Đề tài WiMAX di động: Tổng quan kỹ thuật - Cấu trúc hoạt động

1 WiMAX di động: Tổng quan kỹ thuật - đánh giá hoạt động (phần 1) Đỗ Ngọc Anh 1. MỞ ĐẦU WiMAX di động (Mobile WiMAX) là giải pháp không dây băng rộng cho phép phủ sóng mạng băng rộng không dây và cố định nhờ công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng trên diện rộng với kiến trúc mạng linh hoạt. Giao diện WiMAX di động sử dụng công nghệ OFDM để cải thiện hiệu suất đa đường (multi-path) trong các môi trường không theo tầm nhìn thẳng (NLOS). OFDMA thay đổi tỉ lệ (S-OFDMA) được giới thiệu trong phần bổ sung IEEE 806.16e để hỗ trợ băng thông kênh tỉ lệ (co dãn) từ 1.25 đến 2 MHz. Nhóm kỹ thuật di động (Mobile Technical Group) trong diễn đàn WiMAX Forum đang phát triển tham số hệ thống cho WiMAX di động qua đó xác định các đặc tính bắt buộc và tuỳ chọn của chuẩn IEEE - là chuẩn giao diện vô tuyến tương thích với WiMAX di động. Tham số WiMAX di động cho các hệ thống di động được phép cấu hình trên cơ sở một tập các đặc tính cơ bản để đảm bảo chức năng cơ bản nhất cho các thiết bị đầu cuối (terminal) và các trạm gốc (base station). Đó là các cấu hình được tối ưu về dung lượng hoặc được tối ưu về phủ sóng. Phiên bản WiMAX di động phiên bản 1 sẽ bao gồm các băng thông kênh 5, 7, 8.75 và 10 MHz dành cho các dải tần được cấp phép trên thế giới như: 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.3 GHz và 3.5 GHz. Các hệ thống WiMAX di động cung cấp khả năng mở rộng về cả công nghệ truy nhập vô tuyến và kiến trúc mạng, do đó cung cấp khả năng linh động cao trong các lựa chọn phát triển mạng và cung cấp dịch vụ. Một số các đặc điểm chính mà WiMAX di động hỗ trợ là: Tốc độ dữ liệu cao: Các kỹ thuật anten MIMO cùng với các nguyên lý chia nhỏ kênh (sub-channelization) linh hoạt, mã hoá và điều chế nâng cao, tất cả làm cho công nghệ WiMAX di động có khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu đường xuống (DL) tối đa lên tới 63Mbps cho một sector và tốc độ dữ liệu đường lên (UL) tối đa lên tới 28Mbps cho một sector trong một kênh 10MHz. Chất lượng dịch vụ (QoS): Tiền đề cơ bản của kiến trúc MAC (Media Access Control) trong IEEE 802.16 là QoS. Nó định nghĩa luồng dịch vụ (Service Flows) mà có thể ánh xạ đến các điểm mã DiffServ hoặc các nhãn luồng MPLS để cho phép kết nối đầu cuối tới đầu cuối (end-to-end) theo giao thức IP trên cơ sở QoS. Ngoài ra, các nguyên lý báo hiệu trên cơ sở kênh chi nhỏ kênh (sub-channelization) và MAP cung cấp một cơ chế linh động cho việc lập lịch tối ưu tài nguyên không gian, tần số và thời gian trên giao diện vô tuyến theo khung (frame by frame). Tính mềm dẻo: Tài nguyên phổ cho băng rộng không dây được cấp phát khác nhau. Vì vậy công nghệ WiMAX di động được thiết kế để có thể linh hoạt (mềm dẻo) để hoạt động trong các kênh khác nhau từ 1.25 đến 20 MHz thoả mãn các yêu cầu trên toàn cầu. Khả năng bảo mật: Các đặc tính khả năng bảo mật trong WiMAX di động là tốt nhất trong lớp với sự xác thực trên theo EAP, mã hoá được xác thực theo AES-CCM, các nguyên bảo vệ bản tin điều khiển theo CMAC và HMAC. Các xác thực cho một tập các người dùng đang tồn tại bao gồm: thẻ SIM/USIM, các thẻ thông minh (Smart Card), các chứng chỉ số (Digital Certificate), các nguyên lý Username/Password theo các phương pháp EAP tương ứng cho kiểu nhận thực. Khả năng di động: WiMAX di động hỗ trợ các nguyên lý chuyển giao tối ưu với trễ nhỏ hơn 50 msec để đảm bảo các ứng dụng thời gian thực như VoIP với dịch vụ không bị suy giảm. Các nguyên lý quản lý khoá linh động mà bảo mật được duy trì trong quá trình chuyển giao. 2. Lớp vật lý 2.1. Cở sở OFDMA 2 Công nghệ ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) là một kỹ thuật ghép kênh, nó chia nhỏ băng thông thành các tần số sóng mang con. Trong một hệ thống OFDM, luồng dữ liệu đầu vào được chia thành các luồng con song song với tốc độ giảm (và như vậy tăng khoảng thời gian của ký hiệu – symbol) và mỗi luồng con được được điều chế và truyền trên một sóng mang con (sub-carrier) trực giao tách biệt. Khoảng thời gian cho mỗi biểu trưng tăng sẽ cải thiện khả năng chống lại trễ lan truyền của OFDM. Hơn nữa, tiền tố vòng - CP (cyclic prefix) có thể hoàn toàn loại bỏ nhiễu xuyên ký hiệu (ISI) miễn là thời lượng CP lâu hơn trễ kênh lan truyền. CP chính là sự lặp lại phần dữ liễu gồm các mẫu cuối của khối được gắn vào trước một tải tin. Chính CP chống lại nhiễu liên khối và làm kênh quay vòng và cho phép cân bằng miền tần số với độ phức tạp thấp. Tuy vậy, một hạn chế của CP là nó được thêm vào trước tải tin làm giảm hiệu suất sử dụng băng thông. CP không chỉ làm giảm hiệu suất băng thông, ảnh hưởng của CP cũng tương tự như hệ số roll- off trong các hệ thống sóng mang đơn được lọc cosine nâng. Do OFDM có một phổ "tường gạch" (đan xen) rất nhọn, một tỉ lệ lớn các băng thông kênh cấp phát có thể được sử dụng cho truyền số liệu, giúp làm giảm suy hao hiệu suất do tiền tố vòng CP. OFDM khai thác sự phân tập tần số của kênh đa đường bằng cách mã hoá và chèn thông tin trên các sóng mang con trước khi truyền đi. Điều chế OFDM có thể thực hiện được với biến đổi ngược Fourier nhanh - IFFT, phép biến đổi này cho phép một số lượng lớn các sóng mang con (lên tới 2048) với độ phức tạp thấp. Trong một hệ thống OFDM, tài nguyên sẵn có trong miên thời gian chính là các symbol OFDM và trong miền tần số chính là các sóng mang con. Tài nguyên về thời gian và tần số có thể được tổ chức thành các kênh con (sub-channel) cấp phát cho người dùng. OFDMA là một nguyên lý đa truy cập/ ghép kênh cung cấp khả năng ghép kênh các luồng dữ liệu từ nhiều người dùng trên các kênh con hướng xuống và đa truy nhập hướng lên nhờ các kênh con hướng lên. 2.2. Cấu trúc symbol OFDMA và kênh con hoá Cấu trúc symbol OFDMA gồm 3 loại sóng mang con như Hình 4: - Sóng mang con dữ liệu (data) cho truyền dữ liệu - Sóng mang con dẫn đường (pilot) cho mục đích ước lượng và đồng bộ - Sóng mang con vô dụng (null) không để truyền dẫn; được sử dụng cho các băng bảo vệ và các sóng mang DC. Các kênh con tích cực (dữ liệu và dẫn đường) được nhóm lại thành các tập con các sóng mang con gọi là các kênh. OFDMA PHY hỗ trợ kênh con hoá ở cả hướng xuống – DL và hướng lên – UL. Đơn vị tài nguyên tần số thời gian tối thiểu là một khe bằng với 48 âm điệu dữ liệu (các sóng mang con). Có hai kiểu hoán vị các kiểu sóng mang con cho kênh con hoá; phân tập (diversity) và lân cận (contiguous). Hoán vị phân tập kéo theo các sóng mang con ngẫu nhiên tạo thành các kênh con. Nó cung cấp phân tập tần số và lấy trung bình nhiễu liên tế bào. Các hoán vị phân tập gồm DL FUSC (Fully Used Sub-carrier – sóng mang con sử dụng hoàn toàn), DL PUSC (Partially Used Sub-Carrier – sóng mang con sử dụng một phần) và UL PUSC và Hình 1: Cấu trúc sóng mang con OFDMA … Sóng mang con dữ liệu Sóng mang con DC Sóng mang con dẫn đường Sóng mang con giám sát … … 3 các hoán vị tuỳ chọn thêm vào. Với DL PUSC, mỗi cặp symbol OFDM, các sóng mang con khả dụng được nhóm lại thành các cluster chứa 14 sóng mang con lân cận trên mỗi khoảng thời gian của symbol, với cấp phát dữ liệu và dẫn đường trong mỗi cluster trong các symbol chẵn và lẻ như mô tả trên Hình 1. Một nguyên lý sắp xếp lại được sử dụng để tạo thành các nhóm cluster chẳng hạn mỗi nhóm được tạo thành bởi các cluster được phân bố qua không gian các sóng mang con. Mỗi kênh con trong một nhóm chứa hai cluster và được tạo bởi 48 sóng mang con và 8 sóng mang dẫn đường (pilot). Các sóng mang con dữ liệu trong mỗi nhóm được tiếp tục hoán vị để tạo thành các kênh con trong phạm vi nhóm. Vì vậy, chỉ các vị trí dẫn đường trong cluster là được biểu thị trong hình 2. Các sóng mang con dữ liệu trong cluster được phân bổ cho nhiều kênh con. Cấu trúc cluster cho DL, một cấu trúc lát (tile) được định nghĩa cho UL PUSC có định dạng như Hình 3. Không gian sóng mang con khả dụng sẽ được phân chia thành các lát (tile) và 6 lát, được chọn từ toàn bộ phổ theo nguyên lý hoán vị/ sắp xếp lại, và được nhóm lại với nhau tạo thành khe (slot). Một slot gồm 48 sóng mang con dữ liệu và 24 sóng mang cón dẫn đường trong 3 symbol OFDM. Hoán vị lân cận nhóm một khối các sóng mang lân cận tạo thành một kênh con. Các hoán vị lân cận gồm AMC hướng DL và AMC hướng UL có cùng cấu trúc. Trong một symbol có 9 sóng mang con lân cận (gọi là bin), với 8 trong số đó được ấn định cho dữ liệu (data) và 1 được ấn định cho dẫn đường (pilot). Một slot trong AMC được định nghĩa như một tập các bin của kiểu (NxM =6), trong đó N là số các bin lân cận và M là số các symbol cận. Do vậy các tổ hợp cho phép là [(6 bins, 1 symbol) 2.3. Scalable OFDMA Chế độ OFDM cho mạng không dây diện rộng (Wireless MAN) theo chuẩn IEEE 802.16e- 2005 dựa trên kỹ thuật S-OFDMA (Scalable OFDMA). S-OFDMA hỗ trợ nhiều dải băng thông khác nhau để xác định hoạt động nhu cầu cấp phát phổ khác nhau và các yêu cầu mô hình sử dụng. Khả năng tỉ lệ được hộ trợ nhờ điều chỉnh kích thước FFT trong khi vẫn giữ Hình 2: Tần số DL gồm nhiều kênh con Các ký hiệu chãn Các ký hiệu lẻ Sóng mang con dữ liệu Sóng mang con điều khiển Ký hiệu 0 Sóng mang con dữ liệu Sóng mang con điều khiển Ký hiệu 1 Ký hiệu 2 Hình 3: Cấu trúc tile cho đường lên UL PUSC 4 nguyên độ rộng băng tần sóng mang con là 10.94 KHz. Do vậy băng thông sóng mang con theo đơn vị tài nguyên và độ dài của symbol là cố định, ảnh hưởng ở các lớp cao hơn cũng được tối thiểu hoá khi lấy tỉ lệ băng thông. Các tham số S-OFDMA được liệt kê trong Bảng 1. Các băng thông hệ thống cho hai hồ sơ mà nhóm kỹ thuật WiMAX Forum đưa ra lần đầu (Release-1) là 5 và 10 MHz. Bảng 1: Các tham số tỉ lệ OFDMA Tham số Giá trị Băng thông kênh hệ thống (MHz) 1.25 5 10 20 Tần số lấy mẫu (Fp ở MHz) 1.4 5.6 11.2 22.4 Kích thước FFT (NFFT) 128 512 1024 2048 Số kênh con (sub-channels) 2 8 16 32 Độ rộng tần số sóng mang con 10.94 Khz Khoảng thời gian symbol (Tb=1/f) 91.4 ms Khoảng thời gian bảo vệ (Tg=Tb/8) 11.4 ms Khoảng biểu trưng OFDMA (Ts=Tb+Tg) 102.9 ms Số biểu trưng OFDMA (Khung 5 ms) 48 2.4. Cấu trúc khung TDD Chuẩn 802.16e hỗ trợ TDD và FDD bán song công; tuy nhiên phê chuẩn WiMAX di động đưa ra lần đầu tiên chỉ có TDD. Với những phát hành sắp tới, WiMAX Forum sẽ đề cập đến FDD cho các thị trường xác định – nơi mà các yêu cầu ổn định phổ cục bộ sẽ hoặc kế thừa TDD hoặc sẽ triển khai FDD. Đối với các vấn đề nhiễu, TDD không yêu cầu sự đồng bộ hệ thống ở diện rộng; trái lại TDD sẽ ưu tiên chế độ song công bởi các lý do: - TDD cho phép điều chỉnh tỉ lệ DL/UL (đường xuống/đường lên) để hỗ trợ hiệu quả lưu lượng không đối xứng giữa đường xuống và đường lên (với FDD thì tỉ lệ đường xuống và lên là không đổi và thường là bằng băng thông của đường xuống và đường lên). - TDD đảm bảo sự trao đổi kênh để: hỗ trợ khả năng điều chỉnh đường truyền, MIMO và các công nghệ anten vòng kín cao cấp khác. - Không như FDD yêu cầu một cặp kênh, TDD chỉ yêu cầu một kênh đơn cho cả đường lên và đường xuống đem lại khả năng điều chỉnh linh động sự cấp phát tần số toàn cục. - Các thiết kế bộ thu phát để triển khai TDD cũng ít phức tạp và ít tốn kém hơn. Hình 7 minh hoạ cấu trúc khung OFDM ở chế độ TDD. Mỗi khung được chia thành các khung con hướng xuống (DL) và hướng lên (UL) bởi bộ Phát/Thu và Thu/Phát (TTG và RTG) để tránh xung đột giữa hướng DL và UL. Trong một khung, thông tin điều khiển dùng để đảm bảo hoạt động hệ thống được tối ưu: - Phần đầu khung (Preamble): Là symbol OFDM đầu tiên của khung dùng để đồng bộ. - Tiêu đề điều khiển khung (FCH): FCH nằm sau phần mở đầu khung. Nó cho biết thông tin cấu hình khung như độ dài bản tin MAP, nguyên lý mã hoá và các kênh con khả dụng. - DL-MAP và UL-MAP: DL-MAP và UL-MAP cho biết cấp phát kênh con và các thông tin điều khiển khác lần lượt cho các khung con DL và UL. - Sắp xếp UL: Kênh con sắp xếp cho UL được cấp phát cho trạm di động (MS) để thực hiện điều chỉnh: thời gian vòng kín, tần số và công suất cung như yêu cầu băng thông. - UL CQICH: Kênh UL CQICH cấp phát cho MS để phản hồi trạng thái kênh. - UL ACK: Kênh UL ACK cấp cho MS để xác nhận phản hồi DL HARQ. 5 2.5. Các đặc tính lớp PHY cao cấp khác WiMAX di động đã đưa ra các kỹ thuật: AMC - điều chế thích nghi và mã hoá, HARQ – Yêu cầu lặp lại tự động lại kiểu kết hợp, CQICH - Phản hồi kênh nhanh để nâng cao khả năng phủ sóng, dung lượng cho WiMAX trong các ứng dụng di động. Trong WiMAX di động ở đường xuống, bắt buộc phải có các hỗ trợ điều chế QPSK, 16QAM và 64QAM, còn ở đường lên, 64QAM là tuỳ chọn. Cả mã hoá vòng và mã hoá Turbo vòng với tốc độ mã thay đổi và mã lặp cũng được hỗ trợ. Ngoài ra, mã khối Turbo và mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC) cũng được hỗ trợ tuỳ chọn. Bảng 2 tổng kết các nguyên lý mã hoá và điều chế hỗ trợ trong WiMAX di động (điều chế và mã hoá hướng lên tuỳ chọn được in nghiêng). Bảng 2: Các kỹ thuật mã hoá và điều chế được hỗ trợ Hướng xuống – DL Hướng lên – UL Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM CC 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 1/2, 2/3, 5/6 CTC 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 1/2, 2/3, 5/6 Tốc độ mã Mã lặp x2, x4, x6 x2, x4, x6 Sự tổ hợp các kỹ thuật điều chế và các tốc độ mã đem lại sự tinh phân giải tốc độ dữ liệu như minh hoạ trong Bảng 3 (với độ rộng các kênh là 5 và 10 MHz với các kênh con PUSC). Độ dài khung là 5 ms. Mỗi khung có 48 biểu trưng OFDM gồm 44 biểu trưng OFDM sẵn sàng để truyền dữ liệu. Các giá trị được đánh dấu màu là để chỉ các tốc độ cho kỹ thuật 64QAM tuỳ chọn ở đường lên. Hình 4: Cấu trúc khung WiMAX OFDMA FCH Số ký hiệu OFDM Truyền chuỗi DL #2 Lệnh viết ký hiệu được mã hóa Số k ên h co n th eo lô gí c UL MAP DL MAP UL MAP M ở đầ u 1 8-1 8 8+1 N Truyền chuỗi DL #7 Truyền chuỗi DL #4 Truyền chuỗi DL #5 Truyền chuỗi DL #1 T. chuỗi DL #3 Truyền chuỗi DL #6 ACK-CH Sắp xếp theo thứ tự Truyền chuỗi 1 Truyền chuỗi 2 Truyền chuỗi 3 Truyền chuỗi 4 Truyền chuỗi 5 Thông tin phản hồi nhanh (CQICH) 0 1 3 5 7 9 … … N-1 0 … … … M-1 Khung con đường xuống Khung con đường lên Ngăn ngừa 6 Bảng 3: Tốc độ dữ liệu PHY với các kênh con PUSC trong WiMAX di động Tham số Hướng xuống Hướng lên Hướng xuống Hướng lên Băng thông hệ thống 5 MHz 10 MHz Kích thước FFT 512 1024 Sóng mang con NULL 92 104 184 184 Sóng mang con Pilot 60 136 120 280 Sóng mang con dữ liệu 360 272 720 560 Kênh con 15 17 30 35 Thời gian biểu trưng, Ts 102.9 ms Độ dài khung 5 ms Số biểu trưng OFDM/ khung 48 Số biểu trưng OFDM cho dữ liệu 44 Kênh 5 MHz Kênh 10 MHz Mã hoá Tốc độ mã Tốc độ DL Mbps Tốc độ UL Mbps Tốc độ DL Mbps Tốc độ UL Mbps 1/2 CTC, 6x 0.53 0.38 1.06 0.78 1/2 CTC, 4x 0.79 0.57 1.58 1.18 1/2 CTC, 2x 1.58 1.14 3.17 2.35 1/2 CTC, 1x 3.17 2.28 6.34 4.70 QPSK 3/4 CTC 4.75 3.43 9.50 7.06 1/2 CTC 6.34 4.57 12.67 9.41 16QAM 3/4 CTC 9.50 8.85 19.01 14.11 1/2 CTC 9.50 6.85 19.01 14.11 2/3 CTC 12.67 9.14 25.34 18.82 3/4 CTC 14.26 10.28 28.51 21.17 64QAM 5/6 CTC 15.84 11.42 31.68 23.52 Bộ lập lịch trạm gốc xác định tốc độ dữ liệu phù hợp cho mỗi cấp phát cụm (burst) dựa trên kích thước bộ đệm và điều kiện truyến sóng ở phía thu, v.v… Một kênh chỉ thị chất lượng kênh (CQI – Channel Quality Indicator) được sử dụng để cung cấp thông tin trạng thái kênh từ thiết bị đầu cuối người dùng đến bộ lập lịch trạm gốc. Thông tin trạng thái kênh tương ứng từ kênh CQICH gồm: CINR vật lý, CINR hiệu quả, lựa chọn chế độ MIMO và lựa chọn kênh con lựa chọn tần số. Với kỹ thuật TDD, khả năng điều chỉnh kênh lợi dụng ưu điểm khả năng trao đổi kênh để cung cấp thông tin chính xác hơn về tình trạng kênh. WiMAX di động cũng hỗ trợ HARQ. HARQ được phép sử dụng giao thức “Dừng và Đợi” N kênh để cung cấp khả năng đáp ứng nhanh để đóng gói lỗi và cải tiến khả năng phủ sóng đường biên cell. Ngoài ra để cải thiện hơn nữa sự ổn định của đường truyền. Một kênh dành riêng ACK cũng được cung cấp ở đường lên để báo hiệu ACK/NACK của HARQ. Hoạt động đa kênh HARQ cũng được hỗ trợ. ARQ đa kênh dừng-và-đợi (stop-and-wait) với một số lượng nhỏ kênh là một giao thức đơn giản mà hiệu quả cho phép tối thiểu bộ nhớ yêu cầu cho HARQ. WiMAX cũng cung cấp báo hiệu cho phép hoạt động ở chế độ không đồng bộ. Chế độ không đồng bộ cho phép các độ trễ khác nhau giữa những lần truyền lại và chính điều này đem lại sự linh hoạt cho bộ lập lịch do sự hiệu quả của mào đầu thêm vào khi cấp phát phiên truyền lại. HARQ kết hợp với CQICH và AMC sẽ cung cấp khả năng thay đổi đường truyền trong môi trường di động với tốc độ xe tải không vượt quá 120 Km/giờ. 2.6. Mô tả lớp MAC (Media Access Control) Chuẩn 802.16 lúc đầu được phát triển cho các dịch vụ băng rộng như thoại, dữ liệu và video. Lớp MAC dựa theo chuẩn DOCSIS và có thể hỗ trợ lưu lượng dữ liệu cụm với tốc độ định cao ngay cả khi đang hỗ trợ lưu lượng thoại và luồng video trên cùng một kênh. 7 Tài nguyên cấp phát cho một thiết bị đầu cuối bởi bộ lập lịch MAC có thể thay đổi từ một khe thời gian đơn đến toàn bộ khung, do vậy có thể cung cấp một dải rất rộng thông lượng cho một người dùng đầu ở một thời điểm cho trước bất kỳ. Hơn nữa, thông tin cấp phát tài nguyên được chuyển thành các bản tin MAP ở đầu mỗi khung nên bộ lập lịch có thể thay đổi sự cấp phát tài nguyên theo từng khung để thích ứng với trạng thái lưu lượng cụm. 2.7. Hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) Với tốc độ đường truyền vô tuyến cao, khả năng truyền bất đối xứng đường lên/đường xuống và một cơ chế cấp phát tài nguyên linh hoạt, WiMAX di động hoàn toàn có thể đáp ứng được các yêu cầu QoS cho nhiều loại hình dịch vụ và ứng dụng dữ liệu. Trong lớp MAC của WiMAX di động, QoS được đảm bảo qua các luồng dịch vụ như Hình 5. Đó là các luồng tin được cung cấp với một tập các tham số QoS. Trước khi cung cấp một loại hình dữ liệu, trạm gốc và đầu cuối của người dùng phải thiết lập một đường kết nối logic theo một hướng nhất định giữa các MAC ngang hàng. MAC đầu ra kết hợp với các gói tin chuyển đến giao diện MAC tạo thành một luồng dịch vụ để truyền trên kênh kết nối đã thiết lập. Các tham số QoS tương ứng với luồng dịch vụ xác định thứ tự truyền và lập lịch trên đường vô tuyến. Do vậy QoS hướng kết nối này có thể cung cấp thông tin điều khiển chính xác trên đường vô tuyến. Do đường truyền vô tuyến thường bị nút cổ chai, nên QoS hướng kết nối đảm bảo được điều khiển QoS đầu cuối tới đầu cuối. Các tham số luồng dịch vụ có thể được quản lý một cách linh hoạt thông qua các bản tin MAC để thoả mãn yêu cầu dịch vụ. Luồng dữ liệu dựa trên cơ chế QoS như vậy áp dụng cho cả đường lên và đường xuống đã cải thiện được QoS cho cả hai hướng. WiMAX di động hỗ trợ nhiều loại ứng dụng và dịch vụ dữ liệu với các yêu cầu QoS khác nhau. Bảng 4 đưa ra kết luận tổng hợp. Bảng 4: Các ứng dụng WiMAX di động và QoS Yêu cầu QoS Ứng dụng Đặc tính kỹ thuật QoS UGS Dịch vụ cho phép tự nguyện VoIP - Tốc độ duy trì tối đa - Dung sai trễ tối đa - Dung sai Jitter rtPS Dịch vụ thời gian thực Luồng Audio hoặc Video - Tốc độ dự phòng tối đa - Tốc độ duy trì tối đa - Dung sai trễ tối đa - Mức ưu tiên lưu lượng ErtPS Dịch vụ thời gian Thoại với khả năng loại vùng nặng - Tốc độ dự phòng tối đa Hình 5: Hỗ trợ QoS WiMAX di động Các luồng dịch vụ Luồng dịch vụ ID: SFID Kết nối ID : CID Điều khiển : DL/UL Các tham số QoS yêu cầu iải thô UL Bộ p hâ n lo ại B ộ lậ p th ời bi ể BS MS1 MS2 PDU (FSID, CID) PDU (SFID, CID) Các kết nối MAC (Các tham số QoS) 8 thực mở rộng - Tốc độ duy trì tối đa - Dung sai trễ tối đa - Dung sai Jitter - Mức ưu tiên lưu lượng nrtPS Dịch vụ không theo thời gian thực Giao thức truyền file FTP - Tốc độ dự phòng tối đa - Tốc độ duy trì tối đa - Mức ưu tiên lưu lượng BE Dịch vụ tốt nhất Truyền dữ liệu, Duyệt Web, .v.v - Tốc độ duy trì tối đa - Mức ưu tiên lưu lượng 2.8. Dịch vụ lập lịch trình MAC (Media Access Control) Dịch vụ lập lịch MAC có những thuộc tính sau cho dịch vụ dữ liệu băng thông rộng. - Bộ lập lịch dữ liệu nhanh - Lập lịch trình cho cả đường xuống và đường lên: Cấp phát tài nguyên động: - QoS hướng kết nối: - Lập lịch lựa chọn tần số 2.9. Quản lý di động Thời gian pin (battery life) và chuyển giao (handoff) là hai vấn đề tranh luận trong các ứng dụng di động. WiMAX di động hỗ trợ chế độ ngủ (Sleep Mode) và chế độ rỗi (Idle Mode) cho phép vận hành MS hiệu quả. WiMAX di động cũng hỗ trợ khả năng chuyển giao trong suốt cho phép MS có thể chuyển từ một trạm gốc này sang một trạm gốc khác với tốc độ xe tải mà không bị gián đoạn kết nối. 2.10. Quản lý nguồn năng lượng WiMAX di động hỗ trợ hai chế độ vận hành hiệu năng – Sleep Mode và Idle Mode. Sleep Mode là trạng thái mà MS ở trong giai đoạn trước khi có bất cứ trao đổi thông tin gì với trạm gốc qua giao diện vô tuyến. Nhìn từ phía trạm gốc, những giai đoạn này có đặc điểm là không khả dụng với MS cho cả hướng xuống (DL) hay hướng lên (UL). Chế độ Sleep Mode cho phép MS tối thiểu năng lượng tiêu thụ và tối thiểu tài nguyên vô tuyến của trạm gốc. Chế độ Sleep Mode cũng cung cấp khả năng linh hoạt cho MS để dò các trạm gốc khác để thu thập thông tin hỗ trợ chuyển giao (handoff) trong chế độ Sleep Mode. Idle Mode cung cấp một cơ chế cho MS để sẵn sàng một cách định kỳ nhận các bản tin quảng bá hướng xuống (DL) mà không cần đăng ký với một trạm gốc xác định nào khi MS di chuyển trong một môi trường có đường truyền vô tuyến được phủ sóng bởi nhiều trạm gốc. Chế độ Idle Mode làm lợi cho MS bằng cách loại bỏ yêu cầu chuyển giao (handoff) và các hoạt động bình thường khác và làm lợi cho mạng và trạm gộc bằng cách loại bỏ giao diện vô tuyến và lưu lượng chuyển giao (handoff) của mạng từ các MS không hoạt động trong khi vẫn cung cấp một phương pháp đơn giản để báo cho MS về lưu lượng DL đang xử lý. 2.11. Chuyển giao Có ba phương pháp chuyển giao được chuẩn 802.16e hỗ trợ - Chuyển giao cứng (Hard Handoff – HHO), Chuyển trạm gốc nhanh (Fast Base Station Switching – FBSS) và Chuyển giao phân tập vĩ mô (Macro Diversity Handover – MDHO). Trong đó, chuyển giao HHO là bắt buộc còn FBSS và MDHO là hai chế độ tuỳ chọn. Những cải tiến này được phát triển với mục đích giữ cho trễ chuyển giao lớp 2 ít hơn 50 ms. Khi được hỗ trợ FBSS, MS và BS duy trì một danh sách các BS mà liên quan đến FBSS với MS. Tập này gọi là một tập tích cực (Set Active). Trong FBSS, MS tiếp tục theo dõi các trạm gốc trong tập Active Set. Trong các BS của tập Active Set, một Anchor BS được 9 định nghĩa. Khi hoạt động trong FBSS, MS chỉ trao đổi với Anchor BS cho các bản tin đường lên và đường xuống chứa các kết nối lưu lượng và quản lý. Việc chuyển từ một Anchor BS đến trạm khác (chẳng hạn chuyển giao BS) được thực hiện mà không cần có sự hiện diện của các bản tin báo hiệu HO. Các thủ tục cập nhật “mỏ neo” được thực hiện bởi cường độ tín hiệu giữa trạm gốc phục vụ thông qua kênh CQI. Một chuyển giao FBSS bắt đầu một quyết định dựa trện MS nhận hoặc phát dữ liệu từ trạm anchor BS mà nó có thể được thay đổi trong tập tích cực. MS dò tìm các BS lân cận và lựa chọn trạm nào thích hợp nhất trong tập tích cực. MS gửi báo cáo cho BS được chọn và thủ tục cập nhật tập tích cực được thực hiện bởi BS và MS. MS tiếp tục theo dõi cường độ tín hiệu của các BS trong tập tích cực và lựa chọn một BS để trở thành anchor BS. MS gửi báo cáo đến BS lựa chọn trên kênh CQICH hoặc MS khởi tạo bản tin yêu cầu HO. Một yêu cầu quan trọng của FBSS là dữ liệu sẽ được truyền đồng thời đến tất cả các phần tử của tập các BS hoạt động sẵn sang phục vụ MS. Đối với các MS và BS hỗ trợ MDHO, MS và BS duy trì một tập các BS hoạt động mà có chế độ MDHO với MS. Trong số các BS của tập các trạm gốc hoạt động, một BS mỏ neo được định nghĩa. Chế độ thông thường để hoạt động chính là một trường hợp cụ thể của MDHO với tập các trạm gốc hoạt động chỉ gồm một BS đơn lẻ. Khi hoạt động trong chế độ MDHO, MS trao đổi với tất cả BS trong tập các trạm gốc hoạt động thông qua các bản tin đơn hướng cả hướng lên và hướng xuống. Một phiên MDHO bắt đầu khi một MS quyết định truyền và nhận lưu lượng và bản tin đơn hướng từ nhiều BS trong cùng khoảng thời gian. Đối với MDHO đường xuống, có hai hoặc nhiều hơn BS cung cấp khả năng truyền đồng bộ cho dữ liệu đường xuống MS và như vậy kết hợp phân tập được thực hiện ở MS. Đối với đường lên MDHO, việc truyền dẫn từ MS được thu bởi nhiều BS ở đó thông tin phân tập lựa chọn nhân được được thực hiện. 2.12. Bảo mật WiMAX di động hỗ trợ tốt nhất các đặc tính bảo mật lớp nhờ áp dụng các công nghệ tốt nhất đang sẵn có hiện nay. Nó hỗ trợ cho nhận thực giữa thiết bị/người dùng, giao thức quản lý khoá lính động, mã hoá lưu lượng, bảo vệ bản tin mặt phẳng quản lý và tối ưu hoá giao thức bảo mật cho các chuyển giao nhanh. Các nội dung chính của đặc điểm bảo mật là: - Giao thức quản lý khoá. - Nhận thực thiết bị/người sử dụng. - Mã hoá lưu lượng. - Bảo vệ các bản tin điều khiển. - Hỗ trợ chuyển giao nhanh. (Còn tiếp)