Tổng quan về VoIP và ứng dụng của VoIP trong mạng WiFi, mô hình ứng dụng trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

oá các giá trị 0 và 1 thành dạng sóng vô tuyến. Các chỉ tiêu kỹ thuật của chuẩn IEEE 802.11b cho phép việc truyền dẫn không dây đối với dữ liệu thô tốc độ xấp xỉ 11 Mbps đạt khoảng cách lên tới một vài trăm feet ở băng tần chưa đăng ký 2.4 GHz. Khoảng cách này phụ thuộc vào chướng ngại vật, loại vật liệu, và tầm nhìn thẳng. 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): là thiết bị đặt ở phía nhà cung cấp dịch vụ 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 đổi tín hiệu số đến từ mạng của nhà cung cấp dịch vụ thành dạng 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, mã hoá và giải mã, nén và giải nén. Khối giao tiếp người sử dụng đầu cuối hay còn gọi là CPE (Customer Premise Equipment): là thiết bị đặt ở phía khách hàng, nó có 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: 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 Hình 2.1: Thiết bị mạng Wifi Hình 2.2: Mạng Wireless LAN Các chuẩn trong wifi 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 thì chuẩn IEEE- 802.11b: sử dụng tần số 2,4GHz (2,4-2,4853GHz) cho phép truyền dữ liệu 11Mbps (và 802.11a: 5-6GHz, 54Mbps) 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 Bảng 21: Các chuẩn trong IEEE 802.11 802.11a (5÷6 Ghz, 54 Mbps): sử dụng phương pháp điều chế OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) hoạt động ở dải tần 5 ÷ 6 Ghz, tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54 Mbp, thực tế công nghệ này có thể đạt tới thông lượng trong khoảng 20Mbps đến 25Mbps với lưu lượng thông thường. Trong môi trường công sở điển hình phạm vi bán kính làm việc có thể lên đến 50m tại tốc độ thấp nhất, ở tốc độ cao hơn phạm vi này là 25m. 802.11a có thể có 4, 8 hay nhiều kênh hơn phụ thuộc vào từng quốc gia. Chuẩn này sẽ được đưa vào sử dụng rộng rãi trong một vài năm tới. 802.11b ( 2.4 Ghz, 11Mbps ): được thông qua năm 1999. 802.11b 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 11Mbps với băng thông trong khoảng 4 Mbps đến 6 Mbps. Trong môi trường công sở thông thường, bán kính bao phủ tối đa là 75m tại tốc độ thấp nhất, ở tốc độ cao hơn phạm vi này giảm xuống 30m. 802.11b chỉ sử dụng 3 kênh chồng lấp do đó việc giảm thiểu nhiễu vô tuyến là rất khó. WiFi là tên gọi của các dòng sản phẩm tương thích với chuẩn 802.11b và được đảm bảo bởi tổ chức WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance). Phương pháp điều chế là CSMA/CA Carier Sence Multiple Access / Collision Avoid). 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 Bảng 22: Các chuẩn khác trong IEEE 802.11 Biến thể 802.11 Mô tả 802.11c Cung cấp dữ liệu 802.11 cụ thể là các thủ tục MAC với ISO.IEC (International Organization for Standardization/ International Electrotechnical Commission) 802.11d Cho phép các nước hiện không hợp với chuẩn 802.11 có thể sử dụng được chuẩn này.. 802.11e Triển khai lớp MAC để tăng hiệu quả chất lượng của dịch vụ. 802.11f Với mục dích tăng sự tương hợp giữa các thiết bị AP của các nhà cung cấp khác nhau. 802.11i Triển khai các kỹ thuật tính bảo mật và xác thực. 802.11x Phát triển tử 802.11b về bảo mật. 2.1.2 Ý nghĩa của tỉ số trải phổ Một trong các kỹ thuật cơ bản của chuẩn 802.11 là kỹ thuật trải phổ sóng vô tuyến có nghĩa là sử dụng một dải tần rộng hơn dải tần cần để truyền thông tin. Nghe có vẻ như sẽ gây lãng phí, nhưng trên thực tế lại đem lại nhiều lợi ích như giảm nhiễu và giúp tín hiệu có thể cùng tồn tại với đường truyền băng hẹp. Có nhiều phương pháp trải phổ như nhảy thời gian (time hopping), điều chế tần số, FHSS, DSSS và các phưong pháp lai giữa những cách trải phổ này. Chuẩn 802.11 cung cấp hai dạng kỹ thuật trải phổ là trải phổ trực tiếp DSSS và trải phổ nhảy tần FHSS. Cả hai phương pháp này đều tuân theo các quy định của tổ chức FCC để hoạt động được ở băng tần 2.4GHz. Chuẩn 802.11b sử dụng phương pháp DSSS. Do đó ở đây chỉ xét phương pháp trải phổ trực tiếp DSSS. Trải phổ trực tiếp DSSS (Direct Sequence Spread System) Trong 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) của 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 mã hoá 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 băng 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) mã hóa giả ngẫu nhiên (Pseudo-Noise sequence). Trong 802.11 có hai dạng điều chế DPSK dùng cho hệ thống DSSS, đó là BPSK và QPSK. Phương pháp BPSK có tốc độ dữ liệu đạt 1Mbps trong khi đó phương pháp QPSK có tốc độ đạt gấp đôi, cỡ 2Mbps. Chuẩn 802.11b còn bổ sung hai phương pháp CCK và PBCC (Packet Binary Convolutional Coding) có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 11Mbps. Hệ thống QPSK Điều chế pha 4 mức QPSK sử dụng nguyên lý tổ hợp 2 bit thành một ký hiệu điều chế và được mô tả cùng một trạng thái sóng mang. Như vậy 4 tổ hợp của 2 bit nhị phân sẽ tương ứng với 4 trạng thái của sóng mang như sau: Bảng 23: Trạng thái pha sau điều chế QPSK Tổ hợp bit Trạng thái pha 00 01 10 11 0 p/2 p 3p/2 Hình 2.3: Trạng thái pha của tín hiệu 4-QPSK dQ(t) ST(t) Tín hiệu QPSK S Cosw0t d(t) dI(t) Bộ chuyển đổi nối tiếp song song 900 Bộ điều chế: Hình 2.4: Bộ điều chế QPSK Để rõ ràng hơn ta có thể xem hình sau : Hình 2.5: Bộ điều chế QPSK Dãy bit dữ liệu d(t) qua bộ chuyển đổi nối tiếp song song chia thành hai dãy. Dãy dI(t) gồm các bit chẵn và dãy dQ(t) gồm các bit lẻ. Dòng bit dI(t) điều chế biên độ hàm cos với 2 giá trị +1 và -1 tương đương với hai pha lệch nhau 1800 thể hiện bit 0;1. Tương tự dòng bit dQ(t) điều chế biên độ hàm sin ( lệch pha hàm cos 1 góc 900) cho ta hai trạng thái lệch pha nhau 1800 và lệch pha với dI(t) l góc 900 .Tổng hai tín hiệu này sẽ cho ta một tín hiệu điều chế QPSK. Tính toán nhiễu cho hệ thống 4-QPSK Một hệ thống truyền dẫn số bao giờ cũng chịu tác động của kênh nhiễu trắng (theo hàm phân bố xác suất Gauss): (Công thức 2.1) Giả sử lấy và . Biểu diễn hàm phân bố xác suất Guass trên đồ thị với x là biến thay đổi trong khoảng [-4;4] như sau: Hình 2.6: Hàm phân bố xác xuất Guass Từ kết quả như hình 2.6 ta thu được nhận xét sau: Hàm phân bố xác suất Gauss có dạng đối xứng qua trục x, xác suất tại đây là cao nhất và giảm dần về 2 bên. Do đó đối với 1 hệ thống truyền dẫn số QPSK với kênh truyền là nhiễu trắng thì tín hiệu được cũng có dạng thích hợp với tính chất của hàm Guass. Tức là symbol thu được ở đầu thu có xác suất cao ở symbol tương ứng bên phía phát, càng ra xa xác suất càng giảm. Giả sử tỉ số SNR=6 thì tín hiệu thu được ở phía phát sẽ có kết quả như hình 2.5 Hình 2.7: Hệ thống QPSK với kênh truyền là nhiễu trắng Bit Soure QPSK Modulation QPSK Demodulation BER Calculation AWGN Bit Sink Mô hình hệ thống thu phát tín hiệu QPSK chịu ảnh hưởng của kênh truyền nhiễu trắng như sau: Hình 2.8: Mô hình hệ thống QPSK với kênh truyền là nhiễu trắng Do kênh truyền có can của nhiễu trắng nên sau bộ giải điều chế QPSK, chuỗi bit thu được sẽ khác với nguồn bit ở phía phát ra ở phía phát. Hình 2.9: Xác suất lỗi bit trong hệ thống QPSK có kênh truyền là nhiễu trắng Trong hệ thống QPSK mã hóa Gray khi truyền qua một kênh truyền có can là nhiễu trắng thì xác suất lỗi bit BEP có thể được tính theo công thức sau (Công thức 2.2) Trong đó và Q(.) là hàm là hàm bù lỗi (Complementary eror function) (Công thức 2.3) Tính toán lại xác suất lỗi bit theo lý thuyết khi tỷ số tín hiệu trên nhiễu nhận các giá trị 0,1,2,…,8dB. Kết quả thu được như hình vẽ sau: Hình 2.10: So sánh xác suất lỗi bit trong hệ thống QPSK với kết quả lý thuyết Bây giờ, giả sử trên kênh truyền là kênh phân tập đa đường tuân theo phân bố Rayleigh và có can của nhiễu trắng. Kênh phân tập đa đường gây ra do dự dịch chuyển tương đối tại một khoảng cách xác định gây nên sự biến đổi đường truyền giữa trạm gốc BS và trạm di động MS Phân tập đa đường gây ra hiện tượng tín hiệu tại điểm thu thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian về mặt biên độ, pha hay thành phần tần số. Hình 2.11: Hiện tượng phân tập tần số Khi đó hệ thống truyền dẫn như sau: Bit Soure QPSK Modulation QPSK Demodulation BER Calculation AWGN Bit Sink Rayleigh Fading Chanel Hình 2.12: Hệ thống QPSK với kênh truyền là kênh phân tập đa đường có can của nhiễu trắng Khi đó xác suất lỗi bit của hệ thống như sau: Hình 2.13 Xác suất lỗi bit của hệ thống truyền dẫn QPSK với kênh truyền là kênh phân tập đa đường theo xác suất Rayleigh có can của nhiễu trắng Theo lý thuyết, hệ thống QPSK có kênh truyền là kênh phân tập đa đường Rayleigh thì BEP được tính bằng công thức sau: (Công thức 2.4) Trong đó là tỉ số tín hiệu trên nhiễu NSR. Với b = 1/2. Tính toán lại xác suất lỗi bit theo lý thuyết để so sánh với hệ thống thực tế ta thu được kết quả như sau: Hình 2.14 Xác suất lỗi bit của hệ thống truyền dẫn QPSK với kênh truyền là kênh phân tập đa đường theo xác suất Rayleigh có can của nhiễu trắng, mô phỏng hệ thống và so sánh với lý thuyết 2.2 Phân lớp điều khiển truy nhập đường truyền (MAC) Lớp MAC trong 802.11 dùng chung cho tất cả các lớp vật lý thuộc 802.11, nó xác định chức năng và các giao thức cần cho việc điều khiển và truy nhập. Lớp MAC chịu trách nhiệm quản lý việc truyền dữ liệu từ các chức năng cấp độ cao hơn tới môi trường vật lý. Hình 2.15 minh hoạ mối quan hệ này với mô hình OSI. MẠNG IEEE 802.11 ĐIỀU KHIỂN LIÊN KẾT LOGIC (LLC) IEEE 802.11 ĐIỀU KHIỂN TRUY CẬP ĐƯỜNG TRUYẾN (MAC) GIAO VẬN PHIÊN TRÌNH DIỄN ỨNG DỤNH DSSS PHY (LIÊN KẾT DỮ LIỆU) FHSS PHY Infrared PHY (VẬT LÝ) Hình 2.15: IEEE 802.11 mô hình OSI 2.2.1. Các dịch vụ thuộc phân lớp MAC Những thiết bị ứng dụng lớp PHY và MAC tuân theo chuẩn 802.11 được gọi là các trạm (STA). Các STA này có thể là các điểm cuối (End Point) hay các điểm truy cập AP (Access Point). Các AP chính là các trạm hoạt động như là một phần của hệ thống phân tán DS (Distribution System) và nó tạo điều kiện để phân bố dữ liệu giữa các End Point. Lớp MAC cung cấp 9 dịch vụ logic - Xác thực, giải xác thực, liên kết, giải liên kết, tái liên kết, phân tán, tích hợp, bảo mật, và phân phối dữ liệu. AP sử dụng cả 9 dịch vụ trên trong khi End Point chỉ sử dụng các dịch vụ - Xác thực, giải xác thực, bảo mật và phân phối dữ liệu. Mỗi dịch vụ lại sử dụng một tập hợp các message với các thông tin thích hợp. Các thông tin này được mô tả trong bảng dưới đây: Bảng 24: IEEE 802.11 Các dịch vụ MAC và tác nhân Dịch vụ MAC Mô tả Loại trạm Xác thực Các mạng LAN không dây bị hạn chế trong việc bảo mật vật lý nhằm ngăn chặn việc truy nhập không hợp pháp. Chuẩn 802.11 đã xác định các dịch vụ xác thực để điều khiển việc truy nhập vào mạng WLAN. Mục đích của xác thực là đem lại sự điều khiển truy nhập giống như trong mạng LAN. Dịch vụ xác thực cung cấp cho các trạm cơ chế nhận biết được trạm khác. Nếu không được nhận dạng, một trạm sẽ không thể truyền dữ liệu trên mạng WLAN. Tất cả các trạm trong mạng WLAN, dù chúng là thành phần của một BSS độc lập hay ESS, đều phải thực hiện dịch vụ xác thực trước khi truyền thông với trạm khác. End-Point và AP Xác thực hệ thống mở. Đây là phương thức xác thực mặc định, gồm hai bước và rất đơn giản. Đầu tiên, trạm cần xác thực gửi một khung quản lý xác thực có chứa đặc điểm nhận dạng của nó. Sau đó trạm đối tác gửi lại một khung thông báo việc xác thực đã thành công. Xác thực dùng khoá chung. Cơ chế xác thực này giả thiết mỗi trạm nhận được một khoá chia sẻ bảo mật thông qua một kênh an toàn độc lập với mạng 802.11. Các trạm xác thực nhờ thông tin trong khoá dùng chung này. Cơ chế xác thực khoá dùng chung yêu cầu mã hoá thực hiện thuật toán WEP (Wired Equivalent Privacy). Giải xác thực Là sự loại bỏ sự xác thực đang tồn tại. Giải xác thực được sử dụng để loại bỏ người sử dụng hợp pháp trước đó, không cho phép người này sử dụng mạng nữa. Mỗi lần một trạm được giải xác thực, trạm đó sẽ không còn khả năng truy nhập vào mạng WLAN, nếu muốn truy nhập tiếp thì trạm này sẽ phải làm thủ tục xác thực lại. Giải xác thực cũng là một khai báo và không thể bỏ nó đi được. Ví dụ, khi một trạm muốn ra khỏi một BBS, nó sẽ gửi đi một khung quản lý việc giải xác thực tới AP để thông báo với AP về việc ra khỏi mạng. Một AP cũng có thể giải xác thực bằng cách gửi một khung chứa thông tin giải xác thực tới một trạm. End-Point và AP Liên kết Ánh xạ một trạm tại một điểm truy cập và cho phép AP phân phối dữ liệu tới và nhận dữ liệu từ trạm này. Dịch vụ liên kết được sử dụng để tạo một kết nối logic giữa một trạm di động với một AP. Một trạm cần phải liên kết với một AP trước khi thông qua AP này gửi dữ liệu lên hệ thống phân tán. Liên kết này là cần thiết đối với hệ thống phân tán để biết được ở vị trí nào và làm thế nào để truyền dữ liệu tới trạm di động. Trạm di động chỉ cần dùng liên kết đúng một lần khi mà nó gia nhập vào một BSS. Mỗi trạm chỉ liên kết với một AP cho dù một AP có thể liên kết với nhiều trạm AP Giải liên kết Huỷ một liên kết đang tồn tại. Dịch vụ này yêu cầu một trạm di động huỷ bỏ liên kết tới một điểm truy cập hoặc để một trạm di động thông báo với AP nó không cần sử dụng những dịch vụ của hệ thống phân tán DS nữa. Khi một trạm được giải liên kết nó phải thực hiện một liên kết mới để có thể liên kết lại với một AP. Một AP có thể thực hiện giải liên kết với một hay nhiều trạm do tài nguyên hạn chế hay do AP này ngừng hoạt động hay dời khỏi mạng do những nguyên nhân khác. Khi một trạm di động nhận thấy rằng nó không yêu cầu những dịch vụ từ AP nó có thể yêu cầu dịch vụ giải liên kết để thông báo AP không cần đến kết nối logic từ trạm này nữa. Giải kết nối là một thông báo và không trạm nào có thể từ chối việc kết thúc một liên kết. AP Tái liên kết Chuyển một liên kết giữa các AP. Tái liên kết cho phép một trạm thay đổi liên kết hiện thời của nó với một điểm truy cập. Dịch vụ này tương tự như dịch vụ liên kết nhưng có thêm thông tin về AP mà trạm di động đã liên kết trước đó. Một trạm di động thực hiện lặp lại dịch vụ này khi nó chuyển động trong ESS mất liên lạc với AP đang liên kết và cần phải thiết lập lại liên kết với một điểm truy cập mới. Khi sử dụng dịch vụ này một trạm di động cung cấp thông tin cho AP mà nó sẽ liên kết với và thông tin liên quan tới AP mà nó sẽ huỷ liên kết. Điều này cho phép AP mới có thể liên lạc với AP cũ để nhận được những khung đang chờ gửi tới trạm di động cũng như những thông tin khác có thể cần thiết cho liên kết mới. AP Bảo mật Ngăn cản việc truy cập bất hợp pháp nhờ sử dụng thuật toán WEP. Dịch vụ bảo mật của 802.11 được thiết kế để cung cấp một mức độ bảo vệ dữ liệu trên mạng WLAN tương đương với mạng LAN có dây. Dịch vụ này chỉ bảo vệ dữ liệu được truyền qua mạng không dây, nó không cung cấp một sự bảo vệ dữ liệu tuyệt đối giữa các ứng dụng trong một mạng hỗn hợp. Trong một mạng không dây, tất cả các trạm và các thiết bị khác có thể nghe lưu lượng dữ liệu trong một phạm vi nào đó trên mạng, điều này gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sự bảo mật giữa những kết nối không dây. IEEE 802.11 ngăn chặn vấn đề này bằng tuỳ chọn dịch vụ bảo mật nhằm nâng cao tính an toàn cho mạng WLAN như trong mạng có dây. Dịch vụ bảo mật, ứng dụng cho tất cả các khung dữ liệu và một vài khung quản lý xác thực, là một thuật toán mã hoá dựa trên 802.11. End-Point và AP Phân tán Cung cấp việc truyền dữ liệu giữa các trạm thông qua hệ thống phân tán. Đây là dịch vụ chính được sử dụng bởi một trạm 802.11. Mỗi trạm sử dụng dịch vụ phân tán mỗi khi nó gửi khung MAC qua DS. Dịch vụ này cung cấp thông tin chỉ đủ để xác định BSS đích chính xác tại khung MAC. Ba dịch vụ liên kết (liên kết, giải liên kết và tái liên kết) cung cấp thông tin cần thiết cho dịch vụ phân tán hoạt động. Dịch vụ phân tán không cần thiết bao gồm các đặc tính nào khác dịch vụ liên kết, mặc dù một trạm cần phải được liên kết với một AP để dịch vụ phân tán có thể truyền khung một cách hợp thức. AP Phân phối dữ liệu Cung cấp việc trao đổi dữ liệu giữa các trạm. End-Point và AP Tích hợp Cung cấp việc trao đổi dữ liệu giữa hệ thống phân tán của một IEEE 802.11 LAN và một LAN khác không tuân theo chuẩn này. Trạm cung cấp chức năng này được gọi là Portil. Portal là một khái niệm kiến trúc trừu tượng, thường là một AP mặc dù nó có thể là một phần trọn vẹn của một mạng tách biệt. Dịch vụ tích hợp chuyển những khung 802.11 sang những khung có thể truyền trong những mạng khác. AP 2.2.2 Kiến trúc lớp MAC: Cả hai lớp PHY và MAC đều được phân chia theo khái niệm về khả năng quản lý và khả năng truyền dữ liệu. Khả năng quản lý PHY được cung cấp bởi thực thể quản lý lớp vật lý PLME (PHY Layer Management Entity). Khả năng quản lý MAC được cung cấp bởi thực thể quản lý lớp MAC MLME (MAC Layer Mangagement Entity). MLME và PLME trao đổi thông tin về những năng lực môi trường truyền vật lý thông qua cơ sở thông tin quản lý MIB (Management Information Base). Đây chính là cơ sở dữ liệu về những đặc tính ở lớp vật lý như những tốc độ có thể truyền, các cấp độ công suất, và các loại Anten. Một số đặc tính là tĩnh và một số khác có thể thay đổi bởi thực thể quản lý. Những chức năng quản lý này hỗ trợ mục đích chính của lớp MAC là truyền các thành phần dữ liệu. Những gói dữ liệu được truyền xuống phân lớp MAC từ phân lớp LLC được gọi là những đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC MSDU (MAC Service Data Unit). Để truyền những MSDU này xuống lớp PHY, MAC sử dụng những khung có chứa các trường chức năng liên quan. Có ba loại khung MAC - khung điều khiển, khung quản lý, và khung dữ liệu. MAC chuyển những MSDU xuống lớp PHY nhờ giao thức hội tụ lớp vật lý PLCP (PHY Convergence Protocol). PLCP chuyển dịch những MSDU này thành những dạng phụ thuộc đó là môi trường vật lý PMD (Physical Medium Dependent). Lớp PMD sẽ vận chuyển dữ liệu lên trên môi trường. MAC định nghĩa hai phương pháp truy nhập môi trường - hàm kết hợp phân tán DCF (Distributed Coordination Function) và hàm kết hợp điểm PCF (Point Coordination Function). DCF dựa trên cơ chế truy cập kênh truyền đa truy cập cảm nhận sóng mang tránh va chạm CSMA/CA được biết đến như một phương thức truy cập cơ bản của 802.11 MAC, nó được thực hiện trong tất cả các trạm thuộc IBSS cũng như trong những cấu hình mạng cơ sở, trong khi PCF dựa trên kỹ thuật hỏi vòng. PCF được cung cấp thông qua những dịch vụ của DCF. Chức năng kết hợp phân tán DCF Chức năng kết hợp điểm PCF Dịch vụ có tranh chấp Dịch vụ không tranh chấp MAC Hình 2.16 Kiến trúc phân lớp MAC a)DFC Chế độ hoạt động DCF bao gồm hai kỹ thuật truyền gói. Kỹ thuật bắt tay hai bước là cơ cấu mặc định, một báo nhận thành công được gửi đi khi trạm đích nhận thành công một gói từ trạm nguồn. Một cơ cấu khác đó là kỹ thuật bắt tay bốn bước hay còn gọi là cơ chế RTS/CTS. Đầu tiên trạm muốn gửi dữ liệu sẽ truyền một khung yêu cầu được truyền (RTS: request to send) để dành trước kênh truyền, nếu nhận được khung CTS (clear to send) quá trình trao đổi các gói dữ liệu và các khung ACK sẽ được thực hiện. Phương thức CSMA hoạt động như sau: Hoạt động cơ bản của CSMA/CD là “Listen before Talk”. Hình 2.17: Thuật toán CSMA/CA. Khi 1 nút có nhu cầu truyền dữ liệu, nó phải “nghe” xem trên đường truyền có tín hiệu sóng mang hay không. Tức là kiểm tra xem có nút nào khác đang sử dụng đường truyền hay không (Khái niệm sóng mang ở đây có thể hiểu là các dòng điện chứa các tín hiệu sẽ được tầng vật lý chuyển đổi thành các bit dữ liệu). Trong trường hợp đường truyền có sóng mang, thì nút này không được phép truyền, phải chờ - tiếp tục “nghe”. Nếu không có sóng mang, nút mạng sẽ bắt đầu truyền dữ liệu. Khi đó nó sẽ tạo ra 1 sóng mang trên đường truyền. Và theo quy định của Ethernet, tại 1 thời điểm chỉ có 1 sóng mang trên đường truyền. Hiện tượng xung đột xảy ra khi các nút “nghe” đường truyền xong, thấy không có sóng mang, thì cùng truyền tại 1 thời điểm. Vì thế, CSMA được cải tiến bằng cách thêm tính năng phát hiện xung đột (CD – Collision Detection): Nút mạng khi thấy đường truyền rỗi, thì có thể phát hoặc không phát tín hiệu (với xác suất p nào đó). Sau khi bắt đầu truyền, nút truyền vẫn tiếp tục “nghe” thêm 1 khoảng thời gian nữa – Listen while Talk. Trong quá trình nghe này, nếu nút mạng phát hiện ra các sóng mang khác thường (không giống với sóng mang mà mình phát đi, chẳng hạn không giống về cường độ dòng điện…), thì coi như đã có đụng độ xảy ra. Khi đó nút đang truyền sẽ chấm dứt ngay việc phát đi dữ liệu cần truyền, nhưng vẫn tiếp tục phát sóng mang trong 1 khoảng thời gian nữa, để đảm bảo tất cả các nút khác đều nghe được sự đụng độ này. Sau đó nút sẽ tạm nghỉ (Backoff) trong 1 khoảng thời gian ngẫu nhiên (giải thuật random backoff) . Nhờ đó, thời điểm các nút truyền lại sẽ khác nhau. Trong khi cơ chế phát hiện xung đột (Collision Detection) hoạt động rất tốt trong các mạng LAN hữu tuyến, thì đối với mạng LAN vô tuyến, ta không thể sử dụng cơ chế này được. Trong môi trường vô tuyến, ta không thể đảm bảo được tất cả các nút mạng đều “nghe” lẫn nhau được. Đó là vì có hiện tượng “nút ẩn” (Hidden Node). Vả lại các nút mạng trong WLAN không thể thực hiện “Listen while talk” (vừa “nghe”, vừa truyền dữ liệu). Vấn đề nút ẩn như sau: Hình 2.18: Vấn đề về nút ẩn A trao đổi dữ liệu với B C ra nghe kênh truyền C không nghe thấy A do C nằm ngoài vùng phủ sóng của A C quyết định truyền dữ liệu tới B Tại B xảy ra xung đột. Hình 2.19 Xung đột do hiện tượng nút ẩn Để giải quyết vấn đề này, người ta sử dụng cơ chế tránh xung đột (CA – Collision Avoidance). Đầu tiên, cũng giống như cơ chế CSMA/CD, nút mạng muốn truyền tin sẽ “nghe” đường truyền. Nếu nó thấy đường truyền đang bận, thì sẽ chờ. Đồng thời nút mạng sẽ tính toán một khoảng thời gian chờ ngẫu nhiên (DIFS). Ngay sau khi thời gian đó trôi qua, nó lại nghe xem liệu có nút mạng nào đang truyền tin hay không. Bằng cách tạo ra thời gian chờ ngẫu nhiên, sẽ hạn chế được hiện tượng các nút mạng muốn truyền tin sẽ truyền tại cùng một thời điểm (tránh xung đột). Ngược lại, khi đường truyền rỗi, nút mạng sẽ được phép truyền tin. Tuy nhiên nút mạng không truyền dữ liệu ngay, mà nó sẽ phát sẽ phát đi một gói tin báo gửi là RTS - Request To Send. Nút nhận nếu cũng thấy đường truyền đang rỗi, thì sẽ phản hồi lại bằng gói tin cho phép gửi - CTS (Clear To Send). Khi đó cặp RTS/CTS được coi là một sóng mang ảo (Virtual Carrier Sense). Sở dĩ gọi như vậy vì, sóng mang ảo này cũng có vai trò như sóng mang trong cơ chế CSMA/CD. Tức là, khi các nút khác ra “nghe” đường truyền mà phát hiện ra có sóng mang ảo, thì chúng sẽ coi đường truyền đang bận. Sóng mang ảo còn được gọi là vector thiết lập liên kết NAV – Network Allocation Vector. Sau khi thiết lập RTS/CTS, nút mạng bắt đầu truyền dữ liệu. Và trong quá trình truyền này có sử dụng cơ chế báo nhận (ACK). Tức là, nút nhận sau khi nhận được dữ liệu sẽ gửi lại thông báo nhận – ACK (Acknowledgement ). Toàn bộ tiến trình trên gọi là 4-way handshake. Hình 2.20: Cơ chế 4-way handshake Thời gian chờ Random Backoff DIFS Trạm nguồn Data SIFS Cửa sổ tranh chấp Ack DIFS Trạm đích Trạm khác Trì hoãn truy cập Back-off sau trì hoãn Trong 802.11, phương pháp truy nhập cơ bản là DCF mà sử dụng công nghệ CSMA/CA. Phương pháp này đòi hỏi mỗi trạm phải nghe các trạm khác. Nếu kênh đang rỗi, một trạm có thể truyền. Nếu trạm đang bận, nó đợi đến khi ngừng việc truyền và thực hiện thủ tục Random Backoff đã nêu trên. Thủ tục này ngăn không cho nhiều trạm cùng chiếm lấy đường truyền ngay sau khi kết thúc lần truyền trước đó. Hình 2.21: Thuật toán Back-off CSMA/CA. Sự tiếp nhận các gói trong DCF yêu cầu phải có thông tin phúc đáp (Ack) như trên hình 2.21. Khoảng thời gian sau hoàn thành việc truyền gói đến khi bắt đầu khung ACK gọi là SIFS (Short Interframe Space). Các khung ACK có mức độ ưu tiên cao hơn so với các loại lưu lượng khác. Phúc đáp nhanh là một trong những đặc điểm nổi bật của chuẩn 802.11, bởi vì nó yêu cầu phân lớp MAC quản lý các Ack. Các quá trình truyền khác phải đợi ít nhất một khoảng liên khung DCF (DIFS) trước khi truyền dữ liệu. Nếu một trạm cảm nhận được môi trường đang bận, nó sẽ quyết định thực hiện một khoảng thời gian Back-off ngẫu nhiên bằng cách thiết lập bộ định thời trong đến giá trị là số nguyên lần thời gian một khe. Kết thúc khoảng thời gian DIFS, bộ định thời bắt đầu đếm ngược. Khi đạt tới giá trị 0, trạm có thể bắt đầu truyền. Nếu như kênh được chiếm bởi một trạm khác trước khi bộ định thời đếm tới 0, bộ định thời sẽ lưu lại giá trị đã giảm cho lần truyền tiếp theo. Phương pháp mô tả ở trên phụ thuộc vào sự cảm nhận sóng mang vật lý. Điểm quan trọng nhất ở đây là mỗi trạm đều có khả năng nghe các trạm khác. Backoff Time = Random() x aSlot-Time với Random() = một số nguyên ngẫu nhiên giả trong khoảng [0, CW], với CW là một số nguyên trong phạm vi giá trị của đặc tính PHY aCWmin và aCWmax, aCWmin ≤ CW ≤ CWmax. aSlot-Time = giá trị được định trước theo đặc tính PHY Mỗi lần truyền MPDU hoặc MMPDU không thành công, tập giá trị CW được tăng liên tiếp theo luỹ thừa 2, trừ 1 (7, 15, 31, 63, 127, 255), bắt đầu với giá trị aCWmin, và tăng liên tục đến giá trị aCWmax. b)PCF Dưới chế độ hoạt động PCF, các trạm được hỏi lần lượt, một trạm có gói cần truyền sẽ truyền ngay khi được hỏi. Trong mạng IEEE 802.11, DCF là phương thức truy cập kênh cơ bản và việc cùng tồn tại cả hai chế độ DCF và PCF là cần thiết. Khoảng thời gian hệ thống làm việc dưới chế độ DCF được gọi là khoảng tranh chấp CP (contention period), khi hệ thống làm việc dưới chế độ PCF ta có khoảng thời gian không tranh chấp CFP (contention free period). Hơn nữa nếu chỉ sử dụng PCF kênh truyền sẽ không được sử dụng hoàn toàn hiệu quả do một số lý do sau: nếu mọi trạm không dây đều kết nối với AP đều được hỏi mà không cần biết nó có nhu cầu truyền dữ liệu hay không sẽ dẫn đến một lượng đáng kể những tiêu để hỏi vòng. Những tiêu đề này có thể được giảm bớt bằng cách duy trì một polling list động tại AP. Khi một trạm muốn truyền dữ liệu nó sẽ yêu cầu AP đặt vào danh sách được hỏi và sau một số khoảng thời gian rỗi AP sẽ xóa nó khỏi danh sách. Vì lý do này, DCF vẫn cần được thêm vào cùng với PCF để cung cấp cho những STA khả năng gửi yêu cầu được đặt vào trong danh sách được hỏi tới AP. Hình 2.22:PCF và DCF 2.3 Vấn đề về bảo mật 2.3.1 Xác 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 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. Khi một STA gửi một khung quản lý mạng thông tin chứng thực đi thì nếu quá trình chứng thực xảy ra khi trong khung thông tin đó có trạng thái Open System. Nhưng chức năng này được mặc định trong cấu trúc khung Authentication. Chức năng này bao gồm hai bước : Yêu cầu xác thực : Bước này có cấu trúc khung Authentication: Nội dung trường Type : quản lý. Nội dung trường Subtype : chứng thực. Thông tin chức năng : Xác lập thuật toán “Open System”* Xác lập STA Xác lập số thứ tự thực hiện = 1 Xác lập thuật toán phụ thuộc vào thông tin Thông tin liên kết : được gửi từ STA thiết lập Authen tication Kết quả chứng thực : khung mang kết quả chứng thực bao gồm : Nội dung trường Type : quản lý Nội dung trường Subtype : chứng thực Thông tin chức năng : Xác lập thuật toán “Open System” Xác lập số thứ tự thực hiện = 2 Gửi thông tin kết quả chứng thực Xác lập thuật toán phụ thuộc vào thông tin Thông tin liên kết : được gửi từ AP về STA 2.3.2 Xác 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 các kênh khác của IEEE 802.11. Các STA có thể thực hiện chứng thực thì cần phải trao đổi khóa cho nhau dưới dạng một chuỗi và cần được mã hóa bằng thuật toán WEP. Quá trình trao đổi gồm 4 bước : Gửi thông tin từ khóa bảo mật: có cấu trúc khung Nội dung trường Type : quản lý. Nội dung trường Subtype : chứng thực. Thông tin chức năng : Xác lập thuật toán “Shared Key” Xác lập STA Xác lập số thứ tự thực hiện = 1 Xác lập thuật toán phụ thuộc vào thông tin Thông tin liên kết: được gửi từ STA đến STA tương ứng Mã hóa từ khóa bảo mật : trước khi STA gửi phản hồi chìa khóa bảo mật nó sử dụng thuật toán mã hóa WEP để mã hóa từ khoa bảo mật. Có cấu trúc khung : Nội dung trường Type : quản lý Nội dung trường Subtype : chứng thực Thông tin chức năng : Xác lập thuật toán “Shared Key” Xác lập số thứ tự thực hiện = 2 Gửi thông tin về khóa bảo mật Xác lập thuật toán phụ thuộc vào thông tin Thông tin liên kết : được gửi từ STA đích STA phía phát sẽ lưu thông tin về chìa khóa bảo mật trong khung thứ 2 và truyền khung thứ 3 đi sau khi được đóng gói bởi thuật toán WEP và sử dụng từ khóa bảo mật. Có cấu trúc khung : Nội dung trường Type : quản lý Nội dung trường Subtype : chứng thực Thông tin chức năng : Xác lập thuật toán “Shared Key” Xác lập số thứ tự thực hiện = 3 Xác lập thuật toán phụ thuộc vào thông tin từ khung thứ 2 Thông tin liên kết :được gửi từ STA tới STA đích. Mô tả quá trình chứng thực ở trạng thái nào. Có cấu trúc khung : Nội dung trường Type : quản lý Nội dung trường Subtype : chứng thực Thông tin chức năng : Xác lập thuật toán “Shared Key” Xác lập số thứ tự thực hiện = 4 Xác lập thuật toán phụ thuộc vào thông tin kết quả chứng thực. Thông tin liên kết :được phản hồi từ STA nhận Tuy nhiên, hình thức chứng thực qua Khoá chia sẻ nói chung là không an toàn và không được khuyến nghị sử dụng. 2.3.3 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 phạm 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 khác. Chính 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 mã hoá dữ liệu được gửi giữa các node không dây. Mã hoá WEP dùng luồng mật mã đối xứng RC4 với từ khoá dài 40 bit hoặc 104 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 mã hoá của khung truyền không dây. Ta có cấu trúc từ mã như hình vẽ: Hình 2.23:Cấu trúc từ mã thuật toán WEP Việc xác định và phân phối các chìa khoá WEP không được đinh nghĩa và phải được phân phối thông qua một kênh an toàn và độc lập với 802.11. 2.3.4 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 thì nó 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 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. 2.4 Các vấn đề cần khắc phục trong công nghệ VoIP over Wifi 2.4.1 Các nguyên nhân ảnh hưởng đến QoS a) Trễ (Delay) Nhân tố thứ nhất đáng kể làm ảnh hưởng đến QoS của VoIP là trễ các gói dữ liệu VoIP đi qua mạng. Trễ là số lượng thời gian để mạng dữ liệu gói đưa đến ứng dụng của người gửi đi đến đích, ứng dụng của người nhận. QoS VoIP các trễ gói thường xuyên lớn hơn 100ms. Sau đây là các điểm nguồn của trễ trong trễ đầu cuối với đầu cuối (end to end), tiếng nói trên gói (Voice over Packet). Trễ mạng: Trễ này là do nguyên nhân phương tiện truyền vật lý và các giao thức truyền dữ liệu tiếng nói vào các bộ đệm dùng chuyển gói jitter ở phía nhận. Trễ gói có thể từ 70 đến 100ms trong mạng Frame Relay và mạng IP. Trễ thuật toán: Trễ này do nguyên nhân đòi hỏi tập hợp của một khung mẫu tiếng nói tiến hành bởi mã tiếng nói. Nó có liên quan đến loại mã tiếng nói và thay đổi từ một mẫu đơn, thời gian 0.125ms đến nhiều hơn ms. Sau đây là chuẩn các mã tiếng nói và khung thời gian. Bảng 25: Bảng sự tích luỹ của trễ. Mã hoá G.729 (5ms chờ) trễ 5 ms (Cố định) Mã hoá (10ms mỗi khung) trễ G.729 10 ms (Cố định) Trễ nối tiếp hoá liên kết (10Mbps đường trung truyền) 0.048 ms (Cố định) Trễ bộ đệm Jitter 50 ms (Thay đổi) Trễ xử lý: Loại trễ này do nguyên nhân xử lý hiện thời của mã hoá và tập hợp của mẫu mã hoá trong một gói để truyền trên mạng đó. b) Độ chập chờn (Jitter). Jitter là một biến gói thời gian trễ do mạng gói đi qua jitter và do nguyên nhân nhiều thứ của các nhân tố mạng bao gồm sự tắc nghẽn, thiếu dải tần, thay đổi của kích thước gói, các gói hỏng, sự truyền lại, mất gói và thay đổi định tuyến. Jitter là sự biến đổi về mặt thời của các gói đến đích. A A B B C C D3≠D2 D1 D1=D2 người gửi người nhận Hình 2.24: Sự thay đổi thời gian các gói đến dích. c) Mất gói (Packet Loss) Mất gói là một hiện tượng bình thường trên các mạng gói. Mất gói có do nhiều nguyên nhân khác nhau: các liên kết lượng quá tải, các xung đột quá mức trên một mạng LAN và các lỗi phương tiện vật lý. Thiết bị mạng như Switch, Router có thể giữ các gói dữ liệu trong các bộ đệm đợi khi lấy được một liên kết. Nếu liên kết còn lại chật các bộ đệm đợi sẽ tràn qua và dữ liệu sẽ mất. Các gói mất cần phải truyền lại và thêm vào tổng thời gian truyền. Về các mạng IP không bảo đảm dịch vụ người ta thường đưa ra tác động mạnh hơn của các gói tiếng nói như mạng ATM. Trong mạng IP hiện nay các khung tiếng nói coi như là dữ liệu. 2.4.2 Vấn đề về chất lượng dịch vụ Cũng giống như những dịch vụ trên mạng Internet có dây, một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu trong phân phối dữ liệu không dây đó là chất lượng dịch vụ còn thấp. Sự tranh chấp với những dịch vụ không dây khác, mất gói, và nhiễu gây ra bởi khí quyển là những lý do phản đối 802.11b và những giao thức không dây được kết hợp để có thể thay thế PSTN. QoS cũng liên quan đến khả năng của nhà cung cấp dịch vụ trong việc cung cấp voice trên mạng của họ 2.4.3 Vấn đề về đồ tin cậy Vấn đề quan tâm hàng đầu của những nhà cung cấp dịch vụ khi so sánh công nghệ cạnh tranh với những bộ chuyển mạch lớp 4,5 của PSTN chính là độ tin cậy. Chuyển mạch lớp 4 và lớp 5 đã rất nổi tiếng với thuật ngữ “five 9s” khi nói đến độ tin cậy. Đó là dịch vị chỉ mất đi 5 phút trong vòng một năm. Giải pháp kỹ thuật chuyển mạch thoại để đạt được “five 9s” chính là vấn đề đưa kỹ thuật một cách chính xác vào giải quyết những nhân tố thừa. Hiện nay nhiều giải pháp chuyển mạch mềm đặt được “five 9s” hay độ tin cậy cao hơn 2.4.4 Vấn đề về bảo mật Hai cơ chế bảo mật được xây dựng dành cho mạng 802.11b đó là: Service Set ID (SSID) và Wired Equivalent Privacy (WEP). Những cơ chế này có thể phù hợp với những mạng kinh doanh nhỏ hay trong những khu dân cư, tuy nhiên nó không thích hợp cho những mạng doanh nghiệp lớn, những mạng này yêu cầu phải có một cơ chế bảo mật tốt hơn. 2.4.5 Vấn đề về phạm vi bao phủ Trong hầu hết những ứng dụng đẳng hướng, 802.11 đề nghị phạm vi hoạt động trong khoảng 100m. Tuy nhiên, để VoIP over wifi có thể hoạt động cạnh tranh được với PSTN, thì đò hỏi phải có một phạm vi rộng lớn hơn nhiều. 2.5 Kết luận: Mạng không dây wifi cho phép VoIP mở rộng tầm hoạt động từ môi trường hữu tuyến sang môi trường vô tuyến, do đó lợi ích của VoIP tăng lên rõ rệt và có cơ hội tấn công mạng điện thoại di động. Ngay như mạng di động 3G mới nhất hiện mới triển khai hạn chế ở một số nước thì có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ không quá 2Mbps (công nghệ 3G+ và 4G có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn nhưng tương lai) thì công nghệ WiFi phổ biến ở Việt Nam hiện nay là chuẩn 802.11b có tốc độ lên tới 11Mbps, đối với một số chuẩn WLAN khác như chuẩn 802.11g; chuẩn WiMax còn cho phép tốc độ cao hơn nữa. Tuy nhiên VoIP over WiFi còn nhiều vấn đề cần giải quyết. Đa phần mạng WiFi được thiết kế cho dịch vụ dữ liệu (đặc biệt là truy cập Internet) và chưa hỗ trợ chất lượng thoại tốt, vấn đề chuyển vùng giữa các điểm truy cập, vấn đề về bảo mật và xác thực, vấn đề về đáp ứng nhiều cuộc gọi... Nếu các vấn đề này được giải quyết thì VoIP over WiFi sẽ đủ mạnh để đứng riêng MÔ HÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VOIP TRONG MẠNG WIFI PHỦ SÓNG CHO TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI Để tìm rõ hơn về ứng dụng của công nghệ VoIP trong mạng WiFi, chương này sẽ đưa ra một mô hình ứng dụng thực tế trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. 3.1 Nhu cầu phủ sóng Vo_WiFi trong trường ĐHBK Hà nội Trường Đại Học Bách Khoa là một trường có diện tích rộng với các nhà giảng đường, các thư viện, các phòng ban, các nơi làm việc và các khuôn viên cách xa nhau. Mà không phải ở bất kỳ nơi đâu ta cũng có thể đi các đường có dây tới đó để có được các cổng truy cập mạng. Nếu có thể đi được cũng là một vấn đề tương đối là khó khăn và tốn kém về mặt kinh tế do mất khá nhiều chi phí đi các đường cáp có dây. Hơn nữa Trường Đại Học Bách Khoa là một trường có quy mô đào tạo lớn, là một trường trọng điểm của cả nước với số lượng sinh viên lớn ở rất nhiều cấp đào tạo và cũng là địa điểm thường xuyên tổ chức các buổi hội thảo, cuộc họp trong phạm vi trường, phạm vi quốc gia, quốc tế. Do đó nhu cầu truy cập mạng và nhu cầu sử các thiết bị không dây để có thể truy cập mạng ở mọi lúc mọi nơi rất lớn. Hơn thế nữa yêu cầu phủ sóng trong trường là chỗ nào cũng có thể thu sóng tốt nên không thể dùng 1 anten đặt ở phía xa phủ sóng cho toàn bộ tòa nhà như phương pháp thông dụng hiện nay khi phủ sóng ở các khu chung cư. Vì vậy đồ án này đưa ra mô hình phủ sóng mạng không dây trong trường. Tuy nhiên không phải lúc nào xây dựng mạng không dây cũng đều phù hợp về mặt kinh tế vì với các tòa nhà ở gần nhau mà có thể đi được bằng cáp thì giải pháp đi cáp sẽ hợp lý hơn rất nhiều do việc chi phí cho lắp đặt sẽ giảm đi rất nhiều so với việc dùng các antenna để phủ sóng. Vì vậy mô hình phủ sóng ở đây sẽ sử dụng cả phương pháp kết nối không dây và có dây trong các điều kiện có thể. 3.2 Mô hình phủ sóng 3.2.1 Thông số kỹ thuật sử dụng Một số thông số và kỹ thuật sử dụng trong công nghệ : Kích thước phủ sóng của mỗi HOTSPOT: < 300m. Tần số: 2.4 GHz, công suất phát: £ 100mW, độ rộng băng thông: 22MHz. Tốc độ: 4 – 11 Mbps (chia sẻ băng thông, tốc độ). Bảo mật: WEP. Hệ quản lý: Radius (AAA). ( Authentication, Authorization, Accounting). Tính cước: theo thời gian, volume, hoặc flate rate. Đăng ký: theo account. Trong giải pháp này sử dụng công nghệ wireless cho outdoor cung cấp truyền dẫn từ nhà cung cấp dịch vụ Internet ISP đến Hotspot . Khi đó ta sử dụng một số thiết bị đặc trưng như sau Bảng 31: Thông số kỹ thuật With 802.11b radio installed Tốc độ dữ liệu có thể hỗ trợ 1, 2, 5.5, and 11 Mbps Chuẩn wireless IEEE 802.11b Dải tần số hoạt động 2.412 to 2.462 GHz (FCC) 2.412 to 2.472 GHz (ETSI) 2.412 to 2.484 GHz (TELEC) 2.412 to 2.462 GHz (MII) 2.422 to 2.452 GHz (Israel) Kỹ thuật trải phổ Direct sequence spread spectrum (DSSS) ( Kỹ thuật trải phổ trực tiếp ) Phương thức truy cập Carrier sense multiple access with collision avoidance(CSMA/CA) Điều chế DBPSK @ 1 Mbps DQPSK @ 2 Mbps CCK @ 5.5 and 11 Mbps Số kênh hoạt động ETSI: 13; Israel: 7; North America: 11; TELEC (Japan): 14; MII: 11 Số kênh không chồng (overlap) Three ( 3 kênh ) Các chế độ công suất truyền 100 Mw (20 dBm) 50 Mw (17 dBm) 30 Mw (15 dBm) 20 Mw (13 dBm) 5 Mw (7 dBm) 1 Mw (0 dBm) Maximum power setting will vary according to individual country regulations. Phạm vi phủ sóng Indoor: 130 ft (40m) @ 11 Mbps 350 ft (107m) @ 1 Mbps Outdoor: 800 ft (244m) @ 11 Mbps 2000 ft (610m) @ 1 Mbps Antenna Two RP-TNC connectors (antennas optional, none supplied with unit) Hỗ trợ quản lý từ xa DHCP, Telnet, HTTP, FTP, TFTP, and SNMP Local configuration Direct console port (RJ-45 interface) Anten được sử dụng là một loại Anten đặc biệt (high gain planar array antenna) - mạng anten có độ lợi – độ tăng ích cao được thiết kế đặc biệt cho tiêu chuẩn 802.11b, 802.11g ở dải tần 2.4 Ghz ISM band. Anten này có góc mở 600 theo cả chiều dọc và chiều ngang. Anten cho AP và CPE có thể dùng chung. Hai Anten làm việc với nhau phải cùng phân cực. Bao gồm những tính năng sau: Superrior performance ( hoạt động rất tốt ). Light weight ( trọng lượng nhẹ khoảng 0.5kg). Execellent front – to – back ratio . Compact size ( kích cỡ nhỏ gọn 10.75 cm x 11 cm ). Minimal wind loading ( giảm thiểu ảnh hưởng của gió ). Low wind load. Heavy – duty mast – mounting hardware with over 60 degree tilt adjust (có thể điều chỉnh Anten nghiêng tới 60 độ ). Optional tilt and swivel wall – mount kit available. Triển khai nhanh chóng: chỉ cần 1 cột cao 1.5m-2m để gá antena, trong điều kiện chuẩn bị tốt đường điện và dây mạng, việc triển khai có thể hoàn thành trong khoảng 3 tiếng đồng hồ Đối tượng sử dụng: Dùng Laptop, PDA, Pocket PC (businessman, traveler). Dùng PC + card modem Wi-Fi. Dùng di động… Dùng điện thoại hỗ trợ VoIP over WiFi Mô hình đấu nối từ nhà cung cấp dịch vụ tới người sử dụng : Trong mọi trường hợp thì tất cả các mô hình phủ sóng đều đấu nối theo một mô hình cơ bản như sau Hình 3.1: Mô hình đấu nối cơ bản 3.2.2 Mô hình phủ sóng tổng quan Hình 3.2: Sơ đồ trường Đại học Bách khoa Hà nội Dựa trên đặc điểm về địa hình của trường Đại học Bách khoa Hà nội ta thấy thư viện điện tử là tòa nhà cao nhất, từ trên nóc nhà có thế nhìn thằng tới các tòa nhà khác mà ít bị che khuất nhất. Vì vậy ta sẽ lấy nó làm trạm gốc có đường thuê bao từ nhà cung cấp dịch vụ xuống Hình 3.3: Kết nối từ thư viện điện tử Khoảng cách từ Thư viện đến C9 là 250m Khoảng cách từ Thư viện đến C2 là 300m Khoảng cách từ Thư viện đến C1 là 350m Để phủ sóng 3 tòa nhà này ta dùng một anten phát loại point to multipoint với góc phủ sóng khoảng 60o để phủ sóng cho 4. Trên mỗi tòa nhà đặt một anten thu. Các tòa nhà D4, D6 và D8 ở gần nhau. Ta dùng phương pháp dặt tại nhà D6 một anten thu. Sau đó dùng một AP phát từ tòa nhà D6, tòa nhà D4 và D8 đặt 2 AP thu. Tương tự cho tòa nhà D3, D5, D7, D9 ta dùng một anten thu đặt ở nhà D7, sau đó dùng AP từ nhà D7 phát cho nhà D3, D5, D9. Đối với các tòa nhà từ C3 đến C7 bị che khuất bởi tòa nhà C8 và C10 nên phương pháp tốt nhất là từ C8 và C10 ta đặt mỗi nhà một anten thu. Từ nhà C8 dùng AP phủ sóng cho tòa nhà C6 và C7 còn từ nhà C10 đặt AP phát cho các nhà C3, C4, C5. 3.2.2 Phủ sóng cho từng tòa nhà a) Thư viện điện tử: Thư viện điện tử là nơi đặt trạm gốc có đường của nhà cung cấp dịch vụ tới. Ở đó ta đặt các anten phát. Mô hình đấu nối ở thư viện như sau Hình 3.4: Đấu nối từ nhà cung cấp dịch vụ trong thư viện điện tử Trong mô hình này đấu nối từ nhà cung cấp dịch vụ được đưa tới router có hỗ trợ chức năng firewall trong đó và được đưa qua thiết bị để chia sẻ đường truyền (Ở đây dùng switch). Các cổng ra của switch được đưa tới từng mạng cục bộ, từng PC riêng lẻ, và tới các AP. Đối với các PC có vị trí cố định, dễ đi dây và nằm ở vị trí không thuận tiện để đẳt AP ví dụ như góc khuất, ít người sử dụng các thiết bị di động như máy tính xách tay, điện thoại di động… hay vị trí chỉ có 1, 2 PC mà nếu đặt AP sẽ gây lãng phí thì phương pháp tốt nhất là đi dây để tiết kiệm. Từ các AP được đấu nối với switch, ta dùng thêm cái AP khác để phủ sóng từng phòng trong thư viện. Cũng từ 1 AP đấu nối với Switch ta đưa tới anten phát để phủ sóng cho các tòa nhà khác Mô hình truyền dẫn như sau Hình 3.5: Mô hình truyền dẫn cho thư viện điện tử b) Phủ sóng cho các tòa nhà: Kết nối giữa các tòa nhà: Giữa các tòa nhà có vị trí gần nhau như đã phân tích ở trên ta không dùng các antenna mà dùng AP để phủ sóng cho nhau và kết nối theo mô hình sau: Hình 3.6:Mô hình kết nối giữa các tòa nhà Mô hình phủ sóng từng tòa nhà: Phương án kết nối không dây với mỗi tầng trong tòa nhà: Từ các cổng ra của Hub hoặc Switch ta dùng các đường dây CAT 5 kết nối tới các điểm cần đặt các AP để phủ sóng trong mỗi tầng. Trong mỗi tầng phụ thuộc vào bán kính cần phủ sóng và yêu cầu về tốc độ để lắp số các AP phù hợp. Và mô hình kết nối như sau : Hình 3.7:Mô hình phủ sóng cho từng tầng trong tòa nhà Phương án phủ sóng mỗi phòng trong thư viện: Đây là khu vực mà nhu cầu cần dùng WiFi là nhiều nhất. Với mỗi khu vực khác nhau như khu tra sách, khu đọc tài liệu, khu thảo luận…. ta sẽ sử dụng các AP khác nhau để phủ sóng. Như vậy mỗi sinh viên đều có thể truy cập thông tin ở mọi nơi mà không phải đi dây . Hình 3.8: Mô hình phủ sóng cho thư viện Hình 3.9: Mô hình phủ sóng cho thư viện Mô hình phủ sóng trong phòng học : Với mô hình này các sinh viên có thể trao đổi thông tin với các trường đại học khác, các thầy cô một cách trực tuyến nhanh chóng và dễ dàng. Các sinh viên có thể tìm kiếm các thông tin giúp ích cho bài học của mình một nhanh chóng. Hình 3.10:Mô hình phủ sóng trong lớp học Mô hình phủ sóng trong phòng họp: Ở đây mọi người có thể trao đổi ý kiến, thu thập thông tin liên quan một cách nhanh chóng và tất cả mọi người đều có thể trao đổi ý kiến với nhau, với các chuyên gia một cách trực tuyến. Hình 3.11: Mô hình phủ sóng trong phòng họp 3.3 Kết luận: Với mô hình phủ sóng như trên, gần như toàn bộ mọi nơi trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội sẽ được phủ sóng WiFi giúp cho việc học tập cũng như công tác giảng dậy và nghiên cứu khoa học ở trường được thuận tiện hơn. Trong mô hình cũng có hỗ trợ Firewall để chống những truy nhập không hợp pháp. Tuy nhiên những mô hình này mới chỉ dừng lại ở mức tổng quan mà chưa có tính xác thực. Các mô hình này sẽ được hoàn thiện tiếp trong thời gian tiếp theo bào gồm thêm những tính toán cụ thể hơn. KẾT LUẬN Nội dung đồ án đã tập trung vào tìm hiểu rõ về nguyên lý, các giao thức, kỹ thuật… trong mạng VoIP, mạng WiFi và ứng dụng của công nghệ VoIP trong WiFi. Từ đó đưa ra một mô hình hệ thống ứng dụng trong thực tế trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Trong đồ án cũng đã mô phỏng được một hệ thống điều chế QPSK tương đối hoàn chỉnh, có tính toán nhiễu cho trường hợp kênh truyền là nhiễu trắng (AWGN channel) và kênh truyền là kênh phân tập đa đường tuân theo phân bố Rayleigh Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này, em đã cố gắng tìm hiểu, học hỏi thêm các kinh nghiệm cũng như các kiến thức mới. Tuy nhiên do trình độ hạn hẹp của bản thân, cũng như thời gian tìm hiểu và xây dựng mô hình ngắn nên đồ án không có nhiều tính năng nổi bật, mô hình thiết kế còn sơ xài chưa thế đưa ngay vào thực hiện được. Em mong nhận được sự quan tâm, giúp đỡ để hoàn thiện và phát triển đồ án để đồ án có có khả năng ứng dụng thực tế hơn Sau cùng, em xin chân thành gửi lời cảm ơn ThS Đỗ Đình Hưng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong Khoa Điện tử Viễn thông và các bạn trong lớp đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Frank Ohrtman. Voice over 802.11. Artech House Boston, London – 2004 [2] Cheng – Xiang Wang, Nguyễn Văn Đức. Các bài tập Matlav về thông tin vô tuyến. Nhà xuất bản khoa học và lỹ thuật – 2005 [3] Indoor WLAN Design [3] Kjell Jorgen Hole and Tron Davidsen Indoor WLAN Design [Online] Available [4] truy cập cuối cùng ngày 5/5/2007 [5] truy cập cuối cùng ngày 20/4/2007 [6] truy cập cuối cùng ngày 1/5/2007