Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX

Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 1 MỤC LỤC I. LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ 2 II. TỔNG QUAN VỀ WLAN ......................................................................................... 3 III. CHUẨN 802.11 CỦA MẠNG WLAN....................................................................... 5 III.1 CÁC KỸ THUẬT SỦ DỤNG TRONG WLAN................................................. 6 III.1.1 Kỹ thuật điều chế số Shift Keying: ............................................................. 6 III.1.2 Kỹ thuật song công (Duplex Scheme): ....................................................... 7 III.1.3 Kỹ thuật trải phổ : ....................................................................................... 8 III.1.4 Kỹ thuật truy nhập: ..................................................................................... 9 III.2 VẤN ĐỀ TẦN SỐ ............................................................................................ 10 III.3 MÔ HÌNH KẾT NỐI ........................................................................................ 10 III.3.1 Điểm - Điểm (Peer to Peer Mode) ............................................................ 10 III.3.2 Điểm - Đa điểm (Infrastructure Mode) ..................................................... 11 III.3.3 Mesh .......................................................................................................... 12 III.4 VẤN ĐỀ BẢO MẬT ........................................................................................ 12 III.4.1 Chứng thực qua hệ thống mở (Open Authentication) ............................... 12 III.4.2 Chứng thực qua khoá chia sẻ (Shared-key Authentication) ..................... 13 III.4.3 Bảo mật dữ liệu thông qua WEP (Wired Equivalent Privacy) ................. 13 III.4.4 Bảo mật dữ liệu thông qua EAP (Extensible Authentication Protocol) .... 13 III.5 ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA WLAN ............................................... 14 III.5.1 Một số ưu điểm của mạng không dây WLAN .......................................... 14 III.5.2 Nhược điểm của mạng không dây ............................................................ 14 IV. TÌM HIỂU VỀ WIMAX ........................................................................................... 15 IV.1 MỤC ĐÍCH CỦA WiMAX .............................................................................. 16 IV.2 LỢI ÍCH CỦA WiMAX ................................................................................... 16 IV.3 KHÁI NIỆM VỀ 802.16A ................................................................................ 17 IV.4 LỢI ÍCH CỦA 802.16A .................................................................................... 17 IV.5 MỐI LIÊN HỆ GIỮA 802.16A VÀ WiMAX .................................................. 18 V. TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 19 Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 2 I. LỜI NÓI ĐẦU Với sự tiến bộ không ngừng về mặt khoa học công nghệ, đặc biệt là ngành viễn thông thế giới, Công nghệ truy nhập băng rộng không dây (WBA) là công nghệ mới, ra đời nhằm đa dạng hóa các hình thức truy nhập và truyền dẫn. Cùng với sự tồn tại của các giải pháp truy nhập mạng truyền thống như: modem thoại (dial-up), ISDN, thuờ kờnh kết nối trực tiếp (lease-line), xDSL…WBA ra đời áp dụng cho các hệ thống đòi hỏi băng thông rộng với các dịch vụ yêu cầu tốc độ cao như truyền dữ liệu, truy cập Internet….. Với các tính năng dùng kỹ thuật không dây nên công nghệ này đặc biệt phù hợp với mô hình kết nối các văn phòng, nhà cao tầng… mà việc dựng cỏp gặp khó khăn. Một trong những công nghệ truy nhõp băng rộng không dây phổ biến và có nhiều ưu điểm là WLAN. Bản chất công nghệ của WLAN là mạng LAN. Ban đầu, WLAN được phát triển cho những ứng dụng LAN từ có dõy sang không dõy vì vậy WLAN có phạm vi phục vụ là trong nhà (Indoor). Tuy nhiên, công nghệ WLAN đáp ứng đầy đủ đòi hỏi của các đối tượng mức doanh nghiệp về khả năng vận hành, tớnh ổn định, tốc độ cao, an ninh đảm bảo vv…Ngày nay, WLAN được phát triển từ Indoor sang Outdoor là khả năng cung cấp truy nhập băng rộng ở cách xa hàng km. Do đáp ứng đầy đủ các đòi hỏi của các khách hàng mức doanh nghiệp cũng như các khách hàng cá nhõn, vừa có ứng dụng Indoor và Outdoor nên WLAN trở thành một chuẩn được thừa nhận và hỗ trợ rộng rói của các nhà sản xuất lớn trên thế giới. Sự tiên tiến của mạng WLAN mở ra một định nghĩa hoàn toàn mới về cơ sở hạ tầng mạng. Trong vài năm qua, các lợi ích của mạng không dây đã trở nên rõ ràng hơn, các thiết bị đã có giá cả dễ chịu hơn, dễ mua hơn, triển khai mạng WLAN cũng trở nên thịnh hành hơn. Mạng không dây gia tăng năng suất sử dụng và tiết kiệm tiền vỡ nú triệt tiêu chi phí đi dây mạng. Ví dụ người sử dụng máy tính xách tay có thể kết nối liên tục khi họ di chuyển trong khu làm việc cũng như dễ dàng kết nối vào tài nguyên của mạng cáp thường. Những nhân viên bán hàng có thể truy cập mạng của công ty từ sân bay hay khách sạn nên năng suất lao động của họ tăng rất nhiều. Nhiều nhà phân tích tin tưởng thị trường không dây đã bắt đầu tới ngưỡng ''đại chúng'', đây là ngưỡng bắt đầu của tăng trưởng tốc độ cao.Tương lai của mạng không dây phụ thuộc vào khả năng kết nối liên tục và an toàn của nhiều loại thiết bị dân dụng như máy tính cá nhân, thiết bị trợ giúp cá nhân, điện thoại, máy in …, sự chuyển đổi qua lại không gián đoạn giữa WLAN và LAN. Sự phát triển nhanh chóng của các ứng dụng không dây di động cũng đang thúc đẩy quá trình này. Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 3 II. TỔNG QUAN VỀ WLAN Mạng truy nhập không dây hay còn gọi mạng nội hạt không dây (Wireless LAN) là hệ thống mạng sử dụng kỹ thuật truyền đẫn vô tuyến để cung cấp khả năng kết nối tới mạng của nhà cung cấp dịch vụ truyền thông cho các thuê bao thay cho những phương thức sử dụng dây dẫn truyền thống (cáp đồng, cáp quang...). Về mặt vật lý, WLAN có hai thành phần cơ bản là: - Trạm gốc không dây (WBS - Wireless Base Station) hay còn gọi là AP (Access Point) - Khối giao tiếp người sử dụng đầu cuối hay còn gọi là CPE (Customer Premise Equipment).  AP là thiết bị đặt ở phía nhà cung cấp dịch vụ, nó phải được đấu nối với mạng của nhà cung cấp đó để truy cập vào mạng Internet. Thông thường AP được đấu với Router, Hub hoặc Switch để được cấp một địa chỉ IP riêng. Sau đó kết nối tới mạng của nhà cung cấp dịch vụ thông qua các hệ thống truyền dẫn thông dụng như cáp quang, cáp đồng hoặc viba. AP có khả năng chuyển dổi tín hiệu số đến từ mạng của nhà cung cấp dịch vụ thành dang tín hiệu số tương thích với các chuẩn truyền dẫn vô tuyến. AP bao gồm một bộ thu phát (Transceiver) và một bộ điều khiển (Controller) thực hiện các chức năng chủ yếu như:  Cung cấp giao diện cho kết nối với mạng của nhà khai thác, giao diện vô tuyến hướng phía khách hàng.  Đảm bảo chức năng an toàn thông tin trên giao tiếp vô tuyến, chứng thực giao diện kết nối với khách hàng.  Quản trị tài nguyên vô tuyến.  Đăng ký khối giao diện người sử dụng.  Định tuyến, tính cước.  Duy trì và chuyển đổi giao thức, mó hoỏ và giải mã, nén và giải nén.  CPE là thiết bị đặt ở phía khách hàng, nú cú một địa chỉ ngoài như là một node trên mạng và nhiều địa chỉ trong để cung cấp cho mạng LAN của khách hàng. CPE tiếp nhận luồng tín hiệu số từ các AP và chuyển đổi chúng thành dạng tín hiệu tương thích với các thiết bị đầu cuối của khách hàng (tương tự hoặc số). CPE cũng bao gồm một bộ thu phát và các thiết bị phụ trợ thực hiện một số chức năng như: Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 4  Cung cấp giao diện vô tuyến hướng tới trạm gốc của nhà cung cấp dịch vụ.  Cung cấp giao diện cho các thiết bị đầu cuối của khách hàng.  Chuyển đổi giao thức, chuyển đổi mã, cấp nguồn Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 5 III. CHUẨN 802.11 CỦA MẠNG WLAN Viện Kỹ thuật điện và điện tử (IEEE) đã xây dựng và chuẩn hoá toàn cầu dành cho các thiết bị mạng WLAN bằng chuẩn IEEE 802.11 . Trong họ IEEE 802.11, chuẩn IEEE- 802.11b: sử dụng dải tần số 2,4GHz cho phép truyền dữ liệu 11Mbps (và 802.11a: 5-6MHz, 54Mbps) . Công nghệ này đang được sử dụng phổ biến với cái tên Wi-Fi . Nó có ưu thế để trở thành chuẩn cho mạng LAN không dây (WLAN) và được lựa chọn để kết nối chung cho nhiều loại khách hàng. Các mạng Wi-Fi tạo ra một vùng không gian rộng 100m cho phép cỏc mỏy laptop có thể kết nối không dây để truy cập Web hoặc vào các mạng máy tính dùng chung. Wi-Fi cho phép trao đổi dữ liệu qua làn sóng radio với một tốc độ rất nhanh. Mạng Wi-Fi có thể sử dụng để kết nối với nhau, với Internet, và với mạng cỏp. Nú là một công nghệ không dây giống như điện thoại di động – Wi-Fi cho phép các máy tính gửi và nhận dữ liệu trong nhà cũng như ngoài trời, ở bất cứ điểm nào trong vùng phủ sóng của trạm gốc. Nó cũng có tốc độ hoạt động thực tương đương mạng cáp Ethernet 10BaseT hiện có trong rất nhiều văn phòng. Và điều hay hơn cả là nó rất nhanh, nhanh hơn nhiều lần các kết nối modem cáp nhanh nhất.. Các mạng Wi-Fi sử dụng các công nghệ vô tuyến gọi là IEEE 802.11a, 802.11b,802.11c, 802.11d, 802.11e, 802.11f, 802.11g, 802.11h, 802.11i, 802.11j để cung cấp khả năng kết nối không dây tốc độ cao ổn định và an toàn  802.11a (5ữ6 Ghz, 54 Mbps): Sử dụng phương pháp điều chế OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) hoạt động ở dải tần 5 ữ 6 Ghz, tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54 Mbps. Chuẩn này sẽ dược đưa vào sử dụng rộng rãi trong một vài năm tới.  802.11b ( 2.4 Ghz, 11Mbps ): hoạt động ở dải tần 2.4 Ghz là giải tần ISM ( Industrial, Scientific and Medical ). Ở Mỹ, thiết bị hoạt động ở dải tần này không phải đăng ký. Tốc độ truyền dữ liệu có thể lên đến 11 Mbps. Wi - Fi là tên gọi của cỏc dũng sản phẩm tương thích với chuẩn 802.11b và được đảm bảo bởi tổ chức WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance).  802.11c: hỗ trợ các khung (frame) thông tin của 802.11.  802.11d: cũng hỗ trợ các khung (frame) thông tin của 802.11 nhưng tuân theo những tiêu chuẩn mới. Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 6  802.11e: nâng cao QoS ở lớp MAC.  802.11f: Inter Access Point Protocol.  802.11g ( 2.4 Ghz, 54 Mbps ): tăng cường sử dụng dải tần 2.4GHz. Chuẩn này cũng hoạt động ở dải tần 2.4 Ghz, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới 54 Mbps nhưng chỉ truyền được giữa những đối tượng nằm trong khoảng cách ngắn.  802.11h: cú thờm tính năng lựa chọn kênh tự động (Dynamic Channel Selection) và điều khiển công suất truyền dẫn (Transmit Power Control).  802.11i: nâng cao khả năng an ninh bảo mật ở lớp MAC.  802.11j: là chuẩn thống nhất toàn cầu cho các tiêu chuẩn: IEEE, ETSI HiperLAN2, ARIB, HiSWANa. Tất cả các chỉ tiêu kỹ thuật này đều sử dụng công nghệ Đa truy nhập Nhạy cảm Súng cú Phát hiện va chạm (Carrier Sense Multiple Access - Collision Detection CSMA/CD) như một giao thức chia sẻ đường dẫn. CSMA/CD là một phương pháp truyền dữ liệu được ưa thích vì độ tin cậy của nó thông qua khả năng chống mất dữ liệu. ): Một trạm không dây muốn truyền khung, đầu tiên nó sẽ nghe trên môi trường không dây để xác định liệu hiện có trạm nào đang truyền hay không ( đây là phần nhạy cảm sóng mang của CSMA/CA ). Nếu môi trường này hiện đang bị chiếm, trạm không dây tính toán một khoảng trễ lặp lại ngẫu nhiên. Ngay sau khi thời gian trễ đó trôi qua, trạm không dây lại nghe xem liệu có trạm nào đang truyền không. Bằng cách tạo ra một thời gian trễ ngẫu nhiên, nhiều trạm đang muốn truyền tin sẽ không có gắng truyền lại tại cùng một thời điểm ( đây là phần tránh xung đột của CSMA/CD). Những va chạm có thể xảy ra và không giống như Ethernet, chúng không thể bị phát hiện bởi các node truyền dẫn. Do đó, 802.11b dùng giao thức Request To Send (RTS)/Clear To Send (CTS) với tín hiệu ACK (Acknowlegment) để đảm bảo rằng một khung nào đó đã được gửi và nhận thành công. III.1 CÁC KỸ THUẬT SỦ DỤNG TRONG WLAN III.1.1 Kỹ thuật điều chế số Shift Keying: Có rất nhiều phương thức thực hiện điều chế số Shift Keying như ASK, FSK, PSK..., quá trình điều chế thực hiện bởi khoá chuyển (keying) giữa 2 trạng thái (states ), một cách lý thuyết thì Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 7 một trạng thái sẽ là 0 và trạng thái còn lại là 1 ( lưu ý chuỗi 0/1 trước khi điều chế là chuỗi số đã được mó hoỏ bằng các phương pháp mã hóa đường truyền như NRZI...).  PSK/BPSK (Phase Shift Keying - Khoá chuyển dịch pha): là phương pháp thông dụng nhất, tín hiệu sóng mang được điều chế dựa vào chuỗi dữ liệu nhị phân, tín hiệu điều chế có biên độ không đổi và biến đổi giữa hai trạng thái pha giữa 0 và 180 độ. Mỗi trạng thái của tín hiệu điều chế ta gọi là symbol.  QPSK (Quard Phase Shift Keying): Ở phương pháp BPSK, mỗi symbol biểu diễn cho một bit nhị phân. Nếu mỗi symbol này biểu diễn nhiều hơn 1 bỉt, thì sẽ đạt được một tốc độ bit lớn hơn. Với QPSK sẽ gấp đôi số data throughput của PSK với cùng một băng thông bằng cách mỗi symbol mang 2 bit. Như vậy trạng thái pha của tín hiệu điều chế sẽ chuyển đổi giữa các giá trị -90, 0, 90, 180 độ.  CCK (Complementary Code Keying): CCK là một kỹ thuật điều chế phát triển từ điều chế QPSK, nhưng tốc độ bit đạt đến 11 Mbps so với cùng băng thông (hay dạng sóng) như QPSK. Đây là một kỹ thuật điều chế rất phù hợp cho các ứng dụng băng rộng. Theo chuẩn IEEE 802.11b, điều chế CCK dùng chuỗi số giả ngẫu nhiên complementary spreading code có chiều dài mã là 8 và tốc độ chipping rate là 11 Mchip/s. 8 complex chips sẽ kết hợp tạo thành một symbol đơn ( như trong QPSK - 4 symbol ). Khi tốc độ symbol là 1,375 Msymbol/s thì tốc độ dữ liệu sẽ đạt được: 1,375x8=11Mbps với cùng băng thông xấp xỉ như diều chế QPSK tốc độ 2Mbps. III.1.2 Kỹ thuật song công (Duplex Scheme): Trong các hệ thống điểm tới đa điểm, hiện nay tồn tại 2 kỹ thuật song công ( hoạt động theo 2 chiều: chiều xuống downstream và chiều lên - upstream ):  Chia theo tần số ( Frequency Division Duplexing FDD): Kỹ thuật này chia di tần số sử dụng ra làm 2 kênh riêng biệt, một kênh cho chiều xuống và một kênh cho chiều lên.  Chia theo thời gian ( Time Division Duplexing - TDD ): Kỹ thuật này mới hơn, cho phép lưu lượng thông theo 2 chiều trong cùng một kênh, nhưng tại các khe thời gian khác nhau. Việc lựa chọn kỹ thuật nào, FDD hay TDD, phụ thuộc vào mục đích sử dụng chính của hệ thống: ứng dụng đối xứng ( thoại - voice ) hoặc không đối xứng ( dữ liệu - data). Kỹ thuật FDD sử Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 8 dụng băng thông không hiệu quả đối với các ứng dụng dữ liệu. Trong hệ thống sử dụng kỹ thuật FDD, băng thông cho mỗi chiều được phân chia cố định. Nếu lưu lượng chỉ lưu thông theo chiều xuống ( downstream ), ví dụ như xem các trang Web, thì băng thông của chiều lên ( upstream ) được sử dụng rất ít. Điều này không xảy ra khi hệ thống được sử dụng cho các ứng dụng thoại: hai người nói chuyện thường nói nhiều như nghe, do đó băng thông của hai chiều lên, xuống được sử dụng xấp xỉ như nhau. Đối với các ứng dụng truyền dữ liệu tốc độ cao hoặc ứng dụng hỡnh thỡ chỉ có băng thông chiều xuống được sử dụng, còn chiều lên gần như không được sử dụng. Đối với kỹ thuật TDD, số lượng khe thời gian cho mỗi chiều thay đổi thường xuyên. Khi lưu lượng chiều lên nhiều, số lượng khe thời gian dành cho chiều lên sẽ được tăng lên, và ngược lại. Với sự giám sát số lượng khe thời gian cho mỗi chiều, hệ thống sử dụng kỹ thuật TDD hỗ trợ cho sự bùng nổ thông lượng truyền dẫn đối với cả 2 chiều. Nếu một trang Web lớn đang được tải xuống thỡ cỏc khe thời gian của chiểu lên sẽ được cấp phát cho chiều xuống. Nhược điểm chủ yếu của kỹ thuật TDD là việc thay đổi chiều của lưu lượng tốn thời gian, việc cấp phát khe thời gian là vấn đề phức tạp cho hệ thống phần mềm. Hơn nữa, kỹ thuật TDD yêu cầu sự chính xác về thởi gian. Tất cả các máy trạm trong khu vực của một hệ thống sử dụng kỹ thuật TDD cần có một điểm thởi gian tham khảo để xác định chính xác các khe thời gian. Điều này giới hạn phạm vi địa lý bao phủ đối với các hệ thống điểm-tới-đa-điểm. III.1.3 Kỹ thuật trải phổ :  FHSS: Khoảng cách giữa các tấn số sóng mang FHSS được quy định trước, băng thông cho mỗi kênh khoảng 1MHz, trật tự nhảy tần được xác định bằng 1 hàm giả ngẫu nhiên. FCC yêu cầu băng thông được chia ít nhất thành 75 kênh con ( subchannel). FHSS radio được giới hạn chỉ gửi một lượng nhỏ dữ liệu trên mỗi kênh trong 1 chu kỳ thời gian xác định, trước khi nhảy sang kênh tần số kế tiếp trong chuỗi nhảy tần. Chu kỳ thời gian này gọi là dwell time, thường có giá trị khoảng 400 ms. Sau mỗi bước nhảy ( hop ) thiết bị thu phát phải thực hiện đồng bộ lại ( resynchronize ) với tần số vô tuyến khác trước khi có thể truyền dữ liệu. Mục đích chủ yếu của việc nhảy tần một cách giả ngẫu nhiên trên để tránh hiện tượng giao thoa tín hiệu do kênh dữ liệu làm việc quỏ lõu trờn một kênh tần số cụ thể nào đó. Giả dụ nếu có nhiễu giao thoa nghiêm trọng trên một tần số nào đó Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 9 trong chuỗi nhảy tần thỡ nú cũng sẽ ít ảnh hưởng đến hệ thống bởi quá trình truyền chỉ thực hiện một thời gian nhỏ tại đây.  DSSS: Tín hiệu băng hẹp và tín hiệu trải phổ cùng được phát với một công suất và một dạng thông tin nhưng mật độ phổ công suất (power density) cuả tín hiệu trải phổ lớn hơn nhiều tín hiệu băng hẹp. Tín hiệu dữ liệu kết hợp với chuỗi mã giả ngẫu nhiên trong quá trình mó hoỏ sẽ cho ra một tín hiệu với băng thông mở rộng hơn nhiều so với tín hiệu ban đầu nhưng mức công suất lại thấp hơn. Một ưu điểm nổi bật của kỹ thuật DSSS là dự phòng dữ liệu, bên trong tín hiệu DSSS sẽ gộp dự phòng ít nhất 10 dữ liệu nguồn trong cùng thời gian. Phía thu chỉ cần thu được tốt 1 trong 10 tín hiệu dự phòng trên. Nếu có tín hiệu nhiễu trong băng tần hoạt động của tín hiệu DSSS, tín hiệu nhiễu này sẽ có công suất lớn hơn và như là một tín hiệu bẳng hẹp, trong quá trình giải mã tại phía thu tín hiệu nhiễu này sẽ được trải phổ và dễ dàng loại bỏ bởi việc xử lý độ lợi (gain processing).  So sánh FHSS và DSSS: FH không có việc xử lý độ lợi do tín hiệu không được trải phổ, xử lý độ lợi là quá trình giảm mật độ cụng suõt khi tín hiệu được xử lý để truyền và tăng mật độ phổ công suất khi gộp phổ ( despread ), mục đích làm tăng tỉ số S/N ( signal to noise ratio ). Bởi vì FH không có quá trình xử lý độ lợi nên sẽ phải dùng nhiều công suất hơn để có thể truyền tín hiệu với cùng mức S/N so với tín hiệu DS. Tuy nhiên tại ISM band theo quy định có mức giới hạn công suất phát do đó FH không thể đạt S/N giống như DS. Bên cạnh đó việc dùng FH rất khó khăn trong việc đồng bộ giữa máy phát và máy thu bởi vì cả thời gian và tần số yêu cầu phải đồng bộ. Trong khi DS chỉ cần đồng bộ về thời gian của các chip. Chính vì vậy FH sẽ phải mất nhiều thời gian để tìm tín hiệu, làm tăng độ trễ trong việc truyền dữ liệu và DS sẽ trễ ít hơn. Như vậy, kỹ thuật DSSS là kỹ thuật ưu việt hơn hẳn FHSS. III.1.4 Kỹ thuật truy nhập:  FDMA (frequency division multiple access) - đa truy nhập phân chia theo tần số: Phổ tần số dùng cho thông tin liên lạc được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách nhau một dải tần phòng vệ. Mỗi diẩ tần số được gán cho một kênh liên lạc, N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải tần kế tiếp Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 10 dành cho liên lạc hướng xuống. Mỗi CPE được cấp phát một đôi kênh liên lạc suốt thời gian kết nối, nhiễu giao thoa xảy ra ở đây là đáng kể.  TDMA (time division multiple access ) – đa truy nhập phân chia theo thời gian: Phổ tần số được chia thô thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ 1 khung. Liên lạc được thực hiện song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, điều này làm giảm nhiễu giao thoa đáng kể.  CDMA: Mỗi CPE được gán một mã riêng biệt, với kỹ thuật trải phổ tín hiệu giúp cho các CPE không gây nhiễu lẫn nhau trong điều kiện cựng lỳc dùng chung dải tần số. Dải tần số tín hiệu rộng hàng chục Mhz. Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rõt nhỏ và chống phađinh hiệu quả hơn FDMA,TDMA. Bên cạnh đó việc các CPE trong cùng một trạm gốc sử dụng chung giải tần số làm cho hệ thống truyền dẫn thu phát vô tuyến rất đơn giản. III.2 VẤN ĐỀ TẦN SỐ Vẫn còn một số tranh cãi về mức độ ảnh hưởng nhiễu lẫn nhau có thể xảy ra giữa việc sử dụng dải tần 2.4 GHz cho các mục đích ISM theo tiêu chuẩn 802.11b. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp thì các thiết bị 802.11b không bị ảnh hưởng bởi việc sử dụng các thiết bị ISM ở cùng tần số. Nếu có xảy ra sự gây nhiễu hay các vấn đề khác về tần số radio thì điều đó cũng có thể dễ dàng khắc phục, mà một trong những giải pháp là thay đổi vị trí hoặc Anten của thiết bị. ITU không có chính sách nào về việc cho phép các thiết bị không cần cấp giấy phép. Việc các thiết bị truyền thông không cần cấp phép như các thiết bị theo chuẩn IEEE 802.11b có được phép dùng chung các dải tần ISM hay không ở một nước nào đó là quyết định của các nhà làm luật địa phương chứ không phải là một quyết định của ITU. Hệ thống làm việc ở dải tần ISM band, toàn bộ dải tần sẽ được chia thành 12 kênh làm việc, mỗi kênh sẽ có băng thông khoảng 6,5 Mhz. III.3 MÔ HÌNH KẾT NỐI III.3.1 Điểm - Điểm (Peer to Peer Mode) Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 11 Hình III-1: Mô hình kết nối Point – to – Point Đây là phương pháp truyền thông tin theo kiểu một nguồn phỏt/thu truyền thông tin tới một trạm thu/phát. Ưu điểm chính của phương pháp này là tốc độ kết nối cao, bán kính kết nối rộng, tính bảo mật, đảm bảo thông lượng kết nối theo thiết kế và giảm chi phí hệ thống cho các cơ chế bảo toàn kết nối khi băng thông thay đổi (ví dụ như cơ chế chống nghẽn mạng khi băng thông giảm). Trong mode này không có AP. Hai hay nhiều khách hàng không dây, những người truyền tin theo kiểu phi thể thức hình thành nên một tập dịch vụ căn bản độc lập (Independent Basic Service Set - IBSS). Kiểu phi thể thức được dùng để kết nối các khách hàng không dây khi không có sự hiện diện của điểm truy nhập không dây. III.3.2 Điểm - Đa điểm (Infrastructure Mode) Hình III-2: Mô hình kết nối Point – to –MultiPoint Đây là phương pháp truyền thông tin theo kiểu: Một nguồn phỏt/thu (trạm gốc hay còn gọi là trạm cơ sở ) truyền thông tin tới nhiều trạm thu/phỏt ( trạm khách hàng hay còn gọi là trạm xa CPE ) trong cùng một thời điểm. Trong các hệ thống truyền dẫn ở tần số cao (băng thông lớn) thì Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 12 mô hình này là hữu hiệu vì sẽ làm giảm chi phí cho toàn bộ hệ thống. Mô hình này chủ yếu được sử dụng tại các khu vực có mật độ tập trung khách hàng cao như trong thành phố, khu công nghiệp... Về mặt quản lý, mô hình Điểm-Đa điểm có số hữu hạn CPE. Cục tần số có thể thu tiền tính trên đầu từng CPE, quản lý chính xác vị trí của từng CPE. Một điểm truy nhập không dây đơn có khả năng hỗ trợ một hoặc nhiều khách hàng không dây được gọi là một Tập dịch vụ căn bản (Basic Service Set BSS ). Tập gồm hai hoặc nhiều hơn các điểm truy nhập không dây được kết nối tới cùng một mạng có dây được gọi là Tập dịch vụ mở rộng (Extended Service Set). Một ESS là một phân đoạn mạng logic đơn (còn được gọi là một mạng con) và được nhận dạng bởi chỉ số nhận dạng dịch vụ của nó ( Service Set Identifier - SSID) III.3.3 Mesh Hình III-3: Mô hình kết nối dạng Mesh Mô hình Mesh mang bản chất của mạng tế bào nên có tính chất Roaming (chuyển giao). Có thể giải thích một cách đơn giản như sau: khi một CPE di chuyển ra khỏi 1 AP và sang vùng phủ sóng của 1 AP khỏc thỡ AP mới sẽ Chứng thực được CPE là một thành viên trong mạng và làm một số thủ tục cần thiết để vẫn duy trì kết nối cho CPE đó. III.4 VẤN ĐỀ BẢO MẬT III.4.1 Chứng thực qua hệ thống mở (Open Authentication) Đây là hình thức chứng thực qua việc xác định chính xác SSIDs (Service Set Identifiers). Một tập dịch vụ mở rộng (ESS - Extended Service Set) gồm 2 hoặc nhiều hơn các điểm truy nhập không dây được kết nối đến cùng một mạng có dây ) là một phân đoạn mạng logic đơn ( còn Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 13 được gọi là một mạng con ) và được nhận dạng bởi SSID. Bất kỳ một CPE nào không có SSID hợp lệ sẽ không được truy nhập tới ESS. III.4.2 Chứng thực qua khoá chia sẻ (Shared-key Authentication) Là kiểu chứng thực cho phép kiểm tra xem một khách hàng không dây đang được chứng thực có biết về bí mật chung không. Điều này tương tự với khoá chứng thực đã được chia sẻ trước trong Bảo mật IP ( IPSec ). Chuẩn 802.11 hiện nay giả thiết rằng Khoá dùng chung được phân phối đến các tất cả các khách hàng đầu cuối thông qua một kênh bảo mật riêng, độc lập với tất cả cỏc kờnh khỏc của IEEE 802.11. Tuy nhiên, hình thức chứng thực qua Khoá chia sẻ nói chung là không an toàn và không được khuyến nghị sử dụng. III.4.3 Bảo mật dữ liệu thông qua WEP (Wired Equivalent Privacy) Với thuộc tính cố hữu của mạng không dây, truy nhập an toàn tại lớp vật lý đến mạng không dây là một vấn đề tương đối khó khăn. Bởi vì không cần đến một cổng vật lý riêng, bất cứ người nào trong pham vi của một điểm truy nhập dịch vụ không dây cũng có thể gửi và nhận khung cũng như theo dõi các khung đang được gửi khỏc. Chớnh vì thế WEP (được định nghĩa bởi chuẩn IEEE 802.11) được xây dựng với mục đích cung cấp mức bảo mật dữ liệu tương đương với các mạng có dây. Nếu không có WEP, việc nghe trộm và phát hiện gói từ xa sẽ trở nên rất dễ dàng. WEP cung cấp các dịch vụ bảo mật dữ liệu bằng cách mó hoỏ dữ liệu được gửi giữa các node không dây. Mó hoỏ WEP dùng luồng mật mã đối xứng RC4 với từ khoá dài 40 bit hoặc104 bit. WEP cung cấp độ toàn vẹn của dữ liệu từ các lỗi ngẫu nhiên bằng cách gộp một giá trị kiểm tra độ toàn vẹn (ICV - Integrity Check Value) vào phần được mó hoỏ của khung truyền không dây. Việc xác định và phân phối cỏc chỡa khoỏ WEP không được đinh nghĩa và phải được phân phối thông qua một kênh an toàn và độc lập với 802.11. III.4.4 Bảo mật dữ liệu thông qua EAP (Extensible Authentication Protocol) Đây là một trong những hình thức chứng thực động, khoá chứng thực được thay đổi giá trị một cách ngẫu nhiên ở mỗi lần chứng thực hoặc tại các khoảng có chu kỳ trong thời gian thực hiện một kết nối đã được chứng thực. Ngoài ra, EAP còn xác định chứng thực qua RADIUS có nghĩa là: khi một CPE muốn kết nối vào mạng thỡ nú sẽ gửi yêu cầu tới AP. AP sẽ yêu cầu CPE gửi cho nó một tín hiệu Identify. Sau khi nhận được tín hiệu Identify của CPE, AP sẽ gửi tín hiệu Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 14 Identify này tới server RADIUS để tiến hành chứng thực. Sau đó, RADIUS sẽ trả lời kết quả cho AP để AP quyết định có cho phép CPE đăng nhập hay không. III.5 ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA WLAN III.5.1 Một số ưu điểm của mạng không dây WLAN o Không phải khoan tường, bấm và đi dây. o Không phải ngồi tại những vị trí cố định. o Trong nhiều trường hợp là giải pháp rẻ hơn cho mạng LAN o Có thể kết nối ở khoảng cách xa hơn so với các thiết bị blue tooth hoặc IR. o Công suất và tốc độ có thể chấp nhận được….. III.5.2 Nhược điểm của mạng không dây o Phức tạp hơn trong việc thiết lập, quản lý và vận hành mạng. o Thông tin được truyền trên không trung trên tần số dùng chung dẫn đến các vấn đề an ninh và nhiễu. o Tần số càng cao thì tốc độ càng cao, nhưng đồng thời độ suy giảm cũng càng cao... Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 15 IV. TÌM HIỂU VỀ WIMAX Tổ chức phi lợi nhuận WiMAX bao gồm các công ty sản xuất thiết bị và linh kiện truyền thông hàng đầu thế giới đang nỗ lực thúc đẩy và xác nhận tính tương thích và khả năng hoạt động tương tác của thiết bị truy cập không dây băng thông rộng tuân theo chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16 (Institute for Electrical and Electronics Engineers) và tăng tốc độ triển khai truy cập băng thông rộng trên toàn cầu. WiMAX là một công nghệ được tao ra bởi sự ảnh hưởng của các thành phần truyền tin và sự trang bị của các công ty, nó đã thúc đẩy và chừng nhận tớnh tương thích của thiết bị truy nhập băng rộng không dõy, cái mà tương thích với chuẩn IEEE 802.16 và chuẩn ETSI-HIPERMAN. Chuẩn IEEE 802.16a là một chuẩn kỹ thuật cho mạng WirelessMAN (metropolitan area network), nó cung cấp sự truy cập không dõy thay cho cáp. Nó có thể đáp ứng các đường dõy thuê bao kỹ thuật số DSL, các luồng T1/E1 trong những dặm cuối của sự truy cập băng rộng không dõy. Chuẩn 802.16 cung cấp được cho một khu vực sử dụng dịch vụ tuyến tính rộng tới 31 dặm và cho phép người sử dụng có được kết nối băng thông rộng mà không cần phải thỏa mãn điều kiện đầu kết nối của người sử dụng phải nhìn thấy trạm gốc. Công nghệ băng thông rộng không dây cũng cung cấp khả năng chia sẻ dữ liệu với tốc độ lên tới 70 Mbps, đủ độ rộng băng thông để hỗ trợ liên tục hơn 60 doanh nghiệp kết nối bằng luồng T1 và hàng hàng trăm hộ gia đình kết nối bằng thuê bao kỹ thuật số DSL mà chỉ cần sử dụng một sector của trạm gốc. Một trạm gốc bình thường có tới 6 sector như vậy. Ngoài ra nó cũn được sử dụng như để tăng thêm khả năng của kỹ thuật kết nối các điểm truy cập công cộng theo chuẩn 802.11 với Internet. Hiện nay một nhà cung cấp dịch vụ phải mất 3 tháng hoặc hơn để chuẩn bị một luồng T1 cho một khách hàng doanh nghiệp có văn phòng đặt trong những tòa nhà chưa có dịch vụ này. Với các công nghệ băng thông rộng không dây 802.16, cũng nhà cung cấp dịch vụ đó chỉ mất vài ngày để chuẩn bị cho một truy cập mạng có tốc độ tương đương T1 với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với trước đây. Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 16 WiMAX sẽ thúc đẩy và phát triển sự thành công của việc kiểm tra sự tích hợp giữa các bộ phận trong tương lai bằng việc cung cấp các dụng cụ cho sự thích hợp của việc kiểm tra Trong những công bố ban đầu về công nghệ WiMAX, kỹ thuật sử dụng dựa trên chuẩn 802.16 đã chỉ rừ dải tần được sử dụng từ 10 – 66GHz. Công nghệ WiMAX sử dụng chuẩn 802.16 giống như công nghệ WiFi sử dụng chuẩn 802.11. IV.1 MỤC ĐÍCH CỦA WiMAX Khi một chuẩn muốn được chấp nhận thì nó phải đáp ứng được yêu cầu của một tổ chức có thẩm quyền. Và WiMAX đã tạo ra được bước nhảy giúp nó vượt qua được rào cản và tạo ra sự chấp nhận đó, bởi giá cả và thao tác giữa các thành phần của thiết bị. WIMAX kích thích công nghệ WirelessMAN bởi sự hạn chế và cách quản lý các thao tác kiểm tra, nhón của nhà cung cấp hệ thống , sau khi một lần kiểm tra mà được dán nhón “ WIMAX certified” thì hệ thống đó chắc chắn đã vượt qua được sự kiểm tra này. IV.2 LỢI ÍCH CỦA WiMAX  Tạo một số cơ hội lớn cho các nhà cung cấp silicon  Đổi mới một cách nhanh chóng bởi vì nó tồn tại như một chuẩn cơ sở, ổn định dựa trên các khả năng mới được tạo ra  Trong một tương lai không xa nó sẽ là rất cần thiết với sự phát triển tất cả các phần của giải pháp “end to end”  Một cơ sở phổ biến là xu hướng giảm giá thành thiết bị và tăng nhanh giá/sự thực hiện các vấn đề cải tiến không thể thực hiện được cùng với sự độc quyền về công nghệ .  Sẽ tạo ra nguồn lói lớn bằng sự lấp đầy những lỗ hổng khi truy nhập băng rộng.  Nhanh chóng cung cấp các mức T1/E1và yêu cầu cao về độ dự trữ cung cấp băng rộng .  Hơn nữa sự truy nhập băng rộng có sự chọn lựa nhất là ở những vùng mà có các kẽ hở : như trung tõm của các thành phố lớn trên thế giới nơi mà người ta truy cập ở trong các tòa nhà thì cũn khó khăn, ở những vùng ngoại ô nơi mà các Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 17 thiết bị ở quá xa so với các văn phòng trung tõm và ở vùng nông thôn, những vùng có mật độ dõn cư thấp và cơ sở hạ tầng cũn nghèo nàn. IV.3 KHÁI NIỆM VỀ 802.16A Chuẩn 802.16a cho dải tần số 2 – 11GHz là kỹ thuật cho mạng WirelessMAN, nó cung cấp sự kết nối không dõy băng rộng của những thiết bị di động và cố định. Nó có thể được sử dụng để kết nối từ những điểm truy cập không dõy theo chuẩn 802.11 tới Internet, cung cấp các khu vực, các kỹ thuật không dõy thay cho cáp và cung cấp các đường dõy thuê bao kỹ thuật số DSL ở những dặm cuối của sự truy nhập băng rộng. Nó có vùng phủ sóng với bán kớnh 50Km, trong vùng đó cho phép người sử dụng kết nối băng rộng không cần phải có đường dõy trực tiếp và không cần phải nằm trong tầm nhìn thẳng. Một trạm gốc có thể cung cấp tốc độ dữ liệu tới 280Mbps, nó có thể đồng thời thực hiện được hàng trăm công việc mà với kết nối loại T1/E1 và hàng nghìn điểm đích với loại kết nối DSL . IV.4 LỢI ÍCH CỦA 802.16A  Độ rủi ro của giá và vốn đầu tư nhỏ .  Sự trao đổi hoạt động giữa các thiết bị cho phép người điều khiển dựa trên các thiết bị được chứng thực bởi WiMAX từ nhiều hơn 1 nhà cung cấp công nghệ.  Một điểm quyết định đó là chuẩn cơ sở dưa trên sự cải tiến OpEx, bởi sự phát sinh đổi mới ở tất cả các lớp, vấn đề quản lý mạng, antenna và một số thứ khác nữa.  Thông lượng cao ở vùng phú sóng xa hơn(> 50 Km).  Số bit/s/Hz lớn hơn ở vùng phủ sóng xa hơn .  Công suất của hệ thống có thể tăng cao.  Đơn giản khi tăng thêm một sector mới, cùng với sự mềm dẻo của các kênh làm cho khả năng chứa đựng của một cell có thể tăng lên là lớn nhất, vì vậy nó cho phép mạng hoạt động tốt hơn hay cũng giống như đồng thời làm tăng lượng khách hàng.  Sự mềm dẻo về băng thông của các kênh tạo cho sự trải phổ được phõn chia cho tất cả các dải phổ được phép và không được phép . Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 18  Chất lượng của sự phục vụ.  Giao thức MAC đã tạo ra hiệu quả từ một tới hàng trăm thuê bao.  Mật độ bao phủ .  Kỹ thuật tiên tiến ( mesh, beam-forming, MIMO ) đã cải tiến công suất của đường truyền không cần ở trong tầm nhìn thẳng.  Sự phát triển các hệ thống mạnh hơn cho phép có thể vượt qua chướng ngại vật tốt hơn ở khoảng cách xa hơn .  Chức năng TDMA (Grant/Request) MAC đã giảm được vấn đề hỏng hóc của thiết bị cung cấp giống như thoại và video.  Cho phép sự khác nhau về mức phục vụ cùng với băng thông yêu cầu được chỉ định : ví dụ như T1/E1 cho các nhà kinh doanh , hiệu ứng tốt hơn ở những nơi cư trú .  Giúp đỡ sự cho phép những dặm cuối cùng của dải băng tần rộng triển khai công nghệ không dõy trong khi vẫn giữ sự bổ sung của công nghệ WiFi.  Các nhà cung cấp đã sử dụng các thiết bị của chuẩn 802.16 để đảm bảo tốc độ của luồng T1/E1 hoặc mạng tốc độ cao kết nối tới các điểm truy cập WiFi của họ .  Ngpài ra các nhà cung cấp đã sẵn sàng thực hiện những yêu cầu về tốc độ, độ rộng băng thông cao cho những khả năng có thể xảy ra đối với những nhà thương nghiệp hoặc những nhà kinh doanh luôn di chuyển, cũng như xõy dựng những điểm mà sự kết nối chỉ là thỉnh thoảng. IV.5 MỐI LIÊN HỆ GIỮA 802.16A VÀ WiMAX  Một trong những mục đích của WiMAX là tạo nên sự hoạt động tương thích với nhau của các chuẩn riêng lẻ từ IEEE802.16a và ETSI – HIPERMAN, nó đạt được nhờ một mặt nào đó của hệ thống.  Cơ sở để WiMAX được chấp nhận đó là bởi vì nó được xõy dựng trên cơ sở của chuẩn 802.16a, cái mà có sử dụng phương thức 256 OFDM ở lớp vật lý. Lớp vật lý này sẽ hoạt động với lớp MAC không được chọn tựy ý để đảm bảo tất cả các sự thêm vào củaWiMAX sau này không có sự thay đổi gì về hình thức.  Ban đầu có 3 vùng phủ sóng ở các băng tần là :5.8GHz, 2.5GHz, và 3.5GHz. Sau này cũn dự định ở băng tần 2.3 GHz và một số băng tần khác. Nghiên cứu về mạng WLAN và WiMAX 19 V. TÀI LIỆU THAM KHẢO