nguyên lý mạng lan không dây. đi sâu tính toàn vùng phủ sóng của các trạm chuyển tiếp

ĐI SÂU TÍNH TOÀN VÙNG PHỦ SÓNG CỦA CÁC TRẠM CHUYỂN TIẾP ” Khi thiết kế mạng WLAN cũng như tính vùng phủ sóng các vấn đề liên quan gồm : truyền sóng vô tuyến băng tần.angten, tính toán c

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU

Chương I TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY

1.1 Giới thiệu 5

1.2 Phân loại mạng không dây 5

1.2.1 WPAN (Wireless Personal Area Network) 5

1.2.2 WLAN (Wireless Local Area Network) 5

1.2.3 WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) 6

1.3 Lưu ý kĩ thuật trong mạng không dây 7

Chương II MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY WLAN 2.1 Giới thiệu 8

2.2 Mô hình WLAN 8

2.3. Thiết bị,ưu và nhược điểm của WLAN 11

2.4 Các chuẩn thông dụng của WLAN 14

2.5 WI-FI và ứng dụng của WI-FI 16

2.6 Một số ứng dụng của WLAN 17

2.7 Các băng tần hoạt động của WLAN 20

Chương III PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÙNG PHỦ SÓNG 3.1 Băng tần thiết kế mạng vô tuyến không dây 22

3.2 Vận tốc và bước sóng vô tuyến 22

3.3 Angten 23

3.3.1 Kĩ thuật angten 23

3.3.2 Các loại angten 24

3.3.3 Các kiểu đẳng hướng của anten 25

3.3.4 Độ tăng ích của angten(Độ lợi của angten) 25

3.3.5 Phân cực của angten 27

3.4 Nhiễu và tác động của nhiễu 27

3.5 Fading 29

3.6 Cường độ điện trường tại một điểm bất kì 31

3.7 Suy hao 33

3.7.1 Suy hao trong không gian tự do 33

3.7.2 Suy hao theo các mô hình truyền sóng 34

3.8 Tính toán công suât thu với công thức FRIIS 36

3.9 Tính toán công suất thu với vecto Poyting và khu vực ảnh hưởng của anten 37

3.10 Thang dB 37

3.11 Tính toán cụ thể mạng WLAN 39

3.11.1.Tính toán suy hao trong không gian tự do và theo địa hình 40

3.11.2.Tính toán công suất thu 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

PHỤ LỤC 47

LỜI MỞ ĐẦU

Xu thế phát triển và hội nhập đã và đang, sẽ là đòn bẩy mạnh mẽ đưa Việt Nam nói riêng và các nước trên thế giới nói chung không ngừng vươn xa và phải đáp ứng được những yêu cầu cập nhật và đổi mới liên tục

Khoa học - kỹ thuật là bài toán then chốt thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ trong công cuộc phát triển nền kinh tế, xã hội của Việt nam, đặc biệt là sau khi là thành viên chính thức của WTO Trong đó, ngành điện tử viền thông là một ngành đóng vai trò rất quan trọng với nhịp sống công nghiệp hiện đại trong thời kỳ mới, nhu cầu thông tin liên lạc trở nên cấp thiết khi mật độ dân số không ngừng gia tăng, sự đòi hỏi xử lý nhanh chóng trong công việc cũng như yêu cầu ngày càng cao của con người về sự cập nhật thông tin Do đó các thiết bị không dây sẽ ngày càng chiếm ưu thế vì tính kinh tế và ưu điểm nổi trội Việc nắm bắt được nguyên lý hoạt động, chất lượng mạng

và các phương pháp cải thiện tối ưu sẽ rất là quan trọng trong việc triển khai và mở rộng phạm vi hoạt động của mạng

Ở các nước như Nhật và châu Âu cá ứng dụng không dây đã phát triển rất nhiều …ở nước ta đang trong giai đoạn chuyển giao công nghệ và thử nghiệm một số

mô hình mạng loại này Đặc biệt là Wireless LAN (mạng cục bộ vô tuyến không dây) đang được sử dụng nhiều trong các cơ quan, quán cafe … tuy nhiên phạm vi sử dụng còn nhỏ và ứng dụng chưa nhiều

Trước tình hình đó em quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là:’NGUYÊN LÝ MẠNG LAN KHÔNG DÂY ĐI SÂU TÍNH TOÀN VÙNG PHỦ SÓNG CỦA CÁC TRẠM CHUYỂN TIẾP ”

Khi thiết kế mạng WLAN cũng như tính vùng phủ sóng các vấn đề liên quan gồm : truyền sóng vô tuyến ( băng tần).angten, tính toán công suất thu,phát, suy hao đường truyền.Bài toán trong đề tài này dựa vào lý thuyết,tính toán chuẩn mà thế giới đang dùng để thiết kế mạng WLAN)

Đồ án gồm 3 chương với nội dung như sau:

Chương I:Tổng quan về mạng không dây nói chung

Chương II: Mạng cục bộ không dây –WLAN

Chương III:Phương pháp tính toán vùng phủ sóng WLAN

Do nhiều nguyên nhân, mặc dù đã rất cố gắng song nội dung đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô, sự góp ý

phần xây dựng đồ án thành công.Đặc biệt, em xin cảm ơn sự hướng dẫn tận tình , trách nhiệm của Thầy giáo,TS.Phạm Văn Phước trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp.

Sinh viên

Vũ Đức Mạnh

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY

dễ bị nhiễu, mất gói tin , tốc độ truyền…) Nên mạng không dây phát triển là tất yếu

1.2 PHÂN LOẠI MẠNG KHÔNG DÂY

Mạng không dây có thể được chia thành:

• WPAN (Wireless Personal Area Network)

• WLAN (Wireless Local Area Network)

• WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)

1.2.1 WPAN

WPAN ( Mạng cá nhân không dây).Thường gặp khi sử dụng các điện thoại thông minh PDA như kết nối với vi tính,sử dụng tai ghe nhạc không dây theo công nghệ Blutooth.Blutooth hiện nay rất phổ biến,xu hướng dùng thay thế cho các loại cáp ngoại vi cho một số thiết bị như điện thoại di động,máy quay,máy ảnh kỹ thuật số,bàn phím,chuột không dây…

Tuy nhiên tốc độ của Blutooth chậm,từ 1-2 Mbit/s trong phạm vi khoảng 10m với công suất đầu ra khoảng 0.1W

1.2.2 WLAN

Wireless LAN (mạng cục bộ không dây) sử dụng sóng điện từ (thường là sóng radio hay tia hồng ngoại) để liên lạc với các thiết bị trong phạm vi trung bình So với Bluetooth, Wireless LAN có khả năng kết nối trong phạm vi rộng hơn với nhiều vùng phủ sóng khác nhau, do đó các thiết bị di động có thể tự do di chuyển giữa các vùng với nhau Phạm vi hoạt động từ 100m đến 500m với tốc độ truyền dữ liệu trong

khoảng 11Mbps-54Mbps

• Thế hệ đầu: Hoạt động tại các băng tần 900-928 MHz (băng tần ISM), với tốc

độ thấp hơn 860Kbps Do hạn chế về băng tần (nhiều ứng dụng vô tuyến khác từng chạy trên băng tần này) nên các công nghệ ở giai đoạn này 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 phương pháp điều chế phức tạp hơn) đạt tốc độ 11 Mbps, 5 GHz và 17 GHz, tốc độ lên tới

54 Mbps

1.2.3 WMAN

Đây là công nghệ Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access- khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba.).Nó còn gọi là chuẩn IEEE 802.16 là công nghệ băng thông rộng,mạng lại khả năng kết nối Internet tốc độ cao

Trong khi công nghệ quen thuộc Wi-Fi (802.11a, b và g) mang lại khả năng kết nối tới các khu vực nhỏ như trong văn phòng hay các điểm truy cập công cộng (hotspot) , công nghệ WiMax có khả năng phủ sóng rộng hơn, bao phủ cả một khu vực thành thị hay một khu vực nông thôn nhất định Công nghệ này có thể cung cấp với tốc độ truyền dữ liệu đến 75 Mbps tại mỗi trạm phát sóng với tầm phủ sóng

+ Dễ bị ảnh hưởng bởi các tác động của môi trường

+ Không an toàn, thông tin dễ bị thất lạc hoặc mất Chất lượng mạng chưa được

cao

+ Chi phí cao trong việc thiết lập cơ sở hạ tầng

Mô hình ứng dụng WiMAX

Tiêu chuẩn IEEE 802.16 đề xuất 2 mô hình ứng dụng:

- Mô hình ứng dụng cố định

- Mô hình ứng dụng di động

Hình 1.1Mô hình ứng dụng cố định của WiMax

Bộ phận vô tuyến gồm các trạm gốc WiMax BS ( Base Station – làm việc với các angten đặt trên tháp cao ) và các trạm phụ SS ( Substation) Các WiMax BS nối với mạng đo thị MAN hoặc PSTN

Còn mô hình WiMax di động sử dụng các thiết bị di động phù hợp tiêu chuẩn IEEE 802.16e Băng tần làm việc thấp hơn 6GHz ,nó phối hợp cùng WLAN, mạng di động 3G để tạo vùng phủ sóng rộng

1.3 LƯU Ý KĨ THUẬT TRONG MẠNG KHÔNG DÂY

Do trong mạng không dây các thiết bị truyền và nhận thông tin qua sóng điện

từ, sóng radio hay tín hiệu hồng ngoại.Trong WLAN và WMAN thì sóng radio được

sử dụng rộng rãi hơn.Tín hiệu truyền trong không gian một khu vực là vùng phủ sóng,

do vậy thiết bị chỉ nhận được tín hiệu khi nằm trong vùng phủ sóng đó

CHƯƠNG II MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY – WLAN

2.1 GIỚI THIỆU

Mạng WLAN là viết tắt của Wireless Local Area Network, có nghĩa là mạng cục bộ không dây hay mạng LAN vô tuyến (Wireless LAN).WLAN được sử dụng trong các toàn nhà,trường học ,công ty…Nó sử dụng sóng vô tuyến,hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu

Hiện nay, công nghệ không dây nói chung và công nghệ mạng LAN không dây (WLAN) nói riêng đang được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực và đang

là điểm nóng trong lĩnh vực công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) toàn thế giới Điều đó phần nào thể hiện tính hiệu quả và ưu việt của nó

Hiện nay,có nhiều chuẩn phục vụ cho WLAN như:Bluetooh (10m),HiperLan (100m)…và IEEE 802.11 là mạng phục vụ cho kết nối phạm vi rộng hơn và cho phép kết nối ở 2 dạng:kết nối trực tiếp,kết nối mạng cơ sở ( sử dụng điểm truy nhập-Access Point)

2.2 CẤU TRÚC CƠ BẢN WLAN

Có 4 thành phần chính trong các loại mạng sử dụng chuẩn 802.11:

Hệ thống phân phối (Distribution System)

Hệ thống phân phối được sử dụng để điều phối thông tin đến các trạm đích Hệ thống phân tán là thành phần logic của mạng 802 được sử dụng để đưa các khung thông tin tới điểm đích Trong các sản phẩm thương mại, hệ thống phân tán được thực hiện bằng sự kết hợp giữa các cầu nối và môi trường hệ thống phân tán, hệ thống này là khung của mạng sử dụng giữa các điểm truy nhập Chuẩn 802.11 không đặc tả chính xác kỹ thuật cho DS

Điểm truy cập (Access Point)

Chức năng chính của AP là mở rộng mạng Nó có khả năng chuyển đổi các frame dữ liệu trong 802.11 thành các frame thông dụng để có thể sử dụng trong các mạng khác.Các thiết bị được gọi là điểm truy nhập AP thực hiện chức năng kết nối giữa không dây và có dây

Tần liên lạc vô tuyến (Wireless Medium)

Việc truyền tải các khung dữ liệu giữa các máy trạm được thực hiện thông qua

môi trường vô tuyến Một số môi trường vô tuyến ở lớp vật lý được xác định cho phép kết hợp để phát triển và hỗ trợ lớp MAC Hai lớp môi trường vật lý sử dụng sóng vô tuyến và lớp vật lý hồng ngoại được tiêu chuẩn hóa Hiện nay lớp vật lý môi trường vô tuyến được sử dụng rộng rãi.

Mạng cục bộ không dây về cơ bản được phân làm ba loại sau

2.3.1 Loại mô hình cơ sở (Infrastructure Mode)

Hình 2.2 Mô hình cơ sở mạng WLAN

Với mô hình này, luôn phải có một AP và một số Client Mỗi Client này phải

có card giao tiếp vô tuyến (Adapter) để kết nối với AP

Trong chế độ cơ sở (Infrastructure mode or Infrastructure Network) lại có thể

- Mô hình cơ sở (Basic Service Set – BSS) :

Đây chính là tập hợp các dịch vụ cơ bản Một AP kết nối với một mạng có dây (Wired Network) và một số thiết bị khách (A set of stations)

Vì BSS hoạt động ở chế độ cơ sở nên bắt buộc phải sử dụng AP và tất cả các quá trình trao đổi dữ liệu vô tuyến (Wireless traffic) đều thông qua AP Và không có trao đổi trực tiếp giữa các Client Tức là mỗi thiết bị vô tuyến (Wireless client) phải

sử dụng AP để giao tiếp với các máy tính trong mạng có dây (Wired host)

- Mô hình mở rộng (Extended Service Set – ESS)

Mô hình mở rộng (ESS) là tập hợp các dịch vụ mở rộng trong đó có sự liên kết của 2 hay nhiều mô hình cơ sở bởi một hệ thống phân tán (Distribution system) Hệ thống phân tán này có thể là hữu tuyến như LAN hay WAN, hoặc là vô tuyến

Một mô hình mở rộng cần có ít nhất 2 AP cùng hoạt động ở chế độ cơ sở Mỗi một mô hình mở rộng bao gồm nhiều cell (BSS), nên có hiện tượng bao phủ giữa các

cell Trong thực tế các cell này có vùng phủ sóng đan xen vào nhau (do WLAN thường là giải pháp triển khai bổ sung thêm vào hệ thống mạng hiện có).

2.3.2 Loại mô hình Ad-hoc độc lập ( Independent Network Mode)

Mô hình này còn được gọi là MANET (Mobile Ad-hoc Network) Đặc điểm nổi bật của mô hình này là không có AP Do đó các Client tương tác trực tiếp với nhau Đây còn gọi là mô hình mạng ngang hàng (peer-to-peer Network), tức là mỗi nút mạng tự dẫn đường để truyền tin

Hình 2.3.Mô hình Ad-hoc

Trong mô hình này, mỗi nút mạng sẽ hoạt động giống như một máy chủ (host)

và đồng thời như một bộ chọn đường (Router) Điều này có nghĩa là mỗi nút trong mạng MANET sẽ đóng vai trò như một trạm chuyển tiếp, được dùng để truyền các gói tin tới các nút lân cận cho tới khi gói tin tới được nút đích Nói một cách khác sự tồn tại của MANET phụ thuộc vào sự kết hợp giữa các nút thành viên

Hoạt động của Adhoc được tóm tắt như sau: Các nút sẽ tuần tự chuyển tiếp các gói tin đến các nút kế tiếp cho tới khi gói tin đến được nút đích Như vậy, trong mô hình này một gói tin có thể phải chuyển qua nhiều nút trước khi tới được nút đích

Hình2.4 Hoạt động truyền tin trong mạng Ad-hoc

2.3.3 Loại mô hình mạng hỗn hợp (Mixed Network mode)

Đặc điểm của mô hình này đó là mỗi Client đều có thể làm việc đồng thời với các Client khác, ngoài ra mỗi một Client đều hoạt động trong phạm vi WLAN bao

phủ Tính hỗn hợp của mô hình này thể hiện ở chỗ các Client kết nối để truy cập mạng thông qua WLAN, đồng thời được kết nối với mạng hữu tuyến.

Hình 2.4 Mô hình mạng hỗn hợp

2.4 THIẾT BỊ VÀ ƯU,NHƯỢC ĐIỂM CỦA WLAN

2.4.1 Card mạng không dây (Wireless NIC)

Card mạng không dây giao tiếp máy tính với mạng không dây bằng cách điều chế tín hiệu dữ liệu với chuỗi trải phổ và thực hiện một giao thức truy nhập cảm ứng sóng mang Máy tính muốn gửi dữ liệu lên trên mạng, card mạng không dây sẽ lắng nghe các truyền dẫn khác Nếu không thấy các truyền dẫn khác, card mạng sẽ phát ra một khung dữ liệu Trong khi đó, các trạm khác vẫn liên tục lắng nghe dữ liệu đến, chiếm khung dữ liệu phát và kiểm tra xem địa chỉ của nó có phù hợp với địa chỉ đích trong phần Header của khung phát bản tin hay không Nếu địa chỉ đó trùng với địa chỉ của trạm, thì trạm đó sẽ nhận và xử lý khung dữ liệu được, ngược lại trạm sẽ thải hồi khung dữ liệu này

Các card mạng không dây không khác nhiều so với các card mạng được sử dụng trong mạng LAN có dây Card mạng không dây trao đổi thông tin với hệ điều hành mạng thông qua một bộ điều khiển chuyên dụng Như vậy, bất kì ứng dụng nào cũng có thể sử dụng mạng không dây để truyền dữ liệu Tuy nhiên, khác với các card mạng có dây, các card mạng không dây là không cần bất kỳ dây nối nào Card mạng có dây có thể sử dụng khe cắm ISA (hiện nay hầu như không còn sử dụng), khe cắm PCI (sử dụng phổ biến), hoặc cổng USB trên máy tính để bàn hoặc

sử dụng khe cắm PCMCIA trên các laptop Card mạng không dây thường có một anten ngoài và có thể gắn vào tường hoặc một vị trí nào đó trong phòng

Hình 2.5 Card mạng không dây sử dụng khe cắm PCI

2.4.2 Các điểm truy cập (Access Point-AP)

Các điểm truy cập không dây AP (Acsses Point) tạo ra các vùng phủ sóng,

nối các nút di động tới các cơ sở hạ tầng LAN có dây Vì các điểm truy cập cho phép mở rộng vùng phủ sóng nên các mạng không dây WLAN có thể triển khai trong cả một toà nhà hay một khu trường đại học, tạo ra một vùng truy cập không dây rộng lớn Các điểm truy cập này không chỉ cung cấp trao đổi thông tin với các mạng có dây mà còn lọc lưu lượng và thực hiện chức năng cầu nối với các tiêu chuẩn khác Chức năng lọc giúp giữ gìn dải thông trên các kênh vô tuyến nhờ loại bỏ các lưu lượng thừa

Do băng thông ghép đôi không đối xứng giữa thông tin vô tuyến và hữu tuyến nên các điểm truy cập cần có bộ đệm thích hợp và các tài nguyên của bộ nhớ Các bộ đệm được dùng chủ yếu để lưu các gói dữ liệu ở điểm truy cập khi một nút di động cố gắng di chuyển khỏi vùng phủ sóng hoặc khi một nút di động hoạt động ở chế độ công suất thấp Các điểm truy cập trao đổi với nhau qua mạng hữu tuyến để quản lý các nút di động Một điểm truy cập không cần điều khiển truy cập từ nhiều nút di động (có nghĩa là có thể hoạt động với một giao thức ngẫu nhiên phân tán như CSMA) Tuy nhiên, một giao thức đa truy cập tập trung được điều khiển bởi một điểm truy cập có nhiều thuận lợi

Hình 2.6 Access Point

2.4.3 Bridge không dây( WBridge)

Các WBridge (Bridge không dây) tương tự như các điểm truy cập không dây trừ trường hợp chúng được sử dụng cho các kênh bên ngoài Phụ thuộc vào khoảng cách và vùng mà cần dùng tới anten ngoài WBridge được thiết kế để nối các mạng với nhau, đặc biệt trong các toà nhà có khoảng cách xa tới 32 km

WBridge cung cấp một phương pháp nhanh chóng và rẻ tiền so với việc sử dụng cáp, hoặc đường điện thoại thuê riêng (lease-line) và thường được sử dụng khi các kết nối có dây truyền thống không thể thực hiện hoặc khó khăn như qua sông, địa hình hiểm trở, các khu vực riêng, đường cao tốc Khác với các liên kết cáp và các mạch điện thoại chuyên dụng, WBridge có thể lọc lưu lượng và đảm bảo rằng các hệ thống mạng không dây được kết nối tốt mà không bị mất lưu lượng cần thiết

2.4.4 Các router điểm truy cập (Access Point Router)

Một “AP router” là một thiết bị mà nó kết hợp các chức năng của một Access Point và một router Khi là Access Point, nó truyền dữ liệu giữa các trạm không dây

và một mạng hữu tuyến cũng như là giữa các trạm không dây Khi là router, nó hoạt động như là điểm liên kết giữa hai hay nhiều mạng độc lập, hoặc giữa một mạng bên trong và một mạng bên ngoài

2.4.5 Ưu,nhược điểm của WLAN

– Ưu điểm:

1 Khả năng di động và sự tự do cho phép kết nối mọi nơi

2 Không bị hạn chế về không gian và vị trí kết nối

3 Dễ lắp đặt và triển khai

4 Tiết kiệm chi phí,thời gian và nhân công lắp đặt đi dây cáp

5 Không làm thay đổi thẩm mỹ,kiến trúc toàn nhà

6 Có thể giảm chi phí bảo trì hệ thống

2.5 CÁC CHUẨN THÔNG DỤNG CỦA WLAN.

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của mạng không dây các chuẩn mạng không dây lần lượt ra đời được nâng cấp và cải tiến Chuẩn ra đời sớm nhất như IEEE

802.11 đã trở nên phổ biến Sau đó là HiperLAN, HomeRF, OpenAir và gần đây là Bluetooth Mỗi chuẩn đều mang một số đặc tính, ưu điểm riêng của nó

2.5.1 Các chuẩn IEEE 802.11

• Chuẩn IEEE 802.11

Nó định nghĩa tiêu chuẩn lớp vật lý ( PHY-physical) và lớp MAC (Medium Access Control ) cho WLAN

Hình 2.7.Mô hình OSI và IEEE 802.11

Chuẩn đầu tiên mà IEEE cho ra đời là IEEE 802.11 vào năm 1997.Tốc độ đạt được là 2Mbps sử dụng phương pháp trải phổ trong băng tần ISM không quản lý ( băng tần dành cho công nghiệp, khoa học và y học) Tiếp sau đó là các chuẩn IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g Và mới đây nhất là sự ra đời của chuẩn IEEE 802.11i

• IEEE 802.11b

Chuẩn này thường được gọi là Wi-fi là chuẩn thông dụng bởi sự phù hợp của

nó trong các môi trường sử dụng mạng không dây

Nhịp độ kí hiệu Bits/ Symbol

30m ở 11Mb/s90m ở 1Mb/s

15m ở 54Mb/s45m ở 11Mb/s

Bảng 2.2 Thông số các chuẩn IEEE 802.11 thường dùng

2.5.2 Hiper LAN ( High Performance LAN )

Sự phát triển của thông tin vô tuyến băng rộng đã đặt ra những yêu cầu mới về mạng LAN vô tuyến Đó là nhu cầu bảo mật, quyền sử dụng Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) đã nghiên cứu xây dựng bộ tiêu chuẩn cho các loại LAN hiệu suất cao (High Performance LAN), tiêu chuẩn này xoay quanh mô tả các giao tiếp ở mức thấp và mở ra khả năng phát triển ở mức cao hơn Có bốn loại HIPER LAN đã được đưa ra: HIPERLAN/1, HIPERLAN/2, HIPERCESS, HIPERLINK

Trong các chuẩn HiperLAN, HiperLAN/2 là chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất bởi những đặc tính kỹ thuật của nó Những đặc tính kỹ thuật của HiperLAN/2: Truyền

dữ liệu với tốc độ cao, kết nối có định hướng, cấp phát tần số tự động, hỗ trợ bảo mật, mạng và ứng dụng độc lập tiết kiệm năng lượng Tốc độ truyền dữ liệu của

HiperLAN/2 có thể đạt tới 54 Mbps

Chuẩn Tốc độ truyền dữ liệu Các cơ chế Bảo mật Ghi chú

IEEE 802.11 Tối đa 2 Mbps tại băng tần 2.4 Ghz FHSS

DSSS

WEPWPA

Được cải tiến và

mở rộng ở chuẩn 802.11 b

IEEE 802.11a

(Wi - Fi)

Tối đa 54 Mbps tại băng tần 5 Ghz

WPA

Sản phẩm dùng chuẩn này được chứng nhận chuẩn Wi - Fi

IEEE 802.11b

(Wi - Fi) Tối đa 11 Mbps

DSSSvới CCK

WEPWPA

Sản phẩm dùng chuẩn này được chứng nhận chuẩn Wi - Fi

IEEE 802.11g

(Wi - Fi)

Tối đa 11 Mbps tại băng tần 2.4 Ghz

OFDM tốc độ trên 20Mbps, DSSS với CCK tốc độ dưới 20Mbps

WEPWPA

Sản phẩm dùng chuẩn này được chứng nhận chuẩn Wi - Fi

OpenAir Tối đa 1.6 Mbps tại băng tần 2.4

Gần giống với 802.11 nhưng không có cơ chế bảo mật

HomeRF

Tối đa 10 Mbps tại băng tần 2.4

Địa chỉ IP độc lập cho mỗi mạng Dùng 56bit cho mã hoá dữ liệu

HiperLAN/1

Tối đa 20 Mbps tại băng tần 5

HiperLAN/2 Tối đa 54 Mbps tại băng tần 5

Ghz

OFDM Bảo mật cao Sử dụng ở châu Âu và dùng cho

ATM

Bảng 2.3.Tóm tắt các chuẩn của WLAN

2.6 WI-FI VÀ ỨNG DỤNG CỦA WI-FI2.6.1 WI-FI

Wi-Fi là viết tắt của wireless Fidelity (không dây trung thực) Thực ra nó có tên là The standard for Wireless Fidelity (chuẩn cho không dây trung thực).

Wi-Fi là một mạng không dây có khả năng kết nối với mạng khác hay với máy tính bằng sóng vô tuyến Nó nhanh hơn và phạm vi hoạt động rộng hơn Bluetooth

Một người với thiết bị có cài đặt Wi-Fi như máy tính, điện thoại có thể kết nối internet khi ở gần điểm truy cập

Wi-Fi hoạt động ở hai tốc độ: với chuẩn 802.11b thì tốc độ trao đổi giữ liệu là 11Mbps và với chuẩn 802.11g thì tốc độ đạt được 54 Mbps Rõ ràng nó nhanh hơn Bluetooth rất nhiều, vì Bluetooh hoạt động khoảng 0.57 Mbps

Wi-Fi 802.11 hoạt động ở băng tần 2.4 Ghz,với phạm vi hoạt động khoảng 150

m trong môi trường truyền thông thoáng, còn nếu trong nhà thì khoảng 50 m Nhưng với chuẩn 802.22N thì có thể lớn hơn

2.6.2 ỨNG DỤNG

- Wi-Fi được ứng dụng trong việc truyền số liệu và kết nối internet tốc độ cao trong phạm vi nhỏ khoảng 150 m với khu vực thông thoáng và 50 m với khu vực trong nhà

- Ứng dụng Wi-Fi cho các điểm truy cập internet công cộng, các khu vực đông người như trong các trường đại học, các quán cà phê, các văn phòng của các công ty,

…với một đường truyền internet và một thiết bị thu phát Wi-Fi máy tính xách tay và điện thoại di động có chức năng Wi-Fi có thể truy cập internet dễ dàng

- Wi-Fi còn được dùng trong truyền hình trực tuyến, các hội nghị với một phần mền chia sẻ giữ liệu qua internet thích hợp

- Wi-Fi được sử dụng để kết nối điều khiển các thiết bị trong nhà Đây là một ứng dụng mới mà một số công ty sản xuất đồ gia dụng đang thử nghiệm và rất có triển vọng…

2.7 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA MẠNG WLAN

Mạng WLAN cho phép trao đổi thông tin giữa 2 toà nhà mà giữa chúng là địa

hình phức tạp khó thi công với mạng hữu tuyến thông thường.

- Mạng WLAN cho phép trao đổi thông tin từ một trạm thu (phát) sóng vô tuyến tới nhà riêng nơi xa xôi, hẻo lánh mà giữa chúng là địa hình lòng chảo mà vẫn

có thể truy cập mạng bình thường như các nơi khác

- Và sự tiện lợi trong việc truy cập mạng vẫn có thể được thực hiện trong sự di chuyển từ các văn phòng, nhà riêng đến các khu vực lớn hơn nhiều như các trường học, các khu chung cư đều có thể truy cập mạng với tốc độ cao, mà việc triển khai lại đơn giản

- Sau đây là một số mô hình cho ta một cái nhìn tổng quát về khả năng ứng dụng của mạng WLAN :

 Khả năng sử dụng WLAN để mở rộng mạng hữu tuyến thông thường với tốc độ cao và tiện lợi trong truy nhập mạng

 Từ các Client là laptop hoặc các máy tính văn phòng thông qua mạng WLAN có thể truy cập Internet dễ dàng :

 Các chi nhánh văn phòng (cơ quan) sử dụng WLAN với qui mô nhỏ :

 Với qui mô lớn hơn, mạng WLAN được sử dụng để liên kết giữa văn phòng chi nhánh với cơ quan điều hành :

 Mạng WLAN được ứng dụng trong các xí nghiệp hoặc các công ty có quy mô rộng hơn mà ở đó cơ quan đầu não được kết nối với các văn phòng chi nhánh thông qua mạng diện rộng (WAN):

Hiện nay, WLAN đang được ứng dụng khá phổ biến ở Việt Nam trong các lĩnh vực như truyền hình hội nghị trong các công ty Nhằm tiết kiệm thời gian và hiệu quả làm việc, nhiều công ty đã ứng dụng công nghệ này để điều khiển cuộc họp hoặc ban hành các quyết định, giám sát chất lượng sản phẩm, theo dõi từ xa tình trạng sức khoẻ của bệnh nhân từ xa, giám sát sự tiêu thụ năng lượng điện hoặc nuớc trong một toà nhà hay từ một khu chung cư, quản lý các bảng chữ trên đường phố

2.8 CÁC BĂNG TẦN HOẠT ĐỘNG CỦA WLAN

2.8.1 Băng tần ISM (ISM bands)

ISM bands là chữ viết tắt của Industrial – Scientific – Medical bands

Có 3 loại băng tần ISM dành cho mạng vô tuyến đó là :900MHz, 4GHz và 5.8GHz

- Băng tần ISM 900

Với băng tần ISM 900MHz thì miền tần số qui định cho FFC là từ 900MHz – 928MHz (915MHz ± 13MHz), Tức là ISM 900MHz có thông lượng là 13MHz WLAN đã từng hoạt động ở băng tần này, nhưng bây giờ không sử dụng nữa, vì thiết

bị đắt và tốc độ không cao (chỉ đạt 1Mbps)

Tuy nhiên băng tần ISM 900MHz vẫn được sử dụng ở một số thiết bị không dây

như là : Wireless home phone, wireless camera system…

- Băng tần ISM 2.4GHz

Băng tần 2.4GHz hiện nay được sử dụng rất rộng rãi với các thiết bị theo chuẩn 802.11, 802.11b, 802.11g… Miền tần số do FFC qui định cho băng tần này là từ 2.4GHz – 2,5GHz (2.45GHz ± 50MHz) Tuy nhiên các thiết bị thực tế chỉ sử dụng miền tần số từ 2.4GHz – 2.4835GHz

- Băng tần ISM 5.8GHz

Với băng tần này, miền tần số qui định là 5.725GHZ – 5.875GHz Tuy nhiên băng tần này hiện nay không được sử dụng với WLAN nữa.

2.8.2 Băng tần UNII (UNII bands)

UNII là chữ viết tắt của Unlicensed National Information Infrastructure bands.Băng tần UNII là các băng tần từ băng tần 5GHz trở lên và cách nhau 100MHz (độ rộng băng tần – Wide band = 100MHz)

Có 3 loại băng tần UNII là : băng tần thấp, băng tần trung bình và băng tần cao

- Băng tần thấp (Lower bands)

Băng tần này có miền tần số là từ 5.15GHz ÷ 5.25GHz, công suất cực đại là

50mW Nhưng trong thực tế các thiết bị WLAN (với chuẩn 802.11a) thường công suất chỉ còn 40Mw

- Băng tần trung bình (Midle bands)

Miền tần số được sử dụng cho băng tần này đó là từ 5.25GHz ÷ 5.35GHz Công suất cực đại là 250 mW (theo qui định của FFC) Nhưng thực tế các chuẩn của IEEE chỉ có thể đạt công suất là 200mW

- Băng tần cao (Upper bands)

Miền tần số sử dụng là từ 5.725GHz ÷ 5.825GHz Công suất cực đại là 1W theo qui định của FFC, tuy nhiên với các chuẩn của IEEE thì công suất chỉ đạt

800mW

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÙNG PHỦ SÓNG

3.1 BĂNG TẦN THIẾT KẾ MẠNG VÔ TUYẾN KHÔNG DÂY

Sóng vô tuyến điện bản chất là sóng điện từ.Sóng điện từ bao gồm tia X, ánh sáng tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại Sóng cô tuyến là tập hợp nhiều loại sóng khác nhau Định nghĩa sóng vô tuyến theo quy ước là sóng điện từ có tần số không vượt quá ngưỡng 3000 GHz (3 THz)

Sóng vô

tuyến tần

số cực thấp

Sóng vô tuyến

Tia hồng ngoại

Ánh sáng nhìn thấy

Tia tử ngoại

Tia X Tia Y

Dưới

3KHz

3KHz - 3THz

3THz -380THz

380THz - 790THz

Bảng 3.1.Tần số sóng vô tuyến điện

Như vậy băng tần dùng cho mạng LAN không dây là dải UHF (300MHz - 3 GHz) Ở dải này phương thức truyền sóng theo kiểu truyền thẳng

UHF 300MHz - 3GHz 1m – 10cm Phạm vi:Đài công suất thấp,

điện thoại di động, taxi, TV, mạng không dây

Bảng 3.2.Băng tần thiết kế mang LAN không dây

3.2 VẬN TỐC VÀ BƯỚC SÓNG VÔ TUYẾN

Trong không gian tự do, sự truyền của sóng vô tuyến điện giống như ánh sáng, xấp xỉ 300,000 km và cũng mất khỏang 1.3 giây để truyền từ trái đất tới mặt trăng Tốc độ không đáng kể khi xuyên qua anten hoặc dây cáp Có bước sóng là λ, tần số sóng vô tuyến là f, và vận tốc truyền sóng là c, thì:

Hinh 3.1.Đồ thị dạng sóng và khoảng cách từ trái đất tới mặt trăng

Vận tốc truyền sóng trong chân không là 300,000 km ( 3×108 [m/s] ), ví dụ tần

103

3.3 ANTEN

Angten là một thành phần rất quan trọng của các thiết bị vô tuyến.Angten của máy phát, phát năng lượng ở tần số cao vào không gian trong khi các angten của máy thu, thu và chuyển đổi tín hiệu thành các tín hiệu điện Nếu một anten không có chiều dài thích hợp và chính xác đối với tần số được sử dụng thì các sóng vô tuyến không thể được phát (hoặc thu) một cách hiệu quả Nó có thể là dài hoặc ngắn tuỳ thuộc vào dải tần số sử dụng

3.3.1 Kĩ thuật anten

Một anten có hiệu suất cao nhất khi độ dài của nó bằng một phần hai độ dài bước sóng với tần số sử dụng Giả sử nếu ta sử dụng một tần số là 433MHz thì độ dài bước sóng khoảng 70cm, do đó với anten có độ dài khoảng 35cm sẽ cho hiệu quả tốt nhất Do khi phát, máy phát chỉ được phép phát các sóng vô tuyến với công suất được giới hạn và máy thu phải thu nhận một cách có hiệu quả nhất các sóng vô tuyến phía phát đã phát Đối với anten có chiều dài như vậy sẽ đạt được hiệu quả cao nhất và