Đề tài tìm hiểu về chuẩn 802 .11

Đề tài tìm hiểu về chuẩn 802 .11

Đề tài: Tìm hiểu về chuẩn 802.11

Sự phát triển bùng nổ của mạng không dây trong những năm qua gợi cho chúng ta nhớ đến sựphát triển nhanh chóng của Iternet trong thập kỷ qua Điều đó chứng tỏ những tiện ích nổi trội

mà công nghệ không dây đem đến chỉ trong một ngắn, mạng không dây đã trở lên phổ biến, nhờgiá giảm, các chuẩn mới nhanh hơn và dịch vụ Internet băng rộng phổ biến ở mọi nơi Giờ đâychuyển sang dùng mạng không dây đã rẻ và dễ dàng hơn trước nhiều, đồng thời các thiết bị mớinhất cũng đủ nhanh để đáp ứng các tác vụ nặng nề như truyền các tập tin dung lượng lớn, xemphim, nghe nhạc trực tuyến qua mạng …

Xu hướng kết nối mạng LAN không dây (WLAN –Wireless Local Area Network) ngày càngtrở nên phổ biến trong các cấu trúc mạng hiện nay LAN không dây hiện đang làm thay đổinhững cấu trúc mạng hiện hành một cách nhanh chóng Nhờ việc ngày càng có nhiều những thiết

bị điện toán di động như máy tính xách tay, thiết bị xử lí cá nhân, PDA (Personal DigitalAssistant)… , cộng với việc người sử dụng luôn lo lắng đến những phiền toái khi kết nối mạngLAN bằng cáp mạng thông thường

Công nghệ không dây có mặt ở khắp mọi nơi, với bất cứ ứng dụng hay dịch vụ nào liên quanđến vận chuyển dữ liệu sẽ đều có một giải pháp không dây, phổ biến là những điểm công cộngnhư sân bay, nhà ga…, mạng không dây còn chứng tỏ những tiện ích nổi bật của nó khi ứngdụng trong lĩnh vực y tế và giáo dục Đối với riêng lĩnh vực giáo dục, hệ thống mạng cục bộkhông dây đã được triển khai rộng khắp ở các trường đại học trên thế giới bởi những lợi ích vềmặt giáo dục cũng như những ưu điểm khi lắp đặt

Sự phát triển nhanh chóng của những mạng cục bộ không dây là minh chứng cho thấy nhữnglợi ích đi kèm của công nghệ này Tuy nhiên, hiện nay ở hầu hết những triển khai không dây về

cơ bản là không an toàn Việc triển khai một môi trường không dây về cơ bản không khó Việctriển khai một môi trường không dây đáp ứng những yêu cầu về an toàn và tối thiểu hóa rủi dothì lại không dễ Có thể thực hiện được điều đó nhưng đòi hỏi việc lập kế hoạch chắc chắn vàmột cam kết giải quyết một số vấn đề vận hành, thực thi và kiến trúc quan trọng

Trong một tương lai gần, việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ mạng cục bộ không dây chocác trường đại học ở Việt Nam là hoàn toàn có khả năng thực hiện được Với mục đích đi sâutìm hiểu công nghệ mạng cục bộ không dây, những giải pháp an ninh cho mạng để trong mộttương lai không xa có thể triển khai công nghệ mạng cục bộ không dây ở các trường đại học

II L i c m n ời cảm ơn ảm ơn ơn

đến:

Cô hướng dẫn đề tài – Ngô Quỳnh Thu Giảng viên Khoa Công nghệ Thông Tin Trường Đại

học Bách Khoa Hà Nội - đã cung cấp cho chúng em những kiến thức vô cùng bổ ích và hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ dạy tận tình để nhóm chúng em hoàn thành được đề tài này

Do chưa có kinh nghiệm và đầy đủ kiến thức nên trong quá trình làm bài tập còn nhiều thiếu xót, chúng em xin chân thành tiếp thu những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo để các bài tập lần sau chúng em có thể thực hiện tốt hơn

Mục lục

I Lời nói đầu 1

II Lời cảm ơn 2

Mục lục 3

Chương 1: Tổng quan về chuẩn 802.11 5

1.1 Chuẩn 802.11 là gì ? 5

1.2 Lịch sử ra đời 5

1.3 Mục đích 6

1.3.1 Phạm vi phủ sóng 7

1.4 Các chuẩn trong họ 802.11 7

1.4.1 Chuẩn 802.11 7

1.4.2 Chuẩn 802.11b 7

1.4.3 Chuẩn 802.11a 7

1.4.4 Chuẩn 802.11g 8

1.4.5 Chuẩn 802.11e 8

1.4.6 Chuẩn 802.11n 8

1.5 Ưu nhược điểm của mạng WLAN 8

1.5.1 Ưu điểm 8

1.5.2 Nhược Điểm 9

Chương 2: Cơ chế truy nhập môi trường 10

2.1 Cơ chế truy nhập môi trường MAC 802.11 10

2.1.1 phương pháp truy cập cơ sở - chức năng phối hợp phân tán DFC 11

2.1.2 phương pháp điều khiển truy nhập môi trường: chức năng phối hợp điểm PCF 13

2.1.3 phương pháp điều khiển truy nhập môi trường – chức năng phối hợp lai HCF 14

3.2 Các kỹ thuật tầng vật lý 802.11 14

3.2.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS 15

3.2.2 Đa phân chia tấn số trực giao OFDM 16

3.2.3 Công nghệ trải phổ nhảy tần 16

Chương 3: Quá trình kết nối và mô phỏng kết nối bằng phần mềm Opnet 18

3.1 Quá trình kết nối 18

3.1.1 Trạng thái 1: Chưa xác thực và liên kết 18

3.1.2 Trạng thái 2: Xác thực 19

3.1.3 Trạng thái 3: Liên kết 19

3.2 Mô phỏng và kết quả bằng phần mềm Opnet 19

3.2.1 Opnet là gì ? 19

3.2.2 Cài đặt và mô phỏng 20

3.2.2.1 Cài đặt 20

3.2.2.2 Phần mô phỏng 20

3.2.2.3 Báo cáo kết quả 31

Tài liệu tham khảo 34

Chương 1: Tổng quan về chuẩn 802.11

1.1 Chuẩn 802.11 là gì ?

IEEE 802.11 là một tập các chuẩn của tổ chức IEEE bao gồm các đặc tả kỹ thuật liên quan đến

hệ thống mạng không dây Mục đích của chuẩn IEEE 802.11 như IEEE định nghĩa là “để cungcấp kết nối không dây tới các thiết bị, hoặc các trạm tự động mà yêu cầu triển khai nhanh, vàxách tay hoặc cầm tay, hoặc được gắn lên các phương tiện chuyển bên trong một vùng”

Chuẩn IEEE 802.11 mô tả một giao tiếp “truyền qua không khí” (over-the-air) sử dụng song vôtuyến để truyền nhận tín hiệu giữa một thiết bị không dây và tổng đài hoặc điểm truy cập (AP),hoặc giữa 2 hay nhiều thiết bị không dây với nhau (mô hình ad-hoc)

1.2 Lịch sử ra đời

Năm 1997, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đã giới thiệu một chuẩnđầu tiên cho WLAN Chuẩn này được gọi là 802.11 sau khi tên của nhóm được thiết lập nhằmgiám sát sự phát triển của nó Tuy nhiên, 802.11chỉ hỗ trợ cho băng tần mạng cực đại lên đến2Mbps – quá chậm đối với hầu hết các ứng dụng Với lý do đó, các sản phẩm không dây thiết kếtheo chuẩn 802.11 ban đầu dần không được sản xuất

IEEE đã mở rộng trên chuẩn 802.11 gốc vào tháng Bảy năm 1999, đó chính là chuẩn 802.11b.Chuẩn này hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps, tương quan với Ethernet truyền thống.802.11b sử dụng tần số vô tuyến (2.4 GHz) giống như chuẩn ban đầu 802.11 Các hãng thích sửdụng các tần số này để chi phí trong sản xuất của họ được giảm Các thiết bị 802.11b có thể bịxuyên nhiễu từ các thiết bị điện thoại không dây (kéo dài), lò vi sóng hoặc các thiết bị khác sửdụng cùng dải tần 2.4 GHz Mặc dù vậy, bằng cách cài đặt các thiết bị 802.11b cách xa các thiết

bị như vậy có thể giảm được hiện tượng xuyên nhiễu này

Trong khi 802.11b vẫn đang được phát triển, IEEE đã tạo một mở rộng thứ cấp cho chuẩn802.11 có tên gọi 802.11a Vì 802.11b được sử dụng rộng rãi quá nhanh so với 802.11a, nên một

số người cho rằng 802.11a được tạo sau 802.11b Tuy nhiên trong thực tế, 802.11a và 802.11bđược tạo một cách đồng thời Do giá thành cao hơn nên 802.11a chỉ được sử dụng trong cácmạng doanh nghiệp còn 802.11b thích hợp hơn với thị trường mạng gia đình

802.11a hỗ trợ băng thông lên đến 54 Mbps và sử dụng tần số vô tuyến 5GHz Tần số của 802.11a cao hơn so với 802.11b chính vì vậy đã làm cho phạm vi của hệ thống này hẹp hơn so với các mạng 802.11b Với tần số này, các tín hiệu 802.11a cũng khó xuyên qua các vách tường

và các vật cản khác hơn

thích với nhau Chính vì vậy một số hãng đã cung cấp các thiết bị mạng hybrid cho 802.11a/b

Vào năm 2002 và 2003, các sản phẩm WLAN hỗ trợ một chuẩn mới hơn đó là 802.11g, đượcđánh giá cao trên thị trường 802.11g thực hiện sự kết hợp tốt nhất giữa 802.11a và 802.11b Nó

hỗ trợ băng thông lên đến 54Mbps và sử dụng tần số 2.4 Ghz để có phạm vi rộng 802.11g cókhả năng tương thích với các chuẩn 802.11b, điều đó có nghĩa là các điểm truy cập 802.11g sẽlàm việc với các adapter mạng không dây 802.11b và ngược lại

Chuẩn mới nhất trong danh mục Wi-Fi chính là 802.11n Đây là chuẩn được thiết kế để cải thiện cho 802.11g trong tổng số băng thông được hỗ trợ bằng cách tận dụng nhiều tín hiệu khôngdây và các anten (công nghệ MIMO)

Khi chuẩn này được đưa ra, các kết nối 802.11n sẽ hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên đến 100 Mbps 802.11n cũng cung cấp phạm vi bao phủ tốt hơn so với các chuẩn Wi-Fi trước nó nhờ cường độ tín hiệu mạnh của nó Thiết bị 802.11n sẽ tương thích với các thiết bị 802.11g

IEEE 802.11 hỗ trợ 3 topo mạng cơ bản cho WLAN:

 Tập dịch vụ cơ bản độc lập – IBSS (Independent Basic Service set)

 Tập dịch vụ cơ bản –BSS (Basic Service Set)

 Tập dịch vụ mở rộng –ESS (Extended Service Set)

Chuẩn 802.11 định nghĩa hai mô hình:

 Chế độ tự do (ad hoc) hay IBSS

 Chế độ cơ sở hạ tầng (Infranstructure)

Về mặt logic cấu hình tự do ad hoc tương tự như một mạng văn phòng điểm tới điểm mà

trong đó không có nút nào đóng vai trò như một máy chủ IBSS WLAN gồm một số nút hay

những trạm không dây truyền không trực tiếp với nhau Nhìn chung, những thực thi dạng ad hoc

có phạm vi hoạt động không lớn và không được kết nối tới bất kỳ mạng diện rộng nào

sử dụng angten đặc biệt có thể tang phạm vi phủ song lên nhiều dặm

1.4 Các chuẩn trong họ 802.11

1.4.1 Chuẩn 802.11

Áp dụng cho WLAN và cung cấp tốc độ truyền từ 1 đến 2 Mbps trong dải tần 2.4GHz sử dụngtrải phổ trượt tần số FHSS (Frequency – Hopping Spread Spectrum) và trải phổ chuỗi trực tiếpDSSS (Direct – Sequence Spread Spectrum )

1.4.2 Chuẩn 802.11b

Có tốc độ truyền 11Mbps ở dải tần ÍM 2.4GHz chuẩn Wi-Fi 802.11b là phiên bản sửa đổi của802.11 Tuy nhiên 802.11b hay còn gọi là WI-Fi về mặt lý thuyết thì tốc độ là 11Mbps nhưngtrên thực tế chỉ đạt 7 Mbps do những vấn đề về đồng bộ, overhead ACK (Acknowledge)

1.4.3 Chuẩn 802.11a

802.11a hoạt động ở dải tần 5Mbps Do tần số hoạt động cao hơn so với 802.11 nên 802.11a cóphạm vi phủ song nhỏ hơn Nó cố gắng giải quyết vấn đề khoảng cách bằng cách sử dụng nguồnnhiều hơn và những sơ đồ mã hóa dữ liệu hiệu quả hơn Ưu điểm chính của nó là tốc độ: phổ của802.11a được chia thành 8 phân đoạn mạng con hay còn gọi là 8 kênh, mỗi kênh khoảng 20MHz Mỗi kênh này phụ trách một số lượng những nút mạng Những kênh được tạo 52 sóngmang, mỗi song mang là 300 KHz, và có thể đạt tốc độ tối đa là 54 Mbps 802.11a dựa trên một

sơ đồ điều chế OFDM (Orthogonal Frequency – Division Multiplexing) Hệ thống RF hoạt động

ở những dải tần UNII 5.15-5.25, 5.25-5.35 và 5.725-5.825 GHz Hệ thống OFDM cung cấp 8 tốc

độ dữ liệu khác nhau từ 6 đến 54 Mbps Nó sử dụng những sơ đồ điều chế BPSK (Binary Phase– Shift Keying), QPSK (Quadrature Phase – Shift Keying), 16 – QAM (Quadtrative AmplitudeModulation) và 64 – QAM cùng với mã sửa lỗi 802.11a không tương thích với 802.11b

1.4.4 Chuẩn 802.11g

Bản phác thảo đầu tiên của 802.11g được thông qua vào tháng 11 năm 2001 sau một tranh cãilâu dài và căng thẳng của những người ủng hộ PBCC (Packet Binary Convolution Coding) vàOFDM 802.11 là sự mở rộng tốc độ cho chuẩn 802.11b, với tốc độ lên đến 54 Mbps ở dải tần2.4 GHz 802.11g dựa trên các kĩ thuật CCK (Complememtary Code Keying), OFDM và PBCC

1.4.5 Chuẩn 802.11e

802.11e được đưa ra để hỗ trợ cho QOS Mục đích là tăng cường MAC 802.11 hiện tại để mởrộng hỗ trợ cho những ứng dụng LAN với những yêu cầu QOS, để cung cấp những cải tiến về antoàn, và những khả năng và hiệu quả của giao thức những tang cường này, kết hợp với nhữngcải tiến hiện tại ở tầng vật lý từ 802.11a và 802.11b, sẽ làm tăng hiệu năng tổng thể của hệ thống,

và mở rộng không gian ứng dụng cho 802.11 Ví dụ, những ứng dụng bao gồm truyền thoại,audio và video qua những mạng không dây 802.11, hội nghị video, những ứng dụng an toàn tăngcường, và những ứng dụng truy cập di động

1.4.6 Chuẩn 802.11n

Năm 2007, IEEE cho ra đời 802.11n có tốc độ lý thuyết lên đến 600 Mbps và vùng phủ songrộng khoảng 250m Hiện nay IEEE 802.11n vẫn còn đang trong giai đoạn thử nghiệm nhưng hầuhết mọi thiết bị trên thị trường đều có chuẩn này

Chuẩn Wi-Fi mới nhất trong danh mục Wi-Fi là 802.11n được thiết kế để cải thiện tính năngcủa 802.11g về tổng băng thông được hỗ trợ bằng cách tận dụng nhiều tind hiệu không dây vàanten ( gọi là công nghệ MIMO – Multiple and Multiple - Output)

Ưu điểm của 802.11n là tốc độ truyền nhanh nhất, vùng phủ song tốt nhất, trở kháng lớn hơn

để chống nhiễu từ các tác động của môi trường Nhược điểm của 802.11n là chưa được phêchuẩn cuối cùng, giá cao hơn 802.11g, sử dụng nhiều tín hiệu có thể gây nhiễu song với các thiết

bị 802.11b/g kế cận

1.5 Ưu nhược điểm của mạng WLAN u nh ược điểm của mạng WLAN c đi m c a m ng WLAN ểm của mạng WLAN ủa mạng WLAN ạng WLAN

1.5.1 u đi m Ưu nhược điểm của mạng WLAN ểm của mạng WLAN

Sự tiện lợi: Mạng không dây cũng như hệ thống mạng thông thường Nó cho phép người dùng truy xuất tài nguyên mạng ở bất kỳ nơi đâu trong khu vực được triển khai(nhà hay văn phòng) Với sự gia tăng số người sử dụng máy tính xách tay(laptop), đó là một điều rất thuận lợi

Khả năng di động: Với sự phát triển của các mạng không dây công cộng, người dùng có thể truy cập Internet ở bất cứ đâu Chẳng hạn ở các quán Cafe, người dùng có thể truy cập Internet khôngdây miễn phí.

Hiệu quả: Người dùng có thể duy trì kết nối mạng khi họ đi từ nơi này đến nơi khác

Triển khai: Việc thiết lập hệ thống mạng không dây ban đầu chỉ cần ít nhất 1 access point Với mạng dùng cáp, phải tốn thêm chi phí và có thể gặp khó khăn trong việc triển khai hệ thống cáp

ở nhiều nơi trong tòa nhà

Khả năng mở rộng: Mạng không dây có thể đáp ứng tức thì khi gia tăng số lượng người dùng Với hệ thống mạng dùng cáp cần phải gắn thêm cáp

1.5.2 Nh ược điểm của mạng WLAN c Đi m ểm của mạng WLAN

Bảo mật: Môi trường kết nối không dây là không khí nên khả năng bị tấn công của người dùng

là rất cao

Phạm vi: Một mạng chuẩn 802.11g với các thiết bị chuẩn chỉ có thể hoạt động tốt trong phạm

vi vài chục mét Nó phù hợp trong 1 căn nhà, nhưngvới một tòa nhà lớn thì không đáp ứng được nhu cầu Để đáp ứng cần phải mua thêm Repeater hay access point, dẫn đến chi phí gia tăng

Độ tin cậy: Vì sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông nên việc bị nhiễu, tín hiệu bị giảm do tácđộng của các thiết bị khác(lò vi sóng,….) là không tránh khỏi Làm giảm đáng kể hiệu quả hoạt động của mạng

Tốc độ: Tốc độ của mạng không dây (1- 125 Mbps) rất chậm so với mạng sử dụng

cáp(100Mbps đến hàng Gbps)

Chương 2: Cơ chế truy nhập môi trường

Các đặc tả của tập chuẩn IEEE 802.11 tập trung vào 2 tầng thấp nhất của mô hình tham chiếuOSI là tầng liên kết dữ liệu và tầng vật lý

 Tầng MAC (thuộc tầng liên kết dữ liệu) là một tập các luật xác định cách thức truy cậpthiết bị phần cứng và gửi dữ liệu

 Tầng vật lý (PHY) đảm nhiệm chi tiết việc gửi và nhận dữ liệu bằng thiết bị phần cứng

Hình 2.0: quan hệ giữa chuẩn IEEE 802.11 và mô hình OSI

Như vậy, thực chất chuẩn 802.11 là một tập các đặc tả cho hai thành phần:

Tầng con MAC và tầng vật lý Chúng ta sẽ đi xem xét chi tiết hai thành phần này.

2.1 Cơ chế truy nhập môi trường MAC 802.11

Như bất kỳ giao thức chuẩn IEEE 802.x khác, giao thức chuẩn IEEE 802.11 bao gồm MAC

và lớp vật lý, chuẩn hiện thời định nghĩa một MAC đơn tương tác với ba lớp vật lý (tất cả hoạt

động ở tốc độ 1 và 2Mbit/s):

 FHSS hoạt động trong băng tần 2.4GHz

 DSSS hoạt động trong băng tần 2.4GHz, và

 Hồng ngoại

Hình 4.2 chuẩn IEEE 802.11 tần MAC

Ngoài các tính năng chuẩn được thực hiện bởi các lớp MAC, lớp MAC chuẩn IEEE 802.11còn thực hiện chức năng khác liên quan đến các giao thức lớp trên, như Phân đoạn, Phát lại gói

Xác thực Quá trình thiết lập xác minh client trước

khi một client không dây kết hợp với 1

Ap Máy chủ xác thực phải thỏa mãnrằng nó thực sự là client không dâyđược quyền mục đích là cung cấp điềukhiển truy nhập tương ứng

SS (Stationsever )

Dịch vụ trạm

Yêu cầu

Giải xác thực Quá trình ngắt một xác thực đang có SS Khai báo

Phân tán Quá trình phát những tin trên một DS DSS Yêu cầu

Tích hợp Quá trình kết nối một WLAN với một

LAN phụ trợ Nó thực hiện việc dịchnhững khung 802.11 thành nhữngkhung có thể chuyển qua mạng khác vàngược lại

Phát dữ liệu Quá trình phát dữ liệu giữa những điểm

truy cập dịch vụ MAC, với sao chép vàsắp xếp lại những khung ở mức tốithiểu

Tin cậy Cung cấp khả năng bảo vệ thông tin

trước những thực thể không đượcquyền dịch vụ này chỉ được cung cấpcho những khung dữ liệu

Có hai cách để cung cấp truy cập môi trường tới một kênh vô tuyến, như được định nghĩatrong chuẩn 802.11, trước khi một khung có thể được truyền: chức năng phối hợp phân tán DCF(Distributed Coordination Function) và chức năng phối hợp điểm PCF (Point CoordinationFuntion)

2.1.1 phương pháp truy cập cơ sở - chức năng phối hợp phân tán DFC

Cơ chế truy nhập cơ sở hay còn gọi là chức năng phối hợp phân tán DFC về cơ bản là một cơchế đa truy cập cảm nhận sóng mang dò va đập CSMA/CA

Một giao thức CSMA làm việc như sau: một trạm muốn truyền thì trước tiên nó cảm ứng môitrường, nếu như môi trường bận, khi đó trạm này sẽ hoãn việc truyền lại ở một thời điểm sao đó,nếu như môi trường được cảm nhận là rỗi, khi đó trạm sẽ được truyền

Những loại giao thức này rất hiệu quả khi môi trường không chịu tải nặng, bởi vì nó cho phépcác trạm truyền với trễ tối thiểu Tuy nhiên, luôn có cơ hội để các trạm truyền cùng lúc

Những tình huống va đập này cần được xác định, do đó tầng MAC có thể truyền lại các gói tinbởi chính nó chứ không phải bởi tầng cao hơn, sẽ gây ra trễ đáng kể Trong Ethernet va đập cóthể nhận ra bởi các trạm truyền sẽ đi đến một pha truyền lại dựa trên cơ sở một thuật toánbackoff ngẫu nhiên hàm mũ Trong khi những cơ chế dò va đập là một ý tưởng tốt đối với LANhữu tuyến thì chúng lại không thể thực hiện được trên một môi trường LAN không dây Để giảiquyết vấn đề này, 802.11 sử dụng một cơ chế tránh va đập (Collision Avoidance) kết hợp với sơ

đồ thừa nhận xác thực, như sau:

Một trạm muốn truyến sẽ cảm nhận môi trường, nếu môi trường bận khi đó nó sẽ trễ truyền lại.Nếu như môi trường rỗi trong một khoảng thời gian cụ thể khi đó trạm sẽ truyền, trạm nhận sẽkiểm tra CRC (Cyclic Redundancy Check) của gói tin nhận được và gửi một gói tin thừa nhận.Việc nhận sẽ chứng tỏ rằng có va đập xảy ra Nếu như bên gửi không nhận được thông tin thừanhận thì khi đó nó sẽ truyền lại đoạn tin này cho đến khi nó nhận được thông tin từ phía bên nhậnhoặc bỏ qua sau một số lần nhất định

Để giảm khả năng hai trạm va đập do không nghe được nhau, chuẩn này định nghĩa một cơ chếcảm nhận song mang ảo như sau:

Một trạm muốn truyền một gói tin trước tiên sẽ truyền một gói điều khiển ngắn được gọi làRTS ( Request to Send), gồm nguồn, đích và thời gian truyền tiếp theo, trạm đích sẽ trả lời bằngmột gói điều khiển trả lời gọi là CTR (Clear to send) gồm thông tin thời gian truyền tương tự.Tất cả các trạm nhận RTS hay CTS sẽ thiết lập chỉ báo cảm nhận sóng mang ảo của chúng, trongmột khoảng thời gian nhất định, và sẽ sử dụng thông tin này cùng với cảm nhận sóng mang vật

lý khi cảm nhận môi trường

Hình 2.1.1 CSMA/CA cảm nhận sóng mang ảo

Cơ chế này giảm khả năng xuất hiện một va đập trên vùng nhận bằng một trạm “ẩn” trước bộphận truyền, tới một khoảng thời gian ngắn của quá trình truyền RTS, do trạm này sẽ lắng ngheCTS và “dự trữ” môi trường khi bận cho đến cuối qua trình giao tác Thông tin thời gian trênRTS cũng bảo vệ vùng truyền khỏi những va đập trong quá trình ACK

Cũng lưu ý rằng do thực tế RTS và CTS là những khung ngắn, nó cũng giảm overhead củanhững va đập, bởi những khung này được thừa nhận nhanh hơn nếu như toàn bộ gói tin đã đượctruyền, do vậy chuẩn này cho phép những gói tin ngắn được truyền mà không cần giao tác RTS/CTS, và quá trình này được điều khiển trên mỗi trạm bằng một tham số gọi là ngưỡng RTS Biểu đồ sau đây thể hiện một giao thức giữa hai trạm A và B, và thiết lập NAV của các trạmláng giường để chỉ ra trạng thái bận của môi trường

Hình 3.1: Trạng thái NAV kết hợp với cảm nhận sóng mang vật lý

2.1.2 phương pháp điều khiển truy nhập môi trường: chức năng phối hợp điểm PCF.

MAC 802.11 định nghĩa một chức năng phối hợp khác nhau gọi là chức năng phối hợp điểmPCF (Point Coordintion Function); chỉ có ở chế độ “cơ sở hạ tầng”, ở đó các trạm được kết nốitới mạng thông qua AP

Kỹ thuật này dựa vào một nút trung tâm, thường là một AP để truyền thông với một nút đanglắng nghe, để xem môi trường truyền có rỗi hay không Bởi vì hầu hết các AP có những topo bus

logic, khi đó chỉ có thể được xử lý ở một thời điểm, và do vậy yêu cầu một kỹ thuật điều khiểntruy nhập môi trường.

PCF đơn giản sử dụng AP như là một hệ thống điều khiển trong MAC không dây.Chế độ nàykhông bắt buộc, chỉ có một vài AP hay các adapter Wi-Fi thực thi nó Các AP gửi những khungbáo hiệu ở những khoảng thời gian nhất định Giữa những khung báo hiệu này, PCF định nghĩahai chu kì: chu kì không tranh chấp CFP (Contention Free Period) và chu kì tranh chấp CP(Contention Period) Trong CP, DFC được sử dụng Trong CFP, AP gửi các gói dữ liệu dò khôngtranh chấp CF – Poll tới mỗi trạm, ở từng thời điểm, để trao đổi cho chúng quyền gửi một gói tin

AP là một bộ phối hợp, điều này cho phép quản lý QoS tối hơn Tuy nhiên, PCF cũng có nhữnggiới hạn

2.1.3 phương pháp điều khiển truy nhập môi trường – chức năng phối hợp lai HCF

Chuẩn IEEE 802.11e tăng cường DCF và PCF thông qua một chức năng phối hợp mới gọi làchức năng phối hợp lai HCF (Hybrid Coordination Function) Trong HCF có hai phương pháptruy cập kênh: HCCA- truy cập kênh được điều khiển HCF và truy cập kênh DCF tăng cườngEDCA (Enhanced DCF Channel Accesses)

Với EDCA, lưu lượng ưu tiên cao có cơ hội được gửi cao hơn lưu lượng ưu tiên thấp: mộttrạm với lưu lượng ưu tiên cao đợi ít hơn trước khi nó gửi gói tin của nó, hơn là một trạm với lưulượng ưu tiên thấp hơn Ngoài ra, mỗi mức ưu tiên được gán một cơ hội truyền TXOP (TransmitOpportunity) Một TXOP là một khoảng thời gian giới hạn trong suốt quá trình một trạm có thểgửi càng nhiều khung càng tốt Nếu như một khung là qua lớn để được truyền trong TXOP duynhất thì nó nên được phân thành những khung nhỏ hơn Việc sử dụng TXOP duy nhất thì nó nênđược phân thành những khung nhỏ hơn Việc sử dụng TXOP sẽ làm giảm vấn đề các trạm tốc độthấp giành một khối lượng thời gian kênh quá nhiều trong MAC DCF 802.11

3.2 Các kỹ thuật tầng vật lý 802.11.

Chuẩn IEEE 802.11 tập trung vào hai tầng đáy của mô hình OSI: Tầng vật lý và tầng liên kết

dữ liệu Tầng vật lý cung cấp các bit thông qua một mạng không dây IEEE 802.11 định nghĩanhiều kỹ thuật vật lý để truyền dữ liệu sử dụng một WLAN:

 Truyền hồng ngoại IR (Diffused Infranred)

 Trải phổ trượt tần số FHSS (Frequency Hopping Apead Spectrum)

 Trải phổ chuỗi trực tiếp DSS (Direct Sequence Spread Spectrum)

 Đa phân chia tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Divison Multiplexing)

Hình 3.2 kiến trúc logic tầng vật lý Những giải pháp dựa trên cơ sở RF là công nghệ truyền thống cho dữ liệu qua những WLAN.Ngược lại, những giải pháp dựa trên cơ sở IR không tạo ra nhiều quan tâm như một công nghệ,

và các nhà sản suất chưa sản xuất những sản phẩm tương thích 802.11 IR IR đưa ra những tốc

độ truyền cao hơn những hệ thống dựa trên cơ sở RF, tuy nhiên những giới hạn về khoảng cáchcản trở việc sử dụng nó như là một chuẩn tầng vật lý WLAN

Công nghệ trải phổ sử dụng tần số vô tuyến RF để truyền dữ liệu qua một WLAN gồm: FHSS,DSSS và OFDM Trải phổ lấy những tín hiệu số và mở rộng nó khiến cho nó xuất hiện giốnghơn với nhiễu nền ngâu nhiên (độ rộng dải thông và nguồn đỉnh thấp) Điều này khiến cho mộttín hiệu trải phổ khó dò hơn, càng giống nhiễu nhiều hơn thì càng khó chặn bắt và giải mã nếunhư không có thiết bị phù hợp Công nghệ sử dụng nhiều phương pháp điều chế bao gồm cácphiển bản tạo khóa dịch pha khác nhau (PSK – phase shift keying), điều chế biên độ cầu phươngQAM (Quadrature amplitude modulation), tạo khóa mã bổ sung CCK ( Complementary codekeying)

3.2.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS

DSSS là công nghệ trải phổ được lựa trọn bởi IEEE 802.11, và được sử dụng rộng rãi vớinhững thiết bị 802.11b Một tín hiệu dữ liệu được kế hợp với một chuỗi bit tốc độ dữ liệu caohơn, được biết đến như là một mã chiping (chiping code) hay processing gain, chuyển mỗi bit dữliệu người sử dụng thành một loạt những thành phần bit dư thừa (được gọi là những chip)

Trong DSSS, số chiping được sử dụng để truyền 1 bit được gọi là hệ số trải phổ (trong hìnhđưới hệ số trải phổ là 11) Hệ số trải phổ lớn sẽ đảm bảo khả năng thu được dữ liệu gốc nhưngđòi hỏi dải tần lớn và chuỗi chipping lớn hơn Có thể coi quá trình chipping là một dạng mã hóanhằm tăng tính an toàn của dữ liệu trên đường truyền Một kẻ nghe lén phải tìm ra được dải tầnđược sử dụng để truyền tin và mã chipping code mới có thể lấy được thông tin

Hình 3.2.1 Quá trình chiping DSSS làm việc bằng cách chia giải tần 2.4 GHz thành 11 kênh có độ rộng 22 MHz, và sử dụngmột tần số mang 1 MHz cho truyền dữ liệu Dữ liệu được trải và được truyền qua một trong sốnhững kênh 22MHz, DSSS cung cấp một cơ chế cho kiểm tra lỗi và chức năng sữa lỗi để khôiphục dữ liệu Những tần số trung tâm cho mỗi kênh là những phần 5 MHz, tạo ra nhưng kênhchồng nhau Chỉ có tối đa 3 kênh không chồng nhau có thể được đồng thời định vị (kênh 1,6 và11) mà không cần giảm dải thông DSSS được sử dụng ban đầu với những thiết bị 802.11 FCCquản lý DSSS ở Mỹ Ở châu âu, ETSI (European Standard Organizations and Regulations) quản

lý công nghệ DSSS

Hình 3.2.1 kỹ thuật DSSS cơ bản

3.2.2 Đa phân chia tấn số trực giao OFDM

OFDM không phải là một công nghệ trải phổ, mà là một kỹ thuật điều chế đa phân chia tấn số

có thể truyền khối lượng lớn dữ liệu số qua song vô tuyến OFDM làm việc bằng cách tách tínhiệu số thành những tín hiệu con phân biệt được truyền đồng thời một cách tách biệt ở những tần

số khác nhau qua một mạng không dây Một tín hiệu số được chia theo 48 tấn số mang con táchbiệt trong một kênh 20 MHz tạo ra những tốc độ truyền lên đến 54 Mbps OFDM rất hiệu quảkhi truyền dữ lieeujkhi truyền dữ liệu ở tốc độ cao, và tối thiểu hóa khối lượng đàm thoại chéo(Crosstalk) trong những lần tín hiệu Ngoài việc được triển khai như là những chuẩn WLAN802.11a và 802.11g, OFDM được lựa chọn để sử dụng như là những chuẩn WLAN 802.16 vàWiMax

Hình 3.2.2 Kỹ thuật OFDM Ngoài ra, tần vật lý 802.11 IEEE được chia thành hai tầng con: giao thức hội tụ tầng vật lýPLCP (Physical Layer Convergence Dependent ) PLCP chịu trách nhiệm chuẩn bị nhưng khung802.11 (tín hiệu) cho việc truyền Nó định hướng PMD, chịu trách nhiệm chính cho việc mã hóa,

để truyền và nhận những tín hiệu, và thay đổi những kênh vô tuyến trong số những chức năngkhác

3.2.3 Công nghệ trải phổ nhảy tần

Công nghệ trải phổ nhảy tầng (FHSS) cũng giống như tên gọi của nó, thực hiện việc thay đổi(nhảy) tấn số với mẫu nhảy (hopping patterm) xác định theo tốc độ được thiết đặt FHSS phânchia dải tần số từ 2402 đến 2480 MHz thành 79 kênh không chồng lên nhau, mỗi kênh có độrộng 1 MHz Số kênh cũng như mẫu nhảy được quy định khác nhau ở một số nước, thôngthường là 79 kênh (áp dụng ở mỹ và nhiều nước châu âu) Một bộ tạo số giả ngâu nhiên được sửdụng để sinh chuỗi tần số muốn nhảy tới Miễn là tất cả các trạm đều sử dụng cùng một bộ tạo sốgiả ngẫu nhiên giống nhau, và được đồng bộ hóa tại cùng một thời điểm, tần số được nhảy tớicủa tất cả các trạm sẽ giống nhau Mỗi tần số được sử dụng trong khoảng một thời gian gọi là

“Dwell Time” Đây là một tham số có thể điều chỉnh nhưng thường nhỏ hơn 400 ms Việc sinhngâu nhiên chuỗi tấn số của FHSS cung cấp một cách để định vị phổ trong dải tần ISM Nó cũngcung cấp một cách để đảm bảo an ninh dù ít ỏi vì nếu kẻ tấn công không biết được chuỗi bướcnhảy hoặc dwell time thì sẽ không thể nghe lén được đường truyền Đối với khoảng cách xa, cóthể có vấn đề giảm âm thi FHSS là một lựa chọn tốt để chống lại điều đó FHSS cũng giảm giaothoa song, do dố phổ biến khi dùng cho lien kết giữa các tòa nhà Nhược điểm của nó là dảithông thấp, chỉ đạt từ 1 đến 2 Mbps