CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÁCCHUẨN CHO MẠNG KHÔNG DÂY

Một điển hình của những dải tần ISM là cho phép người sử dụng các dải tần không dây mà không cần xác nhận bản quyền sử dụng tần số, tuy nhiên ở một vài quốc gia, trong đó có Việt nam sử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TẬP LỚN

MÔN MẠNG MÁY TÍNH

ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÁC

CHUẨN CHO MẠNG KHÔNG DÂY

Giảng viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN THỊ NGỌC TÚ Sinh viên thực hiện: KIM VĂN SÁNG

NGUYỄN ĐỨC GIANG NGUYỄN MINH KHUÊ Lớp: D9CNPM

Chuyên ngành : Công nghệ phần mềm

Hà Nội, tháng 12 năm 2015

LỜI NÓI ĐẦU

Kính gửi giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Thị Ngọc Tú.

Qua quá trình tìm hiểu, tham khảo từ các nguồn và chắt lọc, chúng em

đã có được đề tài “Công nghệ mạng không dây và các chuẩn không dây” hoàn chỉnh Đề tài trình bày những vấn đề cơ bản về công nghệ mạng không dây và các chuẩn cho mạng không dây thông dụng Tuy nhiên trong quá trình làm bài những thiếu sót là không thể tránh khỏi Chúng em mong nhận được sự thông cảm của cô.

Chúng em cảm ơn cô đã truyền đạt kiến thức và hướng dẫn để chúng

em hoàn thành đề tài này.

Chúng em mong nhận được ý kiến phê bình và góp ý của cô.

Kim Văn Sáng (Các mạng không dây và chuẩn 2G)

Nguyễn Đức Giang(Phần 1.7, 1.8 và 3G)

Nguyễn Minh Khuê(Phần 1.1 đến 1.4, 1.6 và 2.1)

Nhóm làm đề tài

Kim Văn Sáng

Nguyễn Đức Giang

Nguyễn Minh Khuê

MỤC LỤC

1 CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY

1.1 Mạng không dây là gì 3

1.2 Lịch sử mạng không dây 3

1.3 Dải tần số không dây 4

1.4 Liên kết không dây 5

1.5 Các mạng không dây 6

1.5.1 Wireless PAN 6

1.5.2 Wireless LAN 6

1.5.2.1 Wifi 7

1.5.3 Wireless mesh networ 8

1.5.4 MAN không dây 9

1.5.5 Wireless WAN 9

1.5.5.1 GPRS 10

1.5.5.2 3G 10

1.5.6 Mạng toàn cầu 10

1.5.7 Mạng Không gian 11

1.6 Thuộc tính mạng không dây 11

1.6.1 Thuộc tính chung 11

1.6.2 Hiệu suất 11

1.6.3 Không gian 12

1.6.4 Wireless Network Elements 12

1.7 Ưu và nhược điểm của hệ thống mạng không dây 12

1.7.1 Ưu điểm 12

1.7.2 Nhược điểm 13

1.8 Mạng không dây với sức khỏe con người 13

2 CÁC CHUẨN CHO MẠNG KHÔNG DÂY 2.1 Chuẩn IEEE 802.11 và 802.11a/b/g/n 14

2.1.1 Chuẩn 802.11 14

2.1.2 Chuẩn 802.11b 14

2.1.3 Chuẩn 802.11a 15

2.1.4 Chuẩn 802.11g 15

2.1.5 Chuẩn 802.11n 15

2.2 Chuẩn 2G 16

2.3 Chuẩn 3G 17

2.3.1 UMTS (W-CDMA) 17

2.3.2 CDMA 2000 17

2.3.3 TD-SCDMA 17

2.3.4 Wideband CDMA 18

1. CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY

1.1. Mạng không dây là gì?

Mạng không dây (tiếng Anh: wireless network) là mạng điện thoại hoặc mạng máy tính sử dụng kết nối dữ liệu không dây để kết nối các nút mạng, dùng sóng radio làm sóng truyền dẫn Việc thực hiện này diễn ra ở mức vật lý (layer) của mô hình OSI cấu trúc mạng

1.2 Lịch sử mạng không dây

Do Guglielmo Marconi sáng lập ra

Năm 1894, Marconi bắt đầu các cuộc thử nghiệm và năm 1899 đã gửi một bức điện báo băng qua kênh đào Anh mà không cần sử dụng bất kì loại dây nào Thành tựu “chuyển tin bằng tín hiệu” này đánh dấu một tiến bộ lớn và là một dấu hiệu cho sự ra đời một hệ thống các giá trị mang tính thực tiễn cao

Ba năm sau đó, thiết bị vô tuyến của Marconi đã có thể chuyển và nhận điện báo qua Đại Tây Dương Công nghệ không dây mà Marconi phát triển là một sự pha tạp giữa điện báo có dây truyền thống và sóng Hertz (được đặt tên sau khi Heinrich Hertz phát minh ra chúng)

Trong chiến tranh thế giới I, lần đầu tiên nó được sử dụng ở cuộc chiến Boer năm 1899 và năm 1912, một thiết bị vô tuyến đã được sử dụng trong con tàu Titanic

Trước thập niên 1920, điện báo vô tuyến đã trở thành một phương tiện truyền thông hữu hiệu bởi nó cho phép gửi các tin nhắn cá nhân băng qua các lục địa Cùng với sự ra đời của radio (máy phát thanh), công nghệ không dây đã có thể tồn tại một cách thương mại hóa

Năm 1991 ra đời mạng điện thoại di động 2G

Tháng 6 năm 1997 chuẩn IEEE 802.11 cho WLANs ra đời

Những năm gần đây mạng không dây ngày càng phát triển, các công nghệ mới có sức ảnh hưởng vô cùng mạnh mẽ như 3G, 4G ra đời Hiện tại một số công ty và một số tổ chức trên thế giới đã nghiên cứu và thử nghiệm thành công mạng 5G với tốc độ truyền dẫn rất lớn

1.3 Dải tần số không dây

Thiết bị không dây bắt buộc phải hoạt động tại dải tần nào đó, mỗi một dải

có một băng thông (là khoảng rộng tần số trong dải) Băng thông hiểu theo nghĩa rộng là số đo của dung lượng dữ liệu kết nối Đối với mạng điện thoại Analog sử dụng độ rộng dải là 20kHz, tín hiệu TV sử dụng độ rộng băng thông lên đến 6 MHz Việc sử dụng phổ radio được nhà nước quản lý, và khi muốn sử dụng sóng radio thì phải đăng ký với đơn vị quản lý tần số của nhà nước

Giữa những năm 80 của thế kỷ XX, Ủy ban truyền thông liên bang (FCC) thay đổi phần 15 về quy định phổ radio, khống chế các thiết bị không bản quyền Sự thay đổi xác nhận các sản phẩm không dây sử dụng điều chế phổ trải rộng hoạt động tại dải tần công nghiệp, khoa học và y tế (ISM) Dạng điều chế này trước đây được quy định chỉ dùng cho các mục đích quân sự Tần số ISM

có 3 băng khác nhau tại các dải tần số 900 MHz, 2.4 GHz, 5 GHz

Một điển hình của những dải tần ISM là cho phép người sử dụng các dải tần không dây mà không cần xác nhận bản quyền sử dụng tần số, tuy nhiên ở một vài quốc gia, trong đó có Việt nam sử dụng dải tần số này phải xin giấy phép sử dụng tần số Sau đây là một số dải tần sử dụng trong công nghệ mạng không dây

1.3.1 Dải tần 900 MHz

Dải tần số thấp 900 MHz thường được sử dụng là dải trong công nghiệp, nghiên cứu và y học (ISM) Tổng độ rộng băng là 26 MHz, tín hiệu trong dải này là bước sóng xấp xỉ 30 cm Những tín hiệu này có khả năng xuyên qua khá nhiều chứng ngại vật, ví dự như những cây nhỏ, đồi thấp và đủ mạnh để thu phát trong khoảng cách vài km

1.3.2 Dải tần 2.4 GHz

Dải tần 2.4 GHz là dải giữa ISM, tổng độ rộng của dải là 83 MHz Tín hiệu trong dải này có bước sóng xấp xỉ 12 cm Tín hiệu này có khả năng xuyên qua các chướng ngại vật, nhưng không mạnh, xuyên qua một bức tường có khả năng gây suy hao 10 tới 12 dB Độ suy hao khi đi qua cây phụ thuộc vào vóc dáng của tán lá cây và cây ướt hay khô, trung bình cứ đi qua 1 mét cây sẽ suy hao khoảng 0,5 dB, với đường kính cây 10m sẽ có độ suy hao lên đến 5 dB, độ suy hao 6 dB sẽ giảm chiều dài kết nối đi ½ so với độ dài không bị suy hao, khi

đi qua một vài cây, khoảng cách có thể giảm đi hàng chục mét

1.3.3 Dải tần 3.5 GHz

Giải tần này ít được sử dụng, tuy nhiên một vài dải con giữa 3.3 và 4.0 GHz được sử dụng tại một số nước Dải này được đề cập ở đây là do thiết bị ở dải nayfng một số trường hợp khá giống với thiết bị ở dải tần 2.4 GHz Tín hiệu

trong dải này có bước sóng khoảng 9 cm Đặc trưng truyền trong một số trường hợp khá giống với dải tần 2.4 GHz, độ suy hao khi đi qua vật cản là lớn hơn

1.3.4 Dải tần số 5 GHz

Có 4 dải tần con tại 5 GHz (ở một vài nước trên thế giới đây là dải tần số tự do), qua 2 băng tần gối lên nhau cho mỗi loại Có một dải ISM từ 5725 đến

5850 MHz có 3 băng tần (U-NII) 5150 đến 5250 MHz, 5250 đến 5350 MHz,

5725 đến 5825 MHz, mỗi băng tần ISM có độ rộng 125 MHZ và mỗi một băng tần thược dạng U-NII là 100 MHZ Tín hiệu ở dải tần số 5 GHz bước sóng khoảng 5 cm Mỗi một băng tần con 5 GHz có độ rộng lớn hơn băng tần 2.4 GHz Các thiết bị ở dải tần 5 GHz sẽ có nhiều băng thông hơn Độ suy hao khi qua 1 mét cây sẽ là 1.2 dB Với đường kinh cây là 10m ta sẽ có độ suy hao về chiều dài kết nói không dây lên đến 75%

1.3.5 Dải tần 60 GHz

Bảng ISM từ 59 tới 64 GHz được sử dụng tại Mỹ vào năm 1999, tổng độ rộng băng lên đến 5 GHz Tín hiệu của băng này có bước sóng khoảng ½ cm Tín hiệu trong tần số này bị suy hao bới sự có mặt của Oxy trong không khí khoảng cách nối xa nhất trong dải tần này đạt 800m Tín hiệu bị ngăn chặn hoàn toàn khi đi xuyên qua chướng ngại vật Đặc điểm nổi bật của dải tần này

là các thiết bị cung cấp tốc độ truyền dữ liệu kiểu điểm – điểm đạt 622 MBPS

1.4 Liên kết không dây

Terrestrial microwave: lò vi sóng thông tin liên lạc trên mặt đất sử dụng máy phát trên Trái Đất và thu giống như các phương tiện truyền hình vệ tinh Lò vi sóng mặt đất ở trong phạm vi-gigahertz thấp, làm hạn chế tất cả các thông tin liên lạc để dòng-of-sight Trạm chuyển tiếp đang cách nhau khoảng 48 km (30 dặm) ngoài

Truyền thông vệ tinh - vệ tinh liên lạc qua sóng vô tuyến sóng, mà không chệch hướng bởi bầu khí quyển của Trái đất Các vệ tinh được đóng trong không gian, thông thường trong quỹ đạo địa tĩnh 35.400 km (22.000 dặm) trên đường xích đạo Những hệ thống Trái đất quay xung quanh có khả năng tiếp nhận và chuyển tiếp tín hiệu thoại, dữ liệu, và TV

Cellular và PCS hệ thống sử dụng một số công nghệ thông tin liên lạc vô tuyến Các hệ thống phân chia khu vực bao phủ thành nhiều khu vực địa lý Mỗi khu vực có một máy phát công suất thấp hoặc thiết bị ăng-ten vô tuyến chuyển tiếp để chuyển tiếp cuộc gọi từ một trong những khu vực đến khu vực tiếp theo

Đài phát thanh và lây lan phổ công nghệ - mạng nội bộ không dây sử dụng công nghệ vô tuyến tần số cao tương tự như kỹ thuật số di động và công nghệ

vô tuyến tần số thấp Mạng LAN không dây sử dụng công nghệ quang phổ rộng

để cho phép giao tiếp giữa nhiều thiết bị trong một khu vực hạn chế IEEE 802.11 định nghĩa một hương vị chung của công nghệ sóng radio không dây tiêu chuẩn mở được gọi là Wifi

Không gian tự do truyền thông quang học sử dụng ánh sáng nhìn thấy được hoặc vô hình cho truyền thông Trong hầu hết các trường hợp, line-of-sight tuyên truyền được sử dụng, hạn chế các vị trí vật lý của các thiết bị giao tiếp

1.5 Các mạng không dây

Hình 1: Các mô hình mạng không dây

1.5.1 Wireless PAN

Wireless vùng mạng cá nhân (WPANs) thiết bị kết nối trong phạm vi một khu vực tương đối nhỏ, mà thường là trong tầm tay của một người [3] Ví dụ, cả Bluetooth radio và vô hình hồng ngoại ánh sáng cung cấp một WPAN cho kết nối tai nghe với một máy tính xách tay ZigBee cũng hỗ trợ ứng dụng WPAN [4] Wi-Fi chảo đang trở nên phổ biến (2010) là nhà thiết kế thiết bị bắt đầu để tích hợp Wi-Fi vào một loạt các thiết bị điện tử tiêu dùng Intel "My WiFi" và Windows 7 "Vitual Wi-Fi" khả năng đã thực hiện Wi-Fi chảo đơn giản và dễ dàng hơn để thiết lập và cấu hình

1.5.2 Wireless LAN

Một mạng nội bộ không dây (WLAN) liên kết hai hay nhiều thiết bị trên một khoảng cách ngắn bằng cách sử dụng một phương pháp phân phối không dây, thường cung cấp một kết nối thông qua một điểm truy cập để truy cập internet Việc sử dụng trải phổ hoặc OFDM công nghệ có thể cho phép người sử dụng để

di chuyển trong một khu vực bao phủ địa phương, và vẫn duy trì kết nối với mạng

1.5.2.1 Wifi

Wi-Fi (hoặc WiFi) là một mạng máy tính nội bộ công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện tử để kết nối vào mạng, chủ yếu là sử dụng 2,4 gigahertz (12 cm) UHF và 5 gigahertz (6 cm) SHF các băng tần ISM

Các Wi-Fi Alliance định nghĩa Wi-Fi như bất kỳ "mạng nội bộ không dây" (WLAN) sản phẩm dựa trên các Viện Điện và Điện tử (IEEE) chuẩn 802.11 Tuy nhiên, thuật ngữ "Wi-Fi" là được sử dụng trong tổng hợp tiếng Anh như một từ đồng nghĩa với "WLAN" vì hầu hết các mạng WLAN hiện đại dựa trên các tiêu chuẩn này "Wi-Fi" là thương hiệu của Liên minh Wi-Fi Các "Wi-Fi Certified" thương hiệu chỉ có thể được sử dụng bởi các sản phẩm Wi-Fi mà thành công hoàn Wi-Fi Alliance khả năng tương tác thử nghiệm chứng nhận Nhiều thiết bị có thể sử dụng Wi-Fi, ví dụ như máy tính cá nhân, máy chơi game, điện thoại thông minh, máy ảnh kỹ thuật số, máy tính bảng và máy nghe nhạc kỹ thuật số Đây có thể kết nối với một nguồn tài nguyên mạng như

Internet thông qua một điểm truy cập mạng không dây Như một điểm truy cập (hoặc hotspot) có một phạm vi khoảng 20 mét (66 feet) trong nhà và một phạm

vi lớn hơn ở ngoài trời Phủ sóng Hotspot có thể nhỏ như một phòng duy nhất với bức tường chặn sóng radio, hoặc lớn như nhiều cây số vuông đạt được bằng cách sử dụng các điểm truy cập nhiều chồng chéo

Mô tả của một thiết bị gửi thông tin không dây với thiết bị khác, cả hai kết nối với các mạng lưới địa phương, để in một tài liệu

Wi-Fi có thể là kém an toàn hơn so với các kết nối có dây, chẳng hạn như Ethernet, chính vì một kẻ xâm nhập không cần một kết nối vật lý Các trang web có sử dụng TLS là an toàn, nhưng truy cập internet không được mã hóa có thể dễ dàng được phát hiện bởi những kẻ xâm nhập Bởi vì điều này, Wi-Fi đã được thông qua khác nhau mã hóa công nghệ Các mã hóa đầu WEP tỏ ra dễ

vỡ Giao thức chất lượng cao (WPA, WPA2) đã được thêm vào sau đó Một tính năng tùy chọn thêm trong năm 2007, được gọi là Wi-Fi Cài đặt bảo vệ (WPS), có một lỗ hổng nghiêm trọng cho phép kẻ tấn công để khôi phục mật khẩu của router Các Wi-Fi Alliance vì đã cập nhật kế hoạch kiểm tra và

chương trình chứng nhận để đảm bảo tất cả các thiết bị mới được chứng nhận chống lại các cuộc tấn công

Hình 2: Mạng Lan không dây thường được dùng để kết nối các nguồn lực địa phương và với internet

1.5.3 Wireless mesh networ

Một mạng lưới không dây (WMN) là một mạng lưới thông tin liên lạc được tạo thành từ đài phát thanh các nút được tổ chức trong một lưới topo Nó cũng

là một hình thức không dây mạng ad hoc Mạng lưới không dây thường gồm các khách hàng lưới, thiết bị định tuyến lưới và các cổng Các lưới khách hàng thường máy tính xách tay, điện thoại di động và các thiết bị không dây khác trong khi các thiết bị định tuyến lưới chuyển tiếp lưu lượng đến và đi từ các cổng mà có thể, nhưng không cần, kết nối với Internet Vùng phủ sóng của các nút radio làm việc như một mạng duy nhất là đôi khi được gọi là một đám mây lưới Truy cập vào lưới điện toán đám mây này là phụ thuộc vào các nút radio làm việc trong sự hòa hợp với nhau để tạo ra một mạng vô tuyến Một mạng lưới là đáng tin cậy và cung cấp dự phòng Khi một nút không còn có thể hoạt động, phần còn lại của các nút vẫn có thể giao tiếp với nhau, trực tiếp hoặc thông qua một hoặc nhiều hơn các nút trung gian Mạng lưới không dây có thể

tự thức và tự chữa bệnh Mạng lưới không dây có thể được thực hiện với công nghệ không dây khác nhau bao gồm 802.11, 802.15, 802.16, công nghệ di động hoặc sự kết hợp của nhiều loại

Hình 3: Sơ đồ cho thấy một cấu hình có thể cho một mạng lưới không dây, kết nối thông qua một liên kết thượng nguồn VSAT

1.5.4 MAN không dây

Wireless mạng khu vực đô thị là một kiểu mạng không dây kết nối nhiều mạng LAN không dây WiMAX là một loại Wireless MAN và được mô tả bởi các tiêu chuẩn IEEE 802.16

1.5.5 Wireless WAN

Wireless Wan là mạng không dây mà thường bao gồm các khu vực lớn, chẳng hạn như giữa các thị trấn lân cận, thành phố, thành phố và các vùng ngoại ô Các mạng lưới này có thể được sử dụng để kết nối các văn phòng chi nhánh của doanh nghiệp hoặc là một hệ thống truy cập internet công cộng Các kết nối không dây giữa các điểm truy cập thường trỏ đến điểm các tuyến vi ba

sử dụng các thiết bị parabol trên băng tần 2,4 GHz, chứ không phải là ăng-ten

đa hướng được sử dụng với các mạng nhỏ hơn Một hệ thống điển hình có chứa các cổng trạm, điểm truy cập và rơ le cầu nối không dây Các cấu hình khác là