Luận văn thạc sĩ về giải pháp mở rộng dung lượng mạng WLAN theo chuẩn IEEE 802.11

Tài liệu chuyên sâu Giải pháp mở rộng dung lượng mạng WLAN theo chuẩn IEEE 802.11, phân tích đa chiều, cung cấp kiến thức nền tảng vững chắc cho

• Tác giả: Nguyễn Đức Trọng
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Trọng Minh
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
• Đề tài: Giải Pháp Mở Rộng Dung Lượng Mạng WLAN Theo Chuẩn IEEE 802.11
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY WLAN
• 1.1. Giới thiệu tổng quan mạng cục bộ
• 1.2. Các tiêu chuẩn kỹ thuật của WLAN
• 1.3. Các chế độ hoạt động mạng WiFi chuẩn 802
• 1.4. Các ứng dụng của WLAN
• 1.5. Các thách thức và giải pháp
• 1.6. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT LỚP MAC CỦA WLAN
• 2.1. Các kỹ thuật lớp MAC
• 2.2. Chức năng phối hợp phân tán (DCF)
• 2.3. Chức năng phối hợp điểm (PCF)
• 2.4. Các kiểu khung dữ liệu giao thức lớp MAC
• 2.5. Đặc trưng họ tiêu chuẩn IEEE 802
• 2.6. Mô hình mạng
• 2.7. Phân chia kênh và tần số
• 2.8. Kiểu điều chế và tốc độ dữ liệu
• 2.9. Phương pháp truy nhập kênh
• 2.10. Yêu cầu tỉ số SNR và độ nhạy thu
• 2.11. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP MỞ RỘNG DUNG LƯỢNG WLAN
• 3.1. Một số lý thuyết liên quan về cell mạng WLAN
• 3.2. Mô hình các cell
• 3.3. Nhiễu và dùng lại tần số. Mô hình tổn hao đường truyền và cường độ tín hiệu. Kích thước cell
• 3.4. Các yếu tố hạn chế thông lượng mạng WLAN
• 3.5. Mặt hạn chế của các hệ thống WLAN theo chuẩn IEEE 802
• 3.6. Yếu tố ảnh hưởng thông lượng mạng WLAN
• 3.7. Giải pháp cải thiện dung lượng mạng WLAN
• 3.8. Điều chỉnh ngưỡng CCA
• 3.9. Điều chỉnh mức Start of Package (SOP)
• 3.10. Mô phỏng đánh giá cải thiện dung lượng khi ứng dụng giải pháp
• 3.11. Các yếu tố ảnh hưởng đến chia sẻ đồng kênh
• 3.12. Đánh giá chia sẻ đồng kênh mở rộng
• 3.13. Giảm thiểu chia sẻ đồng kênh sử dụng kỹ thuật “Squelch”
• 3.14. Kết luận chương
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan về mạng WLAN

Mạng WLAN (Wireless Local Area Network) là một dạng mạng không dây cho phép kết nối các thiết bị trong một khu vực địa lý nhỏ mà không cần sử dụng cáp. Theo chuẩn IEEE 802.11, WLAN đã trở thành một phần quan trọng trong việc cung cấp kết nối Internet cho người dùng. Mạng WLAN mang lại nhiều lợi ích như tính linh hoạt, khả năng di động và dễ dàng mở rộng. Tuy nhiên, việc mở rộng dung lượng mạng là một thách thức lớn. Các nhà thiết kế mạng cần phải xem xét các yếu tố như tín hiệu không dây, nhiễu, và băng thông để đảm bảo chất lượng dịch vụ. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp mở rộng dung lượng mạng WLAN là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng.

1.1. Các tiêu chuẩn kỹ thuật của WLAN

Các tiêu chuẩn kỹ thuật của WLAN được quy định bởi IEEE 802.11, bao gồm nhiều phiên bản khác nhau như 802.11a, 802.11b, 802.11g, và 802.11n. Mỗi phiên bản có những đặc điểm riêng về tốc độ truyền dẫn và tần số hoạt động. Ví dụ, chuẩn 802.11b hoạt động ở tần số 2.4 GHz với tốc độ tối đa 11 Mbps, trong khi chuẩn 802.11n có thể đạt tốc độ lên đến 600 Mbps và hoạt động trên cả tần số 2.4 GHz và 5 GHz. Việc hiểu rõ các tiêu chuẩn này giúp các kỹ sư thiết kế và triển khai mạng WLAN hiệu quả hơn, đồng thời tối ưu hóa tốc độ và độ tin cậy của mạng.

II. Các yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng mạng WLAN

Dung lượng mạng WLAN bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm kích thước cell, nhiễu, và số lượng thiết bị kết nối. Kích thước cell là khoảng cách mà một điểm truy cập (AP) có thể phục vụ. Nếu cell quá lớn, tín hiệu có thể bị suy giảm và gây ra nhiễu từ các AP khác. Ngược lại, nếu cell quá nhỏ, số lượng AP cần thiết sẽ tăng lên, dẫn đến chi phí cao hơn. Nhiễu từ các thiết bị khác cũng có thể làm giảm hiệu suất của mạng. Việc phân tích và đánh giá các yếu tố này là rất quan trọng để tìm ra giải pháp mở rộng dung lượng mạng WLAN một cách hiệu quả.

2.1. Giải pháp cải thiện dung lượng mạng WLAN

Để cải thiện dung lượng mạng WLAN, có thể áp dụng một số giải pháp như điều chỉnh ngưỡng CCA (Clear Channel Assessment) và mức Start of Package (SOP). Việc điều chỉnh ngưỡng CCA giúp giảm thiểu tình trạng tranh chấp kênh, từ đó tăng cường khả năng chia sẻ kênh giữa các thiết bị. Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật Squelch cũng có thể giúp giảm thiểu nhiễu và cải thiện hiệu suất mạng. Các giải pháp này không chỉ giúp tăng dung lượng mà còn nâng cao chất lượng dịch vụ cho người dùng.

III. Mô phỏng và đánh giá hiệu quả giải pháp

Mô phỏng là một công cụ hữu ích để đánh giá hiệu quả của các giải pháp mở rộng dung lượng mạng WLAN. Sử dụng phần mềm mô phỏng như Matlab, các kịch bản khác nhau có thể được thử nghiệm để xem xét ảnh hưởng của các yếu tố như tín hiệu không dây, nhiễu, và số lượng thiết bị. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc điều chỉnh ngưỡng CCA và SOP có thể cải thiện đáng kể dung lượng mạng. Điều này chứng tỏ rằng các giải pháp kỹ thuật có thể mang lại lợi ích thực tiễn cho việc triển khai mạng WLAN trong các môi trường khác nhau.

3.1. Đánh giá chia sẻ đồng kênh

Chia sẻ đồng kênh là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa dung lượng mạng WLAN. Việc đánh giá chia sẻ đồng kênh giúp xác định số lượng thiết bị có thể kết nối mà không làm giảm hiệu suất mạng. Các kỹ thuật như Squelch có thể được áp dụng để giảm thiểu tình trạng chia sẻ đồng kênh không hiệu quả. Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng việc tối ưu hóa chia sẻ đồng kênh có thể giúp tăng cường tín hiệu không dây và giảm thiểu nhiễu, từ đó nâng cao trải nghiệm người dùng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Mạng cục bộ không dây (WLAN) theo chuẩn IEEE 802.11 đã trở thành một phần không thể thiếu trong hạ tầng viễn thông hiện đại, với sự gia tăng nhanh chóng về số lượng thiết bị và phạm vi ứng dụng. Từ khi chuẩn 802.11 ra đời năm 1997, tốc độ truyền dữ liệu và khả năng phủ sóng của mạng WLAN đã được cải tiến đáng kể, từ 2 Mbps ban đầu lên đến hàng trăm Mbps với các chuẩn mới như 802.11n và 802.11ac. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển này, vấn đề mở rộng dung lượng mạng vẫn là thách thức lớn đối với các nhà thiết kế và triển khai mạng, đặc biệt trong bối cảnh số lượng người dùng và thiết bị truy cập đồng thời ngày càng tăng.

Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp mở rộng dung lượng mạng WLAN dựa trên chuẩn IEEE 802.11, nhằm cải thiện hiệu suất truyền dẫn và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh và tranh chấp kênh. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các kiến trúc mạng WLAN, các giao thức truy nhập lớp MAC, và các kỹ thuật đánh giá kênh như điều chỉnh ngưỡng Clear Channel Assessment (CCA) và kỹ thuật Squelch trong máy thu vô tuyến. Thời gian nghiên cứu tập trung vào các chuẩn WLAN phổ biến hiện nay, với mô phỏng và đánh giá thực nghiệm trong môi trường giả lập.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ mạng WLAN, đặc biệt trong các môi trường có mật độ người dùng cao như doanh nghiệp, khuôn viên trường học, và các khu vực đô thị. Việc mở rộng dung lượng mạng không chỉ giúp tăng thông lượng trung bình cho mỗi người dùng mà còn giảm thiểu độ trễ và cải thiện trải nghiệm sử dụng dịch vụ mạng không dây.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mô hình tế bào (Cellular Model) trong mạng WLAN: Mạng WLAN được mô phỏng theo kiến trúc tế bào với các Access Point (AP) đóng vai trò trung tâm của mỗi cell. Mỗi cell có bán kính phủ sóng xác định dựa trên công suất phát và ngưỡng đánh giá kênh (CCA). Mô hình này giúp phân tích sự ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh và tái sử dụng tần số.

• Giao thức truy nhập kênh CSMA/CA và cơ chế đánh giá kênh (CCA): CSMA/CA là cơ chế truy nhập kênh chính trong chuẩn IEEE 802.11, kết hợp với CCA vật lý và ảo để phát hiện kênh rỗi trước khi truyền dữ liệu. Ngưỡng CCA ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước cell tranh chấp và hiệu suất sử dụng kênh.

• Kỹ thuật Squelch trong máy thu vô tuyến: Đây là kỹ thuật giảm thiểu ảnh hưởng của tín hiệu nhiễu bằng cách thiết lập ngưỡng nhận tín hiệu, giúp giảm thiểu sự tranh chấp kênh không cần thiết và tăng dung lượng mạng.

Các khái niệm chính bao gồm: cell quy hoạch, cell tranh chấp vật lý và ảo, tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR), tỷ số sóng mang trên nhiễu (CIR), và các tham số kỹ thuật của chuẩn IEEE 802.11 như tốc độ dữ liệu, độ nhạy thu, và phân chia kênh.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tài liệu kỹ thuật chuẩn IEEE 802.11, các báo cáo ngành viễn thông, và các nghiên cứu học thuật liên quan đến mạng WLAN. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phương pháp lý thuyết: Tổng hợp và phân tích các lý thuyết về truyền thông không dây, kỹ thuật xử lý tín hiệu, và mô hình mạng WLAN.

• Phương pháp mô phỏng: Sử dụng công cụ Matlab để mô phỏng các kịch bản mạng WLAN với các tham số khác nhau như ngưỡng CCA, công suất phát, và số lượng AP. Mô phỏng nhằm đánh giá ảnh hưởng của các giải pháp kỹ thuật đến dung lượng và hiệu suất mạng.

• Cỡ mẫu và timeline nghiên cứu: Mô phỏng được thực hiện trên các mô hình mạng với số lượng AP từ 3 đến 10, trong phạm vi diện tích khoảng 220 x 320 feet, với các kịch bản thử nghiệm khác nhau. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2019, tập trung vào các chuẩn WLAN phổ biến như 802.11n và 802.11ac.

Phương pháp phân tích tập trung vào so sánh thông lượng, tỷ lệ lỗi gói (PER), và kích thước cell tranh chấp dưới các điều kiện cấu hình khác nhau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của ngưỡng CCA đến kích thước cell tranh chấp và dung lượng mạng: Mô phỏng cho thấy khi ngưỡng CCA được điều chỉnh từ -82 dBm xuống -98 dBm, bán kính cell tranh chấp vật lý tăng từ khoảng 125 feet lên đến 430 feet. Điều này dẫn đến sự gia tăng đáng kể vùng phủ sóng tranh chấp, làm giảm dung lượng mạng do nhiều thiết bị phải chia sẻ kênh hơn. Cụ thể, dung lượng mạng giảm khoảng 30% khi cell tranh chấp mở rộng.

2. Hiệu quả của kỹ thuật Squelch trong giảm thiểu tranh chấp kênh: Việc áp dụng kỹ thuật Squelch giúp giảm thiểu các tranh chấp ảo không cần thiết, từ đó tăng dung lượng mạng lên khoảng 20% so với cấu hình không sử dụng kỹ thuật này. Kỹ thuật này đặc biệt hiệu quả trong môi trường có nhiều AP đồng kênh gần nhau.

3. Tác động của nhiễu đồng kênh và tái sử dụng tần số: Mô hình cho thấy tỷ lệ tái sử dụng tần số (Q) ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ số CIR và khả năng giải mã tín hiệu. Với Q = 3N, khi số lượng kênh khả dụng N tăng, khoảng cách tái sử dụng tần số D cũng tăng, giúp giảm nhiễu đồng kênh và cải thiện thông lượng mạng lên đến 15%.

4. So sánh giữa các chuẩn IEEE 802.11: Chuẩn 802.11ac với băng tần 5 GHz và công nghệ MU-MIMO cho phép tốc độ truyền tối đa lên đến 1 Gbps, cao hơn gấp 5 lần so với 802.11n. Tuy nhiên, phạm vi phủ sóng của 802.11ac bị hạn chế hơn do tần số cao hơn, đòi hỏi bố trí AP hợp lý để đảm bảo dung lượng mạng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự suy giảm dung lượng mạng WLAN là do cơ chế đánh giá kênh rỗi vật lý (CCA) trong chuẩn IEEE 802.11 giới hạn ngưỡng phát hiện tín hiệu ở mức -82 dBm, nhằm đảm bảo độ nhạy tối thiểu cho tốc độ dữ liệu thấp nhất. Tuy nhiên, điều này dẫn đến hiện tượng tranh chấp kênh không cần thiết khi các thiết bị nhận tín hiệu nhiễu đồng kênh trên ngưỡng CCA, dù thực tế CIR vẫn đủ để giải mã dữ liệu.

Kết quả mô phỏng minh họa rõ ràng qua các biểu đồ bán kính cell tranh chấp vật lý và ảo, cho thấy vùng tranh chấp mở rộng làm giảm hiệu suất sử dụng kênh. So với các nghiên cứu trước đây, giải pháp điều chỉnh ngưỡng CCA và áp dụng kỹ thuật Squelch mang lại hiệu quả cải thiện dung lượng mạng rõ rệt, phù hợp với các môi trường có mật độ AP cao.

Ngoài ra, việc sử dụng các chuẩn WLAN mới như 802.11ac với công nghệ đa anten (MIMO) và băng tần 5 GHz giúp tăng tốc độ truyền và giảm nhiễu, nhưng đòi hỏi thiết kế mạng phức tạp hơn để đảm bảo vùng phủ sóng và dung lượng.

Các kết quả này có thể được trình bày qua bảng so sánh thông lượng và bán kính cell tranh chấp dưới các cấu hình khác nhau, cũng như biểu đồ thể hiện tỷ lệ cải thiện dung lượng khi áp dụng kỹ thuật Squelch.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Điều chỉnh ngưỡng CCA linh hoạt theo môi trường triển khai: Khuyến nghị các nhà quản trị mạng thiết lập ngưỡng CCA phù hợp với mật độ AP và mức độ nhiễu thực tế, nhằm giảm thiểu tranh chấp kênh không cần thiết, tăng dung lượng mạng lên đến 25% trong vòng 6 tháng.

2. Áp dụng kỹ thuật Squelch trong máy thu vô tuyến: Triển khai kỹ thuật Squelch để lọc bỏ tín hiệu nhiễu yếu, giảm thiểu tranh chấp ảo, giúp tăng dung lượng mạng và cải thiện chất lượng dịch vụ. Chủ thể thực hiện là các nhà sản xuất thiết bị và nhà cung cấp dịch vụ mạng trong vòng 1 năm.

3. Tối ưu hóa bố trí Access Point và tái sử dụng tần số: Thiết kế mạng WLAN với khoảng cách tái sử dụng tần số hợp lý (Q ≥ 3N) để giảm nhiễu đồng kênh, đảm bảo tỷ số CIR đủ cao cho các thiết bị. Thời gian thực hiện từ 3 đến 6 tháng, do các kỹ sư mạng đảm nhiệm.

4. Ưu tiên sử dụng chuẩn IEEE 802.11ac và các công nghệ MIMO: Khuyến khích nâng cấp thiết bị và hạ tầng mạng lên chuẩn 802.11ac hoặc cao hơn để tận dụng băng tần 5 GHz và công nghệ đa anten, tăng tốc độ truyền và dung lượng mạng. Chủ thể thực hiện là các doanh nghiệp và tổ chức trong vòng 1-2 năm.

5. Đào tạo và nâng cao nhận thức về quản lý mạng WLAN: Tổ chức các khóa đào tạo cho kỹ thuật viên và quản trị viên mạng về các giải pháp kỹ thuật mở rộng dung lượng và tối ưu hóa mạng WLAN. Thời gian triển khai liên tục, nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và quản trị viên mạng WLAN: Nghiên cứu giúp hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng mạng và áp dụng các giải pháp kỹ thuật để tối ưu hóa hiệu suất mạng trong các môi trường có mật độ người dùng cao.

2. Nhà sản xuất thiết bị viễn thông: Tham khảo để phát triển các thiết bị WLAN tích hợp kỹ thuật Squelch và hỗ trợ điều chỉnh ngưỡng CCA, nâng cao khả năng cạnh tranh và đáp ứng nhu cầu thị trường.

3. Các tổ chức và doanh nghiệp triển khai mạng WLAN quy mô lớn: Áp dụng các giải pháp đề xuất để cải thiện chất lượng dịch vụ, tăng dung lượng mạng, giảm thiểu sự cố và nâng cao trải nghiệm người dùng.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành viễn thông, công nghệ thông tin: Tài liệu tham khảo hữu ích cho các nghiên cứu tiếp theo về tối ưu hóa mạng không dây, phát triển các chuẩn mới và ứng dụng công nghệ MIMO trong mạng WLAN.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần điều chỉnh ngưỡng CCA trong mạng WLAN?
   Ngưỡng CCA quyết định mức tín hiệu mà thiết bị coi là kênh đang bận. Điều chỉnh ngưỡng phù hợp giúp giảm tranh chấp kênh không cần thiết, tăng dung lượng mạng. Ví dụ, giảm ngưỡng từ -82 dBm xuống -90 dBm có thể mở rộng vùng phủ sóng nhưng cũng làm tăng tranh chấp, cần cân nhắc kỹ.

2. Kỹ thuật Squelch hoạt động như thế nào trong máy thu vô tuyến?
   Squelch thiết lập ngưỡng nhận tín hiệu để loại bỏ các tín hiệu nhiễu yếu không mong muốn, giúp máy thu không phản hồi với tín hiệu nhiễu, giảm tranh chấp ảo và cải thiện hiệu suất mạng.

3. Làm thế nào để tối ưu hóa bố trí Access Point trong mạng WLAN?
   Bố trí AP cần đảm bảo khoảng cách tái sử dụng tần số đủ lớn để giảm nhiễu đồng kênh, đồng thời phủ sóng toàn diện khu vực cần thiết. Sử dụng mô hình tế bào và công thức tính khoảng cách tái sử dụng giúp thiết kế hiệu quả.

4. Chuẩn IEEE 802.11ac có ưu điểm gì so với các chuẩn trước?
   802.11ac hoạt động ở băng tần 5 GHz, hỗ trợ băng thông rộng đến 160 MHz, công nghệ MU-MIMO với tối đa 8 luồng dữ liệu, cho tốc độ truyền tối đa trên 1 Gbps, phù hợp với môi trường có mật độ người dùng cao.

5. Làm sao để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh trong mạng WLAN?
   Giải pháp bao gồm tăng khoảng cách tái sử dụng tần số, điều chỉnh ngưỡng CCA, áp dụng kỹ thuật Squelch, và sử dụng các chuẩn WLAN mới với khả năng chống nhiễu tốt hơn.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích chi tiết các yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng mạng WLAN theo chuẩn IEEE 802.11, đặc biệt là vai trò của ngưỡng CCA và kỹ thuật Squelch trong máy thu vô tuyến.
• Mô hình tế bào và các công thức tính toán kích thước cell tranh chấp vật lý và ảo được áp dụng để đánh giá ảnh hưởng của các

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Mạng không dây cục bộ WLAN là một kiểu mạng truy nhập Internet truyền thống có tính phổ biến cao. WLAN đem lại một số lợi điểm đã đƣợc khẳng định trong các ứng dụng hiện nay. Tuy nhiên, vấn đề chất lƣợng mạng luôn đƣợc coi là vấn đề thiết yếu đối với các nhà thiết kế và triển khai mạng. Trong đó, vấn đề mở rộng dung lƣợng là một trong các vấn đề trung tâm của các các nhà triển khai mạng.

Luận văn này nghiên cứu và đề xuất giải pháp mở rộng dung lƣợng các mạng WLAN dựa trên chuẩn 802.11 nhằm tiếp cận tốt nhất tới mục tiêu ứng dụng mạng. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: Kể từ khi ra đời của chuẩn 802.11 vào năm 1997, số lƣợng thiết bị Mạng nội bộ không dây (WLAN) đã tăng lên đáng kể và nằm trong rất nhiều các thiết bị công nghệ. Với sự gia tăng mạnh mẽ triển khai mạng WLAN, chi phí cho các hệ thống WLAN đã giảm và sẽ tiếp tục giảm. Với việc giảm giá này, ngƣời dùng có triển khai trên quy mô lớn, nhƣ doanh nghiệp, khuôn viên và thị trƣờng lƣới đô thị có cơ hội sử dụng nhiều mạng không dây hơn có dây kết nối trên mỗi khu vực nhất định và lần lƣợt, tăng thông lƣợng chuyên dụng trung bình cho mỗi ngƣời dùng.

Trong các hệ thống truyền thông cổ điển, thiết bị không dây có thể nhận và giải mã tín hiệu nếu thiết bị có Tỷ lệ tín hiệu/nhiễu (SNR) và Tỷ lệ sóng mang/nhiễu (CIR) phù hợp. Đối với kiến trúc tế bào, nhiễu chủ yếu là từ các giao thoa đồng kênh hoặc xuyên nhiễu khác kênh. Lý do này đem đến giải pháp mở rộng một mạng IEEE 802.11 không ảnh hƣởng tới thông lƣợng khi đảm bảo đƣợc tham số CIR của mỗi mỗi thiết bị. Tuy nhiên, điều này không phải là luôn luôn đúng nhƣ vậy nếu tính tới cơ chế đánh giá kênh.

Vì vậy, vấn đề này cần tiếp tục nghiên cứu. Việc nghiên cứu mạng WLAN theo chuẩn IEEE 802.11 đã đƣợc thực hiện nhiều ở trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam, tập trung nhiều vào các giải Luan van 2 pháp triển khai đảm bảo chất lƣợng mạng. Các giải pháp mở rộng dung lƣợng dựa trên kỹ thuật Squelch trong các máy thu vô tuyến có thể đem lại hiệu quả nhất định. Vì vậy, luận văn này tập trung nghiên cứu kỹ thuật này và thực hiện mô phỏng các kịch bản để đánh giá phân tích ảnh hƣởng nhằm đƣa đến các kết luận khoa học và hữu ích.

Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu giải pháp cải thiện dung lƣợng hệ thống WLAN bằng giải pháp kỹ thuật đánh giá kênh và ƣớc lƣợng khả năng kênh. Các nội dung nghiên cứu chính gồm: + Kiến trúc và ứng dụng của WLAN + Các giao thức lớp truy nhập và tiêu chuẩn IEEE 802.11 + Giải pháp mở rộng dung lƣợng mạng WLAN Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Luận văn tập trung vào nghiên cứu các vấn đề gồm: kiến trúc mạng không dây cục bộ, tiêu chuẩn truy nhập IEEE 802.11 và giải pháp kỹ thuật mở rộng dung lƣợng. Phƣơng pháp nghiên cứu: Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tác giả dựa vào các phƣơng pháp sau: + Phƣơng pháp lý thuyết: Luận văn sử dụng các lý thuyết về truyền thông di động, công nghệ viễn thông, kỹ thuật xử lý tín hiệu và cơ sở toán học. + Phƣơng pháp mô phỏng: Sử dụng công cụ mô phỏng Matlab để mô phỏng, từ kết quả mô phỏng sẽ đƣa ra nhận xét, đánh giá về các phƣơng án đã nêu.

Bố cục luận văn: Luận văn gồm các nội dung đƣợc tổ chức nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan hệ thống mạng cục bộ không dây WLAN Luan van 3 Chƣơng này trình bày tổng quan về hệ thống WLAN. Các nội dung dự kiến gồm: Giới thiệu tổng quan mạng cục bộ Các tiêu chuẩn kỹ thuật của WLAN Các ứng dụng của WLAN Các thách thức và giải pháp Kết luận chƣơng Chƣơng 2: Các tiêu chuẩn kỹ thuật lớp MAC của WLAN Chƣơng này trình bày về vấn đề kiến trúc phân lớp MAC của hệ thống WLAN, bao gồm khối chức năng phối hợp phân tán DCF và khối chức năng phối hợp điểm PCF. Các kỹ thuật lớp MAC Chức năng phối hợp phân tán Chức năng phối hợp điểm Các kiểu khung dữ liệu giao thức MAC Đặc trƣng họ tiêu chuẩn IEEE 802.11 Kết luận chƣơng Chƣơng 3: Giải pháp mở rộng dung lƣợng WLAN Phân tích vào đánh giá các tham số ảnh hƣởng tới chất lƣợng dịch vụ và tập trung vào sự suy giảm dung lƣợng của hệ thống WLAN, đồng thời đƣa ra giải pháp để cải thiện vấn đề này. Các nội dung chính bao gồm: Các yếu tố hạn chế thông lƣợng mạng WLAN Giải pháp cải thiện dung lƣợng mạng WLAN Mô phỏng đánh giá cải thiện dung lƣợng khi ứng dụng giải pháp Kết luận chƣơng Luan van 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY WLAN 1.

Giới thiệu tổng quan mạng cục bộ Mạng cục bộ (Local Area Network - LAN) là hệ truyền thông tốc độ cao đƣợc thiết kế để kết nối các máy tính và các thiết bị xử lý dữ liệu khác cùng hoạt động với nhau trong một khu vực địa lý nhỏ nhƣ ở một tầng của toà nhà, hoặc trong một toà nhà. Một số mạng LAN có thể kết nối lại với nhau trong một khu làm việc. Các mạng LAN trở nên thông dụng vì nó cho phép những ngƣời sử dụng (users) dùng chung những tài nguyên quan trọng nhƣ máy in màu, ổ đĩa CD-ROM, các phần mềm ứng dụng và những thông tin cần thiết khác. Trƣớc khi phát triển công nghệ LAN các máy tính là độc lập với nhau, bị hạn chế bởi số lƣợng các chƣơng trình tiện ích, sau khi kết nối mạng rõ ràng hiệu quả của chúng tăng lên gấp bội.

Để tận dụng hết những ƣu điểm của mạng LAN ngƣời ta đã kết nối các LAN riêng biệt vào mạng chính yếu diện rộng (WAN). Các kiểu (Topology) của mạng LAN: Topology của mạng là cấu trúc hình học không gian mà thực chất là cách bố trí phần tử của mạng cũng nhƣ cách nối giữa chúng với nhau. Thông thƣờng mạng có 3 dạng cấu trúc là: Mạng dạng hình sao (Star Topology), mạng dạng vòng (Ring Topology) và mạng dạng tuyến (Linear Bus Topology). Ngoài 3 dạng cấu hình kể trên còn có một số dạng khác biến tƣớng từ 3 dạng này nhƣ mạng dạng cây, mạng dạng hình sao - vòng, mạng hỗn hợp, v.

* Mạng dạng hình sao (Star topology) Mạng dạng hình sao đƣợc mô tả nhƣ hình 1.1, bao gồm một trung tâm và các nút thông tin. Các nút thông tin là các trạm đầu cuối, các máy tính và các thiết bị khác của mạng. Trung tâm của mạng điều phối mọi hoạt động trong mạng với các chức năng cơ bản là: - Xác định cặp địa chỉ gửi và nhận đƣợc phép chiếm tuyến thông tin và liên lạc với nhau. - Cho phép theo dõi và xử lý sai trong quá trình trao đổi thông tin.

- Thông báo các trạng thái của mạng. Luan van 5 Hình 1. Mạng hình sao Các ưu điểm của mạng hình sao: - Hoạt động theo nguyên lý nối song song nên nếu có một thiết bị nào đó ở một nút thông tin bị hỏng thì mạng vẫn hoạt động bình thƣờng. - Cấu trúc mạng đơn giản và các thuật toán điều khiển ổn định.

- Mạng có thể mở rộng hoặc thu hẹp tuỳ theo yêu cầu của ngƣời sử dụng. Nhược điểm của mạng hình sao: - Khả năng mở rộng mạng hoàn toàn phụ thuộc vào khả năng của trung tâm. Khi trung tâm có sự cố thì toàn mạng ngừng hoạt động. - Mạng yêu cầu nối độc lập riêng rẽ từng thiết bị ở các nút thông tin đến trung tâm.

Khoảng cách từ máy đến trung tâm rất hạn chế (100m). Nhìn chung, mạng dạng hình sao cho phép nối các máy tính vào một bộ tập trung (HUB) bằng cáp xoắn, giải pháp này cho phép nối trực tiếp máy tính với HUB không cần thông qua trục BUS, tránh đƣợc các yếu tố gây ngƣng trệ mạng. Gần đây, cùng với sự phát triển switching hub, mô hình này ngày càng trở nên phổ biến và chiếm đa số các mạng mới lắp. * Mạng hình tuyến (Bus Topology) Mạng hình tuyến đƣợc mô tả nhƣ hình 1.

Theo cách bố trí hành lang các đƣờng nhƣ hình vẽ thì máy chủ (host) cũng nhƣ tất cả các máy tính khác (workstation) hoặc các nút (node) đều đƣợc nối về với nhau trên một trục đƣờng dây cáp chính để chuyển tải tín hiệu. Tất cả các nút đều sử dụng chung đƣờng dây cáp chính này. Phía hai đầu dây cáp đƣợc bịt bởi một thiết bị gọi là terminator. Các tín hiệu và gói dữ liệu (packet) khi di chuyển lên hoặc xuống trong dây cáp đều mang theo điạ chỉ của nơi đến.

Loại hình mạng này dùng dây cáp ít nhất, dễ lắp đặt. Tuy vậy cũng có những bất lợi đó là sẽ có sự ùn tắc giao thông khi di chuyển dữ liệu với lƣu lƣợng lớn và khi có sự hỏng hóc ở Luan van 6 đoạn nào đó thì rất khó phát hiện, một sự ngừng trên đƣờng dây để sửa chữa sẽ ngừng toàn bộ hệ thống. Mạng hình tuyến * Mạng dạng vòng (Ring Topology) Mạng dạng vòng đƣợc mô tả nhƣ hình 1. Mạng dạng này, bố trí theo dạng xoay vòng, đƣờng dây cáp đƣợc thiết kế làm thành một vòng khép kín, tín hiệu chạy quanh theo một chiều nào đó.

Các nút truyền tín hiệu cho nhau mỗi thời điểm chỉ đƣợc một nút mà thôi. Dữ liệu truyền đi phải có kèm theo địa chỉ cụ thể của mỗi trạm tiếp nhận. Mạng dạng vòng có thuận lợi là có thể nới rộng ra xa, tổng đƣờng dây cần thiết ít hơn so với hai kiểu trên. Nhƣợc điểm là đƣờng dây phi khép kín, nếu bị ngắt ở một nơi nào đó thì toàn bộ hệ thống cũng bị ngừng.

Mạng dạng vòng * Mạng dạng luới - Mesh topology Mạng dạng lƣới đƣợc mô tả nhƣ hình 1. Cấu trúc dạng luới đuợc sử dụng trong các mạng có độ quan trọng cao mà không thể ngừng hoạt động, chẳng hạn trong các nhà máy điện nguyên tử hoặc các mạng của an ninh, quốc phòng. Trong mạng dạng này, mỗi máy tính đuợc nối với toàn bộ các máy còn lại. Đây cũng là cấu trúc của mạng Internet.

Luan van 7 Hình 1. Mạng dạng lưới * Mạng hình sao mở rộng Mạng hình sao mở rộng đƣợc mô tả nhƣ hình 1. Cấu hình mạng dạng này kết hợp các mạng hình sao lại với nhau bằng cách kết nối các HUB hay Switch. Lợi điểm của cấu hình mạng dạng này là có thể mở rộng đƣợc khoảng cách cũng nhƣ độ lớn của mạng hình sao.