WLAN – Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây

WLAN kết hợp với Internet cho chúng ta những lợi ích to lớn: giáo dục, công nghiệp sản xuất, nâng cao dân trí, y tế, quốc phòng… Kết nối mọi người với nhau. Đơn giản là WLAN linh động, luôn sẵn sàng kết nối toàn cầu, với những chuẩn đã được thị trường quốc tế chấp nhận rộng rãi như: IEEE 802.11, Bluetooth, HomeRF

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

1.1 WLAN Và Cuộc Sống Hôm Nay.

WLAN – Wireless Local Area Network - Mạng cục bộ không dây Thoạt nghe có

vẻ giới hạn và không phù hợp với quá trình toàn cầu hoá ngày hôm nay Song sự thực nórất khác xa những điều trên

Hôm nay và có lẽ trong tương lai mạng cục bộ không dây vẫn là chủ đề quantrọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin, truyền thông và đang được áp dụng rộng rãitrong cuộc sống Thật vậy, WLAN đang dần thay thế LAN có dây truyền thống trong cáccông ty, doanh nghiệp, một nhóm các hộ gia đình… mà dây truyền không thể triển khai,vấn đề thẩm mỹ, kinh tế lâu dài

WLAN kết hợp với Internet cho chúng ta những lợi ích to lớn: giáo dục, côngnghiệp sản xuất, nâng cao dân trí, y tế, quốc phòng… Kết nối mọi người với nhau Đơngiản là WLAN linh động, luôn sẵn sàng kết nối toàn cầu, với những chuẩn đã được thịtrường quốc tế chấp nhận rộng rãi như: IEEE 802.11, Bluetooth, HomeRF

Với những lợi ích to lớn và độ linh hoạt cao trong triển khai thì công nghệ khôngdây cũng như mạng cục bộ không dây sẽ là quá trình tất yếu cho sự phát triển của truyềnthông toàn cầu, cũng như tại Việt Nam

1.2 Mục Đích Của Luận Văn.

Từ những lợi ích to lớn của mạng cục bộ không dây mà tôi đã quyết định viếtluận văn cũng như sẽ là lĩnh vực nghề nghiệp sau này Với sự phát triển như vũ bão cũngnhư yêu cầu cao của công nghệ không dây, tôi hy vọng sẽ có nhiều cơ hội học hỏi cho bảnthân, cũng như đóng góp cho cộng đồng

Các quy định, đặc tả kỹ thuật, cấu trúc … của chuẩn này và giao thức quan trọng nhất :Giao thức CSMA/CA – giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột Từ

đó mô phỏng CSMA/CA trong mạng BSS bằng phần mềm Matlab, các kết quả thu đượcdùng để phân tích lưu lượng trong mạng WLAN theo chuẩn IEEE 802.11 Đây là phươngpháp hữu ích cho các kỹ sư viễn thông trong việc đánh giá mạng

1.3 Tổ Chức Của Luận Văn Tôt Nghiệp.

Chương 2: Tổng quát về mạng WLAN, các khía cạnh xem xét, các công nghệ vàchuẩn WLAN tiêu biểu

Chương 3: Chuẩn IEEE 802.11 các đặc tả kỹ thuật, phương thức hoạt động, quyđịnh đối với mạng cục bộ không dây WLAN

Chương 4: Mô phỏng hoạt động của giao thức CSMA/CA – Giao thức đa truynhập cảm nhận sóng mang dò xung đột, đối với mạng BSS

Chương 5: Đánh giá về luận văn, và những vấn đề liên quan

CHƯƠNG 2 CÁC CÔNG NGHỆ LAN KHÔNG DÂY

2.1 Các Phương Diện Xem Xét.

2.1.1 Ứng dụng.

Các công nghệ mạng cục bộ không dây (WLAN) đang được thực hiện giống như

là sự mở rộng hoặc là sự thay đổi với mạng cục bộ có dây (LAN) Sử dụng nhiều loạicông nghệ, từ Radio băng hẹp, trải phổ, và hồng ngoại, LANs không dây truyền và nhận

dữ liệu qua không khí Giảm thiểu hoá kết nối có dây Các thiết bị không dây liên kết tớiAccess Point đã được kết nối tới LAN có dây để có thể sử dụng tài nguyên trên mạng mộtcách tối đa như máy in, thiết bị ngoại vi, các Bộ định tuyến trong Internet

2.1.2 Công nghệ.

Có một vài công nghệ để lựa chọn khi chúng ta dùng giải pháp mạng LAN khôngdây, mỗi chúng có những ưu thế và hạn chế riêng Phần lớn LAN không dây sử dụng kỹthuật trải phổ, một kỹ thuật tần số Radio băng rộng (Wideband) đã được phát triển trongquân sự cho các sử dụng: tin cậy, an toàn, hệ thống truyền thông nhiệm vụ khẩn cấp… Đểđạt được những lợi ích trên, tín hiệu được trải trên một giải thông đã có và tương tự nhưnền ồn nhiễu

Có 2 loại kỹ thuật trải phổ Radio: frequency hopping - nhảy tần số và directsequence - chuỗi trực tiếp Trải phổ frequency hopping (FHSS) được dùng trong sóngmạng hẹp và sự thay đổi tần số trong một mẫu chỉ được biết bởi máy phát và máy nhận

Hình 2.1 Kỹ thuật nhảy tần số.

Trải phổ Direct-sequence (DSSS) tạo ra một mẫu bit thừa cho một số bit thôngtin Và đòi hỏi băng thônng phải đáp ứng truyền chúng, các mẫu bit thừa này gọi là “chip”hoặc “chipping code”, và được dùng tại các trạm thu để khôi phục tín hiệu gốc

Phương pháp này cho phép không phải truyền lại tín hiệu ngay cả khi có mộthoặc nhiều bit trong Chip đó bị hư hỏng trong quá trình truyền dẫn Mà vẫn có thể khôiphục được tín hiệu gốc nhờ kỹ thuật thông kê gắn vào Radio

Hình 2.2 Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp.

Một số kỹ thuật khác dùng cho LAN không dây như sóng hồng ngoại (IR), cái mà

sử dụng tần số rất cao Kỹ thuật này chỉ được sử dụng trong truyền thông trong môitrường nhà Do băng thông thấp và rất dễ bị ảnh hưởng của môi trường bên ngoài Vì vậy

kỹ thuật tia hồng ngoại chỉ được truyền trong phạm vi nhỏ và không được sử dụng rộngrãi

2.1.3 Vận hành.

LAN không dây dùng sóng điện từ (Radio hay hồng ngoại) để trao đổi thông tin

từ 1 điểm tới các điểm khác nên không tin cậy như trong kết nối có dây Sóng Radio

Đa sóng mang có thể tồn tại trong cùng không gian tại cùng thời điềm mà có thểkhông gây nhiễu với nhau, nếu như các sóng Radio được truyền trên các tần số khác nhau.

Để mà thu được dữ liệu, máy thu Radio điều chỉnh đến tần số Radio cần và loại bỏ cáckênh tần số khác

Trong một cấu hình LAN không dây điển hình, thiết bị thu nhận gọi là AccessPoint nối với mạng có dây tù vùng cố định dùng cáp nối chuẩn Tối ưu hoá, Access Pointnhận, lưu vào bộ đệm, và truyền dữ liệu giữa LAN không dây và cơ sở hạ tầng mạng códây Một Access Point riêng lẻ có thể hỗ trợ một nhóm nhỏ các người dùng và thực hiệnchức năng trong phạm vi nhỏ hơn 50m Người dùng truy nhập LAN không dây thông qua

bộ tương thích Các bộ tương thích này cung cấp một giao diện giữa hệ thống vận hànhmạng Client (NOS) và không khí thông qua Antenna

2.1.4 Topologies.

LAN không dây có thể đơn giản hoặc phức tạp Dạng đơn giản nhất của cấu hìnhbao gồm 2 PC được gán Card tương thích không dây, chúng thiết lập 1 mạng bất kể khinào chúng nằm trong tầm ảnh hưởng của nhau Gọi là mạng ngang hàng không đòi hỏi sựquản lý Trong trường hợp này thì các trạm khách hàng chỉ truy cập duy nhất vào tàinguyên của các trạm khách hàng khác mà không được truy cập vào Server trung tâm

Sử dụng Access Point có thể mở rộng khả năng vận hành của mạng không dâyhiệu quả Khi mà Access Point được nối với mạng có dây thì các Client truy cập vào tàinguyên của Server như là các Client khác Mỗi Access Point có thể hỗ trợ nhiều Clientphụ thuộc vào bản chất tự nhiên của quá trình truyền dẫn, trong một số trường hợp mỗiAccess Point có thể hỗ trợ tới 50 trạm khách hàng

Để làm được điều này , các điểm truy nhập AP đóng vai trò như những cầu nối và việcliên lạc trực tiếp giữa các trạm trong ESS đòi hỏi mạng xương sống kết nối lớp 2

Hình 2.4 Mạng đường trục trong ESS.

2.1.5 Quản lý mạng.

Thiết lập và quản lý các mạng LAN không dây điển hình thường dựa trên những

công cụ Windows Các công cụ này có khả năng cấu hình, quản lý từ xa, và giải quyết cáctrục trặc kỹ thuật, đơn giản hoá các công việc nhà quản lý mạng Hệ thống quản lý mạng

 Chuẩn đoán liên kết: đo chất lượng tín hiệu, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, và số gói nhậnthành công

 Giám sát vùng: Đảm bảo sự thay thế tối ưu của các điểm truy nhập AP hoạt động.Công cụ quản lý này cho biết mức độ chất lượng truyền thông thay đổi khi cài đặt cácđiểm truy nhập AP

 Lựa chọn tần số: quản lý lựa chọn kênh RF thường cho phép người dùng lựa chọn tới

8 kênh RF khác nhau trên dải tần 2.4 GHz

 Quản lý bảng kiểm soát truy nhập: cho phép nhà quản trị mạng tăng mức độ an toànbằng việc ngăn không cho truy nhập một Computer nào đó

2.2 HomeRF.

HomeRF là một công nghệ không dây trong phạm vi một gia đình hay ngôi nhà

Là một lựa chọn lý tưởng cho người dùng cá nhân trong tương lai cho việc kết nối cácthiết bị trong gia đình Điều kiện đầu tiên để có Home RF là phải có một máy tính trungtâm được nối Internet qua capble modem, xDSL hoặc đường ISDN Tất nhiên máy tínhnày đựơc gắn một thiết bị trung tâm thu phát tín hiệu trong môi trường không dây

Các thiết bị trong nhà sẽ được điều khiển bởi tín hiệu phát ra từ thiết bị trung tâmkhông dây Và như vậy yêu cầu đặt ra trong hệ thống RF là các thiết bị như điện thoạiCordless, thiết bị cầm tay… phải nằm trong phạm vi hoạt động của thiết bị trung tâm.Hình trên là một số ứng dụng chính của Home RF

Hình 2.5 HomeRF và mô hình OSI.

- Hỗ trợ 4 kết nối âm thanh chất lượng cao.

- Thông lượng dữ liệu cao: 1,6 Mb/s

Bluetooth là một công nghệ không dây mới ,đã có rất nhiều định nghĩa khác nhau

về Bluetooth Đơn giản nhất chúng ta có thể hiểu là một thuật ngữ để mô tả một giao thứctruyền thông phạm vi ngắn (khoảng 10m) giữa các thiết bị không dây, bằng cách dùng kỹthuật nhảy tần số Với Bluetooth chúng ta có thể tiết kiệm công suất, giảm độ phức tạp,giảm giá thành… tín hiệu để truyền trong Bluetooth là sóng Radio, sóng Radio trongBluetooth có công suất nhỏ vì vậy không cần phải đăng ký sử dụng tần số ISM tại dải tầnhoạt động là 2.4GHz Bluetooth có thể tránh được nhiễu từ các tín hiệu xung quanh bằngcách dùng phương pháp nhảy tần số nhanh

2.4 IEEE 802.11.

IEEE là một tổ chức quốc tế chuyên cho phát triển mạng máy tính, truyền thông,

Trong đó 802.11 là chuẩn cho mạng cục bộ không dây, có nhiệm vụ định nghĩacác các đặc tả tầng vật lý PHY, tầng MAC và phần dưới của tầng liên kết dữ liệu

Hình sau minh hoạ giữa mô hình tham chiếu OSI và chuẩn 802.11

Hình 2.6 IEEE 802.11 và mô hình OSI.

Các chuẩn IEEE 802.11:

 802.11a : Là một chuẩn cho WLAN, dải băng 5 GHz, tốc độ dữ liệu tối đa

là 54Mbps, phê chuẩn năm 1999

 802.11b : Là một chuẩn cho WLAN hoạt động trên dải tần 2.4GHz (chuẩnnày còn gọi là Wi-Fi ) tốc độ dữ liệu tối đa là 11 Mbps, phê chuẩn 1999

 802.11e : Phát triển cho 802.21 MAC để tăng chất lượng dịch vụ QoS,tăng khả năng và hiệu quả cho các ứng dụng triển khải qua mạng không dây 802.11như voice, dữ liệu, và audio.

 802.11h : Cải thiện lớp MAC và PHY 802.11 để tăng khả năng quản lýmạng, mở rộng điều khiển cho công suất truyền dẫn và phổ tín hiệu trong dải băng 5GHz Đồng thời phù hợp với chuẩn ở một số nước châu âu

 802.11i : Tăng cường phương thức xác nhận và độ an toàn chuẩn 802.11

CHƯƠNG 3 IEEE 802.11 WLAN – Wireless Local Area Network

802.11 Phương thức truy nhập môi truờng802.11 Vận hành lớp MAC

802.11 Định dạng các khung802.11 WLAN ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc sông, và đang được triểnkhai trong các mạng quan trọng Bởi vì chúng đơn giản để triển khai và rất dễ để sử dụng

Từ khía cạnh của người dùng, các tính năng của WLAN cũng tương tự như cách chia sẻtrong Ethernet LAN thông thường Trớ trêu thay, kiến trúc WLAN là rất đa dạng, song lại

vô cùng đơn gỉan Trở ngại lớn nhất đối với WLAN là không kiểm soát được môi trườngnhư trong mạng LAN có dây Đơn giản WLAN sử dụng môi trường không khí để truyềntín hiệu

802.11 phải phối hợp một cách cẩn thận các thủ tục truy nhập môi trường với các mạng, sao cho sự truy cập ở các trạm là công bằng 802.11 không sừ dụng kỹ thuật dò xung đột-đa truy nhập cảm nhận sóng mang (CSMA-CD) của mạng LAN có dây

Bảng 3.1 Các chuẩn vật lý 802.11

3.1 Tổng Quan Về Wlan 802.11 Topologies

Các mạng 802.11 rất linh động cho thiết kế Bạn có nhiều lựa chọn để triển khai 3loại Topologies WLAN

 Cấu trúc dịch vụ độc lập - IBSS

 Cấu trúc dịch vụ cơ bản - BSS

 Cấu trúc dịch vụ mở rộng - ESS

Một cấu trúc dịch vụ một tập hợp các thiết bị logical WLANs cung cấp truy cậpmạng bằng các tín hiệu broadcasting thông qua tần số sóng mang (RF) Radio không dây.Một trạm nhận phải nằm trong phạm vi của một số các trạm phát Trạm phát báo cho biết

sự truyền dẫn của chung với bộ nhận dạng dịch vụ (SSID – service set identifier) Cácngười dùng sử dụng SSID để lọc các tín hiệu nhận được và định vị tín hiệu nào mà chúngcần nghe

3.1.1 IBSS Mạng dịch vụ độc lập.

Một IBSS bao gồm một nhóm các trạm 802.11 truyền thông trực tiếp với nhau.Một IBSS cũng có thể gọi là một mạng ad-hoc, bởi vì chúng đều là peer-to-peer WLAN.Hình 3.1 minh hoạ 2 trạm được gán card giao diện mạng 802.11 (NIC) trong IBSS truyềnthông với nhau

mà cần thiết bao trùm các BSS để tạo nên ESS) Adhoc không có giới hạn chuẩn chungnhư số thiết bị có thể có trong IBSS Tuy nhiên bởi vì tất cả các thiết bị đều là kháchhàng, thông thường, chắc chắn một số thành viên của IBSS không thể trao đổi trực tiếpvới nhau bởi vấn đề trạm ẩn Bất chấp các vấn đề trên, không có phương thức cho tínhnăng chuyển tiếp trong một IBSS.

Bởi vì không có Access Point trong mạng IBSS, Timing được điều khiển mộtcách phân tán

3.1.2 BSS - Mạng Dịch Vụ Cơ Bản

Hình 3.2 Cấu trúc hình học mạng BSS.

Một BSS là một nhóm các trạm truyền thông với nhau, trong đó phải có một trạmđặc biệt gọi là Điểm truy cập (Access Point AP) AP là điểm trung tâm của truyền thôngcho tất cẩ các trạm còn lại trong BSS Các trạm con không truyền thông trực tiếp vớinhau, mà chúng liên lạc với AP, và AP này sẽ chuyển khung đến trạm đích AP thườngđược gắn với Uplink Port dùng để kết nối BSS với mạng cố định

3.1.3 ESS – Mạng dịch vụ mở rộng.

AP

Hình 3.3 Cấu trúc hình học mạng ESS.

Nhiều mạng cơ sở BSS có thể được kết nối thông qua giao diện Uplink Trong thếgiới 802.11, giao diện Uplink kết nối BSS tới hệ thống phân phối (DS) Sự kết nối đó tạothành mạng ESS Hình 3.3 minh hoạ thực tế sự triển khai của một ESS Sự liên kết lên tới

DS không bắt buộc phải thông qua kết nối có dây Kỹ thuật 802.11 có khả năng cho phépkết nối đó là không dây Hiện này phần lớn đường liên kết đó là Ethernet có dây

TÙNG

So sánh với CSMA/CD (Đa truy nhập cảm nhận sóng mang dò xung đột) ở trongcuộc gọi hội nghị Mỗi đại biểu muốn nói phải đợi cho đến lúc mọi người dùng nói Khi

mà đường dây là rỗi, đại biểu đó có thể có gắng để nói Nều 2 người cùng bắt đầu nóicùng một thời điểm , họ phải dừng và làm lại lần nữa

CSMA/CA chặt chẽ hơn CSMA/CD Cũng tại một cuộc gọi hội nghị như trên CSMA/CA có một số thay đổi về quy định như sau so với CSMA/CD

 Trước khi một người muốn nói, người đó phải chỉ ra mình nói trongbao lâu Điều đó cung cấp cho các người tiềm năng khác một ý tưởng là họ phảiđợi trong bao lâu trước khi họ có cơ hội được nói

 Các người khác không thể nói cho đến khi khoảng thời gian tuyên bốcủa người nói trước chạy hết

 Các người này không nhận biết được âm thanh của họ có được nghe không trong khi họ đang nói, trừ khi họ nhận được xác nhận

 Khi 2 người tình cờ bắt đầu nói cùng thời điểm, họ không nhận biết

họ đang nói “chen” nhau Những ngưòi nói này sẽ xác định được “nói chen” trênbởi vì họ sẽ không nhận được thông tin xác nhận lại là âm thanh của họ được nghe

 Các người này đợi một khoảng thời gian trước khi cố gắng nói lại Như các bạn đã thấy, CSMA/CA có những luật lệ nghiêm ngặt hơn CSMA/CD.những quy tắc này giúp tránh xung đột Sự tránh xung đột này là chìa khoá của mạngkhông dây bởi vì không có phương thức dò xung đột rõ ràng CSMA/CA hoàn toàn nhận

ra xung đột khi mà một trạm phát không nhận được xác nhận mong đợi

Sự thực hiện CSMA/CA trong 802.11 là bắt buộc trong chức năng phối hợp phân phối (DCF) Để mà diễn tả CSMA/CD làm việc, thật quan trọng để miêu tả một số thành phần CSMA/CA 802.11 trước tiên

 Carrier sense : cảm nhận sóng mang

 DCF : Chức năng phối hợp phân bố

 Acknowledgment frames – Khung Xác Nhận

 Request to Send/Clear to Send (RTS/CTS) medium reservation

Thêm vào đó, 2 phương thức liên quan đến truy cập môi trường 802.11 nhưngkhông được quy định trực tiếp vào CSMA/CA

 Frame fragmentation – Phân Mảnh Khung

 Point coordination function (PCF) - Chức Năng Phối Hợp Điểm

3.2.1.1 Cảm nhận sóng mang.

Một trạm muốn truyền trong môi trường không dây phải cảm nhận môi trường là

sử dụng hay không Nếu môi trường đang được dùng, thì trạm đó phải hoãn khung truyềndẫn cho môi trường là rỗi Trạm xác định trạng thái của môi trường thông qua 2 phươngpháp

 Kiểm tra lớp 1- vật lý (PHY) để xem có sóng mang hiện thời không

 Sử dụng chức năng cảm nhận sóng mang ảo, Vectơ cấp phát mạng (NAV)

Một trạm có thể kiểm tra PHY và dò xem môi trường đó có đáp ứng hay không

“Kênh có rỗi hay không” Nhưng trong một số trường hợp, môi trường vẫn còn đặt trướcbởi một số trạm khác thông qua NAV NAV là bộ định thời gian (Timer) và được cậpnhật bởi khung dữ liệu truyền trong môi trường Ví dụ trong một mạng cơ sở hạ tầngBSS, giả định Mai đang gửi một khung tới Tuấn Bởi vì môi trường không dây là một môitrường chia sẻ băng rộng cơ bản, Lan nhận khung Khung 802.11 chứa trường khoảngthời gian(Duration Field) Giá trị trưòng này đủ lớn để bao trùm toàn bộ quá trình truyềndẫn và xác nhận mong đợi Lan cập nhật NAV của mình bằng giá trị duration kia vàkhông cố gắng truyền lại cho đến khi NAV của mình giảm đến 0

Hình 3.4 Quá trình cảm nhận NAV.

Chú ý rằng các trạm chỉ cập nhật NAV khi mà giá trị trường duration nhận đượclớn hơn gía trị hiện thời trong NAV của chúng Sử dụng ví dụ trên, nếu Lan có NAV = 10

ms, cô ta sẽ không cập nhật NAV của cô, nếu cô nhận được khung có trường Duration là

5 ms Cô ta cập nhật NAV của mình nếu cô ta nhận được khung với Duration là 20 ms

3.2.1.2 DCF – Distributed CoOrdination Functions

AP

LAN

TUẤN MAI

Tổ chức IEEE rằng buộc phương thức truy nhập cho mạng 802.11 là DCF, mộtphương thức truy nhập môi trường dựa trên phương pháp truy nhập CSMA/CA Để mô tả

sự vận hành DCF, trước tiên chúng ta phải định nghĩa một số khái niệm, Hình 3.5 chỉ raTime line cho miêu tả trong Hình 3.4

Hình 3.5 Time line trong truy cập kênh.

Trong vận hành DCF, một trạm muốn truyền một khung phải đợi một khoảngthời gian đặc biệt sau khi môi trường là rỗi Gía trị thời gian này gọi là khoảng liên khungDCF (DIFS) Một khi khoảng thời gian DIFS trôi đi, môi trường có hiệu lực cho các trạmtruy cập tranh chấp

Trong Hình 3.5, Lan và Tuấn có thể muốn truyền khung khi truyền dẫn của Maihoàn thành Cả 2 trạm có thể có giá trị NAV bằng nhau, và cả hai sẽ cảm nhận vật lý khimôi trường là rỗi Sẽ có xác suất cao cả 2 trạm cùng cố gắng truyền khi môi trường là rỗi,

là nguyên nhân của sự xung đột Để tránh tình huống này, DCF dùng bộ đếm lùi ngẫunhiên – Backoff Counter

Thuật toán đếm lùi ngẫu nhiên sẽ lựa chọn ngẫu nhiên một giá trị từ 0 đến gía trịcửa sổ tranh chấp (CW Contention Window) Giá trị mặc định của CW quy định bởi nhàsản xuất và NIC Khoảng giá trị cho đếm lùi ngẫu nhiên bắt đầu từ khe thời gian thứ 0tăng lên đến giá trị lớn nhất, CWmin – CWmax Trong ví dụ này cho rằng CWmin = 7 vàCWmax = 255 Hình 3.6 minh hoạ giá trị CWmin và CWmax cho đếm lùi ngẫu nhiên

Hình 3.6 Thuật toán quay lui ngẫu nhiên trong DCF.

Một trạm lựa chọn ngẫu nhiên giá trị từ 0 đến giá trị hiện thời của cửa sổ xung đột(Contention Window - CW) Giá trị ngẫu nhiên này là số khe thời gian 802.11 mà mộttrạm phải đợi trong suốt môi trường rỗi của CW trước khi nó có thể truyền Một khe thờigian là một giá trị thời gian nhận được từ Lớp vật lý dựa trên đặc tính RF của BSS

Quay trở lại ví dụ trên, Lan đã sẵn sàng cho truyền NAV của cô ấy đã giảm về 0

và lớp vật lý chỉ ra môi trường là rỗi Lan lựa chọn giá trị thời gian quay lui ngẫu nhiên từ

0 đến CW (Trong trường hợp này CW=7) và đợi hết số khe thời gian trên trước khi quátrình truyền diễn ra Hình 3.7 minh hoạ quá trình trên, với giá trị quay lui ngẫu nhiên là 4khe thời gian

Hình 3.7 Truyền dẫn khung sau qua trình Backoff.

Một khi 4 khe thời gian trôi qua, Lan có thể truyền Nhưng chuyện gì xảy ra nếutrạm Tuấn có thời gian quay lui ngẫu nhiên là 2 khe thời gian ? Lan lắng nghe trường thờigian mới từ khung Tuấn khi anh ta bắt đầu quá trình truyền của anh ta, và Lan cập nhậpNAV của mình với giá trị mới Lan phải đợi NAV của mình giảm về 0 và PHY được ghinhận là đang rỗi trước khi tiếp tục quá trình quay lui của mình (Trong ví dụ này, Lan phảiđợi thêm 2 khe thời gian nữa trước khi cố gắng truyền)

Giả định rằng Lan có thể hoãn truyền dẫn đến 4 khe thời gian, Cô ta truyềnkhung Làm sao để Lan biết được khung của mình đã tới đích? Đặc tính kỹ thuật 802.11yêu cầu rằng các trạm nhận phải gửi khung xác nhận tới nơi gửi khung Khung xác nhậncho phép trạm gửi xác định gián tiếp có xung đột trên đường truyền hay không Nếu nhưtrạm gửi không nhận được khung xác nhận, nó sẽ cho rằng có xung đột xảy ra trên đườngtruyền Trạm gửi sẽ cập nhật giá trị bộ đếm mới lại lần nữa, giá trị CW tăng gấp đôi, vàbắt đầu chu trình truy cập môi trường lần nữa Hình 3.8 tổng quát hoá các bước một trạmDCF phải làm lại để truyền được khung

Hình 3.8 Thủ tục truy nhập DCF.

3.2.1.3 Khung xác nhận.

Một trạm nhận được khung không lỗi sẽ xác nhận khung đó với trạm gửi bằngcách gửi 1 khung xác nhận tới trạm gửi đó Biết rằng trạm nhận có thể truy cập môitrường và truyền khung xác nhận Thừa nhận khung xác nhận có thể bị trì hoãn do xungđột môi trường Quá trình truyền dẫn của khung xác nhận là một trường hợp đặc biệt.Khung xác nhận được phép bỏ qua quá trình quay lui ngẫu nhiên, và chỉ phải đợi mộtkhoảng thời gian ngắn sau khi khung đã được nhận để truyền xác nhận Khoảng thời gianngắn của trạm nhận đợi gọi là khoảng cách liên khung ngắn (SIFS Sort Inter Frame Space

- SIFS) khoảng thời gian SIFS ngắn hơn khoảng thời gian DIFS là 2 khe thời gian Nóđảm bảo trạm nhận có cơ hội tốt nhất để truyền trong môi trường trước khi các trạm khác

có thể tranh kênh và truyền tin

Truyền dẫn từ Lan cho Tuấn, Lan bị hoãn “cố gắng truyền dẫn” của mình tới 4khe thời gian Môi trường vẫn đang còn rỗi, vì vậy cô ta truyền khung của mình tới Tuấn,

như mô tả trong Hình 3.9 Trạm AP nhận khung và đợi khoảng thời gian SIFS trước khiđáp ứng lại bằng khung xác nhận.

Hình 3.9 Quá trình truyền dẫn và xác nhận khung.

Giả định rằng Lan chưa bao giờ nhận được khung xác nhận, cô ta sẽ tăng gấp đôicửa sổ xung đột của mình lên tới 15 và quay lại quá trình quay lui Khi mà mọi cố gắng

AP

LAN

TUẤN MAI

AP xác nhận

DIFS

SIFS

TIME

trị cho phép thì trạm Lan giữ nguyên giá trị này trước khi khởi động lại quá trình tranhkênh truyền

Bằng việc chọn các khoảng ngẫu nhiên tăng theo hàm mũ khi xung đột liên tiếpxảy ra, thuật toán này đảm bảo thời gian trì hoãn thấp khi chỉ có vài trạm xung đột, nhưngcũng đảm bảo rằng sự xung đột sẽ được giải quyết trong khoảng thời gian hợp lý khi cónhiều trạm xung đột Điều này làm tăng độ ổn định của giao thức truy nhập khi lưu lượnglớn

3.2.1.4 Vấn đề trạm ẩn và giải pháp RTS/CTS

Lan có thể không truy cập được môi trường bởi một số trạm khác cũng bên trongphạm vi hoạt động của AP nhưng bên ngoài phạm vi Trạm Lan Hình 3.10 minh hoạtrường hợp này

Hình 3.10 Vấn đề trạm ẩn.

Lan và Tuấn đều nằm bên trong phạm vi của nhau và của AP Nhưng không aitrong phạm vi hoạt động của Tùng Tùng nằm trong phạm vi của AP và cố gắng truyềntrên môi trường rỗi Tình huống này gọi là vấn đề trạm ẩn gây ra bởi Tùng mà Lan vàTuấn không biết.

Lan cố gắng đặt trước kênh truyền bằng cách sử dụng khung điều khiển đặc biệt

là khung RTS Khung RTS được gửi tới AP và chỉ ra cho AP và tất cả các trạm kháctrong phạm vi của Lan, khoảng thời gian cần thiết cho quá trình trao đổi thông tin củaLan Trao đổi thông tin bao gồm khung đầu tiên Lan muốn truyền cho đến khung xácnhận mong đợi

AP đó nhận khung RTS của Lan và đáp ứng bằng khung điều khiển CTS (Clear

To Send) Khung CTS chứa giá trị trường khoảng thời gian đủ lớn để Lan có thể hoànthành trao đổi thông tin Tất cả các trạm bên trong phạm vi của AP, bao gồm Tùng vàTuấn, nhận khung CTS và cập nhập NAV của mình, như minh hoạ trên Hình 3.11

Khung RTS khởi đầu mà Lan truyền đi phải được xem xét cẩn thận ỏ chu trìnhDCF, như bất cứ một khung thông thường khác Tuy nhiên tương tự như khung xác nhận,khung đáp ứng CTS từ AP bỏ qua thủ tục đếm lùi ngẫu nhiên và chỉ cần đợi khoảng thờigian SIFS trước khi được truyền Hình 3.12 chi tiết truyền dẫn khung RTS của Lan CảTuấn và Tùng cập nhật NAV của họ cho phù hợp, tuy nhiên khung xác nhận của AP gửitrở lại cho Lan không bắt buộc phải tuân theo quy tắc DCF Khi Tuấn nhận khung, Ngaylập tức Tuấn gửi khung xác nhận trở

Hình 3.12 Hoạt động của RTS và CTS.

lại Mặc dù NAV của Tuấn không phải 0, anh ta vẫn có thể gửi 1 khung xác nhậntrở lại AP sau khoảng thời gian SIFS

3.2.2 Phân chia khung

Phân chia khung là chức năng của lớp MAC được thiết kế để tăng độ tin cậy củatruyền dẫn khung qua môi trường không dây Sự phân chia khung là 1 khung được chiathành các khung nhỏ hơn, và mỗi khung đó được truyền độc lập, như mô tả trên Hình3.13 Bởi vì khả năng truyền khung nhỏ hơn sẽ có xác suất thành công cao hơn Mỗikhung có một xác nhận riêng, do đó, nếu khung nào đó xảy ra xung đột, thì chỉ duy nhấtkhung đó phải truyền lại, không phải là toàn bộ khung lớn Tăng hiệu quả thông lượngcủa đường truyền

Hình 3.13 Phân mảnh khung.

Nhà quản lý mạng có thể định nghĩa kích thước của phân mảnh (như Hình 3.14 –Ciscopress.com : 802.11 Wireless LAN Fundamentals )

Hình 3.14 Thiết lập phân mảnh khung.

Sự phân mảnh khung chỉ xảy ra trong các khung unicast Các khung Broadcasthoặc Multicast được truyền toàn bộ Ngoài ra, các phân mảnh khung được truyền nhưnhững mảnh vỡ (burst), sử dụng duy nhất tính lặp đi lặp lại của phương thức truy cập môitrường DCF

Mặc dù sự phân mảnh khung có thể tăng độ tin cậy của truyền dẫn khung trongmột WLAN, nhưng nó cũng tăng độ dài tiêu đề giao thức MAC 802.11 Tất cả các khungbao gồm thông tin tiêu đề 802.11 MAC cũng như yêu cầu khung xác nhận tương ứng.Tăng tiêu đề trong MAC sẽ giảm thông lượng thực các trạm không dây Phân chia khung

là sự cân bằng giữa độ tin cậy môi trường và tiêu đề bản tin

3.2.3 PCF - Chức năng phối hợp điểm.

PCF là một phương thức truy cập môi trường tuỳ chọn của 802.11 dùng để thêmvào DCF PCF là một phương thức truy cập mà cung cấp các khung không tranh chấp

phân phát AP cũng như từ AP Phần lớn các nhà sản xuất không hỗ trợ PCF bởi vì nó làmtăng tiêu đề của giao thức của BSS Kết quả là nó không được triển khai rộng rãi Sắp tớichất lượng dịch vụ (QoS) sẽ được đẩy mạnh trong các kỹ thuật 802.11 xây dựng trên PCF

để tạo ra phương thức hữu ích hơn

Phần này sẽ bao trùm sự vận hành PCF, chi tiết sự vận hành bộ phối hợp điểm (PC) và trạm nhận biết PCF

3.2.3.1 Chu kỳ không tranh chấp - Contention Free Period CFP.

Chu kỳ không tranh chấp (CFP) là một cửa sổ theo thời gian cho vận hành PCF.CFP bắt đầu định khoảng thời gian sau khi khung quản lý (Beacon Frame) cái mà chứathành phần thông tin bản đồ chỉ định lưu lượng được phân phát (DTIM) Tần số của CFPđược quy định bởi nhà quản trị mạng PCF chỉ hỗ trợ trong mạng hạ tầng cơ sở BSS,không hoạt động trong mạng Adhoc Mỗi Client 802.11 định NAV của mình tới giá trịlớn nhất trường Duration CFP Giá trị này bao gồm các thông số CF để thiết lập các thànhphần thông tin CFPMaxDuration định nghĩa giá trị thời gian lớn nhất cho CFP Bộ phốihợp điểm PC có thể kết thúc CFP trước khi thời gian trong CFPMaxDuration trôi qua APtruyền các khung quản lý tại các khoảng thời gian thông thường, và các khung quản lýđược gửi trong suốt CFP chứa trường CFPDurationRemaining để cập nhật NAV trạm củakhoảng thời gian còn lại của CFP Hình 3.15 mô tả CFP và chu kỳ tranh chấp (CP) giốngnhư một hàm của thời gian

Không giống như vận hành DCF, PCF không cho phép các trạm truy cập môitrường và truyền dữ liệu tự do Các trạm chỉ được gửi dữ liệu (Một khung tại một thờiđiểm) khi PC thăm dò chúng PC có thể gửi các khung tới các trạm, thăm dò các trạm chotruyền dẫn khung, xác nhận các khung yêu cầu sự xác nhận mức MAC, hoặc kết thúc CFP

3.2.3.2 Bộ phối hợp điểm – PC.

Khi CFP bắt đầu, bộ phối hợp điểm PC phải truy cập môi trường tương tự như cách củatrạm DCF Không giống như các trạm DCF, PC cố gắng truy cập môi trường sau khi đợimột khoảng thời gian gọi là khoảng liên khung ưu tiên (PIFS) Khoảng PIFS lơn hơnkhoảng SIFS một khe thời gian và nhỏ hơn khoảng DIFS một khe thời gian, cho các trạmPCF truy cập môi trường trước khi các trạm DCF vẫn còn cấp phát các khung quản lý,giống như các khung xác nhận, để có xác suất cao nhất của lợi ích truy cập môi trường.Hình 3.16 minh hoạ SIFS, PIFS, DIFS, và các khe thời gian liên quan

Hình 3.16 Mối liên hệ giữa SIFS,PIFS,DIFS và khe thời gian.

Sau khi đợi khoảng thời gian PIFS, PC gửi khung quản lý đầu tiên chứa các thànhphần thông tin thông số CF PC đợi một khoảng SIFS tiếp sau truyền dẫn khung quản lý

và sau đó gửi một những đơn vị sau đây tới một CF-Pollable Station:

 Một khung dữ liệu

 Một khung thăm dò (CF-Poll)

 Một khung kết hợp dữ liệu và thăm dò (Data+CF-Poll)

 Một khung kết thúc CFP (CF-End)Nếu như PC không có khung nào để gửi và không có CF-Pollable Station để thăm

dò, CFP đó được xem là rỗng (Null), và ngay lập tức sau khung quản lý , PC gửi mộtkhung kết thúc CFP để kết thúc CFP đó

3.2.3.3 Ví dụ về vận hành PCF.

Tiếp tục với ví dụ trên, Lan, Mai, và Tuấn đang truyền thông với AP1 Hình 3.17

mô tả ví dụ này

20s CFP Sau khi đợi khoảng thời gian SIFS, AP1 gửi một vùng đệm khung cho trạm Lan

và cũng gửi thăm dò tới trạm Lan để nhận biết lúc nào có bất cứ khung nào để gửi bằngviệc sử dụng khung Data + CF-Poll Lan nhận khung Data+CF-Poll và gửi một khung dữliệu và một xác nhận không tranh chấp khung (Data+CF-ACK) sau khi đợi một khoảngSIFS Chú ý rằng trạm Lan bỏ qua thiết lập NAV của mình khi các khung truyền đáp ứnglại bằng khung CF-Poll

AP1 lặp đi lặp lại trong suốt qua trình thăm dò tới trạm Mai AP1 dùng một sốkhung kết hợp để gửi một khung dữ liệu tới Mai, khung của Lan xác nhận , và thăm dòtrạm Mai cho truyền dẫn khung (Data+CF-ACK+CF-Poll) Chú ý rằng khung đó đã dựtrù từ trước cho trạm Mai, lúc này nó xác nhận khung Lan cuối cùng Đa truy cập tự nhiêncủa 802.11 cho phép sắp xếp Mai đợi một khoảng SIFS và gửi một khung Data+CF-ACK

Cuối cùng AP1 lặp lại với trạm Tuấn AP không có vùng đệm khung dữ liệu chotrạm Tuấn, vì thế nó gửi một khung CF-Poll để nhận biết lúc nào Tuấn có khung để gửi.Tuấn không có vùng đệm dữ liệu, vì vậy Tuấn gửi một khung dữ liệu Null Mặc dù CFPkhông vượt quá khoảng thời gian Duration lớn nhất cho phép, AP1 gửi một khung CF-End để kết thúc CFP và bắt đầu chu kỳ tranh chấp và truy cập môi trường DCF như bìnhthường Lan, Mai, và Tuấn nhận khung CF-End và khởi động lại NAV của mình

3.3 Các Thiết Bị Không Chuẩn IEEE 802.11

Mặc dù phần trước chúng ta đã giải thích các thiết bị chuẩn 802.11 truy cập môitrường không dây, ở đây chúng ta đề cập đến những thiết bị không thuộc chuẩn 802.11.Những thiết bị này vì lý do nào đấy mà phù hợp và hoặc hữu ích trong phạm vi mạng củabạn Các thiết bị đặc biệt sau đây được xem xét

3.3.1 Repeater Aps

Trong nhiều trường hợp không đơn giản để kết nối AP tới mạng hạ tầng cơ sở códây, hoặc kết nối trực tiếp AP không dây tới các trạm con trong mạng của bạn Trongtrường hợp đó ta có thể sử dụng một Repeater AP Hình 3.18 minh hoạ trường hợp đó,nơi mà Vân không kết nối trực tiếp tới AP2 nhưng có thể nhận biết AP3, cái mà lại khôngkết nối tới mạng có dây nhưng có thể liên kết với AP2

AP 1

AP 2

Mạng

có dây DS

TÙNG

AP3

Fire wallVân

Giống như các Repeater có dây, các Repeater không dây chỉ đơn thuần là truyềnlại tất cả các Packet mà nó nhận được từ giao diện không dây Quá trình truyền lại nàyxảy ra trên các kênh bên trên giống nhau, cái mà các gói được nhận Repeater AP mởrộng BSS và tất nhiên cả miền xung đột Mặc dù nó là công cụ có hiệu qủa, song phải chý

ý khi dùng chúng, sự chồng lấn của phạm vi kênh rộng (Broadcast Domain) có thể giảmthông lượng của bạn đi một nửa vì AP có thể nghe sự truyền lại Vấn đề có thể trở nêntrầm trọng với một chuỗi các Repeater AP Thêm vào đó, sử dụng Repeater AP có thểgiới hạn khả năng dịch vụ trong mạng của bạn vì các dịch vụ đó chạy qua Repeater AP.Mặt khác là bạn phải tìm Repeater AP có ứng dựng đó cho mạng của mình

3.3.2 Universal Clients Và Workgroup Bridges

Khi muốn chuyển từ kiến trúc mạng có dây sang không dây, ta phải dùng cácthiết bị có khe và hỗ trợ cho mạng không dây kết nối với mạng có dây đã có từ trước.Chúng ta dùng các thiết bị sau: Universal Client hoặc Workgroup Brigde Được minh hoạtrong Hình 3.19

Trên là ví dụ về các thiết bị không thể chuyển sang không dây “trực tiếp” như:máy in, PC cũ, máy copy, và mạng di động nhỏ Các Universal Clien hoặc WorkgroupBridge nhận các gói tin có dây và chuyển sang gói tin không dây và bằng cách ầy cungcấp giao diện 802.11 tới AP Thuật ngữ Universal Client hay dùng khi sử dụng một thiết

bị có dây đang kết nối, trong khi Workgroup Bridge cho kết nối nhiều thiết bị Không cómột chuẩn chung cho các thiết bị này vì vậy khi sử dụng phải đảm bảo là chúng có hoạtđộng với AP không