Chương 1: CHUẨN IEEE 802.11 VÀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ ĐỐI VỚI CHUẨN IEEE 802. Tổng quan về mạng WLAN 1.1 Những tính năng vượt trội của mạng WLAN so với LAN Mạng WLAN không dây ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các công sở, trường học, sân bay, bện viện hay các khu vực công cộng, .11 là công nghệ WLAN phổ biến nhất hiện nay, với những đặc trưng vượt trội. Tính không dây: Lợi thế rõ ràng nhất của WLAN so với LAN là tính không dây. Với khả năng hỗ trợ di động của mạng không dây người dùng không bị ràng buộc bởi dây kết nối, người dùng có thể trao đổi dữ liệu với bất kỳ vị trí nào bên trong vùng phủ sóng của mạng.
Tính linh hoạt: Sự triển khai mạng không dây là dễ dàng và nhanh chóng, thậm chí không cần lên kế hoạch trước như việc tạo một mạng riêng ad-hoc. Tính linh hoạt của mạng không dây là một lợi thế nên được nó phổ dụng một cách nhanh chóng tại các nơi công cộng như sân ga, trường học, công sở… ngay cả những nơi như quán cà phê hay chỉ trong gia đình. Băng thông lớn: Một đặc trưng quan trọng của WLAN là tốc độ cao so với mạng di động sử dụng các công nghệ khác như GSM, CDMA (hiện nay IEEE 802. Chi phí thấp: Do sự bùng nổ và tính phổ biến của mạng không dây nên giá thành thiết bị không dây được giảm xuống một cách nhanh chóng.2 Kiến trúc mạng WLAN Mạng WLAN [11] có các kiến trúc như sau: Dịch vụ độc lập IBSS (Independent Basic Service Set) Một IBSS bao gồm một nhóm các trạm truyền thông trực tiếp với nhau.
Một IBSS cũng có thể gọi là một mạng ad-hoc hay một WLAN. Mỗi trạm muốn giao tiếp được với trạm khác thì phải nằm trong phạm vi phủ sóng của TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1 minh họa mạng IBSS với 3 trạm truyền thông trực tiếp với nhau.1 - Mạng IBSS Ad-hoc/IBSS là một mạng được tạo ra khi các thiết bị người dùng thiết lập một mạng độc lập không chứa điểm truy cập AP. Những mạng này không có kế hoạch định trước hoặc điều tra phạm vi vùng, vì vậy mạng ad-hoc thường rất nhỏ và chỉ trải rộng cần thiết đủ để truyền thông tin cần được chia sẽ. Ad-hoc không có giới hạn chuẩn chung như số thiết bị có thể có trong IBSS.
Tuy nhiên bởi vì tất cả các thiết bị đều giao tiếp trực tiếp với nhau, nên chắc chắn một số thành viên của IBSS không thể trao đổi trực tiếp với nhau bởi vấn đề trạm ẩn. Không có phương thức cho tính năng chuyển tiếp trong một IBSS. Mạng dịch vụ cơ bản BSS (Basic Service Set) và mạng dịch vụ mở rộng ESS (Extended Service Set). BSS là khối cơ sở của IEEE 802.
Trong BSS có một trạm đặc biệt gọi là Điểm truy cập AP (Access Point). AP là điểm trung tâm của truyền thông cho tất cả các trạm còn lại trong BSS. Các trạm trong BSS liên lạc với nhau thông qua AP. Trong mô hình mạng có kiến trúc, một BSS cơ bản gồm ít nhất một trạm và một AP.2 minh họa một 2 mạng BSS với AP.
Cấu trúc mạng IBSS và BSS chỉ có thể hoạt động trong phạm vi hẹp. Tuy nhiên ta có thể xây dựng mạng không dây có phạm vi lớn hơn bằng cách liên kết nhiều mạng BSS lại với nhau tạo thành mạng ESS. Các mạng BSS được kết nối với nhau thông qua hệ thống phân phối DS (Distribution TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. DS có nhiều kiểu cấu trúc khác nhau nhưng thông thường là một đường trục để chuyển tiếp các gói tin giữa các BSS.
Tất cả các trạm trong một ESS có thể liên lạc với nhau. Để làm được điều này, các AP đóng vai trò như những cầu nối và việc liên lạc trực tiếp giữa các trạm trong ESS đòi hỏi phải có mạng xương sống đường trục.11 MAC (Medium Access Control) Chuẩn IEEE 802.11 MAC [1] gồm hai cơ chế truy cập kênh: chức năng phối hợp phân tán DCF và chức năng phối hợp điểm PCF. DCF sử dụng giao thức đa truy cập cảm nhận sóng mang tránh tắc nghẽn CSMA/CA. PCF sử dụng phương thức thăm dò với sự hỗ trợ của bộ phối hợp điểm PC.
Nếu cả hai phương thức được sử dụng trong cùng một mạng BSS thì chúng có thể cùng tồn tại và hai phương thức sẽ được sử dụng lần lượt. Cơ chế DCF là bắt buộc trong khi PCF là tùy chọn. Vì việc triển khai PCF phức tạp nên nhiều nhà sản xuất không hỗ trợ PCF. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.3: Kiến trúc IEEE 802.
Các khoảng liên khung Khoảng thời gian giữa các khung (frame) liên tiếp gọi là khoảng liên khung IFS [1]. Có 4 loại IFS khác nhau được định nghĩa để cung cấp các mức ưu tiên cho truy cập truyền thông không dây. Các IFS dưới đây được sắp xếp từ ngắn đến dài. SIFS khoảng liên khung ngắn nhất PIFS khoảng liên khung PCF DIFS khoảng liên khung DCF EIFS khoảng liên khung mở rộng SIFS là khoảng liên khung ngắn nhất và được sử dụng cho các khung xác nhận ACK, khung CTS và các khung dữ liệu tiếp theo.
SIFS là khoảng thời gian từ khi kết thúc khung trước cho đến khi bắt đầu khung tiếp theo. Sử dụng SIFS giữa các lần truyền trong chuỗi trao đổi các khung có tác dụng ngăn cản các trạm khác (các trạm chờ kênh truyền quá lâu) cố gắng sử dụng kênh truyền. PIFS được sử dụng bởi AP hoạt động trong PCF. Khi bắt đầu chu kỳ không tranh chấp CFP (Contention Free Period), AP phải chờ một khoảng PIFS trước khi truyền.
AP có độ ưu tiên cao hơn các trạm khác do nó chỉ phải chờ khoảng PIFS ngắn hơn DIFS. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 8 DIFS được sử dụng trong chu kỳ tranh chấp CP (Contention Period) và là khoảng thời gian mà các trạm phải chờ trước khi được phép truyền trong cơ chế DCF. EIFS sẽ bắt đầu sau khi PHY chỉ ra kênh truyền rỗi sau khi phát hiện frame không đúng mà không cần quan tâm đến kỹ thuật cảm nhận sóng mang. EIFS được định nghĩa để cung cấp đủ thời gian cho các trạm khác xác nhận những frame nó đã nhận được.4: Các khoảng liên khung IFS trong 802.11 Khoảng thời gian IFS sẽ được cố định cho mỗi PHY.
Giá trị IFS được xác định từ các thuộc tính riêng bởi PHY. Chức năng phối hợp phân tán DCF (Distributed Coordination Function) DCF là cơ chế truy cập cơ bản cho cả mạng ad-hoc và mạng có kiến trúc. DCF sử dụng giao thức CSMA/CA và thủ tục quay lui ngẫu nhiên (backoff). Ngoài ra, tất cả các gói gửi đi đều được xác nhận (ACK) và bên gửi sẽ gửi lại gói tin nếu không nhận được ACK.
Một trạm muốn truyền thì phải xác định xem kênh truyền có đang được sử dụng bởi trạm khác hay không. Các trạm xác định kênh truyền rỗi hay bận dựa trên giao thức đa truy cập cảm nhận sóng mang tránh xung đột CSMA/CA. Nếu kênh truyền bận trạm sẽ phải chờ cho đến khi trạm khác kết thúc truyền. Sau khi trì hoãn hoặc trước khi cố gắng truyền trở lại, trạm sẽ phải chọn một khoảng thời gian quay lui ngẫu nhiên dựa trên thủ tục quay lui ngẫu nhiên và sẽ giảm biến đếm backoff trong khi kênh truyền còn rỗi.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1 Đa truy cập cảm nhận sóng mang tránh xung đột CSMA/CA CSMA/CA được dùng để giảm xung đột khi nhiều trạm cùng truy cập vào một kênh truyền. Các trạm sẽ chờ trong khi kênh truyền bận. Sau khi kênh truyền rỗi, các trạm đều muốn sử dụng kênh truyền. Do đó, rất dễ dẫn đến xung đột.
Thủ tục quay lui ngẫu nhiên có thể giải quyết sự xung đột kênh truyền. Cảm nhận sóng mang sử dụng cả đồng thời cả hai kỹ thuật vật lý và ảo. Kỹ thuật cảm nhận sóng mang vật lý cung cấp bởi lớp PHY. Kỹ thuật cảm nhận sóng mang ảo được cung cấp bởi lớp MAC.
Cảm nhận sóng mang ảo là thông báo thông tin về khoảng thời gian đặt trước kênh truyền đến các trạm khác. Kỹ thuật này được thực hiện thông qua vector cấp phát mạng NAV (Network Allocation Vector). NAV là bộ định thời gian và được cập nhật bởi khung dữ liệu truyền trong môi trường. Khi giá trị NAV bằng 0 thì kênh truyền rỗi, ngược lại kênh truyền là bận.
Trạm nhận đúng frame sẽ cập nhật (update) lại giá trị NAV của nó với thông tin nhận được trong trường Duration/ID, nhưng chỉ khi giá trị NAV mới lớn hơn giá trị NAV hiện tại thì trạm mới cập nhật.2 Thủ tục Random Backoff (quay lui ngẫu nhiên) Thủ tục quay lui ngẫu nhiên giúp tránh được sự xung đột kênh truyền. Đầu tiên, các trạm kiểm tra xem kênh truyền có rỗi hay không (dùng giao thức CSMA/CA). Nếu kênh truyền bận, các trạm phải trì hoãn cho đến khi kênh rỗi. Sau khi kênh rỗi một khoảng thời gian DIFS, các trạm sẽ sinh ra một khoảng thời gian ngẫu nhiên và sẽ giảm dần biến đếm backoff.
Khi biến đếm backoff giảm đến 0, trạm sẽ được phép truyền. Nếu kênh truyền được xác định là bận trong khoảng thời gian backoff thì thủ tục backoff sẽ tạm dừng, biến đếm backoff không giảm nữa. Khi kênh truyền rỗi thì thủ tục backoff sẽ được phép bắt đầu lại. Thủ tục backoff được thi hành ngay lập tức sau khi kết thúc việc truyền khung, thậm chí ngay cả khi không có trạm nào đang chờ truyền.
Việc các trạm chọn các khoảng thời gian TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 10 ngẫu nhiên khác nhau làm giảm khả năng xung đột giữa các trạm mà đã chờ kênh truyền ở cùng một thời điểm.5: Thủ tục backoff Hình 1.5 minh họa việc sử dụng thủ tục backoff. Nhìn vào hình ta có thể thấy, đầu tiên khi trạm A đang truyền thì các trạm B, C, D yêu cầu được truyền. Ba trạm này cảm nhận thấy kênh truyền đang bận nên phải chờ cho đến khi kênh rỗi. Sau khi A truyền xong, kênh truyền là rỗi, các trạm B, C và D bắt đầu thủ tục backoff sau khi chờ một khoảng DIFS.
Thời gian backoff của C là ngắn nhất nên khi biến đếm backoff về 0, C được phép truyền. Các trạm khác lại phải trì hoãn cho đến khi C truyền xong thì thi hành thủ tục backoff. Quá trình này được tiếp tục thực hiện cho đến khi các trạm truyền hết khung. Khoảng thời gian backoff được tính theo công thức sau: BackoffTime = Random() * SlotTime Trong đó Random() là một số nguyên dương ngẫu nhiên trong khoảng [0,CW].
CW là cửa sổ tranh chấp và CWmin ≤ CW ≤ Cwmax. SlotTime là giá trị tương ứng với đặc điểm của tầng PHY.