luận nghiên cứu về mạng không dây và viết ứng dụng

Thực ra, WiFi không chỉ được dùng để kết nối Internet không dây mà còn dùng để kết nối hầu hết các thiết bị tin học và viễn thông quen thuộc như máy tính, máy in, PDA, điện thọai di độ

X”W

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU VỀ MẠNG KHÔNG DÂY

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Th.S VŨ THANH HIỀN

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn:

Thạc sĩ, Thầy Vũ Thanh Hiền, giảng viên- trưởng khoa, khoa Công nghệ thông tin trường Đại học HUFLIT đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình

thực hiện đề tài

Các thầy, cô khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp HCM đã trang bị cho chúng em những kiến thức quý báo trong quá trình học tập

Các thầy, cô trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp HCM đã trang bị những kiến

thức quý báo cho chúng em trong quá trình học tập

Các bạn khoa Công nghệ thông tin, khóa 2002 đã đồng hành cùng chúng tôi

trong suốt thời gian qua

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT:

Tp HCM, ngày tháng năm

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

NHẬN XÉT:

Tp HCM, ngày tháng năm

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 4

MỤC LỤC 6

DANH MỤC HÌNH 9

LỜI MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 11

1.1 Mở đầu 11

1.2 Phân loại mạng không dây 11

1.3 Vấn đề kỹ thuật trong mạng không dây 12

1.4 Sơ nét về một số mạng không dây 12

1.4.1 WPAN 12

1.4.2 WLAN 14

1.4.3 WMAN (công nghệ WiMax) 14

CHƯƠNG 2 MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY 25

2.1 Tổng quan về WLAN 25

2.1.1 Giới thiệu 25

Một số khái niệm ban đầu 26

2.1.2 Các thiết bị cơ bản và các ứng dụng của hệ thống WLAN 31

2.1.3 Ưu, nhược điểm của WLAN 40

2.2 Các chuẩn thông dụng của WLAN 41

2.2.1 Các chuẩn IEEE 802.11 41

2.2.2 HiperLAN 62

2.2.3 Các chuẩn khác 65

2.2.4 Bản tóm tắt các chuẩn 66

CHƯƠNG 3: BẢO MẬT MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY 68

3.1 Giới thiệu 68

Một số hình thức tấn công xâm nhập mạng không dây phổ biến 69

a) Tấn công không qua chứng thực 69

b) Tấn công truyền lại 70

c) Giả mạo AP 71

d) Tấn công dựa trên sự cảm nhận sóng mang lớp vật lý 71

e) Giả địa chỉ MAC 73

f) Tấn công từ chối dịch vụ 73

3.2 Các phương pháp bảo mật cho mạng Wireless LAN 73

3.2.1 Firewall, các phương pháp lọc 74

3.2.2 Xác thực 79

3.2.3 Mã hóa dữ liệu truyền 83

Một số sai lầm phổ biến về bảo mật cho mạng LAN không dây 89

CHƯƠNG 4 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG VIỆC THIẾT KẾ, TRIỂN KHAI VÀ SỬ

DỤNG HỆ THỐNG WLAN 91

4.1 Phương pháp triển khai lắp đặt Access Point 91

4.1.1 Xem xét trước khi thiết kế 91

4.2 Triển khai AP 95

4.2 Các vấn đề liên quan khi sử dụng WLAN 98

4.2.1 Nút ẩn 98

4.2.2 Theo dõi công suất 99

4.2.3 Các nguồn nhiễu vô tuyến 100

4.2.4 Các vật cản lan truyền tín hiệu 100

4.3 Một số phương pháp nâng cao chất lượng WLAN 101

4.3.1 Xây dựng cấu hình đa kênh 101

4.3.2 Khai thác đa kênh cho WLAN 2,4 GHz, WLAN DSSS 2,4 GHz 102

4.3.3 Giảm tốc độ dữ liệu (Fall back) 102

4.3.4 Lọc lưu lượng mạng 102

4.3.5 Phủ sóng và chuyển vùng 103

4.3.6 Cân bằng tải 104

4.3.7 Bảo vệ truy nhập vô tuyến 105

4.4 Vài nét về các điểm HotSpot 105

4.5 Khắc phục một số khó khăn khi sử dụng mạng không dây 106

4.6 Tình hình sử dụng WLAN & WiMax 112

4.6.1 Trên thế giới 112

4.6.2 Tại Việt Nam 114

4.6.3 Thị trường WiFi trong năm 2006 116

CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG MINH HỌA- TRÒ CHƠI CỜ CÁ NGỰA 118

5.1 Giới thiệu 118

5.2 Các chức năng của chương trình “Server Game” 118

5.2.1 Khởi động và ngừng server 118

5.2.2 Khởi tạo game room mới 118

5.2.3 Chọn màu cho quân cờ 118

5.2.4 Sắp bàn cờ 118

5.2.5 Chọn giá trị xí ngầu 119

5.3 Các chức năng của chương trình “Client Game” 119

5.3.1 Kết nối vào server 119

5.3.2 Ngắt kết nối tới server 119

5.3.3 Kết nối vào Game room đã tồn tại 119

5.3.4 Chọn màu cho quân cờ 119

5.3.5 Chọn giá trị xí ngầu 119

5.4 Phân tích thiết kế 120

5.4.1 Server Game 120

5.4.2 Client Game 125

5.4.3 Trò chơi “Cờ Cá Ngựa” 131

5.5 Tổng kết 145

5.5.1 Các yêu cầu chức năng 145

5.5.2 Yêu cầu chất lượng 146

5.5.2.1 Tính tiến hóa 146

5.5.2.2 Yêu cầu chất lượng 146

5.5.2.3 Tính hiệu quả 146

5.5.3 Tự đánh giá 147

5.5.3.1 Ưu Điểm 147

5.5.3.2 Khuyết điểm 147

CHƯƠNG 6 TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 149

6.1 Kết luận 149

6.2 Hướng phát triển 149

PHỤ LỤC A 151

PHỤ LỤC B 157

TÀI LIỆU THAM KHẢO 163

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Mô hình ứng dụng cố định của WiMax 16

Hình 2 Các mạng không dây 24

Hình 3 Card mạng không dây sử dụng khe cắm PCI 32

Hình 4 Access Point 33

Hình 5 Access Role 34

Hình 6 Mở rộng mạng 35

Hình 7 Kết nối các toà nhà 36

Hình 8 Dịch vụ dặm cuối 37

Hình 9 Sự di động 38

Hình 10 SOHO Wireless LAN 39

Hình 11 Văn phòng di động 39

Hình 12 IEEE 802.11 và OSI 42

Hình 13 Các lựa chọn chuẩn 802.11b 44

Hình 14 Dải tần 5Ghz 44

Hình 15 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) 45

Hình 16 Hai anten ở mỗi đầu thiết bị giúp chuẩn 802.11n tăng tốc độ không dây lên gấp bốn lần 49

Hình 17 Cấu trúc cơ bản của WirelessLAN 51

Hình 18 Mô hình Ad hoc 52

Hình 19 Mô hình Infrastructure 53

Hình 20 Mô hình ESS 54

Hình 21 Sự kết nối 57

Hình 22 DCF .60

Hình 23 PCF .60

Hình 24 Mô hình OSI và HiperLAN 63

Hình 25 Một người lạ truy cập vào mạng 69

Hình 26 Mô hình bảo mật LAN không dây 74

Hình 27 Lọc địa chỉ MAC 76

Hình 28 Lọc giao thức 79

Hình 29 Mô hình xác nhận 81

Hình 30 Xác nhận 802.1x EAP-TLS 82

Hình 31 802.1x EAP-TLS trong controller mode 83

Hình 32 Quy trình mã hóa WEP sử dụng RC4 84

Hình 33 Khắc phục lỗ đen Wifi 107

Hình 35 Tránh lỗi Wifi trong Windows XP 110

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời gian gần đây chúng ta thường nghe nói về WiFi và Internet không dây

Thực ra, WiFi không chỉ được dùng để kết nối Internet không dây mà còn dùng để

kết nối hầu hết các thiết bị tin học và viễn thông quen thuộc như máy tính, máy in,

PDA, điện thọai di động mà không cần dây cáp nối, rất thuận tiện cho người sử

dụng

Mạng không dây là một trong những bước tiến lớn nhất của ngành máy tính Năm

ngoái, hàng chục triệu thiết bị Wi-Fi đã được tiêu thụ và dự báo năm nay sẽ có

khoảng 100 triệu người sử dụng Con đường phát triển của công nghệ này từ quy

mô hẹp ra phạm vi lớn thực ra mới chỉ bắt đầu cách đây 5 năm

Theo đà phát triển của công nghệ mạng không dây, nhóm chúng em quyết định thực

hiện đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu về mạng không dây và viết ứng dụng” nhằm

mục đích tìm hiểu đồng thời trang bị những kiến thức và tầm nhìn của mình về

mạng không dây, đặc biệt là mạng cục bộ không dây hay còn được gọi là Wireless

LAN Trên cơ sở đó việc phát triển các ứng dụng trên mạng không dây là không thể

thiếu nên “Trò chơi cờ cá ngựa” cũng là một phần trong đề tài này nhằm minh họa

cho ứng dụng chạy trên môi trường mạng không dây

Trong quá trình thực hiện đề tài, do hạn chế về thời gian, kiến thức cũng như kinh

nghiệm thực tế nên đề tài khó tránh khỏi thiếu sót, kính mong sự đóng góp ý kiến

quý báo của quý thầy cô cùng các bạn để đề tài ngày càng hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY

1.1 Mở đầu

Mạng máy tính từ lâu đã trở thành một thành phần không thể thiếu đối với nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, từ các hệ thống mạng cục bộ dùng để chia sẻ tài nguyên trong đơn vị cho đến hệ thống mạng toàn cầu như Internet Các hệ thống mạng hữu tuyến và vô tuyến đang ngày càng phát triển và phát huy vai trò của mình

Mặc dù mạng không dây đã xuất hiện từ nhiều thập niên nhưng cho đến những năm gần đây, với sự bùng nổ các thiết bị di động thì nhu cầu nghiên cứu và phát triển các hệ thống mạng không dây ngày càng trở nên cấp thiết Nhiều công nghệ, phần cứng, các giao thức, chuẩn lần lượt ra đời và đang được tiếp tục nghiên cứu và phát triển

Mạng không dây có tính linh hoạt cao, hỗ trợ các thiết bị di động nên không

bị ràng buộc cố định về phân bố địa lý như trong mạng hữu tuyến Ngoài ra, ta còn

có thể dễ dàng bổ sung hay thay thế các thiết bị tham gia mạng mà không cần phải cấu hình lại toàn bộ topology của mạng Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của mạng không dây là khả năng bị nhiễu và mất gói tin so với mạng hữu tuyến Bên cạnh đó, tốc độ truyền cũng là vấn đề rất đáng quan tâm

Hiện nay, những hạn chế trên đang dần được khắc phục Những nghiên cứu

về mạng không dây hiện đang thu hút các viện nghiên cứu cũng như các doanh nghiệp trên thế giới Với sự đầu tư đó, hiệu quả và chất lượng của hệ thống mạng không dây sẽ ngày càng được nâng cao, hứa hẹn những bước phát triển trong tương lai

1.2 Phân loại mạng không dây

Đối với hệ thống mạng không dây, chúng ta cũng có sự phân loại theo quy

mô và phạm vi triển khai tương tự như hệ thống mạng hữu tuyến: WPAN IEEE 802.15 (Wireless Personal Area Network), WLAN IEEE 802.11 (Wireless Local

Area Network), WMAN IEEE 802.16 (Wireless Metropolitan Area Network), WWAN IEEE 802.20 (Wireless Wide Area Network)

1.3 Vấn đề kỹ thuật trong mạng không dây

Trong các hệ thống mạng hữu tuyến, dữ liệu được truyền từ thiết bị này sang thiết bị khác thông qua các dây cáp hoặc thiết bị trung gian Còn đối với mạng không dây, các thiết bị truyền và nhận thông tin thông qua sóng điện từ, sóng radio hoặc tín hiệu hồng ngoại Trong WLAN và WMAN thì sóng radio được sử dụng rộng rãi hơn

Tín hiệu được truyền trong không khí trong một khu vực gọi là vùng phủ sóng Thiết bị nhận chỉ cần nằm trong vùng phủ sóng của thiết bị phát thì sẽ nhận được tín hiệu

1.4 Sơ nét về một số mạng không dây

1.4.1 WPAN

Kể từ khi Bluetooth được triển khai, đã có rất nhiều lời bàn luận về các mạng vùng cá nhân không dây Hầu hết các mối quan tâm đối với mạng PAN đều liên quan đến việc sử dụng nó trong các điện thoại di động thông minh, chẳng hạn như

để đồng bộ hoá với phần mềm máy tính hoặc để sử dụng các tai nghe không dây

Nó cũng bắt đầu được sử dụng cho các thiết bị như các tai nghe có gắn micro không dây, với việc truyền âm thanh số cung cấp âm thanh rõ nét

Việc triển khai công nghệ Bluetooth hiện nay có xu hướng sử dụng nó như một sự thay thế cáp ngoại vi cho một số lượng hạn chế các thiết bị, hơn là một công

cụ nhằm cho phép một số lượng lớn các thiết bị trong nhà hoặc văn phòng có thể giao tiếp trực tiếp

Những viễn cảnh dài hạn thì lớn hơn nhiều Nhiều thiết bị gia đình có thể hưởng lợi từ kết nối không dây Chúng ta nói đến các bàn điều khiển trò chơi vốn

có thể trò chuyện vô tuyến với các router, các hộp truyền tín hiệu số vốn có thể truyền tín hiệu TV số tới máy tính hoặc tới nhiều màn hình trong nhà, các máy chủ

đường truyền vốn có thể phát quảng bá vô tuyến âm nhạc tới các bộ tai nghe tuỳ ý nằm trong phạm vi truyền, các máy ảnh vốn có thể giao tiếp trực tiếp với các máy in

và các đầu chơi MP3 cầm tay vốn có thể gửi tệp âm nhạc tới hệ thống âm thanh tại nhà Đây là các loại ứng dụng liên thông mà những người tiêu dùng hàng điện tử

mơ Nhưng Bluetooth không đủ nhanh cho các ứng dụng video, và chắc chắn là không bao giờ Bluetooth hiện nay chỉ có khả năng truyền với tốc độ 1 đến 2 Mbit/s trong một phạm vi khoảng 10m với một công suất ở đầu ra khoảng 100mW Như vậy là quá tốt cho âm thanh và cho máy in và các thiết bị nhập nhưng TV số đòi hỏi một tốc độ tối thiểu 7Mbit/s Nếu muốn truyền tín hiệu TV độ phân giải cao, phải cần một hệ thống có khả năng xử lý 20-24Mbit/s

Công nghệ xuất sắc hiện nay cho các mạng vùng cá nhân là UWB, còn được biết đến với cái tên 802.15.3a (một chuẩn IEEE khác) Đây được coi là công nghệ PAN mà tất cả các công nghệ PAN khác phải chịu khuất phục Lý do chúng được quan tâm đến vậy là vì UWB có rất nhiều tiềm năng UWB truyền những đoạn dữ liệu cực ngắn-ít hơn một nanô giây-qua một dải phổ rộng

Trong những khoảng cách rất ngắn, công nghệ UWB có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ lên tới 1Gbit/s với một nguồn công suất thấp (khoảng 1mW) Với dải phổ rộng của nó, UWB ít có khả năng bị ảnh hưởng bởi suy luận méo hơn các công nghệ không dây, và bởi vì công suất truyền thấp như vậy, nó gây ra rất ít nhiễu trong các thiết bị khác

Phạm vi dự tính của nó chỉ khoảng 10m và vì các vấn đề về chuẩn của nó, người ta dự tính rằng công nghệ UWB sẽ có một vị trí trong cả phiên bản không dây của USB và trong sự lặp lại tiếp theo của công nghệ không dây

Dự báo của Intel (06/2006) và những người ủng hộ UWB khác là UWB sẽ hoạt động như một loại lớp vận chuyển đa năng cho các ứng dụng không dây phạm

vi ngắn Trong dự báo này, một phiên bản tương lai của Bluetooth sử dụng UWB như lớp kiểm soát truy nhập đường truyền và vận chuyển của nó, cũng giống như sử dụng USB không dây Các giao thức cấp cao hơn đảm trách việc triển khai cụ thể ứng dụng UWB được xem là một thành phần cốt lõi của thế giới được kết nối

không dây, được điều khiển bởi các chuẩn mở vốn cho phép tất cả các thiết bị giao tiếp với nhau ở phạm vi ngắn

Công nghệ UWB có thể được sử dụng trong WPAN với những vai trò:

• Thay cáp IEEE1394 nối giữa thiết bị điện tử đa phương tiện dân dụng như

máy quay phim, máy chụp hình số, thiết bị phát MP3

• Thiết lập tuyến bus chung không dây tốc độ cao nối giữa PC với thiết bị

ngoại vi, gồm máy in, máy quét và thiết bị lưu trữ gắn ngoài

• Thay cáp và Bluetooth trong các thiết bị thế hệ mới, như điện thoại di động

3G, kết nối IP/UPnP cho thế hệ thiết bị di động/điện tử dân dụng/máy tính dùng IP

• Tạo kết nối không dây tốc độ cao cho thiết bị điện tử dân dụng, máy tính và

điện thoại di động

1.4.2 WLAN

Wireless LAN (Wireless Local Area Network) sử dụng sóng điện từ (thường

là sóng radio hay tia hồng ngoại) để liên lạc giữa các thiết bị trong phạm vi trung bình So với Bluetooth, Wireless LAN có khả năng kết nối 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 1Mbps-54Mbps (100Mbps) Wireless sẽ được giới thiệu chi tiết trong chương 2 và chương 3

1.4.3 WMAN (công nghệ WiMax)

WiMax là từ viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access

có nghĩ là khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba

Công nghệ WiMax, hay còn gọi là chuẩn 802.16 là công nghệ không dây băng thông rộng đang phát triển rất nhanh với khả năng triển khai trên phạm vi rộng

và được coi là có tiềm năng to lớn để trở thành giải pháp “dặm cuối” lý tưởng nhằm mang lại khả năng kết nối Internet tốc độ cao tới các gia đình và công sở

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 từ 2 đến 10 km Với băng thông như vậy, công nghệ này có đủ khả năng để hỗ trợ cùng lúc (thông qua một trạm phát sóng đơn lẻ) khả năng kết nối của hơn 60 doanh nghiệp với tốc độ kết nối của đường T1/E1 và hàng trăm gia đình với tốc độ kết nối DSL

™ 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

a) Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX)

Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE.802.16-2004 Tiêu chuẩn này gọi là “không dây cố định” vì thiết bị thông tin làm việc với các anten đặt cố định tại nhà các thuê bao Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp tương tự như chảo thông tin vệ tinh

Hình 1 Mô hình ứng dụng cố định của WiMax

Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưng tất nhiên tín hiệu thu không khỏe bằng anten ngoài trời Băng tần công tác (theo quy định và phân bổ của quốc gia) trong băng 2,5GHz hoặc 3,5GHz Độ rộng băng tầng

là 3,5MHz Trong mạng cố định, WiMAX thực hiện cách tiếp nói không dây đến các modem cáp, đến các đôi dây thuê bao của mạch xDSL hoặc mạch Tx/Ex (truyền phát/chuyển mạch) và mạch OC-x (truyền tải qua sóng quang) WiMAX cố định có thể phục vụ cho các loại người dùng (user) như: các xí nghiệp, các khu dân cư nhỏ

lẻ, mạng cáp truy nhập WLAN công cộng nối tới mạng đô thị, các trạm gốc BS của mạng thông tin di động và các mạch điều khiển trạm BS Về cách phân bố theo địa

lý, các user thì có thể phân tán tại các địa phương như nông thôn và các vùng sâu vùng xa khó đưa mạng cáp hữu tuyến đến đó

Sơ đồ kết cấu mạng WiMAX được đưa ra trên hình 1 Trong mô hình này bộ phận vô tuyến gồm các trạm gốc WiMAX BS (làm việc với anten đặt trên tháp cao)

và các trạm phụ SS (SubStation) Các trạm WiMAX BS nối với mạng đô thị MAN hoặc mạng PSTN

b) Mô hình ứng dụng WiMAX di động

Mô hình WiMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE 802.16e Tiêu chuẩn 802.16e bổ sung cho tiêu chuẩn 802.16-2004 hướng tới các user cá nhân di động, làm việc trong băng tần thấp hơn 6GHz Mạng lưới này phối hợp cùng WLAN, mạng di động cellular 3G có thể tạo thành mạng di động có vùng phủ sóng rộng Hy vọng các nhà cung cấp viễn thông hiệp đồng cộng tác để thực hiện được mạng viễn thông digital truy nhập không dây có phạm vi phủ sóng rộng thỏa mãn được các nhu cầu đa dạng của thuê bao Tiêu chuẩn IEEE 802.16e được thông qua trong năm 2005

1.4.3.1 Diễn đàn WiMax

Diễn đàn WiMax là một tổ chức của các nhà khai thác và các công ty thiết bị

và cấu kiện truyền thông hàng đầu Mục tiêu của Diễn đàn WiMax là thúc đẩy và chứng nhận khả năng tương thích của các thiết bị truy cập vô tuyến băng rộng tuân thủ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMAN của ETSI Diễn đàn WiMax được thành lập để dỡ bỏ các rào cản tiến tới việc chấp nhận rộng rãi công nghệ truy cập vô tuyến băng rộng BWA (Broadband Wireless Access), vì riêng một chuẩn thì không đủ để khuyến khích việc chấp nhận rộng rãi một công nghệ Theo mục tiêu này, Diễn đàn đã hợp tác chặt chẽ với các nhà cung cấp và các cơ quan quản lý để đảm bảo các hệ thống được Diễn đàn phê chuẩn đáp ứng các yêu cầu của khách hàng và của các chính phủ

1.4.3.2 Thiết bị tại nhà của khách hàng (CPE) và chi phí

Thế hệ CPE do Diễn đàn WiMax chứng nhận đầu tiên sẽ là các trạm thuê bao được lắp đặt ngoài trời giống với các chảo vệ tinh nhỏ đã có cuối năm ngoái và đầu năm nay và giá khoảng 350USD mỗi bộ Thế hệ CPE thứ 2 có thể là những modem có thể tự lắp trong nhà tương tự như modem cáp và DSL và có giá khoảng 250USD mỗi bộ và sẽ có mặt trên thị trường trong năm nay Thế hệ CPE thứ 3 sẽ

được tích hợp vào các laptop và các thiết bị xách tay khác, ước tính có giá 100USD

và sẽ xuất hiện trong năm 2006 – 2007

1.4.3.3 Điểm khác nhau giữa IEEE 802.16 và công nghệ WiMax

Một trong những mục tiêu chính của Diễn đàn WiMax là tạo ra một chuẩn tương thích từ chuẩn 802.16 của IEEE và các chuẩn HiperMAN của ETSI Điều này

sẽ thực hiện được nhờ việc hình thành các mô tả hệ thống Dựa trên những gì mà Diễn đàn WiMax xem xét về các điều khoản của nhà cung cấp dịch vụ và các kế hoạch thiết bị của các nhà cung cấp, Diễn đàn WiMax đã quyết định tập trung trước tiên vào các mô tả cho phương thức PHY OFDM 256 của chuẩn 802.16 năm 2004, được IEEE thông qua vào tháng 6/2004 Lớp vật lý (PHY) sẽ được kết hợp với một

bộ điều khiển truy nhập phương tiện (MAC) độc lập đảm bảo một nền tảng thống nhất cho tất cả những triển khai WiMax

Tuân thủ theo chuẩn 802.16 không có nghĩa là thiết bị được Diễn đàn WiMax chứng nhận hoặc có thể tương thích với các thiết bị của các nhà cung cấp khác Tuy nhiên nếu một thiết bị tuân thủ thiết kế được Diễn đàn WiMax chứng nhận thì vừa tuân thủ chuẩn 802.16 và tương thích với cả thiết bị của các nhà khai cấp khác

1.4.3.4 Điểm khác nhau giữa các phiên bản 802.16 như 802.16a, 802.16-2004 và 802.16e

Chuẩn 802.16a của IEEE tập trung vào truy cập băng rộng cố định Chuẩn

mở rộng 802.16-2004 của IEEE cải tiến hơn nhờ hỗ trợ cho CPE trong nhà Chuẩn 802.16e là một mở rộng của chuẩn 802.16-2004 Mục đích của chuẩn 802.16e là để

bổ sung khả năng di động dữ liệu cho chuẩn hiện thời, mà ban đầu thiết kế chủ yếu dành cho cố định

1.4.3.5 Thời gian phê duyệt chuẩn 802.16 của IEEE

IEEE thông qua chuẩn 802.16 ban đầu cho mạng MAN vô tuyến trong dải tần từ 10 – 66GHz vào tháng 12/2001 802.16a mở rộng cho dải tần số 11 GHz

được thông qua tháng 1/2003 Chuẩn 802.16-2004 được IEEE thông qua tháng 6/2004 Chuẩn 802.16e được thông qua tháng 12/2005 Diễn đàn WiMax sẽ bắt đầu quá trình chứng nhận thiết bị ban đầu trong các băng tần 3.3 đến 3.8 GHz và 5.7 đến 5.8 GHz Những mô tả này bao gồm cả các hệ thống song công phân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD) Diễn đàn WiMax đã xây dựng các mô tả hệ thống tập trung vào băng tần được miễn cấp phép 5.8GHz, và các băng tần được cấp phép là 2.5 và 3.5 GHz để khởi động thị trường Diễn đàn WiMax đã kết hợp với các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà sản xuất thiết bị để mở rộng sự phân bổ tần số để bao phủ tất cả các dải phổ chủ chốt mà tất cả các công ty thành viên xác định là hấp dẫn đối với các nhà cung cấp dịch vụ WiMax tiềm năng Các thiết bị ban đầu được Diễn đàn WiMax phê chuẩn sẽ ở trong băng tần 3.5GHz, sau đó là 5.8GHz

1.4.3.6 WiMax với Wi-Fi

WiMax và Wi-Fi sẽ cùng tồn tại và trở thành những công nghệ bổ sung ngày càng lớn cho các ứng dụng riêng Đặc trưng của WiMax là không thay thế Wi-Fi Hơn thế WiMax bổ sung cho Wi-Fi bằng cách mở rộng phạm vi của Wi-Fi và mang lại những thực tế của người sử dụng "kiểu Wi-Fi" trên một quy mô địa lý rộng hơn Công nghệ Wi-Fi được thiết kế và tối ưu cho các mạng nội bộ (LAN), trong khi WiMax được thiết kế và tối ưu cho các mạng thành phố (MAN) Trong khoảng thời gian từ 2006 - 2008, hy vọng cả 802.16 và 802.11 sẽ xuất hiện trong các thiết bị người sử dụng từ laptop tới các PDA, cả 2 chuẩn này cho phép kết nối vô tuyến trực tiếp tới người sử dụng tại gia đình, trong văn phòng và khi đang di chuyển

1.4.3.7 WiMax với HiperMAN của ETSI

Các chuẩn 802.16-2004 (256 OFDM PHY) của IEEE và HiperMAN của ETSI sẽ chia sẻ chung các đặc tính kỹ thuật PHY và MAC Diễn đàn WiMax hoạt động ở cả hai tổ chức tiêu chuẩn này để đảm bảo một chuẩn toàn cầu chung cho MAN vô tuyến, sẽ được chấp nhận

1.4.3.8 Điểm khác nhau giữa 802.16 và 802.20

802.16 và 802.20 của IEEE là hai mục tiêu công nghệ khác nhau tập trung vào các thị trường riêng biệt Tuy nhiên, 802.20 vẫn đang ở trong những giai đoạn đầu tiên của việc xây dựng chuẩn và chưa thể hoàn tất trong hai năm tới Và bởi vì 802.20 hiện nay chưa được sự hỗ trợ rộng rãi của ngành Viễn thông như là Diễn đàn WiMax với hơn 350 thành viên, tương thích cũng còn là vấn đề và như vậy nó vẫn còn khá xa vời

1.4.3.9 Những ứng dụng dành cho công nghệ WiMax

Công nghệ WiMax là giải pháp cho nhiều loại ứng dụng băng rộng tốc độ cao cùng thời điểm với khoảng cách xa và cho phép các nhà khai thác dịch vụ hội tụ tất cả trên mạng IP để cung cấp các dịch vụ "3 cung": dữ liệu, thoại và video

WiMax với sự hỗ trợ QoS, khả năng vươn dài và công suất dữ liệu cao được dành cho các ứng dụng truy cập băng rộng cố định ở những vùng xa xôi, hẻo lánh, nhất là khi khoảng cách là quá lớn đối với DSL và cáp cũng như cho các khu vực thành thị ở các nước đang phát triển Những ứng dụng cho hộ dân gồm có Internet tốc độ cao, thoại qua IP, video luồng/chơi game trực tuyến cùng với các ứng dụng cộng thêm cho doanh nghiệp như hội nghị video và giám sát video, mạng riêng ảo bảo mật (yêu cầu an ninh cao) Công nghệ WiMax cho phép bao trùm các ứng dụng với yêu cầu băng thông rộng hơn

WiMax cũng cho phép các ứng dụng truy cập xách tay, với sự hợp nhất trong các máy tính xách tay và PDA, cho phép các khu vực nội thị và thành phố trở thành những "khu vực diện rộng" nghĩa là có thể truy cập vô tuyến băng rộng ngoài trời

Do vậy, WiMax là một công nghệ bổ sung bình thường cho các mạng di động vì cung cấp băng thông lớn hơn và cho các mạng Wi-Fi nhờ cung cấp kết nối băng rộng ở các khu vực lớn hơn

1.4.3.10 Sự cần thiết và tầm quan trọng của WiMax cho vô tuyến băng rộng cố định và vô tuyến băng rộng di động

WiMax cần thiết vì là một công nghệ độc lập cho phép truy cập băng rộng cố định và di động

Chuẩn WiMax là cần thiết để đạt mục tiêu chi phí thấp hơn Đây là điều mà các giải pháp vô tuyến độc quyền không thể đạt được do những hạn chế về số lượng Các giải pháp WiMax có khả năng tương thích cho phép giảm bớt chi phí sản xuất nhờ việc tích hợp các chip chuẩn, làm cho các sản phẩm được Diễn đàn WiMax chứng nhận có chi phí hợp lý để cung cấp các dịch vụ băng rộng công suất cao ở những khoảng cách bao phủ lớn trong các môi trường Tầm nhìn thẳng (LOS)

và không theo tầm nhìn thẳng (NLOS) Đây là điều khả thi đối với WiMax nhờ có

sự hỗ trợ mạnh mẽ của ngành công nghiệp thông qua Diễn đàn WiMax với hơn 350 thành viên bao gồm các nhà cung cấp thiết bị, các nhà sản xuất chip và các nhà cung cấp dịch vụ hàng đầu

WiMax quan trọng vô tuyến băng rộng cố định để cung cấp truy cập băng rộng cần thiết tới các doanh nghiệp và người sử dụng là hộ gia đình như là một sự thay thế cho các dịch vụ cáp và DSL đặc biệt là khi truy cập tới cáp đồng là rất khó khăn

WiMax quan trọng trong vô tuyến băng rộng di động, vì nó bổ sung trọn vẹn cho 3G vì hiệu suất truyền dữ liệu luồng xuống cao hơn 1Mbit/s, cho phép kết nối các máy laptop và PDA và bổ sung cho Wi-Fi nhờ độ bao phủ rộng hơn

1.4.3.11 Những cơ sở quan trọng của công nghệ WiMax

Cơ sở quan trọng của công nghệ WiMax là sự tương thích của thiết bị WiMax, được Diễn đàn WiMax chứng nhận, tạo sự tin cậy và làm tăng số lượng lớn cho nhà cung cấp dịch vụ khi mua thiết bị không chỉ từ 1 công ty và tất cả đều tương thích với nhau Diễn đàn WiMax lần đầu tiên tụ họp những công ty hàng đầu trong ngành truyền thông và máy tính để tạo nên một nền tảng chung cho việc triển khai các dịch vụ vô tuyến băng rộng IP trên toàn cầu

Các cơ sở quan trọng khác là chi phí, độ bao phủ, công suất và chuẩn cho cả truy cập vô tuyến cố định và di động

™ Chi phí thấp hơn

CPE vô tuyến cố định có thể sử dụng cùng loại chipset modem được sử dụng trong máy tính cá nhân (PC) và PDA, vì ở khoảng cách gần các modem có thể tự lắp đặt trong nhà CPE sẽ tương tự như cáp, DSL và các trạm gốc có thể sử dụng cùng loại chipset chung được thiết kế cho các điểm truy cập WiMax chi phí thấp và cuối cùng là số lượng tăng cũng thỏa mãn cho việc đầu tư vào việc tích hợp mức độ cao hơn các chipset tần số vô tuyến (RF), làm chi phí giảm hơn nữa

™ Độ bao phủ rộng hơn

Công nghệ sau WiMax đã được tối ưu để mang đến độ bao phủ NLOS tốt nhất Các ưu điểm của NLOS là độ bao phủ trên diện rộng, khả năng dự báo độ bao phủ tốt hơn và chi phí thấp hơn có nghĩa là số trạm gốc và backhaul ít hơn, định cỡ

RF đơn giản, các thời điểm lắp đặt tháp ngắn hơn và lắp đặt CPE nhanh hơn

Nhờ có các kỹ thuật cải tiến độ bao phủ NLOS như phân tập, mã hóa thời gian không gian và yêu cầu truyền lại tự động (Automatic Retransmission Request - ARQ), các khoảng cách bao phủ sẽ được tăng lên

™ Công suất cao hơn

Ưu điểm quan trọng của WiMax là sử dụng kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) qua các cơ chế điều chế đơn sóng mang với khả năng cung cấp hiệu suất băng thông cao hơn và do đó thông lượng dữ liệu cao hơn với luồng xuống hơn 1Mbit/s và thậm chí các tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều dù trong NLOS với các điều kiện đa đường Điều chế thích ứng (Adaptive Modulation) cũng làm tăng độ tin cậy đường kết nối đối với hoạt động phân loại sóng mang và khả năng giữ điều chế 64QAM ở khoảng cách rộng hơn, tăng công suất qua các khoảng cách dài hơn

™ Chuẩn cho truy cập vô tuyến cố định và di động

WiMax sẽ trở thành một giải pháp chi phí hợp lý nhất cho các nhà khai thác triển khai các ứng dụng vô tuyến cố định và di động cho các máy xách tay và PDA

Diễn đàn WiMax sẽ chứng nhận các sản phẩm tuân thủ và tương thích dựa trên các chuẩn 802.16 của IEEE và HiperMAN của ETSI

Cuối cùng một hệ thống quản lý mạng đủ khả năng quản lý các mô tả QoS để cấu trúc các gọi dịch vụ bổ sung các thành phần quan trọng này

1.4.3.12 OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)

OFDM là một công nghệ điều chế và mã hóa số, đã được sử dụng thành công trong các ứng dụng hữu tuyến như modem DSL và modem cáp Các sản phẩm của các công ty thành viên Diễn đàn WiMax đang sử dụng các hệ thống 802.16 dựa trên OFDM để vượt qua những thách thức của việc truyền sóng NLOS

OFDM đạt đến tốc độ và hiệu quả dữ liệu cao nhờ sử dụng nhân chồng các tín hiệu sóng mang thay cho chỉ một tín hiệu Ưu điểm quan trọng của OFDM của các cơ chế điều chế đơn sóng mang đơn là khả năng mang lại hiệu suất băng thông cao hơn và do đó thông lượng dữ liệu sẽ cao hơn thậm chí phải đối mặt thách thức với kịch bản triển khai chẳng hạn như các đường kết nối NLOS phải chịu suy hao đáng kể do các điều kiện đa đường

1.4.3.13 Lớp vật lý WiMax (802.16/HiperMAN OFDM PHY)

Lớp vật lý (PHY) được 802.16 định nghĩa có ba biến thể: Sóng mang đơn, OFDM 256 và OFDMA 2048 Lớp vật lý OFDM 256 được Diễn đàn WiMax lựa chọn cho các mô tả đầu tiên dựa trên 802.16-2004 (trước đây là 802.16REVd)

1.4.3.14 Lớp kiểm soát truy cập (MAC) của WiMax

Chuẩn 802.16 của IEEE đưa ra cùng một lớp MAC cho tất cả lớp PHY (đơn sóng mang, 256 OFDM, 2048 OFDMA) Lớp MAC này là kết nối được định hướng

và chuẩn bị cho kết nối TDM đường kết hợp với truy cập TDMA ở đường lên

Chuẩn này định nghĩa là hỗ trợ cho cả TDD và FDD và cho phép phương thức bán song công FDD (HD-FDD) TDD là một kỹ thuật mà ở đó hệ thống phát

và nhận ở cùng kênh gán các khe thời gian cho phương thức phát và nhận FDD yêu cầu hai phổ tần riêng rẽ

1.4.3.15 Lợi ích của doanh nghiệp và người sử dụng hộ gia đình đối với các sản phẩm của Diễn đàn WiMax

Đối với các doanh nghiệp, WiMax cho phép truy cập băng rộng với chi phí hợp lý Vì phần lớn các doanh nghiệp sẽ không được chia thành khu vực để có đường cáp, lựa chọn duy nhất của họ đối với dịch vụ băng rộng là từ các nhà cung cấp viễn thông địa phương Điều này dẫn tới sự độc quyền Các doanh nghiệp sẽ được hưởng lợi từ việc triển khai các hệ thống WiMax chứng nhận nhờ tạo ra sự cạnh tranh mới trên thị trường, giảm giá và cho phép các doanh nghiệp thiết lập mạng riêng của mình Điều này đặc biệt phù hợp đối với các ngành như khí đốt, mỏ, nông nghiệp, vận tải, xây dựng và các ngành khác nằm ở những vị trí xa xôi, hẻo lánh

Đối với người sử dụng là hộ gia đình ở những vùng nông thôn (nơi dịch vụ DSL và cáp chưa thể vươn tới), WiMax mang lại khả năng truy cập băng rộng Điều này đặc biệt phù hợp ở các nước đang phát triển nơi mà hạ tầng viễn thông truyền thống vẫn chưa thể tiếp cận

Hình 2 Các mạng không dây

CHƯƠNG 2 MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY

2.1 Tổng quan về WLAN

2.1.1 Giới thiệu

Wirless LAN là mô hình mạng được sử dụng cho một khu vực có phạm vi nhỏ như một tòa nhà, khuôn viên của một công ty, trường học Nó là loại mạng linh hoạt có khả năng cơ động cao thay thế cho mạng cáp đồng WLAN ra đời và bắt đầu phát triển vào giữa thập kỉ 80 của thế kỷ XX bởi tổ chức FCC (Federal Communications Commission) Wireless LAN sử dụng sóng vô tuyến hay hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu thông qua không gian, xuyên qua tường trần và các cấu trúc khác mà không cần cáp Wireless LAN cung cấp tất cả các chức năng và các ưu điểm của một mạng LAN truyền thống như Ethernet hay Token Ring nhưng lại không bị giới hạn bởi cáp Ngoài ra WLAN còn có khả năng kết hợp với các mạng có sẵn, Wireless LAN kết hợp rất tốt với LAN tạo thành một mạng năng động

và ổn định hơn Wireless LAN là mạng rất phù hợp cho việc phát triển điều khiển thiết bị từ xa, cung cấp mạng dịch vụ ở nơi công cộng, khách sạn, văn phòng Trong những năm gần đây, những ứng dụng viết cho mạng không dây ngày càng được phát triển mạnh như các phầm mềm quản lý bán hàng, quản lý khách sạn càng cho

ta thấy được những lợi ích của Wireless LAN

Wireless LAN sử dụng băng tần ISM (băng tần phục vụ công nghiệp, khoa học, y tế : 2.4GHz và 5GHz ) vì thế nó không chịu sự quản lý của chính phủ cũng như không cần cấp giấy phép sử dụng Sử dụng Wireless LAN sẽ giúp các nước đang phát triển nhanh chóng tiếp cận với các công nghệ hiện đại, nhanh chóng xây dựng hạ tầng viễn thông một cách thuận lợi và ít tốn kém

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều sản phẩm phục vụ cho WLAN theo các chuẩn khác nhau như: IrDA (Hồng ngoại), OpenAir, BlueTooth, HiperLAN 2, IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, 802.11g (Wi-Fi), …trong đó mỗi chuẩn có một đặc điểm khác nhau IrDA, OpenAir, BlueTooth là các mạng liên kết trong phạm vi tương đối nhỏ: IrDA (1m), OpenAir(10m), Bluetooth (10m) và đồ hình mạng (topology) là

dạng peer-to-peer tức là kết nối trực tiếp không thông qua bất kỳ một thiết bị trung gian nào Ngược lại, HiperLAN và IEEE 802.11 là hai mạng phục vụ cho kết nối phạm vi rộng hơn khoảng 100m, và cho phép kết nối 2 dạng: kết nối trực tiếp, kết nối dạng mạng cơ sở (sử dụng Access Point) Với khả năng tích hợp với các mạng thông dụng như (LAN, WAN), HiperLAN và Wi-Fi được xem là hai mạng có thể thay thế hoặc dùng để mở rộng mạng LAN

™ Một số khái niệm ban đầu

a) Kỹ thuật điều chế và line-code trong wireless LAN

Sự nổi lên của các kỹ thuật WLAN yêu cầu các kỹ thuật điều chế,mã hoá ở phạm vi rộng hơn WLAN cho phép truy cập vào mạng mà không có giới hạn vật lý như trong những mạng có dây Trong WLAN, người dùng có thể di chuyển một cách tự do trong văn phòng của họ hay truy cập vào tài nguyên của mạng từ bất kỳ đâu WLAN sử dụng tần số sóng radio (RF) thay vì kiến trúc cáp, bảo đảm sự di động, giảm chi phí cài đặt mạng trên mỗi người dùng

a.1) Sóng hồng ngoại:

Các kênh hồng ngoại thuộc tần số của sóng nhìn thấy được, thuộc vào cận dưới của phổ nhìn thấy được Đây là giải pháp hiệu quả nhất chó những nơi mà giữa bên nhận và bên thu không bị che chắn Kỹ thuật này có hai giải pháp sẵn có: tia khuếch tán và tia trực tiếp Tia trực tiếp thì có tốc độ truyền cao hơn tia khuyếch tán IR có tốc độ truyền nhận khoảng 1-2 Mbps Các tín hiệu quang IR thường được

sử dụng trong những ứng dụng điều khiển thiết bị từ xa

a.2) Wireless lượng tử

Chỉ những thực thi của các mạng WLAN lượng tử sử dụng ánh sáng hồng ngoại có bước sóng khoảng 850-950 Nm Lớp vật lý hỗ trợ tốc độ truyền từ 1-

2Mbps Mặc dù các hệ thống không dây lượng tử cho tốc độ cao hơn các hệ thống dực trên RF, nhưng chúng cũng có một số giới hạn sau:

Ánh sáng hồng ngoại giới hạn các tác vụ trong đường nhìn, tuy nhiên việc sử dụng sự truyền khuyếch tán có thể giảm được giới hạn này bằng cách cho phép các tia phản xạ trên các bề mặt

Cường độ đầu ra (2watts) là thấp giúp giảm khả năng làm hư mắt, tuy nhiên

nó giới hạn khoảng cách truyền trong khoảng 25 mét

Các bộ cảm biến(đầu nhận) cần được đặt một cách chính xác nếu không tín hiệu sẽ không nhận được

Các WLAN dựa trên lượng tử khá là bảo mật và không bị ảnh huởng bởi nhiễu điện từ như cáp và các hệ thống dựa trên RF

a.3) Tia hồng ngoại khuyếch tán

Các tín hiệu hồng ngoại khuyếch tán được phát ra từ nguồn phát, và phủ một vùng giống như ánh sáng Việc thay đổi vị trí của đầu nhận không ảnh hưởng đến tín hiệu Nhiều sản phẩm thuộc loại này cho phép khả năng roaming, cho phép ta kết nối nhiều access point vào mạng, và kết nối các máy tính xách tay vào bất cứ access point nào hay di chuyển giữa các AP này mà không làm mất kết nối mạng của ta Giải pháp này cung cấp tốc độ từ 1-2Mbps

b) Các kỹ thuật băng hẹp tần số cao (UHF) và WLAN

Thuật ngữ băng hẹp mô tả một kỹ thuật mà trong đó tín hiệu RF được gửi trong một băng thông hẹp, thường là từ 12.5 kHz hay 25 kHz Cường độ từ 1-2 watts cho các các hệ thíông dữ liệu băng hẹp RF Băng thông hẹp này kết hợp với cường độ lớn kết quả là khoảng cách truyền lớn hơn Các hệ thống UHF đã được phát triển từ những năm 80 Những hệ thống này thường truyền ở dải tần số 430-

470 MHz Phần dười của dải tần số này(430-450 MHz) thường được gọi là giải tần unprotected(unlicensed) và 450-470 MHz thì được gọi là giải tần bảo được bảo vệ (có giấy phép)

Trong dải tần không được bảo vệ, RF licenses không được ưu tiên cho những tần số đó và bất cứ ai cũng có thể sử dụng các tần số trong dãi tần này Trong giải tần bảo vệ, cho phép khách hàng được bảo đảm rằng họ sẽ được quyền sử dụng hoàn toàn tần số nào đó trong dải tần này

b.1) Kỹ thuật radio tổng hợp

Thuật ngữ kỹ thuật radio tổng hợp đề cập đến các sản phẩm được điều khiển bằng tinh thể, yêu cầu công ty sản xuất cài một tinh thể cho mỗi tần số có thể Kỹ thuật tổng hợp sử dụng một tần số chuẩn với mỗi loại tinh thể.Tần số của kênh truyền được tính bằng cách chia hay nhân với tần số tinh thể chuẩn Các giải pháp dựa trên UHF được tổng hợp cung cấp khả năng cài đặt các thiết bị chuẩn mà không cần phải thay thế phần cứng, ít phức tạp hơn và khả năng điều chỉnh mỗi thiết bị

b.2) Hoạt động đa tần

Các hệ thống UHF hiện đại cho phép các access point được cấu hình một cách riêng biệt cho tác vụ trên một trong những tần số được cấu hình trước Các trạm không dây có thể được lập trình với một danh sách tất cả các tần số được sử dụng trong các access point đã được cài, cho phép chúng thay đổi tần số khi roaming Để tăng thông lượng(throughput), các access point có thể được cài đặt giống nhau nhưng lại sử dụng các tần số khác nhau

Các ích lợi bao gồm khoảng cách xa hơn, và nó được xem như một giải pháp

có chi phí thấp cho những site lớn với yêu cầu thông lượng dữ liệu từ thấp cho đến trung Sự bất lợi gồm thông lượng thấp, và dễ bị nhiễu Bên cạnh đó, các yêu cầu về

license cho những giải tần được bảo vệ để tăng kích thước mạng cũng là một yếu tố giới hạn của giải pháp này

c) Các kỹ thuật vật lý trong WLAN

Ở tầng vật lý, IEEE 802.11 định nghĩa 3 kỹ thuật vật lý cho WLAN: IR khuyếch tán, Frequency hopping spread spectrum (FH hay FHSS); Direct sequence spread spectrum(DS hay DSSS)

Mặc dù kỹ thuật IR hoạt động ở giải tần cơ sở, nhưng 2 kỹ thuật dựa trên radio khác hoạt động ở giải tần 2.4 GHz Chúng có thể vận hành các thiết bị WLAN

mà không cần giấy phép của người dùng cuối Để các thiết bị không dây có thể vận hành chung, chúng phải phù hợp với nhau về chuẩn của lớp vật lý Tất cả 3 kỹ thuật trên hỗ trợ tốc độ truyền là 1 Mbps và 2 Mbps

c.1) Spread Spectrum RF Transmissions

Các hệ thống thuộc loại này thực sự là các WLAN, sự dụng tần số radio(RF)

để truyền Có 2 hệ thống phụ tồn tại là: FHSS và DSSS DSSS là kỹ thuật được sử dụng chủ yếu giữa các toà nhà, còn FHSS được sử dụng chủ yếu trong nội bộ 1 toà nhà Kỹ thuật truyền SS được phát triển bởi quân đội SS lấy 1 tín hiệu số và mở rộng (spread) ra Kỹ thuật mã hoá sử dụng FSK hay PSK Cả hai phương pháp đều tăng kích thước của tín hiệu và băng thông Mặc dù tín hiệu lớn hơn(nhiều băng thông hơn) và dễ phát hiện ra hơn, nhưng tín hiệu lại khó hiểu trừ khi bên nhận được điều chỉnh để sửa những thông số

c.2) FHSS

FHSS tương tự như việc truyền sóng FM khi tín hiệu dữ liệu được mang bởi một sóng mang băng hẹp có thể thay đổi tần số Chuẩn 802.11 cung cấp 22 mẫu

hop để chọn trong tần 2.4 GHz ISM Mỗi kênh là 1MHz và tín hiệu phải dịch tần số (hop) Kỹ thuật này điều chế tín hiệu radio bằng cách dịch nó từ tần số này đến một tần số ở khoảng near-random Sự điều chế này bảo vậ tín hiệu khỏi nhiễu tập trung xung quanh một tần số Để giải mã tín hiệu, bên nhận phải biết tốc độ truyền và thứ

tự của các phép dịch tần số, từ đó cung cấp thêm sự bảo mật và mã hoá

Các sản phẩm FHSS có thể gửi các tín hiệu ở tốc độ từ 1.2-2Mbps và xa khoảng 620 dặm Tăng băng thông(lên đến 24 Mbps) có thể đạt được bằng cách lắp thêm nhiều access point trong mạng Trong Fs, băng tần 2.4 GHz được chia ra thành 75 kênh 1MHz Để tối thiểu hoá khả năng 2 bên gửi cùng sử dụng một kênh truyền đồng thời, dịch tần số cung cấp một mẫu hop khác nhau cho mỗi lần trao đổi

dữ liệu Bên nhận và bên gửi cùng đồng ý 1 mẫu hop, và dữ liệu sẽ được gửi theo thứ tự của mẫu Sự điều khiển FCC yêu cầu băng thông lên đến 1 MHz cho mỗi kênh con Î tăng overhead FHSS được xem là một giải pháp kinh tế vì ít tốn chi phí chỉ bằng một nửa so với hệ thống DSSS, và có thể tăng lên đến 10 Mbps bằng cách thêm nhiều access point Bên cạnh đó, nó có khả năng không bị ảnh hưởng bởi nhiễu

c.3) DSSS

Kỹ thuật này điều chế tín hiệu radio một cách ngẫu nhiên vì vậy nó khó giải

mã hơn Kỹ thuật điều chế này cung cấp độ an toàn tuy nhiên vì tín hiệu có thể được gửi ở một khoảng cách xa nên dễ bị chắn Để cung cấp sự bảo mật hoàn toàn, hầu hết các sản phẩm SS đều chứa cả mã hoá DSSS hoạt động bằng cách lấy 1 dòng dữ liệu gồm các bit 0, 1và điều chế chúng với một mẫu thứ hai, theo một thứ tự xác định Thứ tự đó được gọi là mã Barker, là một dãy 11bit (10110111000), việc mở rộng mã sẽ sinh ra một mẫu bit dư để truyền, tín hiệu kết quả sẽ xuất hiện như nhiễu băng rộng đến bên nhận Một trong những ích lợi của việc sử dụng mở rộng mã là ngay cả khi một hay nhiều bit trong chip bị mất trong quá trình truyền thì cũng có thể khôi phục lại được dữ liệu ban đầu mà không cần truyền lại Tỉ số giữa dữ liệu

và độ rộng của mã được gọi là processing gain Nó gấp 16 lần độ rộng của mã sau khi đã mở rộng và tăng một số mẫu có thể đến 64K, giúp giảm nguy cơ bị crack khi truyền

Kỹ thuật DSSS chia băng 2.4 GHz ra thành 14 kênh 22MHz, trong số chúng

có 11 kênh kề nhau là bị trùng lắp 1 phần và phần còn lại không bị trùng lắp Dữ liệu được gửi qua 1 trong những kênh 22MHz này mà không qua các kênh khác (có thể gây nhiễu) Để giảm số lần truyền lại và nhiễu, chip sẽ chuyển đổi mỗi bit của

dử liệu người dùng thành một dãy các mẫu bit dư được gọi là các chip, các chip này kết hợp với sự mở rộng tín hiệu qua các kênh 22MHz sẽ cung cấp khả năng kiểm tra lỗi và sửa lỗi để khôi phục dữ liệu

2.1.2 Các thiết bị cơ bản và các ứng dụng của hệ thống WLAN

2.1.2.1 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 3 Card mạng không dây sử dụng khe cắm PCI

2.1.2.2 Các điểm truy cập (Access Point)

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 4 Access Point

2.1.2.3 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

2.1.2.4 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

2.1.2.5 Ứng dụng của hệ thống WLAN

Lúc đầu WLAN chỉ được sử dụng bởi các tổ chức, công ty lớn nhưng ngày nay, thì WLAN đã có giá cả chấp nhận được mà ta có thể sử dụng Sau đây là một số ứng dụng chung và phù hợp của WLAN

a) Vai trò truy cập (Access role)

WLAN ngày nay hầu như được triển khai ở lớp access, nghĩa là chúng được sử dụng ở một điểm truy cập vào mạng có dây thông thường Wireless

là một phương pháp đơn giản để người dùng có thể truy cập vào mạng Các WLAN là các mạng ở lớp data-link như tất cả những phương pháp truy cập khác Vì tốc độ thấp nên WLAN ít được triển khai ở core và distribution

Các WLAN cung cấp giải pháp cho một vấn đề khá khó đó là: khả năng di động Giải pháp sử dụng cellular có tốc độ thấp và mắc Trong khi WLAN thì có cùng sự linh hoạt nhưng lại rẻ hơn Các WLAN nhanh, rẻ và

có thể xác định ở mọi nơi

Hình 5 Access Role

b) Mở rộng mạng (Network extension)

Các mạng không dây có thể được xem như một phần mở rộng của một mạng có dây Khi muốn mở rộng một mạng hiện tại, nếu cài đặt thêm đường cáp thì sẽ rất tốn kém Hay trong những toà nhà lớn, khoảng cách có thể vượt quá khoảng cách của CAT5 cho mạng Ethernet Có thể cài đặt cáp quang nhưng như thế sẽ yêu cầu nhiều thời gian và tiền bạc hơn, cũng như phải nâng cấp switch hiện tai để hỗ trợ cáp quang

Các WLAN có thể được thực thi một cách dễ dàng Vì ít phải cài đặt cáp trong mạng không dây

Hình 6 Mở rộng mạng

c) Kết nối các toà nhà

Trong môi trường mạng campus hay trong môi trường có 2 toà nhà sát nhau, có thể có trường hợp các người dùng từ toà nhà này muốn truy cập vào tài nguyên của toà nhà khác Trong quá khứ thì trường hợp này được giải quyết bằng cách đi một đường cáp ngầm giữa 2 toà nhà hay thuê một đương leases-line từ công ty điện thoại Sử dụng kỹ thuật WLAN, thiết bị có thể

được cài đặt một cách dễ dàng và nhanh chóng cho phép 2 hay nhiều toà nhà chung một mạng Với các loại anten không dây phù hợp, thì bất kỳ toà nhà nào cũng có thể kết nối với nhau vào cùng một mạng trong một khoảng cách cho phép

Có 2 loại kết nối: P2P và P2MP Các liên kết P2P là các kết nối không dây giữa 2 toà nhà Loại kết nối này sử dụng các loại anten trực tiếp hay bán trực tiếp ở mỗi đầu liên kết

Hình 7 Kết nối các toà nhà Các liên kết P2MP là các kết nối không dây giửa 3 hay nhiều toà nhà, thường ở dạng hub-and-spoke hay kiểu kết nối star, trong đó một toà nhà đóng vai trò trung tâm tập trung các điểm kết nối Toà nhà trung tâm này sẽ

có core network, kết nối internet, và server farm Các liên kết P2MP giữa các toà nhà thường sử dụng các loại anten đa hướng trong toà nhà trung tâm và anten chung hướng trên các spoke

Có hai kiểu kết nối này:

c.1) Phân phát dữ liệu dặm cuối (Last Mile Data Delivery)

Wireless Internet Service Provider (WISP) đã cung cấp các dịch vụ phân phát dữ liệu trên last-mile cho các khách hàng của họ “Last mile” đề cập đến hạ tầng giao tiếp có dây hay không dây tồn tại giữa telco hay công ty cáp và người dùng cuối

Hình 8 Dịch vụ dặm cuối

Trong trường hợp nếu cả công ty cáp và telco đều gặp khó khăn trong việc mở rộng mạng của họ để cung cấp các kết nối băng thông rộng cho nhiều người dùng hơn nữa Nếu sống trong khu vực nông thôn thì khó có thể truy cập vào kết nối băng thông rộng (như cable modem hay xDSL) Sẽ kinh

tế hơn rất nhiều nếu các WISP đưa ra giải pháp truy cập không dây vào những nơi ở xa đó vì các WISP sẽ không gặp những khó khăn như của các công ty cáp hay telco vì không phải cài đặt nhiều thiết bị Các WISP cũng gặp phải một số trở ngại Như các nhà cung cấp xDSL gặp phải vấn đề là khoảng cách vượt quá 5.7 km từ CO đến nhà cung cấp cáp, còn vấn đề của WISP chính là các vật cản như mái nhà, cây,

c.2) Sự di động (Mobility)

Chỉ là một giải pháp ở lớp access, nên WLAN không thể thay thế mạng có dây trong việc tốc độ truyền Một môi trường không dây sử dụng các kết nối không liên tục và có tỉ lệ lỗi cao Do đó, các ứng dụng và giao thức truyền dữ liệu được thiết kế cho mạng có dây có thể hoạt động kém trong môi trường không dây Lợi ích mà các mạng không dây mang lại chính

là tăng khả năng di động để bù lại tốc độ và QoS

Hình 9 Sự di động

Trong từng trường hợp, các mạng wireless đã tạo nên khả năng truyền

dữ liệu mà không cần yêu cầu thời gian và sức người để đưa dữ liệu, cũng như giảm được các thiết bị được kết nối với nhau như mạng có dây Một trong những kỹ thuật mới nhất của wireless là cho phép người dùng có thể roam, nghĩa là di chuyển từ khu vực không dây này sang khu vực khác mà không bị mất kết nối, giống như điện thoại di động, người dùng có thể roam giữa các vùng di động khác nhau Trong một tổ chức lớn, khi phạm vi phủ sóng của wireless rộng thì việc roaming khá quan trọng vì người dùng có thể vẫn giữ kết nối với mạng khi họ ra ngoài

d) Văn phòng nhỏ- Văn phòng gia đình (Small Office-Home Office)

Trong một số doanh nghiệp chỉ có một vài người dùng và họ muốn trao đổi thông tin giữa các người dùng và chỉ có một đường ra Internet Với những ứng dụng này (Small office-home office-SOHO), thì một đường wireless LAN là rất đơn giản và hiệu quả Các thiết bị wireless SOHO thì rất

có ích khi các người dùng muốn chia sẻ một kết nối Internet

Hình 10 SOHO Wireless LAN

e) Văn phòng di dộng (Mobile Offices)

Các văn phòng di động cho phép người dùng có thể di chuyển đến một vị trí khác một cách dễ dàng Vì tình trạng quá tải của các lớp học, nhiều trường hiện nay đang sử dụng lớp học di động Để có thể mở rộng mạng máy tính ra những toà nhà tạm thời, nếu sử dụng cáp thì rất tốn chi phí Các kết nối WLAN từ toà nhà chính ra các lớp học di động cho phép các kết nối một cách linh hoạt với chi phí có thể chấp nhận được

Hình 11 Văn phòng di động