Đồ án tốt nghiệp - Nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến

Việc sử dụng mạng cục bộ vô tuyến xuất phát từ nhu cầu của quân đội mong muốn có được phương thức truyền thông tin đơn giản, dễ lắp đặt và bảo mật để sử dụng trong chiến tranh. Ngày nay việc ứng dụng mạng cục bộ vô tuyến vào đời sống xã hội trở nên phổ biến do chi phí ngày càng giảm, tính tiện lợi, khả năng di động, tốc độ ngày càng cao và ổn định không kém so với mạng có dây. Hầu hết các doanh nghiệp, bệnh viện, trường học… đều có thể triển khai các phân đoạn mạng vô tuyến giúp tiết kiệm thời gian triển khai cài đặt, chi phí và cho phép linh hoạt trong kết nối. Công nghệ truyền thông vô tuyến phát triển không ngừng, trong đó việc tạo ra những bộ Wireless Controller cho phép chúng ta có thể mở rộng và chuyển vùng trong mạng dễ dàng hơn. Tuy nhiên do đặc thù của mạng vô tuyến là thiếu ổn định do ảnh hưởng bởi môi trường như nhiễu, giao thoa, suy giảm tín hiệu và tính bảo mật kém nên việc thiết kế mạng không tốt sẽ làm giảm hiệu quả của mạng thậm trí mạng không hoạt động được. Việc nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến là cần thiết để mang lại hiệu quả to lớn trong việc triển khai mạng, giải quyết dễ dàng các vấn đề khi sử dụng mạng đặc biệt là vấn đề bảo mật thông tin. Trong quá trình làm đề tài “Nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến” tôi đã được sự hướng dẫn chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong khoa, trong trường, các nhân viên và lãnh đạo của công ty thông tin tín hiệu đường sắt Hà Nội và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn ThS. Vương Hoàng Nam Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới Thầy giáo hướng dẫn TS. Vương Hoàng Nam, Bộ môn Hệ thống Viễn thong, Khoa Điện tử Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội;Ông Hoàng Trọng Kiên , Bộ phận IT công ty Thông Tin Tín Hiệu Đường Sắt Hà Nội, cùng các thầy cô trong Khoa Điện tử Viễn thông và Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; đã có những giúp đỡ kịp thời cũng như những ý kiến quí báu giúp tôi hoàn thành đồ án này.

Lời nói đầu

Việc sử dụng mạng cục bộ vô tuyến xuất phát từ nhu cầu củaquân đội mong muốn có được phương thức truyền thông tin đơn giản,

dễ lắp đặt và bảo mật để sử dụng trong chiến tranh Ngày nay việc ứngdụng mạng cục bộ vô tuyến vào đời sống xã hội trở nên phổ biến do chi phí ngày cànggiảm, tính tiện lợi, khả năng di động, tốc độ ngày càng cao và ổn định không kém sovới mạng có dây Hầu hết các doanh nghiệp, bệnh viện, trường học…đều có thể triển khai các phân đoạn mạng vô tuyến giúp tiết kiệmthời gian triển khai cài đặt, chi phí và cho phép linh hoạt trong kếtnối Công nghệ truyền thông vô tuyến phát triển không ngừng, trong

đó việc tạo ra những bộ Wireless Controller cho phép chúng ta có thể

mở rộng và chuyển vùng trong mạng dễ dàng hơn Tuy nhiên do đặcthù của mạng vô tuyến là thiếu ổn định do ảnh hưởng bởi môi trườngnhư nhiễu, giao thoa, suy giảm tín hiệu và tính bảo mật kém nên việcthiết kế mạng không tốt sẽ làm giảm hiệu quả của mạng thậm trímạng không hoạt động được Việc nghiên cứu và phát triển cơ sở hạtầng mạng cục bộ vô tuyến là cần thiết để mang lại hiệu quả to lớntrong việc triển khai mạng, giải quyết dễ dàng các vấn đề khi sửdụng mạng đặc biệt là vấn đề bảo mật thông tin

Trong quá trình làm đề tài “Nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến” tôi đã được sự hướng dẫn chỉ bảo và

giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong khoa, trong trường, các nhânviên và lãnh đạo của công ty thông tin tín hiệu đường sắt Hà Nội và

đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn ThS Vương Hoàng Nam

Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới Thầy giáo hướng dẫn TS Vương Hoàng Nam, Bộ môn Hệ thống Viễn thong, Khoa Điện tử Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội;Ông Hoàng Trọng Kiên , Bộ phận IT công ty Thông Tin Tín Hiệu Đường

Sắt Hà Nội, cùng các thầy cô trong Khoa Điện tử Viễn thông và Trường Đại học BáchKhoa Hà Nội; đã có những giúp đỡ kịp thời cũng như những ý kiến quí báu giúp tôihoàn thành đồ án này.

Chương 1: Giới thiệu chung;

Chương 2: Nghiên cứu cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến;

Chương 3: Thiết kế mạng cục bộ vô tuyến

Abstract

The purpose of my thesis is to research and develop Wireless Local Area NetworkInfrastructure rely on IEEE 802.11a/b/g The thesis presents technologies, devices,architectures, roaming, channels and ways of using channels, interference, signalreduction, securities as well as designing method for a Wireless Local Area Network

In practice during my internship course at the Compal corporation in China, I havedesigned a WLAN network for Compal’s office zone in China Criteria of network

design are coverage area optimum, interference reducing, high security, easy toupgrade and low cost, etc My thesis includes 3 chapters, in which:

Chapter 1: General Introduction;

Chapter 2 : Research on Wirelees Local Area Network Infrastructure;

Chapter 3: Design a Wireless Local Area Network

Mục lục

Lời nói đầu 1

Tóm tắt đồ án 2

Abstract 2

Mục lục 3

Danh sách hình vẽ 6

Danh sách bảng biểu 9

Danh sách các từ viết tắt 10

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 12

1.1 Khái niệm về mạng vô tuyến 12

1.2 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN 13

1.3 Các chuẩn IEEE 802.11 thông dụng 14

1.4 Truy cập môi trường trong WLAN 15

1.4.1 Kỹ thuật đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột 15

1.4.2 Phương pháp CSMA/CA với cơ chế cảm nhận sóng mang ảo 17

1.5 Kĩ thuật trải phổ trong WLAN 18

1.5.1 Kỹ thuật trải phổ trực tiếp DSSS 19

1.5.2 Trải phổ nhảy tần FHSS 21

1.6 Kĩ thuật điều chế số trong WLAN 23

1.7 Giải tần hoạt động 24

1.8 Vai trò của mạng cục bộ vô tuyến WLAN 25

1.8.1 Vai trò truy cập 25

1.8.2 Mở rộng mạng 26

1.8.3 Kết nối tòa nhà đến tòa nhà 27

1.8.4 Kết nối di động 28

1.8.5 Văn phòng lưu động 29

1.9 Vấn đề thiết kế mạng 30

Tóm tắt 30

Chương 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ HẠ TẦNG MẠNG CỤC BỘ VÔ TUYẾN 31

2.1 Giới thiệu 31

2.2 Thiết bị 31

2.2.1 Access point 31

2.2.2 Các client trong WLAN 33

2.2.3 Controller 34

2.2.4 Anten 34

2.3 Kiến trúc mạng 38

2.3.1 Cấu trúc cơ bản 38

2.3.2 Kiến trúc mở rộng 39

2.3.3 Cấu trúc độc lập 39

2.4 Sự chuyển vùng 40

2.4.1 Quy định của các chuẩn 802.11 41

2.4.2 Sử dụng VPN 41

2.4.3 Chuyển vùng qua lớp 2 và lớp 3 42

2.5 Vấn đề của mạng WLAN 43

2.5.1 Đầu cuối ẩn, đầu cuối hiện 43

2.5.2 Hiện tượng đa đường 44

2.5.3 Suy giảm đường truyền không gian tự do 46

2.5.4 Suy giảm do vật chắn 47

2.5.5 Nhiễu băng tần hẹp 47

2.5.6 Nhiễu toàn bộ băng tần 49

2.5.7 Nhiễu xuyên kênh và kênh liền kề 50

2.5.8 Thời tiết 52

2.6 Thông lượng hệ thống 52

2.6.1 Thay đổi tốc độ động 54

2.6.2 Thông lượng cùng một địa điểm 54

2.6.3 Thông lượng của một mạng WLAN 57

2.7 Xác thực 57

2.7.1 Khái niệm 57

2.7.2 Các phương pháp xác thực 62

2.8 Bảo mật 66

2.8.1 Sử dụng WEP 66

2.8.2 Sử dụng phương pháp lọc 69

2.8.3 Các giải pháp bảo mật 69

Tóm tắt 73

Chương 3 THIẾT KẾ MẠNG CỤC BỘ VÔ TUYẾN 74

3.1 Giới thiệu 74

3.2 Các bước thiết kế 75

3.2.1 Khảo sát vị trí 76

3.2.2 Khảo sát sóng vô tuyến 80

3.2.3 Kế hoạch triển khai 84

3.2.4 Kế hoạch bảo mật 86

Danh sách hình vẽ

Hình 1.1: Phân chia mạng vô tuyến 12

Hình 1.2: Vị trí của WLAN trong mô hình OSI 13

Hình 1.3: Phương thức hoạt động của CSMA/CA khi môi trường bận 16

Hình 1.4: Phương thức hoạt động của CSMA/CA khi môi trường rỗi 17

Hình 1.5: Sự giao dịch giữa 2 trạm và việc thiết lập NAV của các trạm khác 17

Hình 1.6: Trải phổ băng hẹp 18

Hình 1.7: Nguyên lí trải phổ trực tiếp 19

Hình 1.8 : Vị trí các kênh DSSS và phổ 20

Hình 1.9: Các kênh không trùng lặp của DSSS 20

Hình 1.10 : Trải phổ nhảy tần 21

Hình 1.11: Các kênh trong hệ thống FHSS 22

Hình 1.12: Vai trò truy cập của mạng vô tuyến 25

Hình 1.13: Vai trò mở rộng mạng 26

Hình 1.14: Vai trò kết nối tòa nhà đến tòa nhà 27

Hình 1.15: Vai trò trong những ứng dụng di động 28

Hình 1.16: Văn phòng lưu động 29

Hình 2.1: Một access point trong mạng 31

Hình 2.2: Access point ở chế độ trạm gốc 32

Hình 2.3: Access point ở chế độ cầu 32

Hình 2.4: Access point ở chế độ lặp 33

Hình 2.5: Một số card vô tuyến 34

Hình 2.6: Hình ảnh một wireless controller 34

Hình 2.7: Năng lượng bức xạ của một anten dipole 35

Hình 2.8: Kết nối điểm đa điểm 36

Hình 2.9: Một số an ten bán định hướng 36

Hình 2.10 : Đồ thị phương hướng của anten bán định hướng 36

Hình 2.11: Đường kết nối giữa hai toà nhà sử dụng an-ten bán định hướng 37

Hình 2.12: Dạng bức xạ của an ten định hướng cao 37

Hình 2.13: Cấu trúc cơ bản 38

Hình 2.14: Cấu trúc mở rộng 39

Hình 2.15 : Mô hình adhoc 39

Hình 2.16 : Sự chuyển vùng 40

Hình 2.17: Chuyển vùng giữa các kênh VPN 41

Hình 2.18: Chuyển vùng giữa các VLAN 42

Hình 2.19: Hiện tượng đầu cuối ẩn……… 43

Hình 2.20: Giải quyết đầu cuối ẩn……….43

Hình 2.21: Đầu cuối hiện……… ………44

Hình 2.22: Giải quyết đầu cuối hiện……… ……… .44

Hình 2.23: Hiện tượng đa đường 45

Hình 2.24: Ví dụ về an ten phân tập 45

Hình 2.25: Màn ảnh hiện thị phổ của tín hiêu 48

Hình 2.26: Nhiễu toàn bộ băng tần 49

Hình 2.27: Nhiễu kênh liền kề 50

Hình 2.28: Nhiễu xuyên kênh 51

Hình 2.29: Thay đổi tốc độ động 54

Hình 2.30: Sử dụng cùng vị trí 55

Hình 2.31: Trùng lặp kênh DSSS 55

Hình 2.32 : Sử dụng 2 access point 56

Hình 2.33: Thông lượng của mạng WLAN 57

Hình 2.34: Quá trình xác thực hệ thống mở 62

Hình 2.35: Thủ tục xác nhận khóa chia sẻ 63

Hình 2.36: Giao thức 802 1x 65

Hình 2.37: Access point kết hợp với VPN bên ngoài 66

Hình 2.38: Sơ đồ mã hóa sử dụng WEP 67

Hình 2.39: Sử dụng quản lí mã WEB tập chung 68

Hình 2.40: Lọc địa chỉ MAC 69

Hình 2.41 : Giải pháp VPN 70

Hình 2.42: Tiến trình đăng nhập giao thức 802.1x và EAP 73

Hình 3.1: Lưu đồ thiết kế 75

Hình 3.2:Ứng dụng khảo sát vị trí 81

Hình 3.3:Màn hình máy phân tích phổ 82

Hình 3.4:Kiểm tra vùng bao phủ của access point 82

Hình 3.5:Các biên tốc độ dữ liệu 83

Hình 3.6: Triển khai theo hướng bao phủ 85

Hình 3.7: Triển khai theo hướng dung lượng 85

Hình 3.8: Vùng cần phủ sóng của tầng 2 87

Hình 3.9: Sơ đồ triển khai khi thông lượng là 22Mbps 89

Hình 3.10: Sơ đồ triển khai trong tương lai 90

Hình 3.11: Mô hình triển khai thực tế 91

D anh sách bảng biểu

Bảng 1.1 : Bảng tần số các kênh trong DSSS 20

Bảng 1.2: Dải tần số không cần đăng kí sử dụng bởi IEEE 802.11 24

Bảng 1.3: Giới hạn công suất đầu ra với một số dải tần 25

Bảng 2.1: Suy giảm không gian tự do theo dB tại tần số 2.4Ghz 46

Bảng 2.2: Suy giảm do một số vật cản thông dụng 47

Bảng 3.1 : Số liệu khảo sát 88

Bảng 3.2: Bảng phân bố kênh cho thông lượng 22Mbps 89

Bảng 3.3: Bảng phân bố kênh trong tương lai 90

Danh sách các từ viết tắt

Từ viết tắt Từ gốc tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt

AAA Authentication, authorization and

accounting

Xác thực, cho phép và tính toán

AES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến

BPSK Binary Phase Shift Keying Dịch khóa pha nhị phân

CCA Clear Channel Assessment Giám sát kênh rỗi

CSMA/CA Carrier Sense Multiple

Access/Collision Avoidance Cảm nhận sóng mang/ tránh xung độtCSMA/CD Carrier Sense Multiple

Access/Collision Detection

Cảm nhận sóng mang/phát hiện xung đột

DCF Distributed coordination function Chức năng tọa độ phân phốiDIFS DCF Interframe Space Khoảng cách liên khung

DCFDSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếpEAP Extensible Authentication Protocol Giao thức xác thực nâng caoESS Extended Service Set Thiết lập dịch vụ mở rộngETSI Euro Telecommunications Standard

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần

IBSS Independent Basic Service set Thiết lập dịch vụ cơ bản độc

lậpIEEE Institute of Electrical and Electronics

Engineers

Viện kỹ sư điện-điện tử

ISM Industrial, Scientific and Medical Băng tần công nghiệp, khoa

học và y tế

IV Initialization Vector Vec tơ khởi tạo

MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập môi

trườngMIMO Multi Input Multi Output Nhiều vào nhiều ra

NAV Network Allocation Vector Véc tơ định vị mạng

OFDM Orthogonal Frequency Division

PDA Personal Device Assistant Thiết bị hỗ trợ cá nhân

PIFS PCF Interframe Spacing Khoảng cách liên khung PCF

QPSK Quard Phase Shift Keying Dịch khóa pha cầu phươngRADIUS Remote Authentication Dial-In User

Service Xác thực quay số từ xa trong phục vụ người dùngS/N Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âmSFIS Short Interframe Spacing Khoảng cách giữa các khung

ngắnUNII Unlicensed National Information

Infrastructure

Hạ tầng thông tin quốc tế không đang kí

WECA Wireless Ethernet Compatibility

Alliance Liên minh tương thích mạng cục bộ vô tuyếnWIMAX Wideworld interoperability for

microwave access

Hệ thống truy cập sóng ngắn

có tính tương tác toàn cầuWLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ vô tuyến

WMAN Wireless Metropolican Area Network Mạng vô tuyến đô thị

WPAN Wireless Personal Area Network Mạng vô tuyến cá nhân

BluetoothWWAN Wireless Wide Area Network Mạng vô tuyến diện rộng

Chương 1

GIỚI THIỆU CHUNG

1 Khái niệm về mạng vô tuyến

Hình 1.1: Phân chia mạng vô tuyến

Mạng vô tuyến cũng là mạng thông tin thông thường nhưng thay vì sử dụng dâycáp là sử dụng sóng vô tuyến hoặc tia hồng ngoại để truyền và trao đổi dữ liệu quakhông gian Mạng vô tuyến có ưu điểm là sự linh hoạt cao, khả năng kết nối di động,

cài đặt và triển khai đơn giản, tính tương thích thiết bị ngày càng mạnh và khả năngnâng cấp thay đổi dễ dàng nhưng có nhược điểm là độ ổn định không cao, tốc độtruyền dữ liệu thấp, tín hiệu bị suy giảm do nhiễu, tính bảo mật kém, giá thành thiết bịcao… Mạng vô tuyến được chia làm 4 nhóm chính là WPAN, WLAN, WMAN vàWWAN Sự phân chia này dựa vào vùng ứng dụng và khoảng cách phủ sóng tín hiệu:

 WPAN: Kết nối các thiết bị riêng rẽ với nhau trong khoảng cách dưới 10

m Được biết đến là công nghệ bluetooth

 WLAN: Phủ sóng trong môi trường một phòng hoặc một tòa nhà Khoảng cách tín hiệu trong môi trường indoor là 30m và outdoor là 100m Được biếtđến là các chuẩn 802.11 ví dụ a,b,g,n…công nghệ WLAN thường được gọi

là WIFI

 WMAN: Mạng làm việc trong khoảng cách trên 5km dùng để kết nối người

sử dụng với internet và được biết đến với chuẩn 802.16, còn được gọi làchuẩn Wimax

 WWAN: Mạng diện rộng vô tuyến dùng trong cơ sở hạ tầng mạng di độngcung cấp mạng kết nối vô tuyến trên một diện rộng như các mạng điệnthoại…

1.2 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN

Hình 1.2: Vị trí của WLAN trong mô hình OSI

WLAN bản chất là mạng LAN nhưng thay vì kết nối có dây là kết nối bằng sóng

vô tuyến hoặc tia hồng ngoại WLAN dựa trên giao thức Ethernet với cơ chế đa truynhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột CSMA/CA để chia sẻ đường truyền Đặctrưng của WLAN là ở lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lí trong mô hình OSI và trong lớptruy cập môi trường trong mô hình TCP/IP Đặc tả của WLAN dựa trên các chuẩn802.11(a, b,g, ) do tổ chức IEEE đưa ra

Ưu điểm: Dễ cấu hình và cài đặt mạng, tính linh động cao, nâng cấp dễ dàng, tiết kiệm

chi phí, khả năng tương thích giữa các thiết bị ngày càng mạnh, công nghệ được nhiều

tổ chức quan tâm và phát triển

Nhược điểm: Tốc độ và sự ổn định kém mạng có dây do chịu nhiều ảnh hưởng bởi đặc

thù của môi trường như nhiễu, giao thoa…Vấn đề nữa của mạng không dây là khảnăng bảo mật kém

Yêu cầu về chất lượng dịch vụ: Băng thông mạng, tỷ lệ mất gói, độ trễ các gói tin và

độ ổn định của mạng

1.3 Các chuẩn IEEE 802.11 thông dụng

Kể từ thời kì đầu của mạng vô tuyến, đã có rất nhiều chuẩn và công nghệ đượcphát triển cho WLAN Một trong những tổ chức chuyên về chuẩn hóa những côngnghệ này là IEEE Và các chuẩn vô tuyến WLAN được chuẩn hóa thành họ các chuẩnđược đặt tên là 802.11 Tổ chức này đưa ra chuẩn 802.11 vào năm 1997, năm 1999 bổxung thêm chuẩn a,b và năm 2003 đưa ra chuẩn g tương thích với chuẩn b Hiện naycòn đang chuẩn hóa 802.11 n với kĩ thuật MIMO có tốc độ và khoảng cách phủ sóngrất lớn Tính năng kĩ thuật của một số chuẩn thông dụng được mô tả dưới đây:

 802.11 năm 1997 IEEE đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11, và cũng đượcbiết với tên gọi WIFI (Wireless Fidelity) cho các mạng WLAN Chuẩn 802.11

hỗ trợ ba phương pháp truyền tín hiệu, trong đó có bao gồm phương pháp truyềntín hiệu vô tuyến ở tần số 2.4Ghz, tốc độ truyền dữ liệu 2Mbps Đây là chuẩngốc cho các chuẩn sau này, sử dụng phương pháp trải phổ FHSS và DSSS

 802.11 b: IEEE đưa ra 7/1999 sử dụng dải tần số 2,4Ghz như chuẩn gốc 802.11

là giải tần ISM Thiết bị hoạt động ở dải tần này không phải đăng ký, tốc độ bít

là 11Mbps, sử dụng phương pháp trải phổ trực tiếp DSSS

 802.11 a : IEEE đưa ra năm 1999 sử dụng phương pháp điều chế OFDM hoạtđộng ở dải tần 5 ÷ 6 Ghz, tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54 Mbps Vì tần số caohơn 802.11 b nên bán kính phủ sóng của chuẩn này kém hơn bán kính phủ sóngcủa 802.11 b

 802.11 g: IEEE đưa ra năm 2003 nó kết hợp ưu điểm của 2 chuẩn a và b tăngcường sử dụng dải tần 2.4GHz, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới 54 Mbpsnhưng chỉ truyền được giữa những đối tượng nằm trong khoảng cách ngắn Sửdụng phương pháp điều chế OFDM, DSSS, HR/DSSS Tương thích với chuẩn bvới tốc độ là 11Mbps và trải phổ DSSS

 Chuẩn 802.11 n: Đưa ra năm 2008 người ta gọi đây là chuẩn WIFi của tươnglai, sử dụng dải tần 5Ghz, tốc độ bít theo lí thuyết lên tới 150Mbps, bán kínhphủ sóng lớn, sử dụng điều chế OFDM, kĩ thuật MIMO

Trong các chuẩn 802.11 thì chuẩn b và g sử dụng dải tần 2,4 Ghz thuộc dải tần ISM

là dải tần không cần cấp phép nên nó sẽ bị nhiễu bởi những thiết bị dùng trong dải tầnnày như các thiết bị y tế, lò vi sóng, thiết bị gia đình văn phòng… Chuẩn 802.11 a sửdụng dải tần 5Ghz ít bị nhiễu hơn nhưng ít được sử dụng vì không có tính tương thíchngược vì hầu hết các thiết bị sử dụng dải tần 2,4Ghz

1.4 Truy cập môi trường trong WLAN

1.4.1 Kỹ thuật đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột

Sử dụng phương pháp truy cập ngẫu nhiên, phương pháp này thuận lợi khi tảithấp vì tận dụng được toàn bộ kênh truyền, bất lợi khi tải cao vì dễ xảy ra xung đột.Trong WLAN sử dụng phương thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung độtCSMA/CA, còn CSMA/CD thì chỉ phát hiện được xung đột Giao thức CSMA làmviệc như sau: Một trạm muốn truyền nó cảm nhận môi trường, nếu môi trường đó bậntức là có một trạm nào đó đang truyền, nó sẽ đợi một thời gian, nếu môi trường đượccảm nhận là rỗi thì trạm đó được phép truyền Phương thức này hiệu quả khi đườngtruyền là không nhiều tải, điều này cho phép truyền với thời gian trễ nhỏ nhất, trongphương pháp này sẽ xảy ra xung đột nếu có từ 2 trạm trở lên truyền cùng một thờiđiểm, do chúng cảm nhận thấy đường truyền rỗi và quyết định truyền Khi xảy ra xungđột lớp MAC sẽ quyết định truyền lại, đây là nguyên nhân gây trễ của tín hiệu TrongEthernet xung đột sẽ được chấp nhận bởi trạm truyền sẽ truyền lại theo thuật toánExponential random backoff Trong wire LAN sử dụng cơ chế phát hiện xung độtCSMA/CD, nhưng không được sử dụng trong WLAN vì:

 Để thực hiện cơ chế phát hiện xung đột thì sẽ cần sử dụng phương pháp songcông vô tuyến tức là có khả năng truyền và nhận tại cùng một thời điểm

 Trong một môi trường vô tuyến không thể thực hiện lắng nghe tất cả các trạmkhác vì điều này không có nghĩa khi nghe môi trường rỗi thì vùng xung quanhtrạm thu sẽ rỗi

 Trong môi trường vô tuyến rất dễ xảy ra xung đột do công suất của tín hiệuphát lớn hơn nhiều tín hiệu thu Nên tín hiệu phát sẽ lấn áp tín hiệu thu làmcho trạm thu không nghe được.

 Sự suy giảm tín hiệu trên đường truyền có thể lên tới 100dB sẽ làm mất dữliệu truyền

Bằng sự cố gắng giải quyết vấn đề xung đột với mạng vô tuyến, 802.11 đã đưa ra cơchế đa truy nhập tránh xung đột CSMA/CA cùng với cơ chế sắp xếp xác thực như sau:

Hình 1.3: Phương thức hoạt động của CSMA/CA khi môi trường bận

Một trạm muốn truyền sẽ cảm nhận môi trường, nếu môi trường bận nó sẽ đợiđến khi môi trường rỗi, sau đó nó chờ một khoảng thời gian DIFS và thêm vào một sốngẫu nhiên khe thời gian trong khoảng thời gian tranh chấp CW trước khi truyềnkhung Trong thời gian này nếu có sự truyền của một trạm khác thì bộ đếm của nó sẽdừng cho đến khi trạm kia truyền xong cộng thêm DIFS.Trạm sẽ truyền gói khi bộ đếmtrở về không

Hình 1.4: Phương thức hoạt động của CSMA/CA khi môi trường rỗi

Nếu môi trường rỗi sau một thời gian danh nghĩa gọi là DIFS sau đó trạm sẽ đượcphép truyền, trạm thu sẽ kiểm tra CRC của gói thu được xem đúng không, nếu đúnggửi một gói báo cho biết đã nhận được ACK sau khoảng thời gian SIFS < DIFS Sự

nhận được gói chứng tỏ không xảy ra xung đột, nếu không nhận được ACK thì việctruyền sẽ được thực hiện lại hoặc bỏ qua.

1.4.2 Phương pháp CSMA/CA với cơ chế cảm nhận sóng mang ảo

Hình 1.5: Sự giao dịch giữa 2 trạm và việc thiết lập NAV của các trạm khác

Theo yêu cầu giảm xác suất 2 trạm va chạm bởi vì chúng không thể nghe thấy nhaunên chuẩn 802.11 đã đưa ra cơ chế cảm nhận sóng mang ảo như sau:

 Một trạm muốn truyền một gói trước tiên nó sẽ truyền một gói điều khiểnngắn gọi là RTS ( Request to send), nó chứa địa chỉ nguồn và đích và khoảngthời gian thực hiện sau đó Trạm đích sẽ đáp lại một gói CTS (clear to send)nếu môi trường rỗi

 Tất cả các trạm nhận được RTS và/hoặc CTS đưa ra chỉ thị cảm ứng kênh ảogọi là vector phân phối mạng NAV đối với khoảng thời gian cho trước, và sửdụng thông tin này cùng với cảm ứng kênh vật lý cho biết trạng thái bận củađường truyền Như vậy kỹ thuật này giảm khả năng xung đột ở khu vực máynhận do một trạm ẩn từ máy phát khác trong khoảng thời gian ngắn của cuộctruyền dẫn RTS do trạm nghe CTS và giữ đường truyền bận cho đến khi kếtthúc giao tác Khoảng thời gian của RTS cũng bảo vệ khu vực phát khỏi cácxung đột trong khi tín hiệu ACK từ các trạm bên ngoài phạm vi của trạmđang báo nhận

1.5 Kĩ thuật trải phổ trong WLAN

Trải phổ là kỹ thuật truyền thông đặc biệt với băng thông rộng và năng lượng thấp.Truyền thông trải phổ sử dụng rất nhiều kỹ thuật điều tần khác nhau trong WLANs và

có rất nhiều thuận lợi hơn truyền thông băng tần hẹp.Tín hiệu trải phổ chống đượcnhiễu, tính bảo mật cao Truyền thông trải phổ ít bị nghẽn hoặc nhiễu hơn so với truyềnthông băng tần hẹp Vì lý do này, kĩ thuật trải phổ được quân đội sử dụng trong mộtthời gian dài

Hình 1.6: Trải phổ băng hẹp

Trong các hệ thống thông tin trải phổ độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng,thông thường hàng trăm lần trước khi được phát Khi chỉ có một người sử dụng trongbăng tần trải phổ thì sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả Tuy nhiên ở môitrường nhiều người sử dụng thì có thể dùng chung một băng tần trải phổ và hệ thống sửdụng băng tần hiệu quả hơn suất mà vẫn duy trì được các ưu điểm cuả trải phổ Một hệthống thông tin số được coi là trải phổ nếu:

 Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tốithiểu cần thiết để phát thông tin

 Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu

1.5.1 Kỹ thuật trải phổ trực tiếp DSSS

Nguyên lí hoạt động

Hình 1.7: Nguyên lí trải phổ trực tiếp

Tb: Thời gian một bít của luồng số cần phát Tn: Chu kì mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ

Tc: Thời gian một chip của mã trải phổ

Hệ thống DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệugiả ngẫu nhiên có tốc độ chip (Rc=1/Tc) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb) của luồng

số cần phát

Các kênh trong hệ thống DSSS

Mỗi kênh là băng tần liền kề của tần số rộng 22 MHz, Ví dụ, kênh 1 hoạt động từ2.401 GHz đến 2.423 Ghz (2.412 GHz ± 11 MHz); kênh 2 hoạt động từ 2.406 đến2.428 GHz (2.417 ± 11 MHz) và tiếp tục tăng dần

Hình 1.8 : Vị trí các kênh DSSS và phổ Bảng 1.1 : Bảng tần số các kênh trong DSSS

Mã số kênh Tần số kênh theo FCC Tần số kênh theo

Hình 1.9: các kênh không trùng lặp của DSSS

Các kênh liền kề bao phủ nhau đáng kể Sử dụng hệ thống DSSS với cáckênh trùng lặp trong cùng một không gian vật lý sẽ gây nên nhiễugiữa các hệ thống Hệ thống DSSS với các kênh trùng lặp không nêncùng hoạt động, vì luôn có xung đột hoặc suy giảm hoàn toàn thônglượng Do các tần số chính cách nhau 5 MHz và các kênh rộng 22MHz, các kênh chỉ cùng hoạt động khi cách nhau ít nhất 5 bước: kênh

1 và kênh 6 không bị trùng lặp, kênh 2 và kênh 7 không bị trùnglặp… Có tối đa ba hệ thống trải phổ trực tiếp cùng hoạt động, vì chỉcác kênh 1, 6 và 11 theo lý thuyết là không bị trùng lặp

Nguyên lí hoạt động

Hình 1.10 : Trải phổ nhảy tần

Trong hệ thống nhảy tần, tần số sóng mang thay đổi, hoặc bước truyền thay đổi,tuỳ thuộc vào tần số giả định ngẫu nhiên Tần số giả định ngẫu nhiên là danh sách cáctần số mà dữ liệu truyền phải trải qua trong khoảng thời gian nhất định trước khi lập lạinguyên mẫu Máy phát sẽ chọn các bước tần số này để làm tần số truyền Máy nhận sẽduy trì tần số này trong khoảng thời gian nhất định, sử dụng trong khoản ngắn rồichuyển sang tần số kế tiếp Khi danh sách các tần số này được sử dụng hết, máy phát sẽlập lại chu kỳ Máy nhận được đồng bộ với máy phát về chu kỳ bước đểnhận được tần số chính xác tại thời điểm xác định

Các kênh của hệ thống FHSS

Hình 1.11: Các kênh trong hệ thống FHSS

Một hệ thống trải phổ nhảy tần số hoạt động thông qua khuôn mẫu riêng biệt gọi làkênh Hệ thống trải phổ nhảy tần thường sử dụng bước mẫu theo tiêu chuẩn FCC Mộtvài hệ thống trải phổ nhảy tần cho phép tạo các bước mẫu theo ý thích, và số khác thậmchí cho phép đồng bộ giữa các hệ thống giúp tránh được các va chạm trong cùng mộtmôi trường.

Thời gian tồn tại

Trong hệ thống nhảy tần hệ thống phải truyền trên tần số xác định trong khoản thờigian, rồi sau đó chuyển sang tần số khác để tiếp tục truyền Khi hệ thống nhảy tầntruyền ở một tần số, nó cần phải duy trì trong khoản thời gian nhất định Khoảng thờigian này được gọi là thời gian tồn tại Khi khoản thời gian này hết hạn, hệ thống sẽchuyển sang tần số khác và bắt đầu truyền tiếp tục Giả sử hệ thống nhảy tần số truyềnchỉ ở hai tần số là 2.401 GHz và 2.402 GHz Hệ thống sẽ truyền ở tần số 2.401 GHztrong suốt khoản thời gian tồn tại - ví dụ 100 miliseconds Sau 100 ms máy phát phảichuyển sang tần số 2.402 GHz và gửi thông tin ở tần số này trong 100 ms

Thời gian bước

Khi máy phát FHSS nhảy từ tần số A chuyển sang tần số B, nó cần phải thay đổitần số truyền theo một trong hai cách.Thông qua bộ chuyển mạch để chuyển sang tần

số mới, hoặc thay đổi các thông số dòng điện trong mạch để chuyển thành tần số mới.Trong cả hai cách này, tiến trình thay đổi sang tần số mới cần phải được hoàn tất trướckhi việc truyền phát được tiếp tục, và cần có khoản thời gian cho dòng điện trong mạchthực hiện những thay đổi này Khoản thời gian ngắn trong quá trình chuyển đổi tần số

mà máy phát không truyền phát được gọi là thời gian bước Thời gian bước được đobằng phần triệu giây và có liên quan đến thời gian tồn tại trong khoảng 100-200 ms.Theo 802.11 thông thường hệ thống FHSS có thời gian bước giữa các kênh là 200-300

μs Nếu xét tác động của thời gian bước trong điều kiện của thông lượng dữ liệu, tathấy rằng thời gian bước càng dài so với thời gian tồn tại, tốc độ truyền dữ liệu càngchậm Điều này giải thích gian tồn tại càng dài tương ứng thông lượngcàng lớn

1.6 Kĩ thuật điều chế số trong WLAN

Muốn bức xạ được thông tin ra không gian thì phải có quá trình điều chế số, nóbiến các bít “0”, “1” thành các sóng tương tự tương ứng Có rất nhiều phương thứcthực hiện điều chế số như ASK, FSK, PSK quá trình điều chế thực hiện bởi khoáchuyển giữa 2 trạng thái, một cách lý thuyết thì một trạng thái sẽ là 0 và trạng thái cònlại là 1 Một số kĩ thuật điều chế số thông dụng là QPSK, BPSK ,OFDM, CCK…

PSK/BPSK: Là phương pháp thông dụng nhất, tín hiệu sóng mang được điều chế

dựa vào chuỗi dữ liệu nhị phân, tín hiệu điều chế có biên độ không đổi và biến đổi giữahai trạng thái pha giữa 00 và 1800 Mỗi trạng thái của tín hiệu điều chế ta gọi là symbol

QPSK: Ở phương pháp BPSK, mỗi symbol biểu diễn cho một bit nhị phân Nếumỗi symbol này biểu diễn nhiều hơn 1 bit, thì sẽ đạt được một tốc độ bit lớn hơn VớiQPSK sẽ gấp đôi số thông lượng dữ liệu của PSK với cùng một băng thông bằng cáchmỗi symbol mang 2 bit Và nó sẽ dùng chuỗi số giả ngẫu nhiên có chiều dài mã là 4.Như vậy trạng thái pha của tín hiệu điều chế sẽ chuyển đổi giữa các giá trị -900, 00, 900,

1800

CCK: Là một kỹ thuật điều chế phát triển từ điều chế QPSK, nhưng tốc độ bit đạt

đến 11 Mbps so với cùng băng thông như QPSK Đây là một kỹ thuật điều chế rất phùhợp cho các ứng dụng băng rộng Theo chuẩn IEEE 802.11b, điều chế CCK dùngchuỗi số giả ngẫu nhiên complementary spreading code có chiều dài mã là 8 và tốc độchipping rate là 11 Mchip/s, 8 complex chips sẽ kết hợp tạo thành một symbol đơnKhi tốc độ symbol là 1,375 Msymbol/s thì tốc độ dữ liệu sẽ đạt được:1,375x8=11Mbps với cùng băng thông xấp xỉ như diều chế QPSK tốc độ 2Mbps

OFDM: là một phương pháp điều chế cho phép giảm méo tuyến tính do kênhtruyền dẫn vô tuyến phân tán gây ra Nguyên lý của OFDM là phân chia tổng băngthông cần truyền vào một số sóng mang con để có thể truyền đồng thời các sóng mangnày Bằng cách này luồng số tốc độ cao có thể được chia thành nhiều luồng tốc độ thấphơn Vì thế có thể giảm ảnh hưởng của trễ đa đường và chuyển đổi kênh phađinh chọnlọc thành kênh pha đinh phẳng Như vậy OFDM là một giải pháp cho tính chọn lọc củacác kênh phađinh Việc chia tổng băng thông thành nhiều băng con với các sóng mang

con dẫn đến giảm độ rộng băng con trong miền tần số và vì thế tăng độ dài ký hiệu Sốsóng mang con càng lớn thì độ dài ký hiệu càng lớn Điều này có nghĩa là độ dài kýhiệu lớn hơn so với thời gian trải rộng trễ của kênh phađinh phân tán theo thời gian,hay độ rộng băng tần tín hiệu nhỏ hơn độ rộng băng tần của kênh.

1.7 Giải tần hoạt động

FCC qui định hai loại tần số không cần đăng kí cho truyền thông vô tuyến là: theIndustrial Scientific Medical (ISM) band và Unlicensed National InformationInfrastructure (U-NII) band Hiện tại có 11 dải ISM khác nhau được trải phổ Nhưngchỉ một bắt đầu tại 2.4Ghz sử dụng bởi IEEE 802.11 đây là tần số thông dụng nhấtWLAN sử dụng Bốn dải U-NII tồn tại trong khoảng tần số 5Ghz và nó được sử dụngbởi IEEE 802.11 Những dải tần số không cần đang kí sẽ có cả ưu điểm và nhược điểmriêng Lợi ích của nó là không cần đang kí với các tổ chức nào Nhược điểm vì chúng

là dải không cần đang kí nên được sử dụng rất nhiều, điều này sẽ sinh ra nhiễu lẫn nhau

và gây nên giảm băng thông cho mục đích triển khai WLAN yêu cầu

Bảng 1.2: Dải tần số không cần đăng kí sử dụng bởi IEEE 802.11

Bảng 1.3: Giới hạn công suất đầu ra với một số dải tần

Dải tần số Giới hạn công suất

1.8 Vai trò của mạng cục bộ vô tuyến WLAN

1.8.1 Vai trò truy cập

Hình 1.12: Vai trò truy cập của mạng vô tuyến

WLANs được triển khai đảm nhiệm vai trò của lớp truy cập, cónghĩa là chúng được sử dụng như một điểm để kết nối vào mạng hữutuyến Có nhiều cách truy cập như hình thức dial-up, ADSL, cab,cellular, Ethernet, Token Ring, Frame Relay, ATM… Vô tuyến chỉ đơngiản là một cách thức khác giúp người dùng truy cập vào mạng Vì cótốc độ chậm và không ổn định, nên mạng vô tuyến thường khôngđược triển khai với vai trò Phân phối (Distribution) hoặc Trung tâm(Core) của mạng Tuy nhiên trong những mạng nhỏ, không có sựkhác biệt lớn trong mạng giữa các lớp Trung tâm (Core), Phân phối(Distribution) và Truy cập (Access) Lớp Trung tâm (Core) của mộtmạng cần tốc độ thật nhanh và ổn định cao nhằm đảm bảo lưu lượngtruy cập rất lớn mà không gặp một trở ngại nhỏ và bị đứt kết nối nàoxảy ra Lớp Phân phối (Distribution) của một mạng cần tốc độ nhanh,linh hoạt và tin cậy WLANs thường không đảm bảo các yêu cầu nàyđối với giải pháp cho toàn doanh nghiệp WLANs cung cấp giải phápđặc biệt cho vấn đề nan giải là: di động WLANs giải quyết các vấn đề

về người dùng trong doanh nghiệp cũng như tại gia đình, vấn đề

chính ở đây là không cần sử dụng cáp dữ liệu nữa Giải pháp Cellular

đã được sử dụng trong thời gian ngắn, cho phép người dùng khả năng

di chuyển trong khi vẫn duy trì được kết nối, với tốc độ chậm và giácao WLANs cung cấp khả năng di động tương tự như vậy mà không

có sự trở ngại nào WLANs có tốc độ nhanh, giá thành thấp và hầunhư có thể lặp đặt được ở bất kỳ nơi đâu Trong mạng của doanhnghiệp, WLANs hầu như chỉ đảm nhận vai trò truy cập

(tối đa 100m) Phải sử dụng đến cáp quang đòi hỏi phải đầu tư rất lớn về chi phí, công

sức Việc lắp đặt sợi quang học yêu cầu phải nâng cấp các bộ chuyển mạch tại các biênhiện thời WLANs được lắp đặt dễ dàng để cung cấp kết nối vô tuyến trong phạm vicủa toà nhà Do sử dụng ít dây trong việc lắp đặt WLAN, chi phí để thuê thợ và muacáp hầu như không đáng kể

1.8.3 Kết nối tòa nhà đến tòa nhà

Hình 1.14: Vai trò kết nối tòa nhà đến tòa nhà

Trong môi trường một khu đại học hoặc môi trường có hai haynhiều toà nhà liền kề nhau, người dùng mạng tại mỗi toà nhà riêngbiệt này có nhu cầu kết nối trực tiếp đến cùng một mạng máy tính.Trước đây, việc kết nối và truy cập này phải thực hiện bằng cáchchạy cáp ngầm dưới đất từ toà nhà này đến toà nhà kia hoặc thuêcủa công ty điện thoại địa phương một đường thuê bao riêng Sửdụng công nghệ WLAN, thiết bị được lắp đặt dễ dàng và nhanh chóngcho phép các toà nhà trở thành những phần của cùng một mạng màkhông cần phải tốn kém cho đường thuê bao riêng hoặc đào bới nềncủa các toà nhà Sử dụng an-ten vô tuyến thích hợp, bất kỳ toà nhànào cũng có thể kết nối với nhau thành một mạng thống nhất Giốngnhư mọi giải pháp kết nối dữ liệu khác, dĩ nhiên cũng có các hạn chếtrong công nghệ WLAN, nhưng tính linh hoạt, tốc độ và tiết kiệm chiphí Có hai cách thức trong kết nối toà nhà-đến-toà nhà Cách thứnhất được gọi là điểm-đến-điểm, và cách thứ hai gọi là điểm-đến-đađiểm Các kết nối điểm-đến-điểm là kết nối vô tuyến giữa hai toà nhà.Các kết nối point-to-point hầu hết thường là sử dụng an-ten bán địnhhướng hoặc định hướng cao tại mỗi cuối đường kết nối Kết nối Điểm-đến-Đa điểm là các kết nối vô tuyến giữa ba toà nhà trở lên, với mộttoà nhà là tâm điểm truy cập trong mạng Toà nhà trung tâm này cầnxây dựng thành mạng trung tâm, kết nối với Internet và các máy chủ.Kết nối point-to-multipoint giữa các toà nhà thường sử dụng an-ten

không định hướng tại toà nhà trung tâm và các an-ten bán địnhhướng tại mỗi toà nhà ở xa muốn kết nối

dữ liệu bằng tay vào trạm hữu tuyến Người dùng các thiết bị kết nối

vô tuyến thực hiện ít thao tác hơn những người khác khi cần kết nối.Một vài kỹ thuật vô tuyến mới nhất cho phép người dùng di chuyểnvật lý từ vùng mạng vô tuyến này sang vùng khác mà không bị mấtkết nối, cũng giống như khách hàng sử dụng điện thoại di động có

thể chuyển đổi giữa các phân vùng với nhau trong khu vực phủ sóng.Với những tổ chức lớn, có vùng phủ sóng vô tuyến trải rộng, khả năngchuyển vùng là vô cùng quan trọng trong các tổ chức này, vì mọingười cần phải duy trì được kết nối đến mạng chính ở cách xa nơi làmviệc của họ.

1.8.5 Văn phòng lưu động

Văn phòng hay lớp học lưu động cho phép người dùng kết nốithiết bị vi tính của họ một cách nhanh chóng và di chuyển sang vị tríkhác Để mở rộng mạng máy tính cho các toà nhà tạm thời này, chiphí để lắp đặt cáp rất lớn Các kết nối WLAN từ ngôi trường chính đếncác lớp học lưu động cho phép linh hoạt hơn trong chi phí đặt cáp.Các văn phòng tạm cũng thường sử dụng WLANs Do tăng trưởng,các công ty thường tìm văn phòng ngắn hạn và cần chuyển vài nhânviên đến đó, việc lắp đặt cáp Cat 5 hoặc cáp quang trong thời gianngắn thì không hiệu quả, và chủ toà nhà thường không cho phéptháo các cáp đã lắp đặt Với mạng vô tuyến, các thành phần củamạng có thể thiết lập và di chuyển sang nơi khác một cách dễ dàng

và nhanh chóng Rất nhiều tổ chức đã sử dụng có hiệu quả mạng lưuđộng Trong đó bao gồm Superbowl, Olympics, rạp xiếc, hội, triểnlãm, lễ, công ty xây dựng… WLANs hoàn toàn phù hợp trong các môitrường này Các bệnh viện và tổ chức y tế khác cũng thường sử dụngWLANs Tại những đơn vị này, WLANs giúp các bác sĩ với thiết bị cầmtay PDA vô tuyến và các y tá sử dụng xe phân tích lưu động dichuyển từ phòng này sang phòng khác có thể kết nối vào mạng.Bằng những thiết bị và phần mềm mới, mạng vô tuyến cho phép cácbác sĩ và y tá thực hiện công việc hiệu quả hơn Các cơ sở côngnghiệp, như kho hàng và phân xưởng sản xuất, rất tiện lợi khi sửdụng mạng vô tuyến Trong công nghiệp, WLAN được áp dụng tại các

hãng tàu khi phương tiện vừa đến cảng sẽ tự động kết nối vào mạng

vô tuyến Cách nối mạng này cho phép các hãng tàu hoạt động cóhiệu quả hơn trong việc quản lý cập nhật dữ liệu cho các máy chủ

Tóm tắt

Kỹ thuật vô tuyến ra đời từ lâu, được sử dụng đầu tiên trong quân sự và phát triểnnhanh chóng nhờ những ưu điểm như tính tiện lợi , linh hoạt, di động và dễ triển khai.Nhu cầu sử dụng mạng vô tuyến ngày một ra tăng và có mặt hầu hết trong đời sống xãhội Có rất nhiều giải pháp cho mạng vô tuyến, nhiều tổ chức tham gia nghiên cứuphát triển công nghệ WLAN như IEEE, FCC, WECA…việc hiểu rõ các công nghệWLAN như dải tần hoạt động, công suất phát, kỹ thuật trải phổ, các kênh và khả năngbảo mật là cần thiết cho sự triển khai và thiết kế mạng WLAN hiệu quả cao Trongchương này đã trình bày khái niệm về mạng cục bộ vô tuyến, các kĩ thuật trong côngnghệ WLAN, giải tần hoạt động và các kênh tần số được sử dụng và vấn đề gặp phải

2.2 Thiết bị

2.2.1 Access point

Access point là thiết bị WLAN phổ biến nhất, access point cung cấp cho ngườidùng (clients) điểm truy cập vào mạng Access point là thiết bị bán song công chứcnăng tương tự với bộ chuyển mạch Ethernet

Hình 2.1: Một access point trong mạng

a Chức năng trạm gốc

Chức năng trạm gốc được sử dụng khi access point kết nối với mạng Ethernetthông qua giao diện hữu tuyến của nó Hầu hết các access point hỗ trợ nhiều chế độthường mặc định ở chức năng trạm gốc Ở chế độ trạm gốc, access point phân phối dữliệu giống như trong hệ thống hữu tuyến, và có thể liên lạc với các phân đoạn hữutuyến khác Các access point nói chuyện với nhau thông qua chức năng chuyển vùng.Clients vô tuyến ở các khu vực khác nhau liên lạc được với nhau thông qua các accesspoint trong phân đoạn hữu tuyến

Hình 2.2: Access point ở chế độ trạm gốc

b Chức năng cầu nối

Access point hoạt động như các cầu nối vô tuyến, mà cầu nối chỉ được sử dụng đểliên kết vô tuyến hai hoặc nhiều hơn các phân đoạn hữu tuyến lại với nhau

Hình 2.4: Access point ở chế độ lặp

2.2.2 Các client trong WLAN

Bao gồm các thiết bị WLAN mà một access point có thể nhận dạng như là clienttrong mạng Những thiết bị này bao gồm:

 PCMCIA và Compact Flash Cards

 Ethernet và Serial Converters

 USB Adapters

 PCI và ISA Adapters

WLAN clients là các nút người dùng đầu cuối như máy tính để bàn có thêm card

vô tuyến cắm vào cổng PCI hoặc cổng USB, máy tính xách tay hoặc các thiết bị cầmtay như PDA cần kết nối vô tuyến đến cơ sở hạ tầng mạng vô tuyến Điều quan trọng lànhà sản xuất chỉ làm các radio card dưới hai dạng vật lý, đó là PCMCIA và CompactFlash Tất cả các radio card được kết nối với các đầu nối như PCI, ISA, USB

Hình 2.5: Một số card vô tuyến

2.2.3 Controller

Sử dụng để quản lí dữ liệu tất cả các client, truyền thông, chức năng quản lí hệthống, cho phép quản lí tài nguyên vô tuyến, thực hiện chức năng chuyển vùng, phânphối chức năng bảo mật, quản lí chất lượng QoS

Hình 2.6: Hình ảnh một wireless controller

2.2.4 Anten

An-ten chuyển đổi năng lượng điện thành sóng RF hoặc ngược lại,sóng RF chuyển thành năng lượng điện tại an-ten thu Các trường điện từphát ra từ an-ten được gọi là các tia Có ba dạng cơ bản của an-ten RF: An ten toànhướng, Anten bán định hướng, An ten định hướng cao Mỗi loại có các đặc điểm vàcách sử dụng phù hợp khác nhau Khi độ tăng ích của một an-ten giảm đi, khu vực phủsóng hẹp lại, vì thế an-ten có độ tăng ích cao cung cấp khu vực phủ sóng dài hơn an-

ten có độ tăng ích thấp ở cùng một mức công suất phát Các thông số quan trọng củaanten là độ tăng ích, độ rộng tia và sự phân cực.

a Anten toàn hướng

Thông thường hầu hết An-ten WLAN là loại an-ten toàn hướng Thiết kế đơn giản,an-ten toàn hướng là trang bị tiêu chuẩn cho hầu hết các access points Gọi là an-tentoàn hướng bởi vì nó bức xạ năng lượng bằng nhau theo mọi hướng xung quanh trụccủa nó An-ten toàn hướng dùng trong WLAN thì rất nhỏ do tần số WLAN là 2.4 GHz

vì có tần số cao nên chiều dài bước sóng và anten ngắn hơn

Hình 2.7: Năng lượng bức xạ của một anten dipole

Anten toàn hướng bức xạ 360 0 theo phương ngang Nếu một anten bức xạ theomọi hướng bằng nhau theo hình cầu gọi là anten đẳng hướng Nếu an-ten toànhướng đặt ở tâm của một sàn trong toà nhà có nhiều tầng, phần lớnnăng lượng của nó sẽ bức xạ dọc theo chiều dài của tầng đó, mộtphần nhỏ đáng kể được gửi đến các tầng bên trên và bên dưới accesspoint An-ten toàn hướng độ tăng ích cao cung cấp khu vực phủ sóng rộng hơn theophương ngang, nhưng vùng phủ sóng theo phương dọc bị thu hẹp lại

Sử dụng : An-ten toàn hướng được sử dụng khi yêu cầu khu vực phủ sóng ở mọi phía

xung quanh theo trục ngang của an-ten An-ten toàn hướng cũng rất hiệu quả khi khuvực phủ sóng rộng bao quanh một điểm trung tâm Ví dụ, đặt an-ten toàn hướng tạitrung tâm của khu vực, phòng mở sẽ cho vùng phủ sóng tốt An-ten toàn hướng thường

sử dụng cho điểm-đến-đa điểm được thiết kế theo hình thái mạng hub-n-spoke Sử

dụng trong nhà, an-ten toàn hướng nên đặt ở đỉnh của kết cấu tại trung tâm của khu vựcphủ sóng Ví dụ, trong khu trường học an-ten cần đặt ở trung tâm của khu vực để cóđược vùng phủ sóng lớn nhất Khi sử dụng trong nhà, an-ten nên đặt ở giữa toà nhàhoặc vùng phủ sóng mong muốn, gần trần nhà để tối ưu khu vực phủ sóng An-ten toànhướng phát xạ quanh vùng phủ sóng rộng lớn theo dạng đồng tâm và phù hợp cho nhàkho hoặc trình lãm thương mại, nơi mà khu vực phủ sóng thường từ một góc toà nhànày đến toà nhà kia.

Hình 2.9: Một số an ten bán định hướng

Các an-ten này định hướng năng lượng từ máy phát theo một hướng riêng biệt,thường có dạng vòng An-ten bán định hướng thường bức xạ có vùng phủ sóng ở dạngbán cầu hoặc hình trụ

Hình 2.10 : Đồ thị phương hướng của anten bán định hướng

Cách sử dụng : An-ten bán định hướng rất phù hợp cho các cầu nối có tầm ngắn và

trung bình Ví dụ, hai toà nhà văn phòng đối diện nhau cần chia sẽ kết nối mạng làtrường hợp tốt để thiết lập an-ten bán định hướng Tại không gian rộng lớn trong nhà,nếu máy phát được đặt ở góc hoặc cuối toà nhà, hành lang hoặc phòng rộng, thì an-tenbán định hướng là lựa chọn tốt nhất cung cấp vùng phủ sóng thích hợp

Hình 2.11: Đường kết nối giữa hai toà nhà sử dụng an-ten bán định hướng

c Anten định hướng cao

An-ten định hướng cao phát xạ tia tín hiệu hẹp nhất trong các loại an-ten và có độtăng ích cao nhất trong ba nhóm an-ten này An-ten định hướng cao thường có hìnhchảo, thiết bị hình đĩa Các an-ten này lý tưởng cho khoảng cách dài, đường liên kết vôtuyến điểm-đến-điểm Một số models có hình đĩa parabol do nó tương đối giống với

các đĩa vệ tinh nhỏ

Hình 2.12: Dạng bức xạ của an ten định hướng cao

Cách sử dụng : An-ten định hướng cao không sử dụng phủ sóng cho các thiết bị client.

Các an-ten này thường sử dụng đường liên kết thông tin điểm-đến-điểm, và có thểtruyền tải trong khoảng cách lên đến 25 dặm Thế mạnh của an-ten định hướng cao là