CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIRELESS 1. Wireless Truyền thông “Wireless” với bất kỳ tiêu chuẩn đánh giá nào , thì nó cũng là một giai đoạn phát triển nhanh nhất của ngành công nghiệp truyền thông. Nói cách khác, nó đã chiếm được sự chú ý của các phương tiện truyền thông và sức tưởng tượng của cộng đồng. Các hệ thống “cellular” đã trải qua sự tăng trưởng theo cấp số nhân trong vài thập kỷ qua và hiện có khoảng hai tỷ người sử dụng trên toàn thế giới.
Thật vậy,điện thoại “cellular” đã trở thành một công cụ kinh doanh quan trọng và một phần của cuộc sống hàng ngày ở hầu hết các nước phát triển, và đang nhanh chóng thay thế các hệ thống có dây ở nhiều nước đang phát triển. Thêm vào đó, mạng lưới khu vực “Wireless” nội bộ hiện đang được bổ sung hoặc thay thế cho mạng có dây ở nhiều gia đình, các doanh nghiệp, và các cơ sở. Nhiều ứng dụng mới , bao gồm các mạng cảm biến không dây, đường cao tốc tự động và các nhà máy, nhà thông minh và các dụng cụ, và các thiết bị y học điều khiển từ xa, đang tạo ra những ý tưởng nghiên cứu cho những hệ thống cụ thể. Sự tăng trưởng bùng nổ của hệ thống “Wireless” và cùng với sự sinh sôi của máy tính xách tay và palmtop cho thấy một tương lai tươi sáng cho mạng “Wireless”, cả hai đều là hệ thống độc lập và là một phần của cơ sở hạ tầng mạng rộng lớn.
Tuy nhiên, công nghệ thì vẫn còn nhiều thách thức trong việc thiết kế mạng “Wireless” đủ mạnh cung cấp dung lượng cần thiết để hỗ trợ các ứng dụng thiết yếu. Trong chương giới thiệu này chúng ta sẽ có một khoảng thời gian ngắn để xem xét lại lịch sử của mạng “Wireless”, từ tín hiệu khói của thời đại tiền công nghiệp đến các vệ tinh, di động, và các mạng “Wireless” khác của ngày nay. Sau đó chúng ta sẽ thảo luận về mô hình “Wireless” cụ thể hơn, bao gồm những thách thức kỹ thuật cần khắc phục để làm mô hình này thành hiện thực. Chúng ta sẽ mô tả các hệ thống “Wireless” hiện hành cùng với các hệ thống mới và các chuẩn.
Khoảng cách giữa các hệ thống ngày nay, hệ thống mới và các ứng dụng cho mô hình mạng kế tiếp trong tương lai cho thấy vẫn còn nhiều việc phải được thực hiện để làm các mô hình này thành hiện thực.2 Lịch sử công nghệ không dây Các mạng “Wireless” đầu tiên được phát triển trong thời đại tiền công nghiệp. Các hệ thống truyền thông tin qua khoảng cách có tầm nhìn thẳng (sau này mở rộng SVTH: Đỗ Văn Ngọc - 060622D 1 Kĩ Thuật Mã Hóa Không Gian Thời Gian Trực Giao GVHD: Đỗ Đình Thuấn bằng kính thiên văn) sử dụng tín hiệu khói, đèn tín hiệu, gương phản chiếu, tín hiệu pháo sáng, hoặc cờ semaphore. Sự kết hợp của các tín hiệu này được phát triển để truyền tải những thông điệp phức tạp với những tín hiệu thô sơ này. Trạm quan sát được xây dựng trên đỉnh đồi và dọc các tuyến đường để chuyển tiếp các thông điệp này trên một khoảng cách lớn.
Các mạng thông tin này sớm được thay thế bởi mạng lưới điện báo đầu tiên (phát minh bởi Samuel Morse năm 1838) và sau đó là điện thoại. Năm 1895, một vài thập kỷ sau khi điện thoại được phát minh, Marconi đã chứng minh việc truyền sóng (điện từ) lần đầu tiên từ đảo Wight đến một chiếc tàu kéo với khoảng cách là 18 dặm và thông tin vô tuyến đã được sinh ra. Sự cải tiến của công nghệ vô tuyến nhanh chóng cho phép việc truyền qua khoảng cách lớn với chất lượng tốt hơn, ít tiêu hao công suất, thiết bị nhỏ và giá rẻ hơn, qua đó cho phép cộng đồng và cá nhân thực hiện thông tin vô tuyến, truyền hình, và mạng “Wireless”. Các hệ thống vô tuyến đầu tiên đều truyền tín hiệu “analog”.
Ngày nay hầu hết các hệ thống vô tuyến đều truyền tín hiệu kỹ thuật số bao gồm các bit nhị phân, các bit đó được lấy trực tiếp từ tín hiệu dữ liệu hoặc số hoá một tín hiệu “analog”. Hệ thống vô tuyến số có thể phát liên tục một chuỗi bit hoặc nó có thể nhóm các bit vào trong một gói. Loại thứ hai của hệ thống vô tuyến được gọi là vô tuyến gói và được đặc trưng bởi truyền cụm tín hiệu (bursty) : tín hiệu vô tuyến sẽ ở trạng thái không hoạt động trừ khi nó truyền đi một gói dữ liệu. Các mạng đầu tiên dựa trên vô tuyến gói, ALOHANET được phát triển tại Đại học Hawaii năm 1971.
Mạng này cho phép các máy tính tại bảy cơ sở trải rộng trên bốn hòn đảo có thể liên lạc với máy tính trung tâm trên Oahu qua thông tin vô tuyến. Các kiến trúc mạng sử dụng cấu trúc liên kết sao với máy tính điều khiển chính ở trung tâm. Hai máy tính bất kỳ có thể thiết lập một liên kết thông tin hai chiều giữa chúng bằng cách đi qua máy trung tâm. ALOHANET tạo ra các thiết lập giao thức đầu tiên cho kênh truy cập và định tuyến trong hệ thống vô tuyến gói, và rất nhiều các nguyên tắc cơ bản trong các giao thức này vẫn còn sử dụng ngày hôm nay.
Quân đội Mỹ cực kỳ quan tâm đến sự kết hợp dữ liệu gói và truyền sóng vô tuyến của ALOHANET. Trong suốt Năm 1970 và đầu năm 1980, phòng nghiên cứu thuộc dự án phòng thủ (DARPA) đầu tư nguồn tài trợ đáng kể để phát triển mạng lưới sử dụng sóng vô tuyến gói cho truyền thông chiến thuật trong chiến trường. Các nút trong mạng “adhoc Wireless” này có khả năng tự cấu hình (hoặc cấu hình lại) thành một mạng lưới mà không cần sự hỗ trợ của bất kỳ cơ sở hạ tầng nào. DARPA đầu tư vào các mạng ad hoc đặc biệt đạt đỉnh điểm vào giữa năm 1980, nhưng các mạng đều có kết quả thất bại vì không đáp ứng được mong đợi về tốc độ và chất lượng.
Các mạng này tiếp tục được SVTH: Đỗ Văn Ngọc - 060622D 2 Kĩ Thuật Mã Hóa Không Gian Thời Gian Trực Giao GVHD: Đỗ Đình Thuấn quân đội phát triển. Các mạng vô tuyến gói cũng có ứng dụng thương mại trong việc hỗ trợ diện rộng dịch vụ dữ liệu “Wireless”. Những dịch vụ này, giới thiệu đầu tiên vào đầu những năm 1990, cho phép truy cập dữ liệu “Wireless” (bao gồm email, chuyển file, và trình duyệt web) với tốc độ khá thấp, vào khoảng 20 Kbps. Một thị trường lớn cho các khu vực rộng hỗ trợ dịch vụ dữ liệu “Wireless” thực sự chưa thiết thực, chủ yếu do tốc độ dữ liệu thấp, chi phí cao và thiếu "ứng dụng mang tầm vóc lịch sử".
Những dịch vụ này hầu như là biến mất vào những năm 1990, thay thế bởi khả năng truyền dữ liệu không dây của máy điện thoại di động và mạng nội bộ “Wireless” (LANs) Việc giới thiệu công nghệ Ethernet có dây trong năm 1970 đã hướng các công ty thương mại ra xa công nghệ mạng vô tuyến. Tốc độ dữ liệu Ethernet 10 Mbps vượt xa bất cứ gì sử dụng sóng vô tuyến và các công ty không quan tâm đến việc chạy dây cáp bên trong và giữa các cơ sở của mình để tận dụng lợi thế tốc độ này. Năm 1985 Ủy ban Truyền thông Liên bang (FCC) cho phép phát triển thương mại hóa các mạng “Wireless LAN” bằng việc uỷ quyền cộng đồng sử dụng những băng tần số của công nghiệp, khoa học và y tế ( ISM ) cho các sản phẩm “Wireless LAN”. Băng tần ISM đã lôi cuốn các nhà cung cấp mạng “Wireless LAN” vì họ không cần phải có giấy phép của FCC để hoạt động trong J suất thấp và mô hình tín hiệu không hiệu quả.
Hơn nữa, sự can thiệp từ những người sử dụng chính trong băng tần số này là khá cao. Kết quả là các mạng “Wireless LAN” này trở nên kém hiệu quả trong cả tốc độ dữ liệu và vùng phủ sóng. Hiệu quả kém cộng với mối quan tâm về an ninh, thiếu sự chuẩn hóa, và chi phí cao ( Các điểm truy cập “Wireless LAN” đầu tiên có giá tới $ 1,400 so với một vài trăm đô la cho một Card Ethernet có dây) dẫn đến doanh số bán hàng yếu kém. Một số ít các hệ thống này thực sự sử dụng cho mạng dữ liệu : chúng bị xếp vào hạng ứng dụng công nghệ thấp như kiểm soát hàng tồn kho.
Các thế hệ hiện tại của mạng “Wireless LAN” cơ bản là gia đình chuẩn IEEE 802.11, có hiệu suất tốt hơn, mặc dù tốc độ dữ liệu vẫn còn tương đối thấp (tốc độ dữ liệu tối đa khoảng hàng chục Mbps) và khu vực phủ sóng vẫn còn nhỏ (khoảng 150 m). Ethernet có dây hiện nay cung cấp tốc độ dữ liệu 100 Mbps, và khoảng hiệu suất giữa các mạng LAN có dây và không dây dường như tăng theo thời gian mà không cần phân bố thêm phổ tần. Mặc dù tốc độ dữ liệu có sự khác biệt lớn, mạng “Wireless LAN” đang trở thành phương pháp truy cập Internet ưa thích trong nhiều gia đình, văn phòng, và môi trường ở sân bãi vì tính thuận tiện và tự do hơn dây cáp. Song hầu hết các mạng “Wireless LAN” hỗ trợ các ứng dụng như email và duyệt web mà không đòi hỏi nhiều băng thông.
Thách thức cho SVTH: Đỗ Văn Ngọc - 060622D 3 Kĩ Thuật Mã Hóa Không Gian Thời Gian Trực Giao GVHD: Đỗ Đình Thuấn các mạng “Wireless LAN” trong tương lai sẽ được hỗ trợ nhiều người dùng đồng thời với băng thông cộng và các ứng dụng có trễ như là video. Mở rộng phạm vi phủ sóng cũng là một mục tiêu quan trọng cho các hệ thống mạng “Wireless LAN” trong tương lai. Cho đến nay việc áp dụng thành công nhất của mạng “Wireless” là các hệ thống điện thoại tế bào. Gốc của hệ thống này bắt đầu vào năm 1915, khi truyền thanh vô tuyến giữa New York và San Francisco đầu tiên được thực hiện.
Vào năm 1946, dịch vụ công điện thoại di động đã được giới thiệu tại 25 thành phố trên khắp Hoa Kỳ. Các hệ thống này ban đầu được sử dụng một máy phát trung tâm để phủ sóng toàn bộ vùng đô thị. Việc sử dụng không hiệu quả phổ tần vô tuyến cùng với tình trạng khó khăn về công nghệ ở thời điểm đó đã hạn chế dung lượng của hệ thống : ba mươi năm sau khi giới thiệu dịch vụ điện thoại di động hệ thống New York chỉ có thể hỗ trợ 543 người dùng. Một giải pháp khẩn cấp cho vấn đề về dung lượng trong thời gian năm 50 và 60, khi các nhà nghiên cứu ở viện nghiên cứu AT & T Bell phát triển khái niệm tế bào.