Tổng quan mạng WLAN và quy trình thiết kế

Báo cáo thực tập: Tổng quan mạng WLAN và quy trình thiết kế

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 7

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ WLAN 9

1.1 Khái niệm về Wlan 9

1.2 Sự phát triển của Wireless LAN 9

1.3 Ưu nhược điểm của WLAN 10

1.3.1 Ưu điểm của WLAN so với mạng có dây truyền thống Mạng Wireless 10

1.3.2 Hạn chế của WLAN 11

Bên cạnh những thuận lợi của mạng Wireless như là tính linh động, tiện lợi, thoải mái…thì mạng Wireless vẫn không thể thay thế được mạng có dây truyền thống Thuận lợi chính của sự linh động đó là người dùng có thể di chuyển Các Server và máy chủ cơ sở dữ liệu phải truy xuất dữ liệu, về vị trí vật lý thì không phù hợp (vì máy chủ không di chuyển thường xuyên được) 11

Tốc độ mạng Wireless bị phụ thuộc vào băng thông Tốc độ của mạng Wireless thấp hơn mạng cố định, vì mạng Wireless chuẩn phải xác nhận cẩn thận những frame đã nhận để tránh tình trạng mất dữ liệu 11

Bảo mật trên mạng Wireless là mối quan tâm hàng đầu hiện nay Mạng Wireless luôn là mối bận tâm vì sự giao tiếp trong mạng đều cho bất kỳ ai trong phạm vi cho phép với thiết bị phù hợp Trong mạng cố định truyền thống thì tín hiệu truyền trong dây dẫn nên có thể được bảo mật an toàn hơn Còn trên mạng Wireless thì việc “đánh hơi” rất dễ dàng bởi vì mạng Wireless sử dụng sóng Radio thì có thể bị bắt và xử lí được bởi bất kỳ thiết bị nhận nào nằm trong phạm vi cho phép, ngoài ra mạng Wireless thì có ranh giới không rõ ràng cho nên rất khó quản lý 11

1.4 Các thành phần của mạng WLAN 12

1.4.1 Các card mạng vô tuyến 12

1.4.2 Các điểm truy nhập vô tuyến 12

Hình 1.1: Điểm truy nhập vô tuyến 12

1.4.3 Các cầu nối vô tuyến từ xa 13

1.5 Kiến trúc giao thức wlan 14

Hình 1.2: Kiến trúc giao thức của các thành phần WLAN 15

1.6 Cấu hình WLAN 15

1.6.1 Mô hình mạng Ad-Hoc 15

Hình 1.3: Mạng WLAN độc lập (mạng ad-hoc) 16

1.6.2 Mô hình mạng cơ sở (Basic service sets (BSSs) ) 16

Hình 1.4: Mạng WLAN cơ sở 17

1.6.3 Mô hình mạng mở rộng ( Extended Service Set (ESSs) 17

Hình 1.4 Mô hình mạng mở rộng 17

Mạng 802.11 mở rộng phạm vi di động tới một phạm vi bất kì thông qua ESS Một ESSs là một tập hợp các BSSs nơi mà các Access Point giao tiếp với nhau để chuyển lưu lượng từ một BSS này đến một BSS khác để làm cho việc di chuyển dễ dàng của các trạm giữa các BSS, Access Point thực hiện việc giao tiếp thông qua hệ thống phân phối Hệ thống phân phối là một lớp mỏng trong mỗi Access Point mà nó xác định đích đến cho một lưu lượng được nhận từ một BSS Hệ thống phân phối được tiếp sóng trở lại một đích trong cùng một BSS, chuyển tiếp trên hệ thống phân phối tới một Access Point khác, hoặc gởi tới một mạng có dây tới đích không nằm trong ESS Các thông tin nhận bởi Access Point từ hệ thống phân phối được truyền tới BSS sẽ được nhận bởi trạm đích 18

Chương 2 Kỹ thuật trải phổ và tiêu chuẩn IEEE 802.11 19

2.1 Trải phổ 19

2.1.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 19

2.1.2 Trải phổ nhảy tần (FHSS) 22

2.1.3 So sánh các mạng WLAN DSSS và FHSS 23

Hình 2.1: Truyền dẫn FHSS chồng lấn sử dụng một mẫu nhảy chung 25

2.2 Giới thiệu các tiêu chuẩn WLAN 26

Bảng 2.1 Tóm tắt các tiêu chuẩn WLAN 29

2.3 Tiêu chuẩn 802.11 29

Hình 2.2: Các bộ dịch vụ cơ sở trong mạng độc lập 30

2.4 Mô hình tham chiếu 802.11 cơ sở 30

2.5 Lớp Vật lý IEEE 802.11 30

2.5.1 Các khuôn dạng gói dữ liệu chung 31

2.5.2 Lớp vật lý DSSS 31

Hình 2.3: Khuôn dạng gói PLCP DSSS 32

Bảng 2.2: Định nghĩa pha của DBPSK và DQPSK 33

Mã Baker 11-chip được chọn làm mã giả tạp âm vì nhiều lý do Trước tiên, nó có tính tự tương quan tốt Thứ hai, vì mã Baker là khá ngắn nên cho phép đồng bộ hoá nhanh Thứ

ba, các đường bao sóng bị giới hạn đơn nhất, nó độc lập với cực tính và thời gian trễ của tín hiệu vào và đường bao sóng thấp ngụ ý rằng công suất tín hiệu bị tổn thất chỉ khi đường bao chính được chấp nhận Khi mỗi ký tự dữ liệu được truyền đi mã Baker 11-chip thay đổi pha 6 lần Điều này là không đối xứng bởi vì số lượng các xung âm và xung dương khác nhau một xung (mã đối xứng có số xung dương bằng số xung âm) Vì vậy,

MPDU được trộn để giới hạn sự thay đổi độ lệch dòng điện một chiều do mã Baker không đối xứng Tốc độ chip 11 Mchip/s tương ứng với chu kỳ chip 90,9 ns Điều này ngầm định rằng quá trình truyền sóng đa đường vẫn sẽ là vấn đề nếu độ trải trễ trung bình bình phương bậc hai nhỏ hơn 90,9 ns Vì thế, phân tập anten vẫn có thể được sử dụng để chống lại các ảnh hưởng của hiệu ứng đa đường Quy tắc chung đối với các hệ thống DSSS là độ rộng băng thông ít nhất bằng hai lần tốc độ chip Vì thế, tốc độ chip 11 Mchip/s yêu cầu

độ rộng băng thông nhỏ nhất là 22 MHz 33

2.5.3 Lớp vật lý FHSS 34

Hình 2.4: Khuôn dạng gói PLCP FHSS 34

2.5.4 Lớp vật lý hồng ngoại 35

Hình 2.5: Khuôn dạng gói dữ liệu của mạng LAN hồng ngoại IEEE 802.11 36

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 1 0 0 12 Chu kỳ ký hiệu 4 bit @ 1 Mbps 1 ký hiệu @ 16-PPM Khe 250 ns 37

Hình 2.6: Tín hiệu điều chế vị trí xung ở tốc độ 1 Mbps 37

Hình 2.7: Tín hiệu điều chế vị trí xung ở tốc độ 2 Mbps 37

2.6 Lớp điều khiển truy nhập môi trường IEEE 802.11 38

2.6.1 Đơn vị dữ liệu giao thức MAC 802.11 tổng quát 38

Hình 2.8: Khuôn dạng đơn vị dữ liệu giao thức MAC tổng quát 38

Bảng 2.3: Thông tin cho bởi các trường dữ liệu khác nhau trong phần tiêu đề MPDU 38

Hình 2.8 biểu diễn khuôn dạng của đơn vị dữ liệu giao thức MAC 802.11 tổng quát (MPDU) Các trường Địa chỉ 2, Địa chỉ 3, Điều khiển chuỗi, Địa chỉ 4 và dữ liệu người dùng chỉ có trong một số trường hợp nhất định MPDU được bảo vệ độc lập bởi các bit kiểm tra lỗi Có ba kiểu gói: 39

 Các gói dữ liệu; 39

 Các gói điều khiển (ví dụ như các gói RTS, CTS, ACK); 39

 Các gói quản lý (ví dụ như đèn hiệu) 39

Thông tin cho bởi các trường khác nhau trong phần tiêu đề MPDU được liệt kê trong Bảng 2.3 39

2.6.2 Các khoảng trống liên khung 39

Hình 2.9: Các định nghĩa khoảng trống liên khung 39

Bảng 2.10: Các đặc tả khoảng trống liên khung 40

Các khoảng trống liên khung độc lập với tốc độ dữ liệu IFS ngắn (SIFS) là IFS ngắn nhất

và được sử dụng cho tất cả các tác động đáp ứng tức thời (ví dụ như quá trình truyền dẫn

các gói ACK, RTS, CTS) IFS thực hiện chức năng phối hợp điểm (PIFS) có độ dài trung bình sử dụng để dò tìm các nút trong khoảng thời gian giới hạn IFS thực hiện chức năng phối hợp phân bố (DIFS) là IFS dài nhất được sử dụng như thời gian trễ nhỏ nhất giữa các gói dữ liệu truyền dẫn liên tiếp Khe thời gian được xác định và được sử dụng cho các mục đích lùi chờ (backoff) phát Khe thời gian là tổng của thời gian ấn định kênh (cảm biến sóng mang), thời gian xoay vòng máy thu, trễ truyền sóng, và trễ xử lý lớp MAC SIFS là hàm của độ trễ thời gian, trễ xuất hiện trong quá trình giải mã phần tiêu đề/phần mào đầu PLCP, thời gian quay vòng máy thu, và thời gian trễ xử lý lớp MAC Chuẩn 802.11 xác định các giá trị khác nhau của khe thời gian và SIFS cho các lớp vật lý khác nhau Ví dụ, trong các mạng LAN DSSS, chuẩn 802.11 xác định SIFS=10  và khe thời s gian TS=20  Đối với các mạng LAN FHSS, SIFS=28s  và khe thời gian TS=50s  s DIFS được xác định bằng SIFS+2xTS trong khi PIFS được xác định bằng SIFS+TS Như

ở trong Bảng 2.4, IFS ở các hệ thống DSSS nhỏ hơn ít nhất hai lần so với IFS ở các hệ thống FHSS Điều này có nghĩa là một quá trình truyền dẫn DSSS chứa ít thông tin phụ hơn do các khoảng trống thời gian liên khung Khe thời gian ở chuẩn Ethernet 10 Mbps được xác định bằng thời gian của 512 bit hay 51,2  Tuy nhiên, độ rộng khe thời gian s

này cũng tính đến thời gian cần thiết cho quá trình phát hiện xung đột 40

2.6.3 Chức năng phối hợp phân tán 41

Bảng 2.11: Tỷ số giữa thời gian của một khe với các độ dài khác nhau của gói Ethernet (bỏ qua phần mào đầu vô tuyến) 42

Trong Bảng 2.5, tỷ số giữa độ rộng khe thời gian (xác định trong Bảng 2.4) với gói Ethernet tiêu chuẩn là đủ nhỏ để đảm bảo cho thuật toán CSMA trong chuẩn 802.11 hoạt động hiệu quả Ở tốc độ cao hơn, CSMA có thể hoạt động không hiệu quả khi truyền dẫn các gói Ethernet ngắn 42

Nút A bắt đầu cảm biến sóng mang Gói 1 (Nút A) Nút B bắt đầu cảm biến sóng mang DIFS Khoảng backoff (Nút C) Khoảng backoff (Nút B) Nút C phát hiện gói của nút B DIFS Gói 1 (Nút B) Khoảng backoff còn lại (Nút C) Nút C bắt đầu cảm biến sóng mang DIFS Gói 1 (Nút C) Truy nhập tức thì khi cảm biến được môi trường rỗi trong khoảng thời gian lớn hơn DIFS 42

Hình 2.10: Truyền dẫn một gói sử dụng CSMA/CA 42

Hình 2.11: Truyền dẫn nhiều gói sử dụng CSMA/CA (một nút) 43

Hình 2.12: Truyền dẫn nhiều gói sử dụng CSMA/CA (nhiều nút) 44

Hình 2.13: Truyền dẫn thành công gói dữ liệu unicast 46

Hình 2.14: Truyền dẫn gói sử dụng cảm biến sóng mang 46

Hình 2.15: Truyền dẫn gói RTS 47

Hình 2.16: Truyền dẫn gói CTS 49

2.6.4 Chức năng phối hợp điểm 49

Hình 2.17: PCF và DCF trong một siêu khung 51

2.6.5 Kết hợp và tái kết hợp 51

2.6.6 Nhận thực và bảo mật 52

2.6.7 Đồng bộ hoá 53

2.6.8 Quản lý công suất 53

2.6.9 Quá trình phân mảnh gói 55

Hình 2.18: Quá trình phân mảnh một gói dữ liệu unicast 56

Chương 3 Các vấn đề của mạng WLAN 56

3.1 Các vấn đề khi triển khai WLAN 56

3.1.1 Nút ẩn 56

Hình 3.1 - Vấn đề nút ẩn trong mạng WLAN độc lập 57

Hình 3.2: Nhiều quá trình truyền dẫn trong trường hợp của một nút ẩn 58

Hình 3.4: Xung đột trong một vùng chồng lấn của mạng WLAN cơ sở khi điều khiển tập trung 59

3.1.2 Theo dõi công suất 59

Hình 3.5: Theo dõi công suất 60

3.1.3 Các vật cản LAN truyền tín hiệu 61

3.1.4 Các nguồn nhiễu vô tuyến 61

3.2 Các phương pháp nâng cao chất lượng WLAN 62

3.2.1 Cấu hình đa kênh 62

Hình 3.6 - Hoạt động đa kênh 63

3.2.2 Hoạt động đa kênh đối với các WLAN DSSS 2.4 GHz 63

3.2.3 Hoạt động đa kênh đối với WLAN FHSS 2.4 GHZ 64

3.2.4 Lọc lưu lượng mạng 64

3.2.5 Giảm tốc độ dữ liệu (Fall back) 65

3.2.6 Chuyển vùng và chuyển giao 65

Hình 3.7 - Chuyển vùng trong WLAN 66

3.2.7 Cân bằng tải 67

3.2.8 Đảm bảo truy nhập vô tuyến 67

3.2.9 Quản lý công suất 68

3.3 An ninh mạng WLAN 68

3.3.1 Giới thiệu 68

3.3.2 Các tập giải pháp an ninh mạng cho WLAN 69

3.3.2.1 Mã hoá 70

3.3.2.2 Giao thức WEP 70

3.3.2.3 Các tiêu chuẩn mã hoá dữ liệu 71

3.3.2.4 Nhận thực 72

3.3.2.5 Lớp khe cắm an ninh SSL 72

3.3.2.6 Lọc địa chỉ MAC (hay danh sách điều khiển truy nhập) 73

3.3.2.7 Giao thức nhận thực mở rộng (EAP) 73

3.3.2.8 802.1x 74

3.3.2.9 Nhận thực 74

3.3.2.10 Mạng riêng ảo 75

3.3.3 Các kiểu tấn công an ninh vô tuyến điển hình 75

3.3.3.1 WEP Cracking - bẻ gãy WEP 75

3.3.3.2 Tấn công địa chỉ MAC 76

3.3.3.3 Các tấn công gây ra bởi một người ở vị trí trung gian 76

3.3.3.4 Các tấn công dạng từ điển 77

3.3.3.5 Tấn công phiên 77

3.3.3.6 Từ chối dịch vụ (DoS) 77

3.3.3.7 Các giải pháp tương lai ngăn chặn các tấn công vào mạng WLAN 78

3.3.4 An ninh trong thực tế 79

3.3.5 Kết luận 79

Chương 4 Triển khai mạng WLAN 80

4.1 Các bước thiết lập một mạng không dây 80

4.2 Áp dụng cho một xưởng 82

Hình 4.1:Sơ đồ nhà xưởng 83

Hình 4.2: Sơ đồ lắp đặt AP 85

KẾT LUẬN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

THUẬT NGỮ 89

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cụm từ “ Bùng nổ” trong lĩnh vực truyền thông đã trở nên phổ biến Những công nghệ mới, giải pháp mới đã cho ra nhiều sản phẩm truyền thông

vô cùng tiện lợi Mạng viễn thông mà tiêu biểu là Internet đã kết nối mọi người trên toàn thế giới, cung cấp đa dịch vụ từ Chat, E_mail, VoIP, hội nghị truyền hình, các thông tin khoa học kinh tế, giáo dục… Truy cập Internet trở thành nhu cầu quen thuộc đối với mọi người

Tuy nhiên, trước đây để có thể kết nối Internet người sử dụng buộc phải truy nhập Internet từ một vị trí cố định thông qua một máy tính kết nối vào mạng Điều này đôi khi gây ra rất nhiều khó khăn cho những người sử dụng khi đang di chuyển hoặc đến một nơi không có điều kiện kết nối vào mạng

Xuất phát từ yêu cầu mở rộng Internet để thân thiện hơn với người sử dụng WLAN đã được nghiên cứu và triển khai ứng dụng trong thực tế, với những tính năng hỗ trợ đáp ứng được băng thông, triển khai lắp đặt dễ dàng, và đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật, kinh tế Xuất phát từ tính hấp dẫn của công nghệ đầy tiện

dụng này tôi đã chọn đề tài: “Tổng quan mạng WLAN và quy trình thiết kế”

cho đồ án tốt nghiệp của mình

Đề tài này được chia làm bốn phần:

 Chương 2: Kỹ thuật trải phổ và tiêu chuẩn IEEE 802.11

 Chương 3: Các vấn đề của mạng WLAN

 Chương 4: Triển khai mạng WLAN

Do trình độ và thời gian có hạn, đề tài của tôi còn có nhiều thiếu sót Mongđược sự góp ý thêm của các thầy cô giao và các bạn để đồ án của tôi được hoànthiện hơn

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đối với thạc sỹ NghiêmXuân Anh, người thầy đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình học tập, nghiêncứu để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Tôi xin chân thành cảm ơn sự dạy dỗ và giúp đỡ về mọi mặt của các thầy các cô

bộ môn kỹ thuật thông tin đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụhọc tập của mình.Cảm ơn ba mẹ, cảm ơn các bạn trong lớp Kỹ thuật thôngtin K44

và những người thân trong gia đình đã giúp đỡ, động viên con trong suốt 5 năm họctập vừa qua

Hà nội ngày 28/ 05/ 2008

Sinh viên: Nguyễn Văn Tuấn

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ WLAN

1.1 Khái niệm về Wlan

Mạng không dây là một loại mạng cho phép các thiết bị có khả năng vô tuyến cóthể dùng những nguồn tài nguyên thông tin mà không cần phải kết nối một cách vật

lý tới mạng đó Những thiết bị này đơn giản cần phải đặt trong một phạm vi nào đó của một cơ sở hạ tầng mạng không dây

Một mạng cục bộ không dây (Wireless local area network – WLAN) là một nhóm các nút (điểm) mạng không dây bên trong một khu vực địa lý giới hạn mà có khả năng truyền thông bằng vô tuyến WLAN điển hình được sử dụng bởi những thiết

bị bên trong một phạm vi có giới hạn rõ ràng, chẳng hạn như là một tòa nhà làm việc hay một khuôn viên đại học, và thường được xây dựng như là phần mở rộng cho những mạng hữu tuyến đã có sẵn để cung cấp tính di động cho người dùng

1.2 Sự phát triển của Wireless LAN

Wireless LAN đã được ứng dụng cách đây hơn 15 năm nhưng vì giá thành của chúng quá cao nên chưa được sử dụng rộng rãi Thời gian gần đây với sự phát triểncủa công nghệ ,sự hoàn thiện của các chuẩn làm cho giá thành của thiết bị WirelessLAN giảm đồng thời nhu cầu sử dụng Internet càng tăng , nên các dịch vụ truy nhập Internet không dây đã trở nên phổ biến trong các tổ chức, doanh nghiệp và cánhân, bạn có thể ngồi trong tiền sảnh của một khách sạn và truy nhập Internet từ máy tính xách tay của mình một cách dễ dàng thông qua kết nối không dây Chính

vì sự tiện lợi của mạng không dây nên nó dần thay thế một phần hệ thống mạng có dây truyền thống hiện tại

Lịch sử phát triển của các mạng WLAN được sơ lược qua 3 thế hệ:

 Thế hệ đầu: Hoạt động tại các băng tần 900-928 MHz (băng tần ISM), vớitốc độ thấp hơn 860Kbps Do hạn chế về băng tần (nhiều ứng dụng vôtuyến khác từng chạy trên băng tần này) nên các công nghệ ở giai đoạnnày không phát triển mạnh

 Thế hệ thứ hai: Hoạt động tại băng tần 2,4-2,483 GHz, tốc độ đạt 2 Mbps,

sử dụng kỹ thuật trải phổ và ghép kênh nhưng cũng bị hạn chế về băng tần

 Thế hệ thứ ba: Hoạt động tại các băng tần 2,4 GHz (sử dụng các phươngpháp điều chế phức tạp hơn) đạt tốc độ 11 Mbps, 5 GHz và 17 GHz, tốc độlên tới 54 Mbps

Các tổ chức tiêu chuẩn lớn như IEEE và ETSI liên tục đưa ra và cập nhật cáctiêu chuẩn cho WLAN 802.11, và HIPERLAN của mình

Ưu điểm Vùng phủ sóng rộng

hơn, sử dụng chocác mạng LANtrong nhà

- Được sử dụng rộngrãi hiện nay

- Theo chuẩn IEEE802.11

- Tốc độ dữ liệu caohơn (khoảng 10 Mbps)

- Đã có trên thịtrường

- Theo chuẩnIEEE 802.11

- Tốc độ dữ liệucao (khoảng 20Mbps)

Vùng phủ sóng gầnhơn

- Dải băng tần ngàycàng ‘đông đúc’

- Vùng phủ sónggần nhất

- Chi phí cho cácthiết bị vô tuyếncao hơn

1.3 Ưu nhược điểm của WLAN

1.3.1 Ưu điểm của WLAN so với mạng có dây truyền thống Mạng Wireless

Cung cấp tất cả các tính năng của công nghệ mạng LAN như là Ethernet vàToken Ring mà không bị giới hạn về kết nối vật lý (giới hạn về cable)

Sự thuận lợi đầu tiên của mạng Wireless đó là tính linh động Mạng WLAN tạo ra

sự thoải mái trong việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị có hỗ trợ mà không có sựràng buột về khoảng cách và không gian như mạng có dây thông thường Người

dùng mạng Wireless có thể kết nối vào mạng trong khi di chuyển bất cứ nơi nàotrong phạm vi phủ sóng của thiết bị tập trung (Access Point).

Mạng WLAN sử dụng sóng hồng ngoại (Infrared Light) và sóng Radio (RadioFrequency) để truyền nhận dữ liệu thay vì dùng Twist-Pair và Fiber Optic Cable.Thông thường thì sóng Radio được dùng phổ biến hơn vì nó truyền xa hơn, lâuhơn, rộng hơn, băng thông cao hơn

Công nghệ Wireless bao gồm các thiết bị và hệ thống phức tạp như hệ thốngWLAN, điện thoại di động (Mobile Phone) cho đến các thiết bị đơn giản như tainghe không dây, microphone không dây và nhiều thiết bị khác có khả năng truyềnnhận và lưu trữ thông tin từ mạng Ngoài ra cũng bao gồm cả những thiết bị hỗ trợhồng ngoại như Remote, điện thoại … truyền dữ liệu trực diện giữa 2 thiết bị

Tính dễ dàng kết nối và thuận tiện trong sử dụng đã làm cho mạng Wireless nhanhchóng ngày càng phổ biến trong cuộc sống chúng ta, hổ trợ tích cực trong côngviệc của chúng ta

1.3.2 Hạn chế của WLAN

Bên cạnh những thuận lợi của mạng Wireless như là tính linh động, tiện lợi, thoảimái…thì mạng Wireless vẫn không thể thay thế được mạng có dây truyền thống.Thuận lợi chính của sự linh động đó là người dùng có thể di chuyển Các Server vàmáy chủ cơ sở dữ liệu phải truy xuất dữ liệu, về vị trí vật lý thì không phù hợp (vìmáy chủ không di chuyển thường xuyên được)

Tốc độ mạng Wireless bị phụ thuộc vào băng thông Tốc độ của mạng Wirelessthấp hơn mạng cố định, vì mạng Wireless chuẩn phải xác nhận cẩn thận nhữngframe đã nhận để tránh tình trạng mất dữ liệu

Bảo mật trên mạng Wireless là mối quan tâm hàng đầu hiện nay Mạng Wirelessluôn là mối bận tâm vì sự giao tiếp trong mạng đều cho bất kỳ ai trong phạm vi cho

phép với thiết bị phù hợp Trong mạng cố định truyền thống thì tín hiệu truyềntrong dây dẫn nên có thể được bảo mật an toàn hơn Còn trên mạng Wireless thìviệc “đánh hơi” rất dễ dàng bởi vì mạng Wireless sử dụng sóng Radio thì có thể bịbắt và xử lí được bởi bất kỳ thiết bị nhận nào nằm trong phạm vi cho phép, ngoài ramạng Wireless thì có ranh giới không rõ ràng cho nên rất khó quản lý.

1.4 Các thành phần của mạng WLAN.

Các thành phần của mạng WLAN bao gồm các card giao diện mạng vô tuyến,các điểm truy nhập vô tuyến, và các cầu nối vô tuyến từ xa

Các card mạng vô tuyến

Các card giao diện mạng vô tuyến không khác nhiều so với các card thích ứng sửdụng cho mạng LAN hữu tuyến Giống như các card thích ứng mạng hữu tuyến,card giao diện mạng vô tuyến trao đổi thông tin với hệ điều hành mạng thông quamột trình điều khiển dành riêng vì thế mà cho phép các ứng dụng sử dụng mạng vôtuyến cho quá trình truyền dữ liệu Tuy nhiên, không giống như các card thích ứngcủa mạng hữu tuyến các card này không cần bất kỳ dây cáp nào kết nối chúng tớimạng và điều này cho phép tái lắp đặt các nút mạng mà không cần chuyển đổi cápmạng hoặc thay đổi các kết nối tới các bảng mạch hoặc các bộ tập trung (hub)

1.4.1 Các điểm truy nhập vô tuyến

Điểm truy nhập

Hình 1.1: Điểm truy nhập vô tuyến

Các điểm truy nhập tạo ra các vùng phủ vô tuyến, các vùng này kết nối các nút

di động tới các cơ sở hạ tầng mạng hữu tuyến hiện có Điều này cho phép mộtmạng WLAN trở thành một phần mở rộng của mạng hữu tuyến Bởi vì các điểmtruy nhập cho phép khả năng mở rộng một vùng phủ sóng vô tuyến, các mạngWLAN là rất ổn định và các điểm truy nhập bổ sung có thể được triển khai trongmột toà nhà hay khuôn viên trường đại học nhằm tạo ra các vùng truy nhập vôtuyến rộng lớn Các điểm truy nhập không những cho phép quá trình truyền thôngvới mạng hữu tuyến mà còn thực hiện lọc lưu lượng và thực hiện các chức năngcầu nối tiêu chuẩn Chức năng lọc giúp cho việc đảo băng thông trên liên kết vôtuyến bằng cách xoá bỏ lưu lượng dư thừa Do băng thông không đối xứng giữaphương tiện truyền thông vô tuyến và hữu tuyến, nên điều quan trọng đối với điểmtruy nhập là cần có các tài nguyên bộ nhớ và một bộ đệm thích hợp Các bộ đệmcần thiết cho việc lưu trữ các gói dữ liệu tại điểm truy nhập khi một nút di độngtạm thời di chuyển ra khỏi một vùng phủ vô tuyến hoặc khi một nút di động hoạtđộng ở chế độ công suất thấp

Các điểm truy nhập truyền thông với nhau qua mạng hữu tuyến để quản lý cácnút di động Một điểm truy nhập không cần phải điều khiển truy nhập từ các nút diđộng khác (tức là nó có thể hoạt động với một giao thức truy nhập ngẫu nhiên phân

bố như là CDMA chẳng hạn) Tuy nhiên, sẽ thuận lợi hơn khi sử dụng một giaothức đa truy nhập tập trung hoá được điều khiển bởi một điểm truy nhập Các tuỳchọn giao diện mạng hữu tuyến nói chung tới một điểm truy nhập bao gồm10Base2, 10BaseT, modem cáp, modem ADSL và ISDN Một số card giao diệnmạng vô tuyến có thể sử dụng kết hợp với các điểm truy nhập vô tuyến

Các cầu nối vô tuyến từ xa

Các cầu nối vô tuyến từ xa tương tự như các điểm truy nhập ngoại trừ việcchúng được sử dụng chủ yếu cho các kết nối bên ngoài Tuỳ thuộc vào khoảng cách

và vùng phủ có thể có thêm các anten ngoài Các cầu như vậy được thiết kế để liênkết các mạng với nhau, đặc biệt là trong các toà nhà và ở khoảng cách xa khoảng

32 km Chúng cho phép khả năng lựa chọn nhanh chóng và kinh tế so với việc lắpđặt cáp hoặc triển khai các đường điện thoại dùng riêng và thường được sử dụng

khi các kết nối hữu tuyến truyền thống là không khả thi (chẳng hạn khi triển khaiqua sông suối, qua địa hình gồ ghề, qua các khu vực riêng, qua đường cao tốc).Không giống như các kết nối bằng cáp và các mạch điện thoại dành riêng, các cầunối vô tuyến có khả năng lọc lưu lượng và đảm bảo rằng các mạng được kết nốikhông bị chồng lấp bởi các lưu lượng không cần thiết Các cầu nối này cũng có thểlàm việc như là các thiết bị an ninh nội bộ bởi vì chúng chỉ đọc các địa chỉ đã được

mã hoá vào trong các bộ thích ứng LAN (tức là các địa chỉ MAC), vì vậy mà ngănchặn thành công các quá trình truyền thông giả mạo

1.5 Kiến trúc giao thức wlan

Các mạng WLAN khác với các mạng hữu tuyến truyền thống cơ bản ở lớp vật

lý và ở phân lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) trong mô hình OSI (OpenSystem Interconnection - mô hình tham chiếu các hệ thống mở) Những khác biệtnày cho phép khả năng sử dụng hai phương pháp cung cấp điểm giao diện vật lýcho các mạng WLAN Nếu điểm giao diện vật lý ở lớp điều khiển liên kết logicLLC thì phương pháp này thường yêu cầu một trình điều khiển người dùng để hỗtrợ các phần mềm mức cao hơn như là hệ điều hành mạng chẳng hạn Một giaodiện như vậy cho phép các nút di động truyền thông trực tiếp với một nút khác sửdụng các card giao diện mạng vô tuyến Điểm giao diện logic khác ở phân lớpMAC và được sử dụng bởi các kết nối vô tuyến Vì lý do này, các điểm truy nhập

vô tuyến thực hiện các chức năng cầu nối và các chức năng không định tuyến Mặc

dù giao diện MAC đòi hỏi kết nối hữu tuyến, nó vẫn cho phép bất cứ một hệ điềuhành mạng nào hoặc một trình điều khiển nào làm việc với mạng WLAN Một giaodiện như vậy cho phép một mạng LAN hữu tuyến hiện có có thể được mở rộng dễdàng bằng việc cho phép truy nhập đối với các thiết bị mạng vô tuyến mới Kiếntrúc giao thức của một giao diện mạng WLAN điển hình được cho trên Hình 1.4.Các lớp thấp hơn của một card giao diện vô tuyến thường được thực hiện bằngphần mềm chạy trên các bộ xử lý nhúng Các lớp cao hơn của ngăn xếp giao thứcmạng được cung cấp bởi hệ điều hành và các chương trình ứng dụng Một trìnhđiều khiển mạng cho phép hệ điều hành giao tiếp với phần mềm lớp thấp hơn đượcnhúng trong các card giao diện mạng vô tuyến Ngoài ra nó còn thực thi các chức

năng LLC chuẩn Đối với hệ điều hành Window, trình điều khiển nói chung chỉtương thích với một số phiên bản của của giao diện trình điều khiển mạng (NDIS)

Ngăn xếp giao thức vô tuyến

Lớp các ứng dụng

Lớp vận hành mạng/ hệ

thống truyền tải (TCP/IP)

Lớp điều khiển liên kết

Ngăn xếp giaothức vô tuyến

khiển truy

trường (802.3,802.5)

Lớp điều khiển truy nhậpmôi trường (có phânmảnh hoá, tái kết hợp,đăng ký, điều khiển lỗi)

Lớp vật lý hữutuyến

Lớp vật lý vô tuyến

Điểm truy nhậpHình 1.2: Kiến trúc giao thức của các thành phần WLANTrong Hình 1.4, các lớp gồm: lớp ứng dụng lớp vận hành mạng/ hệ thốngtruyền tải (TCP/IP), lớp điều khiển liên kết logic thuộc về hệ điều hành và trìnhđiều khiển; các lớp điều khiển truy nhập môi trường, lớp vật lý logic thuộc về phầnmềm máy tính

1.6 Cấu hình WLAN

Các mạng WLAN thường có ba kiểu cấu hình mạng hay còn gọi là topo mạng,chúng bao gồm cấu hình độc lập và cấu hình cơ sở và cấu hình mở rộng như đượcmiêu tả tương ứng trên Hình

1.6.1 Mô hình mạng Ad-Hoc.

Các nút di động máy tính có hỗ trợ card mạng không dây tập trung lại trong một

không gian nhỏ để hình thành nên kết nối ngang cấp (peer-to-peer) giữa chúng Cácnút di động có card mạng wireless là chúng có thể trao đổi thông tin trực tiếp với

nhau , không cần phải quản trị mạng Vì các mạng ad-hoc này có thể thực hiệnnhanh và dễ dàng nên chúng thường được thiết lập mà không cần một công cụ hay

kỹ năng đặc biệt nào vì vậy nó rất thích hợp để sử dụng trong các hội nghị thươngmại hoặc trong các nhóm làm việc tạm thời Tuy nhiên chúng có thể có nhữngnhược điểm về vùng phủ sóng bị giới hạn, mọi người sử dụng đều phải “ngheđược” lẫn nhau

Nút di động ’

Nút di động

Nút di động

Hình 1.3: Mạng WLAN độc lập (mạng ad-hoc)

1.6.2 Mô hình mạng cơ sở (Basic service sets (BSSs) )

Bao gồm các điểm truy nhập AP (Access Point) gắn với mạng đường trục hữu tuyến và giao tiếp với các thiết bị di động trong vùng phủ sóng của một cell AP

đóng vai trò điều khiển cell và điều khiển lưu lượng tới mạng Các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với nhau mà giao tiếp với các AP.Các cell có thể chồng

lấn lên nhau khoảng 10-15% cho phép các trạm di động có thể di chuyển mà không

bị mất kết nối vô tuyến và cung cấp vùng phủ sóng với chi phí thấp nhất Các trạm

di động sẽ chọn AP tốt nhất để kết nối Một điểm truy nhập nằm ở trung tâm có thể

điều khiển và phân phối truy nhập cho các nút tranh chấp, cung cấp truy nhập phù hợp với mạng đường trục, ấn định các địa chỉ và các mức ưu tiên, giám sát lưu

lượng mạng, quản lý chuyển đi các gói và duy trì theo dõi cấu hình mạng Tuy nhiên giao thức đa truy nhập tập trung không cho phép các nút di động truyền trực tiếp tới nút khác nằm trong cùng vùng với điểm truy nhập như trong cấu hình mạngWLAN độc lập Trong trường hợp này, mỗi gói sẽ phải được phát đi 2 lần (từ nút phát gốc và sau đó là điểm truy nhập) trước khi nó tới nút đích, quá trình này sẽ

làm giảm hiệu quả truyền dẫn và tăng trễ truyền dẫn.

Điểm truy nhập Điểm truy nhập

Hình 1.4: Mạng WLAN cơ sở

1.6.3 Mô hình mạng mở rộng ( Extended Service Set (ESSs).

Hình 1.4 Mô hình mạng mở rộng

Mạng 802.11 mở rộng phạm vi di động tới một phạm vi bất kì thông qua ESS MộtESSs là một tập hợp các BSSs nơi mà các Access Point giao tiếp với nhau đểchuyển lưu lượng từ một BSS này đến một BSS khác để làm cho việc di chuyển dễdàng của các trạm giữa các BSS, Access Point thực hiện việc giao tiếp thông qua

hệ thống phân phối Hệ thống phân phối là một lớp mỏng trong mỗi Access Point

mà nó xác định đích đến cho một lưu lượng được nhận từ một BSS Hệ thống phânphối được tiếp sóng trở lại một đích trong cùng một BSS, chuyển tiếp trên hệ thốngphân phối tới một Access Point khác, hoặc gởi tới một mạng có dây tới đích khôngnằm trong ESS Các thông tin nhận bởi Access Point từ hệ thống phân phối đượctruyền tới BSS sẽ được nhận bởi trạm đích

Chương 2 Kỹ thuật trải phổ và tiêu chuẩn IEEE 802.11

2.1 Trải phổ

Đa số các hệ thống mạng WLAN sử dụng công nghệ trải phổ Khái niệm vềtrải phổ đã xuất hiện hơn 50 năm và được khởi xướng từ trong quốc phòng để đảmbảo quá trình truyền thông là tin cậy và an toàn Trải phổ đề cập đến các sơ đồ tínhiệu dựa trên một số dạng mã hoá (độc lập với thông tin được phát đi) và chúng sửdụng băng thông lớn hơn nhiều so với yêu cầu để truyền tín hiệu Băng thông lớnhơn có nghĩa là nhiễu và các hiệu ứng fading đa đường chỉ ảnh hưởng một phầnđến quá trình truyền dẫn trải phổ Vì vậy mà năng lượng tín hiệu thu hầu nhưkhông đổi theo thời gian Điều này cho phép tách sóng dễ dàng khi máy thu đượcđồng bộ với các tham số của tín hiệu trải phổ Các tín hiệu trải phổ có khả năng hạnchế nhiễu và gây khó khăn cho quá trình phát hiện và chặn tín hiệu trên đườngtruyền Có hai kỹ thuật trải phổ: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) và trải phổ nhảytần (FHSS)

2.1.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

Các hệ thống DSSS cho phép truyền dẫn tin cậy với tỷ số tín hiệu trên tạp âmtương đối nhỏ DSSS trải rộng năng lượng (công suất) của tín hiệu trên một băngthông lớn Năng lượng trên mỗi đơn vị tần số giảm đi một cách tương ứng Vì vậy,nhiễu tạo ra bởi các hệ thống DSSS nhỏ hơn đáng kể khi so sánh với các hệ thốngbăng hẹp Điều này cho phép các tín hiệu DSSS có thể sử dụng chung một băngtần Đối với một máy thu không xác định trước, các tín hiệu DSSS xuất hiện như làtạp âm băng rộng công suất thấp và bị loại bỏ bởi hầu hết các bộ thu băng hẹp Tráilại, kỹ thuật này làm giảm bớt ảnh hưởng của các nguồn nhiễu băng hẹp bằng việctrải rộng chúng ra ở phía máy thu

DSSS kết hợp luồng số liệu với một mã số tốc độ cao hơn Mỗi bit số liệuđược biến đổi thành một mẫu bit chung mà chỉ có máy phát và máy thu chủ địnhđược biết Mẫu bit gọi là mã giả tạp âm và mỗi bit trong mã gọi là ‘chip’ Thuậtngữ ‘chip’ được sử dụng để nhấn mạnh rằng một bit trong một mã giả tạp âm tạo

thành một phần của bit số liệu thật Chuỗi các chip trong một chu kỳ chip là ngẫunhiên nhưng một chuỗi giống như vậy được lặp lại trong mỗi chu kỳ bit, vì vậy màlàm nó trở thành giả ngẫu nhiên hay là ngẫu nhiên một phần Tốc độ chip của một

mã giả tạp âm n-bit cao hơn n lần tốc độ dữ liệu Tốc độ cao của chuỗi chip dẫnđến kết quả là có một băng thông rất rộng Tiêu chuẩn 802.11 sử dụng mã 11-chip,tốc độ chip nhanh hơn 11 lần tốc độ số liệu Mã giả tạp âm càng dài, xác suất khôiphục được tín hiệu ban đầu càng lớn, nhưng khi đó sẽ cần băng thông lớn hơn vìyêu cầu tốc độ dữ liệu cao hơn Thông thường độ rộng băng thông trải phổ vàokhoảng hai lần tốc độ chip Vì vậy, tốc độ chip 11 Mchip/s chuyển thành độ rộngbăng thông trải phổ 22 MHz

Ở máy thu các chip được giải trải phổ bởi cùng một mã giả tạp âm và đượcbiến đổi ngược lại thành dữ liệu gốc Tuy nhiên, năng lượng của tạp âm và nhiễu cóthể đã được bổ sung thêm trong lúc quá trình truyền dẫn bị trải rộng và do đó bịkhử bỏ bởi mã giả tạp âm Ngoài việc biết được mã giả tạp âm được dùng bởi máyphát thì máy thu cũng phải được đồng bộ một cách chính xác với pha đúng của mãcũng như tốc độ chip của nó Vì vậy, chức năng quan trọng của cơ chế định thờitrong phần mở đầu của một gói DSSS là phải cho phép máy thu đồng bộ với phađúng của mã giả tạp âm của một gói trong thời gian ngắn nhất có thể được Vì quátrình truyền dẫn các gói là không đồng bộ, nên mỗi gói DSSS phải được khởi đầubởi phần mở đầu dành cho các mục đích đồng bộ

Khi mã giả ngẫu nhiên được tạo ra bởi máy thu được đồng bộ chính xác vớitín hiệu thu quá trình giải trải phổ tạo ra đỉnh cực trị của quá trình tự tương quancao Nếu mã giả ngẫu nhiên được dịch đi một hay nhiều khoảng cách chip, ta cóquá trình tự tương quan thấp Tương tự như vậy, tạp âm và nhiễu có thể được thêmvào tín hiệu thu tạo ra quá trình tự tương quan thấp bởi vì chúng không tương quanvới mã giả ngẫu nhiên Điều này tạo ra một đỉnh cực trị đơn lẻ giữa khoảng cáchmỗi bit Khi truyền dẫn qua đường truyền vô tuyến có rất ít trải trễ, đường bao sóngcủa tín hiệu thu hoặc là được tăng cường hoặc là bị giảm đi nhưng đỉnh cực trịkhông bị ảnh hưởng Bởi vì đỉnh cực trị tự tương quan xuất hiện định kỳ các máythu DSSS có thể khoá các đỉnh cực trị này một cách đơn giản khi mã hoá dữ liệusau khi chúng đạt được quá trình đồng bộ hoá ban đầu Điều này ngụ ý rằng ngay

cả khi một hay nhiều chip bị phá huỷ trong quá trình truyền dẫn, thuộc tính tựtương quan trong tín hiệu DSSS có thể khôi phục dữ liệu ban đầu mà không cầnyêu cầu truyền dẫn lại Ngoài ra, các đỉnh cực trị của nhiễu gây ra bởi các quá trìnhphản xạ từ hiệu ứng đa đường hoặc là việc truyền dẫn một gói mới có thể bị loại bỏlàm cho các đỉnh cực trị này là không đồng nhất với các đỉnh cực trị yêu cầu Khảnăng chống chịu các đỉnh cực trị nhiễu phụ thuộc vào quá trình phân giải thời giancủa tín hiệu DSSS Một quá trình phân giải cao hơn yêu cầu độ trải phổ rộng hơnnhưng lại cho phép các đỉnh cực trị nhiễu có thể được phân giải dễ dàng hơn Mộtmáy thu DSSS đồng bộ với một trong số các quá trình phản xạ từ hiệu ứng đađường thu được Các quá trình phản xạ khác bị trễ đi lâu hơn một khoảng thời giancủa một chip bị suy giảm đáng kể.

Một tham số quan trọng đối với các hệ thống DSSS là số lượng các chip trênmỗi bit được gọi là độ lợi xử lý hay tỷ số trải phổ Độ lợi xử lý cao làm tăng khảnăng loại bỏ nhiễu của tín hiệu (bởi vì nhiễu được trải với cùng một hệ số như độlợi xử lý) Độ lợi xử lý thấp làm tăng độ rộng băng thông cần thiết cho quá trìnhtruyền dẫn tín hiệu Ở Mỹ, FCC xác định độ lợi xử lý cực tiểu là 10 cho các băngISM Giới hạn trên của độ lợi xử lý được xác định bởi độ rộng băng thông khảdụng Tiêu chuẩn IEEE 802.11 dùng một mã giả tạp âm 11-chip trải rộng dữ liệu

11 lần trước khi trưyền dẫn, do đó đạt được độ lợi xử lý 10,4 dB Độ lợi này là khánhỏ khi so sánh với các hệ thống tế bào trải phổ Do vậy, khả năng khử nhiễu bịhạn chế nhưng có nhiều độ rộng băng thông khả dụng hơn cho quá trình truyền dẫn

dữ liệu người dùng với tốc độ cao

Phương pháp DSSS được sử dụng trong các mạng WLAN khác với đa truynhập phân chia theo mã (CDMA) Phân chia mã liên quan đến quá trình truyền dẫncác mã giả tạp âm trực giao có thể chồng lấn về thời gian nhưng ít hoặc không ảnhhưởng lẫn nhau Các nút khác nhau sử dụng các mã dành riêng khi phát tín hiệu.Đối với một máy thu đã được điều chỉnh theo mã của một quá trình truyền dẫn, cáctín hiệu khác (sử dụng các mã khác) xuất hiện như là tạp âm nền Trong quá trìnhgiải trải phổ tạp âm này bị loại bỏ bởi độ lợi xử lý Một hệ thống CDMA truy cậpngẫu nhiên đòi hỏi các máy thu phức tạp có thể đồng bộ và giải điều chế tất cả các

mã giả tạp âm Các mạng WLAN sử dụng chung một mã giả tạp âm và do đó

không có một bộ mã khả dụng cần thiết cho hoạt động của CDMA Một mã đơngiản cho phép thông tin được quảng bá một cách đơn giản Ngoài ra, mã có thểđược làm cho ngắn hơn, do vậy mà làm tăng độ rộng băng thông cho quá trìnhtruyền dẫn số liệu.

2.1.2 Trải phổ nhảy tần (FHSS)

FHSS trải phổ tín hiệu bằng cách phát đi một cụm ngắn trên một kênh tần số

và sau đó chuyển (nhảy) tới một kênh khác trong một khoảng thời gian ngắn theomột mẫu đã được xác định trước mà cả hai máy phát và máy thu đều được biết.Không giống như DSSS dùng nhiều kênh tần số đồng thời, FHSS dùng nhiều kênhtần số một cách ngẫu nhiên Vì các kênh tần số là băng hẹp nên chúng cho phép tỷ

số tín hiệu trên tạp âm rất tốt và các bộ lọc băng hẹp có thể được sử dụng để loại bỏnhiễu Đối với một máy thu không xác định, truyền dẫn DSSS được xem như là tạp

âm xung thời gian ngắn Mẫu nhảy tần xác định các kênh tần số được chọn và thứ

tự mà các kênh tần số được sử dụng Đồng bộ giữa máy phát và máy thu phải đượcthực hiện và được duy trì để chúng có thể nhảy vào cùng một kênh tần số tại cùngmột thời điểm Đối với các hệ thống FHSS độ lợi xử lý được định nghĩa là tỷ số củatoàn bộ độ rộng băng bị chiếm bởi các kênh tần số trên độ rộng băng tần tín hiệu.Thời gian cư trú (tức là thời gian ở mỗi kênh tần số) phải được xác định rõ vìFHSS yêu cầu các kênh phải được chuyển đổi sau một khoảng thời gian nhất định

Số kênh tần số trong một mẫu nhảy và thời gian cư trú bị hạn chế bởi hầu hết các

cơ quan chức năng Ví dụ như trong băng 2,4 GHz, FCC yêu cầu sử dụng nhiềuhơn hoặc bằng 75 kênh trong mỗi mẫu và thời gian cư trú lớn nhất là 400 ms (tức làhết 30s cho thời gian cư trú của cả 75 kênh) Để đảm bảo rằng các kênh khả dụngđược lựa chọn ngang nhau trên mức trung bình, tất cả các kênh trong một mẫu nhảyphải được sử dụng hết trước khi các kênh trong mẫu nhảy đó được sử dụng lại, vìvậy mà tỷ số nhảy nhỏ nhất là 75/30 hay 2,5 bước nhảy/s Điều này có nghĩa làtrong hầu hết thời gian, nhiều gói dữ liệu có thể được phát đi trong khoảng thờigian cư trú của của một kênh tần số trong một mẫu nhảy Xem xét quá trình truyềndẫn của một gói dữ liệu Ethernet có độ dài lớn nhất 1518 octet hay 12144 bit Vớitốc độ số liệu 2 Mbps, thời gian truyền dẫn gói có thể xấp xỉ 6 ms Vì vậy, theo lýthuyết có nhiều hơn 60 khung Ethernet độ dài cực đại có thể được gửi đi trong

khoảng thời gian cư trú 400 ms Vì các ứng dụng thông thuờng sử dụng nhiều gói

có kích thước ngắn hơn, nên con số này tăng rất đáng kể

Tỷ số giữa tốc độ nhảy và tốc độ số liệu dẫn đến kết quả là có hai phương thứcnhảy tần FHSS Khi tốc độ nhảy cao hơn tốc độ số liệu thì hệ thống được gọi lànhảy tần nhanh Ngược lại, khi tốc độ nhảy thấp hơn (như ở trong ví dụ trên) hệthống được gọi là nhảy tần chậm Tốc độ nhảy có ảnh hưởng mạnh đến hiệu năngcủa một hệ thống FHSS Không giống như các hệ thống băng hẹp được cấp phéphoạt động ở vùng phổ dành riêng và nói chung không liên quan đến nhiễu, các hệthống nhảy tần hoạt động trong các băng tần ISM dùng chung và không được cấpphép có thể gặp nhiễu trên một số kênh Đối với các hệ thống FHSS chậm, điều này cókhả năng làm mất nhiều gói số liệu Do đó nhảy tần nhanh thường thực hiện tốt hơnnhảy tần chậm ngay cả khi có cùng một độ lợi xử lý Tuy nhiên các FHSS nhanh làtốn kém hơn khi thực hiện vì chúng yêu cầu các bộ tổng hợp tần số rất nhanh

Các mẫu nhảy được thiết kế hầu như là trực giao để các kênh tần số trong cácmẫu khác nhau hầu như không gây nhiễu với nhau Do đó xác xuất xung đột giữacác kênh là nhỏ, điển hình là khoảng 1% Các bước nhảy kế tiếp (giữa các kênh tầnsố) thường vượt quá độ rộng băng kết hợp của đường truyền Do đó, nếu nhiễu làmgián đoạn quá trình truyền số liệu trên một bước nhảy riêng biệt, thì khả năng mà

nó ảnh hưởng đến bước nhảy kế tiếp trong mẫu đó là nhỏ Đối với các FHSS nhảytần nhanh, những xung đột như vậy thường tạo ra các lỗi ngẫu nhiên có thể sửađược bởi máy thu mà không cần phát lại Tuy nhiên, đối với tỷ số nhảy tần chậm chotrước trong các mạng WLAN FHSS, các xung đột có thể dẫn đến một hay nhiều gói bịhỏng mà cần phải phát lại để khôi phục số liệu bị mất Không giống như các mạngWLAN DSSS sử dụng cùng một mã giả tạp âm, các mạng WLAN FHSS có thể sửdụng nhiều hơn một mẫu nhảy tần để tăng dung lượng mạng Ý tuởng sử dụng nhiềumẫu nhảy là tương đương với sử dụng các mã giả tạp âm khác nhau

2.1.3 So sánh các mạng WLAN DSSS và FHSS

Vì các hệ thống DSSS là các hệ thống làm trung bình nhiễu trong khi các hệthống FHSS lại dựa trên cơ sở tránh nhiễu, nên mỗi hệ thống có những điểm mạnh

và điểm yếu của riêng nó

Dung lượng toàn mạng

Nếu so sánh các kênh tần số riêng lẻ thì các DSSS có tiềm năng truyền dẫn tốc

độ cao hơn bởi vì các kênh DSSS rộng hơn các kênh FHSS Ví dụ như trong băngISM 2,4 GHz, mỗi kênh DSSS chiếm một độ rộng băng khoảng 22 MHz trong khivới FHSS, độ rộng băng lớn nhất được xác định là 1 MHz Mặc dù việc trải rộng độrộng băng được yêu cầu trong các mạng WLAN DSSS nhưng những hệ thống nhưvậy sẵn sàng cung cấp các tốc độ số liệu vô tuyến lên đến 11 Mbps trên mỗi kênhtrong khi tốc độ số liệu cao nhất hiện nay của các kênh FHSS ở mức 3 Mbps trênmỗi kênh

Tuy nhiên, các hệ thống DSSS là không phân cấp như ở các hệ thống FHSS

Độ rộng băng rộng hơn được cấp phát cho mỗi kênh DSSS là một trở ngại vì sốlượng các kênh không chồng lấn khả dụng là ít hơn Điều này giới hạn số lượng cácvùng phủ vô tuyến độc lập mà chúng có thể có cùng vị trí và hoạt động mà không

có nhiễu Trong băng tần ISM 2,4 GHz, tối đa chỉ có 3 vùng phủ DSSS cùng vị trí.Mặt khác, do có nhiều hơn các kênh 1 MHz không chồng lấn và do vậy có nhiềumẫu nhảy hơn, các mạng WLAN FHSS 2,4 GHz có thể hỗ trợ đến 26 vùng phủ vôtuyến cùng vị trí, vì vậy mà cho phép dung lượng toàn mạng lớn hơn Tuy nhiên,lựa chọn này là tốn kém vì yêu cầu phải có nhiều điểm truy cập hơn

Sự loại bỏ nhiễu

Khác biệt chính giữa các mạng WLAN DSSS và FHSS 2,4 GHz là trongFHSS các kênh tần số trong một mẫu nhảy được trải ra toàn bộ băng ISM còntrong DSSS chỉ có một phần của độ rộng băng ISM được sử dụng Do đó các mạngWLAN FHSS ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu mà nhiễu này có thể chiếm giữ ngẫu nhiênmột phần cố định của băng tần ISM 2,4 GHz Rõ ràng là, các nguồn nhiễu băngrộng và bất biến theo thời gian có thể làm giảm hiệu năng của hệ thống DSSSnghiêm trọng hơn các hệ thống FHSS nhảy tần nhanh Hơn nữa truyền dẫn FHSS

có công suất cao hơn có thể khắc phục và làm giảm những tác động của nhiễu côngsuất thấp hơn Các hệ thống DSSS không thể tránh khỏi nhiễu và truyền dẫn côngsuất thấp của chúng không thể loại bỏ nhiễu Tuy nhiên, bởi vì thời gian rỗi là khádài nên một số gói FHSS rất có thể bị mất do nhiễu

DSSS có thể được cải thiện nếu thực hiện phân tập thời gian nhờ đó mà tínhiệu được phát đi có thể thu được tại nhiều vị trí khác nhau Ngoài ra, khi có haihay nhiều tín hiệu đa đường được tách biệt về thời gian nhiều hơn một chu kỳ chipthì chúng trở nên độc lập với nhau Các đường truyền độc lập này có thể được kếthợp để thực hiện phân tập tại máy thu DSSS, quá trình này thực sự làm tăng cườnghiệu năng của máy thu

Nút A

Nút B

Nút C

Thời gian Thời gian cư trú

Hình 2.1: Truyền dẫn FHSS chồng lấn sử dụng một mẫu nhảy chung

Nói chung, các xung đột trong cả hai hệ thống DSSS và FHSS ít xảy ra thườngxuyên hơn so với các hệ thống băng hẹp và khả năng truyền dẫn gói không đồng bộchính xác về mặt thời gian là rất nhỏ Vì vậy, khi các vùng phủ khác nhau có cáckênh tần số giống nhau chồng lấn, nhiều quá trình truyền dẫn trải phổ có thể dẫn tớicác lỗi ngẫu nhiên nhưng không nhất thiết là các xung đột phá huỷ Ví dụ như các

máy thu DSSS có khả năng thu gói dữ liệu đầu tiên ngay cả khi có truyền dẫn góitiếp theo chồng lấn về mặt thời gian có cùng một mã giả tạp âm Đó là bởi vì cácgói đến sau tạo ra các xê dịch thời gian khác nhau (các pha) của cùng một mã, khi

đó các đỉnh cực trị tự tương quan của chúng bị lệch về thời gian Giả sử rằng cácgói A và B được phát đến nút C sử dụng DSSS Gói B bị trễ so với gói A hơn mộtchu kỳ chip (xem Hình 1.8) Trong hệ thống băng hẹp, bất cứ hai gói nào chồng lấn

về thời gian đều dẫn đến việc phá huỷ cả hai Thời gian xung đột nguy hiểm là toàn

bộ độ dài của gói dữ liệu Khi trải phổ, thời gian nguy hiểm là khá ngắn điển hình

là ở vào trong khoảng các bit mào đầu của gói dữ liệu Vì vậy, nếu nút C đồng bộthành công với đỉnh cực trị tự tương quan của phần mào đầu của gói A, nó sẽ khákhó khăn trong việc tự hiệu chỉnh các đỉnh cực trị khác trong phần còn lại của gói

dữ liệu bởi vì các đỉnh cực trị xuất hiện một cách định kỳ Các đỉnh cực trị nhiễu ởgói B có thể được bỏ qua Vì vậy, gói B có thể được coi là bị mất trong quá trìnhtruyền nhưng không có xung đột nào xảy ra Ở đây ngầm giả sử rằng các đỉnh cựctrị tự tương quan của các gói A và B là không trùng khớp nhau Bởi vì ở đây yêucầu mã giả ngẫu nhiên đủ dài để bao trùm toàn bộ độ dài của gói A nhằm đảm bảorằng xung đột được giải phóng một khi máy thu đồng bộ với phần mào đầu của nó.Nếu mã này lặp lại trong thời gian sống của gói A, gói B cũng có thể làm hỏng gói

A nếu các đỉnh cực trị tự tương quan chồng lấn nhau Nếu gói A và gói B đượcđánh địa chỉ tới các nút khác nhau và các đỉnh cực trị tự tương quan của các góinày không chồng lấn nhau, có thể giải mã cả hai gói mà không bị lỗi

Giống như các hệ thống DSSS, các hệ thống FHSS cho phép truyền dẫn đaphiên sử dụng các thành phần trễ của cùng một mẫu nhảy tần Sau đó quá trìnhtruyền dẫn sẽ được nối lại tương tự như cách của phương pháp ghép kênh phân chiatheo tần số Các xung đột sẽ chỉ xảy ra nếu có hai hay nhiều hơn các nút có cùngmột mẫu nhảy tần dịch thời gian

2.2 Giới thiệu các tiêu chuẩn WLAN

Năm 1990, Viện các kỹ sư điện và điện tử IEEE đã thành lập một uỷ ban đểphát triển tiêu chuẩn cho các mạng WLAN hoạt động ở tốc độ từ 1 đến 2 Mbps

Năm 1992, Viện các tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu thành lập một hiệp hội để xâydựng tiêu chuẩn WLAN dùng cho các mạng LAN vô tuyến (HIPERLAN) hoạtđộng trong phạm vi tốc độ khoảng 20 Mbps Gần đây các chuẩn xây dựng chomạng WLAN phục vụ cho các ứng dụng đặc biệt trong phạm vi một toà nhà đã vàđang được phát triển Khác với các chuẩn này, quá trình phát triển chuẩn IEEE802.11 đã bị ảnh hưởng mạnh bởi các sản phẩm của mạng WLAN có mặt trên thịtrường Vì vậy, mặc dù cần khá nhiều thời gian để hoàn thiện các tiêu chuẩn (do cókhá nhiều đề xuất mang nặng tính cạnh tranh từ phía các nhà cung cấp thiết bị), nóvẫn là tiêu chuẩn phổ biến nhất cho đến nay Phần này trình bày về các chuẩn củamạng WLAN trong đó tập trung vào chuẩn 802.11

Họ tiêu chuẩn 802.11 do IEEE phát triển định nghĩa giao diện vô tuyến giữatrạm vô tuyến và trạm gốc hay giữa hai trạm vô tuyến với nhau Các tiêu chuẩnIEEE 802.11 cung cấp tốc độ truyền dẫn 2 Mbps Họ tiêu chuẩn 802.11 có nhiềuphần mở rộng trong đó ba tiêu chuẩn 802.11b, 802.11a, 802.11g là quan trọng nhất Tiêu chuẩn IEEE 802.11b hay Wi-Fi là phần mở rộng của tiêu chuẩn 802.11cho phép tốc độ truyền dẫn 11 Mbps (cũng có thể là 1,2 và 5,5 Mbps) trong băngtần 2,4 GHz IEEE 802.11b sử dụng phương pháp trải phổ trực tiếp DSSS

IEEE 802.11g cung cấp tốc độ lớn hơn 20 Mbps trong băng tần 2,4 GHz.Chuẩn này có thể mở rộng tốc độ của 802.11b lên tối đa 54 Mbps trong cùng băngtần nhưng chỉ truyền trong khoảng cách ngắn Do khả năng tương thích sau này,các card vô tuyến 802.11 giao tiếp trực tiếp với một điểm truy nhập 802.11g (vàngược lại) với tốc độ 11 Mbps hoặc thấp hơn tuỳ thuộc vào dải truyền sóng

Chuẩn IEEE 802.11a áp dụng cho các mạng LAN vô tuyến và cung cấp tốc độlên tới 54 Mbps trong băng tần 5 GHz Chuẩn 802.11a không tương thích với cácmạng sử dụng 802.11b hoặc 802.11g, như vậy một người sử dụng được trang bịcard giao diện vô tuyến 802.11b hoặc 802.11g không thể giao tiếp được với điểmtruy nhập sử dụng chuẩn 802.11a

Chuẩn HIPERLAN Type I giống như chuẩn 802.11, chuẩn này phục vụ cho cảcác mạng độc lập và các mạng có cấu hình cơ sở HIPERLAN Type I hoạt động ởbăng tần 5,15 đến 5,3 GHz (băng tần được chia thành 5 kênh tần số) với mức công

suất đỉnh thấp khoảng 1W Tốc độ dữ liệu vô tuyến tối đa có thể hỗ trợ là khoảng23,5 Mbps và chuẩn này cũng hỗ trợ cho các người dùng di động ở tốc độ thấp(khoảng 1,4 m/s) Ngoài HIPERLAN Type I còn có chuẩn HIPERLAN Type II,các đặc tính của chuẩn này được cho trên Bảng 2.1.

Tiêu chuẩn IEEE 802.11 xác định kết nối vô tuyến cho các nút cố định, cầmtay, và các nút di động trong một khu vực địa lý nhất định Đặc biệt, chuẩn này xácđịnh một giao diện giữa người dùng vô tuyến và điểm truy nhập vô tuyến cũng nhưgiữa các người dùng vô tuyến Như ở bất cứ tiêu chuẩn IEEE 802.x nào như 802.3(CSMA) và 802.5 (token ring), chuẩn 802.11 định nghĩa cả lớp vật lý (PHY) và lớpđiều khiển truy nhập môi trường (MAC) Tuy nhiên, lớp MAC 802.11 cũng thựchiện các chức năng liên quan đến các giao thức lớp cao hơn (ví dụ như quá trìnhphân mảnh, sửa lỗi, quản lý di động, và bảo vệ công suất) Các chức năng này chophép lớp MAC 802.11 che khuất các đặc tính của lớp vật lý vô tuyến PHY đối vớicác lớp cao hơn.

2.4 Mô hình tham chiếu 802.11 cơ sở

Như ở trong Hình 2.3, lớp vật lý PHY được chia thành hai phân lớp Phân lớp phụ thuộc môi trường vật lý PMD xử lý các thuộc tính của môi trường vô tuyến (tức là các phương pháp trải phổ DSSS, FHSS, hoặc DFIR) và xác định cách phát và thu dữ liệu thông qua môi trường (ví dụ như điều chế và mã hoá) Phân lớp hàm hội tụ lớp vật lý PLCP xác định phương pháp chuyển đổi các đơn vị dữ liệu giao thức phân lớp MAC vào một khuôn dạng gói thích hợp cho phân lớp PMD Nó cũng có thể thực hiện cảm biến sóng mang (ấn định kênh) cho phân lớp MAC Phân lớp MAC xác định cơ chế truy nhập cơ sở (dựa trên CSMA) cho các nút di động để truy nhập vào môi trường vô tuyến (xem phần 2.5) Nó cũng có thể thực hiện quá trình phân mảnh và mã hoá gói dữliệu Việc quản lý phân lớp vật lý PHY liên quan đến quá trình nhận các điều kiện liên kết khác nhau và duy trì thông tin quản lý lớp vật lý cơ sở MIB Việc quản lý phân lớpMAC giải quyết các vấn đề như đồng bộ hoá, quản lý công suất, kết hợp và tái kết hợp Ngoài ra, nó duy trì phân lớp MAC MIB Việc quản lý trạm xác định các phân lớp quản lý lớp vật lý PHY và lớp MAC tương tác với nhau như thế nào

2.5.Lớp Vật lý IEEE 802.11

Lớp vật lý PHY cho phép ba tuỳ chọn truyền dẫn đảm bảo các mạng WLAN

có thể được triển khai trong các vùng phủ khác nhau từ phạm vi một căn phòng chođến phạm vi toàn khuôn viên của một trường đại học Các tuỳ chọn này bao gồm

trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS, trải phổ nhảy tần FHSS, và hồng ngoại khuyếch tánDFIR Tuy nhiên, để các thiết bị vô tuyến 802.11 tương thích với nhau thì chúngphải có cùng một lớp vậy lý PHY (tức là các mạng WLAN FHSS truyền thôngđược với nhau nhưng không truyền thông được với các mạng WLAN DSSS).Trong khi lớp vật lý PHY DFIR hoạt động ở băng tần gốc, hai tuỳ chọn tần số vôtuyến (tức là DSSS và FHSS) hoạt động ở băng tần ISM 2,4 GHz Băng tần nàykhông yêu cầu người sử dụng phải được cấp phép mặc dù các nhà cung cấp thiết bịcần phải được cấp phép khi bán các sản phẩm của họ ở một quốc gia DSSS 802.11

hỗ trợ tốc độ dữ liệu bắt buộc 1 Mbps và 2 Mbps Đối với FHSS và DFIR, tốc độ

dữ liệu 1 Mbps là bắt buộc trong khi tốc độ 2 Mbps là tuỳ chọn Mỗi lớp vật lýPHY thường được miêu tả bằng các sơ đồ trạng thái

2.5.1 Các khuôn dạng gói dữ liệu chung

Thông tin người dùng được phân mảnh vào trong các gói dữ liệu (802.11 dùngthuật ngữ ‘khung’) với phần mào đầu và phần tiêu đề được ghép vào đầu mỗi gói.Sau khi nút đích đồng bộ với phần mào đầu PLCP, nó thu được các thông tin về độdài của gói dữ liệu, tốc độ số liệu (1 hay 2 Mbps) và các thông tin khác từ phần tiêu

đề PLCP Điểm quan trọng ở đây là các phần mào đầu và phần tiêu đề PLCP đượcphát đi ở tốc độ 1 Mbps (có ngoại lệ khi áp dụng cho một một số phần của tiêu đềPLCP DFIR) Điều này cho phép mạng WLAN hoạt động ở tốc độ thấp hơn(nhưng vùng phủ lại lớn hơn) nhằm tương thích với hoạt động của các phần tươngứng khác có tốc độ cao hơn (nhưng vùng phủ hẹp hơn) Trong khi đó, tốc độ dữliệu thấp 1 Mbps cho phép các phần mào đầu và phần tiêu đề PLCP có thể đượcgiải mã mà không cần sử dụng các bộ cân bằng công suất thấp Các bộ cân bằngnày thường phải giải quyết các vấn đề đa đường truyền ở tốc độ cao Điểm bất lợicủa tốc độ 1 Mbps là ở chỗ nó làm giảm hiệu quả truyền dẫn khi MPDU được phát

đi ở tốc độ cao

2.5.2 Lớp vật lý DSSS

Hình 2.4 minh hoạ khuôn dạng gói DSSS 802.11 Một vài giới hạn của cáctrường khác nhau trong phần tiêu đề PLCP được mở rộng để dễ sử dụng hơn Bên

cạnh việc cho phép nút thu phát hiện các đỉnh cực trị tự tương quan của mã giảngẫu nhiên và cố định việc định thời một gói số liệu đến, các bit đồng bộ hoá cũngcho phép khả năng lựa chọn anten thích hợp (nếu có sử dụng phân tập anten).Trường tín hiệu xác định hoặc là MPDU được điều chế sử dụng DBPSK (1 Mbps)

và DQPSK (2 Mbps) hoặc là được sử dụng để xác định các quá trình mở rộng tốc

độ dữ liệu Bộ xác định khung khởi đầu cho biết phần bắt đầu của gói dữ liệu.Truờng độ dài xác định độ dài của MPDU trong khi phần kiểm tra lỗi tiêu đề bảo

vệ ba trường nằm trong phần tiêu đề PLCP

Đơn vị dữ liệu giao thức PLCP (PPDU)

Tốc độ tín hiệu dữ liệu (8 bit)

Dịch vụ cho tương lai (8 bit)

Độ dài MPDU (16 bit)

Kiểm tra lỗi tiêu đề (16 bit)

Hình 2.3: Khuôn dạng gói PLCP DSSS

Tốc độ dữ liệu cơ sở sử dụng phương pháp điều chế khoá chuyển pha nhị phân

vi sai DBPSK trong đó mỗi bit dữ liệu được biến đổi vào 1 trong 2 pha Tốc độ 2Mbps nâng cao tốc độ số liệu bằng cách sử dụng khoá chuyển pha cầu phương trựcgiao DQPSK Trong trường hợp này 2 bit số liệu được biến đổi vào 1 trong 4 phacủa mã trải phổ

Bảng 2.2 đưa ra các định nghĩa về pha của DBPSK và DQPSK Với trườnghợp của khoá chuyển pha vi sai thông tin được mã hoá dựa trên sự khác biệt về phagiữa các ký tự kề nhau Nói cách khác, pha được phát đi (n) của ký tự là hàm củapha trước đó (n1) và độ lệch pha ( ) theo công thức sau: n    n1 Việc lưu

độ lệch pha vi sai làm giảm đến mức thấp nhất thời gian thu Đặc điểm kỹ thuật củaDSSS 802.11 cho phép đáp ứng cả hai tốc độ 1 Mbps và 2 Mbps Mức tín hiệu đầuvào máy thu được xác định là -80 dBm đối với gói dữ liệu có tỷ số lỗi 8x10-2 Tỷ số

lỗi gói là xác suất không giải mã được tất cả các bit trong gói dữ liệu một cáchchính xác Nó được xác định bằng tích số của tỷ số lỗi bit và độ dài gói dữ liệu.

Điều chế Dữ liệu Thay đổi pha

Bảng 2.2: Định nghĩa pha của DBPSK và DQPSK

Mã Baker 11-chip được chọn làm mã giả tạp âm vì nhiều lý do Trước tiên, nó

có tính tự tương quan tốt Thứ hai, vì mã Baker là khá ngắn nên cho phép đồng bộhoá nhanh Thứ ba, các đường bao sóng bị giới hạn đơn nhất, nó độc lập với cựctính và thời gian trễ của tín hiệu vào và đường bao sóng thấp ngụ ý rằng công suấttín hiệu bị tổn thất chỉ khi đường bao chính được chấp nhận Khi mỗi ký tự dữ liệuđược truyền đi mã Baker 11-chip thay đổi pha 6 lần Điều này là không đối xứngbởi vì số lượng các xung âm và xung dương khác nhau một xung (mã đối xứng có

số xung dương bằng số xung âm) Vì vậy, MPDU được trộn để giới hạn sự thay đổi

độ lệch dòng điện một chiều do mã Baker không đối xứng Tốc độ chip 11 Mchip/stương ứng với chu kỳ chip 90,9 ns Điều này ngầm định rằng quá trình truyền sóng

đa đường vẫn sẽ là vấn đề nếu độ trải trễ trung bình bình phương bậc hai nhỏ hơn90,9 ns Vì thế, phân tập anten vẫn có thể được sử dụng để chống lại các ảnh hưởngcủa hiệu ứng đa đường Quy tắc chung đối với các hệ thống DSSS là độ rộng băngthông ít nhất bằng hai lần tốc độ chip Vì thế, tốc độ chip 11 Mchip/s yêu cầu độrộng băng thông nhỏ nhất là 22 MHz

2.5.3 Lớp vật lý FHSS

Hình 2.5 minh hoạ khuôn dạng gói dữ liệu FHSS 802.11 Khi so sánh cáckhuôn dạng gói tin PLCP DSSS và FHSS, có thể thấy rằng FHSS yêu cầu số bit íthơn để đồng bộ hoá Tuy nhiên, độ dài lớn nhất của MPDU đối với FHSS ngắn hơn

so với DSSS

Tốc độ dữ liệu cơ sở 1 Mbps sử dụng phương pháp điều chế khoá dịch tần sốGausse (GFSK) 2 mức trong đó mỗi bit dữ liệu được biến đổi vào 1 trong 2 tần số.Tốc độ nâng cao 2 Mbps sử dụng điều chế GFSK 4 mức Trong trường hợp này, 2bit dữ liệu được biến đổi vào 1 trong 4 tần số Sau đó số liệu đã lọc được điều chế

sử dụng độ lệch tần số tiêu chuẩn Giá trị BT=0,5 được chọn trên cơ sở 2 yếu tố đó

là yêu cầu sử dụng băng thông hiệu quả và khả năng tránh được nhiễu chồng lấn kýhiệu Các giá trị lớn của BT sẽ dẫn đến xuyên nhiễu chồng lấn ký hiệu mức thấptrong khi yêu cầu chi phí cho độ rộng băng thông cao Cả GFSK 2 mức và GFSK 4mức đều có chung độ lệch tần số sóng mang trung bình bình phương Trước hết số liệunhị phân được lọc trong dải băng gốc sử dụng bộ lọc Gausse thông thấp (độ rộng băng

500 KHz) với tích số băng thông-thời gian BT=0,5 Bảng 2.3 biểu diễn các độ lệch tần

số sóng mang cho các sơ đồ điếu chế GFSK 2 mức và GFSK 4 mức

Hình 2.4: Khuôn dạng gói PLCP FHSS

Mỗi kênh tần số trong một mẫu nhảy tần chiếm giữ băng thông rộng khoảng 1MHz và phải thực hiện nhảy tần ở tốc độ tối thiểu quy định bởi các cơ quan chuyêntrách Chẳng hạn, ở Mỹ tốc độ nhảy tối thiểu là 2,5 bước nhảy/s (tương ứng vớithời gian cư trú lớn nhất là 400 ms) Thời gian cư trú có thể được điều chỉnh thông

qua các điểm truy nhập cho phù hợp với các điều kiện truyền sóng nhất định Khiđược thiết lập, thời gian cư trú giữ nguyên không đổi Nút di động thu thập thôngtin về thời gian nhảy tần khi nó đến kết hợp với điểm truy nhập Điều này cho phépnút di động đảm bảo đồng bộ với điểm truy nhập trong khi thực hiện nhảy tần giữacác kênh tần số Các mẫu nhảy tần đặc tả trong chuẩn 802.11 tối thiểu hoá xác suấtBSS hoạt động ở cùng một kênh tần số tại cùng một thời điểm với một BSS khác.Tính trung bình, các chuỗi của cùng một tập xung đột với nhau 3 lần (trong trườnghợp xấu nhất có tới 5 lần xảy ra xung đột) trong một chu kỳ của mẫu nhảy tần.Ngoài ra, các mẫu nhảy tần được thiết kế để đảm bảo sự tách biệt là nhỏ nhất trongcác kênh tần số giữa các mẫu nhảy kề nhau Sự tách biệt gây ra một vài mức phântập chống lại hiệu ứng fading đa đường lựa chọn tần số Khoảng cách nhảy nhỏnhất là 6 MHz ở Mỹ và Châu Âu (bao gồm Tây Ban Nha và Pháp) và là 5 MHz ởNhật Bản.

MPDU được trộn và định dạng nhằm làm hạn chế các thay đổi về độ lệch dòngđiện một chiều Quá trình tăng cấp (ramp-up) và giảm cấp (ramp-down) công suất máyphát làm giảm những thay đổi trong các kênh tần số lân cận ở các điểm bắt đầu và kếtthúc của mỗi gói Có thể cần đến 8s để làm cho công suất tín hiệu tăng đến mứcmong muốn Ở đây có chú ý rằng đối với truyền dẫn DSSS cần ít thời gian hơn (2s)

để làm tăng công suất tới mức mong muốn do công suất phát thấp hơn

2.5.4 Lớp vật lý hồng ngoại

Lớp vật lý DFIR PHY hoạt động ở dải bước sóng từ 850 đến 900 nm sử dụngphương pháp điều chế vị trí xung (PPM) với mức đỉnh công suất 2W Nói chung,một hệ thống L-PPM sẽ chia đoạn ký hiệu thành L khoảng con hay L khe thời gian.Một xung phát xạ hồng ngoại hẹp được phát đi trong một trong số các khe thờigian Vì thế, giống như quá trình điều chế nhiều mức, tốc độ ký hiệu có thể bị làmchậm hơn tốc độ số liệu Tuy nhiên, không giống như ở điều chế nhiều mức, độrộng băng thông ở các hệ thống L-PPM tăng lên theo hệ số L/log2L tương tự như ởquá trình điều chế cường độ xung bật-tắt Vì vậy, mặc dù cần phát đi nhiều bit hơntrong khi các khe thời gian lại hẹp hơn, các xung ánh sáng hẹp hơn phải vừa khớp với

các khe thời gian nên yêu cầu có độ rộng băng thông lớn hơn Nhiễu bổ sung gây rabởi băng thông bổ sung có thể làm giới hạn hiệu năng của các hệ thống L-PPM.

Đơn vị dữ liệu giao thức PLCP (PPDU )

MPDU (từ 1 đến 2500 octet)

Đồng bộ

(57-73 khe)

Phân định khung bắt đầu (4 khe)

Tốc độ dữ liệu (3 khe)

Điều chỉnh mức dòng trực tiếp (32 khe)

Độ dài MPDU (2 octet)

Kiểm tra lỗi tiêu đề (2 octet)

Truyền dẫn 1 hoặc 2 Mbps

Hình 2.5: Khuôn dạng gói dữ liệu của mạng LAN hồng ngoại IEEE 802.11

Khuôn dạng gói dữ liệu DFIR 802.11 PLCP được cho trên Hình 2.6 Batrường đầu tiên được phát đi sử dụng điều chế cường độ khoá bật-tắt Quá trìnhđiều chỉnh mức dòng một chiều (DCLA) cho phép các máy thu ổn định mức tínhiệu trung bình sau khi phát xong ba trường số liệu đầu tiên Mẫu của bộ xác địnhkhung khởi đầu (SFD) phải được lựa chọn cẩn thận vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới tỷ

số lỗi gói Xác suất phát hiện chính xác SFD phụ thuộc vào xác suất mô phỏngSFD và xác suất lỗi của SFD Chuẩn 802.11 chọn mẫu 1001 là một trong các mẫulàm tối đa xác suất sửa lỗi của trường SFD Các trường bị khuất phát đi sử dụng L-PPM Độ dài cực đại của DFIR MPDU là ngắn nhất trong số DSSS và FHSS

Chuẩn DFIR 1 Mbps sử dụng PPM 16 vị trí (16-PPM) trong đó 4 bit dữ liệubiến đổi vào 1 trong số 16 xung (Hình 2.7) Chuẩn 2 Mbps sử dụng 4-PPM trong

đó 2 bit dữ liệu được biến đổi vào 1 số trong 4 xung (Hình 2.8) Bất chấp khả năng

hỗ trợ tốc độ dữ liệu, độ rộng của mỗi khe thời gian L-PPM được xác định là 4 ms

Điều này có nghĩa là đối với 16-PPM, 4 bit thông tin được phát đi trong khoảngthời gian 4 ms (16 khe x 250 ns/khe), vì vậy cho phép tốc độ dữ liệu vô tuyến 1Mbps Tương tự như vậy, mạng LAN 4-PPM phát đi 8 bit dữ liệu trong khoảngthời gian 4 ms và cho phép tốc độ dữ liệu 2 Mbps.

Hình 2.7: Tín hiệu điều chế vị trí xung ở tốc độ 2 Mbps

2.6 Lớp điều khiển truy nhập môi trường IEEE 802.11

Lớp MAC 802.11 liên quan chủ yếu đến các quy tắc để truy nhập vào môitrường vô tuyến dùng chung Có hai phương pháp truy nhập khác nhau đã được xácđịnh Chức năng của giao thức MAC là chung cho cả ba tuỳ chọn của lớp vật lý

(bao gồm DSSS, FHSS, DFIR) và độc lập với tốc độ dữ liệu Chuẩn này bao gồm đặc

tả chính thức của giao thức MAC sử dụng phương pháp SDL được chuẩn hoá bởiITU-T Các dịch vụ chính do lớp MAC cung cấp được diễn tả trong các phần sau

2.6.1 Đơn vị dữ liệu giao thức MAC 802.11 tổng quát

Tiêu đề MPDU

(30 octet)

Dữ liệu người dùng (0-2312 octet)

Chuỗi kiểm tra khung (4 octet)

Điều khiển

khung

(2 octet)

Nhận dạng khoảng thời gian (2 octet)

Địa chỉ 1 (6 octet)

Địa chỉ 2 (6 octet)

Địa chỉ 3 (6 octet)

Chuỗi điều khiển (2 octet)

Địa chỉ 4 (6 octet) Truyền dẫn 1 hoặc 2 Mbps

Hình 2.8: Khuôn dạng đơn vị dữ liệu giao thức MAC tổng quát

Điều khiển khung Phiên bản hiện tại của tiêu chuẩn, các gói được

nhận hoặc gửi đi tới hệ thống phân phối, quản lýnguồn, phân mảnh, gói mã hoá và nhận thực

Khoảng thời gian/Nhận dạngKhoảng thời gian của vector phân phối mạng,

nhận dạng nút đang hoạt động ở chế độ bảo vệ nguồn

Các trường địa chỉ 1-4 Các địa chỉ của BSSID, đích, nguồn, bộ phát,

và bộ thu

Bảng 2.3: Thông tin cho bởi các trường dữ liệu khác nhau trong phần tiêu đề MPDU

Hình 2.8 biểu diễn khuôn dạng của đơn vị dữ liệu giao thức MAC 802.11 tổngquát (MPDU) Các trường Địa chỉ 2, Địa chỉ 3, Điều khiển chuỗi, Địa chỉ 4 và dữliệu người dùng chỉ có trong một số trường hợp nhất định MPDU được bảo vệ độclập bởi các bit kiểm tra lỗi Có ba kiểu gói:

 Các gói dữ liệu;

 Các gói điều khiển (ví dụ như các gói RTS, CTS, ACK);

 Các gói quản lý (ví dụ như đèn hiệu)

Thông tin cho bởi các trường khác nhau trong phần tiêu đề MPDU được liệt

kê trong Bảng 2.3

2.6.2 Các khoảng trống liên khung

Ba khoảng trống thời gian hay khoảng trống liên khung (IFS) khác nhau xácđịnh trên Hình 2.10

D PD CCA M Rx/Tx

DIFS PIFS

Rx/Tx

D PD CCA M

Thời gian đánh giá kênh rỗi

Hình 2.9: Các định nghĩa khoảng trống liên khung

Khoảng trống liên khung DSSS FHSS DFIR

Bảng 2.10: Các đặc tả khoảng trống liên khung

Các khoảng trống liên khung độc lập với tốc độ dữ liệu IFS ngắn (SIFS) là IFSngắn nhất và được sử dụng cho tất cả các tác động đáp ứng tức thời (ví dụ như quátrình truyền dẫn các gói ACK, RTS, CTS) IFS thực hiện chức năng phối hợp điểm(PIFS) có độ dài trung bình sử dụng để dò tìm các nút trong khoảng thời gian giớihạn IFS thực hiện chức năng phối hợp phân bố (DIFS) là IFS dài nhất được sửdụng như thời gian trễ nhỏ nhất giữa các gói dữ liệu truyền dẫn liên tiếp Khe thờigian được xác định và được sử dụng cho các mục đích lùi chờ (backoff) phát Khethời gian là tổng của thời gian ấn định kênh (cảm biến sóng mang), thời gian xoayvòng máy thu, trễ truyền sóng, và trễ xử lý lớp MAC SIFS là hàm của độ trễ thờigian, trễ xuất hiện trong quá trình giải mã phần tiêu đề/phần mào đầu PLCP, thờigian quay vòng máy thu, và thời gian trễ xử lý lớp MAC Chuẩn 802.11 xác địnhcác giá trị khác nhau của khe thời gian và SIFS cho các lớp vật lý khác nhau Ví dụ,trong các mạng LAN DSSS, chuẩn 802.11 xác định SIFS=10svà khe thời gianTS=20s Đối với các mạng LAN FHSS, SIFS=28svà khe thời gian TS=50s.DIFS được xác định bằng SIFS+2xTS trong khi PIFS được xác định bằngSIFS+TS Như ở trong Bảng 2.4, IFS ở các hệ thống DSSS nhỏ hơn ít nhất hai lần

so với IFS ở các hệ thống FHSS Điều này có nghĩa là một quá trình truyền dẫnDSSS chứa ít thông tin phụ hơn do các khoảng trống thời gian liên khung Khe thờigian ở chuẩn Ethernet 10 Mbps được xác định bằng thời gian của 512 bit hay 51,2