ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGUYỄN THỊ THỦY

MẠNG WIMAX VÀ THỬ NGHIỆM Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60.48.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS LÊ BÁ DŨNG THÁI NGUYÊN - 2008
MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
DANH SÁCH BẢNG BIỂU

3.2.1. OFDMA Symbol 48
52
ten thông minh 53
55
56
(Roaming) 56
CHƢƠNG 4. CÁC VẤN ĐỀ BẢO MẬT TRONG WiMAX 61
4.1. Giới thiệu lớp con bảo mật 61
4.2. Giao thức quản lý khóa PKM 63
4.2.1. Tổng quan sự cấp phép SS và sự trao đổi khóa AK 64
4.2.2. Tổng quan sự trao đổi TEK 66
4.3. Các sử dụng khóa 69
4.3.1. Sự sử dụng khóa của BS 69
4.3.2. Sự sử dụng khóa của SS 72
4.4. Các phương thức mã hóa 75
4.4.1. Các phương thức mã hóa dữ liệu 75
4.4.2. Mã hóa TEK 75
4.4.3. Nguồn ngốc của các TEK, KEK, 76
CHƢƠNG 5. TRIỂN KHAI HỆ THỐNG WiMAX TẠI LÀO CAI 77
5.1. Các thiết bị cần thiết để triển khai mạng WiMAX 77
5.1.1. Trạm gốc – WiMAX Base Station 77
5.1.2. Trạm thuê bao 77
5.1.3. Trung tâm quản lý 77
5.2. Dự án thử nghiệm công nghệ WiMAX tại Lào Cai 79
5.2.1. Mô hình triển khai thử nghiệm WiMAX pha 1 tại TP Lào Cai 81
5.2.2. Mô hình triền khai thử nghiệm WiMAX pha 2 92
112
KẾT LUẬN 114
TÀI LIỆU THAM KHẢO 117


ARQ
Automatic Retransmission
Request
Yêu cầu truyền lại tự động
ASN
Access Service Network

ASP
Aplication Service Network

ATM
Asynchronous transfer mode
Chế độ truyền dị bộ
BER
Bit error ratio
Tỷ lệ lỗi bit
bps
Bit per second
Số bít trên giây
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khóa dịch pha nhị phân
BS
Base station
Trạm gốc
BW
bandwidth
Băng thông
BWA
Broadband Wireless Access

Kênh thông tin chất lượng kênh
CRC
Cyclic redundancy check
Kiểm tra dư thừa vòng
CS
Convergence sublayer
Lớp con hội tụ
CSMA
Carrier sense multiple access
Đa truy nhập dò sóng mang
CSN
Connectivity Service
Network

DBMS
Database Management
System
Hệ thống quản lý dữ liệu
DCD
Downlink channel
description
Mô tả kênh đường xuống
DES
Data encryption standard
Tiêu chuẩn mật mã dữ liệu
DHCP
Dynamic Host Configuration
Protocol
Giao thức cấu hình máy chủ động
DL

FFT
Fast Fourier transform
Biến đổi Fourier nhanh
FM
Frequency Modulation
Điều tần
FUSC
Full usage of subcarriers
Sử dụng toàn bộ sóng mang con
FWA
Fixed wireless access
Truy nhập không dây cố định
HARQ

Hybrid ARQ

ARQ lai
HIPERLAN
High Performance Local
Area Network
Mạng LAN hiệu suất cao
HMAC
Hash – based message
authentication code
Mã nhận thực bản tin hash
IEEE
Institute for Electrical and
Electronic Engineers
Viện kỹ thuật điện và điện tử
(Mỹ)


Mạng khu vực đô thị
MAP
Media Access Protocol
Giao thức truy cập môi trường
MBWA MDHO
Macro Diversity Handover
Chuyển giao đa dạng riêng
MIB
Management Information
Base
Cơ sở thông tin quản lý
MIC
Ministry of Information and
Communications
Bộ thông tin và truyền thông
MIMO
Multi input Multi output
Đa đường vào đa đường ra
MS
Mobile station
Thiết bị di động
NAP
Network Access Provider
Nhà cung cấp mạng truy nhập
NLOS
Non Light of Sight

Máy tính cá nhân
PDA
Protocol Data Unit
Thiết bị hỗ trợ kỹ thuật số cá
nhân
PDU
Protocol data unit
Đơn vị dữ liệu thủ tục
PER
Packet Error Rate
Tỷ lệ lỗi gói
PHS
Packet header suppression
Nén tiếp đầu gói
PHY
Physical Layer
Lớp vật lý
PIN
Personal Identification
Number
Số nhận dạng cá nhân
PKM
Privacy key management
Quản lý khoá riêng
PMP
Point - to - multipoint
Điểm - Đa điểm
PN
Pseudo Noise
Nhiễu giả

Radio frequency
Tần số vô tuyến
RSA
Rivest, Shamir, Adleman
Tên của 3 nhà phát minh
RSP
Response
Trả lời
RTG
Receive/Transmit Transition
Gap
Khoảng trống chuyển tiếp
Thu/phát
Rx
Reception
Thu
SA
Security association
Tập hợp bảo mật
SAID
Security association
identifier
Bộ nhận dạng tập hợp bảo mật
SAP
Service access point
Điểm truy nhập dịch vụ
SC
Single carrier
Kênh mang đơn
SDU

SVC
Switched Virtual Connection
Mạch ảo chuyển mạch
TC
Transmition Convergence
Sublayer
Lớp con hội tụ truyền
TDD
Time Division Duplexing
Song công theo thời gian
TDM
Time Division Multiplexing
Dồn kênh phân chia theo thời
gian
TDMA
Time division multiple
access
Đa truy nhập phân chia thời gian
TEK
Traffic encryption key
Khoá mật mã lưu lượng
TFTP
Trivial File Transfer Protocol
Giao thức truyền tập tin tiết kiệm
tài nguyên
TTG
transmit/receive transimision
gap
Khoảng trống chuyển tiếp
Phát/Thu


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1
Tóm tắt các chuẩn 802.16 cơ bản
7
Bảng 2.2
802.16 –
2004
34
Bảng 3.1
Sự suy giảm tín hiệu trong môi trường vô tuyến
44
Bảng 3.2

52
Bảng 3.3

53
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1
Minh họa các loại mạng không dây
05

Hình 2.5
Khung con DL FDD
22
Hình 2.6
Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường
hợp TDM
24
Hình 2.7
Khuôn dạng của lớp con hội tụ truyền PDU
24
Hình 2.8
Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường
hợp TDMA
25
Hình 2.9
Cấu trúc khung con đường xuống
26
Hình 2.10
Cấu trúc khung WiMAX OFDMA
36
Hình 3.1
Cấu trúc OFDM symbol trong miền
42
Hình 3.2
Đặc tả OFDM trong miền tần số
42
Hình 3.3

44
Hình 3.4

Hình 5.1
Trung tâm quản lý
78
Hình 5.2
Mô hình hệ thống WiMAX Lào Cai
82
Hình 5.3
Hệ thống BreezeMAX 3300
83
Hình 5.4
Hệ thống WiMAX tại Base Station Bưu điện Lào Cai
84
Hình 5.5
Anten Ommi ANT tần số hoạt động 3.3 - 3.4 GHz
84
Hình 5.6
Kết nối tại trạm gốc WiMAX
85
Hình 5.7
Kết nối tại trạm đầu cuối WiMAX
86
Hình 5.8
Kết nối tại trạm đầu cuối WiMAX (Phía sau CPE)
87
Hình 5.9
Kết nối hệ thống VoIP
88
Hình 5.10

89

CPE_Outdoor và CPE_Indoor
95
Hình 5.21
CPE - Outdoor tại nhà dân và UBND xã Tả Van
95
Hình 5.22
CPE - Indoor tại nhà dân
96
Hình 5.23
Phía bên ngoài trạm gốc BTS
97
Hình 5.24
Sơ đồ đấu nối chi tiết trong điểm Bưu điện văn hóa xã,
phía trạm gốc
97
Hình 5.25
Sơ đồ đấu nối hệ thống VoIP/WIMAX
98
Hình 5.26
Sơ đồ kết nối phía người dùng cuối (End – User)
98
Hình 5.27
Giao diện quản lý BS
99 Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
1
1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên .v

hoặc triển khai chậm. Để có thể triển khai nhanh chóng và hiệu quả hệ thống truy

Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
2
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên .v nhập băng rộng tại các khu vực này thì việc nghiên cứu triển khai các hệ thống
truy nhập vô tuyến băng rộng WiMAX là hết sức cần thiết.
Với mục đích tìm hiểu về công nghệ WiMAX để đánh giá, lựa chọn giải
pháp, thiết bị và hệ thống mạng phù hợp với điều kiện tại Việt Nam, luận văn sẽ
gồm 5 chương cụ thể như sau:
Chương 1:
.
Chương 2: ớp của chuẩn IEEE 802.16.
Chương 3: ền tảng kỹ thuật của WiMAX: OFDM, OFDMA, Kiến
trúc WiMAX đầu cuối.
Chương 4: Các hệ thống bảo mật mạng không dây WiMAX
Chương 5:
.
Do hạn chế về nhiều mặt nên Luận văn chắc chắn không tránh khỏi những
thiếu xót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của Thầy, Cô và các bạn để Luận
văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, PGS. TS Lê Bá Dũng đã tận tình
hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Em cũng xin
trân thành cảm ơn các thầy, cô, bạn bè cùng toàn thể người thân đã giúp đỡ và
chỉ bảo cho em trong thời gian thực hiện luận văn này.
và 200 MHz cho các đài FM.
Hệ thống băng thông (system bandwidth) càng rộng thì tốc độ (băng thông
digital) càng cao. Băng thông digital đo lường lượng thông tin có thể truyền đi từ
nơi này đến nơi khác trong một lượng thời gian cho trước. Đơn vị cơ bản để đo
lường băng thông digital là bit/giây (bit per second-bps).

Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
4
4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên .v Hệ thống băng rộng và hẹp
Các hệ thống không dây có thể được phân loại dựa theo cấu trúc của chúng
thuộc dạng băng thông hẹp hay băng thông rộng. Các hệ thống băng thông hẹp
hỗ trợ đường truyền tốc độ thấp, trong khi đó hệ thống băng thông rộng hỗ trợ
đường truyền tốc độ cao. Một hệ thống được xác định là thuộc băng thông hẹp
hay băng thông rộng phụ thuộc vào độ rộng dải tần của kênh truyền vật lý mà nó
hoạt động.
Độ rộng dải tần của kênh hệ thống được đánh giá dựa theo độ rộng dải tần
cố kết. Độ rộng dải tần cố kết được định nghĩa là: "dải tần số trong đó tất cả các
tần số chịu ảnh hưởng như nhau bởi việc giảm âm do hiện tượng nhiễu đường
truyền". Các hệ thống hoạt động với các kênh dẫn nhỏ hơn nhiều so với độ rộng
dải tần cố kết được gọi là hệ thống băng thông hẹp. Các hệ thống băng thông
rộng hoạt động với các kênh rộng hơn nhiều so với độ rộng dải tần cố kết. Trong
các hệ thống băng thông hẹp, tất cả các thành phần của tín hiệu bị ảnh hưởng như
nhau bởi quá trình truyền nhiều đường dẫn. Theo đó, mặc dù với những biên độ
khác nhau nhưng tín hiệu băng thông hẹp nhận được cũng cần phải giống với tín
hiệu băng thông hẹp truyền đi. Trong các hệ thống băng thông rộng, các tần số
khác nhau của tín hiệu có thể chịu tác động khác nhau bởi hiện tượng giảm âm.

Hình 1.1 Minh hoạ các loại mạng không dây
WPAN (Wireless Personal Area Network)
Mạng các nhân là một mạng dữ liệu được sử dụng để truyền thông giữa các
thiết bị dữ liệu ở gần một người. Phạm vi của mạng các nhân khoảng vài mét,
thông thường nhỏ hơn 10m, mặc dù vài công nghệ WPAN có thể lớn hơn. Ví dụ
công nghệ WPAN là Bluetooth, UWB và Zigbee.
WLAN (Wireless Local Area Network)
Mạng cục bộ là mạng được sử dụng để truyền thông giữa các thiết bị dữ liệu
như: máy tính, điện thoại, máy in và các thiết bị số phụ trợ cá nhân. Mức độ bao
phủ của mạng này tương đối nhỏ, như một ngôi nhà, một văn phòng hay một khu
trường sở (hoặc một phần trường sở). Phạm vi của mạng cục bộ khoảng 100m.
Hiện nay hầu hết các mạng LAN không dây WiFi
WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
Mạng đô thị là mạng dữ liệu có độ bao phủ lên tới vài km, điển hình là một
cơ quan lớn hoặc 1 công ty. Ví dụ, một trường đại học có thể có 1 mạng diện
rộng với nhiều mạng LAN ở xung quanh vị trí đó, mỗi mạng LAN cách nhau
khoảng 1/2 km
2
. Sau đó từ mạng diện rộng của trường đại học này có thể liên kết
WPAN
Ví dụ: Bluetooth
(IEEE 802.15.1)
UWB
WLAN
Ví dụ: WiFi (IEEE 802.11 và các biến thể
WMAN
Ví dụ: WiMAX (Phiên bản IEEE 802.16-2004)
WAN
Ví dụ: các mạng di động (thế hệ thứ 2 và thứ 3), WiMAX (phiên bản
802. 16e). WiBro

phép và các dải tần không cho phép, cung cấp một môi trường điều hoà và mô
hình kinh tế có thể làm được đối vơi sóng mang không dây.
WIMAX có thể được sử dụng đối với mạng không dây trong nhiều phương
pháp như giao thức WiFi. WiMAX là một giao thức thế hệ thứ hai cho phép sử
dụng độ rộng dải tần với hiệu suất cao, tránh nhiễu, và dự kiến cho phép tỷ lệ dữ
liệu cao hơn trên các khoảng cách dài hơn.

Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
7
7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên .v 1.2.2. Giới thiệu các chuẩn IEEE 802.16
Chuẩn 802.16 được đưa ra năm 2001 với băng tần 10-66 GHz và chỉ ứng
dụng trong phạm vi nhìn thẳng (LOS) điểm - điểm. Năm 2002 có thêm chuẩn
802.16, 802.16c. Năm 2003, được bổ sung chuẩn 802.16a chủ yếu cho truy cập
không dây băng rộng trong dải tần 2-11GHz ứng dụng được cả trong tầm nhìn
hạn chế (NLOS) điểm - đa điểm. 802.16d được đưa ra năm 2004 cho các ứng
dụng di động và cố định trong dải tần 2-66GHz và cuối cùng chuẩn 802.16e cung
cấp cho khả năng di động tốc độ cao với băng tần từ 2-66GHz có khả năng
chuyển vùng (roaming). Sơ đồ hoá các chuẩn giao diện không gian 802.16 như
sau:

Hình 1.2: Các chuẩn 802.16 tiêu biểu
Bảng 1.1: Tóm tắt các chuẩn 802.16 cơ bản
Chuẩn
802.16-2001
802.16-2004
802.16e-2005

Mannagement)
đã được nghiên
cứu

Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
8
8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên .v Môi trường
truyền
LOS
NLOS
NLOS
Tốc độ
32-134Mbps
BW=28MHz
Lên tới 75Mbps
WB= 20MHz
Lên tới 15 Mbps
BW=5MHz
Điều chế
QBSK,16 QAM
và 64 QAM
OFDM 256,
OFDMA, BPSK,
QPSK, 16 QAM và
QAM
OFDM 256,

9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên .v

.
.
.
WiMAX

Mạng WiMAX và thử nghiệm ở Việt Nam
10
10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên .v .
WiMAX
WiMAX.
1.2.4. Các mô hình ứng dụng
WIMAX được đề xuất 2 mô hình ứng dụng là cố định và di động.
Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX)
Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE.802.16-2004.
Tiêu chuẩn này gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với các
anten đặt cố định tại nhà các thuê bao. Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp
tương tự như chảo thông tin vệ tinh
Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưng tất
nhiên tín hiệu thu không tốt bằng anten ngoài trời. Băng tần hoạt động (theo quy
định và phân bổ của quốc gia) trong băng 2,5GHz hoặc 3,5GHz. Độ rộng băng