Đang tải... (xem toàn văn)
DSpace at VNU: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạng truy nhập không dây WiMax và khả năng ứng dụng tại Việt Nam tài liệu,...
1 Đại học quốc gia H nội Trờng đại học c«ng nghƯ Lê Anh Dũng NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP KHÔNG DÂY WIMAX VÀ KHẢ NĂNG NG DNG TI VIT NAM Ngnh : Công nghệ điện tử - viễn thông Chuyên ngnh : Kỹ thuật vô tuyến điện tử v thông tin liên lạc Mã số : 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SỸ Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: TS NGÔ THÁI TRỊ Hà Nội – 2007 MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, chứng kiến bùng nổ công nghệ mạng không dây Khả liên lạc không dây gần tất yếu thiết bị cầm tay (PDA), máy tính xách tay, điện thoại di động thiết bị kỹ thuật số khác Với tính ưu việt vùng phục vụ kết nối linh động, khả triển khai nhanh chóng, giá thành ngày giảm Xu hướng kết nối không dây (vô tuyến) ngày trở nên phổ cập kết nối mạng máy tính Với chiều hướng giá thành máy tính xách tay ngày giảm nhu cầu truy nhập Internet ngày tăng, nước phát triển dịch vụ truy nhập Internet không dây trở nên phổ cập, bạn ngồi nơi đâu truy nhập Internet từ máy tính xách tay cách dễ dàng thông qua kết nối không dây công nghệ dịch chuyển địa IP Các công nghệ đem đến cho người sử dụng khả kết nối khơng dây thật hồn hảo Ví Bluetooth kết nối khơng dây, Wi-Fi truy xuất Internet không dây, điện thoại di động Nhưng bên cạnh ưu điểm, công nghệ kết nối không dây hạn chế chưa thật liên thơng với Vấn đề với truy nhập WiFi hotspot nhỏ, phủ sóng rải rác Cần có hệ thống khơng dây mà cung cấp tốc độ băng rộng cao khả phủ sóng lớn Đó WiMAX (Worldwide Interoperability Microwave Access) Nó biết đến IEEE 802.16 WiMAX công nghệ dựa tảng chuẩn tiến hóa cho mạng khơng dây điểm- đa điểm Là giải pháp cho mạng đô thị không dây băng rộng với phạm vi phủ sóng tới 50km tốc độ bit lên tới 75Mbps với kênh 20MHz, bán kính cell từ 2-9km Chuẩn thiết kế hoàn toàn với mục tiêu cung cấp trục kết nối trực tiếp mạng nội thị (Metropolitan Area Network-MAN) đạt băng thông tương đương xDSL, trục T1/E1 phổ biến Công nghệ WiMax xu hướng cho tiêu chuẩn giao diện vô tuyến việc truy nhập không dây băng thông rộng cho thiết bị cố định, xách tay di động Chất lượng dịch vụ thiết lập cho kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ multicast di động, sử dụng phổ tần cấp phép không cấp phép WiMax thực nhà cung cấp dịch vụ nhà sản xuất quan tâm Nhận thấy Wimax cơng nghệ có nhiều ứng dụng nước giới Việt nam tương lai, em chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạng truy nhập không dây Wimax khả ứng dụng Việt Nam” Nội dung luận văn đƣợc chia thành chƣơng nhƣ sau : Chƣơng 1: Tổng quan mạng không dây Chƣơng 2: Lớp PHY MAC chuẩn 802.16a Chƣơng 3: Nghiên cứu vấn đề kỹ thuật mạng truy nhập băng rộng không dây WiMax Chƣơng 4: Xây dựng chương trình Matlab để mơ BER hệ thống WiMax Chƣơng 5: Khả ứng dụng WiMax Việt Nam Nội dung nghiên cứu luận văn xây dựng sở kiến thức tiếp thu trình học tập, nghiên cứu khoa Điện tử Viễn thông Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội thời gian công tác Tổng Công ty truyền thông đa phương tiện (VTC) Tuy nhiên thời gian nghiên cứu có giới hạn, luận văn tập trung nghiên cứu, sâu số vấn đề kỹ thuật mạng truy nhập băng rộng không dây cố định (FBWA), đặc biệt suy hao đường truyền vô tuyến WiMax Hơn nữa, khả hạn chế thân, luận văn không tránh khỏi có sai sót, tác giả mong góp ý bảo Thầy Cơ bạn bè đồng nghiệp Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Ngô Thái Trị - TT tin học đo lường, Đài THVN giúp đỡ tận tình có nhiều góp ý, nhiều tài liệu bổ ích để luận văn hoàn thành Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy Cô giáo Khoa Điện tử viễn thông thuộc Đại học Công Nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội tạo điều kiện học tập nghiên cứu cho tác giả khóa học vừa qua Xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp, bạn học lớp có lời động viên q báu suốt thời gian thực luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2007 Học viên Lê Anh Dũng CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CHUẨN KHÔNG DÂY [2] Sự bùng nổ nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao nhu cầu đa dạng hoá loại hình dịch vụ cung cấp như: truy nhập Internet, thư điện tử, thương mại điện tử, truyền file, thúc đẩy cho xuất hàng loạt chuẩn không dây Hiện nay, vào phạm vi sử dụng, tốc độ kết nối, có chuẩn khơng dây tương ứng với mơ hình mạng truyền thống Hình 1.1: Tổng quan chuẩn không dây - Mạng WPAN (Wireless Personal Area Network): Được ứng dụng phạm vi gia đình, khơng gian xung quanh cá nhân đó, tốc độ truyền dẫn nhà đạt 480 Mb/s phạm vi 10m Trong mơ hình mạng WPAN, có xuất công nghệ Bluetooth dựa chuẩn IEEE 802.15 (Institute for Electrical and Electronics Engineers) Hiện 802.15 phát triển thành 802.15.3 biết đến với tên công nghệ Ultrawideband - siêu băng thông - Mạng WLAN (Wireless Local Area Network): Sử dụng chuẩn IEEE 802.11 bao gồm chuẩn 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n… WLAN phần giải pháp vǎn phòng di động, cho phép người sử dụng kết nối mạng LAN từ khu vực cơng cộng văn phòng, khách sạn hay sân bay Tại Việt Nam WLAN triển khai ứng dụng nhiều nơi Công nghệ cho phép người sử dụng sử dụng, truy xuất thông tin, truy cấp Internet với tốc độ lớn nhiều so với phương thức truy nhập gián tiếp truyền thống - Mạng WMAN (Wireless Metropolitan Area Network): Sử dụng chuẩn IEEE 802.16, hoàn thành vào tháng 10/2001 công bố vào ngày 8/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN cho mạng vùng đô thị Việc đưa chuẩn mở công nghệ truy nhập không dây băng rộng WiMAX cho phép mạng không dây mở rộng phạm vi hoạt động tới gần 50 km truyền liệu, giọng nói hình ảnh video với tốc độ nhanh so với đường truyền cáp ADSL - Mạng WWAN (Wireless Wide Area Network): Hệ thống WWAN triển khai công ty hay tổ chức phạm vi rộng, khai thác băng tần đăng ký trước với quan chức sử dụng chuẩn mở AMPS, GSM, TDMA CDMA Khoảng cách hàng trăm km, tốc độ từ kb/s đến 20 kb/s Trong tương lai, kết nối WirelessWAN dùng chuẩn 802.20 để thực kết nối diện rộng 1.2 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA CÁC CHUẨN IEEE 802.11 VÀ 802.16 [7] Chuẩn IEEE 802.11 16 đặc tả lớp vật lý - PHY (Physical) lớp điều khiển truy nhập môi trường - MAC (Medium Access Control) cho truy nhập băng rộng không dây cố định - FBWA (Fixed Broadband Wireless Access) cho phạm vi mạng khu vực thị - MAN (Metropolitan Area Network) Hình 1.2 minh hoạ vị trí chuẩn IEEE 802.11 16 hệ thống chuẩn IEEE 802 Hình 1.2: 802.11 802.16 hệ thống chuẩn IEEE 802.xx 1.3 CÔNG NGHỆ WIFI [2,7] 1.3.1 Giới thiệu Subscriber Gateway RADIUS AAA Server Billing System INTERNET SHDSL SHDSL Hotspot Hotspot CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT AP AP AP AP CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT CISCO AIRONET 350 SERIES WIRELESS ACCESS POINT AP AP Hình 1.3: Cấu hình mạng WLAN điển hình WLAN hệ thống truyền thông liệu mở để truy nhập vô tuyến đến mạng Internet mạng Intranet Nó cho phép kết nối LAN tới LAN nhà khu tập thể, khu trường đại học Một hệ thống WLAN tích hợp với mạng vơ tuyến diện rộng Tốc độ đạt WLAN cần phải hỗ trợ truyền dẫn thích hợp từ mạng đường trục Về mặt vật lý, WLAN có hai thành phần là: - Trạm gốc không dây (WBS) hay gọi AP (Access Point) - Khối giao tiếp người sử dụng đầu cuối hay gọi CPE AP thiết bị đặt phía nhà cung cấp dịch vụ, phải đấu nối với mạng nhà cung cấp để truy cập vào mạng Internet Thông thường AP đấu với Router, Hub Switch để cấp địa IP riêng Sau kết nối tới mạng nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống truyền dẫn thông dụng cáp quang, cáp đồng viba AP có khả chuyển đổi tín hiệu số đến từ mạng nhà cung cấp dịch vụ thành dạng tín hiệu số tương thích với chuẩn truyền dẫn vơ tuyến AP bao gồm thu phát (Transceiver) điều khiển (Controller) thực chức chủ yếu như: Cung cấp giao diện cho kết nối với mạng nhà khai thác, giao diện vô tuyến hướng phía khách hàng Đảm bảo chức an tồn thơng tin giao tiếp vơ tuyến, chứng thực giao diện kết nối với khách hàng Quản trị tài nguyên vô tuyến Đăng ký khối giao diện người sử dụng Định tuyến, tính cước Duy trì chuyển đổi giao thức, mã hố giải mã, nén giải nén CPE thiết bị đặt phía khách hàng, có địa node mạng nhiều địa để cung cấp cho mạng LAN khách hàng CPE tiếp nhận luồng tín hiệu số từ AP chuyển đổi chúng thành dạng tín hiệu tương thích với thiết bị đầu cuối khách hàng (tương tự số) CPE bao gồm thu phát thiết bị phụ trợ thực số chức như: Cung cấp giao diện vô tuyến hướng tới trạm gốc nhà cung cấp dịch vụ 8 Cung cấp giao diện cho thiết bị đầu cuối khách hàng Chuyển đổi giao thức, chuyển đổi mã, cấp nguồn 1.3.2 Các chuẩn IEEE 802.11 tiêu biểu Chuẩn IEEE 802.11: IEEE 802.11b định nghĩa lớp vật lý lớp MAC cho việc truyền tin qua mạng LAN không dây dùng chung Tại lớp vật lý, IEEE 802.11b hoạt động tần số vô tuyến 2,45GHz với tốc độ bit tối đa 11 Mbps Nó sử dụng cơng nghệ truyền dẫn trải trải phổ dãy trực tiếp (DSSS) Chuẩn IEEE 802.11g: Do IEEE phát triển, mạng dùng chuẩn 802.11b cho phép liệu truyền với dung lượng tối đa 10 megabit/giây (trung bình Mbps) Chuẩn IEEE 802.11g cho phép truyền liệu với dung lượng cao - 54 Mbps (trung bình 22 Mbps) Cả hai chuẩn dùng băng tần 2,4 GHz hoạt động tương tác Chuẩn IEEE 802.11a: Chuẩn IEEE 802.11a hoạt động dải tần GHz, tạo cho kết nối sử dụng chuẩn 802.11a bị ảnh hưởng giao thoa sóng điện từ mà kết nối sử dụng chuẩn 802.11b, 802.11g hoạt động tần số 2,4 GHz gây Bởi dải tần 2,4 GHz thường dùng công nghiệp, y tế, sử dụng thiết bị gia đình Bảng 1.1 so sánh chuẩn IEEE 802.11: Chuẩn Tần số Tốc độ IEEE 802.11 900 MHz Mbps IEEE 802.11b 2,4 GHz 900 MHz 11 Mbps Ghép kênh Ghi FHSS DSSS FHSS Được sử dụng phổ biến DSSS IEEE 802.11a GHz 54 Mbps OFDM IEEE 802.11e GHz UNII 54 Mbps OFDM IEEE 802.11g 2,4 GHz ISM 54 Mbps Mới hơn, nhanh hơn, dùng tần số cao DSSS Nhanh tương FHSS thích với 802.11b TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: TS Trịnh Anh Vũ (2005), Giáo trình thơng tin di động Tài liệu tiếng Anh: Aditya Agrawal (Apr, 2003), “802.16a: The Right Technology at the Right Place at the Right Time”, WiMAX™ Forum Arunabha Ghosh and David R Wolter (Feb, 2005), “Broadband Wireless Access with WiMax/8O2.16:Current Performance Benchmarks and Future Potential”, IEEE Communications Magazine Boscher Christophe (2006), “WiMAX - making ubiquitous high-speed data services a reality”, Strategy white paper of Alcatel Daniel Larsson (Dec, 2006), “Analysis of channel estimation methods for OFDMA”, Master of Science Thesis Stockholm, Sweden Daniel Sweeney (2006), WiMax Operator’s Manual Building 802.16 Wireless Networks (Second Edition), Apress USA Deepak Pareek (Jun, 2006), The Business of WiMAX, John Wiley & Sons Ltd., India Eugene Crozier, “WiMAX’s technology for LOS and NLOS environments”, Wimax forum FIPS PUB 197 (Nov, 2001), Advanced Encryption Standard (AES), National Institute of Standards and Technology http://csrc.nist.gov/publications/fips/fips197/fips-197.pdf 10 Hassan Yaghoobi (2004), “Scalable OFDMA Physical Layer in IEEE 802.16 WirelessMAN”, Intel® Technology Journal 11 IEEE Std 802.16-2001 (2001), Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, IEEE Press 10 12 IEEE Std 802.16a -2003 (2003), Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems Amendment 2: Medium Access Control Modifications and Additional Physical Layer Specifications for 2.3 GHz, IEEE Press 13 IEEE Std 802.16-2004 (2004), Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, IEEE Press 14 IEEE 802.16d-2004 (May, 2004), Draft IEEE Standard for Local and Metropolitan area networks - Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, IEEE Press 15 IEEE Std 802.16e-2005 (Feb, 2006), Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems Amendment 2: Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands, IEEE Computer Society and the IEEE Microwave Theory and Techniques Society 16 Michael F Finneran (Jan, 2004), A Comparison of Technologies Markets and Business Plans, dBrn Associates Inc 17 Mohammad Azizul Hasan (Jun, 2007), Performance Evaluation of WiMAX/IEEE 802.16 OFDM Physical Layer, Helsinki University of Technology 18 Nortel (2006), “Considerations for deploying mobile WiMAX at various frequencies” 19 Rappaport (2004), Wireless Communications Principles and Practice, IEEE Transactions on communications 20 Ron Olexa (2005), Implementing 802.11 and 802.16 and 802.20 Wireless Networks Planning Troubleshooting and Operations, Elsevier Inc 21 Sen Xu - Manton Matthews - Chin Tser Huang (Mar, 2006), Security Issues in Privacy and Key Management Protocols of IEEE 802.16, Department of Computer Science and Engineering - University of South Carolina Columbia, SC 29208, USA http://www.cse.sc.edu/~huangct/acmse06cr.pdf 22 Terry Wason (2006), WiMAX Networks, Wi-LAN Inc 11 23 Technology Whitepaper (2005), Wi-Fi and WiMAX: Open Standards for Broadband, Tropos Networks Inc 24 Timu Smura (2004), “Techno-economic analysis of IEEE 802.16a-based fixed wireless access networks”, Thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Helsinki University of Technology 25 WiMAX Forum™ (2004), “Business Case Models for Fixed Broadband Wireless Access based on WiMAX Technology and the 802.16 Standard” 26 WiMAX Forum™ (Feb, 2006), “Mobile WiMAX - Part I: A Technical Overview and Performance Evaluation” 27 William Mehuron (Oct, 1999), Data Encryption Standard (DES), National Institute of Standards and Technology http://csrc.nist.gov/publications/fips/fips46-3/fips46-3.pdf Các trang Web tham khảo: 28 http://www.fps.com.vn/news_detail.asp?id=927 29 http://www.handheldvn.com/forum/showthread.php?threadid=36837 30 http://www.handheld.com.vn/forum/showthread.php?t=32322&page=4 31 http://www.ieee802.org/16/ 32 http://www.laocai.gov.vn/home/forum/forum_posts.asp?TID=165&PN=1 33 http://home.netnam.vn/live/FrontPage06/Khoa-hoc-cong-nghe/Newspage?contentId=34806 34 http://www.tapchibcvt.gov.vn/vi-vn/vienthonginternet/2006/10/17263.bcvt 35 http://www.tapchibcvt.gov.vn/vi-vn/hoidap/2006/4/16401.bcvt 36 http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=16575 37 http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=16376 38 http://www.wimax.com/commentary/wimax_weekly/1-5-spectrum-options-forbroadband-wireless 39 http://www.wimaxforum.org/ 40 http://publik.tuwien.ac.at/files/pub-et_12498.pdf 12 41.http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/loadFile.do?objectId=15 513&ref=rssfeed&id=mostDownloadedFiles 42 http://www.ddj.com/mobile/196800205 43 http://www.toquoc.gov.vn/vietnam/viewNew.asp?newsId=29742&topicId=58 44 http://www.viettelmobile.com.vn/home/news_detail.jsp?id=702 ... đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạng truy nhập không dây Wimax khả ứng dụng Việt Nam Nội dung luận văn đƣợc chia thành chƣơng nhƣ sau : Chƣơng 1: Tổng quan mạng không dây Chƣơng 2: Lớp... 3: Nghiên cứu vấn đề kỹ thuật mạng truy nhập băng rộng không dây WiMax Chƣơng 4: Xây dựng chương trình Matlab để mơ BER hệ thống WiMax Chƣơng 5: Khả ứng dụng WiMax Việt Nam Nội dung nghiên cứu. .. bay Tại Việt Nam WLAN triển khai ứng dụng nhiều nơi Công nghệ cho phép người sử dụng sử dụng, truy xuất thông tin, truy cấp Internet với tốc độ lớn nhiều so với phương thức truy nhập gián tiếp truy n