Tìm hiểu về WLANs, WPANs và xu hướng phát triển thông tin di động 4G

Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Tìm hiểu về WLANs, WPANs và xu hướng phát triển thông tin di động 4G

Trang 1

WLAN, WPAN và bước phỏt triển đến hệ thống thụng tin di động 4G

Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN Lưu Thị Thu Hiền 1

đại học quốc gia hà nội trường đại học công nghệ

khoa điện tử - viễn thông

KHOá LUậN TốT NGHIệP

phát triển thông tin di động 4G

Người thực hiện: Lưu Thị Thu Hiền

Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Phi Hùng

Trang 2

Ngày nay xu thế phát triển của công nghệ đã đưa ra các giải pháp tối ưu về

mạng và khả năng cung cấp các ứng dụng từ hệ thống mạng càng tăng cao, đặc

biệt là các mạng không dây Với những thiết bị đầu cuối di động như điện thoại,

máy tính sách tay v v ,người dùng có thể thực hiện các kết nối vô tuyến thông

qua các nhà cung cấp dịch vụ

Với tính năng ưu việt, và các ứng dụng đã được áp dụng rộng rãi của mạng

WLAN ( mạng LAN không dây), em đã đi sâu tìm hiểu về đặc tính và các khả

năng đang được sử dụng trong truyền thông của WLAN

Từ khả năng truyền thông di động dựa trên cơ sở thông tin vô tuyến và sự

tiến bộ của môi trường không dây đã đưa ra giải pháp mạng PAN giúp mở rộng

môi trường cá nhân đáp ứng các dịch vụ trong công việc hay giải trí, có khả năng

thực hiện kết nối mạng phục vụ đa người dùng Chính các tính năng nổi trội và

khả năng ứng dụng của PAN mà đặc biệt là B-PAN mà em nghiên cứu trong bản

khoá luận đã cho thấy được ý nghĩa của giải pháp mạng PAN trong truyền thông

Cùng với khả năng truyền thông di động ngày càng được mở rộng nhờ sự

phát triển của thông tin vô tuyến thì các hệ thống di động mới ra đời và được áp

dụng rộng rãi trên toàn thế giới Hiện nay, Việt Nam đang sử dụng hệ thống thông

tin di động thế hệ 2.5G trong khi mạng tế bào di động 3G đã trở nên phổ biến và

chuẩn bị được thay thế bởi một thế hệ mạng có khả năng khắc phục tất cả các

nhược điểm của 3G, bao gồm một lượng lớn mạng truy cập, cung cấp kết nối tất

cả các người dùng ở bất kỳ đâu, tại bất kỳ thời điểm nào Đó chính là thông tin di

động thế hệ 4G Với tất cả các lợi thế và ưu điểm đã làm cho 4G trở thành thế hệ

mạng không dây lôi cuốn trong tương lai

Chính vì vậy em đã chọn đề tài Tìm hiểu về WLANs, WPANs và xu

hướng phát triển thông tin di động 4G để nghiên cứu sâu về các giải pháp mạng

không dây với hi vọng 4G sẽ là một hệ thống di động tối ưu trong tương lai gần,

và mô hình thực thi 4G tại Việt Nam trở thành hiện thực

Trang 3

WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G

§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền 3 Mục lục Trang Lời mở đầu 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 3

1.1 Tổng quan về thông tin di động 3

1.2 Thông tin di động thế hệ 4 4

CHƯƠNG 2: WLAN 7

2.1 Giới thiệu WLAN 7

2.2 Chuẩn IEEE 802.11 7

2.2.1 Kiến trúc chung IEEE 802.11 8

2.2.1.1 Cấu trúc hệ thống 9

2.2.1.2 Đặc tính cơ bản của hệ thống 9

2.2.1.3 Lớp vật lý 11

2.2.1.4 Lớp MAC 12

2.2.1.5 Cấu trúc MAC 13

2.2.1.6 Khả năng kết hợp 18

2.2.1.7 Chứng thực và bảo mật 19

2.2.1.8 Phân đoạn 20

2.2.1.9 Cơ chế đồng bộ 20

2.2.1.10 Di động 21

2.2.1.11 Khả năng lưu trữ 21

2.2.1.12 Khả năng hỗ trợ 23

2.3 HIPERLAN-2 23

2.3.1 Giới thiệu 23

2.3.2 Cấu trúc chung của HIPERLAN 23

2.3.3 Cấu trúc hệ thống HIPERLAN-2 25

2.3.4 Đặc tính cơ bản của hệ thống 26

2.3.5 Lớp vật lý 27

2.3.6 Lớp DCL 27

2.3.6.1 Lớp MAC 31

2.3.6.2 Thao tác MAC 31

Trang 4

§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền 4 2.3.6.3 Khung MAC 32

2.3.6.4 Địa chỉ MAC 33

2.3.6.5 Truy cập tới RCH 33

2.3.7 Các DCL khác 33

2.3.8 Handover 36

2.3.9 CL 38

2.3.10 Hỗ trợ QoS trong HIPERLAN-2 38

2.4 MMAC-PC 39

2.5 Triển khai cơ sở hạ tầng IEEE 802.11 41

2.5.1 Băng ISM và phân bố kênh 41

2.5.2 Tín hiệu, nhiễu và vùng phủ sóng 44

2.5.3 Tín hiệu và nhiễu trong băng tần ISM 44

2.5.4 Vùng phủ sóng 46

2.5.5 IEEE 802.11 cho không gian tự do 48

CHƯƠNG 3: WPANs 50

3.1 Giới thiêu 50

3.2 Một số khái niệm 52

3.3 Tổng quan Bluetooth 53

3.3.1 Cấu trúc Bluetooth 53

3.3.2 Mô hình tham chiếu giao thức Bluetooth 54

3.3.3 Tổng quan về giao thức lõi Bluetooth 56

3.3.3.1 Lớp radio Bluetooth 56

3.3.3.2 Lớp dải gốc 56

3.3.3.3 Lớp giao thức quản lý kết nối (LMP) 66

3.3.3.4 Lớp điều khiển giao thức kết nối và giao thức thích nghi 66

3.3.3.5 Lớp giao thức phát hiện dịch vụ (SDP) 67

3.4 PAN 68

3.4.1 Nguyên lý cấu trúc 68

3.4.2 Giao diện 71

3.4.3 Giao tiếp với mạng bên ngoài 71

3.5 Mạng Ad Hoc 71

3.6 Bảo mật 72

3.7 Những ứng dụng chính và khả năng hình thành mạng 72

3.8 Các thiết bị trong hệ thống 73

Trang 5

§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền 5 3.9 Những thách thức đối với PAN và những vấn đề mở rộng 74

3.10 B-PAN 75

3.11 WLAN và WPAN 76

3.12 Tóm lại 78

CHƯƠNG 4: SỰ HÌNH THÀNH HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G 79

4.1 Giới thiệu 79

4.2 WAL 79

4.3 Cấu trúc WAL 80

4.4 Dịch vụ báo hiệu WAL 81

4.4.1 Một vài định nghĩa 82

4.4.1.1 Hoạt động của WAL 82

4.4.1.2 Khuôn dạng tiêu đề WAL 82

4.4.1.3 Thủ tục đăng ký 83

4.4.2 Sự thiết lập association 86

4.4.3 Dữ liệu 88

4.4.4 Thủ tục tái thiết lập sự kết hợp 89

4.4.5 Danh sách PDU 91

K ết luận 94

Trang 6

Ngày nay, với những tiến bộ vượt bậc của công nghệ máy tính đã giúp việc

trao đổi thông tin ngày càng dễ dàng thuận tiện hơn Công nghệ mạng LAN ra đời

đã phát triển rộng rãi trên thế giới, nhưng hạn chế của nó là việc sử dụng các loại

dây cáp (cáp đồng trục, cáp xoắn ) đôi khi gây khó khặn cho việc kết nối Vì vậy sự

ra đời của công nghệ mạng không dây (WLAN) là một xu hướng tất yếu đáp ứng

việc liên kết với quy mô phức tạp và khả năng truyền thông di động

Khả năng truyền thông di động được dựa trên cơ sở thông tin vô tuyến, đã trải

qua sự phát triển mạnh trong những thập niên trước (như GSM, GPRS,

AMT-2000…) Sự phát triển những tốc độ truyền bit dữ liệu cao hơn dẫn đến sự hình

thành các hệ thống không dây và các giải pháp mạng mới Sự tiến bộ của môi

trường không dây và yêu cầu về khả năng di động tốt hơn tạo nên sự thay thế các

kết nối cố định tới mạng và đưa ra các giải pháp về mạng PAN PAN là một giải

pháp mạng giúp mở rộng môi trường cá nhân đáp ứng các dịch vụ trong công việc

hay giải trí, do việc kết nối mạng thực hiện sự phục vụ đa người dùng ngoài ra có

thể sử dụng các thiết bị trong vùng không gian bao phủ mỗi tế bào và cung cấp khả

năng truyền thông trong không gian đó với thế giới bên ngoài Điều này cũng làm

khái niệm thiết bị đầu cuối được thay thế bởi khái niêm người dùng và không gian

cục bộ của họ PAN là một thành viên trong nhóm GIMCV

Cùng với sự phát triển của thông tin vô tuyến, thì trong mỗi thập niên có một

hệ thống di động mới phát triển và được áp dụng rộng rãi trên thế giới Khi thế hệ

2G hiện hữu, việc xuất hiện mạng tế bào di động 3G thì đó chỉ là một trong những

thay đổi nhỏ về công nghệ từ phía cơ sở hạ tầng IP di động Tuy nhiên hệ thông tin

di động 3G sẽ đáp ứng được việc thực hiện đa phương tiện hay nói khác đi là cơ sở

hạ tầng IP không đủ năng lực Để khắc phục các nhược điểm này, thế hệ 4G đã

được định nghĩa Với một số chuẩn mới được đưa ra thì hệ thống 4G trở nên dễ hiểu

bởi khái niệm các mạng không đồng nhất, bao gồm một số lớn mạng truy cập với

một nguyên tắc chung là giao thức IP, cung cấp kết nối tất cả các người dùng ở bất

kỳ đâu tại bất cứ thời điểm nào

Trang 7

§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền 7

Nôi dung bản khoá luận được trình bày trên 90 trang và được bố cục thành 4

chương gồm những phần lớn sau:

- Tổng quan về sự phát triển của thông tin di động và hệ thống thông tin

di động thế hệ 4G

- Các ưu điểm và các ứng dụng rộng rãi của WLAN

- Giải pháp về mạng WPAN và các đặc tính nổi bật của B-PAN

- Sự hình thành hệ thống thông tin di động 4G

- Kết luận

Để có được bản khoá luận hoàn thiện như hôm nay, em đã nhận được rất nhiều

sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô giáo, bạn bè và người thân trong gia đình

Trước hết, em xin gửi tới thầy giáo ThS Phạm Phi Hùng đã tận tình chỉ bảo,

hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian làm khoá luận lời chúc sức khoẻ và

lòng biết ơn sâu sắc Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo

trong trường đặc biệt là các thầy cô giáo khoa Điện Tử-Viễn Thông đã cho em

nhiều kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập tại khoa

Cảm ơn gia đình, và bạn bè đã dành nhiều sự giúp đỡ cho em trong thời gian

thực hiện khoá luận

Hà Nội ngày 05 tháng 06 năm 2005 Sinh viên

Lưu Thị Thu Hiền

Trang 8

thông tin di động 4G

1.1 Tổng quan về thông tin di động

Thông tin di động dựa trên nền tảng mạng không dây phát triển theo biểu đồ

số mũ trong thập niên qua với những cơ sở hạ tầng và các ứng dụng rộng rãi như

thiết bị vô tuyến, máy tính sách tay v v Những thiết bị này ngày càng trở nên quan

trọng trong cuộc sống của chúng ta Một ví dụ cụ thể: người dùng có thể kiểm tra

email và truy cập mạng Internet nhờ các thiết bị di động của họ Từ những thiết bị

như máy tính sách tay, họ có thể tìm kiếm thông tin trong mạng Internet tại các địa

điểm khác nhau như sân bay, nhà ga hay những nơi công cộng khác Các khách du

lịch có thể sử dụng các thiết bị đầu cuối GPS đặt trong nhà hay trong ô tô để định vị

và thiết lập bản đồ đường đi Những hồ sơ, dữ liệu hoặc các thông tin khác có thể

được trao đổi bởi các máy tính sách tay thông qua mạng LAN không dây (WLAN)

Không chỉ các thiết bị di động trở nên nhỏ hơn, rẻ hơn, tiện lợi hơn, mà các

ứng dụng của nó cũng trở nên mạnh hơn và được áp dụng rộng rãi hơn

Theo khuynh hướng này thì hầu hết các kết nối những thiết bị vô tuyến được

thực hiện thông qua các nhà cung cấp dịch vụ cố định dựa trên cơ sở hạ tầng mạng

cá nhân và các MSC trong mạng tế bào như vậy các máy tính sách tay có thể nối tới

Internet không dây thông qua các điểm truy cập

Mặc dù những mạng có cơ sở hạ tầng đã cung cấp một lượng lớn các dịch vụ

mạng cho các thiết bị di động nhưng nó mất rất nhiều thời gian để thiết lập cơ sở hạ

tầng mạng thích hợp với các dịch vụ của mạng di động và tất nhiên là giá thành để

thiết lập cơ sở hạ tầng này là rất cao Hơn nữa, thời điểm thiết lập là bất kỳ lúc nào

khi có yêu cầu từ một thiết bị di động truy cập mạng mằm trong vùng phủ sóng

Việc cung cấp các dịch vụ kết nối mạng đã đặt ra yêu cầu cần phải có một mạng di

động đặc biệt

Trang 9

Để giải quyết vấn đề đó, sự phát triển của công nghệ và các chuẩn ra đời nhằm

thay thế các chuyển giao kết nối mới với việc cho phép những thiết bị di động nằm

trong cự li truyền dẫn có thể kết nối với nhau thông qua việc tự động thiết lập một

mạng di động đặc biệt với tính linh hoạt cao Đây là khả năng thiết lập mạng động

Trong khi mạng không dây tiếp tục phát triển thì khả năng đặc biệt này trở nên

quan trọng hơn Với các giải pháp công nghệ mà có thể là sử dụng các lớp khác

nhau, các giải thuật và các nghi thức cần cho thao tác cầu hình mạng, tất cả đã thúc

đẩy hình thành cấu trúc mạng di động 4G

1.2 Thông tin di động thế hệ 4

4G là một mạng toàn cầu tích hợp dựa được xây dựng theo mô hình hệ thống

mở Việc tích hợp các mạng không dây khác nhau cho phép truyền đa phương tiện

dữ liệu, tiếng nói, đa dịch vụ trên nền tảng IP (đây chính là tiêu điểm chính của 4G)

Cùng với sự sử dụng dải thông utrahight lên tới 100Mbps, những dịch vụ đa

phương tiện được hỗ trợ một cách hiệu quả Hình 1.1 minh hoạ những thành phần

bên trong cấu trúc mạng 4G

Trang 10

4G được tích hợp những topo và các nền tảng mạng khác nhau Trong hình 1.1

sự hợp nhất nhiều kiểu mạng được chồng lên những ranh giới mạng khác nhau Có

hai kiểu hợp nhất: đó là sự hợp nhất những mạng không dây hỗn hợp với đặc trưng

truyền đạt không dây của mạng LAN, WAN, PAN cũng như những mạng di động

đặc biệt khác Sự hợp nhất thứ hai bao gồm sự tích hợp của những mạng không dây

và mạng cố đinh (như Internet và PSTN)

4G được bắt đầu với giả thiết rằng mạng trong tương lai sẽ sử dụng kỹ thuật

chuyển mạch gói (đây sự phát triển từ những giao thức đang được sử dụng trong

mạng Internet hiện tại) Mạng di động 4G dựa trên nền tảng IP có những lợi thế cơ

bản bởi vì IP thích hợp và độc lập với công nghệ truy cập vùng phủ sóng Điều đó

có nghĩa là mạng 4G được thiết kế và có thể phát triển độc lập từ những mạng truy

cập

Việc sử dụng một lõi mạng trên nền tảng IP cũng có nghĩa thoả mãn đa dịch

vụ như tiếng nói dữ liệu hay được hỗ trợ bởi việc sử dụng một tập hợp VoIP với

những giao thức như MEGACOP, MGCP, H.323 và SCTP Sự phát triển này giúp

đơn giản hoá việc bảo trì các mạng riêng biệt nhau

Hệ thống 4G được chờ đợi vì có giá thành rẻ hơn và đơn giản hơn Trước hết,

giá thiết bị được rẻ hơn 4 đến 10 lần một trạm có chức năng tương đương của hệ

thống 2 hoặc 3G Một môi trường truyền dẫn IP không dây sẽ làm giảm bớt cho quá

trình bảo trì mạng

Hệ thống 4G còn được ưu việt hơn với tốc độ truyền dẫn Utrahight lên tới

100Mbps nhanh hơn 50 lần so với tốc độ truyền dẫn của mạng 3G Điều này cho

phép truyền các dịch vụ không dây với dải thông cao, người dùng có thể xem TV,

nghe nhạc, truy cập mạng, hay thực hiện truyền các luồng hình ảnh thời gian thực

và các ứng dụng đa phương tiện khác kể cả khi đang ở nhà, trong văn phòng hay

nơi công cộng

4G có khả năng hỗ trợ việc người dùng truy nhập thông tin hoặc giao tiếp với

người dùng khác vào bất kỳ thời điểm nào, ở bất cứ đâu và sử dụng bất kỳ thiết bị

di động nào

Mạng Ad hoc là một phần quan trọng trong hệ thống 4G được thiết lập động

bởi các nút mạng di động tuỳ ý mà không cần sử dụng cơ sở hạ tầng mạng hiện hữu

Trang 11

hay quản lý tập trung Mạng này cho phép các nút không dây tồn tại độc lập, cung

cấp một phạm vi nối mạng rộng hơn và khả năng sử lý lớn hơn Các nút cũng có thể

kết nối tới các mạng cố định thông qua một thiết bi trung gian có cổng dành riêng

Thiết bị đầu cuối của mạng 4G cho phép hỗ trợ thông minh với khả năng định

vị và tìm kiếm dịch vụ theo yều cầu người dùng ngay cả khi người đó đang chuyển

động tại bất cứ thời điểm nào

Tất cả các lợi thế này làm cho mạng Ad hoc trở nên lôi cuốn trong thế hệ

mạng di động tương lai

Trang 12

Dựa trên quan điểm nêu trên, thì hiển nhiên những cơ sở hạ tầng WLAN sẽ

đóng một vai trò quan trọng trong tương lai gần như một sự bổ sung cho thế hệ

mạng hiện tại hoặc là kế hoạch cho những mạng tế bào Tuy nhiên đó không phải là

tất cả khi chúng ta cho rằng WLAN là sự hỗ trợ duy nhất cho những mạng truy cập

tế bào Trong trường hợp này, việc được đề cập đến đó là các thao tác về cáp, việc

đối mặt với giá thành quá cao của cơ sở hạ tầng hệ phân phối đa điểm cục bộ

(LMDS), xem xét về việc cung cấp dịch vụ thoại và dữ liệu tới các khu vực nông

thôn và việc kết hợp sử dụng các thiết bị của mạng WLAN với thiết bị truy cập

không dây cố định (FWA) với giá thấp

Chương này giới thiệu chi tiết về mạng WLAN và những đặc trưng chính của

3 hệ thống không dây IEEE 802.11, HIPERLAN và MMAC

Ba hệ thông này tiêu biểu cho chuẩn hoá trong hệ thống mạng của Mỹ, Châu

Âu và Nhật bản

2.2 Chuẩn IEEE 802.11

Năm 1990, IEEE hình thành một ủy ban để phát triển chuẩn không dây cho

mạng LAN, vận hành ở 1 và 2Mbps Điều quan trọng nhất dẫn đến sự tồn tại của

các mạng LAN khác nhau là được thiết kế bởi các nhà sản xuất khác nhau, chuẩn

đầu tiên được đưa ra cách đây 7 năm Hệ thống IEEE 802.11 thứ 2 được phê duyệt

vào năm 1997 cho phép mạng làm việc ở những tốc độ dữ liệu 1 và 2Mbps Vào

năm 1999, một chuẩn với tốc độ 10Mbps xuất hiện và vượt qua ngưỡng chuẩn của

hệ thống IEEE 802.11 thứ 3 Như vậy IEEE 802.11 b được sinh ra cho phép hoạt

động ở những tốc độ dữ liệu 5.5Mbps và 11Mbps Song song với quá trình này, một

nhóm các nhà sản xuất thứ hai đang làm việc về một chuẩn với băng thông 5GHz

Chuẩn này được biết như là IEEE 802.11a, cho phép mạng hoạt động ở tốc độ 6, 12,

Trang 13

24Mbps và định nghĩa 9, 18, 36, 54Mbps như nhưng tuỳ chọn của hệ thống thứ 4

này

Hiện nay, chuẩn IEEE 802.11do nhóm G đề ra thậm trí còn cao hơn tốc độ

hiện thời cho các mạng theo chuẩn 11b Những mạng này sẽ cung cấp một dụng

lượng tối đa với tốc độ 20Mbps Cuối cùng việc thiết lập chuẩn chính của uỷ ban

IEEE 802.11 kéo theo sự phát triển của MAC với 11e đạt chuẩn chất lượng của dịch

vụ và 11i cho tính bảo mật, cùng với sự nâng cao về tốc độ của chuẩn hiện tại 11G

2.2.1 Kiến trúc chung IEEE 802.11

IEEE 802.11 là một chuẩn hình thành bởi một lớp vật lý và một lớp địa chỉ

MAC Qua lớp này, chuẩn được giao tiếp với chuẩn dữ liệu lớp LLC IEEE 802.2

Cấu trúc giao thức được miêu tả trong hình 4.1 nơi lớp vật lý thực hiện một trong ba

PHSS PHY

IR PHY

Hình 2.1: Lớp giao thức

Hệ thống được cấu thành từ các thành phần:

• Trạm (STA): là nơi truyền thông, thông thường là trạm lưu động

• Điểm truy cập (AP): là điểm trung tâm đặc biệt của trạm mà thông thường

nó được thực hiện ở một kênh cố định và là một vị trí cố định Điểm này có

thể được nhìn thấy nhờ sự phối hợp bên trong của nhóm STAs

Trang 14

• Cổng kết nối (PO): là một điểm truy cập đặc biệt, giúp liên kết chuẩn IEEE

802.11 WLANs và chuẩn 802.x của mạng LANs Vì vậy nó đưa ra sự hợp

nhất logic giữa hai kiểu kiến trúc mạng trên

Tất cả các yếu tố này giúp thực hiện nên cấu trúc giao thức ở hình 4.1 nhưng

chúng lai thực hiện các chức năng khác nhau

2.2.1.1 Cấu trúc hệ thống

Với một cấu hình trạm và một điểm truy cập ta có thể tạo ra một tập dịch vụ

cơ bản (BSS), nó bao gồm các khối chính của chuẩn IEEE 802.11 WLAN

Một BBS đơn giản nhất bao gồm hai trạm giao tiếp trực tiếp với nhau Phương

thức này thường được tham chiếu tới một mạng đặc biệt bởi vì IEEE 802.11 WLAN

tiêu biểu này được tạo ra khi cần cho những mục đích đặc biệt (như sự chuyển dữ

liệu từ máy tính cá nhân này sang máy tính cá nhân khác Kiểu IEEE 802.11

WLAN cơ bản này được gọi là BSS độc lập (IBSS)

Thành phần thứ hai trong cơ sở hạ tầng của BSS bao gồm một AP (là một

STA đặc biệt) đóng vai trò phối hợp của BSS

Thay vì tồn tại độc lập, các BSS có thể được kết nối với nhau thông qua mạng

cơ sở, mạng đó được gọi là hệ phân phối (DS) Toàn bộ WLAN (bao gồm nhiều

BSS và một DS) truyền thông với nhau nhờ IEEE 802.11, giống như một mạng

không dây đơn được gọi là ESS (thiết lập dịch vụ mở rộng, như được chỉ ra trong

hình 4.2

Việc kết hợp giữa một STA và một BSS riêng biệt sẽ được thiết lập thành hệ

thống tự động

2.2.1.2 Đặc tính cơ bản của hệ thống

Một số đặc tính cơ bản của IEEE 802.11 được đưa ra trong bảng 2.1

Đó là một trong nhưng tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá về IEEE 802.11 mà

không cần đến DS (ví dụ: nó không chỉ rõ DS cần phải thuộc lớp liên kết dữ liệu

hay lớp mạng) Thay vào đó IEEE 802.11 xác định một tập các dịch vụ liên quan

đến các thành phần khác nhau của kiến trúc mạng Các dịch vụ này này được phân

chia thành các phần trong STA, gọi chung là dịch vụ trạm (SS) và tới DS được gọi

là dịch vụ phần bổ hệ thống (DSS) Cả hai loại dịch vụ được sử dụng bởi lớp con

MAC IEEE 802.11

Trang 15

Các SS được cung cấp bởi tất cả các trạm bao gồm AP, các chuẩn tuân theo

IEEE 802.11, trong khi các DSS được cung cấp bởi DS

Trang 16

Những dịch vụ này liên quan trực tiếp tới mô hình tham khảo IEEE 802.11,

được chỉ ra trong hình 2.3 Khi lớp con MAC được giới thiệu, thì việc sử dụng

những dịch vụ này sẽ được mô tả rõ hơn

Cuối cùng mô hình tham khảo IEEE 802.11 cho thấy rằng cả lớp MAC và lớp

vật lý đều chứa hai thực thể quản lý: thực thể quản lí lớp con MAC (MLME) và

thực thể quản lý lớp PHY (PLME) Những thực thể này cung cấp các giao diện

quản lý dịch vụ, và kéo theo chức năng quản lý lớp

2.2.1.3 Lớp vật lý

Như đã mô tả trong hình 2.3, lớp PHY được chia thành hai lớp con Lớp đầu

tiên là lớp con phụ thuộc vào môi trường vật lý (PMD), với các sóng mang được

điều chế và mã hoá Lớp thứ hai là lớp giao thức hội tụ lớp vật lý (PLCP), với chức

năng đặc biệt, hỗ trợ PHY SAP thông thường và cung cấp kênh báo hiệu rỗi

MAC_SAP Lớp con MAC PHY_SAP

Thực thể quản lý lớp con MAC MLME_PLME_SAP

Lớp con PLCP PMD_SAP

Lớp con PMD

Thực thể quản lý Lớp con PHY

MLME_SAP

Thực thể quản lý trạm

PLME_SAP

Hình 2.3 lớp giao thức

Mô hình này được thiết kế với mục tiêu thực hiện, với cùng một lớp MAC,

một PHY lựa chọn giữa FH, DH hoặc IR (được miêu tả trong bảng 2.2)

Trang 17

Một sự mô tả chi tiết hơn của những khía cạnh liên quan tới lớp vật lý, người

đọc có thể xem phần [ 5,6 ]

2.2.1.4 Lớp MAC

Lớp địa chỉ MAC chịu trách nhiệm cung cấp cho các dịch vụ sau:

• Dịch vụ dữ liệu không đồng bộ, cung cấp cho các thực thể chuẩn IEEE

802.2 với khả năng trao đổi các MSDU;

• Các dịch vụ bảo mật, với chuẩn IEEE 802.11cung cấp bởi dịch vụ chứng

thực và cơ chế wired-equivalent privacy(WEP);

• Sắp xếp MSDU, cho tập hợp các MSDU nhận được tại giao diện dịch vụ

MAC của một trạm bất kỳ, là sự thay đổi thứ tự phân phối của các MSDU

quảng bá và truyền thông đa điểm, liên quan tới các MSDU trực tiếp, phát

sinh từ địa chỉ trạm nguồn

Bảng 2.2 PHY đặc biệt

Khuôn dạng khung MAC được chỉ ra ở hình 4.4 và bao gồm các thành phần

sau:

• Tiêu đề MAC, bao gồm thông tin điều khiển khung, khoảng thời gian, địa chỉ

và thông tin điều khiển nối tiếp;

• Phần thân khung có kích thước biến đổi chứa đựng thông tin đặc trưng về

kiểu khung;

• Chuỗi khiểm tra khung (FCS) chứa một CRC 32bit của IEEE

Trang 18

• Việc nhận biết 4 trường địa chỉ trong khuôn dạng khung MAC rất quan

trọng Những trường này được sử dụng để xác định BSS (BSS-ID), địa chỉ

nguồn, địa chỉ đích, địa chỉ nơi nhận, địa chỉ nơi thu

2.2.1.5 Cấu trúc MAC

Cấu trúc MAC (hình 4.5) cung cấp chức năng kết hợp điểm (PCF) thông qua

các chức năng kết hợp phân bố (DCF) Phương pháp truy cập cơ bản của MAC

theo chuần IEEE 802.11 là một DCF sử dụng đa truy nhập có cảm nhận đường

truyền với khả năng tránh lỗi (CMSA/CA) DCF được thực hiện trong tất cả các

STA, sử dụng cho cả IBSS và cơ sở hạ tầng của cấu hình mạng IEEE 802.11

MAC có thể hợp nhất một một phương pháp truy cập gọi là PCF, chỉ được sử

dụng trong cơ sở hạ tầng của cấu hình mạng PCF cho biết sự mở rộng của hàm

MAC và cung cấp trễ đường truyền thấp hơn để hỗ trợ các dịch vụ giới hạn về

thời gian

Hình 2.4 Định dạng khung MAC

Hình 2.5 Cấu trúc MAC

Trang 19

Phương pháp truy cập căn bản: DCF

Giao thức truy cập đường truyền cơ bản (DCF) cho phép chia sẻ tài nguyên

giữa các STA thông qua việc sử dụng CSMA/CA Trong giao thức này, trước khi

truyền, STA sẽ biết được trạng thái đường truyền Nếu như đường truyền rỗi trong

khoảng thời gian xác định, gọi là không gian phân bố liên khung (DIFS), STA

thực hiện sự phân bổ dữ liệu của nó Nói cách khác nếu đường truyền bận vì STA

khác đang phát, thì nó sẽ dừng quá trinh truyền và sau đó thực hiện giải thuật

backoff trong của sổ tranh chấp (CW) Việc thực hiện này của giao thức

CSMA/CA được phác thảo trong hình 2.6

Hình 2.6 Giao thức CSMA

Cơ chế backoff sử dụng trong DCF là riêng biệt và thời gian của một DIFS

được chia thành các khe thời gian, khoảng thời gian phụ thuộc vào môi trường vật

lý được sử dụng (cố định theo một phương pháp mà trạm có thể phát hiện ra sự

truyền tin của trạm khác) Thuật toán backoff dựa theo sự chuyển đổi số mũ nhị

phân: với mỗi quá trình truyền, giá trị của khoảng thời gian giữa hai lần truyền tin

được tạo ra là ngẫu nhiên, biến đổi trong khoảng (0,CW) Giá trị CW phụ thuộc

vào số lần gói tin được truyền đi, sự truyền tin đầu tiên nó sẽ tạo ra giá trị CWmin

(cửa sổ tranh chấp tối thiểu) và được liên tiếp tăng lên tới giá trị cực đại CWmax,

như trong hình 2.7 Trong ví dụ này CWmin là 7 và CWmax là 63 Giá trị của hai

tham số này phụ thuộc vào lớp vật lý đã được định nghĩa trong chuẩn

Trang 20

Hình 2.7 ví dụ về sự tăng theo luật số mũ của CW

Thuật toán số mũ backoff được kích hoạt mỗi khi một trong các lí do sau

xuất hiện:

• Khi STA nhận thấy đường truyền bận;

• Sau mỗi quá trình truyền;

• Sau mỗi quá trình chuyển tiếp;

Khi nhận thành công một khung, giao thức MAC IEEE 802.11 yêu cầu nơi

nhận phát đi bản tin ACK để chứng thực (hình 2.8) Vì vậy một khung ACK sẽ

được truyền bởi bất cứ tram đích nào khi nó nhận thành công một khung truyền

đơn điểm (unicas), tuy nhiên trạm đích sẽ không gửi lại ACK nếu như nó nhận

được bản tin quảng bá từ nơi gửi

Trên thực tế cơ chế cảm nhận đường truyền ảo đạt được bởi việc phân phối

thông tin sắp sử dụng đường truyền Việc trao đổi các khung yêu cầu gửi (RTS)

và xoá yêu cầu gửi (CTS) trước khi truyền khung dữ liệu thực sự là một cách

thông tin chiếm dụng đường truyền Khung RTS và CTS chứa các thông tin về

trường địa chỉ ID, nó liên quan tới đường truyền dự trữ để truyền khung dữ liệu

thực sự và khung ACK gửi lại Tất cả các STA kể cả STA nguồn (phát bản tin

RTS) và STA đích (phát bản tin CTS) đều được biết sự chiếm dữ đường truyền

Trang 21

Cuối cùng, cơ chế cảm nhận đường truyền ảo được sử dụng trong véc tơ

định vị mạng (NAV) NAV duy trì một sự dự đoán trước đường truyền dựa trên

khoảng thời gian được xác nhận trong khung RTS/CTS trước khi truyền dữ liệu

thực sự Vì thế các STA nhận một khung hợp lệ sẽ cập nhật NAVcủa chúng với

các thông tin nhận được về trường ID Bằng cách này, STA sẽ lưu trữ các thông

tin về đường truyền và thông tin về lớp vật lý Cũng giống như thông tin được

chứa trong khung ACK và được sử dụng khi dữ liệu bị phân đoạn (hình 2.9)

Các khung RTS/CTS luôn ngắn hơn các khung khác là cơ chế để giảm bớt

tranh chấp Điều này sẽ chỉ đúng nếu dữ liệu dài hơn RTS/CTS Trong trường hợp

khác, nó có thể truyền dữ liệu mà không cần truyền RTS/CTS dưới sự điều khiển

một tham số gọi là ngưỡng RTS

Trong hình 2.9, short interframe space (SIFS) là một trong bốn khung rỗng

có thể (IMS), nó được mô tả như sau:

• SIFS là khoảng thời gian ngắn nhất, được mượn để phân chia sự truyền

thuộc về một giao tiếp đơn (RTS-CTS hoặc DATA-ACK) Giá trị này là

cố định và được tính theo cách mà trạm phát có thể chuyển sang chế độ

nhận và có khả năng giải mã các khung đầu vào

• PCF IFS (PIFS) được sử dụng bởi AP để gia tăng khả năng truy nhập tới

đường truyền trước tất cả các trạm khác Giá trị của nó được tính toán bởi

SIFS cộng với một khe thời gian

Trang 22

• IFS phân bố (DIFS) là thời gian sử dụng của một STA khi khởi động một

quá trình truyền mới Giá trị của nó được tính bởi PIFS cộng với một khe

thời gian

• IFS mở rộng (EIFS) là IFS dài nhất được sử dụng bởi một STA nhận một

khung có khoảng thời gian không được xác nhận Việc này sẽ ngăn chặn

sự đụng độ giữa các STA không nhận được thông tin RTS/CTS

Hình 2.9 quá trình hạn chế đường truyền

PCF tuỳ chọn

Tuỳ chọn PCF được thực hiện để cung cấp sự truyền dẫn khung không chanh

chấp do đó hỗ trợ các dịch vụ giới hạn thời gian như truyền dữ liệu và thoại không

đồng bộ Cơ chế này dựa trên point coordinator (PC) với quyền ưu tiên cao hơn các

STA khác Nếu muốn truyền, nó phải đợi một khoảng thời gian PIFS ngắn hơn

DIFS Các STA khác phải tuân theo những quy tắc truy nhập đường truyền của PCF

bởi việc thiết lập NAV của chúng tại thời điểm bắt đầu chu kỳ không chanh chấp

(CFP) Các tính chất hoạt động của PCF giống như tất cả STA khác là có khả năng

hoạt động đúng đắn trong một BSS cụ thể Và việc truy cập điểm tới BSS có khả

năng nhận tất cả các khung gửi dưới sự điều khiển của PCF Nó cũng là lựa chọn

cho một STA để có thể đáp ứng tuần tự chanh chấp (CF-poll) nhận được từ một PC

Một STA mà có thể đáp ứng các CF được tham chiếu đến các CF và có thể yêu cầu

sắp xếp bởi một PC tích cực CF-sắp xếp của các STA và một PC không sử dụng

RTS/CTS trong CPF Khi được sắp xếp bởi PC, một CP-pollable của STA chỉ có

thể truyền duy nhất một đơn vị dữ liệu giao thức MAC (MPDU) tới bất kỳ nơi nào (

Trang 23

không cứ chỉ trong PC) và có thể đi kềm với thông tin về khung đã nhận được từ

một PC đang sử dụng liên quan tới dữ liệu khung Hình 2.10 mô tả rõ quá trình này

Điều quan trọng cần chú ý ở đây là CFP là biến và kết thúc với một khung

CF-end truyền bởi AP

Hình 2.10 phương thức truy cập PCF

2.2.1.6 Khả năng kết hợp

Trước khi một STA được cho phép gửi một dữ liệu thông báo qua một AP,

nó sẽ liên hệ với AP đó Dịch vụ này cần thiết sau khi STA được bật lên và khi

vào vùng BSS

STA cần có thông tin đồng bộ hoá từ AP (hoặc từ các STA khác trong một

số trường hợp đặc biệt) liên quan đến dịch vụ kết hợp Để thu nhận thông tin đồng

bộ hoá này, STA sẽ kiểm tra tất cả các kênh bởi một hay nhiều cách sau (phu

thuộc vào giá trị của tham số của chế độ quét):

• Quét bị động, STA sẽ quét những tín hiệu báo hiệu để tập hợp thông tin

đồng bộ hoá và để hiểu thông tin báo hiệu đó đến từ một BSS hay từ một

IBSS

• Quét tích cực, STA sẽ truyền nhưng khung tham dò chứa thông tin tập

hợp các dịch vụ mong muốn (SS-ID) và đợi một thông tin trả lời từ các

BSS trong vùng của nó Sự đáp lại thông tin của khung thăm dò được gửi

từ AP của một BSS hay từ một STA mà tại đó phát đi thông tin báo hiệu

cuối cùng trong một IBSS

Trang 24

Nói chung các khung báo hiệu và khung thăm dò chứa đựng thông tin để kết

nối một mạng mới Sau đó STA chọn BSS (mà BSS đóthoả mãn yêu cầu về

SS-ID) và gửi bản tin yêu cầu kết hợp (nhờ việc đặt giá trị tương ứng trong trường

điều khiển của khung MAC) để lựa chọn BSS và đợi khung thông tin trả lời tương

ứng Nếu không có BSS nào thoả mãn những yêu cầu đó, STA phải khởi động

một IBSS với những tính chất của chính STA đó Hình 2.11 đưa ra một ví dụ về

quét tích cực của một ESS

Hai chức năng khác có thể được kéo theo đó là tập hợp và phân tách Sự hợp

nhất lại có thể được đưa ra nếu một STA muốn di chuyển từ AP này sang AP khác

hoặc nếu một STA muốn thay đổi những thuộc tính tập hợp trong khi nó đã hợp

nhất với cùng một AP như thế Dịch vụ phân tách được đưa ra khi một kết hợp bị

huỷ bỏ

Hình 2.11 Ví dụ về quá trình tập hợp thành một BSS

2.2.1.7 Chứng thực và bảo mật

IEEE 802.11 cung cấp khả năng điều khiển truy nhập mạng LAN thông qua

chức năng chứng thực Khả năng này được cung cấp bởi một STA để nhận biết sự

truyền thông của nó tới các STA khác trong một BSS hay IBSS

Có hai phương thức chứng thực:

Chứng thực hệ thống mở: là kỹ thuật mặc định Một khung truyền bởi STA

sẽ cần đến dịch vụ chứng thực, và một khung mang thông tin trả lời sẽ được

Trang 25

truyền từ một STA có liên quan Đây chính là kết quả của quá trình chứng thực

Nếu quá trình thành công thì các STA đã giao tiếp với nhau sẽ được xác nhận

Chứng nhận chia sẻ mã dùng chung Đây là kỹ thuật an toàn nhất Nó bao

gồm một tập hợp các quá trình thực hiện sử dụng chung một chìa khoá bí mật

thông qua một kênh an toàn khác với các quá trình đã được sử dụng bởi IEEE

802.11

Chia sẻ mã xác nhận là yêu cầu sử dụng của cơ chế WEP STA sử dụng giải

thuật WEP để tạo ra sự trao đổi thông tin một cách bảo mật Nó mượn một từ mã

bí mật 40 bít và chỉ mã hoá dung lượng tối đa của khung dữ liệu WEP sử dụng

giải thuật phân chia (RC4) từ an toàn dữ liệu RSA

2.2.1.8 Phân đoạn

Quá trình phân chia của một MSDU thành các khung thông tin MAC nhỏ

hơn, MPDUs được gọi là phân mảnh Quá trình phân đoạn tạo ra các MPDU

ngắn hơn chiều dài thực của MDSU để tăng thêm sự tin cậy và như vậy sẽ làm

giảm sự chuyển tiếp thông tin như đã nêu ra ở trên trong trường hợp giới hạn kênh

tiếp nhận có khả năng dài hơn khung thông tin

Các MPDU là kết quả từ việc phân chia của một MSDU được gửi đi một

cách độc lập, mỗi một MPDU sẽ được nhận biết (hình 2.12) STA phát không

được phép truyền các khung thông tin mới tới khi một trong các điều kiện sau đây

xảy ra:

• Nó nhận được một ACK

• Nó quyết định rằng khung thông tin đã truyền được truyền lại quá nhiều lần

và sau đó nó loại bỏ toàn bộ khung

2.2.1.9 Cơ chế đồng bộ

Để đảm bảo đồng bộ giữa các STA khác nhau trong cùng một BSS, một AP

sẽ truyền một bản tin báo hiệu nơi mà thời gian nhận định là thời gian thực Việc

này ngăn chặn sự mất đồng bộ của các STA Bản tin báo hiệu chỉ bị trễ nếu một

trạm đang truyền dữ liệu

Trang 26

STA có thể thay đổi nơi nó kết nối là các BSS bằng cách sử dụng quá trình

quét tích cực hay thụ động và chức năng hợp nhất Trên thực tế một STA được kết

nối đến một BSS, nếu nó thấy chất lượng kết nối kém thì nó sẽ kiểm tra môi

trường truyền dẫn để tìm ra một kết nối tin cậy hơn Nếu như việc tìm kiếm thành

công nó có thể quyết định kết nối kéo theo yêu cầu tập gộp thành một AP mới

Nếu bản tin trả lời là thành công, STA sẽ kèm theo một AP mới với dạng DS

Thông thường AP cũ được thông báo nhờ DS Hay nói một cách khác nếu bản tin

trả lời thất bại, STA sẽ cố gắng tìm kiếm một BSS mới

Hình 2.12 Quá trình truyền với sự phân tách khung thông tin

2.2.1.11 Khả năng lưu trữ

Trong một cơ sở hạ tầng mạng, AP là trung tâm của hệ thống quản lý Nếu

một STA muốn ngừng chuyển mạch vô tuyến vào một thời điểm nào đó, nó sẽ

cảnh báo AP thông qua trường điều khiển trong khung Trong trường hợp này, AP

sẽ lưu trữ tạm thời các khung vào các STA trong chế độ tiết kiệm năng lượng (PS)

và sau đó, trong suốt quá trình truyền của bản tin báo hiệu, AP sẽ truyền một bản

đồ chỉ thi tuyến truyền (TIM) chứa thông tin định vị về các STA có bộ đệm

khung

Vì vậy, STA sẽ nghe ngóng bản tin báo hiệu sau khi chúng được gửi đi Nếu

như có một vài khung có bộ đệm, chúng sẽ yêu cầu một gói tin từ AP với một

khung có mức độ ưu tiên (PS-poll) và kiểm tra sự sắp xếp về quá trình nhận dữ

liệu Nếu không có những khung có bộ đệm, các STA sẽ trở lại trạng thái không

hoạt động Đây là trường hợp truyền đơn điểm

Trang 27

Trong trường hợp khác, trong việc truyền thông tin đa điểm/ quảng bá, một

TIM đặc biệt gọi là TIM phân phối (DTIM) gồm nhiều TIM sau khi AP truyền đi

những gói quảng bá Cơ chế PS được chỉ rõ trong hình 2.13

Trong chế độ ad hoc, mỗi STA có thể truyền một khung báo hiệu Sau mỗi

khoảng thời gian giữa hai bản tin, mỗi STA sẽ canh tranh để truyền những bản tin

báo hiệu với thuật toán backoff Chỉ có một STA được truyền và các STA khác sẽ

huỷ bỏ bản tin báo hiệu của chúng và tự điều chỉnh thời gian so với thời gian chứa

trong bản tin báo hiệu được truyền

Cơ chế PS giống như đã mô tả ở phần trướcviệc mô tả sớm hơn, nhưng trong

trường hợp nàymột TIM đặc biệt được sử dụng, goi là TIM ad hoc (ATIM)

ATIM được truyền trong cửa sổ ATIM, trong tất cả các trạm bao gồm cả quá trình

thực hiện trong PS Các ATIM là những khung truyền đơn điểm được báo nhận

bởi trạm thu Sau quá trình này trạm nhận phải được đưa vào trạng thái kích hoạt

và được thông báo trên toàn mạng Cơ chế được mô tả trong hình 4.14

Hình 2.13 Cơ chế PS trong một cơ sơ hạ tầng BSS

Hình 2.14 Cơ chế PS trong một mạng Ad hoc

Trang 28

Cả trong chuẩn IEEE 802.11 và những chuẩn mở rộng của nó( IEEE 802.11a

và IEEE 802.11b), ở đó cung cấp các khả năng truyền dữ liệu tại các tốc độ bít

khác nhau Để hỗ trợ cho tuỳ chọn này, một tập hợp những tốc độ cơ bản và các

tiến trình thao tác đã được định nghĩa Tất cả các khung điều khiển đều tồn tại ở

các tốc độ cơ bản nhất định trong khi đó dữ liệu được trao đổi giữa các STA ở

những tốc độ cao hơn khi chúng được hỗ trợ bởi các quá trình này

2.3 HIPERLAN-2

2.3.1 Giới thiệu

Phần này đưa ra một cách tổng quan của chuẩn ETSI BRAN HIPERLAN,

đặc biệt là phần 2[9] Sự mô tả ngắn gọn của mô hình kiến trúc và giao thức của

hệ thống được cung cấp, sau đó tập trung tìm hiểu sâu về lớp MAC và lớp điều

khiển kết nối dữ liệu DLC

2.3.2 Cấu trúc chung của HIPERLAN

Nhóm BRAN chủ yếu có 4 tiêu chuẩn khác nhau Một cách tóm tắt, chúng ta

cho rằng ở đây chuẩn loại 1 của HIPERLAN cung cấp một mạng WLAN tốc độ

cao, và chuẩn loại 2 của HIPERLAN được ứng dụng để thiết lập truy cập nhanh

tới mạng cơ sở IP, UMTS và ATM Hình 2.15 chỉ rõ điều này

Hình 2.15 Nhóm BRAN

Trang 29

Cấu trúc giao thức của HIPERLAN có một vài điểm khác nhau giữa loại 1

và loại 2 HIPERLAN loại 1 cung cấp một phương pháp truy cập gọi là sự nhượng

bộ- trong quá trình truy cập song song cùng mức ưu tiên (EY-NPMA) mà nó được

hình thành từ một CSMA/CA với 3 thủ tục: giải pháp quyền ưu tiên, loại bỏ và

khả năng thực thi

Chồng giao thức của ETSI BRAN HIPERLAN-2 bao gồm 2 lớp, mỗi lớp

trong số chúng phân chia thành các vùng sử dụng và lớp điều khiển sử dụng (hình

2.16) Phần sử dụng bao gồm các hàm liên quan đến sự truyền dữ liệu qua các kết

nối, trong khi chức năng điều khiển bao gồm các hàm liên quan tới quá trình điều

khiển, thiết lập, giải phóng và thay đổi kết nối

Hình 2.16 Kiểu giao thức sử dụng trong HIPERLAN-2

Ba lớp cơ bản của mạng HIPERLAN loại 2 là PHY, DLC và lớp quy tụ

(LC)- một phần của DLC

Lớp PHY cung cấp một chức năng truyền dữ liệu cơ bản bằng phương pháp

modem với băng thông dải gốc và một phần RF Khuôn dạng truyền trong lớp vật

lý với phần tiêu đề và phần dữ liệu Phương pháp điều chế được chọn cho lớp vật

lý là OFDM OFDM được chọn vì nó đáp ứng tốt trên phân kênh tốc độ cao

Trang 30

Lớp DCL gồm có điều khiển lỗi (EC), điều khiển kết nối vô tuyến (RCL) và

chức năng MAC Lớp DCL được phân chia thành dữ liệu và chức năng điều

khiển Phần chuyên chở dữ liệu người dùng điều khiển gói dữ liệu tới từ điểm truy

cập dịch vụ người dùng của các lớp cao hơn (U-SAP) Phần chuyên chở dữ liệu

người dùng cũng chứa EC -EC thực hiện một nghi thức yêu cầu lặp lại tự động

(ARQ) DLC là giao thức kết nối định hướng và mỗi kết nối DLC một EC riêng

biệt được tạo ra Việc này cho phép thưc hiện điều khiển lỗi cho các kết nối khác

nhau ( phụ thuộc vào lớp dịch vụ Phần điều khiển chứa chức năng RLC, chức

năng này cung cấp một dịch vụ chuyên chở tới điều khiển kết nối DLC (DCC),

điều khiển môi trường truyền dẫn sóng vô tuyến (RRC), và chức năng điều khiển

tập gộp (ACF)

Cuối cùng CL cũng được phân chia vào trong phần dữ liệu truyền và phần

điều khiển Phần dữ liệu truyền cung cấp sự thích nghi của dữ liệu người dùng và

khuôn dang lớp (DLC-SDU) Nếu giao thức mạng lớp trên cao hơn giao thức

mạng lớp ATM thì nó cũng sẽ chứa chức năng phân chia từng đoạn và kết hợp

(SAR) giúp chuyển đổi các gói tin lớp cao hơn (SDUs) với độ dài biến đổi thành

các gói có độ dài cố định được sử dụng trong DLC Chức năng SAR là một phần

quan trọng của CL vì nó có thể tạo ra sự tương thích và khả năng thực hiện giữa

DLC và lớp PHY mà không phụ thuộc vào sự cố định của mạng HIPERLAN-2

Phần điều khiển của CL có thể sử dụng để điều khiển các chức năng trong DLC (

ví dụ như khi thay đổi các tham số CL tại thời gian hợp nhất)

2.3.3 Cấu trúc hệ thống HIPERLAN-2

Hệ thống cấu trúc theo kiểu tập trung (CM) mặc dù kết nối giữa hai hoặc

nhiều tổng đài lưu động như hình 2.17 Trên thực tế, kiểu kết nối trực tiếp (DM)

có thể được thiết lập giữa hai hay nhiều tổng đài lưu động giúp chúng có khả năng

trao đổi thông tin trực tiếp

Hai thành phần chính trong hệ thống tập trung này đó là:

• Thiết bị đầu cuối di động (MT): có khả năng kết nối tới các thiết bị khác

nếu cần, và tới những tài nguyên ngoài mạng

Trang 31

• AP: có thể kết hợp với các MT khác trong vùng của nó và điều khiển một

hay nhiều sector Mô hình giao thức của nó khác với giao thức của các MT

với MAC và RLC khác nhau

2.3.4 Đặc tính cơ bản của hệ thống

Một số đặc tính cơ bản của hệ thống HIPERLAN-2 được mô tả trong bảng

2.3 Sự hợp nhất của HIPERLAN thành một trong những mạng cố định nhờ có

mặt của CL, nó được cấu tạo từ phần chung (CP) CP giúp phân chia thành từng

đoạn và hợp nhất theo từng lớp mạng, và dịch vụ (SSCS)

Trong phần này mô hình tham khảo giao thức HIPERLAN được khảo sát chi

tiết hơn

Hình2.17 Cấu trúc tập trung mạng HIPERLAN-2

Bảng2.3 Tính năng cơ bản của HIPERLAN-2

Trang 32

Khuôn dạng khung truyền cơ bản trên lớp vật lý là một burst bao gồm phần

tiêu đề và phần dữ liệu (nơi mà DLC-SDU được truyền đi) Như đã nhắc đến, lớp

vật lý của HIPERLAN được điều chế OFDM và những đặc điểm chính của nó

được tổng kết trong bảng 2.4

Bảng2.4 Thông số lớp PHY

2.3.6 Lớp DCL

Lớp DCL là sự liên kết lơgic giữa một AP và các MT hợp nhất của nó Lớp

DCL thực hiện dịch vụ liên quan đến các nhân tố như đặc tính của mỗi kết nối

(QoS), chất lượng kênh truyền, số lượng thiết bị đầu cuối và việc chia sẻ tài

nguyên với mạng truy cập khác trong cùng một vùng DCL hoạt động trong một

kết nối cơ bản, và cung cấp những tính năng của nó để duy trì QoS trong kênh ảo

cơ bản Điều này phụ thuộc vào kiểu dịch vụ được yêu cầu, chất lượng kênh, dung

lượng và cách sử dụng Lớp DLC có thể bổ xung các trạng thái khác nha như: sửa

lỗi phía trước (FEC), ARQ, điều khiển luồng để tối ưu hoá dịch vụ cung cấp và

bảo trì QoS

Hai khái niệm chính của lớp DCL đó là kênh logic và kênh vận chuyển

Một kênh logic là giới hạn chung cho bất kỳ luồng dữ liệu nào Một tập hợp

những kiểu kênh lôgic được định nghĩa cho nhiều loại dữ liệu theo yêu cầu bởi

lớp DCL Mỗi kiểu kênh logic được định nghĩa bởi kiểu thông tin mà nó vận

chuyển và ý nghĩa của các giá trị trong bản tin tương ứng Kênh logic có thể được

Trang 33

nhìn nhận như những kết nối logic giữa những thực thể logic, và vì vậy những

kênh logic được sử dụng khi có nội dung của bản tin thông báo tham chiếu tới

Tên của kênh logic bao gồm 4 kí tự Lớp DCL của HIPERLAN-2 định nghĩa các

kệnh logic sau:

điều khiển quảng bá liên quan tới toàn bộ các tế bào vô tuyến

trúc khung MAC Cấu trúc này được đưa ra bởi resuorce grant messages (RGs)

nó đưa ra thông tin về các MT ( mà các MT này đã sử dụng RCH trong khung

MAC trước đó) và kết quả truy cập của chúng Nó được truyền một lần trên một

khung MAC trong một sector

thông tin điều khiển quảng bá liên quan tới toàn bộ tế bào radio Thông tin được

truyền bởi RBCH được phân loại như sau:

• Bản tin RLC quảng bá;

• Gán MAC-ID cho một không kết hợp;

• Thông tin ID lớp hội tụ;

• Mã hoá

RBCH chỉ được truyền khi thật sự cần thiết

trình kết nối lên trên trực tiếp Một DCCH được thiết lập tuyệt đối trong thời gian

hợp nhất của một MT

truyền dữ liệu quảng bá từ CL UBCH được truyền trong quá trình phát lặp hay

không xác định kiểu và có thể kết hợphoặc phân tách thành các LCCH

truyền dữ liệu người dùng theo phương pháp điểm-đa điểm UMCH được truyền

trong chế độ không báo nhận

Trang 34

nó được sử dụng để trao đổi dữ liệu giữa các AP và các MT trong CM hoặc giữa

các MT trong DM UDCH có thể kết hợp hoặc không kết hợp thành các LCCH

nó được dùng để thay đổi thông tin phản hồi ARQ và loại bỏ bản tin cả trong CM

và DM LCCH cũng được sử dụng để truyền những thông báo yêu cầu tài nguyên

(RRs) theo tuyến lên (chỉ trong CM) và những thông báo loại bỏ cho một UBCH

sử dụng kiểu phát lặp Các LCCH có hoặc không thể kết hợp với các

UDCH/UBCH

hợp này các MT không thể hợp nhất thành một AP sẽ truyền một thông tin hợp

nhất mới và yêu cầu một handover

Những kênh logic được hình thành trong các kênh vận chuyển khác nhau

Những kênh chuyên trở này đưa ra các yếu tố cơ bản cho việc xây dựng các đơn

vị dữ liệu giao thức (PDU) và mô tả khuông dạng của các bản tin (độ dài, các

tham số mô tả tương ứng) Tuy nhiên nội dung của bản tin thông báo và các tham

số của nó tuỳ thuộc vào các kênh logic Các kênh vận chuyển được đặt tên và

đươc viết tắt với ba kí tự Sau đây là các kênh chuyên trở được định nghĩa trong

lớp DCL:

1 Kênh quảng bá (BCH): dành cho tuyến xuống, nó chứa 15 byte thông tin về tế bào radio như một sự nhận diện của AP và mức ưu tiên

truyền hiện thời của nó

2 Kênh khung (FCH): dành cho tuyến xuống, độ dài của kênh là

bội số của 27 octet Nó chứa sự mô tả cách tài nguyên được cấp phát và có

thể cũng chứa thông tin về phần khung rỗng

3 Kênh phản hồi truy nhập (ACH): dành cho tuyến xuống, chiều

dài của nó là 9 octet Nó chứa thông tin về yêu cầu truy nhập của các RCH

trước đó

4 Kênh vận chuyển dài (LCH): là kênh kết nối hai chiều, chiều

dài của nó là 54 octet Nó được dùng để truyền DLC user PDUs ( U-PDUs

của 54 byte với 48 byte trong tải)

Trang 35

5 Kênh vận chuyển ngắn (SCH): kết nối hai chiều, chiều dài của kênh là 9 octet Nó được sử dụng để thay đổi DCL điều khiển các PDU (9

byte C-PDU)

6 Kênh ngẫu nhiên (RCH): dành cho tuyến xuống, độ dài 9 octet

Nó được sử dụng để gửi các thông tin điều khiển khi không có SCH nào

được cấp Nó mang dữ liệu RRs cũng như ASCH và DCCH

Hình 2.18-2.20 cho thấy bản đồ sự chuyển đổi của những kênh logic thành

những kênh vận chuyển trong kiểu tập trung và kiểu trực tiếp

Hình 2.18 Ánh xạ giữa kênh logic và kênh vận chuyển trong tuyến xuống

Hình 2.19 Ánh xạ giữa kênh logic và kênh vận chuyển trong tuyến lên

Hình 2.20 Ánh xạ giữa kênh logic và kênh vận chuyển trong kết nối trực

tiếp

Trang 36

Giao thức MAC dựa trên cơ sở TDMA/TDD và các khung cho biết một chu

kỳ lặp lại của 2ms Các AP điều khiển phân phối tài nguyên và hầu như xác định

rõ nếu hai MT có thể trao đổi thông tin trực tiếp Một AP cần biết trạng thái bộ

đệm của mình và các bộ đệm khác bên trong các MT và việc phân phối tài nguyên

mà RG đã vận chuyển Các MT có thể yêu cầu tài nguyên, (thuật ngữ là dung

lượng truyền), và sử dụng RRs (nơi có sự nhận định về trạng thái những bộ đệm

AP) Việc chọn lựa này các MT có thể yêu cầu dung lượng cố định trên nhiều

khung

2.3.6.2 Thao tác MAC

Giao thức MAC kéo theo những yếu tố sau:

• Một bộ lập lịch, tập trung bên trong AP giúp xác định sự hợp thành của khung MAC Nó tuân theo các quy tắc của mỗi kênh chuyên

chở mà nó quản lý Để xắp xếp hình thành khung, nó sử dụng các thông

tin có trong RRs( mà các RR này được truyền bởi MT) và trạng thái của

bộ đệm truyền dẫn tuyến xuống

• Một tiến trình trong Aps và trong MTs( nhận và truyền PDUs theo khung MAC) được định nghĩa bởi AP

• Một tiến trình chuyển đổi những kênh logic thành những kênh chuyên chở

• Những thực thể MAC trao đổi thông tin điều khiển giống như trong FCCH và yêu cầu tài nguyên hay sự phản hồi cho kênh chanh chấp

Giao thức MAC cung cấp sự nhận biết lỗi đặc biệt trong quá trình kết nối lên

trên với các RRs và việc loại bỏ các PDU Sự nhận biết này gồm các trường hai

bit Bít đầu tiên (được gọi là bit chứa lí do lỗi ) chứa tổng số lỗi bên trong các

BCH và FCH hay LCH Bit thứ hai (gọi là bit chất lượng kênh truyền) chứa chất

lượng toàn bộ kênh truyền

Trang 37

Một trong các quá trình thực hiện truyền thông tin từ các AP là việc tính toán

sự hợp thành khung; các kênh BCH, FCH và ACH cũng được chuẩn bị và được

truyền Chúng có khả năng truyền ( với tuyến xuống), nhận và sử lý các PDU tới

từ các MT chấp nhận kết nối hiện thời và sự hợp thành khung (với tuyến lên) Quá

trình này được thực hiện cả trong CM và DM (thực tế thì AP cũng có thể được

kéo theo trong quá trình kết nối trực tiếp) Cuối cùng các AP nhận và sử lý các

PDU được truyền bởi các MT trong RCH và các ACH đáp ứng

Thao tác MT MAC

Các MT nhận và sử lý BCH và FCH, và có khả năng ước lượng cấu khung

hiện thời Chúng cũng có khả năng truyền (trong quá trình truyền xuống dưới),

nhận, sử lý các PDU tới từ các MT chấp nhận kết nối hiện thời và sự hợp thành

khung (trong quá trình truyền lên trên) theo quy luật Quá trình này được thực

hiện trong cả CM và DM Cuối cùng chúng có thể truy nhập tới RCH, kết cấu

khung và ACH

2.3.6.3 Khung MAC

Cấu trúc khung MAC được chỉ trong hình 2.21 Hai hay nhiều hơn STA kết

nối trực tiếp ở bất kì đâu, dữ liệu của chúng phải được truyền trong pha kiên kết

trực tiếp (DIL) mà nó sẽ hình thành Chúng ta chú ý rằng khoảng thời gian của

BCH cố định trong khi những kênh khác thì thời gian sống được đáp ứng động

bởi sự phụ thuộc của AP vào tình trạng kênh truyền

Hình 2.21 cấu trúc khung MAC cơ bản

Trang 38

Mỗi MT có sự liên hệ với MAC-ID, đây là địa chỉ duy nhất cho một AP và

được gán tại thời điểm hợp nhất MAC-ID được mã hoá với 8 bit, giá trị 0 và

254-255 được dự trữ cho mục đích đặc biệt

Cũng giống như trong MT, mỗi kết nối cũng được định địa chỉ với một kết

nối DLC-ID, địa chỉ này được mã hoá 6 bit Trong kiểu tập trung, một DLCC-ID

và MAC-IDs của AP và MT xác định phương thức truyền thông của chúng Khi

đó trong kiểu trực tiếp DLCC-ID và MAC-IDs của MT thì xác định kết nối của

chúng Network identifer (NET-ID) xác định APs cùng thuộc một mạng của một

quá trình truyền tin nhất định

2.3.6.5 Truy cập tới RCH

Mỗi MT quản lý một của sổ tranh chấp CWa, là số lượng sự chuyển tiếp bởi

MT Quá trình truyền tin đầu tiên, a có giá trị bằng 0 CWa điều khiển sự truy cập

tới RCH và kích thước của nó được tính như sau:

1 Lần truyền đầu tiên: a=0, CWa =n

2 Quá trình truyền: a ≥1, CWa =256 nếu 2a ≥256; CWa = 2a nếu

n< 2a ≤256; CWa = n nếu n≥ 2a

CWa được tạo bởi giá trị max(2a, n) RCHs, và mỗi giá trị được tăng lên từ 1

đến CWa.Trong quá trình truyền của nó, mỗi MT chọn ngẫu nhiên số r trong

khoảng từ 1 tới CWa và bắt đầu đếm từ r RCHs MT chỉ có thể truy cập vào r th

RCH Cuối cùng nếu nó nhận được ACK với hồi tiếp dương, nó sẽ thiết lập lại từ

a tới 0

2.3.7 Các DCL khác

Hầu hết các dịch vụ DCL được thực hiện bởi RLC và những thực thể EC

Trong một số trường hợp đặc biệt, RLC thực hiện quyền điều khiển của lớp DCl

Nó bao gồm 3 nhân tố, mỗi nhân tố có chức năng hoạt động khác nhau Các thực

thể báo hiệu này là điều khiển kết nối DLC (DCC), RRC và ACF

Điều khiển kết nối DLC đang được đặc biệt hoá trong quá trình đưa ra báo

hiệu thích hợp cần thiết để thiết lập hoặc huỷ bỏ kết nối Chức năng thiết lập kết

Trang 39

nối bắt đầu khi có yêu cầu, các yêu cầu này được xuất phát từ MT là chủ yếu

Trong suốt quá trình này, các đặc tính kết nối được sử dụng Nếu AP chấp nhận

yêu cầu của MT, một bản tin xác nhận được gửi trở lại DCC cũng hỗ trợ chức

năng báo hiệu giải phóng và khả năng sửa đổi kết nối được thiết lập

ACF hỗ trợ tất cả các chức năng liên quan tới sự trao đổi thông tin về dung

lượng kết nối và sự kết hợp của MT với AP tương ứng Nếu MT tìm thấy AP thích

hợp nhất để liên kết (quyết định này dựa vào những phép đo tín hiệu của MT), nó

sẽ yêu cầu một MAC-ID từ AP đó Quá trình được tiếp tục với sự trao đổi thông

tin trong lớp PHY, lớp quy tụ, chức năng chứng thực và mã hoá Sự mã hoá bắt

đàu với một chìa khoá trao đổi để đảm bảo an toàn giữa các phần HIPERLAN-2

hỗ trợ cả hai tiêu chuẩn :mã hoá dữ liệu và giải thuật mã hoá 3-DES Các yếu tố

như: thủ tục chứng nhận,bản tin tóm lược (MD5), mã xác nhận hasbased

(HMAC), rivest, Shamir, thuật toán Adleman (RSA) cũng được hỗ trợ Sau khi sự

hợp nhất được hoàn thành, MT sẽ đòi hỏi một hoặc nhiều kết nối người dùng

DLC Việc phân tách có thể làm theo hai cách: explicitly hay implicitly Dạng của

nó là MT khởi đầu và xuất hiện khi MT không có yêu cầu giao tiếp từ hệ thống

mạng, đây là một tình trạng đặc biệt sảy ra sau một thời gian dài MT ngừng hoạt

động

Quá trình điều khiển tài nguyên sóng vô tuyến kéo theo bốn chức năng

chính: handover, lựa chọn tần số động (DFS), MT sống và nguồn nuôi quá trình

sử lý

Handover chính là MT khởi đầu, nó yêu cầu chất lượng những phép đo của

mối liên kết từ các MT khác để quyết định hoạt động của handover (quá trình

handover được mô tả chi tiết trong mục 4.3.8)

Lựa chọn tần số động là quá trình tự gán các tần số cho mỗi AP trong truyền

thông Những thủ tục này tính đến cả vấn đề nhiễu từ các AP và những phép đo

MT hợp nhất của chúng

MT sống cung cấp AP với khả năng cấu hình lại nếu bất kỳ một MT hợp

nhất nào không truyền phát được Một bộ đệm thời gian có thể được thiết lập để

giới hạn thời gian tạm nghỉ của các MT Nếu không có sự phản hồi nào từ MT tới

AP, một quá trình phân tách bắt đầu

Trang 40

Nguồn nuôi được sử dụng để xác nhận tín hiệu dành riêng cho quá trình điều

khiển năng lượng truyền và định nghĩa trạng thái nghỉ của MTs

Thực thể điều khiển lỗi của HIPERLAN-2 hỗ trợ ba chế độ hoạt động khác

nhau:

• Chế độ báo nhận

• Chế độ phát lặp

• Chế độ không báo nhận

Chế độ báo nhận cung cấp sự truyền đáng tin cậy sử dụng quá trình chuyển

truyền lại để khắc phục tuyến kết nối chất lượng kém Sự chuyển tiếp này dựa trên

sự báo nhận từ máy thu Giao thức ARQ được sử dụng ở đây là sự lặp lại có chọn

lọc (SR) và EC chấp nhận kích thước của cửa sổ truyền sẽ được sử dụng, việc này

tuỳ thuộc vào yêu cầu của mỗi kết nối Để hỗ trợ QoS cho ứng dụng giới hạn thời

gian (tiếng nói, hình ảnh thời gian thực), EC cũng có thể sử dụng một cơ chế loại

bỏ để loại bỏ LCHs đã quá thời gian sống Hình 2.22 minh hoạ dữ liệu và điều

khiển luồng trong chế độ báo nhận

Hình 4.22 Luồng điều khiển và dữ liệu trong kiểu xác nhận

Chế độ phát lặp cũng cung cấp một quá trình truyền đáng tin cậy bởi việc lặp

lại LCHs Trong chế độ này, nơi phát sẽ truyền liên tiếp các LCH mới và được

chấp nhận để tạo ra sự lặp lại trong mỗi LCH Nơi thu không cung cấp bản tin

phản hồi nào Kiểu phát lặp được sử dụng cho sự truyền của UBCH Hình 2.23

minh hoạ luồng dữ liệu và điều khiển luồng trong chế độ phát lặp

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	1,53 MB

Tiêu đề	Tìm hiểu về WLANs, WPANs và xu hướng phát triển thông tin di động 4G
Tác giả	Lưu Thị Thu Hiền
Người hướng dẫn	Th.S Nguyễn Phi Hùng
Trường học	Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
Thể loại	Khóa luận tốt nghiệp
Năm xuất bản	2005
Thành phố	Hà Nội

Tìm hiểu về WLANs, WPANs và xu hướng phát triển thông tin di động 4G

Tín hiệu và nhiễu trong băng tần ISM

Tớn hiệu và nhiễu trong băng tần ISM