Đề tài Các chuẩn mạng không dây

Lời Nói Đầu Wireless Lan là một trong những bước tiến lớn nhất của ngành máy tính. Năm ngoái, hàng chục triệu thiết bị Wi-Fi đã được tiêu thụ và dự báo năm nay sẽ có khoảng 100 triệu người sử dụng. Wireless Lan là một trong những công nghệ truyền thông không dây được áp dụng cho mạng cục bộ. Sự ra đời của nó khắc phục những hạn chế mà mạng nối dây không thể giải quyết được, và là giải pháp cho xu thế phát triển của công nghệ truyền thông hiện đại. Nói như vậy để thấy được những lợi ích to lớn mà Wireless Lan mang lại, tuy nhiên nó không phải là giải pháp thay thế toàn bộ cho các mạng Lan nối dây truyền thống. Những người ưa thích Wi-Fi tin rằng công nghệ này sẽ gạt ra lề hết những kỹ thuật kết nối không dây khác. Ví dụ, họ cho rằng các điểm truy cập hotspot sẽ cạnh tranh với các mạng điện thoại di động 3G vốn hứa hẹn khả năng truyền phát dữ liệu tốc độ cao. Tuy nhiên những suy luận như trên đã bị thổi phồng. Wi-Fi chỉ là một công nghệ sóng ngắn và sẽ không bao giờ có thể cung cấp được khả năng bao trùm rộng như mạng di động, nhất là khi các mạng này đang ngày một phát triển mạnh hơn về quy mô nhờ những dịch vụ chuyển vùng (roaming) và các thỏa thuận tính cước liên quốc gia. Tuy nhiên, chỉ trong một vài năm nữa, thế hệ mạng đầu tiên dựa trên công nghệ mới WiMAX, hay gọi theo tên kỹ thuật là 802.16, sẽ ra đời và trở nên phổ dụng. Như chính cái tên của mạng này cho thấy, WiMAX chính là phiên bản phủ sóng diện rộng của Wi-Fi với thông lượng tối đa có thể lên đến 70 Mb/giây và tầm xa lên tới 50 km, so với 50 m của Wi-Fi hiện nay. Ngoài ra, trong khi Wi-Fi chỉ cho phép truy cập ở những nơi cố định có thiết bị hotspot (giống như các hộp điện thoại công cộng) thì WiMAX có thể bao trùm cả một thành phố hoặc nhiều tỉnh thành giống như mạng điện thoại di động. Đề tài: Các Chuẩn Mạng Không Dây

doc40 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 05/07/2013 | Lượt xem: 1992 | Lượt tải: 8download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Các chuẩn mạng không dây, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
n mạng nối dây. Khả năng kết nối với cơ sở hạ tầng mạng nối dây Đa số các hệ thống mạng WLAN cung cấp kết nối chuẩn công nghiệp với các hệ thống nối dây, bao gồm Ethernet (IEEE 802.3) và Token Ring (IEEE 802.5). Khả năng kết nối trên nền chuẩn làm các phần không dây của mạng trong suốt hoàn toàn với phần còn lại của mạng. Các nút mạng WLAN lược hỗ trợ bởi các hệ điều hành mạng theo cách giống như các nút mạng LAN khác qua trình điều khiển. Một khi được cài đặt, các hệ điều hành mạng xem các nút mạng như mọi thành phần khác của mạng. Khả năng kết nối với cơ sở hạ tầng mạng không dây Có thể có vài kiểu kết nối giữa các mạng WLAN. Điều này phụ thuộc cả cách lựa chọn công nghệ lẫn cách thực hiện của nhà cung cấp thiết bị cụ thể. Các sản phẩm từ các nhà cung cấp khác nhau sử dụng cùng công nghệ và cùng cách thực hiện cho phép trao đổi giữa các card giao tiếp và các điểm truy cập. Mục đích của các chuẩn công nghiệp, như các đặc tả kỹ thuật IEEE 802.11, sẽ cho phép các sản phẩm tương hợp vận hành với nhau mà không có sự hợp tác rõ ràng giữa các nhà cung cấp. Nhiễu Đối với các WLAN hoạt động ở băng tần vô tuyến 2,4 GHz các lò vi sóng là một nguồn nhiễu quan trọng. Các lò vi sóng công suất lên tới 750W với 150 xung trên giây và có bán kính bức xạ hoạt động khoảng 10 m. Như vậy đối với tốc độ dữ liệu 2 Mbit/s độ dài gói lớn nhất phải nhỏ hơn 20.000 bit hoặc 2.500 octet. Bức xạ phát ra quét từ 2,4 GHz đến 2,45 GHz và giữ ổn định theo chu kỳ ngắn ở tần số 2,45 GHz. Cho dù các khối bị chắn thì phần lớn năng lượng vẫn gây nhiễu tới truyền dẫn WLAN. Các nguồn nhiễu khác trong băng tần 2,4 GHz gồm máy photocopy, các thiết bị chống trộm, các mô tơ thang máy và các thiết bị y tế. Tính đơn giản và dễ dàng trong sử dụng Người dùng cần rất ít thông tin mới để nhận được thuận lợi của mạng WLAN. Vì bản chất không dây của mạng WLAN là trong suốt đối với hệ điều hành mạng người dùng, nên các ứng dụng hoạt động giống như chúng hoạt động trên mạng LAN hữu tuyến. Các sản phẩm mạng WLAN hợp nhất sự đa dạng của các công cụ chẩn đoán để hướng vào các vấn đề liên quan đến các thành phần không dây của hệ thống; tuy nhiên, các sản phẩm được thiết kế để hầu hết các người dùng hiếm khi cần đến các công cụ này. Mạng WLAN đơn giản hóa nhiều vấn đề cài đặt và định cấu hình mà rất phiền toái đối với các nhà quản lý mạng. Chỉ khi các điểm truy cập của mạng WLAN yêu cầu nối cáp, các nhà quản lý mạng được giải phóng khỏi việc kéo cáp cho các người đầu cuối mạng WLAN. Không có nối cáp cũng làm di chuyển, bổ sung, và thay đổi các hoạt động bình thường trên mạng WLAN. Cuối cùng, bản chất di động của mạng WLAN cho phép các nhà quản lý mạng định cấu hình trước và sửa lỗi toàn bộ mạng trước khi lắp đặt chúng tại các vị trí từ xa. Một kho được định cấu hình, mạng WLAN được di chuyển từ chỗ này đến chỗ khác mà ít hoặc không có sự cải biến nào. Bảo mật Vì công nghệ không dây bắt nguồn từ các ứng dụng trong quân đội, nên từ lâu độ bảo mật đã là một tiêu chuẩn thiết kế cho các thiết bị vô tuyến. Các điều khoản bảo mật điển hình được xây dựng bên trong mạng WLAN, làm cho chúng trở nên bảo mật hơn so với hầu hết các mạng LAN hữu tuyến. Các máy thu không mong muốn (các người nghe trộm) khó có khả năng bắt được tin đang lưu thông trong mạng WLAN. Kỹ thuật mã hóa phức tạp làm cho các giả mạo tốt nhất để truy cập không phép đến lưu thông mạng là không thể. Nói chung, các nút riêng lẻ phải cho phép bảo mật trước khi chúng được phép để tham gia vào lưu thông mạng. Chi phí Một mạng WLAN thực hiện đầy đủ bao gồm cả chi phí cơ sở hạ tầng, cho các điểm truy cập không dây, lẫn chi phí người dùng, cho các card giao tiếp mạng WLAN. Các chi phí cơ sở hạ tầng phụ thuộc chủ yếu vào số lượng điểm truy cập được triển khai; khoảng chi phí của các điểm truy cập từ 800$ tới 2000$. Số lượng điểm truy cập phụ thuộc tiêu biểu vào vùng phủ sóng được yêu cầu và/hoặc số và kiểu người dùng được dịch vụ. Vùng phủ sóng tỉ lệ bình phương với phạm vi sản phẩm. Các card giao tiếp mạng WLAN được yêu cầu trên nền máy tính chuẩn, và khoảng chi phí từ 200$ tới 700$. Chi phí lắp ráp và bảo trì một mạng WLAN nói chung thấp hơn giá lắp ráp và bảo trì của một mạng LAN hữu tuyến truyền thống, vì hai lý do. Đầu tiên, một mạng WLAN loại trừ các chi phí trực tiếp của việc nối cáp và chi phí lao động liên quan đến lắp ráp và sửa chửa nó. Thứ hai, vì mạng WLAN đơn giản hóa việc di chuyển, bổ sung, và thay đổi, nên chúng giảm bớt các chi phí gián tiếp về thời gian nghỉ của người dùng và tổng phí hành chính. Tính linh hoạt Các mạng không dây được thiết kế để đơn giản vô cùng hoặc khá phức tạp. Các mạng không dây hỗ trợ số lượng nút mạng và/hoặc các vùng vật lý lớn lớn bằng cách thêm các điểm truy cập vào vùng phủ sóng được mở rộng hoặc tăng. Tuổi thọ nguồn pin cho các sản phẩm di động Các sản phẩm không dây của người dùng đầu cuối có khả năng được giải phóng hoàn toàn dây nhợ, và hoạt động quá nguồn pin trong máy tính notebook hoặc máy tính cầm tay chủ. Các nhà cung cấp mạng WLAN dùng các kỹ thuật thiết kế đặc biệt để làm tăng tuổi thọ pin và cách dùng nguồn năng lượng của máy tính chủ. An toàn Công suất ra của các hệ thống mạng WLAN rất thấp, ít hơn nhiều điện thoại tế bào cầm tay. Khi các sóng vô tuyến yếu dần nhanh chóng qua khoảng không thì có rất ít hướng để năng lượng RF cung cấp đến các vùng của hệ thống LAN không dây. Mạng WLAN phải thích hợp với sự quản lý nghiêm và các quy tắc công nghiệp để đảm bảo an toàn. Mạng WLAN không có hại cho sức khỏe cộng đồng. 2.2.Giới thiệu 1 số công nghệ kết nối trong mạng không dây: Việc kết nối mạng không dây có thể được thực hiện bằng việc sử dụng 1 số chuẩn kết nối sau : Công nghệ IrDA: Sự ra đời của Hiệp hội dữ liệu hồng ngoại (Infrared Data Association) và nhu cầu kết nối không dây khoảng cách ngắn và chi phí thấp đã và đang kích hoạt sự phát triển của các thiết bị thu phát sóng hồng ngoại. Với mục tiêu nội địa hóa và giảm giá thành sản phẩm bằng cách sử dụng công nghệ hiện đại PSoC, phòng công nghệ tự động hóa của viện Công nghệ thông tin đã nghiên cứu chế tạo được thiết bị thu pháp sử dụng công nghệ IrDA với độ tin cậy cao, gọn nhẹ và giá thành hạ. Thiết bị thu phát này có thể được sử dụng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, quốc phòng và đặc biệt là trong các ứng dụng dân dụng, trong các thiết bị điện tử. Chuẩn hồng ngoại IR từ lâu đã được dùng để phát triển các kết nối không dây với khoảng cách ngắn và chi phí thấp. Công nghệ này được sử dụng nhiều trong điều khiển từ xa của vô tuyến, điều hòa nhiệt độ, trong máy tính, máy tính cầm tay, máy in……. Trước năm 1993, công nghệ hồng ngoại phát triển không đồng bộ trong các công ty lớn vì thiếu chuẩn chính thức. Để trung hòa vấn đề này, Hiệp hội dữ liệu hồng ngoại (Infrared Data Association – IrDA) được thành lập. Ngày nay, chuẩn IrDA định nghĩa giao thức truyền thông tin cho rất nhiều các ứng dụng hồng ngoại. Công nghệ Bluetooth: Bluetooth là công nghệ mạng không dây cho phép các thiết bị điện, diện tử giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM ( Industrial, Scientific, Medical) trong dãy tần 2.40 – 2.48 GHz. Đây là dãy tầng không cần đăng ký được dành riêng để dùng cho các thiết bị không dây trong công nghiệp, khoa học, y tế Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cable giữa máy tính và các thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại với nhau một cách thuận lợi với giá thành khá rẻ . Khi được kích hoạt, Bluetooth có thể tự động định vị các thiết bị khác có chung công nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng. Nó được định hướng sử dụng cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói. Công nghệ Wi-fi: Wi-Fi viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11 là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio. Hệ thống này đã hoạt động ở một số sân bay, quán café, thư viện hoặc khách sạn. Hệ thống cho phép truy cập Internet tại những khu vực có sóng của hệ thống này, hoàn toàn không cần đến cáp nối. Ngoài các điểm kết nối công cộng (hotspots), WiFi có thể được thiết lập ngay tại nhà riêng Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ thuật khác nhau, và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng; 3 chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g... Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vô tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác. Nó có thể chuyển và nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và ngược lại. Công nghệ Wimax: WiMAX (viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access) là tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho việc kết nối Internet băng thông rộng không dây ở khoảng cách lớn. WiMAX là công nghệ dựa trên chuẩn 802.16 cho phép cung cấp các dịch vụ truy nhập không dây mọi lúc mọi nơi. Các sản phẩm của WiMAX có thể sử dụng trong các loại hình cố định hoặc di động. WiMAX là kỹ thuật viễn thông cung cấp việc truyền dẫn không dây ở khoảng cách lớn bằng nhiều cách khác nhau, từ kiểu kết nối điểm - điểm cho tới kiểu truy nhập tế bào. Dựa trên các tiêu chuẩn IEEE 802.16, còn được gọi là WirelessMAN. WiMAX cho phép người dùng có thể duyệt Internet trên máy laptop mà không cần kết nối vật lý bằng cổng Ethernet tới router hoặc switch. Tên WiMAX do WiMAX Forum tạo ra, bắt đầu từ tháng 6 năm 2001 đề xướng việc xây dựng một tiêu chuẩn cho phép kết nối giữa các hệ thống khác nhau. Diễn đàn này cũng miêu tả WiMAX là "tiêu chuẩn dựa trên kỹ thuật cho phép chuyền dữ liệu không dây băng thông rộng giống như với cáp và DSL." Khoá họp Hội đồng thông tin vô tuyến 2007 (RA-07) của Liên minh viễn thông thế giới (ITU), được tổ chức tại Gennève, Thụy Sĩ từ ngày 15-19/10/2007, đã thông qua việc bổ sung giao diện vô tuyến OFDMA TDD WMAN (WiMAX di động) vào họ giao diện vô tuyến IMT-2000 (thường vẫn được biết dưới tên 3G). Tất cả các trạm phát và các thuê bao sử dụng công nghệ WiMAX phải trải qua quá trình kiểm tra gắt gao để được cấp chứng nhận của WiMAX Forum. Hệ thống chứng chỉ WiMAX Forum có thể kỳ vọng vào việc cung cấp dung lượng của WiMAX lên tới 40Mpbs trên một kênh. Nó đủ băng thông để hỗ trợ đồng thời hàng trăm doanh nghiệp với tốc độ kết nối T-1 và hàng nghìn người dùng với tốc độ kết nối của DSL. WiMAX Forum trông đợi triển khai mạng di động với dung lượng lên tới 15Mpbs trong một Cell tiêu chuẩn có bán kính có thể lên tới 3 Km. Công nghệ WiMAX đã sẵn sàng kết hợp với máy tính xách tay và các thiết bị cầm tay PDA để cung cấp dịch vụ truy cập internet không dây di động mọi lúc mọi nơi. 2.2 Tìm hiểu về chuẩn IEEE 802.11 và IEEE 802.16 2.2.1 Chuẩn IEEE 802.11 Giới thiệu sơ lược: Mục đích của phần tìm hiểu này sẽ cung cấp tổng quan về chuẩn IEEE 802.11 mới với các khái niệm cơ bản, các nguyên lý hoạt động, và vài lý do sau các đặc tính và các thành phần của chuẩn. Phần này hướng vào các khía cạnh MAC và các chức năng chính của nó. Kiến trúc IEEE chuẩn IEEE 802.11: Các thành phần kiến trúc: Chuẩn mạng LAN IEEE 802.11 dựa vào kiến trúc tế bào, là kiến trúc trong đó hệ thống được chia nhỏ ra thành các cell, mỗi cell (được gọi là Tập hợp dịch vụ cơ bản, hoặc BSS) được kiểm soát bởi một trạm cơ sở (gọi là điểm truy cập, hoặc AP). Mặc dù, một mạng LAN không dây có thể được hình thành từ một cell đơn, với một điểm truy cập đơn, nhưng hầu hết các thiết lập được hình thành bởi vài cell, tại đó các điểm truy cập được nối tới mạng xương sống (được gọi hệ phân phối, hoặc DS), tiêu biểu là Ethernet, và trong cả mạng không dây. Toàn bộ liên kết lại mạng LAN không dây bao gồm các cell khác nhau, các điểm truy cập và hệ phân phối tương ứng, được xem xét thông qua mô hình OSI, như một mạng đơn chuẩn IEEE 802, và được gọi là Tập hợp dịch vụ được mở rộng (ESS). Hình sau mô tả một chuẩn mạng LAN IEEE 802.11 tiêu biểu: Mạng WLAN IEEE 802.11 tiêu biểu Chuẩn cũng định nghĩa khái niệm Portal, đó là một thiết bị liên kết giữa mạng LAN chuẩn IEEE 802.11 và mạng LAN chuẩn IEEE 802 khác. Khái niệm này mô tả về lý thuyết phần chức năng của “cầu chuyển dịch”. Mặc dù chuẩn không yêu cầu sự cài đặt tiêu biểu tất yếu phải có AP và Portal trên một thực thể vật lý đơn. Mô tả các lớp chuẩn IEEE 802.11 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, và Hồng ngoại Lớp MAC 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. Phương pháp truy cập cơ bản: CSMA/CA Đây là một cơ chế truy cập cơ bản, được gọi Hàm phối hợp phân tán, về cơ bản là đa truy cập cảm biến sóng mang với cơ chế tránh xung đột (CSMA/CA). Các giao thức CSMA được biết trong công nghiệp, mà phổ biến nhất là Ethernet, là giao thức CSMA/CD (CD nghĩa là phát hiện xung đột). Giao thức CSMA làm việc như sau: Một trạm truyền đi các cảm biến môi trường, nếu môi trường bận (ví dụ, có một trạm khác đang phát), thì trạm sẽ trì hoãn truyền một lúc sau, nếu môi trường tự do thì trạm được cho phép để truyền. Loại giao thức này rất có hiệu quả khi môi trường không tải nhiều, do đó nó cho phép các trạm truyền với ít trì hoãn, nhưng thường xảy ra trường hợp các trạm phát cùng lúc (có xung đột), gây ra do các trạm nhận thấy môi trường tự do và quyết định truyền ngay lập tức. Các tình trạng xung đột này phải được xác định, vì vậy lớp MAC phải tự truyền lại gói mà không cần đến các lớp trên, điều này sẽ gây ra trễ đáng kể. Trong trường hợp mạng Ethernet, sự xung đột này được đoán nhận bởi các trạm phát để đi tới quyết định phát lại dựa vào giải thuật exponential random backoff. Các cơ chế dò tìm xung đột này phù hợp với mạng LAN nối dây, nhưng chúng không được sử dụng trong môi trường mạng LAN không dây, vì hai lý do chính: Việc thực hiện cơ chế dò tìm xung đột yêu cầu sự thi hành toàn song công, khả năng phát và nhận đồng thời, nó sẽ làm tăng thêm chi phí một cách đáng kể. Trên môi trường không dây chúng ta không thể giả thiết tất cả các trạm “nghe thấy” được nhau (đây là sự giả thiết cơ sở của sơ đồ dò tìm xung đột), và việc một trạm nhận thấy môi trường tự do và sẵn sàng để truyền không thật sự có nghĩa rằng môi trường là tự do quanh vùng máy thu. Để vượt qua các khó khăn này, chuẩn IEEE 802.11 sử dụng một cơ chế tránh xung đột với một sơ đồ Ghi nhận tính tích cực (Positive Acknowledge) như sau: Một trạm muốn truyền cảm biến môi trường, nếu môi trường bận thì nó trì hoãn. Nếu môi trường rãnh với thời gian được chỉ rõ (gọi là DIFS, Distributed Inter Frame Space, Không gian khung Inter phân tán), thì trạm được phép truyền, trạm thu sẽ kiểm tra mã CRC của gói nhận được và gửi một gói chứng thực (ACK). Chứng thực nhận được sẽ chỉ cho máy phát biết không có sự xung đột nào xuất hiện. Nếu máy phát không nhận chứng thực thì nó sẽ truyền lại đoạn cho đến khi nó được thừa nhận hoặc không được phép truyền sau một số lần phát lại cho trước. Cảm biến sóng mang ảo (Virtual Carrier Sense) Để giảm bớt xác suất khả năng hai trạm xung đột nhau vì chúng không thể “nghe thấy” nhau, chuẩn định nghĩa một cơ chế Cảm biến sóng mang ảo: Một trạm muốn truyền một gói, trước hết nó sẽ truyền một gói điều khiển ngắn gọi là RTS (Request To Send) gồm nguồn, đích đến, và khoảng thời gian giao dịch sau đó (v.d. gói và ACK tương ứng), trạm đích sẽ đáp ứng (nếu môi trường tự do) bằng một gói điều khiển đáp lại gọi là CTS (Clear To Send) gồm cùng thông tin khoảng thời gian. Tất cả các trạm nhận RTS và/hoặc CTS, sẽ thiết lập chỉ báo Virtual Carrier Sense của nó (gọi là NAV, Network Allocation Vector, Vectơ định vị mạng) cho khoảng thời gian cho trước, và sẽ sử dụng thông tin này cùng với Cảm biến sóng mang vật lý (Physical Carrier Sense) khi cảm biến môi trường. Cơ chế này giảm bớt xác suất xung đột về vùng máy thu do một trạm “ẩn” từ máy phát, để làm ngắn khoảng thời gian truyền RTS, vì trạm sẽ nghe thấy CTS và “dự trữ” môi trường khi bận cho đến khi kết thúc giao dịch. Thông tin khoảng thời gian về RTS cũng bảo vệ vùng máy phát khỏi các xung đột trong thời gian ACK (bởi các trạm nằm ngoài phạm vi trạm nhận biết). Cần chú ý thông tin khoảng thời ACK vì các khung RTS và CTS là các khung ngắn, Nó cũng làm giảm bớt mào đầu của các xung đột, vì chúng được nhận dạng nhanh hơn khi nó được nhận dạng nếu toàn bộ gói được truyền, (điều này đúng nếu gói lớn hơn RTS một cách đáng kể, như vậy là chuẩn cho phép kể cả các gói ngắn sẽ được truyền mà không có giao dịch RTS/CTS, và điều này được điều khiển bởi một tham số gọi là ngưỡng RTS). Các sơ đồ sau cho thấy một giao dịch giữa hai trạm A và B, và sự thiết lập NAV của các trạm gần chúng: Giao dịch giữa hai trạm A và B, và sự thiết lập NAV Trạng thái NAV được kết hợp với cảm biến sóng mang vật lý để cho biết trạng thái bận của môi trường. 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). Các không gian khung Inter (Inter Frame Space) Chuẩn định nghĩa 4 kiểu không gian khung Inter, được sử dụng để cung cấp các quyền ưu tiên khác nhau: SIFS - Short Inter Frame Space, được sử dụng để phân chia các truyền dẫn thuộc một hội thoại đơn (v.d. Ack - đoạn), và là Không gian khung Inter tối thiểu, và luôn có nhiều nhất một trạm đơn để truyền tại thời gian cho trước, do đó nó có quyền ưu tiên đối với tất cả các trạm khác. Đó là một giá trị cố định trên lớp vật lý và được tính toán theo cách mà trạm phát truyền ngược lại để nhận kiểu và khả năng giải mã gói vào, trong lớp vật lý chuẩn IEEE 802.11 FH giá trị này được thiết lập à 28 micrô - giây. PIFS - Point Cooordination IFS, được sử dụng bởi điểm truy cập (hoặc Point Coordinator, được gọi trong trường hợp này), để được truy cập tới môi trường trước mọi trạm khác. Giá trị này là SIFS cộng với một khe thời gian (sẽ được định nghĩa sau), ví dụ 78 micrô - giây. DIFS - Distributed IFS, Là không gian khung Inter được sử dụng bởi một trạm để sẵn sàng bắt đầu một truyền dẫn mới, mà là được tính toán là PIFS cộng thêm một khe thời gian, ví dụ 128 micrô - giây. EIFS - Extended IFS, Là một IFS dài hơn được sử dụng bởi một trạm đã nhận một gói không hiểu, nó cần để ngăn trạm (trạm mà không hiểu thông tin khoảng thời gian để Cảm biến sóng mang ảo) khỏi xung đột với một gói tương lai thuộc hội thoại hiện thời. Roaming: Roaming là quá trình chuyển động từ cell này (hoặc BSS) đến cell khác với một kết nối chặt. Chức năng này tương tự như các điện thoại tế bào, nhưng có hai khác biệt chính: Trong một hệ thống mạng LAN dựa trên các gói, sự chuyển tiếp giữa các cell được thực hiện giữa các truyền dẫn gói, ngược với kỹ thuật điện thoại trong đó sự chuyển tiếp xuất hiện trong thời gian một cuộc nói chuyện điện thoại, điều này làm roaming mạng LAN dễ hơn một ít, nhưng Trong một hệ thống tiếng nói, một gián đoạn tạm thời không ảnh hưởng cuộc nói chuyện, trong khi trong một gói dựa vào môi trường, nó sẽ giảm đáng kể khả năng thực hiện vì sự chuyển tiếp được thực hiện bởi các giao thức lớp trên. Chuẩn IEEE 802.11 không định nghĩa cách roaming được thực hiện, nhưng định nghĩa các công cụ cơ bản cho nó, điều này bao gồm sự quét tích cực/bị động, và một quá trình tái liên kết, trong đó một trạm roaming từ điểm truy cập này sang điểm truy cập khác sẽ được liên kết với một điểm truy cập mới. Giữ đồng bộ: Các trạm cần giữ đồng bộ, để giữ cho nhảy tần được đồng bộ, và các chức năng khác như tiết kiệm năng lượng. Trong một cơ sở hạ tầng BSS điều này được thực hiện bởi tất cả các trạm cập nhật các đồng hồ của chúng theo đồng hồ của AP, sử dụng cơ chế sau: AP truyền các khung tuần hoàn gọi là các khung báo hiệu, các khung này chứa giá trị của đồng hồ AP tại thời điểm truyền (Chú ý rằng đây là thời điểm khi truyền dẫn thật sự xuất hiện, và không phải là thời điểm truyền khi nó được đặt vào hàng đợi để truyền, vì khung báo hiệu được truyền sử dụng các quy tắc CSMA, nên truyền dẫn trễ một cách đáng kể). Các trạm thu kiểm tra giá trị đồng hồ của chúng ở thời điểm nhận, và sửa chữa nó để giữ đồng bộ với đồng hồ của AP, điều này ngăn ngừa sự trôi đồng hồ gây ra do mất đồng bộ sau vài giờ hoạt động. Các kiểu khung: Có ba kiểu khung chính: Khung dữ liệu: các khung được sử dụng để truyền dữ liệu Khung điều khiển: các khung được sử dụng điều khiển truy cập tới môi trường (ví dụ RTS, CTS, và ACK), và Khung quản lý: các khung được truyền giống như các khung dữ liệu để trao đổi thông tin quản lý, nhưng không hướng tới cho các lớp trên. Mỗi kiểu được chia nhỏ ra thành các kiểu nhỏ hơn khác nhau, tùy theo chức năng của chúng. Khuôn dạng khung: Tất cả các khung chuẩn IEEE 802.11 đều có các thành phần sau đây: Hình 4.6. Khuôn dạng khung chuẩn IEEE 802.11 Tiền tố (Preamble) Nó phụ thuộc lớp vật lý, và bao gồm: Synch: Một chuỗi 80 bit 0 và 1 xen kẽ, được sử dụng bởi bảo mật lớp vật lý để lựa chọn anten thích hợp (nếu tính sự phân tập được sử dụng), và ảnh hưởng tới việc sửa lỗi độ dịch tần số trạng thái vững đồng bộ với việc định thời gian gói nhận được. SFD: Một bộ định ranh giới khung bắt đầu, nó gồm 16 bit nhị phân 0000 1100 1011 1101, được dùng để định nghĩa định thời khung. Đầu mục (Header) PLCP Đầu mục PLCP luôn luôn được truyền ở tốc độ 1 Mbit/s và nó chứa thông tin Logic mà sẽ được sử dụng bởi lớp vật lý để giải mã khung, và gồm có: Chiều dài từ PLCP_PDU: biểu diễn số byte chứa trong gói, nó có ích cho lớp vật lý để phát hiện ra chính xác kết thúc gói, Tường báo hiệu PLCP: hiện thời, nó chỉ chứa đựng thông tin tốc độ, được mã hóa ở tốc độ 0.5 MBps, tăng dần từ 1Mbit/s tới 4.5 Mbit/s, và Trường kiểm tra lỗi Đầu mục: là trường phát hiện sai sót CRC 16 bit Dữ liệu MAC Hình sau cho thấy khuôn dạng khung MAC chung, các phần của trường trên các phần của các khung như mô tả sau đó. Hình 4.7. Khuôn dạng khung MAC Trường điều khiển khung (Frame Control) Trường điều khiển khung chứa đựng thông tin sau: Phiên bản giao thức (Protocol Verson) Trường này gồm 2 bit có kích thước không đổi và xếp đặt theo các phiên bản sau của chuẩn IEEE 802.11, và sẽ được sử dụng để nhận biết các phiên bản tương lai có thể. Trong phiên bản hiện thời của chuẩn giá trị cố định là 0. ToDS Bit này là tập hợp các bit 1 khi khung được đánh địa chỉ tới AP để hướng nó tới hệ phân phối (gồm trường hợp mà trạm đích đặt lại khung giống với BSS, và AP). Bit là tập hợp các bit 0 trong tất cả các khung khác. FromDS Bit này là tập hợp các bit 1 khi khung đang đến từ hệ phân phối. More Fragments Bit này là tập hợp các bit 1 khi có nhiều đoạn hơn thuộc cùng khung theo sau đoạn hiện thời này. Retry Bit này cho biết đoạn này là một chuyển tiếp một đoạn trước đó được truyền, nó sẽ được sử dụng bởi trạm máy thu để đoán nhận bản sao được truyền của các khung mà xuất hiện khi một gói Chứng thực bị mất. Power mangenment (Quản lý năng lượng) Bit này cho biết kiểu quản lý năng lượng trong trạm sau khi truyền khung này. Nó được sử dụng bởi các trạm đang thay đổi trạng thái từ chế độ tiết kiệm năng lượng đến chế độ hoạt động hoặc ngược lại. More Data (Nhiều Dữ liệu hơn) Bit này cũng được sử dụng để quản lý năng lượng và nó được sử dụng bởi AP để cho biết rằng có nhiều khung được nhớ đệm hơn tới trạm này. Tạm quyết định sử dụng thông tin này để tiếp tục kiểm tra tuần tự hoặc kiểu đang thay đổi thậm chí để thay đổi sang chế độ hoạt động. WEP Bit này cho biết rằng thân khung được mã hóa theo giải thuật WEP Order (Thứ tự) Bit này cho biết rằng khung này đang được gửi sử dụng lớp dịch vụ Strictly - Order. Khoảng thời gian/ID Trường này có hai nghĩa phụ thuộc vào kiểu khung: Trong các bản tin Kiểm tra tuần tự tiết kiệm năng lượng, thì nó là ID trạm, và Trong tất cả các khung khác, nó là giá trị khoảng thời gian được dùng cho Tính toán NAV. Các trường địa chỉ Một khung chứa lên trên tới 4 địa chỉ phụ thuộc vào các bit ToDS và FromDS được định nghĩa trong trường điều khiển, như sau: Địa chỉ - 1 luôn là địa chỉ nhận (ví dụ, trạm trên BSS mà nhận gói tức thời), nếu bit ToDS được lập thì đây là địa chỉ AP, nếu bit ToDS được xóa thì nó là địa chỉ trạm kết thúc. Địa chỉ - 2 Luôn luôn là địa chỉ máy phát (ví dụ,. trạm đang truyền gói vật lý), nếu bit FromDS được lập thì đây là địa chỉ AP, nếu được xóa thì nó là địa chỉ trạm. Địa chỉ - 3 Trong hầu hết các trường hợp còn lại, mất địa chỉ, trên một khung với bit FromDS được lập, sau đó Địa chỉ - 3 là địa chỉ nguồn gốc, nếu khung có bit ToDS lập, sau đó Địa chỉ - 3 là địa chỉ đích. Địa chỉ - 4 được sử dụng trong trường hợp đặc biệt trong đó một hệ phân phối không dây được sử dụng, và khung đang được truyền từ điểm truy cập này sang điểm truy cập khác, trong trường hợp này cả các bit ToDS lẫn các bit FromDS được lập, vì vậy cả địa chỉ đích gốc và địa chỉ nguồn gốc đều bị mất. Bảng sau tổng kết các cách dùng địa chỉ khác nhau theo cách thiết lập bit ToDS và bit FromDS: Điều khiển nối tiếp Trường điều khiển nối tiếp được dùng để biểu diễn thứ tự các đoạn khác nhau thuộc khung, và nhận biết các gói sao, nó gồm có hai trường con: trường Số đoạn, và trường Số nối tiếp, mà định nghĩa khung và số đoạn trong khung. CRC CRC là một trường 32 bit chứa một mã kiểm tra dư số chu kỳ 32 bit (CRC) Các khung định dạng phổ biến nhất Khuôn dạng khung RTS Khung RTS như sau: RA của khung RTS là địa chỉ STA, trong môi trường không dây, nó được dành để nhận dữ liệu tiếp theo hoặc khung quản lý một cách tức thời. TA là địa chỉ của STA phát khung RTS. Giá trị Khoảng thời gian là thời gian, tính theo micrô - giây, được yêu cầu để truyền dữ liệu liên tiếp hoặc khung quản lý, cộng với một khung CTS, cộng một khung ACK, cộng ba khoảng SIFS. Khuôn dạng khung CTS Khung CTS như sau: Địa chỉ máy thu (RA) của khung CTS được copy từ trường địa chỉ máy phát (TA) của khung RTS ngay trước đó đến một đáp ứng CTS nào đó. Giá trị Khoảng thời gian là giá trị thu được từ trường Khoảng thời gian của khung RTS ngay trước đó, trừ thời gian (tính theo micrô - giây) được yêu cầu để phát khung CTS và khoảng SIFS. Khuôn dạng khung ACK Khung ACK như sau: Địa chỉ Máy thu của khung ACK được sao chép từ trường Địa chỉ 2 của khung ngay trước đó. Nếu nhiều bit Đoạn hơn được xóa (0) trong trường điều khiển khung của khung trước đó, thì giá trị Khoảng thời gian là 0, nếu không thì giá trị Khoảng thời gian thu được từ trường Khoảng thời gian của khung trước đó, trừ đi thời gian (tính theo micrô - giây) được để phát khung ACK và khoảng SIFS của nó. Họ chuẩn IEEE 802.11. Chuẩn IEEE 802.11a: Là một chỉ tiêu kỹ thuật IEEE cho mạng không dây hoạt động trong dải tần số 5 GHz (5.725 GHz tới 5.85 GHz) với tốc độ truyền dữ liệu cực đại 54 Mbps. Dải tần số 5 GHz không nhiều như tần số 2.4 GHz, vì chỉ tiêu kỹ thuật chuẩn IEEE 802.11 đề nghị nhiều kênh vô tuyến hơn so với chuẩn IEEE 802.11b. Sự bổ sung các kênh này giúp tránh giao thoa vô tuyến và vi ba. Chuẩn IEEE 802.11b (Wifi) Là chuẩn quốc tế cho mạng không dây hoạt động trong dải tần số 2.4 GHz (2.4 GHz tới 2.4835 GHz) và cung cấp một lưu lượng lên trên 11 Mbps. Đây là một tần số rất thường sử dụng. Các lò vi ba, các điện thoại không dây, thiết bị khoa học và y học, cũng như các thiết bị Bluetooth, tất cả làm việc bên trong dải tần số 2.4 GHz. Chuẩn IEEE 802.11d Chuẩn IEEE 802.11d là một chuẩn IEEE bổ sung lớp sự điều khiển truy cập (MAC) vào chuẩn IEEE 802.11 để đẩy mạnh khả năng sử dụng rộng mạng WLAN chuẩn IEEE 802.11. Nó sẽ cho phép các điểm truy cập truyền thông thông tin trên các kênh vô tuyến dùng được với các mức công suất chấp nhận được cho các thiết bị khách hàng. Các thiết bị sẽ tự động điều chỉnh dựa vào các yêu cầu địa lý. Mục đích 11d là sẽ thêm các đặc tính và các hạn chế để cho phép mạng WLAN hoạt động theo các quy tắc của các nước này. Các nhà sản xuất Thiết bị không muốn để tạo ra một sự đa dạng rộng lớn của các sản phẩm và các người dùng chuyên biệt theo quốc gia mà người đi du lịch không muốn một túi đầy các card PC mạng WLAN chuyên biệt theo quốc gia. Hậu quả sẽ là các giải pháp phần sụn chuyên biệt theo quốc gia. Chuẩn IEEE 802.11g Tương tự tới chuẩn IEEE 802.11b, chuẩn lớp vật lý này cung cấp một lưu lượng lên tới 54 Mbps. Nó cũng hoạt động trong dải tần số 2.4 GHz nhưng sử dụng một công nghệ vô tuyến khác để tăng dải thông toàn bộ. Chuẩn này được phê chuẩn cuối năm 2003. Chuẩn IEEE 802.11i Đây là tên của nhóm làm việc IEEE dành cho chuẩn hóa bảo mật mạng WLAN. Bảo mật chuẩn IEEE 802.11i có một khung làm việc được dựa vào RSN (Cơ chế Bảo mật tăng cường). RSN gồm có hai phần: Cơ chế riêng của dữ liệu và Quản lý liên kết bảo mật. Cơ chế riêng của dữ liệu hỗ trợ hai sơ đồ được đề xướng: TKIP và AES. TKIP (Sự toàn vẹn khóa thời gian) là một giải pháp ngắn hạn mà định nghĩa phần mềm vá cho WEP để cung cấp một mức riêng tư dữ liệu thích hợp tối thiểu. AES hoặc AES - OCB (Advanced Encryption Standard and Offset Codebook) là một sơ đồ riêng tư dữ liệu mạnh mẽ và là một giải pháp thời hạn lâu hơn. Quản lý liên kết bảo mật được đánh địa chỉ bởi: Các thủ tục đàm phán RSN, Sự Chứng thực chuẩn IEEE 802.1x và Quản lý khóa chuẩn IEEE 802.1x. Các chuẩn đang được định nghĩa để cùng tồn tại một cách tự nhiên các mạng pre - RSN mà hiện thời được triển khai. Chuẩn này không kỳ vọng sẽ được thông qua cho đến khi kết thúc năm 2003. Chuẩn IEEE 802.1x (Tbd) Chuẩn IEEE 802.1x (Yêu cầu một nhà cung cấp dịch vụ RADIUS) cung cấp các doanh nghiệp & các nhà riêng một giải pháp chứng thực bảo mật, biến đổi được sử dụng kỹ thuật tái khóa (re - keying) động, sự chứng thực tên và mật khẩu người dùng và chứng thực lẫn nhau. Kỹ thuật tái khóa động, mà trong suốt với người dùng, loại trừ phân phối khóa không bảo mật và sự chi phốI thời gian và ngăn ngừa các tấn công liên quan đến các khóa WEP tĩnh. Sự chứng thực trên nền người dùng loại trừ các lỗ bảo mật xuất hiện từ thiết bị bị trộm hoặc mất khi sự chứng thực trên nền thiết bị được sử dụng, và sự chứng thực lẫn nhau giảm nhẹ tấn công dựa vào các điểm truy cập láu cá. Đồng thời, vì sự chứng thực chuẩn IEEE 802.1x thông qua một cơ sở dữ liệu RADIUS, nó cũng chia thang để dễ dàng điều khiển các số lượng người dùng mạng WLAN đang gia tăng. 2.2.2 Chuẩn IEEE 802.16. Khái niệm chuẩn 802.16: IEEE 802.16 là hệ thống tiêu chuẩn truy nhập không dây băng rộng (Broadband Wireless Access Standards) cung cấp đặc tả chính thức cho các mạng MAN không dây băng rộng triển khai trên toàn cầu. Hệ thống này do nhóm làm việc IEEE 802.16, do IEEE thành lập năm 1999, nghiên cứu và đề xuất. Nhóm làm việc này là một đơn vị của hội đồng tiêu chuẩn LAN/MAN IEEE 802. Mặc dù gia đình 802.16 tiêu chuẩn chính thức được gọi là WirelessMAN trong IEEE, nó đã được thương mại hóa dưới cái tên " WiMAX "(từ" Worldwide Interoperability cho lò vi sóng truy cập ") của liên minh công nghiệp được gọi là diễn đàn WiMAX. Nhiệm vụ của diễn đàn là thúc đẩy và xác nhận tính tương thích và khả năng tương tác của các sản phẩm băng rộng không dây dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16. Chuẩn 802.16 (WiMAX) là kỹ thuật viễn thông cung cấp việc truyền dẫn không dây ở khoảng cách lớn bằng nhiều cách khác nhau, từ kiểu kết nối điểm - điểm cho tới kiểu truy nhập tế bào. Dựa trên các tiêu chuẩn IEEE 802.16, còn được gọi là WirelessMAN. WiMAX cho phép người dùng có thể duyệt Internet trên máy laptop mà không cần kết nối vật lý bằng cổng Ethernet tới router hoặc switch. Tên WiMAX do WiMAX Forum tạo ra, bắt đầu từ tháng 6 năm 2001 đề hướng việc xây dựng một tiêu chuẩn cho phép kết nối giữa các hệ thống khác nhau. “WiMAX” là từ viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access – Khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba. WiMAX là một công nghệ cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thế cho cáp và DSL WIMAX cho phép kết nối băng rộng vô tuyến cố định, mang xách được, di động mà không cần thiết ở trong tầm nhìn thẳng(Line of sight) trực tiếp tới một trạm gốc. Đây là công nghệ truy nhập không dây đang được triển khai ứng dụng có triển vọng nhằm bổ sung cho mạng thông tin di động. Với công nghệ WiMax, một đường kết nối đủ sức cung cấp Internet đồng thời cho khoảng 1.000 hộ gia đình với tốc độ 1 Mbps. Cũng như mạng DSL, WIMAX được sử dụng để phục vụ các thuê bao trong vùng tới 50km. WiMAX có 2 phiên bản chính: WIMAX cố định (Fixed WIMAX) Với chuẩn 802.16-2004 được thông qua vào tháng 6-2004 .Tiêu chuẩn này gọi là “không dây cố định” vì :thiết bị thông tin làm việc với các anten đặt cố định tại nhà các thuê bao. Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp tương tự như chảo thông tin vệ tinh. WIMAX di động (Mobile WIMAX) Với tiêu chuẩn 802.16e được thông qua trong năm 2005.Phục vụ kết nối mạng cho các thiết bị di động. Làm việc trong băng tần thấp hơn 6GHz. Đường truyền trong môi trường di động Các đặc điểm kĩ thuật: Mô hình hệ thống: Mô hình hệ thống WiMax gồm 2 phần cơ bản: Một trạm cơ bản WiMax: Bao gồm các thiết bị điện tử trong nhà(indoor elcetronic). Một cột phát(WiMax tower): Bất kì node không dây nào nằm trong vùng bao phủ đều có thể truy cập tới internet. Một trạm thu WiMax: Trạm thu hoặc anten nhỏ có thể chia làm 1 hộp chuẩn stand – alone hoặc 1 PCMCIA card (được sử dụng trong màn hình máy tính hoặc laptop của bạn). Dải tần làm việc: Dải tần làm việc của WiMax rất rộng : Phiên bản đầu tiên WIMAX (IEEE 802.16) cho phép giải tần hoạt động từ 10 đến > 66 GHz. Đến năm 2004, phiên bản 802.16a ->802.16d thêm vào dải tần từ 2 đến 11 GHz. Các băng tần cụ thể của WiMax đang tập trung xem xét và vận động cơ quan quản lý tần số các nước phân bổ cho WiMax là: 3600-3800MHz (băng 3.7GHz) 3400-3600MHz (băng 3.5GHz) 3300-3400MHz (băng 3.3GHz) 2500-2690MHz (băng 2.5GHz) 2300-2400MHz (băng 2.3GHz) 5725-5850MHz (băng5.8GHz) Cấu trúc phân lớp Về cấu trúc phân lớp, hệ thống WiMax được phân chia thành 4 lớp : Lớp con tiếp ứng (Convergence) làm nhiệp vụ giao diện giữa lớp đa truy nhập và các lớp trên Lớp đa truy nhập (MAC layer) Lớp truyền dẫn (Transmission) Lớp vật lý (Physical). Các lớp này tương đương với hai lớp dưới của mô hình OSI và được tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên như mô tả ở hình dưới đây. Mô hình phân lớp trong hệ thống WiMax so sánh với OSI Lớp vật lý PHY (physical layer): 10 – 66 GHz: Dùng trong thiết kế đặc tả PHY (truyền “line-of-sight” . Do kiến trúc “điểm- nhiều điểm” NÊN về cơ bản, truyền một tín hiệu TDM với những trạm thuê bao riêng lẻ được định vị những khe thời gian theo chu kỳ. 2–11 GHz: Lớp vật lý 2–11 GHz được thiết kế do nhu cầu theo hướng hoạt động NLOS (non-line-of- sight). Vì các ứng dụng mang tính dân cư NÊN sự truyền phải được thực hiện theo nhiều đường. Hơn nữa, những ăngten gắn ngoài trời thường đắt do cả chi phí phần cứng và cài đặt cao Vì cường độ của tín hiệu suy giảm theo khoảng cách từ máy trạm đến trạm gốc, nên tỉ số tín hiệu/nhiễu cũng giảm theo khoảng cách, do đó giao thức 802.16 sử dụng 3 phương thức điiều chế tín hiệu khác nhau tùy thuộc vào khoảng cách từ các thuê bao đến trạm gốc. Đối với các thuê bao gần: sử dụng điều chế QAM 64 với 6bit/baud. Đối với các thuê bao tầm trung : sử dụng điều chế QAM-16, với 4bit/baud. Đồi với các thuê bao xa : sử dụng điếu chế QPSK với 2 bit /baud. Đối với tín hiệu thoại, đường lên và đường xuống của kênh dữ liệu đối xứng với nhau, nhưng đối với dữ liệu (như internet) thì kênh đường xuống có băng thông lớn hơn so với đường lên. Vì vậy, chuẩn 802.16 cung cấp 2 phương thức phân chia băng thông là ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) và ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) . Ghép kênh theo thời gian Một đăc điểm đáng chú ý nữa của lớp vật lý là khả năng đóng gói nhiều khung dữ liệu MAC vào trong cùng một môi trường truyền vật lý. Đặc điểm này cho phép nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần bằng cách giảm số byte mào đầu và phần đầu của lớp vật lý. Giao thức lớp MAC 802.16: MAC(Media Access Control) được thiết kế đặc biệt cho môi trường truy cập không dây điểm tới đa điểm (point-to-multipoint PMP). Nó hỗ trợ cho các lớp cao hơn và giao thức giao vận như ATM, Ethernet hay Internet Protocol IP và cũng được thiết kế sao cho có khả năng phù hợp với các giao thức trong tương lai. Khung Mac chiếm một số nguyên lần khe thời gian của lớp vật lý. Mỗi khung có các khung con dành cho kênh dữ liệu xuống và lên. Khung dữ liệu chiều xuống còn chứa các thông số cảu hệ thống để thông báo cho các trạm gốc mới biết khi chúng đến trạm. MAC có tốc độ bit rất cao lên đến 268 mbps mỗi chiều.Giữa PHY và MAC là một lớp con hội tụ truyền. Lớp này thực hiện sự biến đổi các PDU (protocol data units) giữa 2 lớp. Mô hình giao thức lớp Mac MAC bao gồm những lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ giao diện với những lớp cao hơn, phía trên lớp con phần chung (common part) MAC nòng cốt thực hiện những chức năng MAC chủ yếu. Bên dưới lớp con phần chung là lớp con bảo mật (security sublayer). Kênh dữ liệu chiều xuống là kênh dữ liệu thẳng, các trạm gốc chỉ cần dặt khung dữ liệu vào kênh đẻ truyền. Kênh dữ liệu chiều lên phức tạp hơn vì sẽ có nhiều đối tượng sử dụng tranh chấp để giành quyền truy cập.Việc phân bố kênh truyền cho chúng gắn liền với vấn đề chất lượng dịch vụ. Giao thức lớp MAC 802.16 định nghìa cho 4 dịch vụ sau: Dịch vụ có tốc độ bit không đổi. Dịch vụ có tốc độ bit biến đổi theo thời gian thực. Dịch vụ có tốc độ bit biến đổi thời gian không thực. Dịch vụ best-efforts. Tất cả các dịch vụ của giao thức 802.16 đều là dịch vụ hướng kết nối và mỗi kết nối sẽ sử dụng một trong những dịch vụ tren ngay khi kết nối được thiết lập. Nó khác với giao thức 802.11 hoăc ethernet là các giao thức không có kết nối ở lớp MAC. Dịch vụ có tốc độ không đổi được sử dụng đẻ truyền dữ liệu thoại không nén như trên kênh truyền T1. Dịch vụ vày phải gủi đi các dữ liệu thăm dò trong khoảng thời gian được quy định trước. Nó dành cho mỗi kết nối một số khe thời gian nhất định, khi băng thông được phân bố, các khe thời gian này tự động thiết lập mà không cần đợi yêu cầu. Dịch vụ có tốc độ bit thay đổi theo thời gian thực: được sử dụng cho dữ liệu đa phương tiện bà các ứng dụng thời gian thực khác mà nhu cầu về băng thông có thể thay đổi trong từng khoảng thời gian. Việc này được các trạm gốc thực hiện bằng cách xác định nhu cầu băng thông cần thiết của các thuê bao trong từng khoảng thời gian nhất định. Dịch vụ có tốc độ bit biến đổi thời gian không thực: được sử dụng trong trường hợp tải có dung lượng lớn, không cần thời gian thực. Đối với dịch vụ này, trạm gốc cũng sẽ hỏi các thuê bao ở từng khoảng thời gian nhưng không cần thiết phải chặt chẽ. Dịch vụ Best-efforts: dịch vụ này dành cho các loại dữ liệu khác ngoài các loại dữ liệu trên. Các thuê bao phải tranh chấp băng thông với các thuê bao khác.Yêu cầu về sử dụng băng thông sẽ được gửi lên kênh dữ liệu chiều lên để tiến hành tranh chấp.Nếu yêu cầu không được chấp nhân thì thuê bao sẽ nhận được thông báo từ kênh dữ liệu chiều xuống kế tiếp. Nếu yêu cầu không được chấp nhận, thuê bao sẽ tiếp tục gửi yêu cầu. Để hạn chế tối đa xung đột, dịch vụ này sử dụng thuật toán quay về theo hàm mũ nhị phân. Tiêu chuẩn này định nghĩa 2 phương thức phân bố kênh truyền: theo trạm và theo kết nối. Đối với trường hợp phân bố theo trạm, các trạm thuê bao tập hợp các yêu cầu của người dùng và sau đó gửi yêu cầu chung cho tất cả người dùng. Khi chiếm được băng thông, nó sẽ phân chia băng thông cho các người dùng. Đối với trường hợp phân bố theo kết nối: các trạm gốc sẽ quản lý trực tiếp các kết nối. Những lớp con quy tụ chuyên biệt về dịch vụ Tiến hành chuyển đổi các gói tin từ các định dạng của mạng khác thành các gói tin phù hợp với định dạng IEEE 802.16. Lớp này nằm trên đỉnh của MAC, thực hiện nhận các PDU từ các lớp cao hon, phân lớp dịch vụ các PDU đó và phân phối xuống lớp con phần chung. Lớp con phần chung (common part sublayer) Cung cấp các chức năng chính của MAC bao gồm: chức năng truy nhập phân bố băng thông thiết lập quản lí kết nối Sự trao đổi thông tin giữa các trạm gốc (Base Station - BS) và trạm thuê bao (Subcriber Station - SS) trong một vùng địa lí theo các kiến trúc: Điểm – Điểm (Point to Point), Điểm – Đa điểm (Point to MultiPoint) và kiến trúc kết hợp (Mesh). Mô hình point to point Mô hình Point-to-MultiPoint Mô hình kết nối dạng Mesh Lớp con bảo mật (security sublayer) Cung cấp các cơ chế chứng thực, trao đổi khóa và mã hóa. Lớp con bảo mật cung cấp cơ chế điều khiển. Truy nhập tin cậy, đảm bảo an toàn dữ liệu trên đường truyền, khắc phục việc truy cập trái phép các dịch vụ bằng việc mã hóa các luồng dịch vụ. Nhằm: Đảm bảo được sự đồng bộ với bên thu, đồng hồ bên thu sẽ dễ dàng được khôi phụ hơn, qua đó sự giải điều cũng dễ hơn Đối với các thiết bị mà không có được bộ giải điều chế ngẫu nhiên thì các tín hiệu này giống như các tín hiệu nhiễu, tạp âm (xác suất bit 1 và 0 là ngang nhau), nó sẽ không thu nhận được. Họ các chuẩn 802.16: Chuẩn IEEE 802.16-2001: Chuẩn này được xây dựng từ tháng 9/2001 và được IEEE thông qua vào tháng 12/2001.802.16-2001 xác định giao diện vô tuyến gồm lớp MAC và PHY của hệ thống truy nhập vô tuyến cố định điểm – điểm đa điểm với những mục đích: Cho phép triển khai nhanh chóng và rộng rãi các hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng với chi phí hiệu quả Đảm bảo khả năng tương thích giữa các thiết bị truy nhập vô tuyến băng rộng của các hãng khác nhau. Tăng tốc quá trình thương mại hóa, phổ cập truy nhập vô tuyến băng rộng, đưa ra các giải pháp thay thế cho truy nhập băng rộng hữu tuyến. Dải tần từ 10 -60 GHz kênh vật lý thường là 25/28 MHz, đường truyền LOS. Phương pháp điều chế là QPSK, 16/64QAM. Tầm hoạt động từ 2-7km Chuẩn IEEE 802.16a – 2003: Được thông qua tháng 1/2003 phiên bản này được bổ sung cho thiếu sót của bản 802.16-2001 với việc bổ sung thêm dải tần số từ 2-11 .Giúp cho việc truyền sóng trong môi trường có vật cản và bị che khuất dễ dàng hơn, bổ sung các kĩ thuật cho lớp vật lý giúp tối ưu kênh truyền theo băng tần của ứng dụng. Tiêu chuẩn này quy định các giao diện không cố định (stationary) điểm-tới-đa điểm truy cập không dây băng thông rộng hệ thống cung cấp nhiều dịch vụ. The medium access control layer is capable of supporting multiple physical layer specifications optimized for the frequency bands of application. Các lớp kiểm soát truy cập trung bình có khả năng hỗ trợ nhiều lớp vật chất kỹ thuật tối ưu hóa cho các dải tần số của ứng dụng. The standard includes a particular physical layer specification applicable to systems operating between 10 and 66 GHz. Tiêu chuẩn này bao gồm một đặc tả lớp vật lý đặc biệt áp dụng đối với các hệ điều hành từ 10 đến 66 GHz. Chuẩn IEEE 802.16c – 2002 Được chấp nhận vào tháng 12/2002 .Đây là bản sửa lỗi chuẩn của bản 802.16-11. Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dải băng tần từ 10-66GHz với mục đích cải tiến thao tác giữa các phần(interoperability) Chuẩn IEEE 802.16 – 2004. Được thông qua tháng 6/2004 chuẩn này sử dụng băng tần có bản quyền từ 2-11GHz. Đây là băng tần được thu hút nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các chướng ngại trên đường truyền. 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai mạng mesh mà trong đó một thiết bị cuối có thể liên lạc với BS thông qua một thiết bị cuối khác. Với đặc tính này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ được mở rộng. Chuẩn này tập trung vào các ứng dụng cố định và lưu trú .Hai kĩ thuật được hỗ trợ điều chế sóng mang : OFDM với 256 sóng mang OFDMA với 2048 sóng mang. Chuẩn 802.16e: Tối ưu hoá cho các kênh vô tuyến di động, phiên bản này dựa trên sự hiệu chỉnh 802.16e và hỗ trợ chuyển vị (handoff) và chuyển vùng (roaming). Nó sử dụng Truy nhập ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có thể mở rộng thang độ (SOFDMA – Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), một kỹ thuật điều chế đa sóng mang có sử dụng tạo kênh phụ (sub-channelization). Các nhà cung cấp dịch vụ đang triển khai 802.16e cũng có thể sử dụng mạng này để cung cấp dịch vụ cố định. 2.3 So sánh 1 số đặc điểm của chuẩn IEEE 802.11 và chuẩn IEEE 802.16: - Chuẩn IEEE 802.16 là chuẩn dùng cho mạng Wimax còn chuẩn IEEE 802.11 là chuẩn dùng cho mạng Wi-Fi. - Mạng WiMAX và Wi-Fi tuy không cùng môi trường sử dụng nhưng chúng có khả năng bổ sung lẫn nhau: Wi-Fi được thực hiện trong mạng không dây cục bộ với khoảng cách nhỏ còn WiMAX được sử dụng cho các mạng đô thị lớn có khả năng tương thích với các mạng hiện tại. Mặc dù không cùng mục đích như nhau nhưng chúng ta  thấy công nghệ sử dụng trong mạng  WiMAX có một số ưu điểm so với Wi-Fi như là : Sai số ít hơn Khả năng vượt qua vật cản tốt hơn Số thiết bị sử dụng kết nối lớn hơn hàng trăm so với hàng chục trong Wi-Fi. Lớp vật lý MAC(Medium Access Control) dùng trong WiMAX dựa trên kỹ thuật phân chia theo khe thời gian cho phép đồng nhất băng tần giữa các thiết bị (TDMA) hiệu quả hơn sơ với  Wi-Fi (sử dụng CSMA-CA rất gần CSMA-CD sử dụng trong mạng Enthernet). Chính vì vậy phổ sóng vô tuyến sẽ đạt được tối ưu hơn. Chúng ta có thể so sánh 5 Bps/Hz với 3,2 Bps/Hz của MBWA hoặc 2,7 Bps/Hz của Wi-Fi. Dưới đây sẽ là bảng so sánh giữa mạng Wi-Fi và WiMAX Thuộc tính Wi-Fi (802.11) WiMAX(802.16) Khả năng - Kênh cố định (20MHz) - MAC hỗ trợ hàng chục người sử dụng - Kênh có băng tần thay đổi Khả năng mở rộng băng tần từ 1,5#20Mhz - MAC hỗ trợ hàng trăm người sử dụng Chất lượng QoS - Sử dụng (CSMA/CA) nên không đảm bảo về chất lượng - Hiện tại không hỗ trợ âm thanh,video - Không cho phép các mức dịch vụ khác nhau - Chỉ có TDD (bất đối xứng) - Chỉ 802.11e ưu tiên cho QoS - Có đảm bảo về chất lượng trên MAC -Hỗ trợ âm thanh,hình ảnh - Hỗ trợ nhiều mức dịch vụ T1 cho người buôn bán, đặc biệt hiệu quả ở nhà riêng - Có TDD/FDD/HFDD (cả đối xứng và bất đối xứng) - Yêu cầu bắt buộc cho QoS Phạm vi - Tối ưu khoảng 100 m - Không có khả năng bù khoảng cách - Thiết kế đa đường trong nhà (trễ 0,8ms) -Tối ưu hoá tập trung tại hai lớp PHY vàMAC trong phạm vi 100m - Mở rộng phạm vi nhờ thay đổi công suất nhưng lớp MAC có thể không chuẩn tắc -Tối ưu hoá khảng 50km - Thiết kế cho nhiều người sử dụng hàng km - Chịu được trễ đa đường lớn cỡ 10 ms - Lớp PHY và MAC với khả năng mở rộng trong phạm vi cho phép - MAC chuẩn tắc Phủ sóng - Tối ưu hoá trong nhà - Không hỗ trợ mạng cấu hình pha trộn - Tối ưu hoá bên ngoài trong tầm nhìn hạn chế - Hỗ trợ cấu hình mạng pha trộn - Hỗ trợ kỹ thuật anten thông minh Bảo mật - Chuẩn đang tồn tại là WPA và WEP - 802.11i có chế độ bảo mật địa chỉ - Có khoá bộ ba DES (128 bit) và RSA(1024 bit Chương III 3.1. Nhận xét chung về các chuẩn của mạng không đây. Ưu điểm : Sự tiện lợi: Mạng không dây cũng như hệ thống mạng thông thường. Nó cho phép người dùng truy xuất tài nguyên mạng ở bất kỳ nơi đâu trong khu vực được triển khai(nhà hay văn phòng). Với sự gia tăng số người sử dụng máy tính xách tay(laptop), đó là một điều rất thuận lợi. Khả năng di động: Với sự phát triển của các mạng không dây công cộng, người dùng có thể truy cập Internet ở bất cứ đâu. Chẳng hạn ở các quán Cafe, người dùng có thể truy cập Internet không dây miễn phí. Hiệu quả: Người dùng có thể duy trì kết nối mạng khi họ đi từ nơi này đến nơi khác. Triển khai: Việc thiết lập hệ thống mạng không dây ban đầu chỉ cần ít nhất 1 access point. Với mạng dùng cáp, phải tốn thêm chi phí và có thể gặp khó khăn trong việc triển khai hệ thống cáp ở nhiều nơi trong tòa nhà. Khả năng mở rộng: Mạng không dây có thể đáp ứng tức thì khi gia tăng số lượng người dùng. Với hệ thống mạng dùng cáp cần phải gắn thêm cáp Nhược điểm: Bảo mật: Môi trường kết nối không dây là không khí nên khả năng bị tấn công của người dùng là rất cao. Phạm vi: Một mạng chuẩn 802.11g với các thiết bị chuẩn chỉ có thể hoạt động tốt trong phạm vi vài chục mét. Nó phù hợp trong 1 căn nhà, nhưngvới một tòa nhà lớn thì không đáp ứng được nhu cầu. Để đáp ứng cần phải mua thêm Repeater hay access point, dẫn đến chi phí gia tăng. Độ tin cậy: Vì sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông nên việc bị nhiễu, tín hiệu bị giảm do tác động của các thiết bị khác(lò vi sóng,….) là không tránh khỏi. Làm giảm đáng kể hiệu quả hoạt động của mạng. Tốc độ: Tốc độ của mạng không dây (1- 125 Mbps) rất chậm so với mạng sử dụng cáp(100Mbps đến hàng Gbps). 3.2. Kết luận và hướng phát triển của đề tài. Mạng không dây hiện nay phát triển rất nhanh đó là nhờ vào sự thuận tiện của nó. Hiện nay công nghệ không dây, nhất là Wi-Fi hiện đang được ứng dụng ngày càng mạnh mẽ trong đời sống. Nhưng đa số mọi người đều chỉ sử dụng Wi-Fi ở các lĩnh vực liên quan đến máy tính mà không biết rằng bằng sóng Wi-Fi còn để người dùng dùng máy tính để điều khiển hệ thống đèn, quạt, máy lạnh, lò sưởi, máy tưới, hệ thống nước… Và để đáp ứng nhu cầu sử dụng của người dùng là có thể sử dụng để truy cập mạng bất kỳ tại 1 địa điểm nào thì công nghệ WiMax đã được đưa vào để giải quyết nhu cầu đó. Nhưng hiện nay công nghệ này chưa được áp dụng rộng rãi và nó cũng chưa hoàn toàn thay thế được Wi-fi trong các ứng dụng. Trong đề tài này nhóm em đã trình bày về 2 chuẩn này và so sánh 1 số đặc điểm của chúng để có thể có 1 cái nhìn sơ lược về 2 chuẩn này. Những công việc mà nhóm đã thực hiện để mới dừng lại ở việc nghiên cứu , nhưng những công việc mà nhóm sẽ phải làm tiếp sau này là : Tìm hiểu về các vấn đề bảo mật của mạng không dây Phân tích sâu hơn các đặc điểm để người đọc có thể hiểu nhiều hơn và có thể lựa chọn những công nghệ kết nối phù hợp “Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Lê Tự Thanh đã hướng dẫn và tận tình chỉ giúp để nhóm có thể hoàn thành xong đề tài này. Trong thời gian thực hiện đề tài cũng không thiếu những điểm sai sót mong Thầy Cô và các bạn giúp đỡ và đóng góp ý kiến để nhóm có thể làm tốt hơn trong việc phát triển đề tài.”

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docCác Chuẩn Mạng Không Dây.doc