Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1. Các khái niệm về mạng không dây Lịch sử phát triển Trong khi việc kết nối mạng ethernet hữu tuyễn đã diễn ra từ 30 năm trở lại đây thì nối mạng không dây vẫn còn tương đối mới với thị trường gia đình. Mạng không dây là cả một quá trính phát triển dài, giống như các công nghệ khác, công nghệ mạng không dây là do phía quân đội triển khai đầu tiên. Quân đội cần một phương tiện đơn giản và dễ dàng, và phương pháp bảo mật của sự trao đổi dữ liệu trong hoàn cảnh chiến tranh Ngày nay, giá của các thiết bị không dây đã rẻ hơn rất nhiều, có đủ khả năng để thực thi đoạn mạng không dây trong toàn mạng, nếu chuyển hoàn toàn qua sử dụng mạng không dây, sẽ tránh được sự phức tạp trong kết cấu mạng vật lý đảm bảo tiết kiệm chi phí cho người dùng Khi công nghệ mạng không dây được cải thiện, giá của các sản phẩm khoog dây cũng theo đó hạ thấp để đảm bảo việc tiêng số lượng thiết bị.
Những chuẩn riêng của mạng không dây sẽ tăng khả năng thao tác giữ các phần và tương thích sẽ đáng kể Khái niệm Khác với Bluetooth chỉ kết nối ở tốc độ 1Mb/s, tầm hoạt động ngắn dưới 10m, WiFi cũng là một công nghệ kết nối không dây nhưng có tầm hoạt động và tốc độ truyền dữ liệu cao hơn hẳn. Điều đó cho phép bạn có thể duyệt Web, nhận Email bằng máy tính xách tay, điện thoại di động, PDA (thiết bị cá nhân kỹ thuật số) hay các thiết bị cầm tay khác tại nơi công cộng một cách dễ dàng. Wi-Fi, hay còn được biết đến là Wireless Fidelity, đã trải qua một sự tiến hóa đáng kể kể từ khi xuất hiện lần đầu tiên. Được phát triển để thay thế dây cáp và tạo ra môi trường kết nối không dây, công nghệ Wi-Fi đã trở thành một phần quan trọng của cuộc sống hàng ngày và là động lực đằng sau sự kết nối toàn cầu.
2 Ban đầu, Wi-Fi dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11, với tốc độ truyền dữ liệu khá thấp. Tuy nhiên, theo thời gian, các tiêu chuẩn Wi-Fi đã phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tốc độ và hiệu suất.11b đã mang lại sự cải thiện, đồng thời với tốc độ tăng lên và khả năng phát sóng xa hơn. Sự xuất hiện của tiêu chuẩn 802.11a đã mang lại thêm sự linh hoạt, với khả năng hoạt động ở tần số cao và khả năng truyền tải dữ liệu với tốc độ cao hơn. Các tiêu chuẩn khác như 802.11n tiếp tục đóng góp vào sự tiến bộ, với khả năng hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu ngày càng nhanh và phạm vi phủ sóng rộng rãi hơn.
Năm 2013, Wi-Fi đã bước sang một bước đột phá mới với tiêu chuẩn 802.11ac, mang lại tốc độ truyền dữ liệu đáng kể và khả năng xử lý mở rộng. Nó không chỉ cung cấp hiệu suất cao mà còn giảm độ trễ, tối ưu hóa cho các ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn như video HD và trò chơi trực tuyến.11ax, được giới thiệu vào năm 2019, tiếp tục nâng cao hiệu suất và đáp ứng với sự gia tăng đáng kể của số lượng thiết bị kết nối cùng một lúc. Nó mang lại trải nghiệm mạng ổn định và hiệu quả ngay cả trong môi trường đông đúc. Mạng không dây thường triển khai trong những điều kiện và môi trường sau: • Môi trường địa hình phức tạp không đi dây được như đồi núi, hải đảo… • Tòa nhà không thể đi dây mạng hoặc người dùng thường xuyên di động như: nhà hàng, khách sạn, bệnh viện… • Những nơi phục vụ internet công cộng như: nhà ga, sân bay, quán cafe… 3 Phân loại mạng không dây Hai chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản để phân loại mạng không dây là phạm vi phủ sóng và giao thức báo hiệu.
Trên cơ sở phạm vi phủ sóng chúng ta có 4 loại mạng sau: • WPAN (Wireless Personal Area Network) • WLAN (Wireless local Area Network) • WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) • WWAN (Wireless Wide Area Network) Dựa trên giao thức mạng ta có hai loại mạng sau: • Mạng có sử dụng giao thức báo hiệu được cung cấp bởi người quản lý viễn thông cho hệ thống di động như mạng 3G. • Mạng không sử dụng giao thức báo hiệu như là Ethernet, Internet là ví dụ điển hình cho loại mạng này. Mạng không dây cục bộ 1.1 Giới thiệu Wireless LAN là mô hình mạng được sử dụng cho một khu vực có phạm vi nhỏ như: một tòa nhà, khuôn viên của một công ty, trường học… Là loại mạng linh hoạt có khả năng cơ động cao thay thế cho mạng cáp đồng. WLAN ra đời và bắt đầu phát triển vào giữa thập kỉ 80 của thế kỷ XX bởi tổ chức FCC (Federal Communications Commission).
Wireless LAN sử dụng sóng vô tuyến hay hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu thông qua không gian, xuyên qua tường trần và các cấu trúc khác mà không cần cáp. Wireless LAN là mạng rất phù hợp cho việc phát triển điều khiển thiết bị từ xa, cung cấp mạng dịch vụ ở nơi công cộng, khách sạn, văn phòng… Wireless LAN sử dụng băng tần ISM (băng tần phục vụ công nghiệp, khoa học, y tế: 2.4GHz và 5GHz) vì thế nó không chịu sự quản lý của chính phủ cũng như không cần cấp giấy phép sử dụng. 4 Trên thị trường hiện nay có rất nhiều sản phẩm phục vụ cho WLAN theo các chuẩn khác nhau như: IrDA (Hồng ngoại), OpenAir, BlueTooth, HiperLAN 2, IEEE 802.11g (Wi-Fi)… Trong đó mỗi chuẩn có một đặc điểm khác nhau.2 Các khái niệm về WLAN: a) Kỹ thuật điều chế và line-code trong Wireless LAN: Sự nổi lên của các kỹ thuật WLAN yêu cầu các kỹ thuật điều chế, mã hoá ở phạm vi rộng hơn. WLAN cho phép truy cập vào mạng mà không có giới hạn vật lý như trong những mạng có dây.
❖ Sóng hồng ngoại: Đây là giải pháp hiệu quả nhất cho những nơi mà giữa bên nhận và bên thu không bị che chắn. Kỹ thuật này gồm hai giải pháp sẵn có: tia khuếch tán và tia trực tiếp. Tia trực tiếp thì có tốc độ truyền cao hơn tia khuyếch tán. IR có tốc độ truyền nhận khoảng 1-2 Mbps.
❖ Wireless lượng tử: Các WLAN dựa trên lượng tử khá là bảo mật và không bị ảnh huởng bởi nhiễu điện từ như cáp và các hệ thống dựa trên RF. Với cường độ đầu ra (2watts) là thấp giúp giảm khả năng làm hư mắt. Tuy nhiên bị giới hạn về khoảng cách truyền trong khoảng 25 mét. ❖ Tia hồng ngoại khuếch tán: Các tín hiệu hồng ngoại khuyếch tán được phát ra từ nguồn phát, và phủ một vùng giống như ánh sáng.
Việc thay đổi vị trí của đầu nhận không ảnh hưởng đến tín hiệu. Giải pháp này cung cấp tốc độ từ 1-2 Mbps. b) Các kỹ thuật băng hẹp tần số cao (UHF) và WLAN: Sử dụng băng thông hẹp với tần số từ 12.5 kHz hay 25 kHz. Cường độ từ 1-2 watts cho các các hệ thống dữ liệu băng hẹp RF.
Những hệ thống này thường truyền ở dải tần số 430-470 MHz. Phần dưới của dải tần số này (430-450 5 MHz) thường được gọi là giải tần unprotected (unlicensed) và 450-470 MHz thì được gọi là giải tần bảo được bảo vệ (có giấy phép). ❖ Kỹ thuật radio tổng hợp: Thuật ngữ kỹ thuật radio tổng hợp đề cập đến các sản phẩm được điều khiển bằng tinh thể, yêu cầu công ty sản xuất cài một tinh thể cho mỗi tần số có thể. Các giải pháp dựa trên UHF được tổng hợp cung cấp khả năng cài đặt các thiết bị chuẩn mà không cần phải thay thế phần cứng, ít phức tạp hơn và khả năng điều chỉnh mỗi thiết bị.
❖ Hoạt động đa tần: Các hệ thống UHF hiện đại cho phép các Access Point được cấu hình một cách riêng biệt cho tác vụ trên một trong những tần số được cấu hình trước. Các trạm không dây có thể được lập trình với một danh sách tất cả các tần số được sử dụng trong các Access Point đã được cài, cho phép chúng thay đổi tần số khi roaming. Để tăng thông lượng (throughput), các Access Point có thể được cài đặt giống nhau nhưng lại sử dụng các tần số khác nhau. Các thiết bị cơ bản và ứng dụng của hệ thống WLAN: 1.1 Các thiết bị cơ bản: a) Card mạng không dây (Wireless NIC): Card mạng không dây giao tiếp máy tính với mạng không dây bằng cách điều chế tín hiệu dữ liệu với chuỗi trải phổ và thực hiện một giao thức truy nhập cảm ứng sóng mang.
6 Hình 1: Card mạng không dây b) Các điểm truy cập (Access Point): Các điểm truy cập không dây AP (Access Point) tạo ra các vùng phủ sóng, nối các nút di động tới các cơ sở hạ tầng LAN có dây. Các điểm truy cập này không chỉ cung cấp trao đổi thông tin với các mạng có dây mà còn lọc lưu lượng và thực hiện chức năng cầu nối với các tiêu chuẩn khác. Các điểm truy cập trao đổi với nhau qua mạng hữu tuyến để quản lí các nút di động. 7 Hình 2: Access Point c) Bridge không dây (Wbridge): WBridge (Bridge không dây) tương tự như các điểm truy cập không dây trừ trường hợp chúng được sử dụng cho các kênh bên ngoài.
WBridge được thiết kế để nối các mạng với nhau, đặc biệt trong các toà nhà có khoảng cách xa tới 32 km. WBridge có thể lọc lưu lượng và đảm bảo rằng các hệ thống mạng không dây được kết nối tốt mà không bị mất lưu lượng cần thiết. 8 Hình 3: Wbridge d) Các router điểm truy cập (Access Point Router): Một “AP router” là một thiết bị kết hợp các chức năng của một Access Point và một router. Khi là Access Point, nó truyền dữ liệu giữa các trạm không dây và một mạng hữu tuyến cũng như là giữa các trạm không dây.
Khi là router, nó hoạt động như là điểm liên kết giữa hai hay nhiều mạng độc lập, hoặc giữa một mạng bên trong và một mạng bên ngoài.2 Các ứng dụng của hệ thống WLAN: a) Vai trò truy cập (Access Role): WLAN hầu như được triển khai ở lớp access, nghĩa là chúng được sử dụng ở một điểm truy cập vào mạng có dây thông thường. Các WLAN là các mạng ở lớp data-link như tất cả những phương pháp truy cập khác. Vì tốc độ thấp nên WLAN ít được triển khai ở core và distribution. 9 Hình 4: Access Role b) Mở rộng mạng (Network Extention): Các mạng không dây có thể được xem như một phần mở rộng của một mạng có dây.
Khi muốn mở rộng một mạng hiện tại, nếu cài đặt thêm đường cáp thì sẽ rất tốn kém.