Nghiên cứu và phát triển ứng dụng trên mạng không dây

Luận văn, khóa luận, chuyên đề, tiểu luận, quản trị, khoa học, tự nhiên, kinh tế

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM

SINH VIÊN THỰC HIỆN

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM

SINH VIÊN THỰC HIỆN

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

Chúng em xin chân thành cám ơn Khoa Công Nghệ Thông Tin, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TpHCM đã tạo điều kiện tốt cho chúng em thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp này

Chúng em xin chân thành cám ơn Thầy Nguyễn Tấn Trần Minh Khang và thầy Trần Minh Triết đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Chúng em xin chân thành cám ơn quý Thầy Cô trong Khoa đã tận tình giảng dạy, trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua

Chúng con xin nói lên lòng biết ơn sâu sắc đối với Ông Bà, Cha Mẹ đã chăm sóc, nuôi dạy chúng con thành người

Xin chân thành cám ơn các anh chị và bạn bè đã ủng hộ, giúp đỡ và động viên chúng em trong thời gian học tập và nghiên cứu

Mặc dù chúng em đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em kính mong nhận được sự cảm thông và tận tình chỉ bảo của quý Thầy Cô và các bạn

Sinh viên thực hiện, Đặng Bình Phương & Huỳnh Sang 07/2004

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

thông tin liên lạc là một điều tất yếu Mọi người luôn có nhu cầu cập nhật, trao đổi thông tin ở mọi lúc mọi nơi Do đó, để đáp ứng các nhu cầu trên, hàng loạt hệ thống mạng đã được ra đời Đầu tiên là sự xuất hiện của LAN, WAN, sau đó là các mạng không dây như hiện nay Cùng với sự phát triển của hệ thống mạng di động, mạng không dây thực sự là một bước đột phá trong lĩnh vực truyền thông

Trong những năm qua, bên cạnh việc các thiết bị hỗ trợ liên lạc vô tuyến như PDA, Pocket PC, Smart phone xuất hiện hàng loạt, mạng không dây chính vì vậy

mà cũng phát triển không kém Hàng loạt chuẩn mạng không dây được ra đời, từ các chuẩn thuộc thế hệ 2G, 3G của các điện thoại di động, đến các chuẩn IrDA, OpenAir, BlueTooth, và các chuẩn của Wireless LAN như IEEE 802.11, HiperLAN Với nhiều lợi thế như dễ kết nối, tính cơ động cao, chí phí giá thành rẻ, cho nên

việc nghiên cứu mạng không dây thực sự là điều tất yếu Đề tài “Nghiên cứu và

phát triển ứng dụng trên mạng không dây” được xây dựng nhằm mục tiêu nghiên

cứu, thử nghiệm, đánh giá về mạng không dây và đặc biệt là Wireless LAN Trên

cơ sở đó, chúng em xây dựng một số ứng dụng điều khiển thiết bị, truyền thông trên mạng không dây

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

phần ứng dụng bao gồm 3 chương tập trung vào các ứng dụng liên lạc trên Wireless LAN:

ƒ Chương 1 Tổng quan về mạng không dây: Giới thiệu chung về các

khái niệm và các loại mạng không dây

ƒ Chương 2 Mạng cục bộ không dây: Trình bày các nghiên cứu về mạng cục bộ không dây Tóm tắt một số chuẩn giao tiếp qua mạng cục bộ

không dây quan trọng khác

ƒ Chương 3 Ứng dụng AGRemoteDesktop: bộ chương trình giúp người dùng có thể sử dụng các máy tính để bàn hoặc các máy tính cầm tay có gắn thiết bị mạng không dây và để điều khiển máy tính để bàn

ƒ Chương 4 Ứng dụng AGMessenger: bộ chương trình giúp người dùng

có thể sử dụng các máy tính để bàn hoặc các máy tính cầm tay có gắn thiết bị mạng không dây để chat với nhau

ƒ Chương 5 Tổng kết: kết luận và hướng phát triển cho đề tài

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

1.1 Mở đầu 1

1.1.1 Một số mô hình mạng cơ bản 1

1.1.2 Tầm quan trọng của hệ thống mạng 2

1.1.3 Mạng không dây – bước phát triển quan trọng của hệ thống mạng máy tính 3

1.2 Phân loại mạng không dây 4

1.3 Cơ chế truyền thông trong mạng không dây 5

1.4 Mạng cá nhân không dây - WPAN và công nghệ Bluetooth 5

1.5 Mạng cục bộ không dây – Wireless LAN 8

1.5.1 Giới thiệu: 8

1.5.2 Một số khái niệm cơ bản 8

1.5.3 Ưu và khuyết điểm 9

1.6 Mạng diện rộng WWAN 9

1.6.1 Giới thiệu 9

1.6.2 Một số khái niệm cơ bản 10

1.6.3 Ưu và khuyết điểm 11

Chương 2 Mạng cục bộ không dây-Wireless LAN 12

2.1 Tổng quan về Wireless LAN 12

2.1.1 Giới thiệu chung 12

2.1.2 Các ứng dụng của Wirless LAN 13

2.1.3 Các ưu và khuyết điểm của Wireless LAN 14

2.2 Các chuẩn thông dụng của Wireless LAN 15

2.2.1 IEEE 802.11 của Viện kỹ thuật Điện-Điện tử Mỹ 16

2.2.2 HiperLAN của Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) 20

2.2.3 Các tiêu chuẩn khác 24

2.2.4 Tóm tắt các tiêu chuẩn thông dụng 26

2.3 Kiến trúc, các đặc điểm kỹ thuật của Wireless LAN IEEE 802.11 27

2.3.1 Các khái niệm chính của Wireless LAN 28

2.3.2 Cấu trúc của Wireless LAN 37

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

3.1 Giới thiệu 44

3.1.1 Các chức năng của phiên bản "AG Remote Desktop Server" 44

3.1.2 Các chức năng của phiên bản "AG Remote Desktop Client for Desktop" 45

3.2 Phân tích - Thiết kế 46

3.2.1 Phân hệ “AG Remote Desktop Server” 46

3.2.2 Phân hệ “AG Remote Desktop Client for Desktop” và “AG Remote Desktop Client for Pocket PC” 66

3.3 Cài đặt và thử nghiệm 76

3.3.1 Công cụ và môi trường phát triển ứng dụng 76

3.3.2 Mô hình cài đặt 77

3.4 Plugin 78

3.4.1 Giới thiệu 78

3.4.2 Cấu trúc và cách xây dựng một Plugin 78

Chương 4 Ứng dụng “AG Messenger” 79

4.1 Giới thiệu 79

4.1.1 Các chức năng của phiên bản "AG Messenger Server" 79

4.1.2 Các chức năng của phân hệ "AG Messenger Client for Desktop" và phiên bản “AG Messenger Client for Pocket PC” 80

4.2 Phân tích - Thiết kế 80

4.2.1 Ứng dụng “AG Messenger Server” 80

4.2.2 Phân hệ “AG Messenger Client for Desktop” và “AG Messenger Client for Pocket PC” 98

4.3 Cài đặt và thử nghiệm 114

4.3.1 Công cụ và môi trường phát triển ứng dụng 114

4.3.2 Mô hình cài đặt 115

Chương 5 ỨNG DỤNG “AG VNC VIEWER” 116

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

5.3 Giải pháp đề nghị cho việc bảo đảm an toàn cho hệ thống VNC trên

WirelessLAN 119

5.3.1 Đăng nhập vào hệ thống VNC Server 119

5.3.2 Thiết lập khóa bí mật ngẫu nhiên cho phiên làm việc 120

5.3.3 Trao đổi thông tin đã được mã hóa 120

5.4 Giao thức liên lạc RFB- các thông điệp của giao thức 121

5.4.1 Các thông điệp khởi động: 121

5.4.2 Những thông điệp từ Client đến Server 123

5.4.3 Các thông điệp từ Server đến Client 126

5.5 Phân tích-Thiểt kế 128

5.5.1 Các hoạt động bảo mật chính 128

5.5.2 Các thiết kế xử lý chính 129

5.5.3 Thiết kế giao diện 131

Chương 6 Tổng kết 134

6.1 Kết luận 134

6.2 Hướng phát triển 134

Phuï luïc A - Các từ viết tắt 136

Phuï luïc B - Tình hình sử dụng Wireless LAN trên thế giới và tại Việt Nam 142

Phuï luïc C - Cấu trúc và cách xây dựng Plugin 150

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

Hình 1-2:Mô hình ứng dụng Bluetooth 6

Hình 1-3: Microsoft đã hỗ trợ các API lập trình Bluetooth trong Platform SDK 7

Hình 1-4:Một ví dụ về WWAN 10

Hình 2-1:Mô hình Wireless LAN 29

Hình 2-2: Vùng phục vụ độc lập- Mạng Ad-hoc 30

Hình 2-3:Mạng cơ sở hạ tầng 31

Hình 2-4:Basic Service Set 33

Hình 2-5:Extended Service Set 35

Hình 2-6:Một ví dụ kết hợp Wireless LAN với mạng LAN 36

Hình 2-7:Mối quan hệ giữa các lớp của LAN và mô hình OSI 37

Hình 2-8:Mô tả mối quan hệ giữa các thực thể quản lý 38

Hình 3-1:Lược đồ chính của mô hình Use-Case 46

Hình 3-2: Màn hình giới thiệu 56

Hình 3-3:Màn hình chính 57

Hình 3-4:Màn hình điều chỉnh tuỳ chọn 58

Hình 3-5:Màn hình thêm Plugin bước 1 59

Hình 3-6: Màn hình thêm Plugin khi chọn Help 60

Hình 3-7:Màn hình thêm Plugin bước 2 61

Hình 3-8:Màn hình cập nhật Plugin 62

Hình 3-9:Sequence Diagram thay đổi tùy chọn 63

Hình 3-10: Sequence Diagram của Thêm Plugin 64

Hình 3-11: Sequence Diagram cập nhật Plugin 65

Hình 3-12: Lược đồ chính của mô hình Use-Case 66

Hình 3-13: Màn hình giới thiệu 71

Hình 3-14: Màn hình kết nối Server 71

Hình 3-15: Màn hình cố gắng kết nối Server 72

Hình 3-16: Màn hình điều khiển 72

Hình 3-17: Màn hình kết nối Server của PocketPC 73

Hình 3-18: Màn hình tạm thời chưa kết nối được với Server của PocketPC 74

Hình 3-19: Màn hình điều khiển của PocketPC 74

Hình 3-20: Sequence Diagram kết nối với Server 75

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

Hình 4-2: Màn hình giới thiệu 90

Hình 4-3: Màn hình kết nối 90

Hình 4-4: Màn hình quản lý tài khoản 91

Hình 4-5: Màn hình thêm tài khoản 91

Hình 4-6: Màn hình cập nhật tài khoản 92

Hình 4-7: Màn hình chat 92

Hình 4-8: Sequence Diagram khởi động server 93

Hình 4-9: Sequence Diagram ngừng server 94

Hình 4-10: Sequence Diagram thêm tài khoản 95

Hình 4-11: Sequence Diagram cập nhật tài khoản 96

Hình 4-12: Sequence Diagram tán gẫu 97

Hình 4-13: Lược đồ chính của mô hình Use-Case 98

Hình 4-14: Màn hình trước khi kết nối với Server 106

Hình 4-15: Màn hình sau khi kết nối với Server 106

Hình 4-16: Màn hình chat của PC 107

Hình 4-17: Màn hình giới thiệu của AGMessenger cho Desktop 107

Hình 4-18: Màn hình kết nối với Server của Pocket PC 108

Hình 4-19: Màn hình tạm thời chưa kết nối được với Sever của Pocket PC 109

Hình 4-20: Màn hình điều khiển của Pocket PC 109

Hình 4-21: Sequence diagram của kết nối server 110

Hình 4-22: Sequence diagram của đăng kí tài khoản mới 111

Hình 4-23: Sequence diagram của đăng nhập tài khoản 112

Hình 4-24: Sequence diagram đăng xuất ra khỏi tài khoản 113

Hình 4-25: Sequence diagram của tán gẫu 113

Hình 4-26: Mô hình cài đặt ứng dụng “AGMessenger” 115

Hình 5-1: Sơ đồ trạng thái của Server 128

Hình 5-2: Sơ đồ trạng thái của Client 129

Hình 5-3: Sequence truyền và nhận dữ liệu của cả client và server 129

Hình 5-4: Sequence tiếp nhận kết nối từ client của Server 130

Hình 5-5: Sequence tiếp nhận kết nối từ Server của Client 130

Hình 5-6: Màn hình About 131

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1-1: So sánh các đặc tính của tia hồng ngoại và sóng radio 5

Bảng 1-2: So sánh ưu và khuyết điểm của Wireless LAN với LAN 9

Bảng 1-3: Bảng so sánh ưu và khuyết điểm của WWAN với mạng hữu tuyến 11

Bảng 2-1: Các tiêu chuẩn của ETSI HIPERLAN 21

Bảng 2-2:Các kiểu điều chế và tốc độ trong HIPERLAN 23

Bảng 2-3: Các chức năng của HIPERLAN/2 23

Bảng 2-4: Tóm tắt các chuẩn Wireless LAN thông dụng trên thế giới 26

Bảng 2-5: Tóm tắt các dịch vụ mạng 42

Bảng 5-1: Mười thành phố có số điểm truy cập HotSpots cao nhất nước Mỹ 145

đã trở nên một thành phần có ý nghĩa quan trọng trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội mà thậm chí chính mỗi chúng ta cũng khó có thể cảm nhận và đánh giá hết được

1.1.1 Một số mô hình mạng cơ bản

Khi nối kết các máy tính hoặc thiết bị với nhau, chúng ta đã hình thành một hệ thống mạng cho phép chia sẻ dịch vụ và thông tin Tùy theo phạm vi triển khai của toàn bộ hệ thống, chúng ta có thể chia thành một số mô hình mạng cơ bản sau đây:

Mạng cá nhân – Personal Area Network (PAN): được triển khai trong phạm

vi rất hẹp (ví dụ như trong phạm vị bán kính vài metre) Thông thường, chúng ta ít quan tâm đến mô hình mạng này đối với các hệ thống mạng hữu tuyến Tuy nhiên, đây lại là một mô hình mạng khá phổ biến trong hệ thống mạng không dây (ví dụ mạng sử dụng IrDA, Bluetooth)

Mạng cục bộ - Local Area Network (LAN) được triển khai trong phạm vi

hẹp (ví dụ như trong phạm vi bán kính dưới 500m), thường được sử dụng trong nội

bộ một công ty, doanh nghiệp, hay phòng thí nghiệm, trường học Các hệ thống mạng cục bộ thường có băng thông lớn, tốc độ truyền dữ liệu nhanh và chi phí triển khai tương đối thấp, phù hợp với khả năng của đơn vị cần triển khai

Mạng trung tâm – Metropolitan Area Network (MAN): thường được triển

khai trong phạm vi rộng hơn mạng cục bộ, ví dụ như trong một thành phố, giữa các

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

trong một vùng địa giới hành chính Chúng ta có thể xem như mạng trung tâm là

sự kết nối giữa các hệ thống mạng cục bộ tại từng đơn vị với nhau

Mạng diện rộng – Wide Area Network (WAN): hệ thống mạng liên lạc triển

khai trên phạm vi rộng, ví dụ như giữa các thành phố, các tiểu bang, hay giữa các quốc gia trong khu vực hay trên toàn thế giới Hệ thống mạng Internet chính là

mạng diện rộng kết nối giữa các máy tính trên toàn thế giới với nhau.[1]

Hình 1-1:Mô hình chung của các mạng không dây cơ bản

1.1.2 Tầm quan trọng của hệ thống mạng

Mạng máy tính được sử dụng ngày càng nhiều hơn và càng trở nên có ý nghĩa hết sức quan trọng trong các hoạt động hàng ngày của đời sống Ví dụ như trong các doanh nghiệp, hệ thống mạng cục bộ thường được dùng để chia sẻ các tài nguyên trong đơn vị, ví dụ như chia sẻ tập tin hay các thiết bị (ví dụ như máy in, máy scan ) Các mạng LAN thường được kết nối với nhau thông qua hệ thống mạng diện rộng

PAN (Personal Area Network)

LAN (Local Area Network)

WAN (Wide Area Network) MAN (Metropolitan Area Network)

Ứn d n

Xa

Kh xa Tru g bìn

Ng n Tầm p ủ só g

1 -3 4 Kb s

2 + Mb s 2-5 + Mb s

< 1 Mb s Tốc đ

GSM, GPRS, CDMA, 2.5-3G

8 2.1 MMDS, LMDS

8 2.1 a, 1 b, 1 g Hip rLAN2 Blu to th

Ch ẩ

WAN MAN

LAN

P N

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

đồng thời cung cấp thông tin, dịch vụ cho khách hàng truy cập thông qua Internet Như vậy, hệ thống mạng đã trở nên một thành phần quan trọng của cơ sở hạ tầng và ngày càng phát huy vai trò và hiệu quả của mình trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội, từ các chức năng trao đổi thông tin cá nhân (email, chat ), tra cứu thông tin trong hệ thống Internet, đến những giao dịch điện tử trong kinh doanh, thương mại, chứng khoán, những hệ thống xử lý phân tán (distributed system), tính toán phân tán (distributed computing, ví dụ như Grid computing)

1.1.3 Mạng không dây – bước phát triển quan trọng của hệ thống

mạng máy tính

Mặc dù mạng không dây đã xuất hiện từ nhiều thập niên nhưng mãi đến thời gian khoảng 5 năm gần đây, với sự bùng nổ các thiết bị di động và thiết bị cầm tay (ví dụ như điện thoại di động, Pocket PC, laptop ), nhu cầu nghiên cứu và phát triển các hệ thống mạng không dây hiệu quả ngày càng trở nên cấp thiết và thu hút

sự quan tâm và đầu tư của giới nghiên cứu và giới công nghiệp trên toàn thế giới Rất nhiều những công nghệ, phần cứng, giao thức và chuẩn đã được công bố cũng như đang được tiếp tục nghiên cứu và phát triển

Tương tự như hệ thống mạng hữu tuyến vốn được sử dụng rất phổ biến từ trước đến nay, hệ thống mạng không dây cho phép các thiết bị có thể kết nối, liên lạc với nhau thông qua kết nối không dây Như vậy, thay cho các loại cáp nối kết trong mạng hữu tuyến - ví dụ như cáp đồng trục, cáp UTP hay cáp quang, hệ thống mạng không dây khai thác sóng radio hoặc tia hồng ngoại để tạo kênh liên lạc giữa các thiết bị với nhau Ưu điểm nổi bật của mạng không dây là tính chất động của hệ thống này:

Mạng không dây có tính linh hoạt cao, cho phép các thiết bị có tính di động cao, không bị ràng buộc cố định về phân bố địa lý như trong mạng hữu tuyến

Bên cạnh đó, mạng không dây có thể cho phép dễ dàng bổ sung, thay thế các thiết bị tham gia trong mạng mà không cần phải cấu hình phức tạp lại toàn bộ topology (vật lý và logic) của mạng

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

Tuy nhiên, mạng không dây có hạn chế chính là tốc độ truyền còn chưa cao so với mạng hữu tuyến Công nghệ Bluetooth sử dụng trong mạng cá nhân (WPAN) chỉ cho phép băng thông tối đa 1 Mbps; hệ thống mạng cục bộ không dây (Wireless LAN) cho phép truyền thông tin với tốc độ tối đa từ 11 Mbps (chuẩn IEEE 802.11b) đến 54 Mbps (chuẩn IEEE 802.11a/g); các chuẩn GSM, TDMA, CDMA, PDC dùng trong mạng diện rộng không dây (WWAN) hiện tại chỉ mới hỗ trợ tốc độ truyền tối

đa từ 5 đến 20 Kbps Ngoài ra, khả năng bị nhiễu và mất gói tin cũng là vấn đề đáng quan tâm đối với hệ thống mạng không dây

Tuy nhiên, đây chỉ là những hạn chế ở bước phát triển ban đầu của mạng không dây Những nghiên cứu về mạng không dây hiện đang thu hút các viện nghiên cứu cũng như doanh nghiệp trên thế giới Bên cạnh những chuẩn đã được công bố, các chuẩn về hiệu năng của mạng không dây vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện dần Ví dụ như chuẩn IEEE 802.11i về tính bảo mật và an toàn của Wireless LAN vừa được chính thức thông qua vào ngày 24 tháng 06 năm

2004 và sẽ bắt đầu được triển khai vào các thiết bị phần cứng từ giữa năm 2004, chuẩn IEEE 802.11e về truyền âm thanh và video trên mạng không dây đang được khẩn trương hoàn chỉnh và sắp được chính thức công bố vào cuối năm 2004

Với sự đầu tư nghiên cứu của cả các nhà khoa học và giới công nghiệp trên toàn thế giới, hiệu quả và chất lượng của hệ thống mạng không dây sẽ ngày càng

được nâng cao, hứa hẹn những tiềm năng rất lớn của mạng không dây.[1][2]

1.2 Phân loại mạng không dây

Đối với hệ thống mạng không dây, chúng ta cũng có sự phân loại theo quy mô

và phạm vi triển khai tương tự như hệ thống mạng hữu tuyến Đối với các mạng cục

bộ sử dụng kết nối không dây, chúng ta có hệ thống Wireless LAN (wireless local area network) Tương tự như Internet, đối với hệ thống mạng không dây kết nối trên toàn thế giới, chúng ta có mạng Internet không dây (wireless Internet) Chúng ta cũng có hệ thống mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network -

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

WPAN), mạng trung tâm không dây (Wireless Metropolitan Area Network - WMAN) và mạng diện rộng không dây (Wireless Wide Area Network - WWAN)

1.3 Cơ chế truyền thông trong mạng không dây

Trong hệ thống mạng hữu tuyến, dữ liệu được truyền từ thiết bị này sang thiết

bị khác thông qua một tập hữu hạn các dây cáp hoặc thiết bị trung gian Ngược lại, trong mạng không dây, tín hiệu được truyền trong không khí trong một khu vực nhất định, gọi là vùng phủ sóng Thiết bị nhận chỉ cần nằm trong vùng phủ sóng của thiết bị phát thì sẽ nhận được tín hiệu Các thiết bị truyền và nhận thông tin thông qua sóng điện từ, thông thường là sóng radio hoặc tín hiệu hồng ngoại So với tín hiệu hồng ngoại, sóng radio được sử dụng rộng rãi hơn trong các Wireless LAN và WWAN Những đặc tính của hai sóng này được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 1-1: So sánh các đặc tính của tia hồng ngoại và sóng radio

Tia hồng ngoại Sóng radio

ƒ Băng thông rộng nhưng dễ nghẽn mạch

ƒ Điều kiện giao tiếp thông qua tia hồng ngoại khá nghiêm ngặt Các mạng hồng ngoại không thể liên lạc xuyên các vật thể, khi truyền nhận thông tin thì phạm vi cũng nhỏ hẹp hơn sóng radio

ƒ Slower but more reliable

ƒ Băng thông thấp hơn nhưng do có khả năng chia sẻ các băng tần nên khó nghẽn mạch

ƒ Các mạng lấy sóng radio làm phương thức giao tiếp thì thông thường sử dụng kỹ thuật trải phổ

Nguồn: WR Hambrecht +Co,tạp chí kỹ thuật 3COM, Techguice.com

1.4 Mạng cá nhân không dây - WPAN và công nghệ Bluetooth

Bluetooth là một công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau bằng sóng radio qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific,

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

Hình 1-3: Microsoft đã hỗ trợ các API lập trình Bluetooth trong Platform SDK

Được sự hỗ trợ của 9 công ty hàng đầu về công nghệ là Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba, 3Com, Lucent Technologies, Microsoft và Motorola, các đặc tả về chuẩn Bluetooth được hoàn thiện dần, các thiết bị sử dụng công nghệ Bluetooth ngày càng trở nên phổ biến - trong đó phải kể đến các thế hệ điện thoại di động đời mới của Nokia, Ericsson, Motorola , và các môi trường lập trình đã chuẩn hóa các hàm và giao diện lập trình hỗ trợ Bluetooth (ví dụ như API trong NET Framework cũng như NET Compact Framework)

Công nghệ này được thiết kế dựa trên các tiêu chí sau: Chi phí thấp, ít tiêu hao năng lượng, sử dụng công nghệ sóng vô tuyến, đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng mạng cá nhân với khoảng cách ngắn và trung bình

Một số đặc điểm chính:

- Bluetooth cho phép các thiết bị kết nối tạm thời khi cần thiết (ad hoc network) trong phạm vi ngắn có khả năng di động cao Khi các thiết bị di chuyển, mạng được thiết lập cũng di chuyển theo

- Khoảng cách: tối đa 10m (phụ thuộc vào loại kết nối client-to-client hay client-to-access point, môi trường vật lý triển khai hệ thống là trong nhà hay ngoài trời )

- Hỗ trợ giao thức TCP/IP và OBEX

- Tốc độ truyền: băng thông tối đa là 1 Mbps được chia sẻ cho tất cả kết nối trên cùng 1 thiết bị

- Hỗ trợ tối đa 8 kết nối đồng thời với các thiết bị khác[1][2]

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

1.5 Mạng cục bộ không dây – Wireless LAN

1.5.1 Giới thiệu:

Đặc điểm - Wireless LAN (Wireless Local Area Network) sử dụng sóng điện

từ (thường là sóng radio hay tia hồng ngoại) để liên lạc giữa các thiết bị trong phạm

vi trung bình Hiện nay, phần lớn các thiết bị dùng sóng radio với kỹ thuật trải Không giống Bluetooth, Wireless LAN có khả năng kết nối phạm vi rộng hơn với nhiều vùng phủ sóng khác nhau, do đó các thiết bị di động có thể tự do di chuyển giữa các vùng với nhau

Phạm vi hoạt động - tầm hoạt động của Wireless LAN khá rộng từ 100-500m Tốc độ truyền dữ liệu-từ 11Mbs-54Mbs

Chi tiết về mạng cục bộ không dây-Wireless LAN sẽ được trình bày trong chương 2

1.5.2 Một số khái niệm cơ bản

access point—là thiết bị đóng vai trò cầu nối cho các thiết bị di động, cung

cấp vùng phục vụ cho các thiết bị, và mở rộng với mạng hữu tuyến

extension point—là thiết bị có vai trò tương tự như access point nhưng nó chỉ

có khả năng mở rộng vùng phục vụ chứ không có khả năng kết nối với mạng hữu tuyến

infrastructure network—các thiết bị trong Infrastructure networks liên lạc

nhau thông qua access point, Infrastructure networks là loại cấu hình mạng được sử dụng phổ biến trong Wireless LAN Infrastructure networks tích hợp Wireless LAN với LAN tạo thành một mạng có khả năng linh hoạt hơn

independent network— các thiết bị trong independent network kết nối trực

tiếp vơi nhau Independent network thông thường chỉ phục vụ cho những kết nối tạm thời

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

1.5.3 Ưu và khuyết điểm

Với những thông tin trên thì Wireless LAN thực sự là mạng cơ động, linh hoạt, khả năng mở rộng hoặc tích hợp khá cao nhưng so với LAN, Wireless LAN vẫn có một số khuyết điểm Bảng sau so sánh các ưu và khuyết điểm của Wireless LAN với LAN

Bảng 1-2: So sánh ưu và khuyết điểm của Wireless LAN với LAN

Đặc điểm chính: Trong mạng Wireless LAN, người sử dụng có thể chọn dùng

băng tần để liên kết giữa các thiết bị mà không cần phải đăng ký trước với cơ quan chức năng; đồng thời, việc quản trị hệ thống kết nối này do mỗi người sử dụng tự quản lý Ngược lại, hệ thống WWAN thường được triển khai bởi một công ty hay tổ chức trên phạm vi rộng, khai thác băng tần đã đăng ký trước với cơ quan chức năng

và sử dụng các chuẩn mở như AMPS, GSM, TDMA, và CDMA

Khoảng cách: triển khai trên diện rộng lên đến hàng chục hoặc hàng trăm

kilometre

Tốc độ truyền: từ 5 kbps đến 20 kbps.[1]

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

Hình 1-4:Một ví dụ về WWAN

Nguồn: WR Hambrecht + Co

1.6.2 Một số khái niệm cơ bản

2G hoặc thế hệ thứ hai—là khoảng thời gian mà các thiết bị di động sử dung

sóng tuần tự hay số trên tần số 800MHz hoăc 1900MHz Nó bao gồm Advanced Mobile Phone Service (AMPS), Division Multiple Access (TDMA), Global System for Mobile Communications (GSM), and Code Division Multiple Access (CDMA)

3G hoặc thế hệ thứ 3—còn được biết đến qua tên Universal Mobile

Telecommunications System (UMTS), chuẩn của thế hệ thứ 3 chú trọng vào các dịch vụ mở rộng như vùng phủ sóng lớn, tốc độ truyền dữ liệu cao (tốc độ dữ liệu từ

384 KBs đến 2Mbs)

Hệ thống tuần tự— bao gồm các chuẩn cũ như AMPS(Advanced Mobile

Phone Service ), được ứng dụng trong những năm 70, sử dụng băng tần 800MHz

Hệ thống số—là các chuẩn sử dụng liên lạc dạng số như TDMA, CDMA, IS,

GSM

Băng tần PCS—PCS (personal communication services ) là băng tần

1900MHz và truyền nhận dữ liệu dưới dạng số (các chuẩn sử dung băng tần này là TDMA, CDMA, và GSM)

WAP—là các đặc điểm kỹ thuật cho việc truyền, nhận, thể hiện các dữ liệu

dưới dạng Web trên thiết bị di động

WML—là định dạng của các nội dung nhận được từ WAP WML là ngôn ngữ

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

1.6.3 Ưu và khuyết điểm

Do truyền bằng sóng radio nên WWAN dễ bị gián đoạn mạng hoặc phát sinh những nguy cơ tiềm ẩn do sự ảnh hưởng của thời tiết, địa hình, và những điều kiện

tự nhiên khác Sau đây là bảng so sánh những điểm thuận lợi và khó khăn của WWAN với các mạng hữu tuyến thông thường

Bảng 1-3: Bảng so sánh ưu và khuyết điểm của WWAN với mạng hữu tuyến

ƒ Dễ dàng mở rộng mạng

ƒ Tránh được các giới hạn của việc dùng cáp và các thiết bị phần cứng khác

ƒ Khả năng cơ động cao Các thiết bị

di động có thể di chuyển trong phạm vi rộng

ƒ Dễ bị ảnh hưởng bởi những tác động của môi trường

ƒ Không an toàn, thông tin dễ bị thất lạc hoặc mất Chất lượng mạng chưa được cao

ƒ Chi phí cao trong việc thiết lập cơ

sở hạ tầng

Nguồn: WR Hambrecht +Co,tạp chí kỹ thuật 3COM, Techguice.com

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

2.1 Tổng quan về Wireless LAN

2.1.1 Giới thiệu chung

Wireless LAN - Wireless LAN là loại mạng linh hoạt có khả năng cơ động cao được sử dụng thay thế hoặc mở rộng mạng cáp đồng Wireless LAN sử dụng sóng

vô tuyến hay hồng ngoại dể truyền và nhận dữ liệu thông qua không gian, xuyên qua tường trần và các cấu trúc khác mà không cần cáp Wireless LAN cung cấp tất

cả các chức năng và các ưu điểm của một mạng LAN truyền thống như Ethernet hay Token Ring nhưng lại không bị giới hạn bởi cáp Một ưu điểm khác của Wireless LAN là khả năng tích hợp với các mạng có sẵn, Wireless LAN kết hợp rất tốt với LAN tạo thành một mạng năng động và ổn định hơn Wireless LAN là mạng rất phù hợp cho việc phát triển điều khiển thiết bị từ xa, cung cấp mạng dịch vụ ở nơi công cộng, khách sạn, văn phòng,… Ngoài ra công nghệ Wireless LAN là công nghệ có giá thành tương đối hạ, đang phát triển mạnh trên toàn cầu và đặc biệt tỏ ra thích hợp với nhu cầu thiết lập mạng hiện nay Mặt khác, công nghệ này không chịu

sự quản lý của chính phủ cũng như không cần có giấy phép vì sử dụng băng tần ISM (bằng tần phục vụ cho công nghiệp, khoa học, y tế- 2,4GHz đến 5GHz), đồng thời cũng phát triển trên nền các tiêu chuẩn đã được thừa nhận rộng rãi trong ngành viễn thông thế giới từ trước tới nay Sử dụng Wireless LAN có thể giúp các nước đang phát triển có bước đi đón đầu trong tương lai, nó sẽ giúp các quốc gia tiến được những bước dài về công nghệ và hạ tầng viễn thông cũng như tạo ra cho mọi người khả năng sử dụng các dịch vụ viễn thông một cách thuận lợi và ít tốn kém nhất

Hiện nay trên thị trường thương mại, Wireless LAN xuất hiện dưới nhiều dạng sản phẩm thuộc các chuẩn khác nhau như: IrDA, OpenAir, BlueTooth, HiperLAN 2,

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

dây nhưng mỗi chuẩn lại có một đặc điểm khác nhau IrDA, OpenAir, BlueTooth là các mạng liên kết trong phạm vi tương đối nhỏ: IrDA (1m), OpenAir(10m), Bluetooth (10m) và đồ hình mạng (topology) là dạng peer-to-peer tức là kết nối trực tiếp không thông qua bất kỳ một thiết bị trung gian nào Ngược lại, HiperLAN và IEEE 802.11 là hai mạng phục vụ cho kết nối phạm vi rộng hơn khoảng 100m, và cho phép kết nối 2 dạng: kết nối trực tiếp, kết nối dạng mạng cơ sở Với khả năng tích hợp với các mạng thông dụng như (LAN, WAN), HiperLAN và Wi-Fi được xem là hai mạng có thể thay thế hoặc dùng để mở rộng mạng LAN

2.1.2 Các ứng dụng của Wirless LAN

Hiện nay, Wireless LAN là công nghệ có một thị trường tương đối rộng trong các mạng thương mại, trong các cơ sở như bệnh viện, kho hàng, trường đại học, …

và cũng như trong các mạng gia đình

• Ở các mạng thương mại:

Thị trường chính của các thiết bị Wireless LAN hiện nay là các mạng thương mại Các thuận lợi Wireless LAN trong mạng thương mại là:

- Tính di động: Wireless LAN cho phép tự do di chuyển và kết nối cố định

- Cài đặt mạng đơn giản và nhanh chóng do không cần cáp trong cài đặt

- Cài đặt mềm dẻo: Các mạng Wireless LAN có thể cài đặt ở những nơi mà mạng cáp không thiết lập được, ở những nơi có các hoạt động tạm thời hoặc những nơi sẽ xây dựng lại

- Giảm giá thành: Wireless LAN sẽ giảm bớt giá thành của chủ đầu tư do không cần cáp nên sẽ tiết kiệm được chi phí trong môi trường thay đổi thường xuyên

- Tiện lợi: việc mở rộng và cấu hình lại mạng không phức tạp, và người sử dụng có thể thêm vào trong mạng một cách đơn giản bằng cách lắp card Wireless LAN vào thiết bị của mình

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

• Trong các kho hàng, bệnh viện, trường đại học…

- Tại các kho hàng thì mạng cáp khó hỗ trợ cho các thiết bị đầu cuối

- Tại các khuôn viên đại học thì Wireless LAN được triển khai trong và ngoài toà nhà, tiện lợi trong việc truy cập ở bất kỳ vị trí nào trong khuôn viên

- Các mạng Wireless LAN đã chứng minh sự phổ biến trong các bệnh viện như ở Nhật đã có hơn 140 điểm truy cập Trong môi trường bệnh viện Wireless LAN cho phép tính di động cao của các nhóm làm việc trong việc truy cập vào cơ sở dữ liệu bệnh nhân, thư viện… khi đang làm việc

• Trong mạng gia đình: trong mạng gia đình thì Wireless LAN vẫn thể hiện rõ tính ưu việt Với khả năng di động cao, Wireless LAN có khá nhiều ứng dụng như thiết lập mạng cục bộ trong nhà, điều khiển các thiết bị, kết nối Internet, …[9]

• Ngày nay, Wireless LAN đươc sử dụng rộng rãi trong các nơi trên thế giới Các ứng dụng của Wireless LAN chúng em xin được trình bày ở phần phụ lục B Tình hình sử dụng Wireless LAN trên thế giới và tại Việt Nam

2.1.3 Các ưu và khuyết điểm của Wireless LAN

¾ Ưu điểm

• Tính cơ động: Với mạng Wireless LAN, người dùng có thể di chuyển từ

vùng này sang vùng khác mà vẫn còn kết nối với mạng tạo ra một văn phòng

di động Nếu có hai mạng Wireless LAN máy tính từ mạng này sang mạng khác sẽ chuyển kết nối với mạng khác một cách tức thì Điều này rất thuận tiện khi đi du lịch, công tác, hay khi di chuyển tới sân bay vẫn có thể gửi và nhận email hay bất cứ thông tin nào khác trong khi ngồi chờ tại sân bay, thuận lợi cho các nhà doanh nghiệp là những người hay di chuyển mà luôn

cần có kết nối với mạng

• Cài đặt đơn giản và giá rẻ: Do không sử dụng cáp nên mạng Wireless LAN

có thể triển khai tại các toà nhà mà có thể ngăn cách giữa cách chướng ngại

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

chính bị hỏng Nhiều quốc gia đã khuyến nghị khi mở rộng hay nâng cấp mạng nên tránh dùng cáp lại trong các toà nhà Với mạng Wireless LAN người sử dụng có thể di chuyển trong mạng với khoảng cách cho phép, nếu người sử dụng đi ra khỏi phạm vi mạng, hệ thống của người sử dụng sẽ nhận biết mạng khác để đáp ứng yêu cầu Tính năng chuyển vùng được sử dụng để đảm bảo mức truyền thông tin liên tục tốt nhất, máy tính khi đang được nối với một mạng và nó phát hiện ra mạng khác tốt hơn thì sẽ chuyển sang mạng

đó mà không có sự sai lệch.[7][8]

¾ Khuyết điểm

• Nhiễu: Do truyền thông qua môi trường sóng vì vậy sẽ có rủi ro nhiễu từ các

sản phẩm khác sử dụng chung một tần số

• Bảo mật: Vấn đề chính của bảo mật cho mạng Wireless LAN là việc vô tình

truyền dữ liệu ra khỏi mạng của công ty mà không qua lớp vật lý điều khiển Sóng vô tuyến có thể xuyên qua tường nhà và bị người khác nhận Tuy nhiên Wireless LAN có thể dùng mã truy cập mạng để ngăn cản truy cập trái phép, việc sử dụng mã tuỳ thuộc vào mức độ bảo mật mà người dùng yêu cầu Một lựa chọn được thêm vào là sử dụng mã hoá dữ liệu Cả HiperLAN/2 và 802.11a sử dụng khoá có độ dài lớn hơn 64bit Khoá này được gọi là “khoá xác thực được chia sẻ” trong 802.11a và là “khoá chia sẻ trước” trong

HiperLAN/2.[8][9]

2.2 Các chuẩn thông dụng của Wireless LAN

Hiện nay, với trào lưu phát triển của mạng không dây, trên thế giới xuất hiện khá nhiều sản phẩm thuộc các chuẩn khác nhau Trong khi Bluetooth được coi là sự lựa chọn cho các mạng gia đình, HiperLAN là chuẩn của châu Âu thì IEEE 802.11

là chuẩn được phổ biến rộng rãi nhất trên thế giới Sự xuất hiện khá nhiều các chuẩn làm người sử dụng có nhiều sự lựa chọn hơn nhưng cũng làm cho Wireless LAN dường như không thể hợp nhất được Trong phần này chúng em xin giới thiệu các

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

chuẩn Wireless LAN thông dụng trên thế giới và khả năng ứng dụng của nó trong

các mạng hiện có.[1][2][9]

2.2.1 IEEE 802.11 của Viện kỹ thuật Điện-Điện tử Mỹ

IEEE 802.11 là chuẩn đầu tiên mà Viện Kỹ thuật Điện-Điện tử Mỹ (Institute of Electrical and Electronic Enginrneers-IEEE) cho ra đời vào cuối những năm 1980,

do nhóm 802.4 của IEEE phát triển Nhóm này nhận thấy phương thức truy cập token của chuẩn LAN không có hiệu quả để điều khiển mạng không dây và đề nghị phát triển một tiêu chuẩn thay thế Kết quả là, IEEE đã quyết định thành lập nhóm 802.11 có nhiệm vụ định nghĩa tiêu chuẩn lớp vật lý (PHY-Physical) và lớp MAC (Medium Access Control)cho LAN không dây

Phiên bản đầu tiên của 802.11 ra đời năm 1997 và đã được phát triển trong nhiệm vụ nghiên cứu kỹ vấn đề khả năng ứng dụng, kết quả của sự cố gắng đó là việc ấn hành cả hai phiên bản kỹ thuật và thương mại Ở chuẩn ban đầu tốc độ đạt được là 2Mbps sử dụng phương pháp trải phổ trong băng tần ISM Đến tháng 9 năm

1999, có hai bổ sung vào tiêu chuẩn góc được phê duyệt bởi Uỷ ban tiêu chuẩn của IEEE và đó chính là hai chuẩn mới 802.11b và 802.11a Tiêu chuẩn đầu 802.11b

mở rộng khả năng của lớp PHY tại băng 2,4GHz, với tốc độ đạt được là 11Mbps Tiêu chuẩn thứ hai 802.11a nhắm vào viêc cung cấp một chuẩn hoạt động tại băng tần mới 5GHz, với tốc độ cao (từ 20Mbps đến 54MBps)

2.2.1.1 Các chuẩn chính của IEEE

• IEEE 802.11a: Chuẩn mới này tăng khả năng lớp vật lý nhưng cũng không thay

đổi các lớp lớn hơn Những ưu điểm của 802.11a là giảm thiểu giao thoa tốt hơn

và có tốc độ lên tới 54Mpbs Chuẩn 802.11a yêu cầu thiết bị phải hỗ trợ tại tốc

độ 6, 12, 24, 54Mbps, nhưng cũng bao gồm các tốc độ 48, 36, 28, 9Mbps Các tốc độ khác nhau này là kết quả thực thi các kỹ thuật điều chế khác nhau Tại mức 54Mbps sử dụng điều chế 64 QAM

802.11a sử dụng dải thông 300MHz tại băng 5GHz Mặc dù khoảng

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

riêng biệt, mỗi một phạm vi có công suất phát nhau Băng “thấp” hoạt động từ 5,15 tới 5,25 GHz, các thiết bị hoạt động tại băng này có công suất phát 50mW Băng “giữa” từ 5,25 đến 5,35GHz với công suất tối đa là 250mW Băng “cao”

từ 5,725 đến 5,825GHz, với công suất tối đa là 1W Nguyên nhân tại băng cao

có công suất cao vì các thiết bị truyền phát tại băng này có xu hướng là các sản phẩm kết nối mạng giữa các toà nhà với nhau nên sẽ ít có khả năng gây hại cho sức khoẻ con người Các băng “thấp” và “giữa”còn lại thì dùng cho các sản phẩm trong nhà Một yêu cầu chi tiết cho băng thấp là tất cả sản phẩm phải tích hợp anten

802.11a sử dụng trải phổ trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) tại lớp vật lý Tốc độ cao này thực hiện được bởi việc kết hợp nhiều kênh có tốc độ thấp thành một kênh có tốc độ cao 802.11a sử dụng OFDM định nghĩa tổng cộng 8 kênh không trùng lắp có độ rộng 20MHz thông qua 2 băng thấp; mỗi một kênh được chia thành 52 kênh mang thông tin, với độ rộng xấp xỉ 300KHz Mỗi một kênh được truyền song song Việc chỉnh sửa lỗi phía trước FEC (Forward Error Correction) cũng được sử dụng trong 802.11a (không có trong 802.11) để có thể đạt được tốc độ cao hơn

Tính đến nay đã có 23 quốc gia phê duyệt cho phép sử dụng các sản phẩm 802.11a, trong đó châu Âu chiếm tới 14 quốc gia, bao gồm: Mỹ, Úc, Áo, Đan Mạch, Pháp, Thụy Điển, New Zealand, Ireland, Nhật Bản, Bỉ, Hà Lan, Phần Lan,

Ba Lan, Thụy Sĩ và Mexico

• IEEE 802.11b: Có tên thương mại là WiFi Giống 802.11a, 802.11b cũng có

thay đổi tại lớp vật lý Chuẩn 802.11b hoạt động tại băng tần 2,4GHz, chuẩn này tương thích với phiên bản đầu tiên 802.11(không giống 802.11a), hỗ trợ các tốc

độ 1, 2, 5.5, 11Mbps tại các thiết bị phát sóng Chuẩn này sử dụng tối đa 14 kênh tại băng tần 2,4GHz Các kênh khác nhau được sử dụng tuỳ thuộc qui định các quốc gia khác nhau

IEEE 802.11b đạt được tốc độ cao hơn các chuẩn 802.11 trước đó nhờ sử dụng

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

dụng mã hoá tín hiệu, cần 6 bit để có thể miêu tả một từ mã hoá Từ mã hoá theo CCK sau đó được điều chỉnh với kỹ thuật QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) sử dụng DSSS (Direct sequence spread spectrum) 2Mbps Điều này cho phép thêm 2 bit để mã hoá kí tự

• IEEE 802.11g cho phép mạng không dây truyền dữ liệu với tốc độ 54Mbps sử

dụng băng tần 2,4GHz và đồng nghĩa với việc thương thích thiết bị Wireless LAN dựa trên chuẩn 802.11b trước đây 802.11g có hai đặc tính chính sau đây:

- Sử dụng kỹ thuật trải phổ OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), để có thể cung cấp các dịch vụ có tốc đô lên tới 54Mbps Trước đây, FCC (Federal Communication Commission-USA) có cấm sử dụng OFDM tại 2,4GHz Nhưng hiện nay FCC đã cho phép sử dụng OFDM tại cả hai băng tần 2,4GHz và 5GHz

- Tương thích với các hệ thống 802.11b tồn tại trước Do đó, 802.11g cũng có

hỗ trợ CCK và thiết bị 802.11g cũng có thể giao tiếp với thiết bị 802.11b có sẵn

Các thành phần trong chuẩn 802.11g là:

- CCK/OFDM Việc thiết kế lai ghép giữa CCK và OFDM làm 802.11g dễ dàng sử dụng OFDM trong khi có thể tương thích ngược với CCK đã tồn tại CCK được sử dụng để chuyển gói tin mào đầu/phần đầu và OFDM được sử dụng để chuyển dữ liệu CCK/OFDM hỗ trợ tốc độ lên tới 54Mpbs Gói tin CCK đầu cảnh báo tất cả thiết bị 802.11b rằng việc truyền bắt đầu và chỉ dẫn các thiết bị trong suốt quá trình truyền Dữ liệu truyền tải để có thể đạt tốc độ cao nhất phải sử dụng OFDM

- PBCC (Packet Bianry Convolutional Coding): PBCC hỗ trợ tốc độ lên tới 33Mbps PBCC là kỹ thuật phức tạp sử dụng 8-PSK(Phase Shift Keying) cho PBCC và QPSK cho CCK và cung cấp cấu trúc mã khác nhau

- 802.11g cho phép người sử dụng truy cập và chia sẻ các tài nguyên trên mạng không dây

Vài nét về tổ chức WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance): tuy không phải tổ chức công nghiệp lâu đời, nhưng tổ chức này hiện nay là một tổ chức có ảnh hưởng lớn nhất về các thiết bị Wireless LAN Tổ chức WECA hiện nay có 143 thành viên trên toàn thế giới, WECA được thành lập tháng 8/1999 bởi một số công ty lớn như: 3Com, Cisco, Intersil, Agere, Nokia và Symbol; sau

đó các công ty như Intermec, Microsoft và Intel đã gia nhập WECA Đến tháng 3/2000 WECA đã cấp chứng nhận WiFi cho 283 sản phẩm thương mại của các hãng WECA cũng đang tiến hành thử nghiệm WiFi5 (dựa trên chuẩn IEEE 802.11a) Các sản phẩm có chứng thực của WECA cũng đang được chứng nhận tại châu Âu

2.2.1.2 Các nhóm chính thuộc IEEE

Ngoài ra IEEE còn có các nhóm làm việc độc lập để bổ sung các qui định vào các chuẩn 802.11a, 802.11b, 802.11g nhằm nâng cao tính hiệu quả, bảo mật, và phù hợp với các thị trường châu Âu và Nhật Bản như:

- IEEE 802.11c: Bổ sung việc truyền thông và trao đổi thông tin giữa LAN qua

cầu nối lớp MAC với nhau

- IEEE 802.11d: Bổ sung các đặc tính hoạt động cho các vùng địa lý khác nhau

- IEEE 802.11e: Nguyên gốc chuẩn IEEE 802.11 không cung cấp việc quản lý

chất lượng dịch vụ Phiên bản này cung cấp chức năng QoS (Quality of Service),

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

theo kế hoạch sẽ ấn hành vào cuối năm 2001 Do việc không tích trong cấu trúc

và thiết kế đã không cho phép chuẩn này hoàn thành đúng thời hạn dự kiến

- IEEE 802.11f: hỗ trợ tốt tính di động, tương tự như mạng đi đông cell phone

- IEEE 802.11h: Hướng tới việc cải tiến công suất phát và lựa chọn kênh của

chuận IEEE 802.11a, nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn của thị trường châu Âu

- IEEE 802.11i: cải tiến vấn đề mã hoá và bảo mật Cách tiếp cận là dựa trên

chuẩn mã hoá dữ liệu AES (Adoanced Encrytion Standard)

- IEEE 802.11j: Sự hợp nhất trong việc đưa ra phiên bản tiêu chuẩn chung của

hai tổ chức tiêu chuẩn IEEE và ETSI (European Telecommunications Standards Institute) trên nền IEEE 802.11a và HiperLAN/2

- IEEE 802.11k: Cung cấp khả năng đo lường mạng và sóng vô tuyến thích hợp

cho các lớp cao hơn

- IEEE 802.11n: Mở rộng thông lượng (>100Mbps tại MAC SAP) trên băng

2,4GHz và 5GHz

2.2.2 HiperLAN của Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI)

2.2.2.1 Giới thiệu về HiperLAN

Thông tin vô tuyến băng rộng đang phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, do vậy đặt ra những yêu cầu mới về mạng LAN vô tuyến đó là hỗ trợ QoS, bảo mật , quyền sử dụng , môi trường làm việc… ETSI đã nghiên cứu xây dựng bộ tiêu chuẩn cho các lọai LAN hiệu suất cao (High Performance LAN), tiêu chuẩn này xoay quanh mô tả các giao tiếp ở mức thấp và mở ra khả năng phát triển

ở mức cao hơn HIPERLAN/2 được phát triển để cung cấp cho thuê bao không dây khả năng truy nhập đến mạng cố định

Từ nhiều năm trước , nhóm RES10 đã xây dựng tiêu chuẩn HIPERLAN cụ thể

là thông tin liên lạc số không dây tốc độ cao ở băng tần 5,1-5,3 GHz và băng tần 17,2 - 17,3 GHz Có 4 loại HIPERLAN đã được đưa ra: HIPERLAN/1, HIPERLAN/2, HIPERCESS và HIPERLINK

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

Tiêu chuẩn HIPERLAN 1, giống như 802.11 chỉ bao gồm lớp vật lý và lớp MAC, có tốc độ từ 2 đến 25 Mbps bởi việc sử dụng các phương pháp điều chế truyền thông tại băng tần 5,2 GHz Sau khi hòan thành tiêu chuẩn HIPERLAN/1, ETSI quyết định kết hợp nhóm vô tuyến mạch vòng và vô tuyến LAN hình thành nhóm mạng truy nhập vô tuyến băng rộng (BRAN) Dự án này nhắm tới việc hình thành các tiêu chuẩn cho ATM không dây (Hiper loại 2,3,4) Họ các tiêu chuẩn HIPERLAN được thể hiện qua bảng sau :

Bảng 2-1: Các tiêu chuẩn của ETSI HIPERLAN

HIPERLAN 1 HIPERLAN 2 HIPERLAN 3 HIPERLAN 4

Ứng dụng Wireless LAN Truy nhập

WATM

Truy nhập WATM

cố định từ xa

Kết nối point WATM Băng tần 2,4 GHz 5 GHz 5 GHz 17 GHz Tốc độ

point-to-đạt được 23,5 Mbps 54 Mbps 54 Mbps 155 Mbps

- Tiêu chuẩn HIPERLAN/1 chỉ đơn thuần nói về giao tiếp chung không gian và các thiết bị thông tin vô tuyến ở lớp vật lý như : đảm bảo hệ thống liên lạc , tương thích nằm ở 2 lớp thấp của mô hình OSI

- Ở HIPERLAN/2 có sự phát triển nhiều hơn, cung cấp truy nhập vô tuyến ở khoảng cách ngắn cho mạng IP, ATM, UTMS, HIPERLAN/2 hoạt động ở tần số 5,2 GHz với phổ tấn 100 MHz Một cấu trúc điển hình của HIPERLAN/2 bao gồm : các đầu cuối di động (MT) kết nối với một điểm truy nhập (AP) thông qua giao tiếp vô tuyến Khi MT di chuyển , HIPERLAN/2 tự động thực hiện di chuyển kết nối đến AP gần nhất Đặc biệt , các MT có thể tạo ra các kết nối trực tiếp với nhau, tuy nhiên chỉ mới phát triển ở giai đoạn đầu.Dự án HIPERLAN/2 hòan thành vào cuối năm 1999.[9]

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

2.2.2.2 Đặc điểm của HiperLAN

HIPERLAN/2 có những đặc điểm sau đây :

2.2.2.3 Cấu trúc cơ bản của HiperLAN

HIPERLAN/2 được định nghĩa trong 3 lớp : lớp vật lý (PHY), lớp điều khiển kết nối dữ liệu (DLC) và lớp hội tụ (CL)

ƒ Lớp vật lý:

- Kênh truyền dẫn sử dụng kỹ thuật OFDM, kỹ thuật này dựa trên ý tưởng truyền dẫn băng rộng tốc độ dữ liệu cao bằng cách chia nhỏ dữ liệu vào các luồng bít song song và cho phép mỗi luồng bít điều khiển một thuê bao độc lập, với độ rộng kênh là 20 MHz cho phép đạt được tốc độ bít cao trên mỗi kênh, mỗi kênh có đến 52 kênh con ( 48 kênh con chứa dữ liệu và 4 kênh con dùng để giải điều chế) Các kênh con có tần số độc lập được sử dụng cho một tuyến truyền dẫn giữa AP và các MT

- OFDM linh hoạt trong các kiểu điều chế tương ứng với các tốc độ bít khác nhau trong lớp vật lý , điều này thể hiện ở bảng sau :

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

Bảng 2-2:Các kiểu điều chế và tốc độ trong HIPERLAN

Kiểu Điều chế Tốc độ mã hóa Tốc độ bít PHY Số byte /OFDM

ƒ Lớp điều khiển tuyến dữ liệu (DLC):

- Lớp DLC gồm các chức năng về truyền dẫn và truy cập (phần người sử dụng ) cũng như phần điều khiển kết nối đến đầu cuối người sử dụng(phần điều khiển)

- DLC bao gồm các lớp con sau :

ƒ Thủ tục điều khiển phương tiện truy cập (MAC)

ƒ Thủ tục điều khiển lỗi (EC) hay điều khiển tuyến logic (LLC)

ƒ Thủ tục điều khiển đường truyền vô tuyến (RLC) với sự phối hợp các chức năng báo hiệu như sau :

ƒ Điều khiển kết nối DLC

ƒ Điều khiển nguồn Vô tuyến (RCC)

ƒ Chức năng điều khiển phối hợp

Bảng 2-3: Các chức năng của HIPERLAN/2

LLC Điều khiển đường logic

Cung cấp các thông tin phạm vi hoạt động của đường vô tuyến không tin cậy bằng cách truyền lại và phát hiện lỗi

MAC Điều khiển truy cập

môi trường

Quản lý về chia sẻ khả năng kết nối đường vô tuyến giữa các MT và các kết nối khác, bảng biểu kiểm soát được lưu ở AP

RCP Thủ tục điều khiển đường truyền vô tuyến Cung cấp các chức năng sau: DDC, RRC, AFC DDC Điều khiển kết nối DLC Quản lý điều khiển kết nối DLC: thủ tục thiết lập và hiển thị kết nối

RRC Điều khiển nguồn vô tuyến Quản lý nguồn vô tuyến, hiển thị và lựa chọn kênh…

Chức năng điều khiển

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

Lớp MAC dùng cho hỗ trợ truy cập môi trường truyền dẫn (đường vô tuyến) Điều khiển tập trung hóa tuyến truyền dẫn từ các máy trạm STA về các điểm truy cập AP khi các STA có nhu cầu truyền dữ liệu Giao tiếp không gian dựa trên cơ sở truy cập song công chia thời gian (TDD) và đa truy cập phân thời gian động (TDMA), cho phép thông tin truyền đồng thời theo hai hướng lên và xuống với cùng một khung thời gian (MAC)

Khung MAC được định dạng bao gồm 4 phần tử: Kênh quảng bá (BCH), đường lên (UL), đường xuống (DL) và truy xuất ngẫu nhiên (RA) Ngoại trừ đường điều khiển quảng bá là cố định, độ dài của các trường còn lại có sự linh động để thích ứng với tình trạng lưu lượng trên mạng Toàn bộ DLC được thiết lập dựa trên lịch trình trong MAC Khung MAC và các kênh truyền dẫn sẽ định dạng giao tiếp giữa DLC và PHY

ƒ Lớp hội tụ (CL):

Lớp này đáp ứng yêu cầu dịch vụ từ các lớp cao hơn để phục vụ các yêu cầu của DLC và chuyển đổi các gói ở mức cao (SDU) vào một kích cỡ cố định sử dụng trong DLC

Có hai lớp được định nghĩa trong CL: định dạng theo gói và tế bào:

- Định dạng tế bào qui định cho kết nối bên trong ATM

- Định dạng gói dùng trong việc thay đổi cấu hình tùy thuộc vào loại mạng cố định

2.2.3 Các tiêu chuẩn khác

Mặc dù các chuẩn như Bluetooth, HomeRF, OpenAir, … được xem là một chuẩn của mạng WPAN (Wireless Personal Area Network) nhưng trong một số mạng Wireless LAN cũng có sự tích hợp giữa hai loại mạng này Ở phần này chúng

em xin trình bày một số chuẩn WPAN thông dụng trên thế giới

cơ chế trải phổ FHSS tại tầng vật lý HomeRF cũng tổ chức các thiết bị đầu cuối thành mạng ad–hoc (các máy trao đổi trực tiếp với nhau) hoặc liên hệ qua một điểm kết nố trung gian như Bluetooth

Điểm khác biệt giữa Bluetooth và HomeRF hướng tới một mục tiêu duy nhất là thị trường phục vụ các mạng gia đình Tổ chức tiêu chuẩn giao thức truy cập vô tuyến SWAP của HomeRF thành lập ra nhằm nâng cao hiệu quả khả năng các ứng dụng đa phương tiện của HomeRF SWAP kết hợp các đặc tính ưu việt của 802.11

là giao thức tránh xung đột CSMA/CA với đặc tính QoS của giao thức DECT

(Digital Enhanced Cordless Telecommunications) để cung cấp một kỹ thuật mạng

hoàn chỉnh cho các hộ gia đình

Phiên bản SWAP 1.0 (Shared Wireless Access Protocol) cung cấp khả năng hỗ

trợ 4 máy trong một mạng ad – hoc, và cung cấp cơ chế bảo mật là mã hóa 40 bit tại lớp MAC

Phiên bản SWAP 2.0 mở rộng băng thông lên tới 10Mbps, cung cấp khả năng roaming trong truy cập công cộng Nó cũng hỗ trợ 8 máy trong một mạng ad– hoc Đặc tính QoS cũng được nâng cấp bởi việc thêm vào 8 luồng ưu tiên hỗ trợ cho các ứng dụng đa phương tiện như video SWAP 2.0 cũng có cơ chế bảo mật như SWAP 1.0 nhưng có mã hóa 128 bit

2.2.3.2 Chuẩn OpenAir

OpenAir ([1], [2], [8], [9])là sản phẩm độc quyền của Proxim Proxim là một trong những công ty sản xuất thiết bị vô tuyến lớn nhất thế giới Proxim đang cố

gắng để OpenAir cạnh tranh với 802.11 thông qua WLIF (Wireless LAN

Interoperability Forum) Proxim nắm giữ hết các thông tin chi tiết về OpenAir, tất

cả các sản phẩm OpenAir đều dựa trên các module của chính Proxim

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

OpenAir là một giao thức trước 802.11, sử dụng kỹ thuật nhảy tần (2FSK và 4 FSK), có tốc độ 1,6Mbps OpenAir MAC dựa trên CSMA/CA và RTS/CTS như 802.11 Tuy nhiên OpenAir không thực hiện việc mã hóa tại lớp MAC, nhưng lại có

ID mạng dựa trên mật khẩu OpenAir cũng không cung cấp chức năng tiết kiệm công suất

2.2.4 Tóm tắt các tiêu chuẩn thông dụng

Bảng 2-4: Tóm tắt các chuẩn Wireless LAN thông dụng trên thế giới

Tiêu chuẩn Tổ chức Tần số

Ghép kênh Tốc độ Ghi chú

802.11 IEEE 900MHz ISM FHSS ~300Kbps

Tiêu chuẩn khởi đầu của IEEE

802.11a IEEE 5GHz UNII OFDM 54Mbps Lên tới

Tiêu chuẩn nổi bật nhất của họ 802.11, không tương thích với phiên bản đầu 802.11 802.11b IEEE 2,4GHz ISM 900 MHz DSSS FHSS Từ 1 đến 11 Mbps Phổ biến nhất hiện nay 802.11e IEEE 5GHz UNII OFDM Lên tới

54Mbps

Thêm phần QoS vào 802.11a 802.11g IEEE 2,4GHz ISM OFDM DSSS 54Mbps Lên tới

Có khả năng tương thích với 802.11b, ban hành vào 7/2003

802.11h IEEE 5GHz UNII OFDM Lên tới

54Mbps

Cải tiến công suất phát và lựa chuẩn kênh của 802.11a 802.11i IEEE 5GHz UNII OFDM 54Mbps

Bổ sung tính

an toàn và bảo mật vào

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

802.11j (5UP-2003)

IEEE ETSI 5GHz UNII

OFDM GMSK 54Mbps

Chuẩn hợp nhất giữa 802.11 và HiperLAN/2 hoạt động tại băng 5GHz HiperLAN ETSI

5,15-5,30GHz hay 17,1-17,3GHz

GMSK 23,529 Mbps Chuẩn đầu tiên ETSI

HiperLAN2 ETSI

5,15-5,30GHz hay 17,1-17,3GHz

GMSK 54Mbps

Là đối thủ cạnh tranh của các chuẩn 802.11

HomeRF HomeRF 2,4GHz FHSS Lên tới

10Mbps

Kết hợp thoại, data và các phương tiện giải trí vào trong mạng gia đình

Bluetooth SIG 2,4GHz FHSS 1Mbps

Thay thế mạng cáp, nhưng không thể cạnh tranh với 802.11 hay HiperLAN OpenAir Proxim 2,4GHz FHSS 1,6Mbps

Gần giống 802.11, không

có cơ chế bảo mật

2.3 Kiến trúc, các đặc điểm kỹ thuật của Wireless LAN IEEE 802.11

Mặc dù chuẩn HiperLAN 2 và chuẩn IEEE 802.11 được xem là tương đương, thậm chí chuẩn HiperLAN 2 có một vài đặc điểm tốt hơn về bảo mật, băng thông rộng nhưng IEEE 802.11 vẫn là chuẩn thông dụng hơn IEEE 802.11 được sử dụng rộng rãi vì chất lượng tương đương (các phiên bản về sau của 802.11 hỗ trợ băng thông rộng và bảo mật cao) và đặc biệt là giá thành thấp hơn nhiều so với HipeLAN2 Do vậy trong đề tài này, chúng em tập trung nghiên cứu chuẩn IEEE

KHOA CNTT –

ĐH KHTN

802.11 để từ đó xây dựng các ứng dụng trên nền Wireless LAN của chuẩn 802.11b (Wi-Fi) [4][7][8]

2.3.1 Các khái niệm chính của Wireless LAN

2.3.1.1 Cấu trúc cơ bản của một Wireless LAN

Các loại mạng sử dụng chuẩn 802.11 bao gồm 4 thành phần vật lý chính [2][8]:

• Hệ thống phân phối - Distribution System Khi nhiều Access Point kết nối lại với nhau tạo thành một vùng lớn được phủ sóng, thì các Access Point này phải hỗ trợ lẫn nhau để có thể theo vết các station trong mạng Distribution System là thành phần logic của 802.11 sử dụng để điều phối thông tin đến các station đích Chuẩn 802.11 không đặc tả chính xác kỹ thuật cho DS

• Access Points Các frame trong mạng 802.11 đều phải được chuyển thành các frame thông dụng được sử dụng trong các mạng khác, Access Point chính là thiết bị thực hiện chức năng này Access Point còn có nhiều vai trò quan trọng khác nhưng chức năng làm cầu nối này chính là chức năng quan trọng nhất của AP

• Tầng liên lạc vô tuyến - Wireless Medium

Để chuyển các frame từ station này sang station khác, chuẩn 802.11 sử dụng tầng liên lạc vô tuyến 802.11 đã sử dụng kỹ thuật cho phép nhiều lớp hỗ trợ liên lạc vô tuyến cho nên có khá nhiều lớp vật lý hỗ trợ Wireless Medium

• Máy trạm - Stations Mạng Wireless LAN được xây dựng để chuyển đổi dữ liệu giữa các station với nhau Station chính là các thiết bị vi tính có hỗ trợ mạng vô tuyến như: battery-operated laptop, máy tính xách tay, PDA, Pocket PC, Desktop( có hỗ trợ kết nối

vô tuyến)…