CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY Với sự phát triển của công nghệ thông tin đã mang lại nhiều hiệu quả đối với khoa h漃⌀c cũng như trong các hoạt động thực tế, trong đó mạng máy tính là một lĩnh vực đem lại hiệu quả thiết thực cho con người. Thông qua mạng máy tính chúng ta có thể chia sẻ thông tin ở bất kỳ nơi nào trên mạng, tìm kiếm thông tin một cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả. Mặc dù mạng máy tính đã xuất hiện từ nhiều thập niên nhưng cho đến những năm gần đây, cùng với sự ra đời các thiết bị di động thì nhu cầu nghiên cứu và phát triển các hệ thống mạng không dây ngày càng trở nên cấp thiết. Nhiều công nghệ, phần cứng, các giao thức, chuẩn giao tiếp mạng lần lượt ra đời và đang được tiếp tục nghiên cứu để nâng cao hiệu năng làm việc.
Giới thiệu về mạng không dây Mạng không dây có tính linh hoạt cao, hỗ trợ các thiết bị di động nên không bị ràng buộc cố định về phân bố địa l礃Ā như trong mạng hữu tuyến. Ngoài ra, trong quá trình hoạt đông % chúng ta còn có thể dễ dàng bổ sung hay thay thế các thiết bị tham gia mạng mà không cần phải cấu hình lại toàn bộ topology của mạng. Trong đó, mô hình mạng MANET (Mobile Ad Hoc Network) là môt % trong những mô hình mạng không dây được ứng dụng hầu hết trong các lĩnh vực quân sự, hàng không, vân% tải tàu biển. viê %c triển khai hê % thống mạng không đòi hỏi nhiều về cơ sở hạ tầng mạng, không cần thiết phải có các thiết bị điều khiển trung tâm và không phụ thuô %c vào vị trí địa l礃Ā [5].
Khác với các hê % thống mạng có dây, viê %c định tuyến tìm đường đi tối ưu để truyền dữ liêu% trong các hê % thống mạng không dây khá phức tạp, đòi hỏi phải có các cơ chế điều khiển phù hợp với từng mô hình cụ thể. Đây là mô %t trong những hạn chế lớn nhất của mạng không dây làm ảnh hưởng đến tốc độ 14 truyền dữ liê %u. Bên cạnh đó, khả năng gây nhiễu và mất gói tin trong quá trình truyền dữ liêu% của mạng không dây là khá cao. Hiện nay, những hạn chế trên đang dần được khắc phục thông qua các nghiên cứu về mạng không dây được đề xuất và thử nghiê %m trên các mô hình mạng thực tế nh™m nâng cao hiệu quả và chất lượng của hệ thống mạng, hứa hẹn những bước phát triển mới trong tương lai về lĩnh vực mạng máy tính.
Phân loại mạng không dây: Tương tự như mạng có dây, mạng không dây có thể triển khai trong nhiều dạng khu vực địa l礃Ā khác nhau, với mô t số% công nghê % hạ tầng để triển khai phù hợp. Như vây,% viê %c phân loại mạng không dây chúng ta có thể dựa vào 2 tiêu chí cơ bản: Theo qui mô triển khai mạng và theo quan hêdi% đô %ng của các thiết bị mạng [5],[9]. Theo qui mô triển khai mạng: Dựa trên qui mô triển khai mạng, mạng không dây có thể được phân thành 3 loại: WPAN (Wireless Personal Area Network), WLAN (Wireless Local Area Network), và WWAN (Wireless Wide Area Network). Năm 1994 hãng Ericsson đề xuất việc nghiên cứu và phát triển giao diện vô tuyến công suất nhỏ, chi phí thấp, sử dụng sóng vô tuyến để kết nối không dây giữa các thiết bị di động với nhau và các thiết bị điện tử khác, tổ chức SIG (Special Interest Group) đã chính thức giới thiệu phiên bản 1.0 của Bluetooth vào tháng 7 năm 1999.
Mạng WPAN cho phép các thiết bị kết nối tạm thời khi cần thiết (ad hoc) với khoảng cách giữa các thiết bị tối đa là 10m. Hỗ trợ tối đa 8 kết nối đồng thời 15 với các thiết bị khác. Băng thông tối đa 1 Mbps được chia sẻ cho tất cả kết nối trên cùng 1 thiết bị. - Mạng WLAN (Wireless Local Area Network): Công nghệ WLAN lần đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990, khi những nhà sản xuất giới thiệu những sản phẩm hoạt động trong băng tần 900Mhz, sử dụng sóng điện từ (thường là sóng radio hay tia hồng ngoại) để liên lạc giữa các thiết bị trong phạm vi trung bình.
So với Bluetooth, Wireless LAN có khả năng kết nối phạm vi rộng hơn với nhiều vùng phủ sóng khác nhau, do đó các thiết bị di động có thể tự do di chuyển giữa các vùng với nhau. Phạm vi hoạt động từ 100m đến 500m với tốc độ truyền dữ liệu trong khoảng 11Mbps-54Mbps. Sự ra đời của các cầu nối WLAN đã đem lại nhiều lợi ích về khả năng di động và khai thác mạng linh hoạt. Với mạng WLAN, người dùng có thể truy cập các thông tin dùng chung mà không cần tìm chỗ cắm thiết bị và các nhà quản l礃Ā mạng có thể thiết lập hoặc làm tăng thêm mạng lưới mà không cần lắp đặt hoặc di chuyển hệ thống dây.
WLAN còn cho năng suất lưu lượng tăng, thuận tiện, lợi thế về chi phí so với các hệ thống mạng hữu tuyến truyền thống. Mạng WLAN hoạt động khá linh hoạt với các ưu điểm như: dễ cấu hình và cài đặt, tiết kiệm chi phí mở rộng mạng. Tuy nhiên, tốc độ còn chậm hơn so với LAN và dễ bị nhiễu. - Mạng WWAN (Wireless Wide Area Network): Hệ thống WWAN được triển khai bởi một công ty hay tổ chức trên phạm vi rộng, khai thác băng tần đã đăng k礃Ā trước với cơ quan chức năng và sử dụng các chuẩn mở như: AMPS, GSM, TDMA và CDMA.
Phạm vi hoạt động có thể lên đến hàng trăm km với tốc độ truyền từ 5Kbps đến 20Kbps. Ưu điểm nỗi trội của WWAN như: dễ dàng mở rộng hệ thống mạng, tránh được giới hạn của việc sử dụng cáp và các thiết bị phần cứng khác, các thiết bị di động có khả năng di chuyển 16 trong phạm vi rộng. Bên cạnh đó, WWAN cũng có những nhược điểm cơ bản như: dễ bị ảnh hưởng của tác động môi trường, không an toàn, chất lượng mạng chưa cao, chi phí cao trong việc thiết lập cơ sở hạ tầng. Theo quan hệ di động của các bộ định tuyĀn và nút mạng: Với hướng này có thể phân thành 3 loại: Mạng không dây cố định (Fixed wireless network), Mạng không dây với các điểm truy cậy cố định (Wireless network with fixed access points) và Mạng di động tùy biến (Mobile ad hoc network).
- Mạng không dây cố định (Fixed wireless network): Các bộ định tuyến và nút mạng (host) sử dụng các kênh không dây để kết nối với nhau. Một ví dụ điển hình của loại mạng này là những thiết bị truy cập mạng được cố định và sử dụng thiết bị anten để kết nối. Minh h漃⌀a mạng không dây cố định - Mạng không dây với các điểm truy cập cố định (Wireless network with fixed access points): các nút mạng (host) sử dụng những kênh không dây để kết nối với các điểm truy cập cố định. Các điểm truy cập cố định đóng vai trò như các thiết bị định tuyến cho các nút mạng.
Một ví dụ điển hình cho kœ thuật này là việc sử dụng các laptop trong một tòa nhà để truy cập đến các điểm truy cập cố định. Minh h漃⌀a mạng không dây với các điểm truy cập cố định - Mạng di động tùy biĀn (MANET - Mobile Ad hoc Network): Đây là một mô hình bao gồm các nút mạng di động, một vài host s› đóng vai trò định tuyến và chuyển các gói tin đến các nút lân cận. Như vây,% viê %c triển khai mô hình mạng dạng MANET s› không yêu cầu có các thiết bị trung tâm, vì thế mô hình này rất thích hợp trong các khu vực không thể xây dựng các cơ sở hạ tầng mạng. Một ví dụ điển hình cho kœ thuật này là một hệ thống mạng bao gồm những nút mạng di động (các chiếc tàu) được kết nối ngang hàng với nhau thông qua các thiết bị truy câ %p không dây.
Minh h漃⌀a mạng di động tùy biến Trên cơ sở phân loại, chúng ta s› xét tiếp các mô hình hoạt đô %ng của nó. Một số mô hình mạng không dây Mô hình truy nhập cơ bản của mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.11 bao gồm một nhóm các trạm phát sóng (Access Point - AP) được kết nối với nhau trong vùng dịch vụ cơ bản BSS (Basic Service Set), được xác định bởi 18 các tính truyền dẫn của môi trường vô tuyến. Một trạm AP trong miền dịch vụ cơ bản có thể kết nối với các AP khác trong cùng BSS hoặc BSS khác. Mô hình mạng không dây có thể chia thành 3 loại: Mô hình mạng đô %c lâp, % mô hình mạng cơ sở và mô hình mạng mở rô %ng.
Mô hình mạng độc lập (Independent Basic Service sets – IBSS hay còn gọi là mạng Ad hoc): Các trạm trong IBSS kết nối trực tiếp với nhau vì thế các trạm này cần phải n™m trong phạm vi kết phủ sóng với nhau (Hình 1. Một IBSS còn được xem như là một kiểu cấu hình "ad hoc" vì nó không cần thông qua một hạ tầng mạng nào cả mà chỉ là kết nối peer-to-peer (từng đôi một). Hai máy tính có lắp đặt card mạng wifi s› có thể tạo thành một mạng WLAN. Mô hình mạng độc lập 1.
Mô hình mạng cơ sở (Basic Service sets – BSS): Một BSS là một nhóm các thiết bị 802.11 kết nối với nhau. Khác với cấu hình ad hoc, cấu hình BSS đòi hỏi phải có một thiết bị đặc biệt làm tâm điểm, g漃⌀i là trạm truy nhập AP (Access Point). AP là điểm trung tâm liên lạc cho m漃⌀i thiết bị trong cùng một vùng dịch vụ cơ bản. Các thiết bị s› không liên lạc trực tiếp nhau, mà liên lạc thông qua AP.
Thông tin s› chuyển đến AP và AP s› chuyển tiếp thông tin đến thiết bị đến, AP trong mô hình này có thể kết nối với một mạng có dây. Mô hình mạng cơ sở 1. Mô hình mạng mở rộng (Extended Service sets – ESS) BSS có thể sử dụng trong gia đình, văn phòng nhỏ nhưng không thể sử dụng trong khu vực lớn.11 cho phép xây dựng mạng không dây kích thước lớn b™ng cách liên kết các BSS vào một ESS. Các trạm trong cùng một ESS có thể liên lạc với nhau thậm chí các trạm này có thể di chuyển giữa các khu vực này với nhau.
Mô hình mạng mở rộng Dựa trên các mô hình đã xét, chúng ta s› phân tích mô %t số các thiết bị yêu cầu để triển khai mô %t hê % thống mạng. Yêu cầu về thiĀt bị sử dụng trong mạng không dây: Tương tự như các hê % thống mạng có dây, viê %c triển khai hê % thống mạng không dây cũng yêu cầu môt% số thiết bị truy câ %p mạng hợp l礃Ā.