Mạng không dây, mở rộng LAN không dây sử dụng kỹ thuật hình lưới và tối ưu hoá cấu hình

V DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ANH -VIỆT 1G/2G/3G First/Second/Third/ Generation Thế hệ 1/2/3 3GPP Third Generation Partnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3 AAA Authentication, Authori

ƯU HÓA CẤU HÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HÀ NỘI - 2009

I

MỤC LỤC

MỤC LỤC ……… ……… …… I DANH MỤC BẢNG ……….……… III DANH MỤC HÌNH ……….…….………IV DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ANH -VIỆT………… … … …V DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VIỆT ANH……… …… .X

MỞ ĐẦU……… I

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY XVII

1.1 Hệ thống thông tin vệ tinh XVII1.1.1 Giới thiệu XVII1.1.2 Các đặc tính của thông tin vệ tinh XVIII1.1.3 Các ứng dụng của thông tin vệ tinh XIX1.1.4 Các hệ thống VSAT XIX1.2 Hệ thống vi ba mặt đất XX1.2.1 Giới thiệu XX1.2.2 Phân loại XXII1.2.3 Các mạng Viba mặt đất XXIII1.3 Hệ quảng bá XXV1.3.1 Hệ phát thanh số liệu XXV1.3.1.1 Phát thanh AM XXV1.3.1.2 FM XXVI1.3.1.3 Phát thanh số XXVI1.3.2 Hệ thống truyền hình và truyền số liệu XXVII1.3.2.1 Truyền hình đen trắng XXVIII1.3.2.2 Truyền hình màu .XXVIII1.3.2.3 Truyền hình số XXX1.4 Các hệ thống thông tin cá nhân (Personal Communication Networks) XXX1.4.1 Hệ thống thông tin di động XXX1.4.1.1 Điện thoại di động đầu tiên XXX1.4.1.2 Điện thoại tế bào tương tự XXX1.4.1.3 Điện thoại tế bào số XXXI1.4.1.4 Điện thoại không dây XXXII1.4.1.5 Hệ thống điện thoại thế hệ thứ 3 và thế hệ tương lai XXXII1.4.2 Hệ thông tin cá nhân thoại và số liệu XXXIII1.4.2.1 Hệ thống số liệu diện rộng XXXIII1.4.2.2 Hệ thống mạng LAN không dây XXXIII1.4.2.3 ATM không dây XXXIV1.4.2.4 Mạng PAN XXXIV1.4.2.5 Các kết nối không dây cố định XXXV1.5 Giới thiệu tổng quan về mạng LAN không dây XXXV

II

1.5.1 Giới thiệu chung về mạng LAN không dây XXXV1.5.2 Các kỹ thuật của mạng LAN không dây XLIII

CHƯƠNG II: MỞ RỘNG MẠNG LAN KHÔNG DÂY BẰNG KỸ THUẬT

KHÔNG DÂY HÌNH LƯỚI LV

2.1 Đặt vấn đề LV2.1.2 Khả năng tự cấu hình LV2.1.3 Khả năng tự hàn gắn LVI2.1.4 Khả năng mở rộng mạng LVI2.1.5 Tính kinh tế LVI2.2 Cấu trúc mạng không dây hình lưới LVI2.2.1 Điểm – Điểm (Point-to-Point) LVII2.2.2 Điểm – Đa điểm (Point-to-Multipoints) LVII2.2.3 Đa điểm – Đa điểm LVIII2.3 Các thiết bị sử dụng trong mạng không dây hình lưới LIX2.3.1 Card mạng LAN không dây LIX2.3.2 Card moderm không dây mạng hình lưới 6300 LIX2.3.3 Phần mềm máy trạm LXI2.3.4 Bộ định tuyến không dây hình lưới LXII2.3.5 Điểm truy cập LXIII2.3.6 Điều khiển chuyển mạch LXV2.3.7 Tích hợp các thành phần LXV2.4 Các giao thức truyền thông sử dụng trong mạng không dây hình lưới LXVI2.4.1 Giao thức định tuyến động DSR (Dynamic Source Routing Protocol) LXVI2.4.1.1 Cơ chế phát hiện đường LXVII2.4.1.2 Cơ chế duy trì đường LXVIII2.5 Chuẩn 802.11s LXIX

CHƯƠNG III:TỐI ƯU CẤU HÌNH MẠNG KHÔNG DÂY HÌNH LƯỚI

LXXI

3.1 Mô hình lập trình toán học của hệ thống mạng không dây hình lưới LXXI3.2 Thiết lập bài toán để giảm thiểu chi phí và đảm bảo yêu cầu lưu lượng

mạng… LXXII3.2.1 Mô hình tốc độ cố định LXXIV3.2.2 Mô hình tốc độ thích nghi LXXVI3.2.3 Mô hình có quan tâm đến nhiễu LXXVII3.3 Phân tích ảnh hưởng của lưu lượng và giá cả đến thiết kế mạng cụ thể được xây dựng dựa vào mô hình toán học trên LXXVIII3.4 Kết luận LXXXVIII

KẾT LUẬN…… XC TÀI LIỆU THAM KHẢO XCI

III

DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY XVII

Bảng 1: Thông tin liên quan đến các chuẩn LIII

CHƯƠNG II: MỞ RỘNG MẠNG LAN KHÔNG DÂY BẰNG KỸ THUẬT

KHÔNG DÂY HÌNH LƯỚI 41 CHƯƠNG III : TỐI ƯU MÔ HÌNH MẠNG KHÔNG DÂY HÌNH LƯỚI 57

Bảng 2: Kết quả cho giải pháp tối ưu của mô hình tốc độ cố định với M = 128 Mb/s, d

= 600 Kb/s LXXX Bảng 3: Kết quả cho giải pháp tối ưu của mô hình tốc độ cố định với M = 128 Mb/s, d

= 3 Mb/s LXXXI Bảng 4: Kết quả cho giải pháp tối ưu của mô hình tốc độ cố định với M bất kỳ LXXXII Bảng 5: Kết quả cho giải pháp tối ưu của mô hình tốc độ cố định với M bất kỳ,

d=3Mb/s LXXXIII Bảng 6: Giải pháp cho mô hình tốc độ cố định khi β thay đổi, m= 50, d= 3Mb/s, M = 128Mb/s LXXXIV Bảng 7: Giải pháp cho mô hình tốc độ cố định khi β thay đổi, m= 50, d= 3Mb/s, M bất

kỳ LXXXV Bảng 8: Chất lượng của giải pháp trong mô hình tốc độ thích nghi với d = 200Kb/s LXXXVII Bảng 9: Chất lượng của giải pháp trong mô hình tốc độ thích nghi với d = 600Kb/s LXXXVII Bảng 10: Giải pháp tối ưu của mô hình tính toán đến nhiễu và không tính đến tốc độ thích nghi với d= 600 Kb/s LXXXVIII Bảng 11: Giải pháp tối ưu của mô hình tính toán đến nhiễu và không tính đến tốc độ thích nghi với d= 3Mb/s LXXXVIII

IV

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHễNG DÂY XVII

Hình 1.1: Hệ thống vệ tinh VSAT XX Hình 1.2: Mô hình của hệ thống viba số tiêu biểu XXI Hình 1.3 : Sơ đồ khối thiết bị thu phát viba số XXII Hình 1.4: Mô hình của hệ thống vi ba điểm nối điểm tiêu biểu XXIII Hình 1.5: Mô hình của hệ thống vi ba điểm nối đa điểm tiêu biểu XXV Hỡnh 1.6: Liờn kết điểm điểm dựng bộ thu phỏt hồng ngoại XXXVII Hỡnh 1.7: Kết nối cầu khụng dõy XXXVIII Hỡnh 1.8: Mụ hỡnh WLAN từ điểm tới đa điểm XXXVIII Hỡnh 1.9: Giao diện của WLAN với LAN cú dõy XXXIX Hỡnh 1.10: Cấu trỳc Bus của mạng LAN khụng dõy XXXIX Hỡnh 1.11: Cấu trỳc Ring của mạng LAN khụng dõy XL Hỡnh 1.12: Cấu trỳc Star của mạng LAN khụng dõy XL Hỡnh 1.13: Trải phổ nhảy tần XLVII Hỡnh 1.14: Kỹ thuật LAN hồng ngoại khuyếch tỏn XLIX

CHƯƠNG II: MỞ RỘNG MẠNG LAN KHễNG DÂY BẰNG KỸ THUẬT

KHễNG DÂY HèNH LƯỚI 41

Hỡnh 2.1: Cấu hỡnh mạng điểm – điểm LVII Hỡnh 2.2: Cấu hỡnh mạng điểm – đa điểm LVIII Hỡnh 2.3: Cấu hỡnh mạng đa điểm – đa điểm LVIII Hỡnh 2.4: Modem khụng dõy 6300 của mạng khụng dõy hỡnh lưới LX Hỡnh 2.5: Liờn hệ cỏc kờnh trong QDMA MeshNetworks và IEEE 802.11b/g trong mạng LAN khụng dõy LXI Hỡnh 2.6: Bộ định tuyến khụng dõy hỡnh lưới đặt ở cột đốn cụng cộng LXII Hỡnh 2.7: Điểm truy cập IAP đặt ở ngoài trời LXIV Hỡnh 2.8: Kết hợp của cỏc thành phần trong mạng khụng dõy hỡnh lưới LXV Hỡnh 2.9: Cơ chế phỏt hiện đường, nỳt A là nguồn, nỳt E là đớch LXVII

Hỡnh 2.10: Cơ chế duy trỡ đường, nỳt C khụng thể truyền gúi tin từ A đến E

thụng qua bước nhảy D LXVIII

CHƯƠNG III : TỐI ƯU Mễ HèNH MẠNG KHễNG DÂY HèNH LƯỚI 57

Hỡnh 3.1: Mụ hỡnh toỏn học của mạng khụng dõy hỡnh lưới LXXI Hỡnh 3.2: Cỏc vựng đồng tõm quanh vị trớ j LXXVI Hỡnh 3.3: Tập hợp nhiễu liờn quan đến 2 nỳt j và l LXXVIII Hỡnh 3.5 :Mụ hỡnh tốc độ cố định với M = 128Mb/s, d = 600 Kb/s LXXX Hỡnh 3.6 :Mụ hỡnh tốc độ cố định với M = 128 Mb/s, d = 3 Mb/s LXXXI Hỡnh 3.7: Thiết kế cho mụ hỡnh tốc độ cố định với M bất kỳ, d = 600Kb/s LXXXII Hỡnh 3.8: Thiết kế cho mụ hỡnh tốc độ cố định với M bất kỳ, d = 3 Mb/s LXXXIII Hỡnh 3.9 : Mụ hỡnh tốc độ cố định với M =128 Mb/s LXXXIV Hỡnh 3.10 : Mụ hỡnh tốc độ cố định với M bất kỳ LXXXV

V

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ANH -VIỆT

1G/2G/3G First/Second/Third/ Generation Thế hệ 1/2/3

3GPP Third Generation Partnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3

AAA Authentication, Authorization, and

Accounting Xác thực, cấp quyền, thanh toán ACF Associate Control Function Chức năng điều khiển liên kết

ACM Adaptive Coding and Modulation Điều chế và mã tương thích

AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ

AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

ARPA Advanced Research Projects Agency Văn phòng dự án nghiên cứu cải

tiến ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp tự động

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ ATSC Advanced Television System

Committee

Hội đồng về hệ thống truyền hình cải biên

BMC Broadcast/Multicast Control Điều khiển Multicast

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BRAN Broadband Remote Access Network Mạng truy cập từ xa không dây

BSS Broadcast Satellite Service Dịch vụ vệ tinh quảng bá

CATV Community Antennae Television Truyền hình cáp

CCIR Consultative Committee on

International Radio Hội đồng tư vấn vô tuyến quốc tế CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã

COFMA Coded Orthogonal frequency-division

multiplexing

Ghép kênh phân chia tần số trực giao mã

CPE Customer Premises Equipment Thiết bị của khách hàng

CRC Cycle Redundent Check Kiểm tra mã dư vòng

DAB Digital Audio Broadcasting Quảng bá phát thanh số

DBPSK Differentially encoded BPSK Điều chế BPSK mã vi sai

DCC DLC Connection Control Điều khiển kết nối DLC

DLC Data-link Control Điều khiển liên kết dữ liệu

DRM Digital Radio Mondiale Đài phát thanh số

DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số

VI DSS Distribution system service Dịch vụ hệ thống phân phổi

DTH Direct to Home Dịch vụ trực tiếp tới thuê bao

DVB-C Digital Video broadcasting- cable Quảng bá truyền hình số qua cable DVB-H Digital Video Broadcasting -

Handheld

Quảng bá truyền hình số mặt đất dùng cho thiết bị di động

DVB-S Digital Video broadcasting- Satellite Quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB-T Digital Video broadcasting- terrestrial Quảng bá truyền hình số mặt đất EAP Extended Authentication Protocol Giao thức xác thực mở rộng

EDGE Enhanced data rate for global

ESS Extended Service Set Điểm dịch vụ mở rộng

ETSI European Telecommunications

Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu FCC Federal Communications Commission Hội đồng thông tin liên bang Mỹ

FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia tần số

FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FEC Forward Error correction Sửa lỗi trước

FPLMTS Future Public Mobile Telecom System Hệ thống viễn thông di động công

công tương lai FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần

FSS Fixed Satellite Services Dịch vụ vệ tinh cố định

GFSK Gaussian Frequency Shift Keying Khóa dịch tần Gaussia

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS Globle Positioning Systems Hệ thống định vị toàn cầu

GSM Global System for Mobile

Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu HDTV High definition Television Truyền hình phân giải cao

HIPERLAN HIgh PErformance Radio LAN Mạng vùng cục bộ không dây hiệu

năng cao HIPERMAN HIgh PErformance Radio MAN Mạng vùng đô thị không dây hiệu năng cao HSCSD High-Speed Circuit-Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ

cao IBOC In-band/On-channel Cùng kênh/cùng tần số

IEEE Institute of Electrical and Electronics

Broadcasting-Cable

Quảng bá số tích hợp dịch vụ -qua cáp

ISDB-S Integrated Services Digital

Broadcasting-Satellite Quảng bá số tích hợp dịch vụ vệ tinh

VII ISDB-T Integrated Services Digital

Broadcasting-terrestrial

Quảng bá số tích hợp dịch vụ mặt đất

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số liên kết đa dịch vụ

ISM Industry/Sicienfic/Medical Y tế/ Khoa học/ Công nghiệp

ITU International Telecommunication

JPEG Joint Photographic Experts Group Nhóm chuyên gia nghiên cứu ảnh

tĩnh L2CAP Logical Link Control and Adaptation

Protocol

Giao thức tương thích và điều khiển liên kết logic

LANDSAT Land Remote-Sensing Satellite Vệ tinh quan sát trái đất

LDPC Low Density Parity Check Kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp

LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết logical

LMC Link Management Control Điều khiển quản lý liên kết

LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý liên kết

LSI Large Scale Integration Tích hợp mức cao

MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập đường truyền MAN Metropolitan Area Network Mạng vùng đô thị

MBS Mobile broadband system Hệ thống băng rộng di động

MLME MAC Sublayer Management Entity Thực thế quản lý lớp con MAC MMAC-PC

Multimedia Mobile Access Communications Systems Promotion Council

Hội đồng cải tiến các hệ thống thông tin truy cập di động đa phương tiện

MMDS Multichannel multipoint distribution

MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia hình ảnh động

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động MSDU MAC Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC

MSS Mobile Subcriber Station Trạm thuê bao di động

NAI Network Access Identifier Nhận diện truy cập Mạng

NASA National Aeronautics and Space

Administration

Quản trị không gian và vũ trụ quốc gia Mỹ

NTSC National Television System

PAL Phase Alternating line Pha luân phiên theo dòng

PAN Personal Area Network Mạng vùng cá nhân

PCF Point coordination function Chức năng phối hợp điểm

PCS Personal Communication System Hệ thống truyền thông cá nhân PDA Personal Digital Assistant Thiết bị số cá nhân

PDC Personal Digital Cellular Tổ ong số cá nhân

PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ dữ liệu gói

PKM Private Key Management Quản lý khóa riêng

VIII PLCP Physical Layer Convergence Protocol Giao thức hội tụ lớp vật lý

PLMF PHY layer management entity Thực thể quản lý lớp vật lý

PMD Physical medium dependent sublayer Lớp con độc lập môi trường vật lý

PPM Pulse possition modulation Điều chế vị trí xung

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công

cộng

RGs Resource Grant messages Bản tin cấp phát tài nguyên

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

RRC Radio Resource control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

SAP Service Access Points Các điểm truy cập dịch vụ

SAR Segmentation and Reassembly Phân đoạn và lắp ghép

SDP Service Discovery Protocol Giao thức tìm kiếm dịch vụ

SDTV Standard Definition Television Truyền hình phân giải tiêu chuẩn SDU Service Data Unit Diễu dữ liệu dịch vụ

SECAM Séquentiel couleur à mémoire Màu thứ tự có nhớ

SIM Subcriber identifier Module Mođun nhận diện thuê bao

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SPI Syschronization parallel interface Giao diện song song đồng bộ

VCM Variable Coding and Modulation Điều chế và mã hóa thay đổi

VIR Vertical Interval Reference Chuẩn khoảng đứng

VSAT Very Small Aperture Terminal Thiết bị vệ tinh kích thước nhỏ

WATM Wireless Asynchronous Transfer

IX Wi-Fi Wireless Fidelity Không dây tin cậy

WiMAX World interoperability Microwave

WPAN Wireless Personal Area Network Mạng vùng cá nhân không dây

X

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VIỆT ANH

Bản tin cấp phát tài nguyên RGs Resource Grant messages

Bộ định tuyến truy cập AR Access Router

Các điểm truy cập dịch vụ SAP Service Access Points

Cấp phát tài nguyên RG Resource Grant

Chất lượng dịch vụ QoS Quality of Service

Chuẩn khoảng đứng VIR Vertical Interval Reference

Chức năng điều khiển liên kết ACF Associate Control Function

Chức năng phối hợp điểm PCF Point coordination function

Cùng kênh/cùng tần số IBOC In-band/On-channel

Đa truy cập phân chia theo mã CDMA Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo mã

băng rộng WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo thời

Đèn hình chân không CRT Cathode Ray Tube

Dịch vụ điện thoại di động cải tiến IMTS Improved Mobile Telephone Service Dịch vụ hệ thống phân phổi DSS Distribution system service

Dịch vụ không yêu cầu cấp phát UGS Unsolicited Grant Service

Dịch vụ trực tiếp tới thuê bao DTH Direct to Home

Dịch vụ vệ tinh cố định FSS Fixed Satellite Services

Dịch vụ vệ tinh quảng bá BSS Broadcast Satellite Service

Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS General Packet Radio Service

Điểm dịch vụ cơ sở BSS Basic Service Set

Điểm dịch vụ mở rộng ESS Extended Service Set

Điểm truy cập dịch vụ người dùng USAP User Service Access Point

Diễu dữ liệu dịch vụ SDU Service Data Unit

Điều chế biên độ AM Amplitude Modulation

Điều chế BPSK mã vi sai DBPSK Differentially encoded BPSK

Điều chế và mã hóa thay đổi VCM Variable Coding and Modulation

Điều chế và mã tương thích ACM Adaptive Coding and Modulation

Điều chế vị trí xung PPM Pulse possition modulation

Điều khiển kết nối DLC DCC DLC Connection Control

Điều khiển liên kết dữ liệu DLC Data-link Control

Điều khiển liên kết logical LLC Logical Link Control

Điều khiển liên kết vô tuyến RLC Radio Link Control

Điều khiển Multicast BMC Broadcast/Multicast Control

Điều khiển quản lý liên kết LMC Link Management Control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC Radio Resource control

Điều khiển truy cập đường truyền MAC Medium Access Control

XI Đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC MSDU MAC Service Data Unit

Dự án hợp tác thế hệ 3 3GPP Third Generation Partnership Project Đường dây thuê bao số DSL Digital Subcriber Line

Ghép kênh phân chia tần số trực

Giao diện nối tiếp đồng bộ SSI Syschronization Serial interface

Giao diện song song đồng bộ SPI Syschronization parallel interface

Giao thức hội tụ dữ liệu gói PDCP Packet Data Convergence Protocol

Giao thức hội tụ lớp vật lý PLCP Physical Layer Convergence Protocol Giao thức khởi tạo phiên SIP Session Initiation Protocol

Giao thức quản lý liên kết LMP Link Management Protocol

Giao thức tìm kiếm dịch vụ SDP Service Discovery Protocol

Giao thức tương thích và điều

khiển liên kết logic L2CAP

Logical Link Control and Adaptation Protocol

Giao thức xác thực mở rộng EAP Extended Authentication Protocol

Hệ thống băng rộng di động MBS Mobile broadband system

Hệ thống điện thoại di động tiên

Hệ thống định vị toàn cầu GPS Globle Positioning Systems

Hệ thống phân phối da điểm đa

Multichannel multipoint distribution System

Hệ thống thông tin di động toàn

Hệ thống truyền thông cá nhân PCS Personal Communication System

Hệ thống viễn thông di động công

công tương lai FPLMTS Future Public Mobile Telecom System

Hệ thống Viễn thông di động toàn

Institute of Electrical and Electronics Engineers

Hội đồng cải tiến các hệ thống

thông tin truy cập di động đa

Hội đồng hệ thống truyền hình

quốc gia Mỹ NTSC National Television System Committee Hội đồng thông tin liên bang Mỹ FCC Federal Communications Commission Hội đồng tư vấn vô tuyến quốc tế CCIR Consultative Committee on International

Radio Hội đồng về hệ thống truyền hình

cải biên ATSC Advanced Television System Committee Hội liên hiệp viễn thông quốc tế ITU International Telecommunication Union

XII

Khóa dịch pha nhị phân BPSK Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch tần FSK Frequency Shift Keying

Khóa dịch tần Gaussia GFSK Gaussian Frequency Shift Keying Không dây tin cậy Wi-Fi Wireless Fidelity

Không tầm nhìn thẳng NLOS Non Line of Sight

Kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp LDPC Low Density Parity Check

Kiểm tra mã dư vòng CRC Cycle Redundent Check

Lớp con độc lập môi trường vật lý PMD Physical medium dependent sublayer Lớp con hội tụ đặc thù dịch vụ SSCS Service specific convergence sublayer

Mạng điện thoại chuyển mạch

công cộng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng internet toàn cầu WWW World Wide Web

Mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN Integrated Services Digital Network Mạng tổ ong số quốc gia Mỹ USDC United States Digital Cellular

Mạng truy cập từ xa không dây BRAN Broadband Remote Access Network Mạng vòng lặp cục bộ WLL Wireless local loop

Mạng vùng cá nhân PAN Personal Area Network

Mạng vùng cá nhân không dây WPAN Wireless Personal Area Network

Mạng vùng cục bộ LAN Local Area Network

Mạng vùng cục bộ không dây WLAN Wireless Local Area Network

Mạng vùng cục bộ không dây hiệu

năng cao

HIPERLA

N HIgh PErformance Radio LAN Mạng vùng đô thị MAN Metropolitan Area Network

Mạng vùng đô thị không dây WMAN Wireless MAN

Mạng vùng đô thị không dây hiệu

năng cao

HIPERM

AN HIgh PErformance Radio MAN Màu thứ tự có nhớ SECAM Séquentiel couleur à mémoire

Mođun nhận diện thuê bao SIM Subcriber identifier Module

Nhận diện truy cập Mạng NAI Network Access Identifier

Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet IETF Internet Engineering Task Force

Nhóm chuyên gia hình ảnh động MPEG Moving Picture Experts Group

Nhóm chuyên gia nghiên cứu ảnh

Pha luân phiên theo dòng PAL Phase Alternating line

Phân đoạn và lắp ghép SAR Segmentation and Reassembly

Phương thức trực tiếp DM Direct Mode

Phương thức truyền không đồng

Phương thức truyền không đồng

bộ không dây WATM Wireless Asynchronous Transfer Mode Quản lý khóa riêng PKM Private Key Management

Quản trị không gian và vũ trụ quốc

National Aeronautics and Space Administration

Quảng bá phát thanh số DAB Digital Audio Broadcasting

Quảng bá số tích hợp dịch vụ ISDB Integrated Services Digital Broadcasting

XIII Quảng bá số tích hợp dịch vụ mặt

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ

Song công phân chia tần số FDD Frequency Division Duplex

Sửa lỗi trước FEC Forward Error correction

Tài nguyên vô tuyến RR Radio Resource

Thế hệ 1/2/3 1G/2G/3G First/Second/Third/ Generation

Thiết bị của khách hàng CPE Customer Premises Equipment

Thiết bị số cá nhân PDA Personal Digital Assistant

Thiết bị vệ tinh kích thước nhỏ VSAT Very Small Aperture Terminal

Thực thế quản lý lớp con MAC MLME MAC Sublayer Management Entity Thực thể quản lý lớp vật lý PLMF PHY layer management entity

Tích hợp mức cao LSI Large Scale Integration

Tiết kiệm công suất PS Power Saving

Tính riêng tư tương đương có dây WEP Wired equivalent privacy

Tổ chức phát thanh và truyền hình

International Radio and Television Organisation

Tổ ong số cá nhân PDC Personal Digital Cellular

Tốc độ số liệu gói tăng cường để

phát triển GSM EDGE Enhanced data rate for global evolution

Trạm thuê bao di động MSS Mobile Subcriber Station

Trung tâm chuyển mạch di động MSC Mobile Switching Center

Truy cập vi ba khả năng tương tác

toàn cầu WiMAX World interoperability Microwave Access

Truyền hình cáp CATV Community Antennae Television

Truyền hình phân giải cao HDTV High definition Television

Truyền hình phân giải tiêu chuẩn SDTV Standard Definition Television

Văn phòng dự án nghiên cứu cải

Vệ tinh quan sát trái đất LANDSA

T Land Remote-Sensing Satellite Video theo yêu cầu VoD Video on Demand

Viện tiêu chuẩn viễn thông châu ETSI European Telecommunications Standards

XIV

Xác thực, cấp quyền, thanh toán AAA Authentication, Authorization, and

Accounting

Y tế/ Khoa học/ Công nghiệp ISM Industry/Sicienfic/Medical

Yêu cầu lặp tự động ARQ Automatic Repeat Request

XV

MỞ ĐẦU

Như ta đã biết WiMAX có ưu điểm về tốc độ truyền cao và phạm vi phủ sóng rộng, do đó nó là lựa chọn số một cho các ứng dụng mạng không dây có số lượng người sử dụng lớn, cung cấp đồng thời nhiều dịch vụ khác nhau (thoại, video, Internet) trên cùng một đường truyền không dây Tuy nhiên, với các ứng dụng mạng có phạm vi vừa và nhỏ, công nghệ WiMAX không phải là một giải pháp phù hợp do giá thành thiết bị đầu cuối cao, chi phí thiết lập mạng lớn Trong các ứng dụng mạng không dây phạm vi vừa và nhỏ, công nghệ WLAN (IEEE 802.11) vẫn là một giải pháp hoàn toàn phù hợp về đặc điểm kỹ thuật cũng như chi phí sử dụng Tuy nhiên, do hạn chế về tầm phủ sóng, công nghệ WLAN truyền thống không thể đáp ứng được các ứng dụng cần

mở rộng mạng Vì vậy, trên cơ sở các yếu tố công nghệ có sẵn của công nghệ không dây chuẩn, yêu cầu đặt ra là phải xây dựng được giải pháp kết nối để tạo ra mạng có phạm vi phủ sóng cao hơn nhưng vẫn đảm bảo được tính chất của mạng Kỹ thuật mạng hình lưới không dây WMN (Wireless Mesh Network) có thể được coi là một giải pháp tốt cho vấn đề đặt ra, nhằm mở rộng phạm vi phủ sóng cho các mạng WLAN chuẩn Dựa trên các thiết bị có sẵn của WLAN cùng với một số cải tiến về cả phần cứng, phần mềm; xây dựng giao thức truyền thông mới, kỹ thuật mạng hình lưới không dây có thể cải thiện đáng kể tầm phủ sóng của mạng ban đầu

Khi mạng không dây hình lưới ra đời, các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào giao thức điều khiển MAC, giao thức định tuyến, khả năng quản lý di động và các vấn đề bảo mật nhằm tối ưu mạng Nhưng có một vấn đề thời sự mà nhà thiết kế nào cũng quan tâm, đó là thiết kế như thế nào để chi phí cài đặt mạng là ít nhất mà vẫn đảm bảo được hiệu suất của mạng

Luận văn “Mạng không dây, mở rộng LAN không dây sử dụng kỹ thuật hình lưới

và tối ưu hóa cấu hình.” nghiên cứu về hệ thống mạng không dây nói chung và tìm hiểu sâu hơn về mạng LAN không dây, áp dụng kỹ thuật hình lưới để mở rộng mạng LAN, đồng thời nghiên cứu, chắt lọc ra một số biểu thức toán học nhằm tối ưu việc thiết kế cấu hình mạng Để khẳng định sự đúng đắn của các biểu thức đã nêu, tác giả

sử dụng một số kết quả nghiên cứu về tối ưu cấu trúc mạng WLAN dạng lưới của một

số tác giả khác [5] làm minh chứng

Luận văn gồm 3 chương nội dung, phần mở đầu, phần kết luận, mục lục, và tài liệu tham khảo

Chương 1: Tổng quan về mạng không dây sẽ giới thiệu qua về mạng hệ thống

thông tin vệ tinh, hệ thống vi ba mặt đất, hệ quảng bá, các hệ thống thông tin cá nhân

và nghiên cứu chi tiết hơn về mạng LAN không dây

XVI

Chương 2: Mở rộng mạng LAN không dây bằng kỹ thuật không dây hình lưới sẽ

nghiên cứu ưu điểm mà mạng không dây hình lưới đem lại, cấu trúc mạng, các thiết bị

và giao thức được sử dụng

Chương 3 : Tối ưu cấu hình mạng không dây hình lưới: Bằng cách mô hình hóa

mạng không dây hình lưới và áp dụng kiến thức về toán học, đúc rút ra một số công thức, giúp các nhà thiết kế mạng WLAN dạng lưới tiết kiệm chi phí trong khi vẫn thỏa mãn các ràng buộc về dung lượng không đổi hoặc thay đổi hoặc có tính toán đến nhiễu, đồng thời sử dụng kết quả của một nhóm nhà khoa học để chứng minh tính đúng đắn của lý thuyết đưa ra

Tác giả luận văn này xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS TS Vương Đạo

Vy, Khoa Điện tử viễn thông - Trường Đại học công nghệ - Đại học quốc gia Hà nội, người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn này

Tác giả

XVII

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHễNG DÂY

Mặc dù có lịch sử hơn 1 thế kỷ nh-ng thông tin không dây thực sự bùng nổ trong các hệ thống thông tin chỉ trong vòng 15-20 năm lại đây Hiện tại lĩnh vực thông tin không dây là lĩnh vực phát triển nhanh nhất trong công nghệ viễn thông Các hệ thống thông tin không dây nh- là mạng điện thoại tế bào, điện thoại không dây, thông tin vệ tinh, thông tin viba, cũng nh- mạng LAN không dây đang đ-ợc sử dụng rộng rãi và trở thành một ph-ơng tiện không thể thiếu trong đời sống hằng ngày Thị tr-ờng viễn thông đang có sự chuyển hóa rõ rệt, số l-ợng ng-ời dùng không dây đang tăng tr-ởng nhanh và v-ợt số l-ợng ng-ời dùng mạng có dây trong một vài năm tới

Các mạng không dây thực sự mang lại lợi ích trong việc giảm các chi phí triển khai và bảo d-ỡng mạng trong một số tr-ờng hợp Khái niệm này liên quan đến việc triển khai, mạng không dây yêu cầu số l-ợng cáp ít hơn mạng có dây hoặc không cần phải đi dây Lợi ích của mạng không dây có thể mô tả nh- sau:

– Triển khai mạng trong tr-ờng hợp khó đi dây Trong tr-ờng hợp này vị trí đi cáp

có thể phải chạy qua sông hoặc đại d-ơng Một ví dụ khác đó là phải thực hiện đi dây trong các tòa nhà đang đ-ợc sử dụng điều đó gây sự xáo trộn, ảnh h-ởng tới hoạt động của công ty

– Trong tr-ờng hợp cấm đi dây Ví dụ nh- trong tr-ờng hợp các tòa nhà lịch sử

Cách mạng của công nghệ vệ tinh không xảy ra trong một thời gian ngắn nh-ng

đã đi theo một lộ trình phát triển nhất định Trong chiến tranh thế giới thứ II và chiến tranh lạnh đã phát triển từ công nghệ vô tuyến đo đạc từ xa, công nghệ tên lửa Nh-ng

kỷ nguyên của vệ tinh thực sự chỉ bắt đầu từ năm 1957 với việc phóng vệ tinh Sputnik bởi Liên Xô Tuy nhiên khả năng thông tin của Sputnik rất hạn chế Thế hệ vệ tinh thông tin thực sự đầu tiên đó là AT&T Telstar 1 đ-ợc phóng bởi NASA năm 1962 Vệ

- Tính linh động: Cung cấp các ứng dụng yêu cầu tính linh động, nơi mà hệ thống

cáp quang không thể triển khai

- Quảng bá: Các vệ tinh đ-a ra khả năng dễ dàng quảng bá các bản tin tới một

l-ợng lớn các trạm mặt đất Dễ dàng hơn triển khai quảng bá trên mạng có dây

- Các môi tr-ờng khắc nghiệt: Vệ tinh có thể cung cấp vùng phủ sóng cho các

vùng khó khăn trong việc triển khai và chi phí cao Ví dụ nh- cung cấp các dịch vụ

điện thoại ở Indonesia

- Triển khai nhanh: Bằng cách sử dụng các vệ tinh, một mạng có thể đ-ợc triển

khai nhanh chóng hơn so với mạng đi dây, điều này rất quan trọng trong điều kiện thảm họa và các ứng dụng quân sự

1.1.2 Cỏc đặc tớnh của thụng tin vệ tinh

Hệ thống thông tin vệ tinh có một số đặc tính nh- sau:

- Vùng phủ sóng rộng: Do độ cao của vệ tinh nên khả năng phủ sóng của vệ tinh

rất lớn trên bề mặt trái đất

- Nhiễu: C-ờng độ của tín hiệu vô tuyến càng giảm khi khoảng cách từ trạm phát

tới trạm thu tăng lên Do đó, khoảng cách giữa trạm mặt đất ES và vệ tinh càng lớn thì tín hiệu thu đ-ợc càng yếu

- Khả năng quảng bá: Nh- đã nói ở trên các vệ tinh vốn là các thiết bị quảng bá

Điều này có nghĩa là mỗi khi phát tín hiệu thì một l-ợng lớn trạm ES có thể thu đ-ợc

- Trễ truyền dẫn lớn: Do có quĩ đạo của vệ tinh rất cao nên thời gian yêu cầu cho

việc truyền dẫn từ bên phát tới bên thu lớn hơn so với các ph-ơng tiện truyền dẫn khác Trễ truyền sóng có thể từ 250ms đến 300ms

- Bảo mật: Tất cả các hệ thống thông tin không dây thì vấn đề bảo mật cũng là

một vấn đề đối với thông tin vệ tinh

- Chi phí truyền dẫn không phụ thuộc vào khoảng cách: Trong các hệ thống vệ

tinh, chi phí của dịch vụ là cố định và không phụ thuộc vào khoảng cách

XIX

1.1.3 Cỏc ứng dụng của thụng tin vệ tinh

Một số ứng dụng của thông tin vệ tinh bao gồm:

 Thoại: Các vệ tinh là một hệ thống đáp ứng cho việc liên kết các mạng điện

thoại của các n-ớc khác nhau và Châu lục Mặc dù các hệ thống đ-ờng truyền cáp cũng đang tồn tại nh-ng vệ tinh vẫn đ-ợc sử dụng phổ biến hơn

 Dịch vụ di động: Do vùng phủ sóng rộng có thể bao phủ một vùng rộng lớn các

mạng tế bào để cung cấp một sự hỗ trợ trong tr-ờng hợp quá tải mạng Khi các tế bào trong mạng quá tải thì vệ tinh có thể sử dụng một số kênh của nó để dự phòng tăng dung l-ợng cho cell

 Hệ thống bao phủ trái đất Các hệ thống vệ tinh có thể cung cấp kết nối tới

những nơi không có cả cơ sở hạ tầng viễn thông nh- là samạc, trên đại d-ơng hay những vùng không dân c-

 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS): Đây là hệ thống có khả năng xác định chính

xác vị trí của thiết bị thu GPS Để cung cấp đ-ợc dịch vụ này hệ thống phải có sự trợ giúp của nhiều vệ tinh

 Hệ thống thông tin khí t-ợng: Sử dụng vệ tinh chuyên dùng cho việc quan sát

khí t-ợng trên Trái đất, cũng th-ờng hoạt động ở trên quỹ đạo địa tĩnh (quỹ đạo tròn cách Trái đất 36.000km)

 Hệ thống theo dõi và chụp ảnh bề mặt Trái đất, Vệ tinh viễn thám phục vụ cho

việc giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi tr-ờng và thiên tai, Vệ tinh biển theo dõi các diễn biến trên mặt biển và đại d-ơng, trên vệ tinh có đặt nhiều máy đo (sensor) theo các dải sóng điện từ khác nhau, trên cơ sở đó các nhà khoa học sẽ phân tích và thu thập các tham số về nhiệt độ mặt n-ớc biển, l-ợng thực vật phù du là nguồn thức ăn cho các sinh vật biển, đặc biệt là các đàn cá… Ngày nay, nhiều vệ tinh viễn thám có thể th-ờng xuyên chụp ảnh mặt đất với độ phân giải cao d-ới 1m, ng-ời ta cũng đã xây dựng đ-ơc nhiều giải pháp toán học và các phần mềm máy tính để thiết lập đ-ợc các bản đồ địa hình chi tiết cho toàn thế giới ở các tỷ lệ khác nhau 1/50.000, 1/25.000… và cao hơn nữa Các hệ thống vệ tinh viễn thám đ-ợc sử dụng phổ biến trên thế giới hiện nay là:

Mỹ có các vệ tinh: LANDSAT-độ phân giải 15m, QUICK BIRD - độ phân giải 1m, IKONOS - độ phân giải d-ới 1m

1.1.4 Cỏc hệ thống VSAT

Việc thiết kế các trạm mặt đất ES trong các hệ thống vệ tinh khá phức tạp cả về chi phí xây dựng và bảo trì hệ thống Một sự cải tiến trong thông tin vệ tinh đó là phát triển anten có tính định h-ớng cao, chúng có thể tập trung truyền dẫn tại một số vùng

XX

nhất định của trái đất Nếu nh- tính định h-ớng của anten đ-ợc tích hợp vào vệ tinh thì các trạm mặt đất có thể thay thế bằng các anten có kích th-ớc nhỏ hơn nhằm giảm chi phí và kích th-ớc của chúng Cách tiếp cận này đ-ợc nói đến đó là hệ thống VSAT (Very Small Aperture Terminal)

- Một trạm mặt đất ES đóng vai trò Hub Trạm ES có công suất anten rất mạnh,

đ-ợc dùng để định tuyến và có các kết nối với mạng trục tốc độ cao nhằm đáp ứng nh- một gateway của mạng VSAT

- Một vệ tinh địa tĩnh trang bị anten định h-ớng Vệ tinh này đ-ợc sử dụng để kết nối các thiết bị đầu cuối VSAT tới Hub

1.2 Hệ thống vi ba mặt đất

1.2.1 Giới thiệu

Vi ba, cũng gọi là tín hiệu tần số siêu cao (SHF), có bước sóng khoảng từ 30

cm (tần số 1 GHz) đến 1 cm (tần số 30 GHz) Tuy vậy, ranh giới giữa tia hồng ngoại,

XXI

vi ba và sóng radio tần số cực cao (UHF) rất là tuỳ ý và thay đổi trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau Sự tồn tại của sóng điện từ, trong đó vi ba là một phần của phổ tần số cao, được James Clerk Maxwell dự đoán năm 1864 từ các phương trình Maxwell nổi tiếng Năm 1888, Heinrich Hertz đó chế tạo được thiết bị phát sóng radio, nhờ vậy lần đầu tiên chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ Trong viễn thông khái niệm vi ba gắn liền với hệ thống vô tuyến chuyển tiếp và đến nỗi từ vi ba thực tế đồng nghĩa với vô tuyến chuyển tiếp (thường gọi "liên lạc vi ba", "tuyến vi ba", "trạm vi ba" ) Do đó trong phần nà y chỉ đề cập đến khỏi niệm vi ba đó là vô tuyến chuyển tiếp

Thông tin vi ba là một trong 3 ph-ơng tiện thông tin phổ biến hiện nay bên cạnh thông tin vệ tinh và thông tin quang Hệ thống thông tin vi ba và thông tin vệ tinh, thông tin quang đ-ợc sử dụng cho các kết nối trục thông tin quốc gia Hệ thống viba có hai loại đó là hệ thống t-ơng tự và hệ thống số

Hiện nay hệ thống vi ba số đ-ợc dùng rộng rãi thay thế các hệ thống t-ơng tự

Do đó những khái niệm đề cập đến hệ thống vi ba sau này chủ yếu là hệ thống vi ba tín hiệu số Hệ thống vi ba số có thể đ-ợc sử dụng trong các kết nối sau:

- Các đ-ờng trung kế số nối giữa các tổng đài số

- Các đ-ờng truyền dẫn nối tổng đài chính đến các tổng đài vệ tinh

- Các đ-ờng truyền dẫn nối các thuê bao với các tổng đài chính hoặc các tổng đài

vệ tinh

- Các bộ tập trung thuê bao vô tuyến

- Các đ-ờng truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động để kết nối các máy

di động với mạng viễn thông

Hình 1.2: Mô hình của hệ thống viba số tiêu biểu

XXII

Hình 1.3 : Sơ đồ khối thiết bị thu phát viba số

Một hệ thống vi ba số bao gồm một loạt các khối xử lý tín hiệu Các khối này có thể đ-ợc phân loại theo các mục sau đây:

 Biến đổi tín hiệu t-ơng tự thành tín hiệu số

 Tập hợp các tín hiệu số từ các nguồn khác nhau thành tín hiệu băng tần gốc

 Xử lý tín hiệu băng gốc để truyền trên kênh thông tin

 Truyền tín hiệu băng gốc trên kênh thông tin

 Thu tín hiệu băng gốc từ kênh thông tin

 Xử lý tín hiệu băng gốc thu đ-ợc để phân thành các nguồn khác nhau t-ơng ứng

 Biến đổi tín hiệu số thành các tín hiệu t-ơng tự t-ơng ứng

1.2.2 Phõn loại

Phụ thuộc vào tốc độ bít của tín hiệu PCM cần truyền, các thiết bị vô tuyến phải

đ-ợc thiết kế, cấu tạo phù hợp để có khả năng truyền dẫn các tín hiệu đó Có thể phân loại nh- sau:

– Vi ba băng hẹp (tốc độ thấp): đ-ợc dùng để truyền các tín hiệu có tốc độ 2Mbit/s, 4 Mbit/s và 8 Mbit/s, t-ơng ứng với dung l-ợng kênh thoại là 30 kênh, 60 kênh và 120 kênh Tần số sóng vô tuyến (0,4 - 1,5)GHz

– Vi ba băng trung bình (tốc độ trung bình): đ-ợc dùng để truyền các tín hiệu có tốc độ từ (8-34) Mbit/s, t-ơng ứng với dung l-ợng kênh thoại là 120 đến 480 kênh Tần

số sóng vô tuyến (2 - 6)GHz

– Vi ba băng rộng (tốc độ cao): đ-ợc dùng để truyền các tín hiệu có tốc độ từ 140) Mbit/s, t-ơng ứng với dung l-ợng kênh thoại là 480 đến 1920 kênh Tần số sóng vô tuyến 4, 6, 8, 12GHz

(34-XXIII

1.2.3 Cỏc mạng Viba mặt đất

Th-ờng các mạng vi ba đ-ợc nối cùng với các trạm chuyển mạch nh- là một bộ phận của mạng trung kế quốc gia hoặc trung kế riêng, hoặc là nối các tuyến nhánh xuất phát từ trung tâm thu thập thông tin khác nhau đến trạm chính (ứng dụng trong các trung tâm chuyển mạch hoặc tổ chức các mạng Internet) Có hai mô hình kết nối chính

đó là vi ba điểm nối điểm và vi ba điểm nối đa điểm

1.2.3.1 Viba điểm nối điểm

Mạng vi ba điểm nối điểm hiện nay đ-ợc sử dụng phổ biến Trong các mạng

đ-ờng dài th-ờng dùng cáp sợi quang cùng các mạng quy mô nhỏ hơn nh- từ tỉnh đến các huyện hoặc các ngành kinh tế khác ng-ời ta th-ờng sử dụng cấu hình vi ba điểm-

điểm dung l-ợng trung bình hoặc cao nhằm thoả mãn nhu cầu của các thông tin và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu Ngoài ra, trong một số tr-ờng hợp vi ba dung l-ợng thấp

là giải pháp hấp dẫn để cung cấp trung kế cho các mạng nội hạt, mạng thông tin di

động

Hình 1.4: Mô hình của hệ thống vi ba điểm nối điểm tiêu biểu

Các dải tần trên 17Ghz đang đ-ợc sử dụng cho các đ-ờng kết nối trong khoảng cách ngắn điểm nối điểm Các thiết bị vô tuyến tin cậy cao và nhỏ gọn có khả năng hỗ trợ truyền dẫn dữ liệu băng rộng , video, dữ liệu thoại

Các ứng dụng chính đó là:

– Liên kết giữa các mạng LAN

 Liên kết giữa các mạng LAN (IEEE 802.3/Ethernet và IEEE 802.5/TokenRing) với khản năng kết nối với tốc độ 10Mbps

 Liên kết giữa các mạng LAN (Ethernet bào gồm RLAN IEEE 802.11a/b/g/HiperLAN với tốc độ lên tới 100Mbps

– Truyền video

XXIV

– Các kết nối thuê bao

– Các kết nối dữ liệu tốc độ cao hoặc các nhóm sơ cấp số từ văn phòng

đến tòa nhà ng-ời dùng

– Các ứng dụng điện thoại tế bào

– Các liên kết giữa tổng đài điện thoại tế bào và trạm BS

– Sử dụng để dự phòng khi đ-ờng quang bị đứt hoặc các mạng mặt đất bị lỗi

– Khép vòng hoặc kết nối điểm tới điểm trong các mạng truy cập SDH

 Các mạng truy cập mật độ cao, ví dụ các ứng dụng dựa trên thuê bao

1.2.3.2 Viba điểm nối nhiều điểm

Mạng vi ba này trở thành phổ biến trong một số vùng ngoại ô và nông thôn Mạng bao gồm một trạm trung tâm phát thông tin trên một an ten đẳng h-ớng phục vụ cho một số trạm ngoại vi bao quanh Nếu các trạm ngoại vi này nằm trong phạm vi (bán kính) truyền dẫn cho phép thì không cần dùng các trạm lặp, nếu khoảng cách xa hơn thì sẽ sử dụng các trạm lặp để đ-a tín hiệu đến các trạm ngoại vi Từ đây, thông tin

sẽ đ-ợc truyễn đến các thuê bao Thiết bị vi ba trạm ngoại vi có thể đặt ngoài trời, trên cột v.v mỗi trạm ngoại vi có thể đ-ợc lắp đặt thiết bị cho nhiều trung kế Khi mật độ cao có thể bổ sung thêm thiết bị; đ-ợc thiết kế để hoạt động trong các băng tần 1,5GHz -1,8GHz và 2,4GHz sử dụng một sóng mang cho hệ thống hoàn chỉnh

Hiện nay các hệ thống điểm nối đến đa điểm 19GHz đã đ-ợc chế tạo và lắp đặt

ở Châu Âu để cung cấp các dịch vụ số liệu (Kbit/s) Internet trong mạng nội hạt khoảng cách 10Km Trạm trung tâm phát tốc độ bit khoảng 8,2Mb/s và các trạm đ-ợc xác định nhờ kỹ thuật TDMA

Dải tần hoạt động của truyền thanh AM nh- sau:

– Sóng dài dải từ 153-297 khz, độ rộng kênh là 9khz Sóng dài đ-ợc sử dụng cho truyền thanh tại Châu Âu, Chân Phi, Châu Đại Duơng và một phần Châu á (ITU vùng 1 và vùng 3) ở Mỹ và Canada, khu vực này chủ yếu dự phòng cho ngành hàng không

– Sóng trung với dải tần 520-1,710 khz với độ rộng kênh là 10khz hoặc cũng có thể là 9khz Dải tần này đ-ợc dùng trong quảng bá th-ơng mại Đây là dải tần thân thuộc với mọi ng-ời và các gia đình và đ-ợc biết đến là phát thanh AM

– Sóng ngắn có dải từ 2,300-26,100 khz và đ-ợc chia thành 15 dải quảng bá Độ rộng kênh là 5KHz Sóng ngắn đ-ợc sử dụng bởi các dịch vụ vô tuyến tập trung chủ yếu cho khoảng cách trạm truyền dẫn lớn AM đ-ợc sử dụng chủ yếu bởi các dịch

vụ quảng bá Các tần số giữa các dải quảng bá đuợc dùng trong các dịch vụ khác nh- là giám sát trẻ, điện thoại không dây, điều khiển radio

Việc phân bổ tần số của các dải tần đ-ợc quản lý bởi ITU's Radio Regulation và

ủy ban quản lý viễn thông của từng quốc gia Hạn chế của truyền thanh AM là bị ảnh

Cái tên FM bắt nguồn là có thể phát FM trên nhiều tần số Tất cả các dải đều tập trung ở băng VHF từ 30Mhz- 300Mhz Tuy nhiên FM th-ờng đ-ợc hiểu nh- là truyền thanh âm nhạc FM

Khắp nơi trên thế giới, dải tần phát thanh FM từ 87.5 -108 Mhz (ở Mỹ từ 107.9, trong khi ở Trung quốc dải từ 92-108Mhz) Nhật Bản là một ngoại lệ khi sử dụng băng từ 76-90Mhz với độ rộng kênh 0.1Mhz Tại các n-ớc Liên Xô cũ thì sử dụng băng từ 65.9-74Mhz Các tần số ấn định là bội số của 30KHz

87.9-1.3.1.3 Phỏt thanh số

Phát thanh số là một công nghệ phát thanh nằm trong ch-ơng trình số hóa đ-ợc thiết kế vào những năm 1980 Mục tiêu ban đầu là chuyển đổi thành các hệ thống số nhằm tăng c-ờng độ tin cậy, tối thiểu nhiễu, các dịch vụ di động, và các dịch vụ mới

Hệ thống phát thanh kỹ thuật số (DBA), quá trình nén đ-ợc thực hiện với việc khai thác các đặc điểm của cơ quan thính giác của con ng-ời Một âm thanh lớn tại một tần

số có thể che lấp những âm thanh nhỏ hơn ở cùng tần số đó Bằng việc lựa chọn thông

số một cách thích hợp, ng-ời ta có thể che lấp đ-ợc các nhiễu sinh ra trong quá trình số hoá Hơn nữa, những tín hiệu d-ới mức l-ợng tử thấp nhất đ-ợc loại bỏ vì chúng mức

độ ảnh h-ởng của nó gây ra là không đáng kể

DAB tạo ra tín hiệu âm thanh chất l-ợng cao tại dải tần 20 KHz với tốc độ truyền dữ liệu chỉ 128 kbs/ giây Tốc độ này chỉ bằng 1/6 tốc độ truyền của hệ thống NICAM t-ơng ứng là 728 kbs/ giây Truyền thanh số cho phép truyền âm thanh chất l-ợng cao (t-ơng đ-ơng với CD) đến các máy thu cố định, xách tay, di động Chất l-ợng của dịch vụ này chắc chắn cao hơn nhiều so với truyền thanh AM và FM hiện nay nh-ng phổ đòi hỏi lại ít hơn rất nhiều Tuy vậy những ng-ời sử dụng cần mua các máy radio số mới để có thể phát huy hết các dịch vụ

Có 2 tiêu chuẩn hiện nay thông dụng cho hệ thống phát thanh số là: chuẩn EUREKA-147 và chuẩn IBOC (In-band/On-channel) cả hai chuẩn trên đều sử dụng ph-ơng pháp nén MPEG

XXVII

Chuẩn EUREKA-147 đ-ợc châu Âu đề xuất, ý t-ởng của chuẩn này nh- sau: Tín hiệu âm thanh từ các kênh khác nhau đ-ợc xen kẽ trên dải tần 1,5MHz hoặc hơn sử dụng kỹ thuật đa sóng mang, mỗi sóng mang đ-ợc điều chế theo 1 phần của tín hiệu tổng thể Sử dụng ph-ơng pháp này cho phép tránh đ-ợc nhiễu giao thoa do truyền đa

đ-ờng vì thông tin đ-ợc trải trên 1 dải tần số rộng Hệ thống EUREKA-147 là một hệ thống băng rộng rất hiệu quả, nó có thể hiệu quả hơn hệ thống FM khoảng từ 10-100 lần

1.3.2 Hệ thống truyền hỡnh và truyền số liệu

Hệ thống truyền hình đầu tiên đ-ợc thử nghiệm vào giữa những năm 1930 bằng ph-ơng pháp cơ học, sau đó là ph-ơng pháp quét điện tử Năm 1941 Mỹ nghiên cứu

hệ truyền hình 525 dòng Sau đại chiến lần thứ 2, Anh tiếp tục phát sóng truyền hình

đen trắng hệ 405 dòng, còn Pháp dùng hệ 441 dòng Năm 1948 pháp sử dụng hệ 819 dòng và cuối cùng Châu Âu thống nhất sử dụng hệ 625 dòng

- Hệ truyền hình màu NTSC Mỹ có từ năm 1953 (525/60hz)

- Hệ truyền hình màu SECAM (Pháp) có từ 1956 (625/50Hz)

- Hệ truyền hình màu PAL (Đức) có từ năm 1962 (625/50hz)

XXVIII

Các hệ truyền hình màu NTSC, PAL, SECAM đ-ợc phát sóng với nhiều tiêu chuẩn khác nhau là đ-ợc gọi chung d-ới tên là truyền hình tiêu chuẩn SDTV Cuối thập niên 70 xuất hiện các hệ truyền hình có độ phân giải cao trên 1000 dòng với tỉ lệ khuôn hình 16:9 (thay vì 4:3 nh- truyền hình tiêu chuẩn) Đó là các hệ truyền hình có

độ phân giải cao HDTV

Có hai chuẩn truyền hình số phổ biến hiện nay đó là DVB của châu Âu và ISDB của Nhật Đây là hai chuẩn có đặc tr-ng truyền dẫn tín hiệu video số có nén MPEG-2 qua cáp, vệ tinh và phát sóng trên mặt đất DVB đ-ợc đề xuất năm 1993 bởi EBU bao gồm các thành phần chính đó là DVB-S, DVB-T, DVB-C Chuẩn ISDB đ-ợc đề xuất

đầu tiên vào năm 1997 gồm có 3 thành phần chính đó là ISDB-T, ISDB-S, ISDB-C Các chuẩn này sẽ đ-ợc trình bày chi tiết ở phần sau

1.3.2.1 Truyền hỡnh đen trắng

Truyền hình đen trắng đ-ợc hoàn tất vào năm 1954 với sự ra đời của ống thu hình Vidicon dựa trên đặc tính quang điện trở của chất bán dẫn ảnh đen trắng của một cảnh t-ợng về cơ bản là sự biểu thị c-ờng độ ánh sáng theo một hàm của thời gian, bởi vậy có thể sử dụng một số ph-ơng pháp mã hóa các tọa độ x và y gắn với c-ờng độ ánh sáng từ một điểm đơn trong cảnh t-ợng Trong truyền hình quảng bá thực hiện điều này bằng cách quét dòng để truyền đi từng điểm sáng một từ trái sang phải và từ trên xuống d-ới Toàn bộ hình ảnh đ-ợc quét tr-ớc khi bất kỳ vật thể nào trong hình ảnh di chuyển đáng kể Do đó các ảnh chuyển động có thể đ-ợc truyền đi bằng cách gửi chuỗi các ảnh tĩnh và nó có tác dụng giống nh- một bức ảnh chuyển động Khi hình ảnh đ-ợc quét, c-ờng độ sáng của nó đ-ợc biểu thị bằng biên độ của tín hiệu hình Một xung

đồng bộ đ-ợc chèn vào cuối một dòng quét bằng chuyển mạch điện tử để báo cho máy thu TV nhận biết bắt đầu một dòng quét khác

Với mục đích minh họa, một tam giác màu đen đ-ợc đặt vào phần bên trái của cảnh t-ợng, các con số đ-ợc dùng để ký hiệu các thời điểm t-ơng ứng của dạng sóng với vị trí của điểm đang đ-ợc quét trong hình ảnh vào lúc đó Tín hiệu hỗn hợp thực ra

là một tín hiệu lai gồm có một dạng sóng xung trong khoảng đồng bộ và một dạng sóng t-ơng tự trong khoảng hình Có thể quan sát theo dõi chất l-ợng hình bằng cách nhìn vào màn hiển thị của một thiết bị giám sát dạng sóng

1.3.2.2 Truyền hỡnh màu

Tất cả các nguyên tắc truyền hình đen trắng đều đ-ợc kế thừa cho truyền hình màu Điểm khác biệt giữa truyền hình màu và truyền hình đen trắng chủ yếu nh- sau: thay vì chỉ quan tâm tới c-ờng độ sáng tối của từng điểm trên cảnh t-ợng thì bây giờ truyền hình màu phải quan tâm tới tính chất màu sắc của từng điểm một trên cảnh Tính chất của điểm màu sẽ đ-ợc xác định nếu nh- biết đ-ợc tỷ lệ pha trộn ba màu cơ bản gồm : R, G, B để tạo thành màu sắc

XXIX

Để có tin tức về sáng tối của từng điểm, trong truyền hình màu dùng ống đèn hình màu (CRT) có ba kiểu phôt-pho: phát ánh sáng màu đỏ, phát ánh sáng màu xanh lá cây và phát ánh sáng màu xanh lơ khi các tia điện tủ đập vào chúng Do đó cần phải

có các tín hiệu hình mR(t), mG(t), mB(t) t-ơng ứng để điều khiển các mạch điện tạo ra các ánh sáng đỏ, xanh lá cây, xanh lơ

Hiện nay trên thế giới đang sử dụng 3 hệ truyền hình màu đó là hệ NTSC, hệ SECAM, hệ PAL

 Hệ NTSC (National Television System Commitee) ra đời tại Mỹ, chính thức phát sóng năm 1954 trên kênh sóng FCC (4,5Hz) Một số đặc điểm của NTSC nh- sau:

– Truyền đồng thời hai tín hiệu sắc (chrominance) EI và EQ

– Điều biên nén vuông góc (Quadrature AM Suppress) tín hiệu EI và EQ vào sóng mang con fsc = 3,58 Mhz

– Tín hiệu màu NTSC có chứa tổng cộng 7 tin tức: 4 tin tức có sẵn ở truyền hình

đen trắng (EY), hai tín hiệu sắc (EI và EQ) và tín hiệu lóe màu

– Tin tức thứ 7 (lóe màu) là tin tức về pha góc của từng sóng mang con cần thiết phải truyền đi để tách sóng điều biên có nén

 Hệ SECAM (Sequentiel Couleur A Memoire: Màu lần l-ợt có nhớ) xuất xứ tại Pháp, chính thức phát sóng năm 1965 trên kênh sóng OIRT (6.5Mhz) và đ-ợc thực hiện theo ph-ơng pháp sau:

– Truyền lần l-ợt từng dòng một hai tín hiệu sắc DR và DB Cứ một dòng truyền

đi DR, tiếp theo đó dòng DB rồi lại DR, DB tuần tự

– Điều tần DR và DB vào hai sóng mang con riêng fscR= 4,40625 Mhz và

fscB=4,2500 Mhz Khoảng tần số chứa tin tức của DR và DB là từ 4,02 Mhz đên 4,68Mhz

– Tín hiệu màu SECAM có 8 tin tức: 4 tin tức có sẵn của tín hiệu đen trắng, tin tức thứ 5 vào thứ 6 là fmR và fmB chỉ xuất hiện tín hiệu nọ hoặc tín hiệu kia tại mỗi thời điểm Tin tức thứ 7 (nhận dạng dọc) và tin tức thứ 8 (nhận dạng ngang) chỉ đ-ợc sử dụng một trong hai tại máy thu Tin tức thứ 8, lóe màu là tin tức nhận dạng ngang hay còn gọi là nhận dạng dòng

 Hệ PAL (Phase Alternative Line: Pha thay đổi từng dòng) ra đời tại Tây Đức, chính thức phát sóng năm 1966 trên kênh sóng OIRT( 5,5 Mhz) và đ-ợc thực hiện theo ph-ơng thức:

– Truyền vừa đồng thời vừa lần l-ợt hai tín hiệu sắc u và v Đồng thời vì dòng nào cũng có cả u lẫn v đ-ợc truyền đi Lần l-ợt vì tín hiệu sắc bị đảo pha lần l-ợt từng dòng một

XXX

– Điều biên nén vuông góc tín hiệu sắc u và v vào sóng mang con đ-ợc chọn là bội số lẻ của fh/2 Tần số đ-ợc chọn là fsc = 4,43 Mhz

– Máy thu tự động hiệu chỉnh về pha của tín hiệu sắc (nếu có sai pha) bằng cách

đem nhập chung cả hai tín hiệu sắc của dòng bên trên xuống dùng chung với hai tín hiệu sắc của dòng bên d-ới

– Tín hiệu màu PAL có tổng cộng 7 tin tức: 4 tin tức là của tín hiệu đen trắng, hai tín hiệu sắc u,v và tín hiệu lóe màu Riêng tín hiệu v và lóe màu là hai tin tức kép (v) và (1350)

– Tin tức lóe màu có pha lần l-ợt là +1350 và -1350 cho mỗi dòng đ-ợc dùng vừa để nhận dạng vừa để tách sóng điều biên nén

1.3.2.3 Truyền hỡnh số

Truyền hình số sử dụng xử lý số và nén để truyền dẫn và phát sóng lần l-ợt nhiều ch-ơng tình truyền hình hoặc 1 ch-ơng trình với chất l-ợng hình ảnh cao Chất l-ợng của tín hiệu thu gần t-ơng đ-ơng với đầu vào máy phát hình Hệ thống truyền hình số của Mỹ là ATSC, của châu Âu là DVB, của Nhật là ISDB-T ý định thống nhất một tiêu chuẩn truyền hình số độ phân giải cao có từ năm 1982 CCIR chủ tr-ơng b-ớc

1 thống nhất tiêu chuẩn sản xuất, b-ớc 2 đó là tiêu chuẩn truyền dẫn phát sóng Tuy nhiên có nhiều yếu tố đối lập nhau

- Châu Âu sử dụng tốc độ mành là 50Hz, Châu Mỹ và Nhật lại sử dụng 59.94Hz (60hz)

- Việc nghiên cứu và phát triển tập trung vào truyền dẫn phát sóng và các tiêu chuẩn sản xuất

- Tiêu chuẩn sản xuất và truyền dẫn phát sóng ch-a đ-ợc nhất quán

1.4 Cỏc hệ thống thụng tin cỏ nhõn (Personal Communication Networks)

1.4.1 Hệ thống thụng tin di động

1.4.1.1 Điện thoại di động đầu tiờn

Năm 1946, hệ thống điện thoại di động công cộng đầu tiên ra đời và đ-ợc biết với các tên MTS, đ-ợc đ-a ra ở 25 thành phố của n-ớc Mỹ Do giới hạn của công nghệ

mà các thiết bị thu của MTS rất lớn và chỉ có thể di chuyển bằng xe ô tô Do đó nó chỉ

đ-ợc sử dụng cho điện thoại di động trên ô tô MTS là hệ thống t-ơng tự, có nghĩa là

nó xử lý thông tin thoại qua tín hiệu sóng liên tục

1.4.1.2 Điện thoại tế bào tương tự

Hệ thống điện thoại di động cải tiến IMTS đ-ợc đ-a vào hoạt động vào những năm 1960 IMTS sử dụng chuyển mạch cuộc gọi tự động và hỗ trợ Full-duplex IMTS

XXXI

sử dụng phổ không hiệu quả, do đó cung cấp dung l-ợng rất nhỏ Hơn nữa, thực tế công suất của BS lớn gây ra nhiễu lân cận Giải pháp cho vấn đề này đ-ợc tìm ra trong khoảng thời gian từ 1950 đến 1960 bởi phòng thí nghiệm AT&T, đ-a ra khái niệm tế bào, đã đem đến một của cách mạng trong điện thoại di động một vài thập kỹ sau đó

Đề xuất ban đầu đ-ợc đ-a ra năm 1947 bởi D.H Ring, khái niệm tế bào thay thế

BS có độ phủ sóng rộng bằng một số trạm có độ phủ sóng hẹp Vùng phủ sóng của mỗi

BS đ-ợc gọi là "cell" Do đó vùng hoạt động của hệ thống đ-ợc chia thành những vùng lân cận, và không có sự chồng chéo giữa các cell Phổ ban đầu đ-ợc phân chia thành các kênh và mỗi cell sử dụng một số kênh của nó Cell lân cận sử dụng một tập kênh khác nhằm tránh nhiễu và một tập các kênh đ-ợc sử dụng lại ở một cell khác Khái niệm này đ-ợc biết đến với thuật ngữ là sử dụng lại tần số và cho phép một kênh nhất

định đ-ợc dùng lại ở nhiều cell nhằm tăng hiệu quả sử dụng phổ Mỗi BS đ-ợc kết nối bằng dây tới một thiết bị có tên là MSC (Mobile Switching Center) Các MSC đ-ợc kết nối với nhau qua dây một cách trực tiếp với MSC mức 2 Các MSC mức 2 có thể đ-ợc liên kết với MSC mức 3 Các MSC cũng có nhiệm vụ ấn định các kênh có các cell khác nhau

Thế hệ điện thoại tế bào đầu tiên (1G) đ-ợc thiết kế sau năm 1960 và chúng

đ-ợc phát triển vào đầu những năm 1980 Các hệ thống này có thể là hậu duệ của các

hệ thống MTS/IMTS do chúng cũng là hệ thống t-ơng tự Dịch vụ đầu tiên là hệ thống

tế bào t-ơng tự hoạt động một cách đầy đủ đ-ợc triển khai ở Chicago năm 1978 Hệ thống điện thoại t-ơng tự th-ơng mại đầu tiên là ở Mỹ và đ-ợc biết đến với cái tên là AMPS (Advanced Mobile Phone System) đ-a ra năm 1982 và chỉ cung cấp dịch vụ thoại Các hệ thống t-ơng tự đ-ợc sử dụng ở các n-ớc khác nh- hệ thống TACS đ-ợc dùng ở Anh, Italia, áo, Irelan, MCS-L1 ở Nhật, NMT (Nordic Mobile Telephone) đ-ợc

sử dụng ở một vài n-ớc

1.4.1.3 Điện thoại tế bào số

Hệ thống tế bào t-ơng tự là b-ớc đầu tiên của công nghiệp điện thoại di động Mặc dù hệ thống này đã có những thành công ban đầu nh-ng nó có nhiều hạn chế làm giới hạn khả năng của nó Những nh-ợc điểm đ-ợc giảm bớt bởi các hệ thống tế bào thế hệ thứ 2 Điều này đ-ợc thực hiện thông qua việc chuyển đổi tín hiệu t-ơng tự thành tín hiệu số và sử dụng các công cụ điều chế Tại đầu thu thủ tục ng-ợc lại đ-ợc thực hiện

So với hệ thống t-ơng tự, hệ thống số có những -u điểm sau:

– L-u l-ợng đ-ợc số hóa có thể dễ dàng đ-ợc mã hóa nhằm cung cấp tính riêng t- và bảo mật

XXXII

– Dữ liệu t-ơng tự đại diện là thế hệ 1G dễ bị ảnh h-ởng của nhiễu làm cho chất l-ợng cuộc gọi thoại bị thay đổi ở các hệ thống số nhờ có khả năng sửa lỗi nên cải thiện đ-ợc chất l-ợng cuộc gọi

– Hệ thống t-ơng tự, sóng mang RF đ-ợc cấp trực tiếp cho từng ng-ời dùng Còn hệ thống số thì mỗi sóng mang RF đ-ợc chia sẽ bởi một hoặc nhiều ng-ời dùng bởi nó sử dụng các khe thời gian hay mã khác nhau cho từng ng-ời dùng

1.4.1.4 Điện thoại khụng dõy

Điện thoại không dây xuất hiện lần đầu tiên năm 1970 và từ đó đến nay đã có một số phát triển nhất định Đầu tiên đ-ợc thiết kế để cung cấp tính di động trong khoảng hẹp, nh- trong nhà hoặc trong văn phòng Điện thoại không dây bao gồm thiết

bị cầm tay, có nhiệm vụ thông tin với một BS đ-ợc kết nối với mạng PSTN Do đó mục tiêu của điện thoại không dây đó là thay thế kết nối bằng dây bằng kết nói không dây ở thiết bị cầm tay Điện thoại không dây đầu tiên là t-ơng tự Trong thực tế chất l-ợng cuộc gọi rất thấp nguyên nhân do nhiễu Do đó nó đ-ợc phát triển lên thành điện thoại không dây số cung cấp một chất l-ợng tốt hơn t-ơng đ-ơng với có dây

1.4.1.5 Hệ thống điện thoại thế hệ thứ 3 và thế hệ tương lai

Mặc đã có những thành công to lớn nh-ng hệ thống 2G đang có những hạn chế về tốc độ dữ liệu Trong khi thực tế này đang không chỉ là yếu tố giới hạn chất l-ợng thoại

mà còn có nhiều hạn chế đối với các yêu cầu ngày càng tăng của các ứng dụng dữ liệu

di động trong t-ơng lai Trong nh-ng năm tới, con ng-ời sẽ có nhu cầu sử dụng đầu cuối di dộng cho các dịch vụ khác nhau từ dịch vụ đơn giản nh- thoại đến các ứng dụng nh- web, emai, hội nghị truyền hình, các ứng dụng thời gian thực Để mô tả những hạn chế cuả hệ thống 2G đó là yêu cầu truyền một file kích th-ớc 2M, hệ thống 2G truyền trong 28 phút với tốc độ 9.6 kbps Do đó các dịch vụ t-ơng lai không thể

đ-ợc phục vụ bởi hệ thống 2G

Nhằm cung cấp một sự hỗ trợ hiệu quả đối với các dịch vụ, chuẩn 3G đ-ợc đề xuất năm 1992 bởi ITU Kết quả của việc chuẩn hóa d-ới tên là IMT -2000 (International Mobile Telecommunication 2000), bao gồm một số chuẩn 3G khác nhau

và những chuẩn này nh- sau:

- CDMA2000, t-ơng thích đầy đủ với IS-95 hỗ trợ tốc độ tới 2Mbps

- WCDMA, một hệ thống dựa trên CDMA đề xuất cấu trúc kênh rộng 5Mhz và

có khả năng đ-a ra tốc độ lên tới 2Mbps

- CDMA TDD

- UWC-136

- FDMA/TDMA

XXXIII

1.4.2 Hệ thụng tin cỏ nhõn thoại và số liệu

Tập hợp các chuẩn của điện thoại tế bào mục đích là cung cấp việc truyền dẫn thông tin thoại Và hệ thống dữ liệu không dây đ-ợc dùng để truyền các thông tin là dữ liệu, và ban đầu chúng đã là hệ thống số Các hệ thống này đ-ợc đặc tr-ng bởi truyền dẫn tốc độ đỉnh Hệ thống dữ liệu không dây đầu tiên đ-ợc phát triển năm 1971 tại tr-ờng đại học Hawai d-ới dự án có tên là ALOHANET ý t-ởng của dự án đó là truyền thông tin hai chiều giữa các máy tính ở 4 hòn đảo xung quanh một máy tính trung tâm đ-ợc đặt trên đảo Oahu mà không dùng bất kỳ kết nối bằng dây nào

1.4.2.1 Hệ thống số liệu diện rộng

Hệ thống này đ-a ra tốc độ thấp hỗ trợ các dịch vụ nh- tin nhắn, email và tìm kiếm Các hệ thống tìm kiếm là hệ thống hoạt động trong cell và 1 chiều đ-a ra tốc độ thấp với kết nối từ BS tới thuê bao Đầu tiên hệ thống tìm kiếm phát một bit thông tin

để thông báo với thuê bao rằng có một ai đó đang muốn kết nối với họ, Sau đó tin nhắn tìm kiếm tăng lên và truyền tin nhắn nhỏ tới ng-ời dùng nh- là số điện thoại ng-ời

đang gọi hoặc một tin nhắn ký tự nhỏ Hệ thống tìm kiếm hoạt động ở chế độ quảng bá

ở các BS hoặc mặt đất hay vệ tinh Ngoài ra các còn có các hệ thống khác nh- là Mobitex, Ardis, Multicellular Data Network

1.4.2.2 Hệ thống mạng LAN khụng dõy

WLAN đ-ợc dùng để cung cấp kết nối dữ liệu tốc độ cao trong một vùng giới hạn nh- là một tòa nhà, một khuôn viên WLAN đ-ợc đề xuất vào giữa những năm

1980 bởi FCC và đã quyết định sử dụng băng tần ISM Tuy nhiên do ảnh h-ởng của nhiễu nên FCC giới hạn công suất trên mỗi đơn vị băng thông cho các hệ thống sử dụng băng ISM

Năm 1990, tổ chức IEEE thành lập một ủy ban phát triển chuẩn cho không dây LAN, hoạt động ở 1 và 2Mbps Do nhiều nguyên nhân nh-ng nguyên nhân quan trọng vẫn có nhiều sản phẩm LAN khác nhau đang tồn tại trên thị tr-ờng đ-ợc sản xuất từ các nhà sản xuất khác nhau, chuẩn đầu tiên đ-ợc đ-a ra 7 năm sau tức là năm 1997

Năm 1997 hệ thống IEEE 802.11 đ-ợc chấp nhận, cho phép hệ thống truyền dữ liệu ở tốc độ 1Mbps và 2Mbps Cuối năm 1999 chuẩn này đ-ợc mở rộng nhằm phá vỡ giới hạn 10Mbps Do đó chuẩn IEEE 802.11b đã ra đời cho phép truyền dữ liệu với tốc

độ từ 5.5 Mbps và 11 Mbps Song song với hoạt động này, nhóm 2 đã làm việc với chuẩn hoạt động ở dải tần 5 Ghz Chuẩn này đ-ợc gọi là chuẩn 802.11a cho phép làm việc với nhiều tốc độ khác nhau nh- 6, 12 và 24Mbps và định nghĩa 9, 18, 36, 54Mbps nh- là các tùy chọn

XXXIV

Hiện tại chuẩn 802.11g đ-ợc xem xét nâng cao tốc độ cho chuẩn 802.11b và sẽ cung cấp tốc độ tải có khả năng duy trì ở 20Mbps Cuối cùng các chuẩn chính nhằm thiết lập họat động cho IEEE 802.11 bao gồm 802.11e ( nâng cao chất l-ợng dịch vụ)

và 802.11i (nâng cao tính bảo mật) đi kèm với 802.11g

Ngoài ra có một chuẩn WLAN khác đó là HIPERLAN đ-ợc phát triển bởi nhóm RES10 (ETSI) nh- là một chuẩn Châu Âu cho mạng WLAN tốc độ cao và chuẩn MMAC-PC đại diện hội đồng cải tiến hệ thống thông tin truy cập đa ph-ơng tiện (Multimedia Mobile Access Communication Systems Promotion Council) Mục đích chính của hệ thống MMAC là cung cấp sự truyền dẫn tốc độ thông tin đa ph-ơng tiện với tốc độ và chất l-ợng rất cao tại bất kỳ nơi nào và bất khi thời gian nào với các kết nối trong suốt tới các mạng cáp quang

1.4.2.3 ATM khụng dõy

Năm 1996 diễn đàn ATM thành lập nhóm nghiên cứu về ATM không dây (WATM) với mục tiêu tập hợp những -u điểm về khả năng di động của các mạng không dây với việc ghép kênh mềm dẻo và đảm bảo chất l-ợng QoS bởi mạng ATM truyền thống Mới đây đặc tính này đ-ợc yêu cầu hỗ trợ các ứng dụng đa ph-ơng tiện trong môi tr-ờng không dây mà không đ-ợc hỗ trợ trong các mạng LAN truyền thống

1.4.2.4 Mạng PAN

PAN là một mảng nhỏ của LAN và ứng dụng mục tiêu đó là thông tin trong khoảng cách ngắn (vài mét) Nghiên cứu đầu tiên về PAN đ-ợc đ-a ra năm 1996 Tuy nhiên chuẩn đầu tiên đ-ợc định nghĩa về PAN là trong dự án năm 1994 của Ericson với mục tiêu chính là tìm một giải pháp để thông tin không dây giữa điện thoại di dộng và các thiết bị cầm tay khác Dự án này có tên là Bluetooth và hiện tại là chuẩn công nghiệp mở đ-ợc trên 100 công ty sử dụng và các sản phẩm tích hợp chuẩn bluetooth

đang xuất hiện trên thị tr-ờng

Một dự án khác về PAN đó là HomeRF, phiên bản mới nhất là năm 2001 Phiên bản này đ-a ra tốc độ kết nối thoại 32kbps là tốc độ kết nối dự liệu là 10Mbps HomeRF hoạt động ở dải tần 2.4 Ghz và hỗ trợ khoảng cách tối đa 50m Tuy nhiên Bluetooth có vẻ nh- phổ biến hơn HomeRF trên thị tr-ờng

Năm 1999, IEEE cũng tham gia vào chuẩn hóa PAN với chuẩn 802.15 Do thực

tế Bluetooth và HomeRF phát triển tr-ớc so với IEEE nên mục tiêu của 802.15 là đ-a

ra một dự án về chuẩn liên kết mở

XXXV

1.4.2.5 Cỏc kết nối khụng dõy cố định

Khác với các hệ thống không dây đã mô tả từ đầu tới giờ, các hệ thống không dây cố định không có khả năng di động Các hệ thống này điển hình sử dụng để cung cấp các kết nối tốc độ cao trong vùng local loop Đây là liên kết đ-ợc dùng để kết nối ng-ời dùng tới mạng trục nh- là internet Do đó các liên kết không dây cố định đang phải cạnh tranh với các công nghệ khác nh- là cáp quang, đ-ờng dây thuê bao số DSL

Các hệ thống không dây cố định hỗ trợ cả kết nối điểm điểm hoặc điểm- đa

điểm Hầu hết các hệ thống không dây cố định hiện tại đ-ợc mô tả sau đây th-ờng có tốc độ truy cập internet tốc độ cao

- ISM-band system: Hệ thống này sử dụng băng ISM tần số 2.4 Ghz Hệ thống này

đ-ợc dùng phổ biển trong bán kính 8km Khả năng truyền tốc độ tối đa là 11Mbps

- MMDS hệ thống phân phối đa kênh đa điểm th-ờng dùng cho các hệ thống truyền hình t-ơng tự Dải tần của hệ thống này từ 2.1 -2.7 Ghz với bán kính phục vụ lên tới 45km Tốc độ tối đa là 36Mbps và đ-ợc chia sẽ bởi các ng-ời dùng trong cell

LMDS: th-ờng dùng tần số cao (cỡ 30Ghz) và bán kính cell hẹp hơn cỡ 1-2 km Tốc độ tối đa 155 Mbps

1.5 Giới thiệu tổng quan về mạng LAN khụng dõy

1.5.1 Giới thiệu chung về mạng LAN khụng dõy

1.5.1.1 Giới thiệu

Mạng LAN khụng dõy viết tắt tiếng anh là WLAN (Wireless Local Area Network) được hiểu một cỏch đơn giản là mạng LAN với truyền dẫn giữa cỏc nỳt mạng khụng sử dụng dõy dẫn, mụi trường truyền giữa cỏc nỳt là súng điện từ hoặc súng ỏnh sỏng

Do khụng sử dụng dõy dẫn nờn mạng LAN đó mang lại những thuận lợi đỏng kể như:

- Khụng phải khoan tường, bấm và đi dõy

- Cỏc nỳt mạng khụng cần đặt tại những vị trớ cố định

- Cụng suất và tốc độ cú thể chấp nhận được

- Là giải phỏp rẻ hơn mạng LAN truyền thống trong nhiều trường hợp

XXXVI

Tuy nhiên việc tách rời mạng WLAN ra khỏi mạng LAN truyền thống và các mạng hữu tuyến khác là không thể trong tình hình hiện nay và mạng không dây không phải là không dây từ đầu cuối đến đầu cuối, nó vẫn phải nối tới mạng hữu tuyến truyền thống, nơi mà có các máy chủ cung cấp dữ liệu và dịch vụ mạng và nối tới các mạng LAN có dây khác vẫn đang tồn tại cho nhu cầu trao đổi thông tin Bên cạnh đó các thiết bị phục vụ kết nối không dây phải được cấp nguồn

Thế hệ thiết bị WLAN đầu tiên có tốc độ thấp và chưa được chuẩn hoá nên không phổ dụng Ngày nay chúng đã được chuẩn hoá và chạy được ở những tốc độ truyền dẫn chấp nhận được Trên thực tế chuẩn không dây được sử dụng đầu tiên là 802.11 có tốc độ thấp từ 1-2Mbps Mặc dù với những khiếm khuyết đó nhưng do lợi ích mà nó mang lại nên thời kỳ đầu các sản phẩm không dây đã tìm được chỗ đứng trên thị trường

Trong thời kỳ đầu đã có những ứng dụng như dùng thiết bị cầm tay cho việc kiểm kê đánh giá thu thập dữ liệu cho hàng hoá vào kho, mộn hơn các bện viện đã đưa công nghệ không dây vào để thu thập chuyển tin về bệnh nhân Tiếp nữa, khi các máy tính được phổ dụng trong các trường học và công sở, mạng không dây đã được lắp đặt

để tránh đi dây mạng ở những nơi mà việc lắp đặt dây dẫn gặp khó khăn hay bất lợi Ngày nay với sự toàn cầu hoá, mạng Internet quốc tế đã trở nên phổ biến, việc sử dụng một điểm truy cập (Access Point) để kết nối giữa mạng không dây và hữu tuyến

đã được nhiều tổ chức biết đến Việc truy cập Internet ở mọi thời điểm, ở mọi nơi, từ trong nhà, ngoài vườn hay ở các nơi công cộng hay trong cơ quan, xí nghiệp, trường học đã tạo nên những tiện lợi lớn cho người sử dụng

Cùng với giá các sản phẩm phần cứng của mạng đã trở nên rẻ hơn, WLAN được các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế IEEE và hiệp hội Wi-fi (Wireless Fidelity) chuẩn hoá với các chuẩn ngày càng có nhiều ưu điểm Tương tự như chuẩn 802.3 cho phép truyền dữ liệu qua cáp xoắn và cáp đồng trục, các chuẩn 802.11 cho phép truyền dữ liệu qua môi trường không dây như radio, hồng ngoại (infrared)… Chuẩn 802.11 đầu tiên được dự thảo với tốc độ 1-2Mbps ở băng tần 902-928Mhz và 2,4-2,4835Ghz, tiếp

đó được chuẩn hoá thông qua với tốc độ 11Mbps và lớn nhất hiện nay đã lên tới hơn 54Mbps với các chuẩn 802.11 a/b/g có độ an ninh và tính bảo mật cao hơn

Công nghệ WLAN vẫn tiếp tục phát triển với các chuẩn mới tăng cường tính bảo mật, tốc độ với các chuẩn 802.11 n/e tuy rằng các chuẩn này chưa đưa ra các sản phẩm trên thị trường Ngoài ra các hãng lớn trên thế giới đang hỗ trợ cho ra đời ứng dụng chuẩn 802.16 là chuẩn không dây băng thông rộng trong vài năm tới

XXXVII

1.5.1.2 Mô hình của mạng WLAN

Về cơ bản liên kết không dây sẽ thay thế cho liên kết dây sử dụng bức xạ điện từ

ở tần số radio (trên dải UHF- dưới dải Microwave) hoặc tần số hồng ngoại (1012

–

1014) giữa các điểm thu phát Có nhiều mô hình kết nối mạng LAN không dây nhưng đều dựa trên các mô hình cơ bản sau:

1.5.1.2.1 Kết nối không dây giữa điểm - điểm

Kết nối giữa điểm và điểm là kết nối giữa hai thiết bị dùng để chuyên trở dữ liệu

Ví dụ như một đầu cuối tới một máy chủ Mainframe hoặc từ PC tới máy in hay Modem hoặc tới máy notebook, hay giữa hai thiết bị liên mạng để kết nối hai mạng với nhau

Hình 1.7: Liên kết điểm điểm dùng bộ thu phát hồng ngoại

Dạng kết nối như trên là dạng đơn giản nhất của mạng không dây vì nó chỉ liên quan đến hai thiết bị, mỗi thiết bị được gắn với một bộ thu phát hồng ngoại, dữ liệu được chuyển thành dạng ánh sáng và phát sang thiết bị kia, ở nơi nhận, dữ liệu được khôi phục và đưa tới máy thu

Với hình dưới, liên kết không dây được sử dụng làm cầu nối hai mạng LAN Ở mỗi mạng, cầu xem xét dữ liệu trên mỗi mạng mà nó được nối tới, nếu gặp gói dữ liệu

có địa chỉ của nút mạng ở phía bên kia, nó phát dữ liệu sang cầu bên Cấu hình này dùng cho kết nối mạng ở giữa hai mạng cách xa nhau như ở hai toà nhà, nơi mà không thể đi dây trực tiếp

Ethernet A Bridge không

dây

Ethernet B Bridge không

dây

XXXVIII

Hình 1.8: Kết nối cầu không dây

Mở rộng kết nối trên, có thể kết nối giữa các toà nhà dùng kết nối không dây, mỗi toà nhà phải có anten định hướng trong đó có một toà nhà trung tâm là điểm truy cập mạng, toà nhà này là có mạng lõi kết nối internet và hệ thống máy chủ, sử dụng anten đẳng hướng

Hình 1.9: Mô hình WLAN từ điểm tới đa điểm

1.5.1.2.2 Kết nối các nút không dây đến mạng LAN có dây

Việc kết nối không dây giữa các nút mạng được trang bị modul giao tiếp không dây với mạng LAN có dây truyền thống là rất phổ biến Điều này xảy ra khi một mạng LAN có dây có nhu cầu kết nối không dây (như một máy tính notebook kết nối mạng ở những vị trí thay đổi xung quanh một toà nhà )

Để thực hiện được điều này, mạng LAN cố định được gắn một thiết bị hoạt động như một điểm liên kết giữa các nút không dây và có dây Một vài kỹ thuật khác có thể được sử dụng để chuyển dữ liệu giữa các nút không dây và có dây Ví dụ như việc kết nối giữa hai mạng không dây và có dây tách biệt

Thiết bị liên kết có thể hoạt động như một Bridge hay một Router chuyển lưu lượng tương ứng giữa mỗi phần

Internet

Tiêu chuẩn 802.11 xác định một phương thức hoạt động “ad-hoc” (đặc biệt) Trong trường hợp này mạng không có điểm truy cập và chức năng của điểm truy cập được thực hiện bởi các trạm người sử dụng cuối (như phát báo hiệu, đồng bộ ) Các chức năng của điểm truy cập khác không được cung cấp như chuyên tiếp khung giữa hai trạm, hoặc tiết kiệm năng lượng

Trong vài trường hợp, các nút không dây hoàn toàn có thể hình thành một mạng WLAN độc lập (không có bất kỳ kết nối nào tới LAN có dây) Tất cả điều đó được đòi hỏi là cho mỗi nút có thể gửi và nhận dữ liệu từ các nút khác Điều này có thể được làm bởi sử dụng các cấu trúc tương tự như các cấu trúc có dây đã được đề cập như cấu trúc Bus, Star, Ring

-Bus: cấu trúc này được dùng khi các nút không dây có thể nghe mọi thông tin

được nói bởi các nút khác trong mạng

Hình 1.11: Cấu trúc Bus của mạng LAN không dây

-Ring: có thể sử dụng ở những nơi mà các nút có thể gửi dữ liệu tới nút bên

cạnh, nút bên cạnh có thể là chủ nhận dữ liệu hoặc là chuyển dữ liệu tới nút kế tiếp

Các nút trao đổi trực tiếp

Các nút trao đổi với nút bên