Đang tải... (xem toàn văn)
WiMAX hoạt động mềm dẻo với các chế độ khác nhau như cấu hình điểm – đa điểm, cấu hình lưới và cấu hình chuyển tiếp. Đồ án “Cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX” của sinh viên Nguyễn Huy Quang lớp D08VT tập trung tìm hiểu các trường trong cấu trúc khung MAC tại ba chế độ hoạt động khác nhau của WiMAX. Nội dung của đồ án được trình bày mạch lạc theo kết cấu sau: Tổng quan về WiMAX Mô hình phân lớp của WiMAX Cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC Mục lục I Danh mục hình vẽ IV Danh mục bảng VI Thuật ngữ viết tắt VII Lời mở đầu 1 Chương 1: Tổng quan về WiMAX 3 1.1 Giới thiệu về WiMAX 3 1.2 Các chuẩn WiMAX 5 1.3Chuẩn IEEE 802.16 – 2001 5 2.Các chuẩn bổ sung của WiMAX 7 2.1 Phân loại 10 2.2 Đặc điểm chung của WiMAX 11 2.3 Hệ thống WiMAX 12 2.4Mô hình hệ thống 12 3.Cấu hình mạng 16 3.2 Một số kĩ thuật sử dụng trong WiMAX 18 3.3Kĩ thuật OFDM 18 4.Chuỗi bảo vệ 20 5.Kĩ thuật song công 22 6.Kĩ thuật OFDMA 23 7.Điều khiển công suất 24 8.Điều chế thích nghi 25 8.1 Ưu nhược điểm của WiMAX 26 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 I Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục 8.2Ưu điểm 26 9.Nhược điểm 28 9.1 Các ứng dụng của WiMAX 29 9.2 Kết luận chương 30 Mô hình phân lớp của WiMAX 33 10.1 Mô hình phân lớp 33 10.2 Lớp MAC 34 11.Lớp con hội tụ (MAC CS) 35 12.Lớp con phần chung MAC (MAC CPS) 36 13.Lớp con bảo mật (MAC PS) 42 14.MAC PDU 45 14.2 Lớp vật lí 53 14.3 Kết luận chương 54 Cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX 55 15.1 Cấu trúc khung TDD 55 15.2Cấu trúc OFDM symbol 55 16.Cấu trúc khung TDD 56 16.1 Cấu hình trúc khung trong chế độ PMP 59 16.2Chế độ PMP 59 17.Cấu trúc khung MAC 60 17.1 Cấu trúc khung trong chế độ Mesh 64 17.2Cấu hình lưới Mesh 64 18.Cấu trúc và hoạt động của khung MAC 66 18.2 Cấu trúc khung trong chế độ Multihop 73 18.3Cấu hình chuyển tiếp Multihop Relay 73 18.4Cấu trúc khung MAC và hoạt động 74 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 II Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục 18.5 Kết luận chương 79 Kết luận chung 80 Tài liệu tham khảo 81 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 III Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sự phát triển của lớp vật lý IEEE 802.16 7 Hình 1.2. Mô hình hệ thống WiMAX 13 Hình 1.3. Kết nối tới một trạm gốc 14 Hình 1.4. Kết nối tới thiết bị thu 15 Hình 1.5. Cấu hình điểm-đa điểm 17 Hình 1.6. Cấu hình lưới 17 Hình 1.7. Cấu hình chuyển tiếp multihop 18 Hình 1.8. Kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao 19 Hình 1.9. So sánh giữa FDM và OFDM 20 Hình 1.10. Chuỗi bảo vệ 21 Hình 1.11. ISI và cyclic prefix 22 Hình 1.12. TDD và FDD 23 Hình 1.13. Sự khác nhau giữa OFDM và OFDMA 24 Hình 1.14. Các phương pháp điều chế trong WiMAX IEEE 802.16 26 Hình 2.15. Mô hình phân lớp WiMAX 34 Hình 2.16. Luồng dữ liệu qua mỗi lớp 35 Hình 2.17. Quy trình bảo mật trong WiMAX 43 Hình 2.18. Định dạng MAC PDU 45 Hình 2.19. Định dạng của tiêu đề MAC PDU chung 46 Hình 2.20. Định dạng tiêu đề yêu cầu dải thông 47 Hình 2.21. Ghép nối các MAC PDU 49 Hình 2.22. Phân đoạn thành các MAC PDU 50 Hình 2.23. Đóng gói các SDU kích thước cố định 52 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 IV Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ Hình 2.24. Đóng gói các SDU kích thước thay đổi 52 Hình 3.25. Cấu trúc symbol OFDM trong miền thời gian 55 Hình 3.26. Cấu trúc symbol OFDM trog miền tần số 56 Hình 3.27. Miêu tả OFDM symbol trong miền tần số và thời gian 56 Hình 3.28. Cấu trúc khung TDD 58 Hình 3.29. Chế độ PMP 60 Hình 3.30. Cấu trúc khung MAC với TDD trong chế độ PMP 61 Hình 3.31. Hoạt động lớp MAC trong chế độ PMP 63 Hình 3.32. Chế độ Mesh 65 Hình 3.33. Khung MAC trong chế độ Mesh 67 Hình 3.34. Cấu trúc khung MAC trong WiMAX mesh mode 68 Hình 3.35. Cấu trúc2 bản tin cấu hình 69 Hình 3.36. Cấu trúc 3 bản tin điều khiển lập lịch 69 Hình 3.37. Lập lịch tập trung 70 Hình 3.38.Thuật toán bầu chọn lưới để truyền trong khe thời gian hiện tại 71 Hình 3.39. Cấu hình Multihop relay 74 Hình 3.40. Cấu trúc khung MAC chuyển tiếp Multihop trong chế độ Transparent 75 Hình 3.41. Chức năng cụ thể các vùng trong khung MAC 77 Hình 3.42. Cấu trúc khung MAC trong chế độ Nontransparent 78 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 V Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Công nghệ WiMAX di động và các công nghệ cạnh tranh 4 Bảng 1.2. So sánh chuẩn 802.16, 16a, 16e 9 Bảng 1.3. Ứng dụng của WiMAX 29 Bảng 2.4. Các trường tiêu đề MAC chung 46 Bảng 2.5. Các trường tiêu đề MAC yêu cầu dải thông 47 Bảng 2.6. So sánh các giao diện vật lí 53 SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 VI Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng Anh Nghĩa AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mã hóa tiên tiến AK Authentication Key Khóa nhận thực AP Access Point Điểm truy nhập ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu tự động phát lại ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải đồng bộ BE Best Effort Nỗ lực tối đa BER Bit Error Rates Tỉ lệ lỗi bít BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Control Điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát di động BWA Broadband Wireless Access Truy cập vô tuyến băng rộng CDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CID Connection Identifier Định danh kết nối CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng CPE Customer Premises Equipment Thiết bị đầu cuối người dùng CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra lỗi vòng dư CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect Đa truy nhập cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột CTS Clear To Send Xóa để gửi DCD Downlink Channel Description Mô tả kênh đường xuống DES Data Encryption Standard Chuẩn mã hóa dữ liệu DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình trạm động DL Downlink Đường lên DSL Digital Subscriber Line Đường thuê bao số DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Ghép truy nhập đường thuê bao số ETSI European Therapy Studies Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu FCH Frame Control Header Tiêu đề điều khiển khung FDD Frequency Division Duplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FFT Fast Fourier Transformer Biến đổi Fourier nhanh GI Guard Interval Chuỗi bảo vệ GMH General MAC Header Tiêu đề MAC chung GPC Grant per Connnection Cấp phát trên mỗi kết nối SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 VII Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt GPSS Grant per SubScrible Cấp phát trên mỗi trạm thuê bao HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện các kỹ sư Điện và Điện tử ISI Intersymbol Interference Nhiễu xuyên kí hiệu LOS Line of Sight Tầm nhìn thẳng LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn MAC Mandatory Access Control Điều khiển truy nhập bắt buộc MBWA Mobile Broadband Wireless Access Truy cập không dây di động băng rộng MS Mobile Station Trạm di động NLOS Non line of sight Tầm nhìn không thẳng NMS Network Management Symtem Hệ thống quản lí mạng OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức PHS Payload Header Suppression Nén tiêu đề tải trọng PHY Physical Lớp vật lí PKM Privacy and Key Management Protocol Giao thức quản lí khóa và bảo mật QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RS Relay Station Trạm chuyển tiếp RSA Ron Rivest, Adi Shamir và Len Adleman Thuật toán mã hóa RSA (chữ cái đầu tên 3 nhà khoa học) RTG Receive Transition Gap Khoảng thời gian nhận -truyền rtPS Real-time Polling Service Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian thực RTS Request To Send Yêu cầu để gửi SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ SDU Sevice Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ SFID Service Flow Identifier định danh luồng dịch vụ SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SOFDMA Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao mở rộng SS Subscriber Station Trạm thuê bao TDD Time Division Duplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia thời gian SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 VIII Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt TEK Traffic Encryption Key Khóa mã hóa lưu lượng TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền tải file tầm thường TTG Transmit Transition Gap Khoảng thời gian truyền - nhận UCD Uplink Channel Description Mô tả kênh đường lên UGS Unsolicited Grant Service Dịch vụ cấp phát tự nguyện UL Uplink Đường xuống UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu VLAN Virtual LAN Mạng LAN ảo VoIP Voice over Internet Protocol Giao thức thoại qua Internet WiMAX Worldwide Interoperability of Microwave Access Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba WLAN Wireless Local Area Network Mạng LAN không dây SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 IX Đồ án tốt nghiệp Đại học Nhận xét NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM (Của giáo viên hướng dẫn) Những năm gần đây, mạng vô tuyến phát triển bùng nổ nhằm phục vụ những nhu cầu ngày càng tăng và đa dạng của người sử dụng. Nằm trong xu thế đó mạng WiMAX ra đời nhằm mục đích cung cấp dịch vụ đa dạng không dây tốc độ cao cho người sử dụng mọi lúc mọi nơi. WiMAX hoạt động mềm dẻo với các chế độ khác nhau như cấu hình điểm – đa điểm, cấu hình lưới và cấu hình chuyển tiếp. Đồ án “Cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX” của sinh viên Nguyễn Huy Quang lớp D08VT tập trung tìm hiểu các trường trong cấu trúc khung MAC tại ba chế độ hoạt động khác nhau của WiMAX. Nội dung của đồ án được trình bày mạch lạc theo kết cấu sau: • Tổng quan về WiMAX • Mô hình phân lớp của WiMAX • Cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX Trong quá trình thực hiền đồ án, sinh viên Nguyễn Huy Quang đã thể hiện tính độc lập, chủ động nghiên cứu hoàn thành đồ án cũng như tích cực trao đổi với giáo viên hướng dẫn về những nội dung còn vướng mắc. Dựa vào nội dung hoàn thành của đồ án và thái độ thực nghiêm túc làm đồ án của sinh viên đề nghị hội đồng chấm đồ án thông qua. Điểm: …… (Bằng chữ: ………….) Ngày 10 tháng 12 năm 2012 Giáo viên hướng dẫn ThS. Lê Tùng Hoa SVTH: Nguyễn Huy Quang – D08VT1 X [...]... lớp WiMAX, cấu trúc và chức năng của từng lớp cụ thể Cùng với đó là cấu trúc khung luồng dữ liệu qua mỗi lớp, các quá trình phát triển giao diện vật lí của WiMAX Chương 3: Cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX Trình bày cấu trúc khung TDD tổng quát, nói rõ hơn về ba chế độ hoạt động điểm – đa điểm, lưới và chuyển tiếp multihop, cơ chế hỗ trợ trong từng cấu hình và cấu trúc khung. .. nhau Chế độ chuyển tiếp ra đời nhằm nâng cao hiệu quả của chế độ điểm-đa điểm bằng việc thêm vào hệ thống các trạm chuyển tiếp Trên quan điểm đó, đề tài tốt nghiệp của em với tiêu đề: Cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX được thực hiện nhằm mục đích tìm hiểu tổng quan về WiMAX, đồng thời sẽ tìm hiểu mô hình phân lớp cũng như cấu trúc khung MAC trong các chế độ hoạt động của WiMAX. .. của WiMAX được đưa ra nhằm hỗ trợ các đầu cuối di động không nhất thiết phải nằm trong vùng phủ sóng của trạm gốc Trong chế độ lưới các đầu cuối di động tham gia vào quá trình “kết nối trung gian” dẫn đến việc cấu trúc khung MAC cần có sự thay đổi giữa các chế độ hoạt động Tuy nhiên lại đặt ra vấn đề về tính tương thích giữa các đầu cuối di động khi hoạt động chuyển giao giữa các chế độ khác nhau Chế. .. cố định và di động không dây tương ứng là IEEE 802.16d và IEEE 802.16e Các sản phẩm phù hợp với IEEE 802.16d và IEEE 802.16e thường được gọi tương ứng là WiMAX cố định và WiMAX di động WiMAX cố định cho phép truy cập băng thông rộng, trong khi đó WiMAX di động cung cấp đầy đủ tính di động cho các mạng tế bào ở tốc độ băng rộng thực sự Cụ thể: • Wimax di động Hoạt động ở tần số thấp, trong dải tần từ... quyết các vấn đề đa truy nhập về mặt chi phí lắp đặt, khoảng cách phủ sóng, tốc độ đường truyền, đồng thời thu hút được sự tham gia hợp tác của các tập đoàn điện tử lớn trong việc sản xuất thúc đẩy sự hoàn thiện của công nghệ mới này WiMAX không chỉ đa dạng về dịch vụ hỗ trợ mà còn hỗ trợ nhiều cấu hình hoạt động khác nhau Nếu như chế độ điểm-đa điểm bị giới hạn về khoảng cách truyền dẫn thì chế độ lưới... GHz Trong chế độ này, dữ liệu được truyền từ trạm Wimax đến thiết bị thu di động Do hoạt động ở tần số thấp nên phạm vi phủ sóng của một trạm Wimax nhỏ, khoảng 6 - 7 km Để có phạm vi phủ sóng rộng hơn người ta cần phải lắp một số lượng lớn các trạm Wimax WiMAX di động sử dụng phương thức đa truy cập ghép kênh chia tần số trực giao OFDMA (Orthogonnal Frequency Division Multiple Access) là sự kết hợp của. .. định nghĩa chế độ điểm - đa điểm (PMP) cố định với một yêu cầu truyền dẫn tầm nhìn thẳng (LOS) sử dụng sóng mang đơn trong dải tần số từ 10 tới 66GHz IEEE 802.16 có thể cung cấp tốc độ lên tới 134 Mbps nhưng không thể hoạt động trong tầm nhìn bị che khuất (NLOS), do sử dụng sóng mang tần số cao Trong một phiên bản tiếp theo IEEE 802.16a đã được định nghĩa hoạt động trong một môi trường NLOS trong dải... Đại học Chương 1: Tổng quan về Wimax • Dải tần làm việc 2-11GHz và từ 10-66 GHz hiện đã và đang được tiêu chuẩn hoá WiMAX có thể hoạt động trong băng tầng từ 2-66 Ghz Các ứng dụng khác nhau sẽ dùng những băng tầng khác nhau để tránh sự giao thoa Cụ thể, các ứng dụng di động dùng băng tầng từ 2-11 GHz Ở nhiều nước châu Âu, băng tầng 3.5 GHz được dành riêng cho WiMAX di động Các ứng dụng cố định (802.16d)... backhaul WiMAX Backhaul WiMAX là kiểu backhaul mà tự bản thân BS làm backhaul BS sử dụng một phần băng tần vốn dùng để truyền tải lưu lượng của người dùng cho truyền tải backhaul 3 Cấu hình mạng Có hai cấu hình mạng cơ bản trong Wimax: cấu hình điểm - đa điểm (PMP) và cấu hình lưới (mesh) Cấu hình chuyển tiếp hiện vẫn đang được nghiên cứu và phát triển Cấu hình PMP hỗ trợ các đầu cuối như một mạng di động. .. 2 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Tổng quan về Wimax CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ WIMAX Chương 1 giới thiệu chung nhất về công nghệ, hệ thống WiMAX, các chuẩn và đặc điểm trong công nghệ này Cùng với đó là các kĩ thuật phổ biến được sử dụng trong WiMAX và các ưu nhược điểm cũng như các mô hình ứng dụng hiện nay 1.1 Giới thiệu về WiMAX WiMAX (viết tắt của Worldwide Interoperability of Microwave Access) . các chế độ hoạt động của WiMAX 55 15.1 Cấu trúc khung TDD 55 15. 2Cấu trúc OFDM symbol 55 16 .Cấu trúc khung TDD 56 16.1 Cấu hình trúc khung trong chế độ PMP 59 16. 2Chế độ PMP 59 17 .Cấu trúc khung. khung MAC với TDD trong chế độ PMP 61 Hình 3.31. Hoạt động lớp MAC trong chế độ PMP 63 Hình 3.32. Chế độ Mesh 65 Hình 3.33. Khung MAC trong chế độ Mesh 67 Hình 3.34. Cấu trúc khung MAC trong WiMAX. 59 17 .Cấu trúc khung MAC 60 17.1 Cấu trúc khung trong chế độ Mesh 64 17. 2Cấu hình lưới Mesh 64 18 .Cấu trúc và hoạt động của khung MAC 66 18.2 Cấu trúc khung trong chế độ Multihop 73 18. 3Cấu hình chuyển