1.Giới thiệu.
Thiết kế mạng lai vệ tinh – WiMAX được giới thiệu dưới đây dựa trên hệ thống vệ tinh băng rộng đa búp sóng (MBS-Multibeam Broadband Satellite) với giao diện vô tuyến DVB-S2/RCS. DVB-S2 cho phép điều chế và mã hóa thích ứng (ACM) và có thể được thích ứng trên cơ sở khe thời gian phụ thuộc vào tỷ số nhiễu trên tạp âm cộng nhiễu (SNR – Signal to Noise Ratio) tại thiết bị đầu cuối đích. DVB-RCS triển khai truy cập phân chia theo thời gian đa tần số (MF-TDMA) và chỉ cho phép mã hóa thích ứng.
Hình 1. Cấu hình sao DVB-S2/RCS với các mạng WiMAX tới các thiết bị đầu cuối vệ tinh |
Đối với kiến trúc WiMAX (IEEE 802.2005) kết nối tới thiết bị đầu cuối DVB-S2/RCS được thiết kế với kiến trúc đơn giản nhưng vẫn sử dụng được các ưu điểm và tính linh động của WiMAX. Với kiến trúc như trên sẽ giảm mức độ phức tạp khi triển khai dịch vụ và các thành phần các mạng di động và cố định trong khu vực dân cư không đông đúc. Cuối cùng, thiết bị đầu cuối DVB-S2/RCS trong hệ thống mạng lai kiến trúc trên (chẳng hạn như thiết bị RCST- Return Channel Satellite Terminal) được định vị cố định trong khi thiết bị người dùng có thể là cố định hoặc nay đây mai đó.
2.Kiến trúc và ngăn xếp thủ tục.
Nhiều giải pháp được đề nghị đối với các mạng hỗn hợp Vệ tinh-WiMAX với các nỗ lực được thực hiện để thiết kế mô hình cung cấp dịch vụ trong các khu vực mà việc triển khai một kiểu hình mạng sẽ không phù hợp.
Hình 2 là một trong những kiến trúc mạng lai được một số nước đề nghị triển khai. Trong thiết kế kiến trúc mạng như vậy, tuyến mặt đất được dựa trên chuẩn IEEE 802.16, nơi người dùng trong mạng lõi (mạng cố định) hướng lưu lượng tới người dùng di động (gọi là thiết bị người sử dụng - UE). UE được đặt trong khu vực được phục vụ bởi mạng WiMAX, và tuyến vệ tinh được sử dụng như là tuyến đường trục. Trạm cơ sở (BS) chịu trách nhiệm kết nối theo chuẩn IEEE 802.16 qua tuyến vô tuyến tới UE định vị bên trong khu vực vùng phủ của nó. Lớp vật lý thích ứng được xác định theo tiêu chuẩn thực hiện tối đa tốc độ dữ liệu bởi điều chỉnh các mốt truyền dẫn tới các kênh thay đổi. Quản lý nguồn vô tuyến WiMAX (RRM-Radio Resource Management) chịu trách nhiệm sử dụng các nguồn phổ vô tuyến có hạn và hạ tầng cơ sở mạng vô tuyến của BS tương ứng của nó để đạt được hiệu quả tốt nhất. Để đạt được điều đó, RRM liên quan tới một số chiến lược và các thuật toán đối với việc điều khiển các tham số: công suất phát, phân bổ kênh, các chính sách chuyển giao, FEC và các đặc điểm điều chế đối với người sử dụng WiMAX.
Các thành phần khác thể hiện trong hình 2 bao gồm cổng mạng dịch vụ truy cập (ASN-GW), và RRM DVB-RCS. Bởi vậy, RCST chịu trách nhiệm điều khiển truyền dẫn và thu qua tuyến vệ tinh. Nó quản lý phân bổ băng thông của tất cả BS tương ứng. Trong trường hợp có một UE mới yêu cầu dịch vụ, WiMAX-RRM gửi yêu cầu tới RCST-RRM, nó kiểm tra các nguồn tài nguyên có đủ điều kiện sẵn sàng hay không. Nếu không đủ điều kiện sẵn sàng phục vụ, RCST sẽ gửi yêu cầu tới Hub. Hub được liên kết với điều khiển mạng tập trung (Network Control Centre - NCC). NCC phát quảng bá theo chu kỳ các khung báo hiệu (TBTP - Terminal Burst Time Plan) chứa các thông tin mà nhờ đó RCST dựa vào để biết khi nào thì được phép truyền dẫn cụm của chúng. TBTP được phát ở mọi siêu khung (superframe), và nó được tính toán theo yêu cầu của tất cả các RCST. Hơn nữa, NCC điều khiển mạng tương tác có nghĩa nó điều khiển yêu cầu dịch vụ người dùng qua truy cập vệ tinh và quản lý phổ vệ tinh phụ thuộc vào các yêu cầu của thiết bị đầu cuối vệ tinh.
Hình 2. Kiến trúc và ngăn xếp thủ tục tham chiếu đối với mạng IEEE 802.16e-2005/ DVB-RCS lai
Sự linh hoạt của WiMAX có lẽ là bởi vì cách mà lớp MAC (Media Access Control) được xác định. Ngăn xếp thủ tục của RRM WiMAX (Hình 2) cho thấy định dạng ba lớp con của toàn bộ lớp MAC. Lớp con hội tụ (MAC-CS) cung cấp biến đổi hoặc định tuyến dữ liệu mạng bên ngoài (Ethernet, IP, ...). Lớp con phần chung (MAC-CPS) thực hiện đóng gói tới đơn vị dữ liệu gói MAC (MPDU) của thông tin đến từ MAC-CS. Và lớp con bảo mật (Privacy Sublayer) cung cấp nhận dạng, trao đổi khóa và mã hóa dữ liệu.
Một số thông tin của ASN được xác định trong WiMAX như là công cụ để quản lý và triển khai sử dụng các nốt thay đổi. Trong kiến trúc này phân tách riêng kiến trúc khung với ASN-GW và một BS (với RRM điều khiển bởi BS). Bằng việc đặt ASN-GW giữa hai RRM (thiết bị đầu cuối vệ tinh và mạng WiMAX) cho phép tương tác giữa chúng để quản lý tất cả các nguồn tài nguyên một cách thân thiện. Điều này có nghĩa là mỗi BS chịu trách nhiệm quản lý dịch vụ IEEE 802.16 trong khu vực của nó, trong khi RCST thực hiện ấn định nguồn tài nguyên của tất cả ASN.
ASN-GW kết hợp chặt chẽ với Mobile IP (MIP) để cung cấp hiệu quả và kỹ thuật mở rộng cho roaming trong Internet. Cổng Gateway làm việc như đại diện ngoại giao (Foreign Agent - FA) của tất cả các thiết bị đầu cuối di động tương ứng trong ASN này. Bên trong Hub, cung cấp dịch vụ mạng (Network Service Provision - NSP) được tạo ra bởi Home Agent và server nhận dạng, nhận thực và tính tiền. Home Agent lưu thông tin về các node di động mà địa chỉ vĩnh cửu của chúng được lưu trong NSP, trong khi server nhận dạng, nhận thực và tính tiền điều khiển truy cập tới các nguồn máy tính, thi hành các chính sách, và cung cấp thông tin cần thiết cho việc tính tiền đối với các dịch vụ.
Hệ thống lai thực hiện như sau: khi nào người dùng xa (Remote User - RU) trong mạng lõi hướng lưu lượng tới người sử dụng di động (UE), lưu lượng này sẽ được gửi chuyển tiếp tới Home Agent cho phép biết vị trí và cổng Gateway mà UE thuộc về nó. Bởi vậy, Home Agent sẽ tạo kênh để lưu lượng (gói IP như tải tin của gói IP mới) tới cổng Gateway. ASN-GW bóc mào đầu IP (IP header) và chuyển tiếp nó tới BS. Trong trường hợp một UE mong muốn được đăng ký tới khu vực vùng phủ xác định, BS (ASN-GW) sẽ kiểm tra các nguồn tài nguyên đủ điều kiện sẵn sàng hay không. Nếu các nguồn tài nguyên sẵn sàng, UE được đăng ký tới cổng Gateway sau khi thực hiện thủ tục nhận dạng, nhận thực. Sau đó RRM của RCST cũng tiếp nhận yêu cầu cho dịch vụ từ ASN-GW, trong trường hợp người sử dụng yêu cầu dịch vụ.
3.Kết luận.
Việc thiết kế mạng hỗn hợp các mô hình lai giữa mạng vệ tinh và WiMAX để kết hợp các ưu việt của thông tin vệ tinh và WiMAX được các nhóm nghiên cứu của các nước đề xuất tại các cuộc họp nhóm nghiên cứu (Working Party-4B, -4A) của Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU). Hiện tại, tại Việt Nam loại hình dịch vụ WiMAX và thông tin vệ tinh còn rất mới, việc theo dõi tiến trình phát triển, thiết kế các hệ thống mạng lai Vệ tinh-WiMAX của thế giới là cần thiết, vì thế mới có thể sớm áp dụng, sớm tận dụng các ưu điểm của các thiết kế mạng hỗn hợp này đem lại hiệu quả trong quản lý tài nguyên vô tuyến cho Việt Nam.
Tài liệu tham khảo
[1]. ETSI: EN 302 307 Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications (DVB-S2)”
[2]. ETSI: TR 102 376, Digital Video Broadcasting (DVB) User guidelines for the second generation system for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications (DVB-S2)”
[3]. ETSI: EN 301 790, Digital Video Broadcasting (DVB): Interaction channel for satellite distribution systems
[4]WiMAX Forum, Mobile WiMAX-Part I: A Technical Overview and Performance Evaluation, August 2006.