CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1. Lịch sử mạng không dây Vào năm 1894, Marconi bắt đầu các cuộc thử nghiệm và năm 1899, đã gửi một bức điện báo băng qua kênh đào Anh mà không cần sử dụng bất kì loại dây nào. Thành tựu “chuyển tin bằng tín hiệu” này đánh dấu một tiến bộ lớn và là một dấu hiệu cho sự ra đời một hệ thống các giá trị mang tính thực tiễn cao. Ba năm sau đó, thiết bị vô tuyến của Marconi đã có thể chuyển và nhận điện báo qua Đại Tây Dương.
Công nghệ không dây mà Marconi phát triển là một sự kết nối giữa điện báo có dây truyền thống và sóng Hertz (được đặt tên sau khi Heinrich Hertz phát minh ra chúng). Trong chiến tranh thế giới I, lần đầu tiên nó được sử dụng ở cuộc chiến Boer năm 1899 và năm 1912, một thiết bị vô tuyến đã được sử dụng trong con tàu Titanic. Trước thập niên 1920, điện báo vô tuyến đã trở thành một phương tiện truyền thông hữu hiệu bởi nó cho phép gửi các tin nhắn cá nhân băng qua các lục địa. Cùng với sự ra đời của radio (máy phát thanh), công nghệ không dây đã có thể tồn tại một cách thương mại hóa.
Thập niên 1980, công nghệ vô tuyến là những tín hiệu analogue. Thập niên 1990, chuyển sang tín hiệu kĩ thuật số ngày càng có chất lượng tốt hơn, nhanh chóng hơn và ngày nay công nghệ phát triển đột phá với tín hiệu 4G. Năm 1994, công ty viễn thông Ericsson đã bắt đầu sáng chế và phát triển một công nghệ kết nối các thiết bị di động thay thế các dây cáp. Họ đặt tên thiết bị này là “Bluetooth”.
Khái niệm Mạng không dây là một hệ thống các thiết bị được nhóm lại với nhau, có khả năng giao tiếp thông qua sóng vô tuyến thay vì các đường truyền dẫn bằng dây. Trang - 6 - * Ưu điểm: - Giá thành giảm nhiều đối với mọi thành phần người sử dụng. - Công nghệ không dây đã được tích hợp rộng rãi trong bộ vi xử lý dành cho máy tính xách tay của INTEL và AMD, do đó tất cả người dùng máy tính xách tay đều có sẵn tính năng kết nối mạng không dây. - Mạng không dây cung cấp tất cả các tính năng của công nghệ mạng LAN như là Ethernet và Token Ring mà không bị giới hạn về kết nối vật lý (giới hạn về cable).
- Tính linh động: tạo ra sự thoải mái trong việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị có hỗ trợ mà không có sự ràng buột về khoảng cách và không gian như mạng có dây thông thường. Người dùng mạng không dây có thể kết nối vào mạng trong khi di chuyển bất cứ nơi nào trong phạm vi phủ sóng của thiết bị tập trung (điểm truy cập). - Mạng WLAN sử dụng sóng hồng ngoại (Infrared Light) và sóng Radio (Radio Frequency) để truyền nhận dữ liệu thay vì dùng Twist-Pair và Fiber Optic Cable. Thông thường thì sóng Radio được dùng phổ biến hơn vì nó truyền xa hơn, lâu hơn, rộng hơn, băng thông cao hơn.
* Nhược điểm: - Tốc độ mạng không dây bị phụ thuộc vào băng thông. - Tốc độ của mạng không dây thấp hơn mạng cố định, vì mạng không dây chuẩn phải xác nhận cẩn thận những khung đã nhận để tránh tình trạng mất dữ liệu. - Trong mạng cố định truyền thống thì tín hiệu truyền trong dây dẫn nên có thể được bảo mật an toàn hơn. Còn trên mạng không dây thì việc “đánh hơi” rất dễ dàng bởi vì mạng không dây sử dụng sóng Radio thì có thể bị bắt và xử lí được bởi bất kỳ thiết bị nhận nào nằm trong phạm vi cho phép.
- Ngoài ra mạng không dây thì có ranh giới không rõ ràng cho nên rất khó quản lý.1 So sánh hệ thống mạng không dây và mạng có dây Hệ thống Mạng không dây Mạng có dây 1. Tốc độ 11/54/108Mbps 10/100/1000Mbps Bảo mật không đảm bảo bằng Bảo mật đảm bảo chỉ bị lộ 2. Bảo mật có dây do phát sóng thông tin ra thông tin nếu can thiệp thẳng mọi phía. vào vị trí dây dẫn.
Thi công phức tạp do phải Thi công triển khai nhanh và 3. Thi công thiết kế đi dây cho toàn bộ hệ dễ dàng. Đòi hỏi chi phí cao khi 4. Khả năng Khả năng mở rộng khoảng muốn mở rộng hệ thống mạng mở rộng cách tốt với chi phí hợp lý.
đặc biệt là mở rộng bằng cáp quang. Các vị trí kết nối mạng có thể Các vị trí thiết kế không cơ 5.Tính mềm thay đổi mà không cần phải thiết động phải thiết kế lại nếu thay dẻo kế lại. đổi các vị trí kết nối mạng. Phân loại mạng không dây 1.
Dựa trên vùng phủ sóng, mạng không dây được chia thành 5 nhóm: - WPAN: mạng vô tuyến cá nhân. Nhóm này bao gồm các công nghệ vô tuyến có vùng phủ nhỏ tầm vài mét đến hàng chục mét tối đa. Các công nghệ này phục vụ mục đích nối kết các thiết bị ngoại vi như máy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng, khóa USB, đồng hồ,.với điện thoại di động, máy tính. Các công nghệ trong nhóm này bao gồm: Bluetooth, Wibree, ZigBee, UWB, Wireless USB, EnOcean,.
Đa phần các công nghệ này được chuẩn hóa bởi IEEE, cụ thể là Trang - 8 - nhóm làm việc (Working Group) 802. Do vậy các chuẩn còn được biết đến với tên như IEEE 802. - WLAN: mạng vô tuyến cục bộ. Nhóm này bao gồm các công nghệ có vùng phủ tầm vài trăm mét.
Nổi bật là công nghệ Wifi với nhiều chuẩn mở rộng khác nhau thuộc gia đình 802. Công nghệ Wifi đã gặt hái được những thành công to lớn trong những năm qua. Bên cạnh WiFi thì còn một cái tên ít nghe đến là HiperLAN và HiperLAN2, đối thủ cạnh tranh của Wifi được chuẩn hóa bởi ETSI. - WMAN: mạng vô tuyến đô thị.
Đại diện tiêu biểu của nhóm này chính là WiMAX. Ngoài ra còn có công nghệ băng rộng BWMA 802. Vùng phủ sóng của nó sẽ tằm vài km (tầm 4-5km tối đa).16 HIPERLAN WRAN WPAN 802.20 WMAN GPRS UMTS WAN 802.1: Phân loại mạng vô tuyến. - WRAN: Mạng vô tuyến khu vực.
Nhóm này đại diện là công nghệ 802.22 đang được nghiên cứu và phát triển bởi IEEE. Vùng phủ có nó sẽ lên tầm 40- 100km. Mục đích là mang công nghệ truyền thông đến các vùng xa xôi hẻo lánh, khó triển khai.2 Thể hiện các chuẩn mạng: Công nghệ Mạng Chuẩn Tốc độ Phủ sóng Băng tần 1.UWB (Ultra 110-480 WPAN 802.5 GHz wideband) Mbps Trên 720 2.4 GHz Kbps Trên 54 3.Wi-Fi WLAN 802.11a Trên 300 feet 5 GHz Mbps Trên 11 4.Wi- Fi WLAN 802.Edge/GPRS Trên 384 WWAN 2.5 G 4-5 dặm 1900 MHz (TDMA- GMS) Kbps 6.4 400-2100 WWAN 3G 1-5 dặm 2000/1x EV-DO Mbps MHz 7.WCDMA/ Trên 2 1800-2100 WWAN 3G 1-5 dặm UMTS Mbps MHz 1. Dựa trên các công nghệ mạng, mạng không dây được chia thành 2 loại - Sử dụng công nghệ tia hồng ngoại.
- Sử dụng công nghệ bluetooth. Các mô hình mạng không dây 1. Mô hình mạng AD-HOC a. Khái niệm - Là mạng gồm hai hay nhiều máy tính có trang bị card không dây.
- Tương tự mô hình peer to peer trong mạng có dây. - Các máy tính có vai trò ngang nhau. - Khoảng cách liên lạc 30-100m. - Sử dụng thuật toán Spokesman Election Algorithm(SEA).
Mô hình vật lý Hình 1.2 Mô hình mạng Ad Hoc c. Cách thiết lập - Thiết bị: Card không dây. Cấu hình - Các Staion phải cùng BSSID. - Các Staion phải cùng kênh.
- Các Station phải cùng tốc độ truyền. Mô hình mạng Infrastructure a. Khái niệm Là mạng gồm một hay nhiều điểm truy cập để mở rộng phạm vi hoạt động của các Station có thể kết nối với nhau với một phạm vi gấp đôi. Điểm truy cập đóng vai trò là điểm truy cập cho các Client(Station) trao đổi dữ liệu với nhau và truy xuất tài nguyên của Server.
Mỗi Điểm truy cập có thể làm điểm truy cập cho 10-15 client (tùy sản phẩm và hãng sản xuất) đồng thời tại một thời điểm. Mô hình vật lý Hình 1.3 Mạng Infrastructure Trang - 11 - c. Cách thiết lập -Thiết bị: + Card mạng không dây. Cấu hình - Các Station phải cùng BSSID với AP.
- Các Station phải cùng kênh với AP. - Các điểm truy cập phải cùng một ESID nếu muốn hổ trợ roaming. Các thiết bị mạng không dây 1. Khái niệm Hình 1.4 Access Point Ở hình 1.4, đây là Access Point (AP), nó có vai trò tương tự như Hub hay Switch.
Điểm truy cập cho các Station (Node) trong mạng không dây cho phép các Station trao đổi dữ liệu với nhau (như HUB trong mạng có dây) và với các Station trong mạng có dây. Chức năng - Phục hồi tín hiệu trong các segment mạng không dây (giống như Repeater). - Chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu giữa mạng không dây và mạng có dây (giống Gateway). Trang - 12 - - Điểm truy cập này có thể hỗ trợ từ 15-250 users trong khoảng cách 20- 500m, tùy thuộc vào công nghệ và môi trường.
Chủng loại -Hub/Switch Access Point (Wireless hub/Switch) tương tự như Hub/Switch trong mạng có dây. - BroadBand Router Access Point (Wireless BroadBand Router) cho phép các Station trong mạng truy cập Internet. Wireless Adapter Hình 1.5 Wireless Adapter Ở hình 1.5, đây là bộ điều hợp mạng không dây (Wireless NIC) có nhiều kiểu giao tiếp như PCMCIA, USB hay PCI card. Khái niệm: Ở hình 1.6, đây là thiết bị gắn trên PC hay thiết bị cầm tay như Laptop, PDA,…đóng vai trò là card mạng có dây, nhưng sử dụng môi trường là sóng điện từ , cho phép PC hay Laptop trao đổi dữ liệu được với nhau thông qua sóng vô tuyến.6 Wireless card Trang - 13 - b.
Chức năng: - Truyền nhận các packet dưới dạng sóng radio giữa các Station với nhau hoặc giữa các điểm truy cập. - Điều biến và giải điều biến tín hiệu. Chủng loại: - PC Card: Dùng cho máy tính xách tay khi sử dụng khe cắm PCMCIA. - Adapter Card: dùng cho máy tính để bàn sử dụng khe cắm PCI, ISA, EISA.
- Card lắp ngoài: sử dụng cổng giao tiếp COM, parallel, USB hoặc Ethernet. Cầu nối Wi-Fi Hình 1.7 Cầu nối wifi Ở hình 1.7, đây là thêm cầu nối Wi-Fi là ta có thể kết nối hầu như bất cứ thiết bị nào có giao tiếp cổng Ethernet, chẳng hạn một máy in mạng, vào mạng không dây. Ta dùng cáp nối thiết bị vào cổng Ethernet của cầu nối, và cầu nối sẽ truyền dữ liệu từ thiết bị này đến thiết bị không dây. Camera không dây Hình 1.8 Camera không dây Ở hình 1.8, đây là thiết bị camera không dây.
Bạn có thể lắp một Camera không dây hầu như ở bất cứ nơi nào miễn nơi đó có sẵn nguồn điện là được.