Tìm hiểu về xu hướng phát triển thông tin di động 4G

Tóm tắt Ngày nay xu thế phát triển của công nghệ đã đưa ra các giải pháp tối ưu về mạng và khả năng cung cấp các ứng dụng từ hệ thống mạng càng tăng cao, đặc biệt là các mạng không dây. Với những thiết bị đầu cuối di động như điện thoại, máy tính sách tay v v ,người dùng có thể thực hiện các kết nối vô tuyến thông qua các nhà cung cấp dịch vụ. Cùng với khả năng truyền thông di động ngày càng được mở rộng nhờ sự phát triển của thông tin vô tuyến thì các hệ thống di động mới ra đời và được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Hiện nay, Việt Nam đang sử dụng hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G trong khi mạng tế bào di động 3G đã trở nên phổ biến và chuẩn bị được thay thế bởi một thế hệ mạng có khả năng khắc phục tất cả các nhược điểm của 3G, bao gồm một lượng lớn mạng truy cập, cung cấp kết nối tất cả các người dùng ở bất kỳ đâu, tại bất kỳ thời điểm nào. Đó chính là thông tin di động thế hệ 4G. Với tất cả các lợi thế và ưu điểm đã làm cho 4G trở thành thế hệ mạng không dây lôi cuốn trong tương lai. Chính vì vậy em đã chọn đề tài Tìm hiểu về xu hướng phát triển thông tin di động 4G để nghiên cứu sâu về các giải pháp mạng không dây với hi vọng 4G sẽ là một hệ thống di động tối ưu trong tương lai gần, và mô hình thực thi 4G tại Việt Nam trở thành hiện thực. THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G . 3 1.1 Tổng quan về thông tin di động . 3 1.2 Thông tin di động thế hệ 4 4 CHƯƠNG 2: WLAN 7 2.1 Giới thiệu WLAN 7 2.2 Chuẩn IEEE 802.11 . 7 2.2.1 Kiến trúc chung IEEE 802.11 . 8 2.2.1.1 Cấu trúc hệ thống . 9 2.2.1.2 Đặc tính cơ bản của hệ thống . 9 2.2.1.3 Lớp vật lý . 11 2.2.1.4 Lớp MAC . 12 2.2.1.5 Cấu trúc MAC 13 2.2.1.6 Khả năng kết hợp . 18 2.2.1.7 Chứng thực và bảo mật 19 2.2.1.8 Phân đoạn . 20 2.2.1.9 Cơ chế đồng bộ 20 2.2.1.10 Di động 21 2.2.1.11 Khả năng lưu trữ 21 2.2.1.12 Khả năng hỗ trợ . . 23 2.3 HIPERLAN-2 23 2.3.1 Giới thiệu . 23 2.3.2 Cấu trúc chung của HIPERLAN 23 2.3.3 Cấu trúc hệ thống HIPERLAN-2 . . 25 2.3.4 Đặc tính cơ bản của hệ thống . 26 2.3.5 Lớp vật lý 27 2.3.6 Lớp DCL . 27 2.3.6.1 Lớp MAC . 31 2.3.6.2 Thao tác MAC . . 31 Hệ th ố ng thông tin di độ ng 4G Mục lục Trang Lời mở đầu . 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ HỆ 2.3.6.3 Khung MAC . 32 2.3.6.4 Địa chỉ MAC 33 2.3.6.5 Truy cập tới RCH . 33 2.3.7 Các DCL khác 33 2.3.8 Handover . 36 2.3.9 CL . 38 2.3.10 Hỗ trợ QoS trong HIPERLAN-2 38 2.4 MMAC-PC . 39 2.5 Triển khai cơ sở hạ tầng IEEE 802.11 . 41 2.5.1 Băng ISM và phân bố kênh 41 2.5.2 Tín hiệu, nhiễu và vùng phủ sóng . 44 2.5.3 Tín hiệu và nhiễu trong băng tần ISM 44 2.5.4 Vùng phủ sóng 46 2.5.5 IEEE 802.11 cho không gian tự do . 48 CHƯƠNG 3: WPANs . 50 3.1 Giới thiêu 50 3.2 Một số khái niệm . 52 3.3 Tổng quan Bluetooth . 53 3.3.1 Cấu trúc Bluetooth 53 3.3.2 Mô hình tham chiếu giao thức Bluetooth . 54 3.3.3 Tổng quan về giao thức lõi Bluetooth 56 3.3.3.1 Lớp radio Bluetooth . 56 3.3.3.2 Lớp dải gốc . 56 3.3.3.3 Lớp giao thức quản lý kết nối (LMP) 66 3.3.3.4 Lớp điều khiển giao thức kết nối và giao thức thích nghi . 66 3.3.3.5 Lớp giao thức phát hiện dịch vụ (SDP) . 67 3.4 PAN . 68 3.4.1 Nguyên lý cấu trúc . . 68 3.4.2 Giao diện 71 3.4.3 Giao tiếp với mạng bên ngoài . 71 3.5 Mạng Ad Hoc . 71 3.6 Bảo mật . 72 3.7 Những ứng dụng chính và khả năng hình thành mạng . 72 3.8 Các thiết bị trong hệ thống . 73 3.9 Những thách thức đối với PAN và những vấn đề mở rộng . 74 3.10 B-PAN . 75 3.11 WLAN và WPAN 76 3.12 Tóm lại . . 78 CHƯƠNG 4: SỰ HÌNH THÀNH HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G . 79 4.1 Giới thiệu . . 79 4.2 WAL . 79 4.3 Cấu trúc WAL . 80 4.4 Dịch vụ báo hiệu WAL . 81 4.4.1 Một vài định nghĩa 82 4.4.1.1 Hoạt động của WAL 82 4.4.1.2 Khuôn dạng tiêu đề WAL 82 4.4.1.3 Thủ tục đăng ký . . 83 4.4.2 Sự thiết lập association . 86 4.4.3 Dữ liệu 88 4.4.4 Thủ tục tái thiết lập sự kết hợp . 89 4.4.5 Danh sách PDU . 91 Kết luận 94

doc107 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 10/06/2013 | Lượt xem: 2004 | Lượt tải: 6download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tìm hiểu về xu hướng phát triển thông tin di động 4G, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
cũng được cấu thành bởi Bluetooth SIG nhưng chúng dựa vào ITU-T khuyến nghị Q931. 4. Chấp nhận các giao thức (PPP, UDP / TCP / IP, WAP / WAE, OBEX, vCard, vCal, vµ IrMC). Chi tiết hơn, giao thức Bluetooth gồm một giao diện điều khiển trạm (HCI) cung cấp một giao diện lệnh cho bộ điều khiển băng tần gốc, bộ điều khiển quản lý kết nối (LMC), và truy cập tới trạng thái phần cứng và thanh ghi điều khiển. Lõi Bluetooth cung cấp một hệ thống không dây chung với nhiều giao thức bao gồm những giao thức được nêu ở trên và một số giao thức được thực hiện bởi nhà sản xuất. 3.3.3 Tổng quan về giao thức lõi Bluetooth Trong phần này miêu tả các giao thức khác nhau cơ bản của chuẩn Bluetooth và các đưa ra sự giống nhau giữa các chức năng, dịch vụ của băng gốc Bluetooth với chức năng, dịch vụ của mô hình lớp OSI MAC. 3.3.3.1 Lớp radio Bluetooth Radio Bluetooth sử dụng hệ thống trải phổ nhảy tần (FHSS) thông qua 79 (theo chuẩn Châu âu và Mỹ) hoặc 23 sóng mang thứ cấp (theo chuẩn Pháp). Sóng mang thứ cấp đầu tiên được mặc định ở tần số 2.402GHz ( Châu âu và Mỹ). Các sóng mang thứ cấp được đặt cách nhau 1MHz. Tần số sóng radio được định nghĩa thấp hơn sóng mang thứ cấp và cao hơn băng tần giới hạn. Tần số sóng radio ở Châu âu là 2MHz-3.5MHz. Kênh được mô tả bởi bước nhảy liên tiếp giả ngẫu nhiên sẽ là duy nhất cho piconet. Nó cũng được định nghĩa bởi địa chỉ thiết bị Bluetooth đầu vào của máy chủ và được đồng bộ hoá với tín hiệu clock của piconet. Tốc độ bước nhảy danh định là 1,600 bước/giây. Quá trình điều chế sử dụng kỹ thuật GFSK với BT=0.5 3.3.3.2 Lớp dải gốc Lớp này cung cấp một bản đồ chuyển đổi các kênh logic thành các kênh vật lý. Các kênh này được định nghĩa thông qua các khe thời gian với độ dài mỗi khe là 625 µs và được đánh số thứ tự theo nhịp đồng hồ của piconet chủ. Hệ thống sử dụng một phương thức truy nhập TDD, giúp truyền thông tin xen kẽ giữa máy chủ và máy tớ như mô tả trong hình 3.6 Hình 3.6 TDD và định thời Bước nhảy tần số RF là cố định trong suốt thời gian gói tin tồn tại thậm trí ngay cả khi thời gian tồn tại của gói dài hơn một khe thời gian. Bước nhảy tần số cho gói tiếp theo được tính khi một gói đơn trên khe thời gian truyền (hình 3.7) Hình 3.7 Gói đa khe thời gian Các dịch vụ sau đuợc cung cấp bởi lớp giải gốc: • Sửa lỗi với FEC và thuật toán ARQ (chỉ sử dụng cho gói dữ liệu);  • Tẩy trắng dữ liệu; • Truyền (Tx)/ nhận (Rx) định tuyến và định thời; • Điều khiển luồng; • Chứng thực và mã hoá; • Quản lý quá trình truyền âm thanh; Lớp vật lý Trạm chủ và trạm tớ có thể trao đổi thông tin thông qua các kiểu kết nối khác nhau: • Kết nối định hướng đồng bộ (SCO): đây là kết nối điểm-điểm giữa chủ và tớ trong một piconet • Kết nối không định hướng đồng bộ: đây là kết nối điểm- đa điểm giữa chủ và tất cả máy tớ trong một piconet. Chúng ta thấy rằng một kết nối vật lý luôn luôn được bắt đầu bởi trạm chủ hay bởi một đơn vị mà sau đó nó trở thành chủ của một piconet vừa được hình thành. Liên kết SCO SCO liên kết các khe thời gian dự trữ và có thể được coi như kết nối chuyển mạch giữa chủ và tớ. Liên kết SCO được sử dụng để hỗ trợ thông tin về thời gian giới hạn như tiếng nói. Máy chủ có thể hỗ trợ hơn ba kết nối SCO tới cùng một máy tớ hoặc tới các máy tớ đang làm việc khác nhau. Hay nói một cách khác một máy tớ có thể hỗ trợ hơn ba kết nối SCO tới cùng một máy chủ hay hai kết nối SCO nếu đó là liên kết định hướng tới hai máy chủ khác nhau. Máy chủ gửi gói tin SCO tại khoảng thời gian đều đặn, kí hiệu là Tsco (được tính bằng khe thời gian) tới máy tớ trong khoảng khe thời gian chủ-tớ. Các gói SCO không bao giờ được truyền lại. Kết nối ACL Kết nối ACl không dự trữ các khe thời gian. Nó giống như một kết nối chuyển mạch nhanh giữa máy chủ và tất cả các máy tớ tích cực trong cùng một piconet. Kết nối ACL được sử dụng cả trong dịch vụ đồng bộ và định thời. Chỉ duy nhất có một kết nối ACL tồn tại giữa máy chủ và tớ. Máy tớ có thể trả lại gói tin ACL trong khoảng khe thời gian chủ-tớ nếu nó được địa chỉ tới khe thời gian này trước đó. Một gói tin ACL không chứa địa chỉ của máy tớ nó trở thành gói quảng bá và tất cả các máy tớ nhận. Một liên kết ACL cung cấp sự truyền lại các gói tin để đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu. Các gói Sự hợp thành một gói chung của kênh piconet được chỉ rõ ở hình 3.8 Hình 3.8 Khuôn dạng khung Bluetooth Các gói tin có thể chỉ bao gồm trường mã truy cập (access code) hoặc bao gồm trường mã truy cập và trường tiêu đề (header) hoặc cả ba trường: mã truy cập, tiêu đề và tải tin (payload). Trường mã truy cập được sử dụng cho việc đồng bộ, bù độ lệch, nhận thực, phân trang và thủ tục kiểm tra. Nó luôn luôn sử dụng tiêu đề hay phần đuôi với mục đích đồng bộ. Trường tiêu đề chứa thông tin điều khiển liên kết, chứa địa chỉ trạm đích, nhận diện 16 kiểu gói, thông tin điều khiển luồng, chỉ định ACK và phần kiểm tra lỗi của tiêu đề ( header error check )(HEC). Một số khuôn dạng tải tin được định nghĩa theo hai trường chính: • Trường tiếng nói (đồng bộ) có kích thước cố định nếu không có trường tiêu đề. • Trường dữ liệu (không đồng bộ) chứa ba trường con: trường tiêu đề, nội dung dữ liệu và mã CRC. Một gói tin ACL chỉ chứa duy nhất trường dữ liệu trong khi một gói SCO có thể chỉ chứa trường giọng nói hoặc cả hai. Nó có thể phân biệt một nhóm các gói thông thường của cả liên kết ACL, SCO và một tập các gói của chúng. Quá trình sử lý luồng bit liên quan đến phần tiêu đề và tải tin của gói tại Tx và Rx (hình 3.9), nơi một vài khối được chọn và phụ thuộc vào kiểu gói. Đặc biệt, dữ liệu được làm trắng để tạo ra dữ liệu ngẫu nhiên từ các mẫu dư thừa cao và để tối giản độ lệch thế một chiều trong gói. Hình 3.9 Tiêu đề và quá trình sử lý trọng tải bit Thủ tục Tx/Rx Liên kết ACL và SCO được quản lý khác nhau bởi Tx/Rx. Cả hai thủ tục được dựa trên bộ đệm cho ACL và SCO mà có thể truy cập thông qua Tx(Rx) lối vào bởi quản lý liên kết Bluetooth và thông qua lối ra (lối vào) bộ phận thiết lập gói (hình 3.10) Hình 3.10 chức năng khối của bộ đệm Tx/Rx Hình 6.10 chỉ ra hai khối đệm cho mỗi thực thể trong khi máy chủ có một bộ đệm riêng biệt Tx ACL cho mỗi máy tớ và một bộ đệm Rx đơn dùng chung cho tất cả các máy tớ. Một hay nhiều bộ đệm Tx SCO phục vụ cho một máy tớ, phụ thuộc vào mối liên kết khác nhau được thiết lập giữa chúng. Trong các bộ đệm ACL chỉ có thể tìm thấy các gói ACL, điều này cũng đúng trong bộ đệm SCO ngoại trừ gói tiếng nói/dữ liệu. Bộ đệm ACL dùng cho tiếng nói và bộ đệm SCO dùng cho đệm dữ liệu. Mỗi bộ đệm Tx/Rx bao gồm hai thanh ghi first input first output (FIFO): thanh ghi hiện thời hiện thời, và thanh ghi tiếp theo. Mỗi chuyển mạch hình 3.10 được điều khiển bởi mỗi thực thể khác nhau. Nhưng các chuyển mạch tại đầu vào và đầu ra của thanh ghi FIFO không bao giờ được kết nối tới cùng một thanh ghi. Đặc biệt các chuyển mạch kết nối với bộ đệm ACL chỉ thay đổi vị trí khi một ACK đến, nói cách khác các chuyển mạch này được kết nối với bộ đệm SCO thay đổi theo Tsco. Bằng cách này nếu tải tin cần được gửi đi (hoặc nhận) thì bộ tạo gói (packet composer) sẽ đọc (ghi) vào các danh sách hiện thời và khuôn dạng gói phụ thuộc vào kiểu của chúng. Bộ đệm bị hạn chế về dung lượng vì thế điều khiển luồng là cần thiết. Đồng bộ hoá chủ/tớ Nhịp đồng hồ của máy chủ thực hiện đồng bộ hoá cho toàn bộ piconet. Từ một chỉ định của máy chủ, tất cả các máy tớ đều phải điều chỉnh đồng hồ hệ thống. Thông tin này được chứa trong các gói tin khi truyền đi. Cơ chế này đảm bảo một máy tớ luôn luôn tuân theo máy chủ. Nó sử dụng 28 bit đếm LSB với độ dài 312.5 µs. Đặc biệt một đơn vị Bluetooth có thể sử dụng 3 đồng hồ sau: • Đồng hồ tự nhiên native clock (CLKN) • Đồng hồ đánh giá estimated clock (CLKE) • Đồng hồ chủ master clock (CLK) Tín hiệu CLK được bắt nguồn từ: CLK= offset(CLKE) +CLKN, trong trường hợp đó là máy chủ thì giá trị offset là zero. Các trạng thái Một đơn vị Bluetooth có thể có các trạng thái khác nhau, theo sự chỉ định của LMP: 1. Trạng thái Standby: đây là trạng thái mặc định, khi đó đơn vị này có chế độ nguồn thấp và đồng hồ tự nhiên ở trạng thái tích cực. 2. Trạng thái kết nối: một đơn vị sẽ ở trong trạng thái này khi nó đang liên quan tới quá trình truyền thông. Một vài trạng thái quan trọng nhất là: • Trạng thái tích cực: trong kiểu này đơn vị Bluetooth tích cực truyền thông tin trên kênh. • Trạng thái thăm dò (Sniff): trong trạng thái này, chu kỳ thực hiện nghe ngóng đường truyền của máy tớ có thể giảm bớt theo máy chủ. • Trạng thái giữ: đây là một trạng thái của chế độ kết nối, nơi một máy tớ có thể được thay thế bởi máy chủ và bộ truyền nhận Bluetooth. • Trạng thái khoá: máy tớ được kết nối tới máy chủ nhưng nó không nhận bất cứ thông tin nào tới khi nó nghe được những tín hiệu kích hoạt từ máy chủ và để đồng bộ lại tín hiệu đồng hồ của nó. Trong trạng thái này, máy tớ không liên quan tới một kết nối nào. Khi một máy tớ muốn thoát khỏi chế độ khóa, nó sẽ nghe ngóng khe tín hiệu đặc biệt của nó và cố gắng truy cập tới cửa sổ truy nhập của nó (hình 3.11) Hình 3.11 Định nghĩa kênh báo hiệu và cửa sổ truy cập Trong trường hợp này, một máy tớ sử dụng AR_ADDR không duy nhất vì thế đụng độ có thể xảy ra. Quá trình này có thể tránh được nếu máy chủ gửi một thông báo không khoá tới máy tớ đang ở trạng thái khoá với bản tin LMP. Trong trạng thái thăm dò, trạng thái giữ và trạng thái khoá, bộ phận thu và phát trong chế độ tiêu thụ nguồn thấp. Trạng thái kết nối bắt đầu với một lệnh access và được huỷ bỏ bởi lệnh detach hay reset. Quy trình truy cập Quy trình này được sử dụng để thiết lập các kết nối mới, đặc biệt nó kéo theo quy trình kiểm tra và phân trang. Quy trình kiểm tra được thực hiện khi nơi nhận tin không biết nguồn gốc nơi phát tin vì bản tin đó được phát theo kiểu quảng bá. Bản tin kiểm tra không chứa bất kỳ thông tin nào về nguồn mà có thể chỉ chứa mã general inquiry access code (GIAC) để yêu cầu bất kỳ thiết bị Bluetooth hay mã decicated inquiry access code (DIAC) để yêu cầu cho một kiểu thiết bị nhất định. Như một bản tin được gửi qua tuần tự qua 32 tần số. Một đơn vị chỉ có thể trả lời khi nó thực hiện trạng thái quét kiểm tra-inquiry scan state-sự tuần tự của quy trình kiểm tra được đưa ra ở hình 3.12. Hình 3.12 Quy trình kiểm tra Mặt khác một quy trình phân trang được khởi tạo bởi máy chủ (nguồn) khi muốn kết nối với một máy tớ (đích). Nó sẽ gửi một bản tin thông báo phân trang trong đó chứa đựng địa chỉ nơi nhận thông qua tuần tự các đoạn phân trang bao gồm 32 tần số và cố gắng đoán pha của máy tớ. Đặc biệt máy tớ chỉ có thể trả lời khi nó thực hiện một trạng thái quét phân trang-paging scan state- sau đó máy chủ sẽ gửi thông tin đồng bộ cho máy tớ khi máy này gửi thông báo đáp lại. Tại thời điểm này quá trình truyền gói được đồng bộ với đồng hồ của máy chủ và một piconet được hình thành nếu máy chủ chưa truyền thông được với các máy tớ khác. Toàn bộ quy trình được mô tả trong hình 3.13 Hình 3.13 Quy trình phân trang Sửa lỗi Có ba cách sửa lỗi được sử dụng: • Kiểu đầu tiên là FEC tỉ lệ 1/3, được sử dụng cho tiêu đề. • Kiểu thứ hai là FEC tỉ lệ 2/3 dùng mã Hamming ngắn (15,10), sử dụng các gói ACL và SCO. • Kiểu thứ ba là thuật toán ARQ sử dụng cho dữ liệu. Đặc biệt thuật toán ARQ được sử dụng dựa trên giải thuật go-back. Nghĩa là các gói được truyền đi truyền lại cho tới khi trạm phát nhận được gói tin ACK xác nhận của trạm đích hay trong trường hợp gói đó đã bị timeout. Để xác định chính xác gói tin đó được nhận bởi đúng đích đến, mã CRC được thêm vào trong gói trước khi truyền đi. Trạm đích cũng có thể truyền xác nhận NACK khi gói tin bị hỏng hoặc trạm đích không nhận được. Để lọc những gói tin đã bị truyền lại tại đích, bít SEQN được thêm vào phần tiêu đề và nếu gói tin đó bị lỗi thì bit này sẽ không thay đổi giá trị. Chúng ta thấy rằng chỉ những gói dữ liệu mới được bảo vệ với cơ chế ARQ. Với tính chất của quá trình truyền tải hiện tại trong mạng, nơi thời gian trễ được thừa nhận, giải thuật cho phép truyền lại số lượng giới hạn các gói tin sau khi các gói tin cũ được loại bỏ.Cơ chế ARQ không áp dụng trong trường hợp truyền quảng bá, được nhận biết bởi tất cả các bit 0 của AM_ADDR vì thế trạm chủ phải truyền lại gói đó khoảng thời gian cố định trước khi truyền gói tiếp theo. Kênh logic Bluetooth định nghĩa hai loại kênh điều khiển: 1. Kênh điều khiển liên kết (LC): kênh này mang thông tin điều khiển mức thấp giống như ARQ, được đặc trưng bởi điều khiển luồng và tải tin. Đây là kênh logic duy nhất được nhận diện trong tiêu đề gói. 2. Kênh điều khiển quản lý liên kết (LM): kênh này mang thông tin điều khiển trao đổi giữa nơi quản lý kết nối của trạm chủ và các trạm tớ. Nó được đóng gói trong phần tải tin. Hệ thống Bluetooth cũng định nghĩa ba kênh người dùng như sau: 1. Kênh người dùng UA (user asynchronous data): kênh này mang thông tin dữ liệu người dùng L2CAP. Thông tin này có thể phân đoạn thành một hay nhiều gói băng gốc. Nó được đóng gói trong phần tải tin. 2. Kênh người dùng UI (user isochronouns data): kênh này mang thông tin dữ liệu được hỗ trợ bởi thời gian bắt đầu một gói tại mức cao hơn. Nó được đóng gói trong phần trọng tải khung. 3. Kênh người dùng US (user synchronouns data): kênh này chỉ mang thông tin SCO được kết nối và được đóng gói trong phần tải tin. Địa chỉ Bluetooth Có thể phân chia thành 4 loại địa chỉ sau: 1. Địa chỉ thiết bị Bluetooth (Bluetooth device address)(BD_ADDR): địa chỉ này được mã hoá 48 bit giúp xác định từng bộ phận thu-phát Bluetooth. Nó được dựa theo chuẩn IEEE 802. 2. Địa chỉ các thực thể tíc cực (Active member address) (AM_ADDR): địa chỉ này được mã hoá 3 bit giúp xác định các máy tớ (không phải là máy chủ) đang trong trạng thái tích cực trong piconet. Tất cả các địa chỉ zero được dành riêng cho những bản tin quảng bá. Khi máy tớ không được kết nối hoặc ở trong trạng thái park, nó sẽ làm mất địa chỉ này. 3. Địa chỉ thực thể trong trạng thái park (park member address) (PM_ADDR): địa chỉ này được mã hoá 3 bit để xác định các máy tớ đang trong trạng thái không tích cực. Địa chỉ này sẽ hợp lệ nếu máy tớ đó ở trạng thái park. Khi một máy tớ được kích hoạt nó sẽ mất địa chỉ PM_ADDR này và khi đó nó giữ một địa chỉ AM_ADDR. 4. Địa chỉ yêu cầu truy cập(Access request address) (AR_ADDR): địa chỉ này giúp máy tớ nhận diên giao tiếp chủ-tớ ở nửa khe thời gian trong của sổ truy cập để gửi thông báo yêu cầu truy nhập. Địa chỉ này được định nghĩa bởi máy chủ khi máy tớ trong trạng thái park. Bảo mật Bluetooth Hệ thống Bluetooth chủ yếu cung cấp sự quản lý an toàn với cơ chế nhận thực và cơ chế mã hoá. Nó cũng sử dụng 4 thực thể khác nhau để duy trì sự an toàn tại lớp kết nối đó là: a public address được mã hoá BD_ADDR 48 bit, hai chìa khoá người dùng bí mật ( một sử dụng 128 bit cho quá trình chứng thực, một sử dụng 8-128 bit cho sự mã hóa) và một con số ngẫu nhiên trong thứ tự 128 bit được gán cho mỗi kết nối mới. Bluetooth âm thanh Hệ thống Bluetooth cung cấp một giao diện không gian để truyền âm thanh trực tiếp sử dụng cơ chế băng tần gốc và kết nối vật lý ACL của nó. Nó sử dụng cơ chế mã hoá khung PCM 64Kbps ( luật A và luật µ) hay điều chế continuous variable slope delta và sự mã hoá tiếng nói cần phải có chất lượng bằng hoặc tốt hơn 64 Kbps PCM. 3.3.3.3 Lớp giao thức quản lý kết nối (LMP) Bản tin LMP được sử dụng cho việc cài đặt kết nối, bảo mật và điều khiển. Lớp LMP quản lý một số dịch vụ do lớp dải gốc cung cấp và nó được truyền bên trong lớp vật lý thay vì L2CAP. Một bản tin LMP được phân biệt bởi giá trị trong trường L_CH của tiêu đề gói tin. Những bản tin LMP có mức ưu tiên cao hơn dữ liệu người dùng và không bị trễ bởi thông lượng L2CAP. LMP khiểm soát các dịch vụ sau: • Chứng thực/mã hoá. • Đồng bộ. • Quản lý các trạng thái (hold mode, park mode, sniff mode) • Điều khiển công suất. • Chất lượng dịch vụ. • Thuật toán phân trang. • Bảo trì kết nối. 3.3.3.4 Lớp điều khiển giao thức kết nối và giao thức thích nghi L2CAP cung cấp những dịch vụ dữ liệu định hướng kết nối và không kết nối tới các lớp cao hơn và những yêu cầu quan trọng cho L2CAP bao gồm tính đơn giản và trễ thấp (low overhead) vì thế chúng có thể được thực hiện bởi các thiết bị có tài nguyên bị suy giảm. L2CAP có những khả năng sau: • Đa giao thức: nó có thể truyền nhiều luồng dữ liệu trên cùng một liên kết vật lý. • Phân chia và tập hợp đoạn(SAR): nó hỗ trợ những nghi thức sử dụng những gói có kích cỡ lớn hơn. • QoS: L2CAP cho phép sự thành lập những kết nối với các QoS đặc biệt với mục đích giám sát tài nguyên. • Nhóm: nhóm L2CAP cho phép thực thi hiệu quả bản đồ nhóm giao thức trong piconet. Giao thức lớp cao hơn được thực hiện với giao thức băng gốc và chức năng quản lý kết nối để quản lý nhóm giao thức có hiệu quả. L2CAP sử dụng duy nhất liên kết băng gốc ACL, nó sử dụng khuôn dạng các gói này để điều khiển tính toàn vẹn của chúng (nhờ bit CRC) bởi vì L2CAP không có chức năng đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu truyền. Cần phải chú ý rằng giao thức L2CAP đan xen với sự hình thành các gói trong lớp băng gốc bởi vì nó có thể thay đổi luồng bit trong tiêu đề gói và mã kênh logic (trong phần trọng tải tiêu đề), đây là phần chỉ định về trạng thái phân đoạn (nhận diện đây là đầu của gói L2CAP hay là phần giữa của gói). 3.3.3.5 Lớp giao thức phát hiện dịch vụ (SDP) SDP cung cấp một ứng dụng để phát hiện các dịch vụ sẵn có và các tính chất đặc trưng của chúng, điều này phụ thuộc vào khoảng cách thu RF của thiết bị di động. Lớp SDP cung cấp một giao diện server-client cho client tạo khả năng tìm kiếm dịch vụ dựa vào các thuộc tính đặc biệt và yêu cầu server phát hiện các dịch vụ trong các thiết bị khác mà không cần sử dụng giao diện này. Cấu trúc chung được đưa ra ở hình 3.14. Hình 3.14 Giao thức SDP 3.4 PAN PAN được biết đến như là một mô hình mạng có khả năng tập trung sự tìm kiếm, được phát triển theo giải pháp mạng tiên tiến hơn như công nghệ sóng vô tuyến, tốc độ bit truyền cao hơn, thiết bị đầu cuối được tăng cường, những phần tử lưu động mới được thêm vào và phần mềm trở nên phức tạp hơn. PAN bao phủ một không gian cá nhân- mô hình chỉ ra trong hình 3.15- nó cung câp các kết nối end-to-end, truyền thông an toàn và đảm bảo QoS cho người dùng. Hệ thống cũng hỗ trợ các ứng dụng khác nhau, cách vận hành và một số thiết bị cho các ứng dụng này. Hình 3.15 Khái niêm mạng PAN 3.4.1 Nguyên lý cấu trúc PAN là giải pháp mạng cá nhân. Để hình thành PAN, một kiến trúc với nhiều lớp khác nhau được kết nối theo các cách đặc biệt (hình 3.16-3.18). Hình 6.16 Mạng PAN cá nhân ( một cấu trúc mạng PAN được thiết lập thành hình cầu với các thiết bị ngoại vi thông minh) Hình 3.17 Mạng PAN giao tiếp hai người (khi mọi người có nhu cầu kết nối, các cổng được sử dụng. Đây là một ứng dụng mạng phân tán động) Hình 3.18 Mạng PAN giao tiếp hai người và kết nối ra ngoài các mạng khác (đây là việc mở rộng giao tiếp truyền thông của bạn với một cổng vào nhiều trạng thái. Đây là kiểu điều khiển tài nguyên phân tán với QoS) Các kết nối được phép qua các mạng khác nhau thông qua các thiết bị khác nhau. Trong chuẩn riêng của PAN mọi người đều có thể định địa chỉ các thiết bị bên trong vùng không gian cá nhân mà không phụ thuộc vào các mạng lân cận. Quá trình truyền thông trực tiếp giữa hai cá nhân trong mạng được thực hiện thông qua chức năng bắc cầu để sát nhập thành mạng PAN. Để giao tiếp ra mạng bên ngoài một mạng PAN phải thực hiện định tuyến và hỗ trợ tính năng hoạt động của các cổng đầu vào. Cấu trúc mở rộng lớp định hướng cần hỗ trợ các chức năng và giao thức của ba lớp đầu tiên và cung cấp chức năng giao tiếp với mạng bên ngoài thông qua những kết nối của các lớp cao hơn. Nó sẽ cần phải cung cấp những cấu trúc phần trung gian thích hợp với chồng nghi thức tương ứng để xác định sự truyền thông tin qua các giao diện. PAN cần phải được phát triển theo cấu trúc phần trung gian để có khả năng quản lý hệ thống theo yêu cầu truy cập tới mạng, sử dụng tài nguyên, hỗ trợ tính chuyển đổi, khả năng tự cấu hình lại và cung cấp QoS. Nó cũng cần phải hỗ trợ những ứng dụng có khả năng download. Sự chuẩn hoá cấu hình và kiến trúc mạng là những vấn đề còn cần được nghiên cứu trong mạng PAN. Từ địa điểm người dùng, PAN có thể yêu cầu kết nối plug-and-play. Cấu trúc mạng có thể yêu cầu kết nối thẳng tới người dùng. Việc đặt tần số và cùng tồn tại tần số với những hệ thống hiện hữu là rất quan trọng để thiết kế mạng PAN. Những ứng dụng PAN sẽ sử dụng các dải tần số không được cấp phép. Với tốc độ dữ liệu cao hơn, dải tấn số là 5GHz, về sau sẽ là 60GHz ( hình 3.19) Hình 3.19 Dải tần số (MBS: hệ thống dải tần di động) 3.4.2 Giao diện PAN cần hỗ trợ đa giao diện. Hệ thống này đưa ra những kiểu giao diện giữa người dùng và thiết bị cá nhân của họ. Quá trình này được đáp ứng khi sử dụng các công nghệ mới như OFDM hay DS-CDMA. Các giải pháp về giao diện phụ thuộc vào tốc độ truyền bit dữ liệu, chức năng mạng, sự phức tạp của những thiết bị và những ứng dụng thích hợp. 3.4.3 Giao tiếp với mạng bên ngoài PAN được áp dụng chủ yếu trong công nghệ mạng không dây. Nó có thể thiết lập kết nối tới cơ sở hạ tầng mạng cố định và các mạng ngoài như WLAN, GSM, GPRS, UMTS, WLL và vệ tinh (S)-UMTS. Một cá nhân có thể giao tiếp thông qua những hệ thống mạng này và có thể thiết lập giao tiếp hai chiều với người dùng khác sử dụng PAN hay tìm kiếm các thông tin cần thiết thông qua các mạng này. Sự tiếp tục phát triển về trao đổi thông tin và mạng INTERNET làm ảnh hưởng tới mô hình cấu trúc PAN. PAN trong tương lai sẽ là những mạng IP cơ bản với sự hỗ trợ của giao thức IPv6. Chúng sẽ đưa ra một miền di động kiểu mới với sự đa dạng về thiết bị, ứng dụng và dịch vụ QoS sẽ được nâng cao theo yêu cầu về tính sẵn sàng, an toàn và tin cậy. 3.5 Mạng Ad Hoc Để hỗ trợ cho tính di động của người dùng, PAN thực hiện các đặc trưng của mạng di động không dây. Người dùng cùng với thiết bị cá nhân của họ trong mạng Ad Hoc có thể di chuyển theo ý muốn, kết nối hoặc không kết nối tới những cơ sở hạ tầng mạng khác nhau. Người dùng có thể vào không gian công ty để thay thế trong mạng WLAN hay vào trong ô tô và sử dụng không gian mạng mà không phá vỡ kết nối đang diễn ra. Không gian người dùng trở thành miền di động của mạng Ad Hoc. Nó cũng hỗ trợ những tính năng của IP di động . Những tính năng của mạng Ad Hoc kế thừa tự sự phân bố tài nguyên động để đáp ứng các yêu cầu QoS. 3.6 Bảo mật Đây là một vấn đề vô cùng quan trọng trong mạng PAN. Nó cần bao phủ toàn bộ phần không gian người dùng, quản lý phần mềm và hệ điều hành và hiện trạng người dùng Các kỹ thuật khác nhau như mã hoá và loại bỏ dư thừa (clippering), cơ chế trusted third parties (TTTs) và các công nghệ hiện đại sẽ được thực hiện. Vấn đề bảo mật trong truyền thông giữa những mạng PAN cần phải được thực hiện thông qua chức năng gatekeeping. Sự an toàn trong mạng PAN đưa ra các yêu cầu: • Nhận biết đầy đủ. • Nặc danh đầy đủ. • Bảo mật dữ liệu. • Toàn vẹn dữ liệu. 3.7 Những ứng dụng chính và khả năng hình thành mạng PAN tìm kiếm các công nghệ mới và những ứng dụng kỹ thuật để có thể hình thành hệ thống phục vụ chất lượng cao. Những ưu điểm của mô hình mạng PAN có thể đưa ra nhưng chủ yếu được tập trung ở: • Dịch vụ cá nhân. • Dịch vụ thương mại. • Giải trí. Những dịch vụ cá nhân bao gồm giám sát bệnh nhân từ xa, các ứng dụng điều khiển và ngôi nhà thông minh. Các chuyên gia y học có thể giám sát bệnh nhân của mình khi họ di chuyển. Một người dùng có thể di chuyển trong nhà nhưng thiết bị khác nhau vẫn có thể định vị và tìm được thông tin hữu có ích. Một mô hình giải trí có đạt tới những ứng dụng công nghệ cao như truyền hình ảnh tốc độ cao trên một phương tiên giao thông vận tốc lớn, thông tin và dịch vụ được tìm kiếm nhờ các thiết bị các nhân di động theo người dùng. Công nghệ này sẽ được ứng dụng rộng rãi từ những dữ liệu điều khiển và cảm biến có tốc độ bít thấp tới những trò và truyền hình với tốc độ bit và dải thông cao. Như vậy hệ thống cần phải được hỗ trợ các thiết bị và các dịch vụ kết nối phức tạp khác nhau.. 3.8 Các thiết bị trong hệ thống Các dịch vụ yêu cầu và các ứng dụng khác nhau trong mạng PAN được xây dụng trên những cách tiếp cận khác nhau về chức năng của thiết bị đầu cuối và dung lượng truyền. Một vài thiết bị như cảm biến phát hiện con người đơn giản phải rất rẻ và kết hợp những chức năng giới hạn. Những thiết bị khác cần phải tương thích với mạng và chức năng tính toán sử lý thông minh, điều này sẽ làm cho người sử dụng dịch vụ tốn kém hơn. Các thiết này được dựa trên các đặc tính sau: • Chức năng và độ phức tạp, • Giá cả, • Công suất tiêu thụ nguồn, • Tốc độ truyền dữ liệu, • Độ tin cậy, • Hỗ trợ giao diện Hầu hết các thiết bị có khả năng ứng dụng cao cần phải được tương thích kiểu hoạt động để có thể truy cập tới nhiều mạng. Một số thiết bị phải được gắn vào cơ thể (như cảm biến), một số khác có thể được đặt cố định hay kết nối tạm thời với không gian cá nhân của người sử dụng (như là cảm biến môi trường, máy in, bảng hướng dẫn). Tập hợp các thiết bị cho ứng dụng của mạng PAN được chỉ ở hình 3.20. Hình 3.20 Những thiết bị cho ứng dụng mạng PAN 3.9 Những thách thức đối với PAN và những vấn đề mở rộng Xây dựng hệ thống với những giải pháp cho mạng cá nhân yêu cầu những nghiên cứu chuyên sâu và đưa ra nhiều thách thức đối với thế giới công nghệ và khoa học. PAN phải được xây dụng dựa trên nền tảng mạng phân tán động và cung cấp điều khiển phân bổ tài nguyên sử dụng QoS. Nó sẽ phải cung cấp một dịch vụ tryền hình ảnh ít tổn hao công suất, chi phí thấp, với sự đa dạng của của thiết bị đầu cuối thu phát thông tin có thể tự cấu hình được. PAN cần phải được thích hợp với môi trường sống, cho phép kết nối mạng và truyền thông không dây an toàn. Để thực hiện những yêu cầu này, PAN phải giải quyết những vấn đề quan trong như: • Tích hợp sóng vô tuyến ít tốn năng lượng, giá thành thấp, • Định nghĩa lớp vật lý và kỹ thuật truy cập có thể, • Kết nối mạng Ad Hoc • Kiến trúc phần cứng và phần mềm, • An toàn (công nghệ bảo mật khác nhau, chức năng gatekeeping), • Toàn bộ khái niệm về hệ thống, • Đáp ứng kỹ thuật về mặt người dùng. Những chuẩn hoá về mạng PAN là sự tiếp tục của nhóm IEEE 802.15. Chuẩn này sẽ tiếp tục được hoàn thiện để đưa ra yêu cầu chung cho PAN và đạt tới việc đưa PAN vào cuộc sống hàng ngày. Chắc chắn rằng tốc độ truyền bit cao hơn làm cho PAN phát triển với khả năng mới, và như vậy mô hình mạng mới sẽ xuất hiện hệ thống mạng B-PAN (hệ thống mạng PAN dải rộng) , mô hình mạng này sẽ cung cấp một tốc độ truyền bit lên tới 400Mbps, các ứng dụng đa phương tiện và giải thông cao hơn. 3.10 B-PAN B-PAN là mô hình mạng tương lai của PAN áp dụng kỹ thuật độ rộng băng tần thích nghi và có khả năng truyền thông không dây dải rộng (hình 3.21). Nó hỗ trợ truyền bít với tốc độ lên tới 1Gbps và có thể mở rộng băng tần trên 5GHz đến 60GHz. B-PAN sẽ thực hiện các công nghệ siêu băng rộng, truyền tiếng nói trên B-PAN, anten thông minh, điều chế thích nghi và mã hoá với các giao thức mở rộng. B-PAN cần hỗ trợ thực hiện QoS trong trạng thái thích nghi linh hoạt. Những phương thức truy cập và các ứng dụng khác nhau sẽ được định nghĩa và hệ thống cũng sẽ được hỗ trợ với những thiết bị đầu cuối đa truy cập thông minh có khả năng truyền giọng nói, truyền tin và các thao tác đa phượng tiện khác. Hình 3.21Bốn lớp truyền thông không dây cung cấp dịch vụ di động ở khắp nơi và chúng bổ sung lẫn nhau. B-PAN là kiểu mạng không dây và là một trong những mô hình hứa hẹn nhất mở ra khả năng lớn cho các ứng dụng mới. Những sự khác nhau về kỹ thuật giữa các hệ thống không dây trước đó được chỉ ra trong bảng 3.2 Bảng 3.2 Các công nghệ và ứng dụng khác nhau của các mạng. 3.11 WLAN và PAN Từ sự phát triển nhanh của tiêu chuẩn mạng WLAN trong những năm gần đây cũng như các ứng dụng của nó, ta thấy một câu hỏi đặt ra: tại sao nghiên cứu ra mạng PAN trong khi đã có một chuẩn tiến bộ được ra đời là mạng WLAN? Mặc dù WLAN có thể cung cấp các kết nối không dây cho những thiết bị tính toán xách tay? Tuy nhiên có một vài điểm quan trọng khác nhau quan trọng giữa WLAN và PAN. Công nghệ WPAN được nhấn mạnh ở giá thành thấp và tiêu thụ ít công suất tại tốc độ tối đa. Công nghệ WLAN thì tốc độ tối đa cao hơn nhưng giá thành và công suất tiêu thụ cũng cao hơn.Thông thường WLAN cung cấp những kết nối không dây từ máy xách tay đến mạng LAN thông qua những điểm truy cập (access point). Ngày nay, IEEE 802.11 đã thông qua chuẩn mạng WLAN. Mạng này có không gian mở khoảng 100m và tốc độ tối đa truyền trong không khí là 11Mbps. Người dùng có thể sử dụng những tốc độ cực đại ở 5.5Mbps. Mặc dù mỗi công nghệ được tối ưu hoá cho những mục đích riêng nhưng không có ranh giới nào phân ra những thiết bị nào có thể sử dụng trong WPAN và những thiết bị nào sử dụng trong mạng WLAN. Đặc biệt trong hình 3.22 cả dịch vụ tiếng nói và dữ liệu truy cập tài nguyên mạng Internet đều sử dụng công nghệ WLAN không dây. Đây là công nghệ thoả mãn tốt nhất cho người dùng sử dụng laptop và những thiết bị điện tử nhỏ xách tay khác. Hình 322 Vị trí bổ sung cho PAN và WLAN Một vấn đề đặt ra về Bluetooth PAN và chuẩn LAN IEEE 802.11b là cùng tồn tại và sử dụng trong một băng tần ISM. Khi hai mạng này cùng vận hành trong cùng một không gian vật lý, chúng sẽ gây ảnh hưởng tới nhau. Trong quá trình nghiên cứu, loại trừ các vấn đề cùng tồn tại các nhà sản xuất dự đoán rằng WLAN sẽ sử dụng băng tần 5GHz. Đặc biệt, tiêu chuẩn IEEE 802.11a đã sử dụng băng tần 5GHz truyền qua không khí với tốc độ tối đa là 54 Mbps trên khoảng cách 50m. Tốc độ dữ liệu cực đại cung cấp tới người dùng có thể lên tới 24 và 35Mbps. 3.12 Tóm lại Mạng PAN đưa ra một không gian cá nhân vào lĩnh vực truyền thông. Nó sẽ phát triển mở rộng mạng cá nhân thực hiện sự đa dạng những đặc tính mới cho dịch vụ theo yêu cầu. Người dùng trong phạm vi không gian dành riêng của mạng có thể di chuyển và sử dụng truyền tin không ghép nối và sử dụng nhiều ứng dụng thông qua những môi trường khác nhau. Có nhiều vấn đề hướng tới những giải pháp và ý tưởng mới. B-PAN cũng là một trong giải pháp đó. Chương 4 Sự hình thành hệ thống thông tin di động 4G 4.1 Giới thiệu Chương này giới thiệu một giải pháp được thiết kế thành công và được kiểm tra trong dự án Internet không dây (cấp vốn bởi liên hiệp Châu Âu). Giải pháp này đưa ra 2 vấn đề chưa được giải quyết đã đề cập đến ở những chương trước. Đó là những cơ chế ghép nối những mạng tách biệt thông qua sự phát triển phần mềm . Đây là sự phát triển kỹ thuật cho phép làm việc với chồng giao thức TCP/IP thông qua kết nối không dây trên nền tảng của truyền dẫn cáp. Giải pháp cho những vấn đề sẽ dễ dàng hơn về phía 4G. Thực thể cho phép tiếp cận hai đối tượng này là lớp thích nghi không giây (WAL) và đã thực nghiệm thành công qua cơ sở hạ tầng như là HIPERLAN, IEEE 802.11b và Bluetooth. Những mục sau của chương này giới thiệu những khía cạnh đặc biệt nhất của cấu trúc WAL, hi vọng hệ thống mạng này thật sự cho phép chúng ta khẳng định 4G đã được đạt đến. 4.2 WAL WAL hoạt động trên giao thức TCP/IP thông qua mạng dây. WAL đã khắc phục những nhược điểm của giao thức TCP và UDP nhờ đặc tính truyền không dây qua giao thức vận chuyển. Như vậy thay vì sửa đổi các giao thức hiện hữu, WAL thực hiện thích nghi được đặt giữa lớp IP và cơ sở hạ tầng không dây bên dưới. Bằng cách này, WAL có thể đáp ứng các kênh đặc biệt theo cách cho phép giao thức truyền vận hành mode làm việc bình thường. WAL là một phần của QoS yêu cầu bởi IP (trường ToS trong tiêu đề IP đã đề cập ở chương 3), chức năng của nó có thể cung cấp các dịch vụ thích hợp. Nếu lớp IP không thực hiện cơ chế QoS, lớp WAL sẽ sử dụng cách nhận diện kiểu lưu thông ( theo giao thức) để phân biệt những ứng dụng khác nhau. Theo cách này, WAL sẽ bổ xung cách sử lý hiện thời của QoS trong mạng IP, IntServ và Diffserv. Khi thiết kế mạng WAL cần chú ý tới các yếu tố liên quan sau: Sự thích nghi trạng thái của các kênh quan sát. Trạng thái kênh không dây luôn luôn thay đổi vì thế WAL sẽ áp dụng một sơ đồ thích nghi kéo theo những modul thích hợp cho mỗi kiểu dịch vụ và sẽ sửa đổi các thông số làm việc (thông số dụng lượng trong modul FEC). Bởi vậy thông tin về kênh truyền do WAL nhận được sẽ được sử dụng và thông tin này được trao đổi giữa những thực thể truyền nó. QoS yêu cầu bởi IP: IP sử dụng sơ đồ end-to-end QoS cả trong quá trình định tuyến và trong máy PC (đây là phiên bản mới nhất của Linux để hợp nhất những tuỳ chọn điều khiển lưu lượng). WAL hoàn thành ứng dụng này theo kiểu thiết lập bản đồ lưu lượng giúp tương thích các dịch vụ. 4.3 Cấu trúc WAL Hình 4.1 cho ta thấy kiến trúc bên trong của mạng WAL Hình 4.1 Kiến trúc WAL Như ta đã biết, WAL được tạo ra từ các thực thể với các chức năng khác nhau nhưng WAL là yếu tố trung tâm của hệ thống. Nó quản lý chức năng của những nmodul còn lại, cho phép chúng truy cập vào bảng cấu trúc. Hơn nữa nó sẽ giao tiếp với các WAL từ xa khác với mục tiêu đồng bộ hoá truyền thông giữa chúng. Một modul quan trọng khác của WAL là QoS, modul này giúp phân loại các gói truyền đến và đi cho những lớp thấp hơn dựa trên yêu cầu của các gói. Chức năng của WAL không phụ thuộc vào cấu trúc mạng không dây sử dụng, mà nó cần một thực thể làm trung gian, đó chính là bộ chuyển đổi điều khiển liên kết logic (LLTC). LLTC làm nhiệm vụ thực hiện tất cả các chức năng cần thiết để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác. Phải chú ý rằng modul này cho phép các cơ sở hạ tầng mạng vận hành với nhau. Tại mức cao, WAL cung cấp một kiến trúc các chuẩn không dây khác nhau để có thể hợp nhất và truyền thông với nhau. Những đặc tính khác nhau như là chức năng bắc cầu có thể được bổ xung trong lớp này. Việc thể hiện giao thức mạng Bluetooth trong hiện trạng PAN Bluetooth đã cung cấp một giao diện thông minh giữa Bluetooth và IP. Khái niệm WAL đã trở thành một phần kiến trúc thú vị. Một bộ nguồn nuôi với những đặc trưng khác nhau của từng modul cũng được sử dụng, thay đổi thích hợp với từng kiểu lưu thông. WAL sử dụng những yêu cầu của mỗi gói mà nó quản lý để kích hoạt những thực thể tương ứng và đáp ứng các thông số làm việc của chúng. Các thông số này phụ thuộc vào điều kiện kênh truyền của chúng tại bất kỳ thời điểm nào. Những thực thể còn lại ( trong hình 4.1) được sử dụng trong hệ thống giúp quá trình vận hành dễ dàng hơn, (ví dụ như hệ thống các file và bảng cấu trúc) hoặc đưa ra các chức năng mở rộng cho WAL (như modul giao thức quản lý mạng đơn giản SNMP). Nhưng đây không phải là chức năng cớ bản của nó. 4.4 Dịch vụ báo hiệu WAL Giao thức truyền thông giữa những thực thể WAL được miêu tả bởi thuật ngữ trao đổi nguyên thuỷ. Những tham số của thực thể WAL :như các PDU đáp ứng, các kiểu vận hành cơ bản, hay các thủ tục sử dụng trong hàm của nó cũng sẽ được mô tả chi tiêt. 4.4.1 Một vài định nghĩa Chức năng của giao thức được dựa trên hai khái niệm đó là lớp và association • Lớp: lớp A bao gồm một tập các modul WAL với chức năng cung cấp các dịch vụ cho lớp cao hơn. Nó được định nghĩa từ trường ToS của tiêu đề IP hoặc kiểu giao thức ( TCP hay UDP). Đây là một khái niệm chung trong WAL, độc lập với trạng thái của các kênh không dây. Một loạt các lớp chung được định nghĩa giúp các thực thể WAL sử dụng các modul tương ứng với các gói thuộc về chúng. • Association mỗi modul thích nghi với chức năng (thay đổi thông số hệ thống) của nó phụ thuộc vào trạng thái của kênh tại thời điểm bất kỳ vì vậy sẽ là rất cần thiết để đưa ra khái niệm association. Khái niệm này được định nghĩa như sự kết hợp địa chỉ IP của đầu cuối di động (được định nghĩa là trạng thái kênh) với một lớp mạng. 4.4.1.1 Hoạt động của WAL Liên kết lớp cung cấp hai kiểu dịch vụ đó là: kết nối định hướng và kết nối không định hướng. Để đáp ứng một vài yêu cầu QoS thì sự lựa chọn thích hợp nhất chính là kết nối định hướng. Trong trường hợp này, những kết nối dựa trên chồng giao thức TCP/IP được xác định bởi sự kết hợp các địa chỉ IP của cổng nguồn và đích. Quá tải sẽ sảy ra khi một vài ứng dụng không được chấp nhận (ví dụ như việc truy cập trang Web tạo ra một vài kết nối TCP). Sẽ thích hợp hơn nếu thực hiện WAL theo sơ đồ association-oriented. Bằng cách này, mỗi lần gói gói dữ liệu IP đáp ứng cho một association không tồn tại tới WAL thì một quá trình thoả thuận được diễn ra ở đó. Nếu yêu cầu được đáp ứng, thì một association được hình thành. Association này định nghĩa sự kết hợp những modul và những tham số của chế độ làm việc sẽ được áp dụng tức thì đến tất cả các gói dữ liệu IP thuộc về nó. 4.4.1.2 Khuôn dạng tiêu đề WAL Tất cả các gói được sử lý bởi WAL sẽ mang một tiêu đề kết hợp (như hình 4.2). Tiêu đề WAL có kích thước cố định 2 byte. Nó xác định rõ những kiểu PDU thông qua trường kiểu PDU 6 bit, như vậy nó cho phép định nghĩa tới 64 loại PDU khác nhau. Bit S/D cho phép kiểm thử nhanh, nếu nó là khung báo hiệu thì S/D = 1 và nếu là khung dữ liệu thì S/D = 0. Cuối cùng là 7 bit dành cho trường association-ID, như vậy có đến 128 association khác nhau có thể được quản lý trong một AP đơn. 4.4.1.3 Thủ tục đăng ký Hình 4.2 Tiêu đề WAL Từ lý thuyết tổng quan về WAL, hoạt động đầu tiên được xem xét là quá trình đăng ký sử dụng một AP để tìm kiếm chức năng WAL của thiết bị đầu cuối di động trong vùng phủ sóng. Theo cách này, nó phải biết thông tin LLTC trong WAL quản lý về một MT mới, thông qua mức MAC quản lý. Mỗi khi một WAL phối hợp ý thức được sự có mặt của MT mới trong phạm vi quản lý của nó, thì quá trình đăng ký được bắt đầu. Để thực hiện điều này, AP phải gửi một yêu cầu dung lượng WAL nguyên thuỷ, và sau đó đợi một sự đáp lại từ MT trong một thời hạn nhất định. Bản tin đáp lại chính là WAL- CAPABILITY-CONFIRM. Nếu thời gian đợi kết thúc, AP sẽ gửi lại bản tin ban đầu, nếu một lần nữa không có sự đáp lại thì AP sẽ tự hiểu rằng MT đó không có khả năng WAL (tình trạng này được mô tả trong hình 4.3) Hình 4.3 Thủ tục đăng ký WAL Hình 4.4 PDU thay đổi trong quá trình đăng ký WAL Hình 4.3 giới thiệu các tham số sẽ được trao đổi trong thời gian quá trình đăng ký sảy ra (chi tiết hoá trong hình 4.4) Thiết kế này của WAL cố gắng tương thích với cả IPv4 và IPv6. Cả hai chuẩn này xem xét khả năng sử dụng những địa chỉ của mọi khuôn dạng. Khi AP khởi chạy chương trình, nó hoàn toàn không biết MT sử dụng phiên bản nào, bởi vậy nó nhận diện cả hai (vì nó có thể thực hiện đồng thời cả hai phiên bản của IP) Trong trường hợp đó, nó sử dụng trường cờ để nhận diện kiểu địa chỉ đang được quản lý (bit 0 chỉ báo khi sử dụng IPv4 và bit 1 khi sử dụng IPv6) Giả sử rằng các MT chỉ sử dụng một phiên bản IP duy nhất, như vậy chỉ có một trường địa chỉ trong bản tin trả lời ban đầu. Trường cờ nhận diện phiên bản nào sử dụng (kích thước của nó là 1 byte dễ dàng cho sự sắp xếp và thực hiện) Mặt khác, để AP biết hai modul mà MT có thể sử dụng thì một trường Class_List 2 byte được đưa vào lớp cần dùng. Để thực hiện điều này thì class per bit được định nghĩa, nó được dùng nhận diện sự có mặt của một lớp xác định (mô tả trong hình 4.5). Hình 4.5 Mã hoá trường Class_List Khi quá trình đăng ký WAL kết thúc, một association được thiết lập và cho phép các thực thể WAL có thể trao đổi những thông tin báo hiệu điều khiển. Sau khi AP nhận được bản tin WAL-CAPABILITY-CONFIRM, nó sẽ gửi một bản tin báo hiệu yêu cầu hợp nhất (SIGNALING_ASSOC_REQUEST) tới đầu cuối di động. Khi AP biết những modul nào có mặt trong MT, nó chấp nhận cấu hình cho hợp nhất và trả lời với bản tin SIGNALING_ASSOC_REQUEST. Tuy nhiên theo cách này AP nhận diện sự hợp nhất vì thế để tránh bị lỗi thì bản tin này được sử dụng lặp lại. Khuôn dạng gốc sử dụng trong sự tạo thành báo hiệu hợp nhất được chỉ ra ở hình 4.6. Độ dài của các trường định nghĩa các thông số làm việc của các modul khác nhau, nó phụ thuộc vào cấu hình mỗi lớp, vì thế độ dài của các trường là không xác định. Hình 4.6 PDU thay đổi trong tín hiệu thiết lập hợp nhất Khi thông tin báo hiệu hợp nhất được tạo ra, cả MT và điểm truy cập sẽ được ghi vào những bảng tương ứng với các đặc tính đặc biệt của chúng (như là định nghĩa lớp và các modul) (hình 4.7). Các đặc tính này được thay đổi trong quá trình sử lý trước. Hình 4.7 Tín hiệu báo hiệu sự thành lập association 4.4.2 Sự thiết lập association Thủ tục này được bắt đầu với một gói dữ liệu IP truyền tới WAL mà nó không thể phân biệt được tập hợp các association mà WAL quản lý. Nếu MT bắt đầu quá trình sử lý, nó sẽ gửi bản tin ASSOC_REQUEST gốc để chỉ báo lớp và các thông số làm việc của các modul chuyển tiếp. Sau khi nhận PDU, AP trả lời MT với bản tin ASSOC_RESPONSE gốc. Nếu cấu hình được thiết lập bởi đề nghị của AP thì MT sẽ xác nhận sự tạo thành một sự hợp nhất mới với bản tin ASSOC_CONFIRM gốc. Nếu MT từ chối cấu hình, nó sẽ gửi một PDU ASSOC_REJ. Tới một phạm vi nhất định, sự trao đổi của các bản tin thông báo trong quá trình sử lý (hình 7.8) dựa trên ba cách bắt tay (handshaking) của TCP. Khi AP bắt đầu thiết lập hợp nhất, thì sự trao đổi PDU diễn ra tương tự. Hình 4.8 Thủ tục thiết lập sự hợp nhất Quá trình miêu tả ở trên là không đối xứng, nghĩa là AP luôn luôn nhận biết sự hợp nhất được hình thành vì vậy sẽ không có sự chồng lấn lên nhau. AP biết tất cả các ID được gán cho mỗi MT, trong khi đó MT không biết ID của các MT để giao tiếp với các thiết bị đầu cuối di động trong phạm vi vùng của nó. Theo những nhận xét trước, cả MT và AP quản lý tất cả những hợp nhất trong cùng một bảng (bảng 4.1). Bảng này chứa tất cả các lớp thuộc về nó cùng với các thông số làm việc của các modul. AP cũng liên quan tới các nhóm MT hợp nhất tương ứng, vì thế nó cũng quản lý các MT xác định (chẳng hạn như địa chỉ IP của MT) Bảng 4.1 Bảng các nhóm hợp nhất Hình 4.9 chỉ ra khuôn dạng PDU luân phiên trong quá trình hình thành một sự hợp nhất. Hình 4.9 PDU thay đổi trong thủ tục sự hợp nhất được thiết lập 4.4.3 Dữ liệu Khi một dữ liệu khối IP thuộc về một nhóm hợp nhất được thiết lập truyền tới WAL, WAL sẽ tạo ra dữ liệu PDU. Giả thiết rằng nó không yêu cầu phân đoạn, mỗi modul nhận các gói, sử lý và thêm những thông tin bổ xung cần thiết (thông tin điều khiển phải được truyền tới modul tương ứng tại nơi nhận). Hình 4.10 chỉ ra khuôn dạng dữ liệu PDU. Nhóm hợp nhất mà nó thuộc về được nhận diện trong trường tiêu đề WAL tương ứng. Tiếp đó trường sử dụng để truyền thông tin phân đoạn sẽ được thêm vào nếu việc phân đoạn gói dữ liệu IP là cần thiết. Hình 4.10 Dữ liệu PDU Như ta đã biết, một số tính năng của WAL được tương thích với trạng thái kênh vô tuyến ( như là giao thức lớp cao hơn). Theo cách này, kích thước của PDU được tạo bởi WAL phải cố định. Tuy nhiên kích thước này phụ thuộc vào trạng thái của liên kết không dây tại bất kì thời điểm nào, WAL có thể sửa đổi kích thước của PDU thông qua kênh vô tuyến. Như vậy cớ chế phân đoạn là cần thiết. Để thực hiện mục đích này một bye dữ trữ trong dữ liệu PDU đã được sử dụng (hình 4.11). Hình 4.11 Thông tin phân mảnh trong dữ liệu gốc Thực thể quản lý phân mảnh cho mỗi nhóm hợp nhất đáp ứng mặc định các giá trị được ghi trong gói WAL (số thứ tự của gói) và những đoạn (số thứ tự của đoạn trong gói). 4.4.4 Thủ tục tái thiết lập sự kết hợp Thủ tục được thiết lập để sửa đổi cấu hình của nhóm kết hợp trong quá trình trạng thái các kênh vô tuyến thay đổi (để thích nghi với sự thay đổi của môi trường). Trong thông tin của WAL, trạng thái của các kết nối không dây phải được tập hợp để cho phép ước lượng trạng thái hiện thời (như SRN). Tuy nhiên các ngưỡng ấn định cấu hình làm việc khác nhau cho những nhóm hợp nhất của lớp đặc biệt được định nghĩa. Khi các thực thể tập hợp được trạng thái các kênh nhận định được một trong các ngưỡng này, nó sẽ cảnh báo cho WAL phối hợp. Đây là quá trình khởi đầu của nhóm hợp nhất, tương tự như quá trình được mô tả trong hình 4.12. Sau khi nhóm hợp nhất được thiết lập, một định danh mới được gán cho cấu hình đó. Những thay đổi của thông tin gốc đồng nhất với những thông tin được sử dụng trong quá trình tái cấu hình lại nhóm hợp nhất. Cuối cùng WAL cần các thực thể đáp ứng việc thống kê các kênh thông tin (LLCT). Quá trình này phụ thuộc vào giao diện điều khiển không dây được sử dụng. Hình 4.12 Thủ tục thiết lập lại nhóm hợp nhất 4.4.5 Danh sách PDU Kết thúc chương này, bảng 7.2 cho thấy tập hợp các WAL gốc được sử dụng trong dự án WINE. Theo dự án này, việc đưa ra thiết kế dễ gây ảnh hưởng tới những cải biến trong tương lai như mạng IPv6. Về cơ bản là trường độ dài tiêu đề WAL và trường điều khiển lỗi trong tiêu đề này. Cuối cùng cần được nhấn mạnh là tập hợp các modul FEC đã thực hiện chuẩn IEEE 802.11b, liên quan tới sự phân đoạn và ARQ. Giúp người đọc quan tâm chi tiết hơn tới chức năng của WAL và sự thực hiện của bất kỳ modul nào trong hệ thống. Bảng 4.2 Danh sách PDU của WAL Kết luận Với những đặc tính ưu việt của WLAN đã được trình bày trong bản khoá luận, chúng ta đã thấy được những ứng dụng rộng rãi thông qua các dịch vụ mà WLAN có thể cung cấp với những thiết bị khá quen thuộc và đang dần trở nên quan trọng trong cuộc sống như máy tính sách tay, radio v..v.. Người dùng có thể kiểm tra email và truy cập mạng Internet nhờ các thiết bị di động của họ. Từ những thiết bị như máy tính sách tay, họ có thể tìm kiếm thông tin trong mạng Internet tại các địa điểm khác nhau như sân bay, nhà ga hay những nơi công cộng khác. Các khách du lịch có thể sử dụng các thiết bị đầu cuối GPS đặt trong nhà hay trong ô tô để định vị và thiết lập bản đồ đường đi. Những hồ sơ, dữ liệu hoặc các thông tin khác có thể được trao đổi bởi các máy tính sách tay thông qua mạng LAN không dây (WLAN). Bản khoá luận cũng nêu bật những ưu điểm và những khó khăn khi đưa ra giải pháp cho mạng cá nhân (PAN) . Những chuẩn hoá về mạng PAN được tiếp hoàn thiện bởi nhóm IEEE 802.15, thúc đẩy đưa PAN vào cuộc sống hàng ngày. Chắc chắn rằng tốc độ truyền bit cao hơn làm cho PAN phát triển với khả năng mới, và như vậy mô hình mạng mới sẽ xuất hiện hệ thống mạng B-PAN (hệ thống mạng PAN dải rộng) , mô hình mạng này sẽ cung cấp một tốc độ truyền bit lên tới 400Mbps, có khả năng truyền giọng nói, truyền tin và các ứng dụng đa phương tiện khác với những thiết bị đầu cuối đa truy cập thông minh. Điều này yêu cầu những nghiên cứu chuyên sâu và đưa ra nhiều thách thức đối với thế giới công nghệ và khoa học. Với các giải pháp về công nghệ, giải thuật và các nghi thức cho cầu hình mạng đã nêu trong bản khoá luận, tất cả nhằm mục đích thay thế các kết nối giúp cho phép những thiết bị di động nằm trong cự li truyền dẫn có thể kết nối với nhau vì thế đã thúc đẩy hình thành cấu trúc mạng di động thế hệ 4G. 4G được tích hợp những topo và các nền tảng mạng khác nhau, ưu việt hơn với tốc độ truyền dẫn và có thể phát triển độc lập từ những mạng truy cập. Cùng với các lợi thế khác làm cho mạng di động thế hệ 4G trở nên lôi cuốn trong thế hệ mạng di động tương lai. BẢNG THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt ACF Association control function Chức năng điều khiển hợp nhất AM_ADDR Active member address Địa chỉ thành viên tích cực AP Access point Điểm truy cập APT AP transceiver AP truyền AR_ADDR Access request address Địa chỉ yêu cầu truy cập ARQ Automatic repeat request Tự động lặp lai yêu cầu ATIM Ad hoc TIM Mạng đặc biệt TIM BCCH Broadcast control channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast channel Kênh quảng bá BD_ADDR Bluetooth device address Địa chỉ thiết bị Bluetooth B-PAN Broadband PAN PAN băng rộng BSS Basic service set Tập dịch vụ cơ bản CL Convergence layer Lớp chuyển đổi CP Common part Phần thông dụng CTS Clear to send Xoá để gửi CW Contention window Cửa sổ tranh chấp DCC DCL connection control Điều khiển kết nối DCL DCCH Dedicated control channel Kênh điều khiển định vị DCF Distributed coordination Chức năng kết hợp phân bổ funcion DLC Data link control Điều khiển kết nối dữ liệu DIFS Distributed interframe space Phân bổ không gian liên khung DS Distribution system Hệ phân bổ DSS Distribution system service Hệ phân bổ dịch vụ ESS Extended service set Tập dịch vụ mở rộng FCCH Frame control channel Kênh điều khiển khung FCH Frame channel Kênh thông tin khung FER Frame error rate Tỉ lệ lỗi khung FHSS Frequency hopping spread Trải phổ nhảy tần spectrum FIFO First input first output Thanh ghi tuần tự HEC Header error check Kiểm tra lỗi phần tiêu đề IBSS Independent BSS BSS độc lập LCCH Link control channel Kênh điều khiển kết nối LCH Long transport channel Kênh truyền dài LLCT Logical link control translator Bộ truyền điều khiển kết nối logic LMDS Local multipoint distribution Hệ phân bổ đa điểm cục bộ system MAC Medium access control Điều khiển truy cập đường truyền MLME MAC sublayer management Thực thể quản lý lớp con MAC entity MPDU MAC potocol data unit Đơn vị dữ liệu giao thức MAC MSDU MAC service data unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC PLME PHY layer management entity Thực thể quản lý lớp PHY RCH Random channel Kênh ngẫu nhiên SAR Segmentation and reassembly Chức năng phân chia và hợp Function nhất SCO Short transport channel Kênh truyền ngắn SIFS Short interframe space Không gian liên khung ngắn SNMP Simple Network Management Giao thức quản lý mạng đơn Protolcol giản SR Selective repeat Lặp lại lựa chọn STA Station Trạm TCP/IP Tranmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền UBCH User broadcast channel Kênh quảng bá người dùng UDCH User data channel Kênh dữ liệu người dùng UMCH User multicast channel Kênh quảng bá điểm-đa điểm U-SAP User service access point Điểm truy cập dịch vụ người dùng WAL Wireless adaptation layer Lớp thích nghi không dây WLANs Wireless local area networks Mạng cục bộ không dây WPANs Wireless personal area Mạng cá nhân không dây networks Tài liệu tham khảo: [1] Mobile AD HOC NETWORKING Edited by STEFANNO BASAGNI [2] WLANs and WPANs towards 4G Wireless Edited by Ramjee Prasad Luis Munoz [3] Giáo trình hệ thống mạng máy tính CCNA Semester 1 Dịch bởi Nguyễn Hồng Sơn –Nhà suất bản giáo dục [4] Và một số tư liệu từ Internet: www.Linkpro.com.tww www.PLANET.com.tww www.baynetworks.com

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docTìm hiểu về xu hướng phát triển thông tin di động 4G.doc
Luận văn liên quan