Chương 1 của luận văn đã giới thiệu khái quát về lịch sử phát triển của mạng Ad hoc cũng như những công nghệ hiện đang được sử dụng trong mạng vô tuyến Ad hoc và vấn đề định tuyến trong mạng Ad hoc là vấn đề rất đáng được quan tâm vì nó quyết định trực tiếp đến hiệu năng của mạng, vấn đề đó đã làm định hướng cho việc nghiên cứu các chương tiếp theo. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 25 CHƯƠNG II: MÔ HÌNH KIẾN TRÚC MẠNG KHÔNG DÂY 802. Giới thiệu Chương 2 của luận văn tập chung nghiên cứu mô hình kiến trúc mạng không dây dựa trên cơ sở tiêu chuẩn 802. Trong đó sẽ nghiên cứu các vấn đề chính.
Mô hình kiến trúc mạng không dây, kiến trúc giao thức mạng WLAN, lớp vật lý, lớp điều khiển truy nhập môi trường truyền, định dạng gói tin, tầng MAC, lớp quản lý tầng MAC. Sau đây luận văn sẽ nghiên cứu từng phần một: 2. Mô hình kiến trúc mạng không dây so với mô hình OSI [8] Vào cuối những năm 1980, khi mà mạng không dây bắt đầu được phát triển, nhóm phát triển IEEE nhận thấy phương thức truy cập CSMA/CD của chuẩn LAN 802.3 không có hiệu quả khi áp dụng cho mạng không dây. Do đó nhóm này đã đề nghị xây dựng một chuẩn khác để áp dụng cho mạng không dây.
Kết quả là IEEE đã quyết định thành lập nhóm 802.11 có nhiệm vụ định nghĩa tiêu chuẩn lớp vật lý (PHY) và lớp MAC cho mạng cục bộ không dây.11 đã được đưa ra năm 1997, và một trong những chuẩn thuộc dòng 802.x chuẩn dành cho các mạng LAN.1 mô tả tổng quát của chuẩn 802.11 so với mô hình OSI: Một mạng LAN 802.11 kết nối với một LAN chuẩn IEEE 802.3 thông qua một cổng giao tiếp chuyển đổi (Portal). Các ứng dụng lớp trên (tính từ tầng Network trở lên nếu là mạng không dây có cơ sở hạ tầng và từ tầng Transport trở lên nếu là mạng không dây không có cơ sở hạ tầng) sẽ không cần quan tâm đến sự khác biệt giữa các mạng LAN không dây và mạng LAN có dây như băng thông thấp hơn hay là thời gian truy cập cao hơn, tốc độ chậm hơn,… Nói một cách khác, các ứng dụng lớp trên sẽ coi các trạm không dây như các trạm có dây. Như ta thấy ở hình dưới, phần trên của lớp liên kết dữ liệu là tầng liên kết logic LLC. Tầng này có chức năng “che đi” sự khác biệt của tầng MAC và tầng vật lý giữa mạng không dây và mạng có dây.
Ngày nay, khi công nghệ mạng LAN phát triển thành nhiều chuẩn khác nhau, tầng liên kết logic đóng vai trò quan trọng và trở lên không thể thiếu. Tầng này mô tả chi tiết các giao thức truy cập mạng con SNAP và các công nghệ cầu nối cần thiết để truyền thông giữa các mạng và chuẩn. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1: Các chuẩn giao thức IEEE 802 và mô hình OSI Chuẩn IEEE 802.11 mô tả tầng vật lý và tầng điều khiển truy cập môi trường truyền MAC như các chuẩn 802. Trong đó, tầng vật lý được chia thành hai thành phần là thủ tục hội tụ lớp vật lý PLCP và thành phần độc lập môi trường truyền PMD như mô tả trên hình 2.2 Tầng PLCP cung cấp chức năng cảm nhận sóng mang, hay còn gọi là đánh giá kênh truyền CCA, và cung cấp điểm truy cập dịch vụ vật lý chung SAP độc lập với công nghệ truyền thông.
Tầng PMD quản lý việc điều chế, giải điều chế (Mudulation/DeModulation) tín hiệu. Nhiệm vụ cơ bản của tầng MAC bao gồm việc điều khiển truy cập môi trường truyền tránh xung đột, phân mảnh dữ liệu người dùng, kiểm tra chống sai và bảo mật dữ liệu.2: Mô hình kiến trúc theo chuẩn 802.11 Lớp quản lý tầng vật lý PHY Management thực hiện nhiệm vụ chọn kênh, chọn MIB Lớp quản lý tầng MAC Management đóng vai trò trung tâm trong các trạm IEEE 802.11, cung cấp một vài chức năng như Đồng bộ hóa (Synchronization), Quản lý năng lượng (Power Management) và Quản lý chuyển vùng (Roaming) Lớp quản lý trạm (Station Management) đây là lớp gốc của tất cả các lớp có chức năng quản lý. Chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết hơn về tầng MAC trong mục sau của chương này. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.
Kiến trúc giao thức mạng WLAN theo chuẩn 802.11b Kiến trúc và các dịch vụ cung cấp cơ bản của IEEE 802.11b giống với chuẩn ban đầu của IEEE 802. Nó chỉ khác so với chuẩn ban đầu ở tầng vật lý sử dụng kỹ thuật DSSS để truyền dẫn tín hiệu ở dải tần 2,4GHz.11b cung cấp khả năng trao đổi dữ liệu cao hơn và kết nối hiệu quả hơn. Kỹ thuật mã hoá cho chuẩn 802.11 cung cấp tốc độ từ 1 đến 2Mbps, thấp hơn tốc độ của chuẩn 802. Kỹ thuật duy nhất có khả năng cung cấp tốc độ cao hơn là DSSS, được lựa chọn như là một chuẩn vật lý hỗ trợ tốc độ 1 đến 2 Mbps và hai tốc độ mới là 5,5Mbps và 11Mbps.
Để tăng tốc độ truyền thông cho chuẩn 802.11b, vào năm 1998, Lucent và Harris đã đề xuất một chuẩn mã hóa được gọi là CCK, CCK sử dụng một tập 64 word các mã 8bit, do đó 6 bit có thể được đại diện bởi bất kỳ code word nào. Vì là một tập hợp những code word này có các đặc tính toán học duy nhất cho phép chúng được bên nhận nhận ra một cách chính xác với các kỹ thuật khác, ngay cả khi có sự hiện diện của nhiễu. Với tốc độ 5,5 Mbps sử dụng CCK để mã hoá 4 bit mỗi sóng mang, và với tốc độ 11 Mbps mã hoá 8 bit mỗi sóng mang. Cả hai tốc độ đều sử dụng QPSK làm kỹ thuật điều chế và tín hiệu ở 1,375 Mbps.
Vì FCC điều chỉnh năng lượng đầu ra thành 1 watt EIRP. Do đó với những thiết bị 802.11, khi di chuyển ra khỏi sóng radio, radio có thể thích nghi và sử dụng kỹ thuật mã hoá ít phức tạp hơn để gửi dữ liệu và kết quả là tốc độ chậm hơn. Một trong những nhược điểm của IEEE 802.11b là băng tần dễ bị nghẽn và hệ thống dễ bị nhiễu bởi các hệ thống mạng khác như lò vi ba, các loại điện thoại hoạt động ở tần số 2,4GHz và các mạng Bluetooth. Đồng thời IEEE 802.11b cũng có những hạn chế như: thiếu khả năng kết nối giữa các thiết bị truyền giọng nói, không cung cấp dịch vụ QoS cho các phương tiện truyền thông.
Mặc dù vẫn còn một vài hạn chế và nhược điểm nhưng chuẩn 802.11b (thường gọi là Wifi) là chuẩn thông dụng bởi sự phù hợp của nó trong các môi trường sử dụng mạng không dây.11b Standard Options Data Rate Code and Code Length Mudulation Symbol Rate Bits/Symbol 1 Mbps 11 (Barker sequence) BPSK 1 MSps 1 2 Mbps 11 (Barker sequence) QPSK 1 MSps 2 5,5 Mbps 8 (CCK) QPSK 1,375 MSps 4 11 Mbps 8 (CCK) QPSK 1,375 MSps 8 Hình 2.3: Các lựa chọn chuẩn 802.11a được thiết kế để hoạt động ở băng tần 5 GHz hạ tầng cơ sở thông tin toàn cầu không được cấp phép (UNII). Không giống như TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 28 các dải tần số không cần giấy phép ISM khoảng 83MHz trong phổ 2,4Ghz, 802.11a sử dụng gấp 4 lần băng tần ISM vì UNII sử dụng phổ không nhiễu 300MHz, 802.11a sử dụng kỹ thuật FDM.11a có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn chuẩn 802.11b và số kênh tối đa hoạt động đồng thời có thể đạt tới 8 kênh. Tốc độ truyền dữ liệu đạt đến 54 Mbps và hoạt động tại dải băng tần 5GHz.11a sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM tại lớp vật lý.11a có tốc độ truyền dữ liệu cao này được thực hiện bởi việc kết hợp nhiều kênh có tốc độ thấp thành một kênh có tốc độ cao, 802.11a sử dụng kỹ thuật OFDM định nghĩa tổng cộng 8 kênh không trùng lặp có độ rộng 20MHz thông qua hai băng thấp, mỗi một kênh được chia thành 52 kênh mang thông tin, với độ rộng xấp xỉ 300KHz và mỗi các kênh được truyền song song với nhau. Việc chỉnh sửa lỗi FEC cũng được sử dụng trong 802.11) để có thể đạt được tốc độ cao hơn.
Tất cả các băng tần dùng cho mạng không dây cục bộ là không cần đăng ký, vì thế nó dễ dàng dẫn đến sự xung đột và nhiễu. Để tránh sự xung đột này, cả 801.11b đều có sự điều chỉnh để giảm các mức của tốc độ truyền dữ liệu.11b có các tốc độ truyền dữ liệu là 5,5Mbps, 2Mbps và 1 Mbps thì 802.11a có bảy mức là (48 Mbps, 36 Mbps, 24 Mbps, 18 Mbps, 12 Mbps, 9 Mbps, và 6 Mbps ).11g Mặc dù chuẩn 802.11a có tốc độ truyền dữ liệu cao 54 Mbps, hoạt động tại băng tần 5 GHz nhưng nhược điểm lớn nhất của nó là không tương thích với chuẩn 802. Vì thế sẽ không thể thay thế hệ thống đang dùng 802.11b mà không phải tốn kém quá nhiều. Chính vì thế mà IEEE đã cho ra đời chuẩn 802.11g nhằm cải tiến 802.11b về tốc độ truyền cũng như băng thông.11g có hai đặc tính chính sau đây: - Sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực OFDM để có thể cung cấp các dịch vụ có tốc độ lên tới 54Mbps.
Trước đây, FCC Mỹ có cấm sử dụng OFDM tại 2,4GHz nhưng hiện nay FCC đã cho phép sử dụng OFDM tại cả hai băng tần 2,4Ghz và 5GHz. - Tương thích với các hệ thống 802.11b tồn tại trước.11g cũng có hỗ trợ CCK và các thiết bị 802.11g cũng có thể giao tiếp với các thiết bị 802. Một ưu điểm vượt trội của 802.11g là tương thích với 802.11b (đã được sử dụng rất rộng rãi ) và có được tốc độ truyền cao như 802. Tuy nhiên số kênh tối đa mà 802.11g sử dụng được vẫn là 3 như 802.
Bên cạnh đó, do hoạt động ở tần số 2,4 GHz như 802.11b, hệ thống sử dụng 802.11g cũng dễ bị nhiễu như 802.11i là chuẩn bổ sung cho các chuẩn 802.11g về vấn đề bảo mật. Nó mô tả phương pháp mã hóa dữ liệu truyền giữa các hệ thống sử TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 29 dụng các chuẩn này.11i định nghĩa một phương thức mã hoá mạnh mẽ gồm giải thuật TKIP và giải thuật, chuẩn mã hóa nâng cao AES sử dụng khóa 128, 256 bít làm khóa mã hóa.11n Một chuẩn Wi-Fi mới đang được liên minh mới đưa ra xin phê chuẩn (dự kiến vào năm 2008), với mục tiêu đưa kết nối không dây băng thông rộng lên một tầm cao mới. Công nghệ này hứa hẹn sẽ đẩy mạnh đáng kể tốc độ của các mạng cục bộ không dây WLAN.