Wireless Communications - Truyền thông không dây

Wireless Communications Truyền thông không dây

Wireless Truyền thông không dây

Communications-Giới thiệu

Mục tiêu

• Giải thích các công nghệ truyền thông không dây quan trọng (gồm cả hệ thống di động và tế bào) đang sử dụng

• Mô tả các ứng dụng công nghệ truyền thông không dây

• Ad hoc wireless network – Mạng truyền thông không dây Ad hoc

• Wireless personal network (Bluetooth) – Mạng truyền thông không dây cá nhân

• Những thuận lợi và bất lợi của truyền thông không dây

• Một số công nghệ khác

– 1794, tín hiệu ánh sáng, Claude Chappe

• Sóng điện từ đóng vai trò quan trọng:

– 1831 Faraday: hiện tượng cảm ứng điện từ

– J Maxwell (1831-79): lý thuyết điện từ

Lịch sử phát triển (tt)

• 1896 Guglielmo Marconi

– Người đầu tiên mô tả

điện báo không dây (digital!)

– Truyền sóng xa, cần năng lượng truyền cao >200kw

• 1907 các kết nối vượt Đại Tây dương được thương mại hóa

– Các trạm BS cực lớn (antenna cao 30 - 100m)

• 1915 truyền thông không dây tiếng nói từ New York - San Francisco

• 1920, Marconi phát hiện sóng ngắn

– reflection at the ionosphere phản xạ sóng của tầng điện ly

– Bộ truyền và nhận nhỏ hơn, nhờ phát minh ống phóng điện tử chân không (1906, Lee DeForest & Robert von Lieben)

• 1926 điện thoại trên tàu lửa Hamburg - Berlin

– Nối song song để kiểm soát tàu

– Mục đích: Hệ thống điện thoại di động châu Âu với roaming

• 1983 hệ American AMPS (Advanced Mobile Phone System,

analog)

• 1984 chuẩn CT-1 (Europe) cho các điện thoại cố định không dây

– 1880-1900MHz, ~100-500m, 120 kênh duplex, truyền dữ liệu 1.2Mbit/

s, mã hóa tiếng nói, chứng thực, mật độ 10000 user/km 2 , trên 50 quốc gia sử dụng

• 1992 GSM

– Hoàn toàn digital, 900MHz, 124 kênh

– Tự động định vị, khả năng chuyển vùng, cellular

– Phổ biến ở châu Âu, ngày nay phát triển lên hơn 200 quốc gia sử

dụng

– Các dịch vụ: FAX, voice, truyền dữ liệu 9.6kbit/s, …

– ETSI, chuẩn hóa cho type 1: 5.15 - 5.30GHz, 23.5Mbit/s

– Khuyến cáo cho type 2, 3 (đều 5GHz) và 4 (17GHz) cũng như các mạng wireless ATM (tốc độ lên đến 155Mbit/s)

• 1997 Wireless LAN - IEEE802.11

– Chuẩn IEEE, 2.4 - 2.5GHz và hồng ngoại, 2Mbit/s

• Truy cập nhiều dịch vụ thông qua điện thoại di động

• 2000 GSM với tốc độ truyền dữ liệu nhanh

– WiMax bắt đầu như một lựa chọn cho DSL (không di động)

– Các sản phẩm ZigBee đầu tiên

– HSDPA khởi động ở Đức, là phiên bản UMTS có tốc độ tải nhanh nhất > 3 Mbit/s

– WLAN thử nghiệm với 250 Mbit/s (802.11n) dùng MIMO

– Chứng thực WPA2 cho các thiết bị Wi-Fi WLAN

Công nghệ không dây được dùng ntn?

• Wireless

– Mô tả các thiết bị và công nghệ không dùng nối dây

• Truyền thông không dây

– Truyền dữ liệu không dùng đường truyền có nối dây

• Các công nghệ đó bao gồm:

– PAN (Bluetooth, RFID, UltraWideBand)

– Wireless LAN và WAN

– Satellite – vệ tinh

– Cellular – tế bào

Truyền thông không dây

Các loại mạng không dây

Các chuẩn chính

Truyền thông không dây (tt)

• Đặc điểm thiết bị

– Khoảng cách: 90m

– Băng thông: 54 Mbps

– Có thể dùng cho VoIP

• Card truyền thông không dây (Wireless NIC)

– Gửi và nhận dữ liệu thông qua sóng radio

• Smartphone – điện thoại thông minh

– Kết hợp điện thoại di động và thiết bị hỗ trợ cá nhân (PDA)

Truyền thông không dây (tt)

Bluetooth & Ultra Wide Band

• Thẻ nhận dạng Radio frequency identification

device (RFID)

– Các vi mạch chứa radio transponders

• Bluetooth & Ultra Wide Band (UWB)

– Các chuẩn không dây thiết kế cho các sóng cực ngắn– Truyền thông dùng máy thu phát nhỏ, tiêu thụ năng lượng ít

• Link manager

– Phần mềm đặc biệt giúp nhận dạng các thiết bị

Bluetooth khác

Bluetooth & Ultra Wide Band (tt)

Bluetooth & Ultra Wide Band (tt)

– Wireless personal area network (WPAN)

– Gồm 2 hoặc nhiều thiết bị Bluetooth trao đổi dữ liệu với nhau

Bluetooth & Ultra Wide Band (tt)

Satellite Networks – Mạng vệ tinh

• Dùng để truyền dữ liệu qua khoảng cách xa

• Repeater

– Nằm trong chính bản thân vệ tinh

– Dùng để truyền dữ liệu từ một trạm đến trạm khác trên trái đất

• Thời gian truyền xấp xỉ 250 ms

Satellite Networks (tt)

Satellite Networks (tt)

Cellular Networks – Mạng tế bào

• Modern cellular telephone network

• Mạng điện thoại cellular hiện đại

– Xây dựng dựa trên khả năng các bộ thu phát năng

lượng thấp

– Mỗi “cell” quản lý một số người dùng

– Các tháp truyền thông phát sóng trên vùng rộng hơn– Các kênh cùng tần số có thể dùng lại bởi tháp khác

• Cách nhau một vài km để tránh nhiễu

• Tối ưu hóa việc dùng có giới hạn các kênh tần

Cellular Networks (tt)

• Công nghệ 3G (third generation)

– 100% dùng kỹ thuật số hóa cho cả truyền tiếng nói và

dữ liệu

– Tốc độ truyền

• Đến 2 Mbps khi cố định

• 384 Kbps khi di chuyển vận tốc đi bộ

• 144 Kbps khi di chuyển vận tốc xe hơi

• 2.5G có tốc độ truyền tối đa là 384 Kbps

Cellular Networks (tt)

Wireless Local Area Networks - WLAN

• Mở rộng của LAN có nối dây

– Kết nối thông qua thiết bị là Access Point (AP)

• Access point (AP)

– Chuyển tiếp dữ liệu giữa tất cả các thiết bị trong mạng

• Mỗi máy tính trong WLAN có 1 wireless NIC

– Có sẵn antenna bên trong

Wireless Local Area Networks (tt)

Wireless Local Area Networks (tt)

• Các chuẩn của IEEE đưa ra:

– 802.11a, 802.11b, 802.11g , 802.11n

Wireless Local Area Networks (tt)

Wireless Local Area Networks (tt)

Wireless Local Area Networks (tt)

Fixed Broadband Wireless

• Integrated Services Digital Networks (ISDN)

– Truyền thông với tốc độ 256 Kbps trên đường dây điện thoại cố định thông dụng

• Đường truyền T1

– Truyền thông với tốc độ 1.544 Mbps

• Cable modem & DSL

– Thường chỉ được cung cấp trong một số vùng đông dân– Tốc độ truyền tối đa chỉ khoảng 8 Mbps

Fixed Broadband Wireless (tt)

• Wireless metropolitan area network (WMAN)

Fixed Broadband Wireless (tt)

Wireless Wide Area Network

• Hypertext Markup Language (HTML)

– Ngôn ngữ chuẩn hóa để hiển thị nội dung từ Internet

• Microbrowser

– Phiên bản thu gọn của trình duyệt

• Wireless Application Protocol version 2.0 (WAP2)

– Cung cấp các phương pháp chuẩn để truyền, định dạng và hiển thị dữ liệu Internet

• Cho các thiết bị không dây nhỏ như điện thoại di động

Wireless Wide Area Network (tt)

• Wireless Wide Area Network (WWAN)

– Cho phép các nhân viên truy cập dữ liệu & ứng dụng của công ty từ bất kỳ nơi nào

Toàn cảnh về truyền thông không dây

Toàn cảnh về truyền thông … (tt)

Digital Convergence – Độ hội tụ số

• Digital convergence

– Chỉ vấn đề năng lực của các thiết bị số để tổng hợp tiếng nói, video và khả năng xử lý văn bản

– Quản lý xây dựng và nhà kho

– Nghiên cứu môi trường

– Giám sát kỹ nghệ

Giáo dục

• Các ứng dụng trong trường đại học và phổ thông

• Giúp học viên giải phóng khỏi việc bắt buộc phải đến lớp hoặc thư viện

– Chỉ cần vào mạng của trường

• Công nghệ không dây cũng giúp tiết kiệm chi phí cho cơ sở đào tạo

Giải trí gia đình

• Cho phép các phim ảnh, âm thanh được tải, phân phối và điều khiển từ bất kỳ nơi nào trong nhà

Chăm sóc sức khỏe

• Quản lý việc kê đơn thuốc trong bệnh viện

– Là một đề tài quan trọng trong công nghiệp chăm sóc

y tế

• Các hệ thống máy tính Wireless point-of-care

– Cho phép nhân viên y tế truy xuất, cập nhật thông tin người bệnh một cách trực tiếp

• Ngay cả điện thoại cũng được kết nối vào mạng

IEEE 802.11 WLAN của bệnh viện

– Sử dụng dịch vụ VoIP

Quân đội

• Universal Handset

– Thiết bị nặng 1.5-pound (khoảng 675g)

– Cho phép nhân viên quân sự truyền thông với nhau bằng nhiều cách

• Dùng các công nghệ không dây

– Phải làm việc trong môi trường chống nghe trộm của đối phương hoặc bị nghẽn tín hiệu

Văn phòng

• Các nhân viên không phải lo lắng vì việc chậm trễ của

dữ liệu mà họ cần

– Giúp họ đưa ra các quyết định

• Các công nghệ không dây cho phép tạo lập một văn phòng

– ở đâu mà cơ chế nối dây không thể thực hiện được

Quản lý sự kiện

• Giúp nhận diện thẻ giả hoặc bị ăn cắp

• Cũng có thể cho một khung cảnh thời gian thực về luồng giao thông

• Thống kê trong các trò chơi trực tuyến trong phòng

Du lịch

• Wireless global positioning systems (GPS) – Hệ

thống định vị toàn cầu không dây

– Liên hệ chặt chẽ với các dịch vụ hỗ trợ khẩn cấp

• Radio vệ tinh

– Truyền thông trên 150 điểm ca nhạc, …

• Các dịch vụ tại sân bay có xu hướng chuyển sang công nghệ không dây

• Chính bản thân các máy bay phải thích nghi với việc truy cập dữ liệu không dây

– Dùng để quản lý tất cả các hoạt động giao nhận

• Trong tương lai gần

– Phần lớn các chức năng nhận dạng mã vạch, kiểm kê hàng hóa sẽ được thay thế bằng thẻ RFID

Nghiên cứu môi trường

• Các nhà khoa học ngày nay dùng các bộ cảm ứng WLAN có tiêu thụ năng lượng ít dùng pin hoặc năng lượng mặt trời

– Trong các vị trí khó khăn để theo dõi và truy cập

Giám sát kỹ nghệ

• Motes

– Các cảm ứng từ xa

– Có thể kết nối vào một WLAN

• Sau đó tập hợp dữ liệu và truyền về trung tâm

Thuận lợi và bất lợi

• Tính di động

– Giải phóng khỏi việc phải nối dây

– Cho phép nhiều ngành công nghiệp phát triển một lực lượng lao động ngày càng tăng di động

– Cho phép các công nhân làm việc theo nhóm có thể truy xuất tài nguyên mạng

Thuận lợi và bất lợi (tt)

Tổng kết

• Truyền thông không dây đang trở nên phổ biển

• Mạng và các thiết bị không dây có mặt ở hầu hết mọi nơi trong đời sống ngày nay

• Các mạng WAN không dây sẽ cho phép các công ty

đủ loại có thể kết nối được với nhau

– Không phải trả chi phí cao

• WLAN applications are found in a wide variety of

industries and organizations

• Các ứng dụng WLAN có mặt phổ biến trong các tổ chức và công nghiệp

Cấu trúc tổng quát, Khái niệm cơ bản, và Từ ngữ

Sơ đồ tổng quát các khối của hệ thống không giây được biểu hiện trên

Hình1.16 Đa số các khối và chức năngđều đươc dùng cho cả hệ có giây

và không giây Tuy nhiên các khối nằm trong vạch rời là cơ bản và cần

thiết cho hệ thống không giây Trừ các antenna, các khối còn lại đều được dùng cho các hệ có giây.

Hình 1.16 Một hệ thống không giây