Chương 1-TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1.1 KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Liên minh Wi-Fi (Wiless Fidelity) là tổ chức quốc tế phi lợi nhuận được thành lập năm 1999 để chứng nhận khả năng cùng hoạt động của các sản phẩm mạng máy tính nội bộ không dây WLAN (Wireless Local Area Network) dựa trên dòng tiêu chuẩn IEEE 802. Cùng với sự phát triển rất nhanh các mạng Wi-Fi trên thế giới (Wi-Fi Networking hoặc Hotspot) và việc hạ giá thành của các thiết bị được cấp chứng nhận Wi-Fi, Wi-Fi còn được hiểu như là khả năng cho phép truy nhập Internet băng rộng không dây dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802. Wi-Fi cho phép tốc độ truyền số liệu theo lý thuyết đạt 11 Mbps trong bán kính 50 đến 100 m với công suất bức xạ đẳng hưởng tương đương (EIRP) 100mW ở tần số 2. Mặt khác, ngoài khả năng sử dụng dịch vụ truy nhập Internet, các sản phẩm Wi-Fi được sử dụng rộng rãi như là một giải pháp mạng thay thế mạng LAN có dây của các Công ty, Trường học, Trung tâm hội nghị, Nhà riêng và các mục đích khác.
Mạng máy tính cục bộ không dây (WLAN) được xem như là một mạng máy tính cục bộ (LAN) sử dụng phương thức truyền dẫn vô tuyến để truyền và nhận số liệu. Các mạng máy tính cục bộ không dây thời kỳ đầu sử dụng băng tần 2.4 GHz ở băng tần được dành cho các ứng dụng trong công nghiệp, khoa học và y tế ISM (Industrial, Scientific, and Medical), nơi mà các thiết bị khác như máy điện thoại kéo dài, lò vi sóng, thiết bị điều khiển gia đình, v. cùng hoạt động. Hoàng Văn Quang Lớp CH XLTT&TT 2004 Luận văn Thạc sĩ - 12 - Nghiên cứu - Ứng dụng WiFi Cho đến năm 1997, khi IEEE (Institute of Electical and Electronics Engineer) ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật 802.11 cho các thiết bị WLAN hoạt động ở phổ tần 2.4 GHz, một chuẩn công nghiệp cho các thiết bị WLAN được hình thành.
Ban đầu, các mạng WLAN có tốc độ truyền số liệu 1 hoặc 2 Mbps đã đáp ứng được các yêu cầu cơ bản của các ứng dụng hiện thời, tuy nhiên, tỏ ra chậm hơn nhiều với các ứng dụng sử dụng mạng nội bộ LAN có tốc độ 10 hoặc 100 Mbps. Hai năm sau, tiêu chuẩn 802.11b đạt tốc độ truy nhập WLAN lên 11 Mbps và đưa WLAN lên ngang hàng cùng mạng LAN tiêu chuẩn. Trong cùng năm 1999, nhiều công ty trong ngành công nghiệp máy tính nhận ra rằng kỹ thuật WLAN đã trưởng thành và có tốc độ truyền số liệu đáp ứng được các ứng dụng đòi hỏi tốc độ truy nhập lớn đã thành lập liên minh WECA - Wireless Ethernet Compatibility Alliance, sau này đổi tên thành liên minh Wi-Fi, để hỗ trợ cho sự phát triển của các sản phẩm dựa trên dòng tiêu chuẩn 802. Hiệp hội này đã xây dựng biểu tượng Wi-Fi để xác nhận các sản phẩm có thể cùng hoạt động trong môi trường WLAN.
Chứng nhận Wi-Fi đã đảm bảo cho sự phát triển nhanh chóng của các sản phẩm trên tiêu chuẩn 802.11b và mở ra thời kỳ bùng nổ thị trường của sản phẩm 802.11b trong cả thị trường gia đình và thương mại. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển nhanh chóng của các điểm nóng trên toàn thế giới, Wi-Fi cũng đang đứng trước các thách thức mà xem ra không dễ vượt qua như: hoàn thiện về mặt tiêu chuẩn kỹ thuật, khả năng tính cước, chuyển vùng, bảo mật v. Hoàng Văn Quang Lớp CH XLTT&TT 2004 Luận văn Thạc sĩ - 13 - Nghiên cứu - Ứng dụng WiFi 1.2 MÔ HÌNH KẾT NỐI 1.1 Mô hình kết nối Wi-Fi Mạng Wi-Fi gồm ba thành phần: Điểm truy cập để cung cấp vùng phủ sóng cho người sử dụng, mạng truyền dẫn và hệ thống quản lý. Đối với người sử dụng thì có thể là các máy tính cá nhân (thông thường là máy xách tay) với 1 card WLAN, thiết bị PDA hoặc các máy di động hai chế độ.
Một số máy tính xách tay ngày nay, card WLAN được tích hợp trong máy và được gọi là máy Centrino (dùng hai chuẩn 802. Các máy trạm của mạng Wi-Fi sử dụng bằng tần 2.4 GHz (hoặc 5 GHz) để truyền nhận dữ liệu với các điểm truy nhập (AP - Access Point), và sử dụng các kỹ thuật điều chế mới như kỹ thuật trải phổ SS (Spread Spetrum) và phân chia đa tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Devision Multiplexing) được sử dụng cho điều chế tín hiệu và đa truy nhập. Các AP được thiết kế như là cổng (Gateway) nối giữa mạng không dây và hạ tầng mạng hiện có. Mỗi AP đơn cung cấp kết nối cho các thiết bị đầu cuối trong phạm vi bán kính khoảng hơn 100m trong tầm nhìn thẳng.
Trong vùng phủ của mỗi điểm truy nhập, các thiết bị đầu cuối có thể kết nối với nhau hoặc truy nhập sử dụng các ứng dụng, tài nguyên Internet thông qua AP. Hoàng Văn Quang Lớp CH XLTT&TT 2004 Luận văn Thạc sĩ - 14 - Nghiên cứu - Ứng dụng WiFi Internet HÖ thèng qu¶n lý truy cËp AP AP (§iÓm truy nhËp) (§iÓm truy nhËp) Ngêi sö dông Ngêi sö dông Ngêi sö dông Ngêi sö dông Hình 1.1 Cấu hình mạng Wi-Fi 0T2T Ngoài ra, sử dụng công nghệ Wi-Fi có thể trong kết nối LAN-to-LAN bằng hình thức điểm-điểm hoặc điểm - đa điểm với an-ten có định hướng để tăng khoảng cách phục vụ.2 Kết nối Điểm - Điểm (Peer to Peer Mode) Hình1.2 Mô hình kết nối Point – to – Point Hoàng Văn Quang Lớp CH XLTT&TT 2004 Luận văn Thạc sĩ - 15 - Nghiên cứu - Ứng dụng WiFi Đây là phương pháp truyền thông tin theo kiểu một nguồn phát/thu truyền thông tin tới một trạm thu/phát. Ưu điểm chính của phương pháp này là tốc độ kết nối cao, bán kính kết nối rộng, tính bảo mật, đảm bảo thông lượng kết nối theo thiết kế và giảm chi phí hệ thống cho các cơ chế bảo toàn kết nối khi băng thông thay đổi. Trong mô hình kết nối này không có AP.
Hai hay nhiều khách hàng không dây, những người truyền tin theo kiểu phi thể thức hình thành nên một tập dịch vụ căn bản độc lập (Independent Basic Service Set - IBSS). Kiểu phi thể thức được dùng để kết nối các khách hàng không dây khi không có sự hiện diện của điểm truy nhập không dây.3 Kết nối Điểm - Đa điểm (Infrastructure Mode) Hình1.3: Mô hình kết nối Point – to –MultiPoint Đây là phương pháp truyền thông tin theo kiểu: Một nguồn phát/thu (trạm gốc hay còn gọi là trạm cơ sở) truyền thông tin tới nhiều trạm thu/phát (trạm khách hàng hay còn gọi là trạm xa CPE ) trong cùng một thời điểm. Trong các hệ thống truyền dẫn ở tần số cao (băng thông lớn) thì mô hình này là hữu hiệu vì sẽ làm giảm chi phí cho toàn bộ hệ thống. Mô hình này chủ yếu được sử dụng tại các khu vực có mật độ tập trung khách hàng cao như trong thành phố, khu công nghiệp.
Hoàng Văn Quang Lớp CH XLTT&TT 2004 Luận văn Thạc sĩ - 16 - Nghiên cứu - Ứng dụng WiFi Về mặt quản lý, mô hình Điểm-Đa điểm có số hữu hạn CPE. Cục tần số có thể thu tiền tính trên đầu từng CPE, quản lý chính xác vị trí của từng CPE. Một điểm truy nhập không dây đơn có khả năng hỗ trợ một hoặc nhiều khách hàng không dây được gọi là một Tập dịch vụ căn bản (Basic Service Set BSS ). Tập gồm hai hoặc nhiều hơn các điểm truy nhập không dây được kết nối tới cùng một mạng có dây được gọi là Tập dịch vụ mở rộng (Extended Service Set).
Một ESS là một phân đoạn mạng logic đơn (còn được gọi là một mạng con) và được nhận dạng bởi chỉ số nhận dạng dịch vụ của nó ( Service Set Identifier - SSID) 1.4 Kết nối dạng Lưới (Mesh) Hình1.4 Mô hình kết nối dạng Mesh Mô hình lưới mang bản chất của mạng tế bào nên có tính chất chuyển giao. Cơ chế hoạt động như sau: khi một CPE di chuyển ra khỏi 1 AP và sang vùng phủ sóng của 1 AP khác thì AP mới sẽ Chứng thực được CPE là một thành viên trong mạng và làm một số thủ tục cần thiết để vẫn duy trì kết nối cho CPE đó. Hoàng Văn Quang Lớp CH XLTT&TT 2004 Luận văn Thạc sĩ - 17 - Nghiên cứu - Ứng dụng WiFi 1.3 CÁC DỊCH VỤ Các dịch vụ dựa trên kỹ thuật mạng nội bộ không dây WLAN được phân chia thành ba nhóm chính: - Nhóm sử dụng cho mạng dùng riêng (Công ty, Trường học, Viện nghiện cứu hoặc cho cá nhân). - Nhóm sử dụng cho phục vụ ở các điểm công cộng (“điểm nóng”).
- Nhóm sử dụng cho phủ sóng thị trấn và thành phố.1 Nhóm sử dụng cho mạng dùng riêng - Thiết lập mạng cục bộ: Đối với mạng dùng riêng có thể sử dụng kỹ thuật WLAN để thiết lập mạng thay vì sử dụng thiết lập hệ thống cáp để dùng chung truy nhập Internet hoặc kết nối với các thiết bị không dây để truyền dẫn dữ liệu và kết nối giữa chúng với nhau. Những mạng này cũng có thể sử dụng để kết nối giữa các tòa nhà với nhau (trong phạm vi hàng chục mét), ví dụ như ở các giảng đường của Trường Đại học hoặc trong các phòng hội nghị, phòng khách của các doanh nghiệp. - Sử dụng cho các nhân: Mục đích chính là thiết lập mạng cá nhân không dây ở nhà thay vì phải thiết lập hệ thống cáp cho kết nối giữa các máy tính (đặc biệt là máy tính xách tay) để có thể dùng chung truy nhập Internet. Tuy nhiên, ý tưởng sử dụng cho các ứng dụng điện thoại Internet còn đang ở trong giai đoạn nghiên cứu, phát triển (mà nguyên nhân chính là chất lượng dịch vụ chưa đảm bảo).
Hoàng Văn Quang Lớp CH XLTT&TT 2004 Luận văn Thạc sĩ - 18 - Nghiên cứu - Ứng dụng WiFi 1.2 Nhóm sử dụng cho phục vụ ở các điểm công cộng (“ Điểm nóng”) Có ba loại hình dịch vụ được đề cập nhiều trong cung cấp dịch vụ ở nơi công cộng (Truy nhập Internet, dịch vụ thông tin nội bộ và các ứng dụng đa phương tiện) và được gọi là điểm nóng. Thông thường các vị trí này là sân bay, nhà ga, siêu thị, khách sạn, trung tâm hội nghị, trung tâm giải trí, quán cà phê và nhà hàng. Các thiết bị đầu cuối sử dụng dịch vụ này khá đa dạng: máy tính xách tay, thiết bị điện tử cá nhân và các máy di động. Các loại hình dịch vụ được đề cập: - Dịch vụ truy nhập Internet: Cung cấp khả năng truy nhập Internet và sử dụng ứng dụng trên Internet như messaging, duyệt Web, chơi trò chơi qua mạng, mạng riêng ảo.