đầu công nghệ mới, Tôi đã được

Thầy giáo, Tiến Sỹ Nguyễn Kim Khánh giúp đỡ nghiên cứu công nghệ Wimax

để ứng dụng thử nghiệm tại Việt Nam, đề tài này bao gồm 5 chương được chia

như sau:

Mở đầu:

Phần mở đầu nêu rõ lý do chọn đề tài và mục tiêu, nội dung nghiên cứu của đề

tài.

Chương I:

Chương I là chương giới thiệu tổng quan về công nghệ mạng không dây và di

động hiện nay. Chương này giới thiệu các chuẩn thông tin di dộng và mạng

không dây, giới thiệu tổng quan các chuẩn trong đó có các chuẩn về thông tin di

động và Wimax.

Chương II:

Chương II là chương nêu tổng quan kiến trúc giao thức cùng số lượng lớn giao

thức. Một sự giải thích chi tiết hơn cho phân lớp con MAC và lớp con có thuộc

tính riêng được thực hiện bởi các phân lớp đó là những phân lớp quan trọng đối

với sự bảo mật của giao thức. Trong chương này cũng bao gồm sự phát triển của

giao thức. Từ khi có sự phê chuẩn nó đầu tiên vào năm 2001, những phiên bản

khác nhau đã được phê chuẩn. Một số chứng chỉ là những nâng cấp của phiên

bản trước và một số phiên bản hoàn toàn mới và bởi vậy cung cấp những đặc

trưng mới cho giao thức.

Chương III:

Chương III có nội dung đưa ra các vấn đề cần giải quyết khi triển khai công nghệ

WiMax trong đó đánh giá các vấn đề về mặt công nghệ, các bài toán kinh tế

cũng như khả năng áp dụng công nghệ Wimax ở Việt Nam.

Chương IV:

Thực hiện đề xuất một giải pháp triển khai công nghệ Wimax cho thành phố Hà

Nội và đánh giá phương án được đề xuất.

Chương V:

Kết luận, đánh giá kết quả của đề tài và các phương hướng phát triển