phân lớp Mac trong IEEE 802.11n phần 1 pps

Quá trình truy n thông trong ch PCF ..... Các mô hình m ng.

C VI N CÔNG NGH B U CHÍNH VI N THÔNG

KHOA VI N THÔNG 1

-*** -BÁO CÁO BÀI T P L N

PHÂN L P MAC TRONG IEEE 802.11n

Giáo viên h ng d n: Th.S Nguy n Vi t Hùng

Sinh viên th c hi n:

1 ào Nh Ng c

2 oàn V n Tr nh

3 Nguy n Tr ng c

p: D04VT1

Hà N i, 11-2007

i nói u

I NÓI U

Xã h i càng phát tri n, nhu c u v i s ng ngày càng cao, con ng i càng c n có nhi u ph ng ti n th a mãn nh ng nhu c u v công vi c và sinh ho t S phát tri n

a các ng d ng phân tán trên n n m ng mà có xu h ng ngày càng d a trên môi

tr ng vô tuy n ã thúc y s ra i c a các công ngh m i gi i quy t các v n yêu c u ó Các m ng không dây ngày nay theo các chu n IEEE 802.11 a/b/g ã th a mãn ph n nào nhu c u thi t y u c a con ng i Tuy nhiên theo th i gian và s phát tri n c a xã h i yêu c u c n có nh ng m ng không dây t c các yêu c u v kh

ng di ng, tin c y, tính s n sàng c a m ng, thông l ng cao và b o m t t t Nh n

th y rõ u ó IEEE n m 2004 thành l p TGn có nhi m v xây d ng m t chu n m i 802.11n áp ng nhu c u v thông l ng cao lên n 600 Mbps th hi n s v t tr i so

i các chu n khác ã có Tháng 6/2007, Wifi Alliance ã a ra b n draft 2.0 cho 802.11n xác nh các thông s c b n i v i các thi t b tuân theo chu n này IEEE

a h n s thông qua b n 802.11n chính th c vào n m 2009

Tài li u này t p chung tìm hi u các c tính c b n c a phân l p MAC trong chu n IEEE 802.11n Tài li u c trình bày thành 3 ch ng g m:

Ø Ch ng 1: Gi i thi u chung v chu n IEEE 802.11n

Ø Ch ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI

Ø Ch ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

Cu i cùng chúng em xin chân thành c m n s h ng d n và t o u ki n c a th y ThS Nguy n Vi t Hùng trong quá trình chúng em làm bài t p l n này

c l c

C L C

I NÓI U i

C L C ii

DANH M C HÌNH V iii

THU T NG VI T T T iv

CH NG I: GI I THI U CHUNG V IEEE 802.11n 1

CH NG II: GI I THI U PHÂN L P 802.11n MAC TRONG MÔ HÌNH OSI 3

2.1 Kh i ch c n ng DCF 3

2.2 Kh i ch c n ng PCF 4

2.3 Giao th c, thu t toán và ho t ng 4

2.3.1 Giao th c CSMA/CA 4

2.3.2 Giao th c RTS/CTS 5

2.3.3 Thu t toán th i gian ch ng u nhiên 7

2.3.4 Quá trình truy n thông trong ch PCF 8

CH NG III: CH C N NG PHÂN L P 802.11n MAC 10

3.1 Các ch c n ng k th a t các chu n tr c 10

3.1.1 Ch c n ng quét tìm thi t b 10

3.1.2 Ch c n ng xác th c 11

3.1.3 Quá trình k t h p 14

3.1.4 Tính n ng giám sát ngu n n 15

3.1.5 S c t m nh khung 18

3.2 Các ch c n ng riêng có trong 802.11n (d ng ngh ) 19

3.2.1 K t h p khung 19

3.2.2 Báo nh n theo kh i (Block ACK) 22

3.3 B o m t 22

3.3.1 Thi t l p khoá 22

3.3.2 Nh n th c 25

3.3.3 S bí m t 28

3.3.4 S toàn v n 29

T LU N 30

TÀI LI U THAM KH O 31

Danh m c hình v

DANH M C HÌNH V

Hình 2.1: Mô hình OSI và ki n trúc phân l p MAC 3

Hình 2.2 : Ho t ng c a giao th c RTS/CTS 5

Hình 2.3: Ho t ng c a RTS/CTS gi a m t máy tr m không dây và m t máy tr m có dây 6

Hình 2.4: Ho t ng c a RTS/CTS gi a hai máy tr m không dây 7

Hình 2.5: L c ho t ng c a m t máy tr m trong ch DCF 8

Hình 3.1: Ph ng pháp quét b ng 10

Hình 3.2: Quét ch ng 11

Hình 3.3: Quá trình xác th c OSA 12

Hình 3.4: Quá trình xác th c SKA 13

Hình 3.5: Quá trình k t h p 15

Hình 3.6: PSP Mode in a BSS 17

Hình 3.7: Fragmentation burst 19

Hình 3.8: Khi không th c hi n ph ng pháp k t h p khung 20

Hình 3.9: Ph ng pháp k t h p khung 20

Hình 3.10: K t h p MSDU 21

Hình 3.11: K t h p khung MPDU 21

Hình 3.12: Key Generation in WEP, WPA and WPA2 23

Hình 3.13: Per-Packet Key Generation 25

Hình 3.14: Authentication Architecture 26

Hình 3.15: EAPOL 26

Hình 3.16: Authentication Overview 27

Hình 3.17: AES Counter Mode 28

Hình 3.18: CBC MAC 29

Thu t ng vi t t t

THU T NG VI T T T

A

AES Advanced Encription Standard Chu n mã hóa tiên ti n

B

C

CCMP Cipher Block Chainning Message B n tin chu i kh i mã hóa

CFP Contension Free Periord Chu k không xung t

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/

Collision Avoidance

a truy nh p c m nh n sóng mang nh m tránh xung t

D

DCF Distributed Coordination Function Kh i ch c n ng DCF

DSSS Directed Sequence Spread Spectrum Tr i ph chu i tr c ti p

E

I

IEEE Institute of Electrical and Electronics

Engineers

Vi n các k s n n t

M

MIMO Multiple Input Multiple Output Công ngh MIMO

MPDU Message Protocol Data Units n v d li u giao th c b n tin MSDU MAC Service Data Units n v d li u d ch v MAC

N

NAV Network Allocation Vector Vector nh v m ng

O

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo t n s

tr c giao OSA Open System Authentication Xác th c h th ng m

Thu t ng vi t t t

P

PCF Point Coordination Function Kh i ch c n ng PCF

R

RTS/CTS Request to Send/ Clear to Send Giao th c RTS/CTS

S

SDM Space Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo không

gian SIFS Short Interframe Space Kho ng cách liên khung ng n SKA Shared Key Authentication Xác th c h th ng m

SSID Service Set Identifier Nh n d ng t p d ch v

T

W

WPA Wifi Protected Access Công ngh mã hóa WPA c a Wifi

Ch ng 1: Gi i thi u chung v IEEE 802.11n

CH NG I: GI I THI U CHUNG V IEEE 802.11n

áp l i nhu c u th tr ng ngày càng gia t ng v i vi c yêu c u th c hi n cao h n

a WLAN, IEEE ã hình thành nhóm làm vi c 802.11n Ph m vi làm vi c c a nhóm này là nh ngh a u ch nh l p v t lý và l p MAC chuy n giao m t giá tr nh nh t 100Mbps thông qua m t m truy nh p d ch v MAC (SAP)

802.11n s d ng m t quan m phát tri n ang s d ng t i các công ngh hi n h u trong khi gi i thi u công ngh m i ó chúng cung c p hi u qu làm vi c s phát tri n

th y c yêu c u c a vi c phát tri n nh ng ng d ng S d ng l i nh ng công ngh quý báu nh OFDM, mã hóa s a l i t phía tr c, an xen và ánh x u bi n biên

u ph ng ã c s a và gi a l i, giá c gi m xu ng và hoàn toàn t ng thích v i công ngh tr c ó

Có 3 khóa vùng c c n xem xét khi t ng a ch trong s ho t ng c a WLAN

u tiên là s c i t o trong công ngh vô tuy n ó là t ng t c truy n v t lý Th 2 là

ch m i qu n lý có hi u qu nh ng ki u th c hi n l p v t lý t ng c ng ph i c phát tri n Th 3 là c i ti n trong hi u l c truy n d li u c n gi m b t c i thi n theo

p v i s t ng trong t c truy n v t lý

N y sinh hi u hi u l c khác t nh ng ph n t tr c trong ó nó cung c p m t s a

ng h th ng ch n l c và h t c d li u thô c c i u này cho phép tiêu chu n cung c p s th c hi n m t ng c b n nh ng tham s có t t c các thi t b 802.11n, trong khi các công ty ch p nh n t ng c ng nh ng kh n ng ng d ng khác nhau và giá khác nhau Ph n c ng c a WLAN không c n h tr các tùy ch n t ng h p v i chu n

Yêu c u u tiên s h tr m t s thi hành OFDM c phát tri n trên d a trên 802.11a/g s d ng t c mã l n nh t cao h n và nh p d i thông r ng h n S thay

i c i thi n cao nh t có th t c t c d li u thô có th t 54 t i 65 Mbps trong các tiêu chu n ã có

MIMO là công ngh nhi u u vào nhi u u ra c s d ng trong 802.11n phát tri n giao di n v t lý OFDM có s n ã c th c hi n trên 802.11a/g s khai thác MIMO a ng v i m t công ngh ã bi t nh vi c gh p kênh phân chia không gian SDM Truy n thông qua thi t b WLAN phân chia m t lu ng d li u thành nhi u ph n truy n trong nhi u dòng không gian.Vi c phân chia nh ng anten t ng ng các anten thu có th nh n c d li u.802.11n hi n th i cung c p t i 4 lu ng không gian

c dù phù h p v i ph n c ng không c yêu c u th c hi n v i nhi u ng

Vi c t ng g p ôi s l ng lu ng không gian t m t t i 2 có hi u qu g p ôi trong

vi c t ng t c d li u thô T i ây có s cân b ng tuy nhiên, gi ng nh vi c t ng công

su t tiêu th , và t i m t kho ng nh h n v giá B n li t kê 802.11n bao g m m t ch

ti t ki m công su t,gi m nh công su t tiêu th khi s d ng a ng ch nh ng

Ch ng 1: Gi i thi u chung v IEEE 802.11n

ng truy n thông có ích m i c th c hi n.H th ng ti t ki m công su t MIMO òi

i c m c ch ra trong 802.11n

Có 2 c tính c ch ra ma t p trung vào vi c c i thi n vi c th c hi n MIMO: (1)

o chùm tia (2) phân t p là m t k thu t h i t tín hi u vô tuy n tr c ti p trên anten ích do ó làm t ng kh n ng s p x p và th c hi n b i vi c gi i h n giao thoa Nhi u anten khai thác s phân t p b ng vi c k t h p nhi u u ra hay l a ch n m t t p con t t

nh t trong m t s l n các anten So v i yêu c u nh n c m t s lu ng không gian 802.11n c ng h tr lên t i 4 anten

H th ng tùy ch n khác trong 802.11n có hi u qu cao g p ôi t c d li u b i

vi c t ng g p ôi b ng t n c a WLAM|N t 20 t i 40 MHz S cân b ng s c p m t vài kênh có s n ít h n m i thi t b khác nhau Trong tr ng h p s d ng b ng 2.4Ghz, t i ó có ch cho 3 kênh 20Mhz không ch ng lên nhau M t kênh 40Mhz không th có nhi u ch cho nh ng thi t b khác nhau k t n i ho c lan truy n gi ng

nh trong không khí u này có ngh a là thông minh h n Vi c qu n lý ng ó là ch

ra nh ng l i m b o r ng các tùy ch n c a kênh 40Mhz c c i thi n toàn b S

at ngc c a WLAN g n li n v i s cân b ng c a nh ng d i thông cao c a m s khách hàng v i nh ng nhu c u c a m t s khách hàng khác k t n i t i m ng

M t trong nh ng c tính quan tr ng nh t trong 802.11n c ch ra phát tri n

vi c th c hi n ch tr n c g i là s h i t T t h n là vi c g i i m t khung d

li u n, các khách hàng c g p l i vào chung m t khung và truy n i Vì v y s h i làm t ng hi u qu c a vi c khôi ph c % d li u ang c truy n trên m ng

802.11n ch ra qúa trình phát tri n v i nh ng tiêu chu n tr c ó trong tr ng thái luôn b o m tính t ng thích v i h n 200 tri u thi t b wi-fi hi n th i (802.11b) ang

c s d ng M t m truy c p 802.11n s giao ti p v i m t trong nh ng thíêt b 802.11 trên b ng t n 5GHz c ng nh ph n c ng c a 802.11b/g ho t ng trên t n s 2.4Ghz Ngòai kh n ng v n hành v i nhau, thi t b 802.11n c ng cung c p cho m ng

kh n ng l n h n trong s pha tr n trên nh ng cái 802.11g ã xu t

B i vì nó ch a d i thông l n h n hi u, ph m vu h at ng t t h n, tin c y cao.802.11n có tác d ng trong r t nhi u c u hình m ng và t ó n y sinh các ng d ng

m tay c a m ng trong nhà, m t s gia t ng áng k c a s khách hàng s th y c 802.11n không ch là m t s nâng cao các ti n ích c a nó mà còn là m t nhu c u thi t

u M t vài y u t gây ra nh ng ng d ng mà ang u khi n nhu c u cho 802.11n

ó là VoIP,load video nh c game l u tr g n li n tr c tíêp trên m ng

Ch ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI

CH NG II: GI I THI U PHÂN L P 802.11n MAC TRONG MÔ HÌNH OSI

Phân l p MAC n m trong l p Liên k t d li u (Data Link) c a mô hình OSI Phân

p MAC xác nh cách th c truy n các khung d li u trên môi tr ng truy n d n b ng cách k t h p m t a ch v t lý cho m i thi t b , xác nh topo m ng và th m dò ng truy n

Hình 2.1: Mô hình OSI và ki n trúc phân l p MAC

Ki n trúc phân l p MAC bao g m hai kh i ch c n ng: Kh i ch c n ng DCF (Distributed Coordination Function) và kh i ch c n ng PCF (Point Coordination Function)

2.1 Kh i ch c n ng DCF

DCF là ph ng pháp truy nh p theo chu n 802.11 cho phép t t c các tr m trong

t WLAN tranh ch p nhau nh m dành quy n truy nh p vào môi tr ng truy n d n không dây có tính ch t chia s nh s d ng giao th c CSMA/CA Các mô hình m ng

Ch ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI

BSS (Basic service sets – trong mô hình này ch có duy nh t m t AP và các máy tr m), ESS (Extended service sets – ây là mô hình m r ng c a BSS cho phép có nhi u AP

và các máy tr m), IBSS (Independent basic service sets – mô hình này không có AP mà

ch có các máy tr m k t n i tr c ti p v i nhau) u có th s d ng c ch DCF Các AP trong nh ng mô hình này ho t ng t ng t nh hub trong 802.3 truy n d

li u

2.2 Kh i ch c n ng PCF

PCF là m t ch truy n d n cho phép truy n các khung không xung t trong

ng WLAN b ng cách s d ng thu t toán th m dò u m c a PCF là m b o

c m t kho ng th i gian tr xác nh vì v y các ng d ng yêu c u v QoS (ví d nh các ng d ng tho i hay truy n hình th i gian th c,…) có th s d ng trên n n ch truy n d n này.Khi s d ng PCF, AP s m nhi m ch c n ng th c hi n thu t toán

th m dò do ó các m ng ad hoc (m ng không có AP) không th s d ng ch này PCF ph i c s d ng k t h p v i DCF

2.3 Giao th c, thu t toán và ho t ng

2.3.1 Giao th c CSMA/CA

th c hi n quá trình truy n thông trong m ng c n ph i có m t t p các th t c và cách th c nh m m b o quá trình truy nh p vào môi tr ng truy n d n t hi u qu cao Giao th c c s d ng r ng rãi trong m ng WLAN ngày nay là CSMA/CA

Khi m t tr m xác nh r ng không có b t kì m t tr m nào khác ang truy n d n thì

nó s ch n m t giá tr th i gian ch ng u nhiên.Tr m này sau ó s i thêm m t kho ng th i gian n a d a vào giá tr th i gian ch mà nó ã ch n, tr c khi b t u truy n d li u Trong su t kho ng th i gian này nó v n s ti p t c giám sát ch c

ch n r ng không có tr m nào khác b t u truy n d li u B i vì môi tr ng truy n d n

vô tuy n là môi tr ng bán song công nên c n m b o t i m t th i m ch có m t

Ch ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI

các tr m trong m ng WLAN u có c h i ngang nhau trong vi c tranh ch p s d ng môi tr ng Ch c n ng tránh s xung t nh m m b o t i m t th i m ch có duy

nh t m t thi t b c quy n truy n d li u tránh t i a s xung t nh s d ng thu t toán th i gian ch i ng u nhiên

2.3.2 Giao th c RTS/CTS

d ng giao th c RTS/CTS nh m th c hi n ch c n ng c m nh n sóng mang logic

m nh n sóng mang logic làm vi c b ng cách s d ng m t tr ng g i là NAV (Network Allocation Vector) ho t ng nh m t b nh gi trên m i máy tr m

Khi m t tr m mu n truy n d li u, nó ph i g i m t khung RTS d i d ng broadcast, khung này ch a tr ng NAV thi t l p trên t t c các tr m nghe c nó m t kho ng th i gian c n thi t tr m này có th hoàn thành quá trình truy n d li u c a mình c ng thêm th i gian nh n khung ACK tr l i t tr m thu Tr m thu sau khi nh n

c khung RTS s i h t m t SIFS và g i tr l i tr m phát b ng khung CTS c ng

i d ng broadcast, các tr m còn l i nghe c khung CTS này s c p nh t l i kho ng

th i gian NAV c a mình Tr m phát nh n c khung CTS t tr m thu, i h t m t SIFS và b t u truy n d li u Sau khi nh n c khung d li u, tr m thu i h t m t SIFS s g i tr l i v tr m phát b n tin ACK báo r ng mình ã nh n d li u Lúc này kho ng th i gian NAV các tr m khác v a h t hi u l c và t t c các tr m l i ti p

c tham gia vào quá trình tranh ch p m i dành quy n chi m d ng môi tr ng truy n thông

Hình 2.2 : Ho t ng c a giao th c RTS/CTS

Ch ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI

Nh c m c a giao th c RTS/CTS là chi m d ng b ng thông truy n d n do truy n các b n tin trao i RTS, CTS d i d ng broadcast Vì lí do này, m c nh giao th c RTS/CTS không c phép ho t ng, ch trong m t s tr ng h p c n thi t giao th c này m i c b t lên Khi môi tr ng truy n d n trong m ng WLAN x y ra quá nhi u xung t làm gi m b ng thông xu ng m c b t th ng (th ng là h u qu c a hi n

ng hidden node) thì RTS/CTS s c s d ng

Hình 2.3: Ho t ng c a RTS/CTS gi a m t máy tr m không dây và m t máy tr m có

dây