Xem mẫu
- HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Khoa Viễn thông 1
------------o0o------------
BÀI TẬP LỚN
MẠNG TRUY NHẬP
MÃ HÓA BẢO MẬT
TRONG WIMAX
Giáo viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Việt
Hùng
Sinh viên : Văn Thị Ngân
Bùi Thị Huyền
Lê Thanh Bình
Nguyễn Thành Tiến
Nhóm : Nhóm 3
Lớp : D05VT2
Hà Nội, 11- 2008
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Viễn thông là một lĩnh vực phát triển mạnh mẽ, không chỉ gia tăng về
mặt dịch vụ mà vấn đề công nghệ cũng được quan tâm nhằm đáp ứng nhu
cầu ngày càng cao của người sử dụng, đặc biệt là vấn đề bảo mật thông tin
của người sử dụng trong môi trường truyền dẫn không dây wireless. Thông
tin không dây (wireless-hay còn được gọi là vô tuyến) đang có mặt tại kh ắp
mọi nơi và phát triển một cách nhanh chóng, các hệ thống thông tin di động tế
bào sử dụng công nghệ GSM và CDMA đang dần thay thế các h ệ th ống
mạng điện thoại cố định hữu tuyến.Các hệ thống mạng LAN không dây- còn
được biết với tên thông dụng hơn là Wi-fi cũng đang hi ện h ữu trên r ất nhi ều
tòa nhà văn phòng, các khu vui chơi giải trí. Trong vài năm gần đây m ột h ệ
thống mạng MAN không dây (Wireless MAN) thường được nhắc nhiều đến
như là một giải pháp thay thế và bổ sung cho công ngh ệ xDSL là Wimax.
Wimax còn được gọi là Tiêu chuẩn IEEE 802.16, nó đáp ứng đ ược nhi ều yêu
cầu kỹ thuật và dịch vụ khắt khe mà các công nghệ truy nhập không dây th ế
hệ trước nó (như Wi-fi và Bluetooth) chưa đạt được như bán kính phủ sóng
rộng hơn, băng thông truyền dẫn lớn hơn, số khách hàng có thể sử dụng đồng
thời nhiều hơn, tính bảo mật tốt hơn,…
Wimax là công nghệ sử dụng truyền dẫn trong môi trường vô tuyến, tín
hiệu sẽ được phát quảng bá trên một khoảng không gian nh ất định nên d ễ b ị
xen nhiễu, lấy cắp hoặc thay đổi thông tin do vậy việc bảo mật trong công
nghệ này cần được quan tâm tìm hiểu, đánh giá và phân tích trên nhiều khía
cạnh. Đề tài: “Mã hóa bảo mật trong Wimax” dưới đây là một phần trong vấn
đề bảo mật trong hệ thống Wimax. Đề tài này bao gồm như sau:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống Wimax, đặc điểm, ưu nhược
điểm của hệ thống, một số chuẩn hóa và sơ qua các phương pháp bảo mật
trong hệ thống Wimax đang được sử dụng.
Chương 2: Giới thiệu,phân loại các phương pháp mã hóa bảo mật nh ư
phương pháp mã hóa không dùng khóa, mã hóa bí mật và mã hóa công khai và
một số ứng dụng của mã hóa trong thực tế.
Chương 3: Tập trung chi tiết về các phương pháp mã hóa được dùng trong
bảo mật hệ thống Wimax như tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu DES và tiêu chuẩn
1
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Lời nói đầu
mã hóa tiên tiến AES. Và cuối cùng là kết luận và xu hướng phát tri ển ti ếp
theo của công nghệ Wimax.
Công nghệ Wimax vẫn đang được nghiên cứu và phát triển. Bảo mật là
một vấn đề tương đối khó cùng với khả năng hiểu biết hạn chế của nhóm
về vấn đề mã hóa bảo mật, do đó không tránh được những sai sót trong bài
làm.Mong được sự đóng góp ý kiến của mọi người quan tâm đến vấn đề bảo
mật.
2
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Mục lục
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................1
MỤC LỤC...........................................................................................................3
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT..................................................................................6
DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................................9
DANH MỤC BẢNG BIỂU...............................................................................11
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ WIMAX......................................................12
1.1. Giới thiệu về công nghệ Wimax................................................................12
1.1.1. Một số đặc điểm của Wimax........................................................14
1.1.2. Cấu hình mạng trong Wimax.........................................................15
1.1.2.1. Cấu hình điểm-đa điểm......................................................15
1.1.2.2. Cấu hình MESH..................................................................16
1.2. Giới thiệu các chuẩn Wimax......................................................................17
1.2.1. Một số chuẩn Wimax đầu tiên......................................................18
1.2.1.1. Chuẩn IEEE 802.16d-2004..................................................20
1.2.1.2. Chuẩn IEEE 802.16e-2005..................................................20
1.2.2. Một số chuẩn IEEE 802.16 khác...................................................21
1.3. Lớp con bảo mật trong Wimax...................................................................26
1.4. Kết luận.......................................................................................................27
CHƯƠNG II : CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA BẢO MẬT.....................28
2.1. Giới thiệu về mã hóa bảo mật....................................................................28
2.2. Các phương pháp mã hóa bảo mật.............................................................28
2.2.1.Mã hóa không dùng khóa.................................................................28
2.2.1.1. Hàm mũ rời rạc....................................................................28
2.2.1.2. Hàm bình phương module...................................................30
2.2.1.3. Bộ tạo bít ngẫu nhiên..........................................................30
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Mục lục
2.2.2. Mã hóa khóa bí mật........................................................................33
2.2.2.1. Mật mã Ceasar.....................................................................34
2.2.2.2. Mật mã Affine......................................................................35
2.2.2.3. Mật mã thay thế (Substitution cipher).................................36
2.2.2.4. Các mã hoán vị (Transposition cipher)................................37
2.2.2.5. Mật mã Hill..........................................................................39
2.2.2.6. Mật mã Vigenere.................................................................40
2.2.2.7. One time pad.........................................................................42
2.2.2.8. Mã RC4................................................................................43
2.2.2.9. DES (Data Encryption Standard).........................................44
2.2.2.10. AES (Advanced Encryption Standard)...............................46
2.2.3. Mã hóa khóa công khai...................................................................46
2.2.3.1. Mã RSA................................................................................47
2.2.3.2. Hệ mật Rabin......................................................................49
2.2.3.3. Hệ mật ElGamal..................................................................50
2.2.3.4. Hệ mật Mekle-Hellman.......................................................51
2.2.3.5. Hệ mật Mc Elice.................................................................51
2.2.3.6. Mật mã đường cong Elip.....................................................51
2.2.3.7. Các hàm băm và tính toàn vẹn của dữ liệu........................52
2.2.3.8. MD4 và MD5.......................................................................55
2.2.3.9. SHA và SHA-1.....................................................................55
2.3. So sánh – Ứng dụng – Xu hướng phát triển của mã hóa bảo mật............55
2.3.1. So sánh mã hóa khóa bí mật và mã hóa khóa công khai................55
2.3.2. Một số ứng dụng tiêu biểu............................................................57
2.3.3. Xu hướng của mã hóa trong tương lai...........................................60
2.4. Kết luận.......................................................................................................64
CHƯƠNG III : MÃ HÓA DỮ LIỆU TRONG WIMAX...............................65
3.1. Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu DES – Data Encryption Standard....................65
3.1.1. Giới thiệu về mã hóa DES.............................................................65
3.1.2. Thuật toán mã hóa DES..................................................................67
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Mục lục
3.1.3. DES trong Wimax...........................................................................85
3.2. Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến AES – Advanced Encryptiom Standard .......90
3.2.1. Giới thiệu về mã hóa AES.............................................................90
3.2.2. Thuật toán mã hóa AES..................................................................93
3.2.3. AES-CCM trong Wimax...............................................................102
3.3. Kết luận.....................................................................................................106
KẾT LUẬN: ....................................................................................................107
TÀI LIỆU THAM KHẢO: ............................................................................108
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Thuật ngữ viết tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu Từ viết tắt
AES Advanced Encryption Standard
BPSK Binary Phase Shift Keying
BS Base Station
CBC Cipher Block Chaining
CCA Chosen ciphertext attack
CCM Counter with CBC-MAC
CPA Chosen- Plaintext attack
CRC Cyclic Redundancy Check
CS Service-Specific Convergence Sublayer
CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance
CTR Counter
DES Data Encryption Standard
DSL Digital Subcriber Line
ETSI European Telecommunications Standards Institute
FDD Frequency Division Duplexing
FDM Frequency Division Multiplexing
FDMA Frequency Division Multiple Access
FEC Forward Error Correction
FM Feedback Mode
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Thuật ngữ viết tắt
IEEE Institue of Electrical and Electronic Engineers
IFFT Inverse Fast Fourier Transform
IP Initial Permutation
ISI Intersymbol Interference
IV Initialization Vector
KEK Key Encryption Key
LMDS Local Multipoint Distribution Service
LOS Line-Of-Sight
MAN Metro Area Network
MCPS MAC Common Part Sublayer
MD Message Digest
MPDU MAC Protocol Data Unit
NLOS None Line-Of-Sight
NNI Network-to-Network Interface
NIST National Institute of Standards and Technology
NSA National Security Agency
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
OSI Open Systems Interconnection
OTP One – time – pad
PDU Protocol Data Unit
PKM Privacy Key Management
PN Packet Number
QAM Quadrature Amplitude Modulation
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Thuật ngữ viết tắt
QoS Quality of Service
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
RSA Rivest, Shamir, and Adleman
SA Security Association
SC Single Carrier
SHA Secure Hash Algorith
SET Secure Electronic Transmission
SS Subcriber Station
TDD Time Division Duplexing
TDM Time Division Multiplexing
TDMA Time Division Multiple Access
TEK Traffic Encryption Key
UNI User-to-Network Interface
VoIP Voice over IP
WiFi Wireless Fidelity
WIMAX Worldwide Interoperability Microwave Access
WLAN Wireless Local Area Network
WMAN Wireless Metro Area Network
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Danh mục hình vẽ
DANH MỤC HÌNH VẼ
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT......................................................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................................................ 9
DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................................................... 12
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ WIMAX................................................................................................. 13
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX....................................................................................................... 13
Hình 1.1: Wimax network architecture...........................................................................................................................14
Hình 1.2: Mô hình truyền thông của Wimax..................................................................................................................15
1.1.1.Một số đặc điểm của Wimax:............................................................................................. 16
Hình 1.3: Mô hình phân lớp trong hệ thống WiMax so sánh với OSI...........................................................................17
1.1.2. Cấu hình mạng trong Wimax.............................................................................................. 17
1.1.2.1. Cấu hình mạng điểm- đa điểm (PMP)...............................................................................................17
Hình 1.4: Cấu hình điểm-đa điểm (PMP)......................................................................................................................18
1.1.2.2. Cấu hình mắt lưới MESH...................................................................................................................18
Hình 1.5: Cấu hình mắt lưới MESH...............................................................................................................................19
1.2. GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHUẨN WIMAX....................................................................................................... 19
Hình 1.6: IEEE 802.16 Wimax........................................................................................................................................20
1.2.1. Một số chuẩn Wimax đầu tiên............................................................................................ 20
Bảng 1.1: Các kiểu truy nhập trong Wimax...................................................................................................................21
Hình 1.7 : OFDM với 9 sóng mang con.........................................................................................................................22
1.2.1.1. Chuẩn IEEE 802.16d-2004.................................................................................................................22
1.2.1.2. Chuẩn IEEE 802.16e-2005................................................................................................................22
Hình 1.8: Cấu hình di động chung của 802.16e...........................................................................................................23
1.2.2 Một số chuẩn 802.16 khác.................................................................................................. 23
IEEE 802.16f...................................................................................................................................23
Hình 1.9: Cơ sở thông tin quản lí Wimax.......................................................................................................................24
IEEE 802.16i...................................................................................................................................24
IEEE 802.16g..................................................................................................................................25
IEEE 802.16k..................................................................................................................................26
IEEE 802.16h..................................................................................................................................26
IEEE 802.16j...................................................................................................................................27
Hình 1.10: Kiến trúc mạng-MMR thông qua Wimax thông thường..............................................................................28
1.3. LỚP CON BẢO MẬT TRONG WIMAX........................................................................................................ 28
Hình 1.11: Thành phấn của lớp con bảo mật...............................................................................................................29
1.4. KẾT LUẬN...................................................................................................................................... 29
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA BẢO MẬT.................................................................. 31
2.1. GIỚI THIỆU VỀ MÃ HÓA BẢO MẬT ........................................................................................... 31
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA BẢO MẬT................................................................................. 32
2.2.1. MÃ HÓA KHÔNG DÙNG KHÓA .......................................................................................................... 32
2.2.1.1. Hàm mũ rời rạc................................................................................................................ 32
Hình 2.1 :Mô tả hàm một chiều.....................................................................................................................................32
2.2.1.2. Hàm bình phương module .............................................................................................. 33
2.2.1.3. Bộ tạo bít ngẫu nhiên ..................................................................................................... 34
Hình 2.2: Bộ tạo bít ngẫu nhiên.....................................................................................................................................34
2.2.2. MÃ HÓA KHÓA BÍ MẬT.................................................................................................................... 36
Hình 2.3 : Mô hình đơn giản của mã hóa thông thường [7-sec2.1]..............................................................................38
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Danh mục hình vẽ
2.2.2.1. Mật mã Caesar ............................................................................................................... 38
Hình 2.4 : “Máy” để thực hiện mã hóa Caesar [12].......................................................................................................39
2.2.2.2. Mật mã Affine.................................................................................................................. 39
2.2.2.3. Mật mã thay thế.............................................................................................................. 40
2.2.2.4. Các mã hoán vị............................................................................................................... 41
Bảng 2.1 : Mã hóa Scytale.............................................................................................................................................42
2.2.2.5. Mật mã Hill...................................................................................................................... 43
2.2.2.6. Mật mã Vigenère............................................................................................................. 44
Hình 2.5 : The Vigenère Square [12].............................................................................................................................45
2.2.2.7. One - time pad ................................................................................................................ 46
2.2.2.8. RC4................................................................................................................................. 48
2.2.2.9. DES................................................................................................................................. 49
2.2.2.10. AES............................................................................................................................... 50
2.2.3. MÃ HÓA KHÓA CÔNG KHAI............................................................................................................... 51
2.2.3.1. Mã RSA........................................................................................................................... 52
Hình 2.6: Mật mã hóa/ Giải mật mã hệ thống RSA.....................................................................................................52
Bảng 2.2: Quá trình phân tích thừa số..........................................................................................................................54
2.2.3.2. Hệ mật Rabin.................................................................................................................. 54
2.2.3.3. Hệ mật El Gamal............................................................................................................. 55
2.2.3.4. Hệ mật Mekle-Hellman.................................................................................................... 55
2.2.3.5. Hệ mật Mc Elice.............................................................................................................. 56
2.2.3.6. Mật mã đường cong Ellip................................................................................................ 56
Bảng 2.3: Bảng so sánh kích thước khóa một số loại mã............................................................................................57
2.2.3.7. Các hàm băm và tính toàn vẹn dữ liệu........................................................................... 57
2.2.3.8. MD4 và MD5.................................................................................................................... 60
2.2.3.9. SHA và SHA-1................................................................................................................. 60
2.3. SO SÁNH - ỨNG DỤNG - XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MÃ HÓA BẢO MẬT................................ 61
2.3.1. SO SÁNH MÃ HÓA KHÓA BÍ MẬT VÀ MÃ HÓA KHÓA CÔNG KHAI.................................................................... 61
Bảng 2.4: Bảng so sánh kích thước khóa một số loại mã............................................................................................61
2.3.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG TIÊU BIỂU.......................................................................................................... 63
Chữ kí số - Digital signature......................................................................................................... 63
Hình 2.7: Lược đồ chữ kí số..........................................................................................................................................64
Giao dịch điện tử an toàn (SET)................................................................................................... 65
Pay TV ......................................................................................................................................... 65
2.3.3. XU HƯỚNG CỦA MÃ HÓA BẢO MẬT TRONG TƯƠNG LAI............................................................................. 66
2.4. KẾT LUẬN.................................................................................................................................... 70
Hình 3.2: Cấu trúc mật mã khối DES. (đồ án tốt nghiệp)............................................................................................76
Hình 3.3: Hàm lặp f của DES.........................................................................................................................................77
DESX..............................................................................................................................................90
TDEA..............................................................................................................................................90
Hình 3.6: Tấn công “giao nhau ở giữa” chống lại DES kép..........................................................................................92
Hình 3.10. Triple DES trong chế độ CBC......................................................................................................................98
3.2. CHUẨN MÃ HÓA TIÊN TIẾN AES-ADVANCED ENCRYPTIOM STANDARD ........................... 99
3.2.1. GIỚI THIỆU VỀ MÃ HÓA AES........................................................................................................... 99
Hình 3.11: Chỉ số byte và bit........................................................................................................................................100
Hình 3.12 : Bảng trạng thái đầu vào và đầu ra...........................................................................................................101
3.2.2. THUẬT TOÁN MÃ HÓA AES........................................................................................................... 102
Bảng 3.9 : Khóa - khối bit - số vòng............................................................................................................................103
Hình 3.13: Sơ đồ thuật toán mã hóa và giải mã AES-128 [7]....................................................................................103
Hình 3.14: Áp dụng S-box cho mỗi byte của bảng trạng thái....................................................................................104
Bảng 3.10: Bảng S-box................................................................................................................................................105
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Danh mục hình vẽ
Hình 3.15 : Dịch vòng trong 3 hàng cuối của bảng trạng thái....................................................................................105
Hình 3.16: Hoạt động Mixcolumn trên từng cột của bảng trạng thái.........................................................................106
Hình 3.17: XOR mỗi cột trong bảng trạng thái với một từ trong hệ thống khóa........................................................107
Hình 3.18: Vòng lặp mã hóa AES [7]...........................................................................................................................107
Bảng 3.11: Mở rộng khóa 128bit.................................................................................................................................109
Hình 3.19 : InvShiftRows..............................................................................................................................................109
Bảng 3.12 : Bảng S-box đảo.......................................................................................................................................110
Hình 3.20: Sơ đồ giải mã AES-128.............................................................................................................................111
Bảng 3.13: Mã hóa AES-128.......................................................................................................................................112
3.2.3. AES-CCM TRONG WIMAX.......................................................................................................... 112
Hình 3.21: Nonce.........................................................................................................................................................114
Hình 3.22: CCM CBC Block.........................................................................................................................................114
Hình 3.23 : CCM counter block....................................................................................................................................114
Hình 3.24 : Quá trình mã hóa và tạo mã nhận thực bản tin.......................................................................................116
Hình 3.25: Mã hóa tải tin AES-CCM............................................................................................................................116
3.3. KẾT LUẬN.................................................................................................................................. 117
KẾT LUẬN......................................................................................................................................... 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................................... 119
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Danh mục bảng biểu
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các kiểu truy nhập trong Wimax 19
Bảng 2.1 : Mã hóa Scytale Error: Reference source not found
Bảng 2.2: Quá trình phân tích thừa số. Error: Reference source not found
Bảng 2.3: Bảng so sánh kích thước khóa một số loại mã. Error:
Reference source not found
Bảng 2.4: Bảng so sánh kích thước khóa một số loại mã. Error:
Reference source not found
Bảng 3.1. Hoán vị khởi tạo IP. Error: Reference source not found
Bảng 3.2. Bảng lựa chọn E bit. Error: Reference source not found
Bảng 3.3. Các hộp S Error: Reference source not found
Bảng 3.4. Hàm hoán vị P. Error: Reference source not found
Bảng 3.5. Hoán vị khởi tạo ngược IP-1 của DES Error: Reference source not
found
Bảng 3.1. Hoán vị khởi tạo IP Error: Reference source not found
Bảng 3.6: Hàm lựa chọn hoán vị 1: PC1 Error: Reference source not found
Bảng 3.7 : Hàm lựa chọn hoán vị 2: PC2. Error: Reference source not found
Bảng 3.8. Sơ đồ dịch vòng trái (sách FIP) Error: Reference source not found
Bảng 3.9 : Khóa - khối bit - số vòng Error: Reference source not found
Bảng 3.10: Bảng S-box Error: Reference source not found
Bảng 3.12 : Bảng S-box đảo Error: Reference source not found
Bảng 3.11: Mở rộng khóa 128bit Error: Reference source not found
Bảng 3.13: Mã hóa AES-128 Error: Reference source not found
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Chương I : Giới thiệu về Wimax
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ WIMAX
1.1. Giới thiệu về công nghệ Wimax
Wimax (World Interoperability for Microware Access) – Khả năng khai
thác mạng trên toàn cầu đối với mạng truy nhập vi ba. Đây là một kỹ thuật
cho phép ứng dụng để truy nhập cho một khu vực đô thị rộng lớn. Ban đầu
chuẩn 802.16 được tổ chức IEEE đưa ra nhằm giải quyết các vấn đ ề k ết n ối
cuối cùng trong một mạng không dây đô thị WMAN hoạt động trong tầm nhìn
thẳng (Line of Sight) với khoảng cách từ 30 tới 50 km. Nó được thiết kế để
thực hiện đường trục lưu lượng cho các nhà cung cấp d ịch v ụ Internet không
dây, kết nối các điểm nóng WiFi, các hộ gia đình và các doanh nghi ệp….đ ảm
bảo QoS cho các dịch vụ thoại, video, hội nghị truyền hình thời gian thực và
các dịch vụ khác với tốc độ hỗ trợ lên tới 280 Mbit/s mỗi trạm gốc. Chuẩn
IEEE 802.16-2004 hỗ trợ thêm các hoạt động không trong tầm nhìn thẳng t ại
tần số hoạt động từ 2 tới 11 GHz với các kết nối dạng mesh (l ưới) cho c ả
người dùng cố định và khả chuyển. Chuẩn mới nhất IEEE 802.16e, được giới
thiệu vào ngày 28/2/2006 bổ sung thêm khả năng hỗ trợ người dùng di động
hoạt động trong băng tần từ 2 tới 6 GHz với ph ạm vi phủ sóng t ừ 2-5 km.
Chuẩn này đang được hy vọng là sẽ mang lại dịch v ụ băng r ộng th ực s ự cho
những người dùng thường xuyên di động với các thiết bị như laptop, PDA tích
hợp công nghệ Wimax [3].
Thực tế WiMax hoạt động tương tự WiFi nhưng ở tốc độ cao và
khoảng cách lớn hơn rất nhiều cùng với một số lượng lớn người dùng. Một
hệ thống WiMax gồm 2 phần [5][35]:
• Trạm phát: giống như các trạm BTS trong mạng thông tin di động với
công suất lớn có thể phủ sóng một vùng rộng tới 8000km2
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Chương I : Giới thiệu về Wimax
• Trạm thu: có thể là các anten nhỏ như các Card mạng cắm vào hoặc
được thiết lập sẵn trên Mainboard bên trong các máy tính, theo cách mà
WiFi vẫn dùng
Hình 1.1: Wimax network architecture
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Chương I : Giới thiệu về Wimax
Hình 1.2: Mô hình truyền thông của Wimax
.
Các trạm phát BTS được kết nối tới mạng Internet thông qua các đường
truyền tốc độ cao dành riêng hoặc có thể được nối tới một BTS khác nh ư
một trạm trung chuyển bằng đường truyền thẳng (line of sight), và chính vì
vậy WiMax có thể phủ sóng đến những vùng rất xa.
Các anten thu/phát có thể trao đổi thông tin với nhau qua các tia sóng
truyền thẳng hoặc các tia phản xạ. Trong trường hợp truy ền th ẳng, các anten
được đặt cố định trên các điểm cao, tín hiệu trong trường h ợp này ổn đ ịnh và
tốc độ truyền có thể đạt tối đa. Băng tần sử dụng có thể dùng ở tần số cao
đến 66GHz vì ở tần số này tín hiệu ít bị giao thoa với các kênh tín hiệu khác
và băng thông sử dụng cũng lớn hơn. Đối với trường hợp tia phản xạ, WiMax
sử dụng băng tần thấp hơn, 2-11GHz, tương tự như ở WiFi, ở tần số th ấp tín
hiệu dễ dàng vượt qua các vật cản, có thể phản xạ, nhiễu xạ, uốn cong, vòng
qua các vật thể để đến đích.
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Chương I : Giới thiệu về Wimax
1.1.1. Một số đặc điểm của Wimax:
Wimax đã được tiêu chuẩn hoá theo chuẩn IEEE 802.16. Hệ th ống
Wimax là hệ thống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các
đặc điểm sau: [5][35]
• Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể từ 30Km tới 50Km.
• Tốc độ truyền có thể thay đổi, có thể lên tới 70Mbit/s
• Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn
thẳng LOS và đường truyền bị che khuất NLOS.
• Dải tần làm việc từ 2-11GHz và từ 10-66GHz
• Độ rộng băng tần của WiMax từ 5MHz đến trên 20MHz được chia
thành nhiều băng con 1,75MHz. Mỗi băng con này được chia nhỏ hơn
nữa nhờ công nghệ OFDM, cho phép nhiều thuê bao có th ể truy c ập
đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu
hiệu quả sử dụng băng tần.
• Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD và FDD cho việc phân chia
truyền dẫn của hướng lên (uplink) và hướng xuống (downlink). Trong
cơ chế TDD, khung đường xuống và đường lên chia sẻ một tần số
nhưng tách biệt về mặt thời gian. Trong FDD, truyền tải các khung
đường xuống và đường lên diễn ra cùng một thời điểm, nhưng tại các
tần số khác nhau.
• Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMax được phân chia thành 4 lớp :
Lớp con hội tụ (Convergence) làm nhiệm vụ giao diện giữa lớp đa truy
nhập và các lớp trên, lớp điều khiển đa truy nhập (MAC layer), l ớp
truyền dẫn (Transmission) và lớp vật lý (Physical). Các lớp này tương
đương với hai lớp dưới của mô hình OSI và được tiêu chu ẩn hoá đ ể có
thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên như mô tả ở hình dưới
đây[35].
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Chương I : Giới thiệu về Wimax
Hình 1.3: Mô hình phân lớp trong hệ thống WiMax so sánh với OSI
1.1.2. Cấu hình mạng trong Wimax
Công nghệ Wimax hỗ trợ mạng PMP và một dạng của cấu hình mạng
phân tán là mạng lưới MESH [5].
1.1.2.1. Cấu hình mạng điểm- đa điểm (PMP)
PMP là một mạng truy nhập với một hoặc nhiều BS có công suất lớn
và nhiều SS nhỏ hơn. Người dùng có thể ngay lập tức truy nhập mạng chỉ sau
khi lắp đặt thiết bị người dùng. SS có thể sử dụng các anten tính hướng đ ến
các BS, ở các BS có thể có nhiều anten có hướng tác dụng theo mọi hướng
hay một cung [5].
Với cấu hình này trạm gốc BS là điểm trung tâm cho các tr ạm thuê bao
SS. Ở hướng DL có thể là quảng bá, đa điểm hay đơn điểm. Kết nối của một
SS đến BS được đặc trưng qua nhận dạng kết nối CID [5].
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Chương I : Giới thiệu về Wimax
Hình 1.4: Cấu hình điểm-đa điểm (PMP)
1.1.2.2. Cấu hình mắt lưới MESH
Với cấu hình này SS có thể liên lạc trực tiếp với nhau. Trạm g ốc Mesh
BS kết nối với một mạng ở bên ngoài mạng MESH [5]. Kiểu MESH khác
PMP là trong kiểu PMP các SS chỉ liên hệ với BS và tất cả lưu lượng đi qua
BS trong khi trong kiểu MESH tất cả các node có thể liên lạc với m ỗi node
khác một cách trực tiếp hoặc bằng định tuyến nhiều bước thông qua các SS
khác.
Một hệ thống với truy nhập đến một kết nối backhaul được gọi là
Mesh BS, trong khi các hệ thống còn lại được gọi là Mesh SS. Dù cho MESH
có một hệ thống được gọi là Mesh BS, h ệ th ống này cũng ph ải ph ối h ợp
quảng bá với các node khác.
- Mã hóa bảo mật trong Wimax
Chương I : Giới thiệu về Wimax
.
Hình 1.5: Cấu hình mắt lưới MESH
Backhaul là các anten điểm-điểm được dùng để kết nối các BS được định vị
qua khoảng cách xa.
Một mạng MESH có thể sử dụng hai loại lập lịch quảng bá:
• Với kiểu lập lịch phân tán, các hệ thống trong phạm vi 2 bước của mỗi
cell khác nhau chia sẻ cách lập lịch và hợp tác để đảm bảo tránh xung
đột và chấp nhận tài nguyên.
• MESH lập lịch tập trung dựa vào Mesh BS để tập hợp các yêu cầu tài
nguyên từ các Mesh SS trong một dải bất kì và phân phối các yêu cầu
này với khả năng cụ thể. Khả năng này được chia sẻ với các Mesh SS
khác mà dữ liệu của người dùng được chuyển tiếp thông qua các Mesh
SS đó trao đổi với Mesh BS.
Trong kiểu MESH, phân loại QoS được thực hiện trên nền t ảng từng gói h ơn
là được kết hợp với các liên kết như trong kiểu PMP. Do đó ch ỉ có một liên
kết giữa giữa hai node Mesh liên lạc với nhau [5].
.
1.2. Giới thiệu về các chuẩn Wimax
Kĩ thuật IEEE 802.16 BWA, với đích hướng tới truy nhập vi ba tương
thích toàn cầu để cung cấp một giải pháp BWA chuẩn. Ủy ban chuẩn IEEE
đã tiến hành nghiên cứu về nhóm chuẩn 802.16 từ năm 1999, chuẩn bị cho
việc phát triển các mạng MAN không dây toàn cầu, thường được gọi là
WirelessMAN. Nhóm chuẩn IEEE 802.16, là một khối chuẩn của Ủy ban các
chuẩn IEEE 802 LAN/MAN, chịu trách nhiệm về các đặc điểm kĩ thuật của
nhóm chuẩn 802.16. Wimax Forum, được thành lập vào năm 2003, với mục
đích xúc tiến việc thương mại hóa IEEE 802.16 và MAN vô tuy ến hi ệu năng
cao của viện chuẩn truyền thông Châu Âu. Đặc biệt, IEEE 802.16 còn ti ếp
tục đưa ra các giải pháp và mở rộng dung lượng để h ỗ trợ tài nguyên và phát
triển Wimax. Hệ thống IEEE 802.16e được gọi là Mobile Wimax, đây là
chuẩn mà có thêm các người sử dụng di động vào trong hệ thống IEEE 802.16
ban đầu [2].
nguon tai.lieu . vn