Nghiên cứu xây dựng mạng thông tin vô tuyến đa người dùng tốc độ cao và ứng dụng tại trường đại học kỹ thuật công nghệ cần thơ

PPTP Point – to – Point Tunneling Protocol Giao thức tạo đường ống điểm đến điểm RADIUS Remote Authentication Dial – In User Service Dịch vụ người sử dụng quay số nhận thực từ xa RR Re

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HIẾU NGHĨA

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MẠNG THÔNG TIN

VÔ TUYẾN ĐA NGƯỜI DÙNG TỐC ĐỘ CAO VÀ ỨNG DỤNG TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT -

CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Mã số: 8520203

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS NGUYỄN VĂN TUẤN

2 PGS.TS NGUYỄN LÊ HÙNG

Đà Nẵng, 2019

DUT.LRCC

DUT.LRCC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cần thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu: 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Cấu trúc của luận văn 3

Chương 1 -TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNGTIN VỐ TUYẾN ĐA NGƯỜI DÙNG 4

1.1 Giới thiệu chương 4

1.2 Ứng dụng và lợi ích của mạng WLAN 4

1.2.1 Các ứng dụng của mạng WLAN 4

1.2.2 Các lợi ích của mạng WLAN 5

1.2.3 Hạn chế của mạng WLAN 6

1.2.4 Bảng so sánh ưu và nhược điểm giữa mạng không dây và có dây 6

1.3 Truyền dẫn trong WLAN và các thiết bị mạng WLAN 8

1.3.1 Truyền dẫn trong WLAN 8

1.3.1.1 Sóng vô tuyến (radio) 8

1.3.1.2 Sóng viba 8

1.3.2 Thiết bị truyền dẫn mạng WLAN 9

1.3.2.1 Card PCI Wireless 9

1.3.2.2 Card PCMCIA Wireless 9

1.3.2.3 Card USB Wireless 9

1.3.2.4 Anten thu phát 9

1.3.2.5 Các cầu nối của WLAN 10

1.4 Bảo mật trong mạng WLAN 11

1.5 Kết luận chương 12

Chương 2 - CHUẨN IEEE 802.11.AC WAVE2 CHO MẠNG VÔ TUYẾN 13

ĐA NGƯỜI DÙNG TỐC ĐỘ CAO 13

2.1 Giới thiệu chương 13

DUT.LRCC

2.2.1 Giới thiệu về các tiêu chuẩn 13

2.2.2 Chuẩn IEEE 802.11AC 18

2.2.2.1 Các thành phần kiến trúc 18

2.2.2.2 Mô tả các lớp chuẩn IEEE 802.11 và 802.11 ac 22

2.2.2.4 Các chứng thực mức MAC 24

2.2.2.5 Phân đoạn và Tái hợp 24

2.3 Các mô hình mạng WLAN 25

2.3.1 Giới thiệu 25

2.3.2 Mô hình mạng WLAN 26

2.4 Bảo mật trong mạng WLAN 28

2.4.1 Giới thiệu 28

2.4.2 Bảo mật bằng WEP (Wired Equivalent Privacy) 29

2.4.3 Bảo mật bằng WPA (Wifi Protected Access) 29

2.5 Kết luận chương 31

Chương 3 - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠNG WLAN CỦA 32

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ 32

3.1 Giới thiệu chương 32

3.2 Các vấn đề cơ bản trong việc tính toán thiết kế mạng WLAN 32

3.2.1 Xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu trong mạng WLAN 32

3.3 Cấu hình mạng WLAN của Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ 39

3.3.1 Hiện trạng mạng LAN tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ 39

3.3.2 Phương án triển khai mạng WLAN 42

3.3.3 Đề xuất về tính năng cơ bản của thiết bị mới 43

3.3.4 Phương án triển khai mạng WLAN đa người dùng tốc độ cao tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ 44

3.4 Tính toán thiết kế 49

3.4.1 Kết nối từ nguồn phát tới thiết bị người dùng ở bên ngoài (sân trường) 49

3.4.2 Kết nối từ nguồn phát tới thiết bị người dùng trong nhà (trong phòng học) 51

3.5 Kết luận chương 51

DUT.LRCC

TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ 53

SỬ DỤNG PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG EKAHAU 53

4.1 Giới thiệu chương 53

4.2 Thông tin chung về phần mềm ESS (EKAHAU SITE SURVEY) 53

4.3 Ứng dụng phần mềm chuyên dụng Ekahau site survey để làm sáng tỏ tính toán mạng WLAN tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ 54

4.3.1 Giao diện phần mềm và thao tác nhập dữ liệu 54

4.3.2 Kết quả thực nghiệm sau khi nhập dữ liệu tính toán thiết kế mạng WLAN tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ 57

4.4 Thiết lập các bước bảo mật nâng cao và mô phỏng diễn giải các chức năng bảo mật nâng cao quản trị mạng theo phương thức phần mềm ứng dụng unifi controller 63

4.4.1 Giới thiệu phần mềm ứng dụng unifi controller 63

4.4.2 Cơ chế bảo mật và cấu hình bảo mật với phần mềm unifi controller 63

4.5 Kết luận chương 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC 70

[18] Kết quả tính toán thiết kế mạng theo phần mềm chuyên dụng Ekahau 70

[19]Hướng dẫn cài đặt phần mềm mô phỏng unifi controller vào thực tiễn mạng Wlan 81 Bước 3: Trường hợp UniFi Controller cài đặt trên máy tính local (Local Controller) 89

1 Site: 89

2 Adopt: 89

3 Set inform: http://connect.fpt.net:8080/inform 89

Bước 4: Kết nối UniFi Access Point (AP) với mạng LAN 90

DUT.LRCC

TỐC ĐỘ CAO VÀ ỨNG DỤNG TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC

KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

Học viên: Nguyễn Hiếu Nghĩa Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Mã số: 8520203 Khóa: K36 KTĐTCT Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt - Luận văn này nghiên cứu xây dựng mạng thông tin vô tuyến đa người dùng tốc

độ cao và ứng dụng tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ Luận văn đề xuất giải pháp xây dựng mạng WLAN dựa vào tiêu chuẩn IEEE 802.1lac WAVE2 cho mạng vô tuyến đa người dùng tốc độ cao Tiếp đến, dựa vào hiện trạng sử dụng mạng WLAN tại Trường và các thông số kỹ thuật của các trang thiết bị, luận văn đề xuất cấu hình và lập phương án triển khai theo nhu cầu sử dụng mạng WLAN tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ Để kiểm chứng độ chính xác của các kết quả tính toán thiết kế, luận văn sử dụng phần mềm thiết kế chuyên dụng Ekahau (Ekahau site survey) mô tả tính toán thiết kế kết nối từ nguồn phát tới thiết bị người dùng ở bên ngoài (sân trường) và kết nổi từ nguồn phát tới thiết bị người dùng trong nhà (trong phòng học) Sau đó, luận văn sử dụng phần mềm chuyên dụng Unifi để cài đặt, nâng cao tính bảo mật cho mạng WLAN của Trường

Từ khóa - ứng dụng WLAN; IEEE 802.1lac WAVE2, mạng vô tuyến đa người dùng tôc

độ cao; bảo mật;

STUDY ON BUILDING HIGH-SPEED MULTI –USERS WIRELESS

LOCAL AREA NETWORK (WLAN) AND ITS APPLICATION AT CAN THO UNIVERSITY OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY

Abstract - This thesis studies the building of a high-speed multi-user Wireless Local Area Network (WLAN) and its application at Can Tho University of Engineering and Technology This thesis proposes solution for building a new WLAN based on IEEE 802.11ac Wave2 standard for high-speed multi-user WLAN Then, the thesis proposes its configuration and deployment plan based on the current structure and available equipment

of WLAN at the university In order to check the accuracy of calculating and designing results, the thesis uses specialized design software named Ekahau (Ekahau Site Survey) that carry out calculating and designing from the source to the outdoor user devices (at school yard) and from the source to the indoor user devices (in classroom) After that, the thesis uses specialized software named Unifi to set up and enhance the security of this new WLAN

Keywords - WLAN application; IEEE 802.1lac WAVE2, high-speed multi-user Wireless Local Area Network; security

DUT.LRCC

Thuật ngữ Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số không đối xứng AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mã hoá tiên tiến

BSS Broadcasting Support Service Dịch vụ hỗ trợ quảng bá

BSSID Basis Service Set Identification Nhận dạng BSS

CD Collision Detection Phát hiện xung đột

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra dư vòng

DCF Distributed Coordination Function Chức năng phối hợp phân bố

DBPSK Differential Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân vi sai

DES Data Encryption Standard Chuẩn mã hoá dữ liệu

DFIR Diffused Infrared Hồng ngoại khuếch tán

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình host động

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức nhận thực mở rộng

ESS Extended Service Set Bộ dịch vụ mở rộng

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần

IBSSs Independent Basic Service Set Bộ dịch vụ cơ sở độc lập

IEEE Institute of Electrical and Electronic

IFS Interframe Space Khoảng trống liên khung

ISO International Standards Organization Tổ chức chuẩn hoá quốc tế

LMSC LAN/MAN Standards Committee Ủy ban các tiêu chuẩn mạng

LAN/MAN MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường Mbps Megabits Per Second Đơn vị đo tốc độ truyền dẫn dữ liệu MIC Message Integrity Check Kiểm tra tính toàn vẹn bản tin

DUT.LRCC

MSDU MAC service data unit Đơn vị dịch vụ dữ liệu MAC

NAV Network Allocation Vector Vector cấp phát mạng

NIC Network Interface Card Card giao diện mạng

OSI Open System Interconnection Mô hình kết nối các hệ thống mở

PCI Peripheral Component Interconnect Kết nối thành phần ngoại vi

PDA Personal Digital Associasion Thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân

PIFS PCF Interframe Space Khoảng trống liên khung PCF

PPPoE Point-

to-Point Protocol over Ethernet

Giao thức điểm nối điểm qua môi trường Ethernet

PPTP Point – to – Point Tunneling Protocol Giao thức tạo đường ống điểm đến

điểm

RADIUS Remote Authentication Dial – In

User Service

Dịch vụ người sử dụng quay số nhận thực từ xa

RR Reassociation Request Yêu cầu tái kết hợp

SNR Signal – to – Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp nhiễu

TCP/IP Transmission Control

Protocol/Internet Protocol

Giao thức Internet/Giao thức điều khiển truyền dẫn

USB Universal Serial Bus Bus nối tiếp chung

UHF Ultra high frequency Dải tần vô tuyến 300MHz ->3 GHz VHF Very high frequency Dải tần vô tuyến ( 30->300) MHz VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

WDS Wireless Distribution System Hệ thống cho phép liên kết không dây WEP Wired Equipvalent Privacy Bảo mật tương ứng hữu tuyến

WPA Wi – Fi Protected Access Truy nhập được bảo vệ Wi – Fi Wi-Fi Wireless - Fidelity Vô tuyến - Tính trung thực

WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội hạt vô tuyến

DUT.LRCC

Hình&Bảng Tên hình & Bảng Trang

Hình 1.3 Truyền dữ liệu trực tiếp giữa hai thiết bị 8

Hình 2.1 Giai đoạn chuẩn 802.11 phát triển theo thời gian 14 Hình 2.2 So sánh tốc độ và băng thông các chuẩn 802.11 14

Hình 2.3 Ứng dụng nhiều người dùng của Multi user-MIMO cung cấp

Hình 2.4 Tính năng truyền dữ liệu bằng công nghệ đa ăng ten MIMO 15 Hình 2.5 Tín hiệu phát đa hướng với công nghệ beamforming 16

Hình 2.6 Biểu đồ bên do Netgear cung cấp cho thấy khoảng phủ sóng

Hình 2.7 Thông số kỹ thuật cơ bản của chuẩn 802.11ac Wave 2 18 Hình 2.8 Thông lượng tiềm năng của 802.11ac Wave 2 20 Hình 2.9 Cơ sở hạ tầng 802.11ac wave2 được giới thiệu ra thị trường 20

Hình 2.16 Cách sử dụng của một điểm mở rộng (EP) 26

DUT.LRCC

Hình 2.19 Mạng WLAN cơ sở 27

Hình 2.22 Messages trao đổi trong quá trình authentication 30

Hình 3.1 Hai phương án sử dụng 2,4 GHz và 5 GHz (cùng khoảng

Hình 3.2 Tăng công suất phát làm tăng khoảng cách truyền dẫn 34

Hình 3.3 Thay đổi kênh truyền có thể tăng khoảng cách (vùng phủ

Hình 3.8 Sơ đồ mạng Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ hiện

Hình 4.6 Khai báo thông số kênh truyền 55 Hình 4.7 Hiển thị thông tin đã nhập liệu vào phần mềm 56

Hình 4.11 Cấu hình bảo mật cho từng sóng phát ra từ router 62

DUT.LRCC

MỞ ĐẦU

1 Tính cần thiết của đề tài

Ngày nay cùng với sự phát triển rất mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và ngành Điện tử Viễn thông nói riêng, công nghệ không dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ giúp cho người dùng linh động hơn trong việc liên lạc trao đổi thông tin Mạng thông tin

vô tuyến đa người dùng tốc độ cao là hệ thống mạng máy tính cho phép người dùng kết nối với hệ thống mạng hữu tuyến truyền thống thông qua một kết nối không dây Đặc biệt trường học là nơi có rất nhiều thiết bị sử dụng internet thông qua sóng Wi-Fi để tìm kiếm tài liệu phục vụ cho học tập, nghiên cứu cũng như giải trí Đa số các trường đại học, cao đẳng, dạy nghề, trung học…đều đang gặp rất nhiều khó khăn với hệ thống cung cấp internet

có dây và không dây của mình Trong thời gian gần đầy, nhu cầu truy cập internet và mạng LAN của sinh viên, cán bộ viên chức nhà trường rất lớn để trao đổi thông tin bài giảng, nguồn tài nguyên thư viện, đào tạo trực tuyến từ xa…

Tuy nhiên, hạ tầng mạng hiện tại không đáp ứng nổi thời kỳ bùng nổ những thiết bị thông minh: SmartPhone, Laptop, Tablet cùng các ứng dụng cần nguồn tài nguyên lớn: Zalo, Skype, FaceTime,… Điều này đặt ra thách thức phải đổi mới trang bị cho một hệ thống Wi-Fi tốc độ cao hơn và ổn định hơn thay thế cho hệ thống LAN khó quản lý, đồng thời yêu cầu hệ thống phục vụ nhiều người dùng, tốc độ cao hơn mạng có dây, cần tính bảo mật cao, vùng phủ sóng rộng lớn và kết nối không bị gián đoạn Những khu vực hạn chế kéo dây cáp Ethernet cũng cần thay thế phủ sóng Wi-Fi như các khu vực chung, các lớp học tạm, khu thực hành thí nghiệm hay nhiều nơi khác trong khuôn viên trường Đội ngũ nhân viên phụ trách công nghệ thông tin của trường không đáp ứng kịp với khối lượng công việc quá lớn, nên giải pháp xây dựng mạng không dây WLAN cho trường học là giải pháp hợp lý, tiết kiệm và hiện đại nhất Các vấn đề này đã và đang được rất nhiều viện nghiên cứu, các cơ quan, công ty về bảo mật cũng như những nhà sản xuất thiết bị không dây quan tâm Đây là một hướng nghiên cứu mở cho những những người muốn nghiên cứu vấn đề

an toàn trong hệ thống mạng không dây, đặc biệt là mạng máy tính không dây

Do đó, việc thay thế phần nào mạng lan hữu tuyến thành mạng WLAN là hoàn toàn hợp lý Bản thân tôi là một cán bộ quản lý về hạ tầng mạng tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ nên đã nhìn thấy rõ những ưu khuyết điểm về hệ thống mạng Wi-Fi, LAN nội bộ này Chính những lý đó nên tôi quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mạng thông tin vô tuyến đa người dùng tốc độ cao và ứng dụng tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ”

DUT.LRCC

2 Mục đích nghiên cứu

Từ nhu cầu và tính cấp thiết của mạng WLAN trong việc trao đổi dữ liệu nên trong luận văn này em sẽ đi vào nghiên cứu thiết kếhạ tầng trang thiết bị, cơ sở vật chất và cấu hình một mạng WLAN đa người dùng tốc độ cao cho khối nhà hành chính, mở rộng quy

mô phát wifi đến các phòng học lý thuyết thực hành nhằm đưa ra khuyến nghị ứng dụng vào thực tế tại Trường đồng thời cấu hình nhiều lớp bảo mật nhằm mục đích nâng cao tính

an toàn cho dữ liệu người sử dụng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

- Kiến thức tổng quan về mạng không dây,

- Các giải pháp nâng cao chất lượng sử dụng mạng LAN - WIFI,

- Hệ thống mạng internet cho Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ

Phạm vi nghiên cứu:

- Hạ tầng mạng hiện hữu tại Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ

- Mạng WLAN đa người dùng tốc độ cao

4 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt của luận văn là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với tính toán/mô phỏng để kiểm chứng nội dung đề tài Các nội dung cụ thể được trình bày như sau:

- Sưu tập các tài liệu tham khảo, các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài

- Phân tích các số liệu và thông tin liên quan hệ thống LAN - WIFI

- Tính toán thiết kế mạng WLAN thỏa mãn yêu cầu đề ra

- Sử dụng phần mềm chuyên dụng để đánh giá, kiểm chứng các nội dung tính toán thiết kế mạng

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Bên cạnh thuật toán mang ý nghĩa khoa học trong lĩnh vực thông tin vô tuyến đa người dùng, luận văn còn đề xuất phương án xây dựng phần mềm chuyên dụng thiết kế WLAN, tính toán tự động giá trị thông tin, có khả năng áp dụng cho một số chương trình đơn giản trong thực tế

DUT.LRCC

6 Cấu trúc của luận văn

Luận văn này gồm 4 chương:

Chương 1 Tổng quan về mạng thông tin vô tuyến đa người dùng

Chương này sẽ giới thiệu cơ bản về một mạng WLAN:

- Trình bày về mạng WLAN

- Các ứng dụng và lợi ích của mạng WLAN mạng lại

- So sánh ưu và nhược điểm giữa mạng không dây và mạng có dây

- Phương thức truyền dẫn trong mạng WLAN và các thiết bị mạng WLAN

- Biện pháp bảo mật trong mạng WLAN

Chương 2 Chuẩn IEEE 802.11.AC và 802.11 AC wave 2 cho mạng vô tuyến đa người dùng tốc độ cao

Chương này sẽ trình bày các tiêu chuẩn, phân tích mô hình và bảo mật trong mạng WLAN của chuẩn IEEE 802.11.AC và 802.11 AC wave 2

Chương 3 Tính toán thiết kế mạng vô tuyến đa người dùng tốc độ cao

Chương 4 Tính toán, mô phỏng áp dụng vào mạng tại Trường Đại học Kỹ thuật -

Chương 1 -TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNGTIN VỐ TUYẾN

ĐA NGƯỜI DÙNG 1.1 Giới thiệu chương

Mạng WLAN là một hệ thống thông tin vô tuyến liên lạc dữ liệu linh hoạt được thực hiện như phần mở rộng, hoặc thay thế cho mạng LAN hữu tuyến trong nhà hoặc trong các

cơ quan Sử dụng sóng điện từ, mạng WLAN truyền và nhận dữ liệu qua khoảng không, tối giản nhu cầu cho các kết nối hữu tuyến Như vậy, mạng WLAN kết nối dữ liệu với đa người dùng lưu động và thông qua cấu hình được tinh giản hóa, cho phép xây dựng một mạng LAN với cấu hình linh hoạt hơn

Chương tập trung trình bày các nội dung sau đây:

- Tổng quan về mạng WLAN

- Các ứng dụng và lợi ích của mạng WLAN mạng lại

- So sánh ưu và nhược điểm giữa mạng không dây và mạng có dây

- Phương thức truyền dẫn trong mạng WLAN và các thiết bị mạng WLAN

- Biện pháp bảo mật trong mạng WLAN

1.2 Ứng dụng và lợi ích của mạng WLAN

1.2.1 Các ứng dụng của mạng WLAN

Mạng thông tin vô tuyến WLAN đa người dùng là kỹ thuật thay thế cho mạng LAN hữu tuyến truyền thống, nó cung cấp mạng cuối cùng với khoảng cách kết nối tối thiểu giữa một mạng xương sống và mạng trong nhà hoặc người dùng di động trong các cơ quan Sau đây là các ứng dụng phổ biến của mạng thông tin vô tuyến WLAN đa người dùng thông qua tốc độ cao và tính linh hoạt của mạng WLAN:

- Trong lĩnh vực y tế, các y bác sỹ và điều dưỡng trao đổi thông tin về bệnh nhân một cách tức thời, hiệu quả hơn nhờ các máy tính notebook, Smart phone sử dụng công nghệ mạng thông tin vô tuyến WLAN

- Các nhóm tư vấn bán hàng online làm việc tăng năng suất với khả năng cài đặt mạng tốc độ cao

- Nhà quản lý mạng trong các môi trường năng động tối thiểu hóa tổng hao phí đi lại,

bổ sung và thay đổi với mạng WLAN, do đó giảm bớt hơn giá thành sở hữu mạng LAN truyền thống

DUT.LRCC

- Các cơ sở đào tạo của các công ty và các sinh viên ở các trường đại học cao đẳng sử dụng kết nối không dây để dễ dàng truy cập thông tin, trao đổi thông tin, và nghiên cứu

- Các nhà quản lý mạng nhận thấy rằng mạng thông tin vô tuyến WLAN đa người dùng tốc độ cao là giải pháp cơ sở hạ tầng mạng lợi nhất để lắp đặt nâng cấp các máy tính nối mạng trong các tòa nhà cũ

- Nhà quản lý của các cửa hàng bán lẻ sử dụng mạng không dây để đơn giản hóa việc tái định cấu hình mạng thường xuyên

- Các nhà quản lý mạng thực hiện mạng WLAN để cung cấp dự phòng cho các ứng dụng trọng yếu đang hoạt động trên các mạng nối dây

- Các cán bộ cấp cao trong các phòng hội nghị cho các quyết định nhanh hơn vì họ sử dụng thông tin thời gian thực ngay tại bàn hội nghị

1.2.2 Các lợi ích của mạng WLAN

Sự phát triển mạnh mẽ của các nhà mạng và các dịch vụ trực tuyến là bằng chứng cụ thể với lợi ích của dữ liệu và chia sẻ nguồn tài nguyên dùng chung Với mạng thông tin vô tuyến WLAN, người dùng truy cập thông tin dùng chung mà không cần tìm cáp mạng để cắm vào để thiết lập hoặc bổ sung mạng mà không lắp đặt hoặc di chuyển dây nối Mạng WLAN cung cấp các hiệu suất sau: phục vụ đa người dùng, tiện nghi, và các lợi thế về hao phí hơn hẳn các mạng nối dây truyền thống

- Khả năng di động cải thiện hiệu suất và dịch vụ

- Các hệ thống mạng WLAN cung cấp sự truy cập thông tin thời gian thực tại bất cứ đâu cho người dùng, hỗ trợ rất tốt về hiệu suất làm việc mà mạng nối dây không thể thực hiện được

- Đơn giản và tốc độ cao trong cài đặt (cài đặt hệ thống mạng WLAN nhanh và dễ dàng và loại trừ nhu cầu kéo cáp qua tường và các trần nhà)

- Linh hoạt trong cài đặt (công nghệ không dây cho phép mạng đi đến các nơi mà mạng nối dây không thể)

- Giảm bớt giá thành khi thực hiện (trong khi đầu tư ban đầu của phần cứng cần cho mạng WLAN có giá thành cao hơn các chi phí phần cứng mạng LAN hữu tuyến, nhưng chi phí cài đặt toàn bộ và giá thành tính theo tuổi thọ thấp hơn đáng kể Các lợi ích về giá thành tính theo tuổi thọ là đáng kể trong môi trường năng động yêu cầu thường xuyên di chuyển,

bổ sung, và thay thế)

DUT.LRCC

- Tính linh hoạt của các hệ thống (mạng WLAN được định hình theo các kiểu khác nhau để đáp ứng các nhu cầu của các ứng dụng và các cài đặt cụ thể Cấu hình mạng dễ thay đổi từ các mạng độc lập phù hợp với số nhỏ người dùng đến các mạng cơ sở hạ tầng với hàng nghìn người sử dụng trong một vùng rộng lớn)

- Khả năng vô hướng (các mạng máy tính không dây có thể được cấu hình theo các nhu cầu ứng dụng và lắp đặt cụ thể, các cấu hình dễ dàng thay đổi từ các mạng ngang hàng thích hợp cho một số lượng nhỏ người sử dụng đến các mạng có cơ sở hạ tầng đầy đủ, có khả năng di chuyển trên một vùng rộng)

1.2.4 Bảng so sánh ưu và nhược điểm giữa mạng không dây và có dây

khó kéo cáp, đường truyền

- Chủ yếu là trong mô hình mạng nhỏ và trung bình, với những mô hình lớn vẫn phải kết hợp với mạng có dây

- Có thể triển khai ở những nơi không thuận tiện về địa hình, không ổn định, không triển khai mạng có dây được

Độ phức tạp kỹ thuật

- Độ phức tạp kỹ thuật tùy thuộc từng loại

mạng cụ thể

- Độ phức tạp kỹ thuật tùy thuộc từng loại mạng cụ thể

DUT.LRCC

- Xu hướng tạo khả năng thiết lập các thông số truyền sóng vô tuyến của thiết bị ngày càng đơn giản hơn

Độ tin cậy

- Khả năng chịu ảnh hưởng khách quan

bên ngoài như thời tiết, khí hậu tốt

- Chịu nhiều cuộc tấn công đa dạng, phức

tạp, nguy hiểm của những kẻ phá hoại vô

tình và cố tình

- Ít nguy cơ ảnh hưởng sức khỏe

- Bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như môi trường truyền sóng, can nhiễu do thời tiết

- Chịu nhiều cuộc tấn công đa dạng, phức tạp, nguy hiểm của những kẻ phá hoại vô tình và cố tình, nguy cơ cao hơn mạng có dây

- Còn đang tiếp tục phân tích về khả năng ảnh hưởng đến sức khỏe

Lắp đặt, triển khai

- Lắp đặt, triển khai tốn nhiều thời gian và

chi phí

- Lắp đặt, triển khai dễ dàng, đơn giản, nhanh chóng

Tính linh hoạt, khả năng thay đổi, phát triển

- Vì là hệ thống kết nối cố định nên tính

linh hoạt kém, khó thay đổi, nâng cấp,

phát triển

- Vì là hệ thống kết nối di động nên rất linh hoạt, dễ dàng thay đổi, nâng cấp, phát triển

Chi phí đầu tư

- Giá cả tùy thuộc vào từng mô hình mạng

cụ thể

- Thường thì giá thành thiết bị cao hơn so với của mạng có dây Nhưng xu hướng hiện nay là càng ngày càng giảm sự chênh lệch về giá

DUT.LRCC

1.3 Truyền dẫn trong WLAN và các thiết bị mạng WLAN

1.3.1 Truyền dẫn trong WLAN

1.3.1.1 Sóng vô tuyến (radio)

Sóng radio nằm trong phạm vi từ 10 KHz đến 1 GHz, trong miền này ta có rất nhiều dải tần ví dụ như: sóng ngắn, VHF (dùng cho tivi và radio FM), UHF (dùng cho tivi) Ở mỗi quốc gia, nhà nước sẽ quản lý cấp phép sử dụng các băng tần để tránh tình trạng các sóng bị nhiễu Nhưng có một số băng tần được chỉ định là vùng tự do có nghĩa là chúng ta dùng nhưng không cần đăng ký (vùng này thường có dải tần 2,4 Ghz) Tận dụng lợi điểm này các thiết bị Wireless của các hãng như Cisco, Compex đều dùng ở dải tần này Tuy nhiên, chúng ta sử dụng tần số không cấp phép sẽ có nguy cơ nhiễu nhiều hơn.[1]

Hình 1.1 Truyền dữ liệu qua sóng vô tuyến

1.3.1.2 Sóng viba

Truyền thông viba thường có hai dạng: truyền thông trên mặt đất và các nối kết với

vệ tinh Miền tần số của viba mặt đất khoảng 21-23 GHz, các kết nối vệ tinh khoảng 11-14 Mhz Băng thông từ 1-10 MBps Sự suy yếu tín hiệu tùy thuộc vào điều kiện thời tiết, công suất và tần số phát Chúng dễ bị nghe trộm nên thường được mã hóa

Hình 1.2 Truyền dữ liệu thông qua vệ tinh

Hình 1.3 Truyền dữ liệu trực tiếp giữa hai thiết bị

DUT.LRCC

1.3.2 Thiết bị truyền dẫn mạng WLAN

1.3.2.1 Card PCI Wireless

Là thành phần phổ biến nhất trong WLAN.Dùng để kết nối các máy trạm vào hệ thống mạng không dây Được cắm vào khe PCI trên máy tính Loại này được sử dụng phổ biến cho các máy tính để bàn (desktop) kết nối vào mạng không dây

1.3.2.2 Card PCMCIA Wireless

Trước đây được sử dụng trong các máy tính xách tay(laptop) và cácthiết bị hỗ trợ cá nhân số PDA(Personal Digital Associasion) Hiện nay nhờ sự phát triển của công nghệ nên PCMCIA wireless ít được sử dụng vì máy tính xách tay và PDA,… đều được tích hợp sẵn Card Wireless bên trong thiết bị

1.3.2.3 Card USB Wireless

Loại rất được ưu chuộng hiện nay dành cho các thiết bị kết nối vào mạng không dây

vì tính năng di động và nhỏ gọn Có chức năng tương tự như Card PCI Wireless, nhưng hỗ trợ chuẩn cắm là USB (Universal Serial Bus).Có thể tháo lắp nhanh chóng (không cần phải cắm cố định như Card PCI Wireless) và hỗ trợ cắm khi máy tính đang hoạt động

1.3.2.4 Anten thu phát

- Anten là một thành phần thiết yếu trong mạng không dây, dùng để phát hoặc thu tín hiệu đã được điều chế qua không gian để hai trạm phát và thu trao đổi tín hiệu cho nhau Các anten trên thực tế có rất nhiều loại hình dạng,kích cỡ và có những dặc tính điện từ sau: + Phạm vi lan truyền

+ Công suất phát xạ

+ Dải tần làm việc

- Phạm vi truyền dẫn của một anten xác định vùng phủ sóng của anten đó Một anten

vô hướng bức xạ lượng điện từ theo tất cả các hướng, trong khi đó một anten định hướng tập trung hầu hết các lăng lượng theo một hướng cố định Công suất phát xạ là công suất phát của một máy phát vô tuyến Hầu hết các thiết bị Lan không dây hoạt động tại công suất dưới 5W

- Một anten định hướng có độ tăng ích (hệ số khuếch đại) lớn hơn so với anten vô hướng, và có khảlan truyền tín hiệu đã được điều chế xa hơn do nó hội tụ công suất theo một hướng Độ tăng ích phụ thuộc vào sự định hướng của anten

- Dải tần làm việc là phạm vi tần số mà anten thu và phát làm việc có hiệu quả

DUT.LRCC

- Độ rộng băng tần là một phổ tần hiệu quả mà tín hiệu truyền lan Chẳng hạn độ rộng băng tần của tín hiệu thoại là từ 0 đến 4KHz Các hệ thống sóng vô tuyến có độ rộng băng tần lớn hơn tại các tần số cao hơn Tốc độ dữ liệu và độ rộng băng tần tỷ lệ thuận với nhau, tốc độ dữ liệu càng lớn thì độ rộng băng tần càng cao

1.3.2.5 Các cầu nối của WLAN

Có hai loại cầu nối cục bộ là cầu nối cục bộ và cầu nối từ xa Cầu nối cục bộ kết nối mạng LAN ở gần nhau, cầu nối từ xa nối các vị trí cách nhau xa hơn nhiều so với khoảng cách mà các giao thức LAN cho phép

- Bridge Mode: Chế độ Bridge mode thường được sử dụng khi muốn kết nối 2 đoạn mạng độc lập với nhau Trong Bride mode, AP hoạt động hoàn toàn giống với một Bridge không dây Thật vậy, AP sẽ trở thành một Bridge không dây khi được cấu hình theo cách này Chỉ một số ít các AP trên thị trường có hỗ trợ chức năng Bridge, điều này sẽ làm cho thiết bị có giá cao hơn đáng kể Bạn có thể thấy từ hình dưới rằng Client không kết nối với Bridge, nhưng thay vào đó, Bridge được sử dụng để kết nối 2 hoặc nhiều đoạn mạng có dây lại với nhau bằng kết nối không dây

Hình 1.4 Mô hình Bridge Mode

- Repeater Mode :Access Point trong chế độ repeater kết nối với client như 1 AP và kết nối như 1 client với AP server Chế độ Repeater thường được sử dụng để mở rộng vùng phủ sóng.Trong Repeater mode, AP có khả năng cung cấp một đường kết nối không dây vào mạng không dây thay vì một kết nối có dây bình thường.Như trong hình dưới, một AP hoạt động như là một root AP và AP còn lại hoạt động như là một Repeater không dây.AP trong repeater mode kết nối với các client như là một AP và kết nối với AP khác như là một client Việc sử dụng AP trong Repeater mode là hoàn toàn không nên trừ khi cực kỳ cần thiết bởi vì các cell xung quanh mỗi AP trong trường hợp này phải chồng lên nhau ít nhất

là 50% Cấu hình này sẽ giảm trầm trọng phạm vi mà một client có thể kết nối đến repeater

AP Thêm vào đó, Repeater AP giao tiếp cả với client và đồng thời giao tiếp với AP chính

DUT.LRCC

thông qua kết nối không dây, điều này sẽ làm giảm băng thông trên đoạn mạng không dây Người sử dụng được kết nối với một Repeater AP sẽ cảm nhận được tốc độ truyền dữ liệu giữa các client trong Repeater AP với máy chủ thấp hơn nhiều so với kiểu kết nối truyền thống

Hình 1.5 Mô hình Repeater Mode

1.4 Bảo mật trong mạng WLAN

Mạng Wireless là mạng mà việc “đánh bật key” rất dễ dàng bởi vì mạng Wireless sử dụng sóng Radio thì có thể bị bắt và xử lí được bởi bất kỳ thiết bị nhận nào nằm trong phạm

vi cho phép, ngoài ra mạng Wireless thì có ranh giới không rõ ràng cho nên rất khó quản

lý Vì vậy, khả năng tấn công của người dùng là rất cao

Những cuộc tấn công mạng xảy ra ngày càng nhiều, phức tạp làm cho cơ sở dữ liệu người dùng mất an toàn, dễ bị rơi tay những kẻ xấu,… Điều này làm cho việc đảm bảo an ninh của hệ thống WLAN là một vấn đề rất quan trọng và luôn được đặt lên hàng đầu Với một hệ thống Wire-line ta có thể dễ dàng kiểm soát việc cắm dây vào mạng, nhưng với WLAN ta không thể ngăn cản việc thu phát sóng Radio trong khu vực phủ sóng của mạng mình Điều này làm cho việc đảm bảo an ninh trong mạng WLAN khó hơn nhiều so với mạng LAN thông thường

Chính vì vậy, em sẽ đi vào tìm hiểu và nghiên cứu xây dựng mạng thông tin vô tuyến

đa người dùng tốc độ cao và ứng dụng tại Trường Đại học Kỹ thuật – Công nghệ Cần Thơ

DUT.LRCC

1.5 Kết luận chương

Chương này đã trình bày tổng quan của mạng WLAN bao gồm ưu nhược điểm của

nó đối với mạng có dây, các mô hình cơ sở của một mạng WLAN Từ đó nhận thấy được nhu cầu, tiện ích cũng như sự cần thiết của mạng WLAN trong thời điểm hiện nay

Với các ưu điểm vượt trội như trình bày trong chương, mạng WLAN sẽ là giải pháp lựa chọn hiệu quả để xây dựng mạng không dây đa người dùng, tốc độ cao đáp ứng với nhu cầu thông tin đa dịch vụ, băng tần rộng trong trường đại học và viện nghiên cứu trong tương lai không xa

DUT.LRCC

Chương 2 - CHUẨN IEEE 802.11.AC WAVE2 CHO MẠNG VÔ TUYẾN

ĐA NGƯỜI DÙNG TỐC ĐỘ CAO 2.1 Giới thiệu chương

Trên cơ sở giới thiệu tổng quan của chương 1, luận văn tập trung trình bày các nội dung của tiêu chuẩn 802.11.ac wave2 để làm cơ sở cho việc xây dựng mạng WLAN đa người dùng, tốc độ cao trong trường đại học

2.2 Các tiêu chuẩn của mạng WLAN

2.2.1 Giới thiệu về các tiêu chuẩn

Các chuẩn mạng Wi-Fi mà chúng ta sử dụng hiện nay đều thuộc bộ tiêu chuẩn IEEE 802.11 đi kèm một hoặc nhiều chữ cái phía sau IEEE là chữ viết tắt cho Institute of Electrical and Electronics Engineering, cơ quan có trách nhiệm phê chuẩn cấu hình cũng như thúc đẩy sự phát triển của Wi-Fi Từ năm 1999 đến nay, các chuẩn mạng Wi-Fi được

- (2003) 802.11g: Wi-Fi thế hệ thứ ba, tốc độ truyền tải 54Mb/s và sử dụng băng tần 2,4GHz Đây là chuẩn mạng vẫn còn xuất hiện ở nhiều thiết bị đến tận ngày hôm nay

- (2009) 802.11n: Wi-Fi thế hệ thứ tư, tốc độ tối đa 600Mb/s (trên thị trường phổ biến

có các thiết bị 150Mb/s, 300Mb/s và 450Mb/s) Chuẩn này có thể hoạt động trên cả hai băng tần 2,4GHz lẫn 5GHz và nếu router hỗ trợ thì hai băng tần này có thể cùng được phát sóng song song nhau

- (201x) 802.11ac: tốc độ tối đa hiện là 1730Mb/s (sẽ còn tăng tiếp) và chỉ chạy ở băng tần 5GHz Một số mức tốc độ thấp hơn (ứng với số luồng truyền dữ liệu thấp hơn) bao gồm 450Mb/s và 900Mb/s

DUT.LRCC

Hình 2.1 Giai đoạn chuẩn 802.11 phát triển theo thời gian [19]

Theo Cisco, hiện nay đang ở giai đoạn Wave 1 của Wi-Fi 802.11ac, sau đó sẽ có thêm Wave 2 và thậm chí là Wave 3 Với biểu đồ bên dưới, màu đỏ là tốc độ tối thiểu, màu xanh dương là tốc độ phổ biến Đường màu đen ghi chữ Product Max là tốc độ tối đa chúng

ta có thể thấy trên các sản phẩm thương mại, còn đường STD Max là tốc độ cao nhất có thể đạt được theo cấu hình lý thuyết

Hình 2.2 So sánh tốc độ và băng thông các chuẩn 802.11 [19]

Về mặt lý thuyết, Wi-Fi 802.11ac sẽ cho tốc độ cao gấp ba lần so với Wi-Fi 802.11n

ở cùng số luồng (stream) truyền, ví dụ khi dùng ăng-ten 1x1 thì Wi-Fi ac cho tốc độ 450Mb/s, trong khi Wi-Fi n chỉ là 150Mb/s Còn nếu tăng lên ăng-ten 3x3 với ba luồng, Wi-Fi ac có thể cung cấp 1300Mb/s, trong khi Wi-Fi n chỉ là 450Mb/s Tuy nhiên, những con số nói trên chỉ là tốc độ tối đa trên lý thuyết, còn trong đời thực thì tốc độ này sẽ giảm xuống tùy theo thiết bị thu phát, môi trường, vật cản, nhiễu tín hiệu Ngoài tốc độ ra, 802.11ac còn có điểm gì mới sau:

- Băng thông rộng hơn giúp việc truyền dữ liệu giữa hai thiết bị được nhanh hơn Trên băng tần 5GHz, Wi-Fi 802.11ac hỗ trợ các kênh với độ rộng băng thông 20MHz, 40MHz, 80MHz và tùy chọn 160MHz Trong khi đó, 802.11n chỉ hỗ trợ kênh 20MHz và 40MHz

DUT.LRCC

mà thôi Như đã giới thiệu ở trên, kênh 80MHz thì tất nhiên chứa được nhiều dữ liệu hơn

là kênh 40MHz

Hình 2.3 Tính năng truyền dữ liệu bằng công nghệ đa ăng ten MIMO [19]

- Nhiều luồng dữ liệu hơn: Spatial stream là một luồng dữ liệu được truyền đi bằng công nghệ đa ăng-ten MIMO Nó cho phép một thiết bị có thể phát đi cùng lúc nhiều tín hiệu bằng cách sử dụng nhiều hơn 1 ăng-ten 802.11n có thể đảm đương tối đa 4 spatial stream, còn với Wi-Fi 802.11ac thì con số này được đẩy lên đến 8 luồng Tương ứng với

đó sẽ là 8 ăng-ten, còn gắn trong hay ngoài thì tùy nhà sản xuất

- Hỗ trợ Multi user-MIMO: Ở Wi-Fi 802.11n, một thiết bị có thể truyền nhiều spatial stream nhưng chỉ nhắm đến 1 địa chỉ duy nhất Điều này có nghĩa là chỉ một thiết bị (hoặc một người dùng) có thể nhận dữ liệu ở một thời điểm gọi single-user MIMO (SU-MIMO) Còn với chuẩn 802.11ac, một kỹ thuật mới được bổ sung vào với tên gọi multi-user MIMO cho phép một access point sử dụng nhiều ăng-ten để truyền tín hiệu đến nhiều thiết bị (hoặc nhiều người dùng) cùng lúc và trên cùng một băng tần Các thiết bị nhận sẽ không phải chờ đợi đến lượt mình như SU-MIMO, từ đó độ trễ sẽ được giảm xuống đáng kể

Hình 2.4 Ứng dụng nhiều người dùng của Multi user-MIMO cung cấp một số lợi

thế đáng kể so với SU-MIMO [19]

DUT.LRCC

- Beamforimg: tín hiệu phát đa hướng Router sẽ có khả năng xác định vị trí của thiết

bị nhận, ví dụ như laptop, smartphone, tablet, để rồi tập trung đẩy năng lượng tín hiệu lên mức mạnh hơn hướng về phía thiết bị đó Mục đích của beamforming đó là giảm nhiễu

Hình 2.5 Tín hiệu phát đa hướng với công nghệ beamforming [19]

Mặc dù sóng Wi-Fi vẫn tỏa ra khắp mọi hướng, tuy nhiên với công nghệ beamforming thì chùm tín hiệu có thể được định hướng tốt hơn đến một thiết bị xác định trong vùng phủ sóng

- Tầm phủ sóng rộng hơn : Biểu đồ bên dưới do Netgear cung cấp, theo đó chúng ta

có thể thấy rằng với cùng 3 ăng-ten, router dùng chuẩn 802.11ac sẽ cho tầm phủ sóng rộng đến 90 mét, trong khi router xài mạng 802.11n có tầm phủ sóng chỉ khoảng 80 mét là tối

đa Tốc độ của mạng 802.11ac ở từng mức khoảng cách cũng nhanh hơn 802.11n, biểu thị bằng vùng màu xanh dương luôn nằm cao hơn vùng màu xanh lá Với những nhà, văn phòng rộng, chúng ta có thể giảm số lượng repeater cần dùng để khuếch đại và lặp tín hiệu, tiết kiệm được kha khá chi phí

Hình 2.6 Biểu đồ do Netgear cung cấp cho thấy khoảng cách phủ sóng 802.11ac [19] Ngoài ra, Wi-Fi 802.11ac còn có thể được áp dụng để truyền dữ liệu giữa các thiết

bị trong một mạng nội bộ hoặc mạng gia đình với tốc độ cao hơn hiện nay Một ứng dụng

DUT.LRCC

dễ thấy nhất là để stream video Full-HD Trong một đợt trình diễn, hãng Netgear có thể sử dụng router 802.11ac của họ để truyền 4 bộ phim Full-HD cùng lúc đến bốn chiếc HDTV khác nhau, điều không thể làm được với Wi-Fi n hiện nay Nó cũng sẽ giúp quá trình sao chép dữ liệu giữa máy tính, smartphone, tablet với ổ cứng mạng cũng như giữa các thiết bị với nhau được nhanh chóng hơn (về lý thuyết là chỉ tốn 1/3 thời gian so với chuẩn 802.11n)

Và thời thời gian chờ đợi ngắn hơn kéo theo thời lượng pin sẽ dài hơn bởi năng lượng tiêu thị ít hơn

Chuẩn mạng Wifi IEEE 802.11ac mà hiện nay nhiều người sử dụng đều thuộc bộ tiêu chuẩn IEEE 802.11 Bộ tiêu chuẩn này sẽ bao gồm các chuẩn wifi có các chữ cái đằng sau như b, a, g, n Cụ thể là:

Bảng 2.1 Tóm tắt các tiêu chuẩn WLAN

1997 Wi-Fi thế hệ thứ

nhất 802.11

Tốc độ 1Mb/s và 2Mb/s

Băng tần 2,4GHz của sóng radio hoặc hồng ngoại

Có thể hoạt động trên cả hai băng tần 2,4GHz lẫn 5GHz và nếu router hỗ trợ thì hai băng tần này có thể cùng được phát sóng song song nhau

2013 Wi-Fi thế hệ thứ

năm 802.11ac

Tốc độ tối đa hiện là 1730Mb/s

Chỉ chạy ở băng tần 5GHz

Trên lý thuyết cho ta thấy thì Fi 802.11ac sẽ cho tốc độ cao gấp ba lần so với

Wi-Fi 802.11n khi ở cùng luồng truyền Trên lý thuyết là vậy còn nếu ở thực tế thì tốc độ này còn giảm xuống tùy theo thiết bị thu phát, môi trường, vật cản xung quanh tác động lên

DUT.LRCC

2.2.2 Chuẩn IEEE 802.11AC

2.2.2.1 Các thành phần kiến trúc

Chuẩn mạng LAN IEEE 802.11ac là một công nghệ LAN không dây biến đổi thể hiện

sự gia tăng hiệu suất đáng kể so với người tiền nhiệm rất thành công của nó, 802.11n 802.11n cung cấp tốc độ kết nối không dây mà các doanh nghiệp cần để nắm lấy Wi-Fi trong các hoạt động hàng ngày của họ và cho phép nhân viên bắt đầu sử dụng không dây làm phương tiện mạng chính được lựa chọn Chuẩn 802.11ac cho phép tốc độ lý thuyết lên tới 6,9 Gbps trong băng tần 5 GHz, hoặc 11,5 lần so với 802.11n (Bảng 1) 802.11ac được tung ra thị trường trong hai phiên bản: Wave 1 và Wave 2

Hình 2.7 Thông số kỹ thuật cơ bản của chuẩn 802.11ac Wave 2 [18]

Sự khác biệt về chức năng giữa 802.11ac Wave 1 và Wave 2 cụ thể như sau:

- Sản phẩm Wave 1 đã được sử dụng trên thị trường khoảng 2,5 năm Wave 2 được xây dựng dựa trên Wave 1 với một số cải tiến rất quan trọng:

+ Hỗ trợ tốc độ lên 2,34 Gbps (tăng từ 1,3 Gbps) trong băng tần 5 GHz

+ Hỗ trợ nhiều đầu vào, nhiều đầu ra (MU-MIMO)

+ Cung cấp tùy chọn sử dụng các kênh rộng 160 MHz để có hiệu suất cao hơn + Cung cấp tùy chọn sử dụng luồng không gian thứ tư để có hiệu suất cao hơn + Có thể chạy ở các băng tần 5 GHz bổ sung trên toàn thế giới

- Những tính năng cải tiến của 802.11.ac Wave 2 với tư cách là một Enabler kinh doanh

DUT.LRCC

Tốc độ và hiệu quả cao hơn cung cấp băng thông để hỗ trợ lưu lượng thoại và video nhạy cảm với độ trễ, cũng như mật độ khách hàng ngày càng cao

di động của người dùng cuối

và khối lượng thiết bị Internet vạn vật (IoT) hỗ trợ Wi-Fi ngày càng tăng

- Nhiều thiết bị được kết nối cho mỗi người dùng

- Quan tâm đến tất cả các văn phòng không dây

- Cung cấp liên lạc xuôi dòng đồng thời cho nhiều thiết bị không dây lần đầu tiên để sử dụng phổ hiệu quả hơn

- Cho phép các thiết bị khách vào và tắt mạng nhanh hơn, do đó, nhiều khách hàng

Cung cấp dung lượng lý thuyết lên tới 2,3 Gbps, so với:

Hỗ trợ bốn anten phát và thu; các lần lặp trước hỗ trợ ba anten thu

Có khoảng 37 kênh riêng biệt ở tần số 5 GHz trên toàn thế giới Một số đã được sử dụng cho các mục đích khác hoặc chưa được phép sử dụng Wi-Fi Khi các điều kiện này thay đổi, 802.11ac Wave 2 sẽ có thể hoạt động ở các kênh ngày càng rộng hơn, cung cấp thêm băng thông có sẵn cho Wi-Fi và hỗ trợ nhiều người dùng, thiết bị và ứng dụng hơn

DUT.LRCC

- Tốc độ dữ liệu mới được hỗ trợ với Wave 2 là siêu sóng của 802.11ac Wave 1 Do

đó, nó hỗ trợ tất cả tốc độ dữ liệu của 802.11ac Wave 1 Với việc hỗ trợ các kênh rộng 160 MHz và tốc độ điều chế và mã hóa (MCS) của 802.11ac, Wave 2 cung cấp tốc độ PHY tối

đa mới dựa trên số lượng luồng không gian và điều chế được hiển thị trong Hình 2.8

Hình 2.8 Thông lượng tiềm năng của 802.11ac Wave 2 [18]

- Trong thực tế 802.11ac Wave 2 sẽ hoạt động trên băng tần cả Sóng 1 và 2 chỉ áp dụng cho băng tần 5 GHz Băng thông khả dụng khác nhau trên khắp thế giới, nhưng ngày nay, nó thường là một số tập hợp con từ 5,15 đến 5,35 và 5,47 đến 5,85 GHz 802.11ac tiếp tục cho phép các kênh 20 và 40 MHz nhưng cũng thêm các kênh 80 và 160 MHz cho thông lượng lớn hơn Lưu ý rằng 20, 40 và 80 MHz là băng thông kênh bắt buộc duy nhất trong 802.11ac

- Các mốc thời gian triển khai và phê chuẩn tiêu chuẩn của IEEE 802.11ac

Hình 2.9 Cơ sở hạ tầng 802.11ac wave2 được giới thiệu ra thị trường [18]

DUT.LRCC

- Nâng cấp và tương thích phần cứng Wave 1 và phần cứng Wave 2: 802.11ac Wave

1 yêu cầu phần cứng mới ở cả điểm truy cập và thiết bị khách để cung cấp độ rộng kênh lên đến 80 MHz, điều chế biên độ cầu phương 256 (256-QAM) và tối đa ba luồng không gian Kết quả là tốc độ dữ liệu tối đa 1,3 Gbps, hoặc gấp khoảng ba lần các sản phẩm 802.11n Tương tự, Wave 2, siêu bộ của Wave 1, yêu cầu phần cứng mới ở cả điểm truy cập và thiết bị khách để hỗ trợ các khả năng 802.11ac bổ sung như MU-MIMO, độ rộng kênh lên tới 160 MHz và tiềm năng cho luồng không gian thứ tư Các điểm truy cập 802.11ac Wave 2 sẽ tương tác với các thiết bị khách 802.11ac Wave 1, 802.11n và 802.11a Tuy nhiên, hỗ trợ cho tất cả các tính năng của Wave 2 yêu cầu hỗ trợ Wave 2 ở cả điểm truy cập và ứng dụng khách

- MIMO nhiều người dùng (MU-MIMO) so với MIMO một người dùng (SU-MIMO): MU-MIMO là viết tắt của nhiều đầu vào, nhiều đầu ra và là một tính năng hoàn toàn mới được giới thiệu với 802.11ac Wave 2 Wave 2 Hỗ trợ MU-MIMO được yêu cầu trên cả điểm truy cập và thiết bị khách để hoạt động Điều này khác với Wave 1 và các lần lặp 802.11 -MIMO người dùng đơn trước đây, trong đó một điểm truy cập truyền đến một thiết

bị khách tại một thời điểm rất nhanh và hiệu quả (Hình 2.10 và 2.11)

Hình 2.10 Hoạt động SU-MIMO [18]

DUT.LRCC

Hình 2.11 Hoạt động MU-MIMO [18]

2.2.2.2 Mô tả các lớp chuẩn IEEE 802.11 và 802.11 ac

Như bất kỳ giao thức chuẩn IEEE 802.x khác, giao thức chuẩn IEEE 802.11 bao gồm MAC và lớp vật lý, chuẩn hiện thời định nghĩa một MAC đơn tương tác với ba lớp vật lý (tất cả hoạt động ở tốc độ 1 và 2Mbit/s):

- FHSS hoạt động trong băng tần 2.4GHz

- DSSS hoạt động trong băng tần 2.4GHz

- Hồng ngoại

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

Lớp MAC: Lớp MAC định nghĩa hai phương pháp truy cập khác nhau, Hàm phối hợp phân tán và Hàm phối hợp điểm

Tiêu chuẩn IEEE 802.11ac: Với những ưu điểm rõ rệt của 802.11ac, rõ ràng là đã đến thời điểm áp dụng rộng rãi tiêu chuẩn này trong các mục đích như: tăng cường cho hệ thống 802.11n hiện tại, tăng dung lượng cho khách hàng đầu cuối khi xu hướng BYOD ngày càng phổ biến, cải thiện tỷ lệ chi phí/hiệu năng Không những thế chuẩn Wifi 802.11ac còn có phạm vi phủ sóng rộng hơn, tiết kiệm năng lượng và độ ổn định cao

- Kênh băng rộng hơn: Băng thông của mỗi kênh 802.11ac mở rộng lên tới 80 MHz

và 160 MHz (trong khi 802.11n chỉ có băng thông 20 MHz và 40 MHz), nghĩa là tốc độ

DUT.LRCC

truyền dữ liệu cao hơn nhiều Vì chỉ làm việc ở dải tần số 5GHz, nên băng thông lớn hơn nghĩa là số lượng kênh ít hơn

- Chùm tia hội tụ (beamforming): Kỹ thuật này cho phép bộ phát tập trung năng lượng trên một hướng cụ thể mà không cần sử dụng các ănten định hướng, hoạt động rất hiệu quả, thậm chí khi chỉ triển khai beamíorming trên AP

- Hỗ trợ giao tiếp đa kênh (MIMO), đa người dùng (Multi User): công nghệ mới này cải thiện rất nhiều năng lực truyền dẫn nhiều đường xuống (downlink) đồng thời, được viết tắt là MU-MIMO Đây là điểm khác biệt so với tiêu chuẩn cũ chỉ hỗ trợ một người dùng (Single User) hay SU-MIMO Kết hợp với công nghệ ănten thông minh, MU-MIMO cho phép sử dụng phổ tần số hiệu quả hơn, tốc độ cao truyền cao hơn và giảm độ trễ cho 4 kênh đồng thời

- Cơ chế mã hóa và điều chế mới (MCS - Modulation and coding schemes): MCS là

sự kết hợp các tham số vô tuyến và cơ chế dịch chuyển chiều lên/chiều xuống (upshifting/downshifting) trong tiêu chuẩn cho phép điều chỉnh động các tham số này khi các điều kiện truyền sóng vô tuyến thay đổi vì bất kỳ lý do nào Do các thiết bị di động trang bị giao tiếp Wi-Fi tốc độ cao ngày càng nhiều, hy vọng là tốc độ 433 Mbit/s (luồng đơn trên kênh 80 MHz) sẽ trở nên phổ biến nhất cho dù thiết bị WiFi tốc độ 150 Mbit/s, chuẩn 802.11n vẫn đang gia tăng nhanh chóng Về lý thuyết, tiêu chuẩn 802.11ac cho tốc

độ lên tới 6,93 Gbit/s truyền qua ănten MIMO 8x8 trong kênh 160 MHz

- Cải thiện hiệu năng của thiết bị chuẩn 802.11n: Farpoint Group đã thực hiện đánh giá kiểm thử hệ thống gồm thiết bị đầu cuối chuẩn 802.11n và thiết bị hệ thống chuẩn 802.11ac Kết quả cho thấy, hiệu năng thiết bị đầu cuối chuẩn 802.11n được cải thiện đáng kể còn hiệu năng thiết bị AP chuẩn 802.11ac rất tốt, ví dụ, thông lượng tăng tới 20%

Hình 2.12 Cải thiện hiệu năng của thiết bị chuẩn 802.11n [18]

DUT.LRCC

2.2.2.4 Các chứng thực mức MAC

Lớp MAC thực hiện dò tìm xung đột bằng cách chờ đợi sự tiếp nhận của một ghi nhận tới bất kỳ đoạn được truyền nào (Ngoại lệ các gói mà có hơn một nơi đến, như Quảng bá, chưa được thừa nhận)

2.2.2.5 Phân đoạn và Tái hợp

Các giao thức mạng LAN tiêu biểu sử dụng các gói với vài hàng trăm byte (ví dụ, gói Ethernet dài nhất dài trên 1518 byte) trên một môi trường mạng LAN không dây Lý do các gói dài được ưa chuộng để sử dụng các gói nhỏ là:

- Vì tỉ lệ lỗi bit BER của thông tin vô tuyến cao hơn, xác suất một gói bị hư tăng thêm theo kích thước gói

- Trong trường hợp bị hỏng (vì xung đột hoặc nhiễu), gói nhỏ nhất với ít mào đầu hơn gây ra sự phát lại gói

- Trên một hệ thống FHSS, môi trường được ngắt định kỳ mỗi khi nhảy tần (trong trường hợp này là mỗi 20 mili - giây), như vậy nhỏ hơn gói, nhỏ hơn cơ hội truyền bị hoãn lại sau thời gian ngừng truyền

Mặc khác, nó không được giới thiệu như là một giao thức mạng LAN mới vì nó không thể giải quyết các gói 1518 byte được sử dụng trên mạng Ethernet, như vậy IEEE quyết định giải quyết vấn đề bằng cách thêm một cơ chế phân đoạn/tái hợp đơn giản tại lớp MAC

Cơ chế là một giải thuật Send - and - Wait đơn, trong đó trạm phát không cho phép truyền một đoạn mới cho đến khi xảy ra một trong các tình huống sau đây:

- Nhận một ACK cho đoạn

- Quyết định rằng đoạn cũng được truyền lại nhiều lần và thả vào toàn bộ khung Cần phải nhớ rằng chuẩn cho phép trạm được truyền chỉ một địa chỉ khác giữa các phát lại của một đoạn đã cho, điều này đặc biệt hữu ích khi một AP có vài gói nổi bật với các đích đến khác nhau và một trong số chúng không trả lời

Sơ đồ sau biểu diễn một khung (MSDU) được chia thành vài đoạn (MPDUs):

Hình 2.13 Khung MSDU [6]

DUT.LRCC

2.3 Các mô hình mạng WLAN

2.3.1 Giới thiệu

Mạng WLAN đơn giản nhất là hai PC được trang bị card giao tiếp không dây thiết lập một mạng độc lập bất cứ khi nào mà chúng nằm trong phạm vi của nhau Nó được gọi là mạng ngang hàng Các mạng này không yêu cầu sự quản trị hoặc định cấu hình trước.Trong trường hợp này mỗi khách hàng chỉ truy cập tới tài nguyên của khách hàng khác và không thông qua một nhà phục vụ trung tâm

Việc thiết lập một điểm truy cập mở rộng phạm vi của một mạng, phạm vi các thiết

bị liên lạc được mở rộng gấp đôi Khi điểm truy cập được nối tới mạng nối dây, mỗi khách hàng sẽ truy cập tới các tài nguyên phục vụ cũng như tới các khách hàng khác.Mỗi điểm truy cập điều tiết nhiều khách hàng, số khách hàng cụ thể phụ thuộc vào số lượng và đặc tính truyền Nhiều ứng dụng thực tế với một điểm truy cập phục vụ từ 15 đến 50 thiết bị khách hàng

Hình 2.14 Khách hàng và điểm truy nhập [18]

Các điểm truy cập có một phạm vi hữu hạn, 152,4m trong nhà và 304,8m ngoài trời Trong phạm vi rất lớn hơn như kho hàng, hoặc khu vực cơ quan cần thiết phải lặp đặt nhiều điểm truy cập hơn Việc xác định vị trí điểm truy dựa trên phương pháp khảo sát vị trí Mục đích sẽ phủ lên vùng phủ sóng bằng các cell phủ sóng chồng lấp nhau để các khách hàng di chuyển khắp vùng mà không mất liên lạc mạng Khả năng các khách hàng di chuyển không ghép nối giữa một cụm của các điểm truy cập được gọi roaming

Hình 2.15 Nhiều điểm truy cập và Roaming [18]

DUT.LRCC

Chức năng của EP nhằm mở rộng phạm vi của mạng bằng cách làm trễ tín hiệu từ một khách hàng đến một AP hoặc EP khác Các EP được nối tiếp nhau để truyền tin từ một AP đến cáckhách hàng rộng khắp

Hình 2.16 Cách sử dụng của một điểm mở rộng (EP)[18]

Thiết bị mạng WLAN cuối cùng cần xem xét là anten định hướng Giả sử có một mạng WLAN trong tòa nhà A và mở rộng nó tới một tòa nhà cho thuê B, cách đó 1,609

km Một giải pháp là sẽ lắp đặt một anten định hướng trên mỗi tòa nhà, các anten hướng về nhau Anten tại tòa nhà A được nối tới mạng nối dây qua một điểm truy cập Tương tự, anten tại tòa nhà B được nối tới một điểm truy cập trong tòa nhà đó, mà cho phép kết nối mạng WLAN thuận tiện nhất

Hình 2.17 Cách sử dụng anten định hướng [18]

2.3.2 Mô hình mạng WLAN

Mạng 802.11 linh hoạt về thiết kế, gồm 3 mô hình mạng sau:

- Mô hình mạng độc lập(IBSSs) hay còn gọi là mạng Ad hoc

- Mô hình mạng cơ sở (BSSs)

- Mô hình mạng mở rộng(ESSs)

2.3.2.1.Mô hình mạng WLAN độc lập(IBSSs) hay còn gọi là mạng Ad hoc

DUT.LRCC

- Cấu hình mạng WLAN đơn giản nhất là mạng WLAN độc lập (hoặc ngang hàng) nối các PC với các card giao tiếp không dây Bất kỳ lúc nào, khi hai hoặc nhiều hơn card giao tiếp không dây nằm trong phạm vi của nhau, chúng thiết lập một mạng độc lập Ở đây, các mạng này không yêu cầu sự quản trị hoặc sự định cấu hình trước

Hình 2.18 Mô hình mạng Adhoc [6]

2.3.2.2 Mạng WLAN cơ sở (BSSs) và mạng mở rộng(ESSs)

Trong mạng WLAN cơ sở hạ tầng, nhiều điểm truy cập liên kết mạng WLAN với mạng nối dây và cho phép các người dùng chia sẻ các tài nguyên mạng một cách hiệu quả.Các điểm truy cập không các cung cấp các truyền thông với mạng nối dây mà còn chuyển tiếp lưu thông mạng không dây trong khu lân cận một cách tức thời Nhiều điểm truy cập cung cấp phạm vi không dây cho toàn bộ tòa nhà hoặc khu vực cơ quan

Hình 2.19 Mạng WLAN Cơ sở [6]

Mạng 802.11 mở rộng phạm vi di động tới một phạm vi bất kì thông qua ESS Một ESSs là một tập hợp các BSSs nơi mà các Access Point giao tiếp với nhau để chuyển lưu lượng từ một BSS này đến một BSS khác để làm cho việc di chuyển dễ dàng của các trạm giữa các BSS, Access Point thực hiện việc giao tiếp thông qua hệ thống phân phối Dưới đây là mô hình mạng mở rộng

DUT.LRCC

Tại thời điểm hiện tại Wifi đang chiếm ưu thế rất cao trong hệ thống mạng không dây trong phạm vi nhỏ Từ một thiết bị Router có tích hợp bộ phát sóng Wifi hay một AccessPoint (AP) thu tín hiệu và phát ra sóng Wifi, chiếc Laptop hay chiếc Iphone của bạn

đã dễ dàng tạo kết nối để truy cập mạng Ethernet hay mạng internet

Các thiết bị Router , AccessPoint, có cơ chế bảo mật khác nhau, các chuẩn bảo mật gồm có :

- Wired Equivalency Privacy (WEP) sử dụng công nghệ mã hóa 64 bit hoặc 128 bit Mã hóa 128 bit an toàn hơn Những ai muốn sử dụng mạng đã được kích hoạt WEP đều phải biết khóa WEP, khóa này thường là mật khẩu dạng dãy số

- WiFi Protected Access (WPA) là một bước tiến của WEP và hiện giờ là một phần của giao thức mạng bảo mật không dây 802.11i Nó sử dụng giao thức mã hóa toàn bộ bằng một khóa tạm thời Giống như WEP, bảo mật WPA cũng phải đăng nhập bằng một mật khẩu Hầu hết các điểm truy cập không dây công cộng hoặc là mở hoàn toàn hoặc bảo mật bằng WPA hay WEP 128 bit

DUT.LRCC

2.4.2 Bảo mật bằng WEP (Wired Equivalent Privacy)

WEP là một thuật toán bảo nhằm bảo vệ sự trao đổi thông tin chống lại sự nghe trộm, chống lại những nối kết mạng không được cho phép cũng như chống lại việc thay đổi hoặc làm nhiễu thông tin truyền.WEP sử dụng stream cipher RC4 cùng với một mã 40 bit và một

số ngẫu nhiên 24 bit (initialization vector - IV) để mã hóa thông tin Thông tin mã hóa được tạo ra bằng cách thực hiện operation XOR giữa keystream và plain text Thông tin mã hóa

và IV sẽ được gửi đến người nhận Người nhận sẽ giải mã thông tin dựa vào IV và khóa WEP đã biết trước.Sơ đồ mã hóa được miêu tả bởi hình 2.21

Hình 2.21 Sơ đồ mã hóa bằng WEP [6]

2.4.3 Bảo mật bằng WPA (Wifi Protected Access)

WPA là một giải pháp bảo mật được đề nghị bởi WiFi Alliance nhằm khắc phục những hạn chế của WEP WPA được nâng cấp chỉ bằng một update phần mềm SP2 của Microsoft

WPA cải tiến 3 điểm yếu nổi bật của WEP:

- WPA cũng mã hóa thông tin bằng RC4 nhưng chiều dài của khóa là 128 bit và IV

có chiều dài là 48 bit Một cải tiến của WPA đối với WEP là WPA sử dụng giao thức TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) nhằm thay đổi khóa dùng AP và user một cách

tự động trong quá trình trao đổi thông tin Cụ thể là TKIP dùng một khóa nhất thời 128 bit kết hợp với địa chỉ MAC của user host và IV để tạo ra mã khóa Mã khóa này sẽ được thay đổi sau khi 10 000 gói thông tin được trao đổi

- WPA sử dụng 802.1x/EAP để đảm bảo mutual authentication nhằm chống lại man-in-middle attack Quá trình authentication của WPA dựa trên một authentication server, còn được biết đến với tên gọi RADIUS/ DIAMETER Server RADIUS cho phép xác thực user trong mạng cũng như định nghĩa những quyền nối kết của user Tuy nhiên trong một mạng WiFi nhỏ (của công ty hoặc trường học), đôi khi không cần thiết phải cài đặt một server mà có thể dùng một phiên bản WPA-PSK (pre-shared key) Ý tưởng của WPA-PSK là sẽ dùng một password (Master Key) chung cho AP và client devices Thông tin authentication giữa user và server sẽ được trao đổi thông qua giao thức EAP

DUT.LRCC