- - -   - - - Công nghệ WIMAX Chương 1: Tổng quan công nghệ WiMAX Chương 1: http://www.4tech.com.vn TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX 1.1 Giới thiệu chương Trong chương trình bày tổng quát công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng, đặc điểm, chuNn WiMAX, băng tần sử dụng, cách thức truyền sóng, mơ hình ứng dụng, lộ trình phát triển tình hình triển khai WiMAX 1.2 Khái niệm WiMax mạng không dây băng thông rộng viết tắt Worldwide Interoperability for Microwave Access WiMax ứng dụng thiết bị mạng Internet dành số lượng người sủ dụng lớn thêm vào giá thành rẻ WiMax thiết kế dựa vào tiêu chuNn IEEE 802.16 WiMax giải tốt vấn đề khó khăn việc quản lý đầu cuối WiMax sử dụng kỹ thuật sóng vơ tuyến để kết nối máy tính mạng Internet thay dùng dây để kết nối DSL hay cáp modem WiMax tổng đài vùng lân cận hợp lý đến trạm chủ mà yêu cầu thiết lập đường liệu đến Internet Người sử dụng phạm vi từ đến dặm so với trạm chủ thiết lập đường dẫn công nghệ NLOS (Non-Line-Of-Sight) với tốc độ truyền liệu cao 75Mbps Còn người sử dụng phạm vi lớn 30 dặm so với trạm chủ có anten sử dụng công nghệ LOS (Line-OfSight) với tốc độ truyền liệu gần 280Mbps WiMAX chuN không n dây phát triển nhanh, hứa hẹn tạo khả kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho mạng cố định lẫn mạng không dây di động, phạm vi phủ sóng mở rộng 1.3 Đặc điểm WiMAX thiết kế để trọng vào thách thức gắn với loại triển khai truy nhập có dây truyền thống như: Backhaul Sử dụng anten điểm – điểm để nối nhiều hotspot với đến trạm gốc qua khoảng dài (đường kết nối điểm truy nhập WLAN mạng băng rộng cố định) Chương 1: Tổng quan công nghệ WiMAX http://www.4tech.com.vn Last mile Sử dụng anten điểm – đa điểm để nối thuê bao thuộc nhà riêng doanh nghiệp tới trạm gốc WiMAX phát triển với nhiều mục tiêu quan tâm như: o Cấu trúc mềm dẻo : WiMAX hỗ trợ cấu trúc hệ thống bao gồm điểm – đa điểm, công nghệ lưới (mesh) phủ sóng khắp nơi Điều khiển truy nhập – MAC) phương tiện truyền dẫn hỗ trợ điểm – đa điểm dịch vụ rộng khắp lập lịch khe thời gian cho trạm di động (MS) Nếu có MS mạng, trạm gốc (BS) liên lạc với MS sở điểm – điểm Một BS cấu hình điểm – điểm sử dụng anten chùm hẹp để bao phủ khoảng cách xa o Chất lượng dịch vụ QoS : WiMAX tối ưu động hỗn hợp lưu lượng mang Có loại dịch vụ hỗ trợ: dịch vụ cấp phát tự nguyện (UGS), dịch vụ hỏi vòng thời gian thực (rtPS), dịch vụ hỏi vòng không thời gian thực (nrtPS), nỗ lực tốt (BE) o Triển khai nhanh: So sánh với triển khai giải pháp có dây, WiMAX u cầu khơng có xây dựng thiết lập bên ngồi Ví dụ, đào hố để tạo rãnh đường cáp khơng u cầu Các nhà vận hành mà có đăng ký để sử dụng dải tần đăng ký, dự kiến sử dụng dải tần không đăng ký, không cần đệ trình ứng dụng cho phủ o Dịch vụ đa mức: Cách thức nơi mà QoS phân phát nói chung dựa vào thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) nhà cung cấp dịch vụ người sử dụng cuối Chi tiết hơn, nhà cung cấp dịch vụ cung cấp SLA khác tới thuê bao khác nhau, chí tới người dùng khác sử dụng MS Cung cấp truy nhập băng rộng cố định khu vực đô thị ngoại ô, nơi chất lượng cáp đồng đưa vào khó khăn, khắc phục thiết bị số vùng mật độ thấp nơi mà nhân tố công nghệ kinh tế thực phát triển băng rộng thách thức Chương 1: Tổng quan công nghệ WiMAX http://www.4tech.com.vn o Tính tương thích: WiMAX dựa vào quốc tế, chuN khơng có tính chất rõ n rệt nhà cung cấp, tạo dễ dàng người dùng cuối để truyền tải sử dụng MS họ vị trí khác nhau, với nhà cung cấp dịch vụ khác Tính tương thích bảo vệ đầu tư nhà vận hành ban đầu chọn lựa thiết bị từ nhà đại lý thiết bị, tiếp tục đưa chi phí thiết bị xuống có chấp nhận đa số o Di động: IEEE 802.16e bổ sung thêm đặc điểm hỗ trợ khả di động Những cải tiến lớp vật lý OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực giao) OFDMA (đa truy nhập phân chia tần số trực giao) để hỗ trợ thiết bị dịch vụ môi trường di động Những cải tiến này, bao gồm OFDMA mở rộng được, MIMO (nhiều đầu nhiều đầu vào), hỗ trợ chế độ idle/sleep hand – off, cho phép khả di động đầy đủ tốc độ tới 160 km/h Mạng WiMax di động cho phép người sử dụng truy cập Internet không dây băng thông rộng thành phố o Lợi nhuận: WiMAX dựa vào chuN quốc tế mở Sự chấp nhận đa số n chuN sử dụng chi phí thấp, chip sản xuất hàng loạt, đưa chi phí n giảm đột ngột giá cạnh tranh xảy cung cấp tiết kiệm chi phí đáng kể cho nhà cung cấp dịch vụ người sử dụng cuối Môi trường không dây sử dụng WiMAX cho phép nhà cung cấp dịch vụ phá vỡ chi phí gắn với triển khai có dây, thời gian cơng sức o Hoạt động NLOS: Khả họat động mạng WiMAX mà khơng địi hỏi tầm nhìn thắng BS MS Khả giúp sản phN m WiMAX phân phát dải thông rộng môi trường NLOS o Phủ sóng rộng hơn: WiMAX hỗ trợ động nhiều mức điều chế, bao gồm BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM Khi yêu cầu với khuếch đại công suất cao hoạt động với điều chế mức thấp (ví dụ BPSK QPSK) Các hệ thống WiMAX phủ sóng vùng địa lý rộng đường truyền BS MS không bị cản trở Mở rộng phạm vi bị giới hạn WLAN công cộng (hotspot) đến phạm vi rộng (hotzone) – công nghệ sử Chương 1: Tổng quan công nghệ WiMAX http://www.4tech.com.vn dụng nhà di chuyển Ở điều kiện tốt đạt phạm vi phủ sóng 50 km với tốc độ liệu bị hạ thấp (một vài Mbit/s), phạm vi phủ sóng điển hình gần km với CPE (NLOS) nhà gần 15km với CPE nối với anten bên (LOS) o Dung lượng cao: Có thể đạt dung lượng 75 Mbit/s cho trạm gốc với kênh 20 MHz điều kiện truyền sóng tốt o Tính mở rộng ChuN 802.16 -2004 hỗ trợ dải thông kênh tần số vô tuyến n (RF) mềm dẻo sử dụng lại kênh tần số cách để tăng dung lượng mạng ChuN định rõ hỗ trợ TPC (điều khiển công n suất phát) phép đo chất lượng kênh công cụ thêm vào để hỗ trợ sử dụng phổ hiệu ChuN thiết kế để đạt tỷ lệ lên tới hàng trăm n chí hàng nghìn người sử dụng kênh RF Các nhà vận hành cấp phát lại phổ qua hình quạt số thuê bao gia tăng Hỗ trợ nhiều kênh cho phép nhà chế tạo thiết bị cung cấp phương tiện để trọng vào phạm vi sử dụng phổ quy định cấp phát nói rõ nhà vận hành thị trường quốc tế thay đổi khác o Bảo mật: Bằng cách mật hóa liên kết vơ tuyến BS MS, sử dụng chuN mật hóa tiên tiến AES chế độ CCM, đảm bảo toàn vẹn liệu n trao đổi qua giao diện vô tuyến Cung cấp cho nhà vận hành với bảo vệ mạnh chống lại hành vi đánh cắp dịch vụ 1.4 Các chuẩn Wimax 1.4.1 Chuẩn IEEE 802.16 – 2001 ChuN IEEE 802.16-2001 hoàn thành vào tháng 10/2001 công n bố vào 4/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN™ cho mạng vùng thị Đặc điểm IEEE 802.16 – 2001: Giao diện không gian cho hệ thống truy nhập không dây băng rộng cố định họat động dải tần 10 – 66 GHz, cần thỏa mãn tầm nhìn thẳng Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-SC Chương 1: Tổng quan công nghệ WiMAX http://www.4tech.com.vn Tốc độ bit: 32 – 134 Mbps với kênh 28 MHz Điều chế QPSK, 16 QAM 64 QAM Các dải thông kênh 20 MHz, 25 MHz, 28 MHz Bán kính cell: – km Kết nối có định hướng, MAC TDM/TDMA, QoS, bảo mật 1.4.2 Chuẩn IEEE 802.16a Vì khó khăn triển khai chuN IEEE 802.16, hướng vào việc sử n dụng tần số từ 10 – 66 GHz, dự án sửa đổi có tên IEEE 802.16a hồn thành vào tháng 11/2002 cơng bố vào tháng 4/2003 ChuN mở n rộng hỗ trợ giao diện không gian cho tần số băng tần 2–11 GHz, bao gồm phổ cấp phép không cấp phép không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng Đặc điểm IEEE 802.16a sau: Bổ sung 802.16, hiệu chỉnh MAC đặc điểm PHY thêm vào cho dải – 11 GHz (NLOS) Tốc độ bit : tới 75Mbps với kênh 20 MHz Điều chế OFDMA với 2048 sóng mang, OFDM 256 sóng mang, QPSK, 16 QAM, 64 QAM Dải thơng kênh thay đổi 1,25MHz 20MHz Bán kính cell: – km Lớp vật lý PHY: WirelessMAN-OFDM, OFDMA, SCa Các chức MAC thêm vào: hỗ trợ PHY OFDM OFDMA, hỗ trợ công nghệ Mesh, ARQ 1.4.3 Chuẩn IEEE 802.16 – 2004 Tháng 7/2004, chuN IEEE 802.16 – 2004 hay IEEE 802.16d chấp n thông qua, kết hợp chuN IEEE 802.16 – 2001, IEEE 802.16a, ứng dụng n LOS dải tần số 10- 66 GHz NLOS dải 2- 11 GHz Khả vô tuyến bổ sung “beam forming” kênh OFDM Chương 1: Tổng quan công nghệ WiMAX http://www.4tech.com.vn 1.4.4 Chuẩn IEEE 802.16e Đầu năm 2005, chuN không dây băng thông rộng 802.16e với tên n gọi Mobile WiMax phê chuN cho phép trạm gốc kết nối tới thiết bị n, di chuyển ChuN giúp cho thiết bị từ nhà sản xuất làm n việc, tương thích tốt với thiết bị từ nhà sản xuất khác 802.16e họat động băng tần nhỏ GHz, tốc độ lên tới 15 Mbps với kênh MHz, bán kính cell từ – km WiMAX 802.16e có hỗ trợ handoff roaming Sử dụng SOFDMA, công nghệ điều chế đa sóng mang Các nhà cung cấp dịch vụ mà triển khai 802.16e sử dụng mạng để cung cấp dịch vụ cố định 802.16e hỗ trợ cho SOFDMA cho phép số sóng mang thay đổi, ngồi mơ hình OFDM OFDMA Sự phân chia sóng mang mơ hình OFDMA thiết kế để tối thiểu ảnh hưởng nhiễu phía thiết bị người dùng với anten đa hướng Cụ thể hơn, 802.16e đưa hỗ trợ cải tiến hỗ trợ MIMO AAS, handoff cứng mềm Nó cải tiến khả tiết kiệm công suất cho thiết bị di động đặc điểm bảo mật linh hoạt 1.5 Các băng tần Wimax 1.5.1 Các băng tần đề xuất cho WiMAX giới Các băng Diễn đàn WiMax tập trung xem xét vận động quan quản lý tần số nước phân bổ cho WiMax là: ● Băng tần 2,3-2,4GHz (2,3GHz Band) : đề xuất sử dụng cho Mobile WiMAX Tại Hàn Quốc băng triển khai cho WBA (WiBro) ● Băng tần 2,4-2,4835GHz: đề xuất sử dụng cho WiMAX tương lai ● Băng tần 2,5-2,69GHz (2,5GHz Band): đề xuất sử dụng cho WiMAX di động giai đoạn đầu ● Băng tần 3,3-3,4GHz (3,3GHz Band): đề xuất sử dụng cho WiMAX cố định Chương 1: Tổng quan công nghệ WiMAX http://www.4tech.com.vn ● Băng tần 3,4-3,6GHz (3,5GHz Band): đề xuất sử dụng cho WiMAX cố định giai đoạn đầu : FWA (Fixed Wireless Access)/WBA (WideBand Access) ● Băng tần 3,6-3,8GHz: đề xuất sử dụng cho WiMAX cố định (WBA) cấp cho Châu Âu Tuy nhiên, băng 3,7-3,8 GHz dung cho vệ tinh viễn thông Châu Á, nên băng tần không sử dụng cho Wimax Châu Á ● Băng tần 5,725-5,850GHz: đề xuất sử dụng cho WiMAX cố định giai đoạn đầu ● Ngoài ra, số băng tần khác phân bổ cho BWA số nước xem xét cho BWA/WiMax là: băng tần 700-800MHz (< 1GHz), băng 4,9-5,1GHz 1.5.2 Các băng tần Việt nam có khả dành cho WiMAX ● Băng tần 2,3-2,4GHz : Có thể dành đoạn băng tần cho WiMAX Băng tần 2,3-2,4GHz thích hợp cho WiMAX cố định di động ● Băng tần 2,5-2,69GHz : Băng tần sử dụng nhiều cho vi ba MMDS (tập trung chủ yếu Hà nội thành phố Hồ Chí Minh) Ngồi ra, băng tần băng tần đề xuất sử dụng cho 3G Băng tần lại băng tần đánh giá thích hợp cho WiMAX di động Diễn đàn WiMAX xác nhận thức băng tần WiMAX Một số nước dành băng tần cho WiMAX Mỹ, Mêhicô, Brazil, Canada, Singapo Vì vậy, đề nghị dành băng tần 2,5-2,69GHz cho WiMAX ● Băng tần 3,3-3,4GHz: Theo Qui hoạch phổ tần số VTĐ quốc gia, băng tần phân bổ cho nghiệp vụ Vô tuyến định vị, cố định lưu động Hiện nay, phía dân quân chưa có hệ thống triển khai băng tần Do đó, cho phép sử dụng WiMAX băng tần 3,3-3,4GHz ● Băng tần 3,4-3,6GHz, 3,6-3,8GHz: Chương 1: Tổng quan công nghệ WiMAX http://www.4tech.com.vn Đối với Việt nam, hệ thống vệ tinh VINASAT dự kiến sử dụng số đoạn băng tần băng C Ku, băng tần 3,4-3,7GHz Ngoài ra, đoạn băng tần 3,7-3,8GHz chưa sử dụng cho VINASAT sử dụng cho trạm mặt đất liên lạc với hệ thống vệ tinh khác Vì vậy, khơng nên triển khai WiMAX băng tần 3,4 - 3,8 GHz ● Băng tần 5,725-5,850GHz: Hiện nay, băng tần Bộ qui định dành cho WiFi Nếu cho phép triển khai WiMAX băng tần hạn chế băng tần dành cho WiFi Băng tần thích hợp cho hệ thống WiMAX vùng nơng thơn, vùng sâu, vùng xa, cho phép hệ thống WiMAX phát với công suất cao để giảm giá thành triển khai hệ thống WiMAX Vì vậy, đề nghị cho phép triển khai WiMAX băng tần 5,725-5,850GHz WiMAX phải dùng chung băng tần phải bảo vệ hệ thống WiFi Như vậy, với trạng sử dụng băng tần Việt Nam trên, băng tần có khả dành cho WiMAX Việt Nam là: – Băng tần 2,3-2,4GHz 3,3-3,4GHz cho hệ thống truy cập không dây băng rộng, kể WiMAX – Băng tần 5,725-5,850GHz cho hệ thống truy cập không dây băng rộng, kể WiMAX hệ thống phải dùng chung băng tần với hệ thống WiFi với điều kiện bảo vệ hệ thống WiFi hoạt động băng tần – Băng tần 2,5-2,690GHz cho hệ thống truy cập không dây băng rộng, kể IMT-2000 WiMAX Hiện tại, phủ cấp phép thử nghiệm dịch vụ WiMAX di động băng tần 2,3-2,4 GHz; băng tần 2,5-2,69 GHz (theo công văn số 5535/VPCP-CN Văn phịng Chính phủ) 1.6 Truyền sóng Trong nhiều công nghệ tồn cho không dây băng rộng có Chương 1: Tổng quan cơng nghệ WiMAX http://www.4tech.com.vn thể cung cấp phủ sóng LOS, công nghệ WiMAX tối ưu để cung cấp phủ sóng NLOS Cơng nghệ tiên tiến WiMAX cung cấp tốt cho hai Cả LOS NLOS bị ảnh hưởng đặc tính đường truyền mơi trường chúng, tổn thất đường dẫn, ngân quỹ kết nối vơ tuyến Trong liên lạc LOS, tín hiệu qua đường trực tiếp không bị tắc nghẽn từ máy phát đến máy thu Một liên lạc LOS yêu cầu phN lớn miền Fresnel n thứ khơng bị ngăn cản vật cản nào, tiêu chuN khơng n thỏa mãn có thu nhỏ đáng kể cường độ tín hiệu quan sát Độ hở Fresnel yêu cầu phụ thuộc vào tần số hoạt động khoảng cách vị trí máy phát máy thu Trong liên lạc NLOS, tín hiệu đến máy thu qua phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ Các tín hiệu đến máy thu bao gồm thành phần từ đường trực tiếp, đường phản xạ nhiều lần, lượng bị tán xạ, đường truyền bị nhiễu xạ Các tín hiệu có khoảng trễ khác nhau, suy hao, phân cực, độ ổn định quan hệ với đường truyền trực tiếp Là nguyên nhân gây nhiễu ISI méo tín hiệu Điều khơng phải vấn đề LOS, với NLOS lại vấn đề Có nhiều ưu điểm mà triển khai NLOS tạo đáng khao khát Ví dụ, yêu cầu lập kế hoạch chặt chẽ giới hạn chiều cao anten mà thường khơng cho phép anten bố trí cho LOS Với triển khai tế bào kề phạm vi rộng, nơi tần số sử dụng lại tới hạn, hạ thấp anten thuận lợi để giảm nhiễu kênh chung vị trí cell liền kề Điều thường có tác dụng thúc đN trạm y gốc hoạt động điều kiện NLOS Các hệ thống LOS giảm chiều cao anten làm có tác động đến đường quan sát trực tiếp yêu cầu từ CPE đến trạm gốc Chương 4: Nghiên cứu khả triển khai… http://www.4tech.com.vn - Triển khai vùng nông thôn xa xơi hẻo lánh Hình 4.11 Triển khai vùng nơng thôn xa xôi hẻo lánh Triển khai công nghệ WiMAX vào vùng nông thôn, nơi tập trung dân cư hay khu vực ngoại ô thành phố Việc kết nối đến vùng nông thôn xa xôi mục tiêu trọng điểm phát triển xã hội quốc gia việc phục vụ nhu cầu thiết yếu thoại internet, nơi sở hạ tầng gần khơng có vấn đề kéo cáp hồn tồn khơng khả thi, giải pháp WiMAX đề cập đến khả phủ sóng rộng, tiết kiệm 4.4 Tình hình triển khai WiMAX thử nghiệm Việt Nam Với tính trội cơng nghệ WiMAX so sánh chương 3, với nhu cầu vụ truy băng rộng khả cung cấp Việt N am việc triển khai WiMAX Việt N am đặc biệt quan tâm nhà cung cấp dịch vụ Việc triển khai thử nghiệm thiết bị WiMAX diễn trước Bộ Bưu Viễn thơng cấp giấy phép thử nghiệm WiMAX cho doanh nghiệp, số doanh nghiệp tiến hành thử nghiệm số sản phNm Pre - WiMAX như: - VDC: tiến hành thử nghiệm Hà N ội Đồng N ai: 63 Chương 4: Nghiên cứu khả triển khai… http://www.4tech.com.vn + Tại Hà N ội, VDC tiến hành thử nghiệm với thiết bị hãng hoạt động băng tần 5,8 Ghz Thiết bị Alvarion, BS đặt Phạm N gọc Thạch cung cấp thử nghiệm Iternet trực tiếp cho khách hàng, CPE hỗ trợ tối đa 24 Mbps, cự ly 50 Km Thiết bị LAM Aperto, băng thông 5,5 Mbps, cự ly truyền dẫn km + Tại Đồng N ai, VDC tiến hành thử nghiệm với thiết bị hãng AirSpan dải tần 2,4 GHz, băng thông tối đa Mbps với cự ly 40 Km - Bưu điện TP Hồ Chí Minh: tiến hành thử nghiệm với sản phNm Canopy Motorola theo chuNn 802.16a băng tần 2,4/ 3,5/ 5,2/ 5,8 MHz Kết thử nghiệm Bưu điện thành phố Hồ Chí Minh lựa chọn dải tần 5,8 MHz Việc Bộ Bưu Viễn thơng thức cho phép dải tần dùng để thử nghiệm thiết bị WiMAX thuận lợi lớn cho nhà cung cấp trình triển khai thử nghiệm thiết bị WiMAX Hiện tại, doanh nghiệp thuộc VN PT doanh nghiệp khác FPT, Viettel, VTC tiến hành chuNn bị tiến hành lựa chọn thiết bị thử nghiệm kỹ thuật để triển khai dự án thử nghiệm Theo thông tin ban đầu, FPT tiến hành thử nghiệm với dạng WiMAX cố định WiMAX di động, Viettel tiến hành thử nghiệm với WiMAX di động Tại Giấy phép số 274/GP-BBCVT ngày 17 tháng năm 2006 Bộ Bưu Viễn thơng Cấp phép Cho Tổng cơng ty Bưu Viễn Thơng Việt N am (VN PT) cho phép sử dụng tần số vô tuyến điện băng tần 3,3 GHz - 3,4 GHz để thiết lập mạng lưới Cũng Giấy phép này, Bộ Bưu Viễn thơng đưa cấu hình cho phép thử nghiệm mạng WiMAX hình 4.12 64 Chương 4: Nghiên cứu khả triển khai… http://www.4tech.com.vn Hình 4.12 Cấu hình thử nghiệm WiMAX VNPT Thực giấy phép Bưu Viễn thơng cấp, VN PT giao cho VDC tiến hành lập phương án thử nghiệm công nghệ mơ hình ứng dụng WiMAX N gày 14 tháng năm 2006, Intel, VDC Cơ quan hợp tác phát triển quốc tế Hoa Kỳ Việt N am (USAID) ký kết Bản ghi nhớ phối hợp triển khai dự án kéo dài tháng công nghệ băng rộng vô tuyến cố định sử dụng Fixed WiMAX 802.16 - 2004 với tần số 3,3 GHz - 3,4 GHz Quy mô thử nghiệm bao gồm: trạm gốc WiMAX Acces point (WiMAX AP) đặt Bưu điện Lào Cai có khả kết nối bán kính Km với tốc độ truyền liệu dự kiến 10 Mbps lên tới 75 Mbps Dự kiến có 20 địa điểm Lào Cai lựa chọn tham gia thử nghiệm Thiết bị chọn để thử nghiệm thiết bị hãng Alvarion Anten trạm gốc treo cột Bưu điện Lào Cai độ cao 40-50 m, với độ phủ sóng 3600, thiết bị đầu cuối CPE ngồi trời (outdor), anten đặt nhà hướng phía trạm gốc Sơ đồ kết nối tổng thể trạm gốc Lào Cai cụ thể hình 4.13 65 Chương 4: Nghiên cứu khả triển khai… http://www.4tech.com.vn Hình 4.13 Sơ đồ kết nối trạm gốc WiMAX AP đóng vai trị Router kết nối tới mạng VDC kênh thuê riêng Các trạm thuê bao cấp phát đại IP theo chế độ cấp phát động N hững ứng dụng triển khai là: truy nhập Internet tốc độ cao, truy nhập sở liệu khuyến nông lập trang Web giới thiệu tiềm sản phNm địa phương gọi điện thoại qua Internet Trong khuôn khổ thử nghiệm, trạm đầu cuối trang bị thêm máy tính để thiết lập mạng LAN , thay cho phương thức Dial-up với máy tính Thiết bị CPE trạm đầu có vai trị Router/Modem vai trị modem tạo kết nối tốc độ cao đến WiMAX AP Router cung cấp chức N AT DHCP cho máy tính Sơ đồ kết nối trạm đầu cuối hình 4.14 66 Chương 4: Nghiên cứu khả triển khai… http://www.4tech.com.vn Hình 4.14 Sơ đồ kết nối trạm đầu cuối thuê bao Các thông số kỹ thuật thiết bị WiMAX thử nghiệm cho bảng 4.1 Bảng 4.1 Các thống số kỹ thuật thiết bị WiMAX thử nghiệm Lào Cai TT Thông số Tần số Giá trị Trạm gốc BS Băng tần E: Tx: 3316 - 3335 Mhz; Rx: 3366-3385 Mhz Băng tần F: Tx: 3331 - 3350 Mhz; Rx: 3380-3400 Mhz Băng tần G: Tx: 3376 - 3400 Mhz; Rx: 3300-3324 Mhz 67 Chương 4: Nghiên cứu khả triển khai… http://www.4tech.com.vn Trạm đầu cuối CPE Băng tần E F Tx: 3366 - 3400 Mhz; Rx: 3316-3350 Mhz Băng tần G Tx: 3300 - 324 Mhz; Rx: 33766-3400 Mhz Phương thức truy nhập TDMA FDD Độ rộng kênh 3,5 MHz; 1,75 MHz Độ rộng đa sóng mang 14 Mhz Anten (trạm gốc) 10 dBi, Anten omni định hướng tần số 3,3 3,5 GHz Anten (CPE) Anten phân cực đứng kết hợp Trở kháng anten 50 Ohm Công suất tối đa cổng Trạm gốc: 28 dBm ± dB anten CPE: 20 dBm ± dB 4.5 Kết luận chương Với nhu cầu sử dụng dịch vụ truy nhập băng rộng ngày lớn cấp thiết, với khu vực vùng sâu, vùng xa động lực doanh nghiệp Viễn thông nước triển khai hệ thống WIMAX Với quan tâm tạo điều kiện quan quản lý nhu cầu triển khai để cạnh tranh, hệ thống WiMAX định triển khai thành công Việt N am thời gian gần 68 Chương 5: Mô mạng WiMAX đơn giản…http://www.4tech.com.vn Chương 5: MÔ PHỎNG MỘT MẠNG WIMAX ĐƠN GIẢN DÙNG CHƯƠNG TRÌNH OMNET++ 5.1 Giới thiệu chương Thơng qua mơ hình mơ mạng WiMAX đơn giản để hình dung cách trực quan, cụ thể mơ hình triển khai cách thức hoạt động mạng sử dụng công nghệ Nội dung chương gồm phần : - Giới thiệu chương trình mơ OMNet++ - Chương trình mơ mạng WiMAX đơn giản 5.2 Giới thiệu chương trình mơ OMNet++ 5.2.1 Giới thiệu chung OMNet++ cụm từ viết tắt của: Objective Modular Network Tested in C++ Chức là: - Mơ lưu lượng mạng viễn thông - Mô giao thức - Mơ mạng có cấu trúc kiểu hàng đợi - Mô mạng đa xử lý phân bố rời rạc hệ phần cứng - Kiểm tra tính hợp lệ cấu trúc phần cứng - Đánh giá hoạt động hệ thống phần mềm phức tạp - Và hệ thống kiện rời rạc khác OMNet++ ưu điểm sau: - Đơn giản việc sử dụng lập trình chạy Windows sử dụng ngơn ngữ C++ - Có thể vừa dùng để mơ mạng viễn thơng (mạng báo hiệu) mạng máy tính (IP) - Giao diện mơ đồ họa đẹp có nhiều lựa chọn cho tốc độ xử lý 69 Chương 5: Mô mạng WiMAX đơn giản…http://www.4tech.com.vn kiện mạng -… 5.2.2 Cấu trúc lập trình chương trình mơ dùng OMNeT++ File mơ tả cấu trúc mạng *.ned File xử lý simple modules *.cpp Thư viện lõi chương trình mơ *.lib/*.a Thư viện giao diện người dung *.lib/*.a NEDC compiling File mô tả cấu trúc mạng sau dịch *_n.cpp C++ compiling Linking Chương trình mơ File cấu hình omnetpp.ini Chạy chương trình File kết *.vec, *.sna, *.sca Hình 5.1 Cấu trúc liên kết chương trình mơ OMNet++ ● Trước hết máy phải cài chương trình VC++ để lập trình thao tác ● Cấu trúc liên kết chương trình mơ 70 Chương 5: Mô mạng WiMAX đơn giản…http://www.4tech.com.vn 5.3 Chương trình mơ mạng WiMAX đơn giản 5.3.1 Giới thiệu chung chương trình Chương trình nhằm mục đích mơ mạng WiMAX đơn giản Thơng qua việc gán thơng số cấu hình khác cho lần hoạt động mà thu kết thống kê riêng biệt Dựa vào giá trị với cơng cụ có sẵn OMNet++, chương trình tính tốn khác, từ ta phân tích, đánh giá hiệu hoạt động mạng trường hợp để đưa mơ hình tối ưu Mơ hình mơ mạng gồm trạm gốc ( base station ) đầu cuối CPE ( số lượng tùy chọn ) Trong CPE liên lạc tới trạm gốc thơng qua kênh vơ tuyến dùng chung Mơ hình mơ theo mục đích quan tâm đến việc sử dụng kênh khả thi ,vì bỏ qua đường truyền xuống ( từ BS đến CPE ) chuyển tiếp hay truyền lại Các CPE mơ hình truyền theo quy luật ngẫu nhiên Nhiệm vụ trạm gốc dùng để kiểm tra cho va chạm tính tốn thống kê, thống kê quan trọng hiệu lực kênh (channel utilization ) 5.3.2 Các giao diện chương trình - Giao diện hoạt động mạng trình bày hình 5.2 71 Chương 5: Mơ mạng WiMAX đơn giản…http://www.4tech.com.vn Hình 5.2 Giao diện mô cấu trúc cách thức hoạt động mạng WiMAX - Giao diện người điều khiển cung cấp nút để điều khiển hoạt động mơ hình mạng Ngồi cịn cho biết thơng tin lịch trình kiện, cấu trúc mạng, trình xử lý, … Hình 5.3 Giao diện người điều khiển chương trình mơ 5.3.3 Các trường hợp chương trình mơ File omnetpp.ini viết chứa đựng kịch đặt sẵn cho hoạt động chương trình mơ trình bày hình 5.4 Hình 5.4 Các kịch đặt sẵn mơ hình mạng WiMAX Dựa vào kết chạy mô kịch mà rút trường hợp 72 Chương 5: Mô mạng WiMAX đơn giản…http://www.4tech.com.vn tối ưu 5.3.4 Kết mô Tiến hành chạy mô trường hợp khoảng thời gian 30 phút ( tính theo thời gian mô ), sau kết thúc ta thu file chứa kết trình xử lý: omnetpp.sca omnetpp.vec 5.3.4.1 Các giá trị thống kê Scalars chương trình OMNet++ hổ trợ, dùng để trình bày nội dung file omnetpp.sca giá trị thống kê Việc so sánh kết lần chạy thử khác nhau, chương trình scalars lựa chọn hữu ích Các giá trị thống kê sau chạy mô trường hợp trình bày hình 5.5 bảng 5.1 Hình 5.5 Giao diện chương trình Scalars chứa giá trị thống kê 73 Chương 5: Mô mạng WiMAX đơn giản…http://www.4tech.com.vn Bảng 5.1 Các giá trị thống kê sau chạy mô channel total collided total collision total receive Run# utilization frames frames duration time time 0.03393875 82779 64934 1799.999167 1709.643282 61.08666667 0.349855618 24644 11081 1799.909167 716.3150928 629.7083333 0.131126987 2754 191 1799.909167 18.4776523 236.0166667 Nhận xét: - Nhìn vào bảng 5.1 ta thấy lần chạy tổng số frame truyền so với trường hợp lại lớn 82779, nhiên số frame va chạm không nhận trạm gốc lớn 64934, điều rõ xem xét đến thông số tổng thời gian va chạm (total collision time), tổng thời gian nhận (total receive time) chúng chênh lệch lớn Từ ta rút kết luận mạng trường hợp bị tải kênh truyền (overloaded) hiệu lực kênh đạt thấp - Ở lần chạy thứ ta nhận thấy hiệu lực kênh đạt lớn 0.349855618, xem xét tới thông số tổng thời gian nhận so với tổng thời gian mơ chứng minh điều Vậy trường hợp tối ưu, tốt mơ hình mơ lần chạy - Tiếp tục xem xét lần chạy thứ 3, tỉ lệ frame bị va chạm so với tổng số frame truyền thấp 1:14.4 (191:2754), trường hợp tổng số frame truyền thấp so với trường hợp trước khoảng 1:10 (so với run 2) 1:30 (so với run 1) khoảng thời gian hay nói cách khác lưu lượng frame truyền kênh (traffic) thấp Vậy lần chạy thứ mơ hình mơ mạng tình trạng low traffic, thực tế trường hợp thường xảy điều kiện thời tiết xấu, kênh truyền bị nhiễu… Hai biểu đồ sau giúp ta nhận thấy rỏ khác biệt lần mô 74 Chương 5: Mô mạng WiMAX đơn giản…http://www.4tech.com.vn Hình 5.6 Biểu đồ channel utilization frames 5.3.4.2 Các đồ thị vẽ chương trình Plove OMNet++ Plove chương trình vẽ đồ thị tích hợp sẵn OMNet++ Trong mơ hình mơ mạng WiMAX ta sử dụng chương trình để vẽ đồ thị tham số : channel utilization, collision length, collision multiplicity Ở xem xét tới tham số channel utilization collision multiplicity để phân tích, so sánh kết lần chạy, sau đồ thị hiệu lực kênh số lượng va chạm ứng với thời điểm Hình 5.7 Đồ thị channel utilization collision multiplicity lần chạy thử 75 Chương 5: Mô mạng WiMAX đơn giản…http://www.4tech.com.vn Hình 5.8 Đồ thị channel utilization collision multiplicity lần chạy thử Hình 5.9 Đồ thị channel utilization collision multiplicity lần chạy thử Ở lần chạy thử 1, nhìn vào đồ thị hiệu lực kênh giá trị trung bình suốt q trình mơ thấp khoảng 0,035%, số lượng frame bị va chạm thời điểm cao khoảng frames với mật độ truyền lớn Do ta kết luận trường hợp mạng bị tải Tương tự ta thấy lần chạy thứ 2, hiệu lực kênh cao frame bị va chạm ít, trường hợp mạng hoạt động tối ưu lần chạy Lần chạy thử hiệu lực kênh cao, mật độ truyền thấp, nhiều khơng có frame truyền kênh, ta nhận thấy trường hợp mạng hoạt động với lưu lượng thấp (low traffic) 5.4 kết luận chương 76 Chương 5: Mơ mạng WiMAX đơn giản…http://www.4tech.com.vn Mơ hình mô tả phần cấu trúc, cách triển khai mạng WiMAX Qua kịch mơ hình mạng mơ cho khả xảy mạng WiMAX hoạt động thực tế Từ qua nhiều lần thực nghiệm với thơng số khác, ta lựa chọn mơ hình mạng tối ưu hay đưa giải pháp nhằm tối ưu thông số, tăng hiệu kênh truyền 77 ... quan công nghệ WiMAX Chương 1: http://www.4tech.com.vn TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX 1.1 Giới thiệu chương Trong chương trình bày tổng qt cơng nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng, đặc điểm, chuNn WiMAX, ... hàng (CPE) nhà Cơng nghệ WiMAX, giải giảm nhẹ vấn đề điều kiện NLOS cách sử dụng: công nghệ OFDM, OFDMA, điều chế thích nghi, cơng nghệ sửa lỗi, công nghệ anten, điều khiển công suất, kênh Dưới... trợ thêm thông tin để triển khai Wimax thành công 35 Chương 3: So sánh WiMAX với số công nghệ? ?? http://www.4tech.com.vn Chương 3: SO SÁNH WIMAX VỚI MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRUY CẬP VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG