Tài liệu môn học mạng không dây (wireless network)

alifornia, Berkeley, 1995  James F. Kurose, Keith W. Ross, Computer Networking: A top-down Approach Featuring the Internet, Addison- Wesley, 2003 5CHƯƠNG 1: Wireless communications principles and fundamentals (Nguồn gốc của truyền thông không dây và các nguyên tắc cơ bản) Hình ảnh mạng không dây Hình ảnh mạng không dây Hình ảnh mạng không dây 91. Introduction (Giới thiệu)  Cho đến gần đây Mạng không dây vẫn còn là tương đối mới đối với thị trường gia đình.  Chuẩn không dây 802.11b, được sử dụng rộng rãi đầu tiên, được IEEE phê chuẩn vào năm 1999.  Vào thời điểm đó, phần cứng nối mạng không dây còn rất đắt (1000USD/1 Access point)  Ngày nay giá thành phần cứng cho mạng không dây đã giảm.  Nhiều thiết bị di động đã được hỗ trợ công nghệ mạng không dây. 10 1. Introduction (tiếp)  Được sử dụng rộng rãi trong truyền thông chỉ trong vòng 15-20 năm đến nay  Là một trong các lĩnh vực phát triển nhất của công nghiệp truyền thông  Hai đặc điểm mang lại ưu thế cho mạng không dây là sự di động và tiết kiệm giá thành (ngày càng hạ)  Sự di động  Khái niệm không dây và di động rất khó tách rời  Sự di động có nhiều ưu thế 11 1. Introduction (tiếp)  Tiết kiệm giá thành  Cài đặt mạng không dây rõ ràng đòi hỏi rất ít dây so với mạng có dây truyền thống  Không sử dụng dây đặc biệt có lợi trong các tình huống  Lắp đặt mạng rất khó khăn trong các vùng rộng lớn: qua sông, biển hoặc các khu vực nhiễm độc  Không được phép đi dây: các khu vực lịch sử  Triển khai mạng tạm: sử dụng trong thời gian ngắn 12 Truy nhập không dây  Hàng triệu người sử dụng thiết bị cầm tay truy nhập Internet 13 Tình hình hiện nay  Đang nỗ lực nghiên cứu và triển khai mạng không dây và di động  Nâng cao tốc độ truyền dữ liệu của mạng không dây, có dây và các ứng dụng  Các công nghệ: HDTV (High Definition(độ nét) TeleVision), FDDI (Fiber Distributed Data Interface), ISDN, ATM (Asynchronous Transfer Mode), G (Generation) 14 Truy nhập không dây  Biểu đồ tình hình Truy cập Internet di động (Thuê bao Internet) 15 Sự phát triển của mạng không dây  Truyền thông không dây đã có trong lịch sử loài người thời kỳ xa xưa: khói, gương phản chiếu, cờ hiệu, lửa , trong Hy lạp cổ.  Nguồn gốc của mạng không dây bắt đầu với truyền sóng radio  Năm 1895, bởi Guglielmo Marconi, khoảng cách là 18 dặm  Năm 1901, truyền tín hiệu radio qua biển Đại tây dương  Năm 1902, truyền được hai chiều qua biển  Điện thoại sử dụng sóng radio lần đầu tiên đuợc thực hiện năm 1915: hai tàu biển nói chuyện được với nhau 16 Điện thoại di động thời kỳ ban đầu  Năm 1946, hệ thống điện thoại di động công cộng đầu tiên xuất hiện, Mobile Telephone System (MTS), ở nước Mỹ tại 25 thành phố  Máy thu phát của MTS rất lớn, dùng để các ô tô nói chuyện với nhau  Hệ thống tương tự, bán song công (half-duplex)  Sử dụng BS (Base Station _ trạm cơ sở)  Dùng một máy phát công suất lớn để phủ toàn bộ khu vực hoạt động của hệ thống  Các BS sử dụng cùng một tần số  Các máy điện thoại không truyền trực tiếp đến BS mà truyền đến các điểm nhận  Các cuộc gọi đuợc chuyển mạch thủ công 17 Điện thoại di động thời kỳ ban đầu  Ngoài nhược điểm chuyển mạch cuộc gọi thủ công, số lượng các kênh của MTS rất giới hạn (3 kênh)  Một hệ thống nâng cao của MTS, gọi là Improved Mobile Telephone System (IMTS), được đưa vào hoạt động vào những năm 1960  Chuyển mạch cuộc gọi tự động  Hỗ trợ song công  Số lượng kênh tăng (23 kênh) 18 Điện thoại di động tương tự  Tuy nhiên IMTS có số lượng người dùng nhỏ, không thực tế  Sử dụng phổ điện từ không hiệu quả  Công suất lớn của máy phát gây ra nhiễu cho các hệ thống xung quanh  Các nhà nghiên cứu tại AT&T Bell Laboratories tìm ra khái niệm ngăn tổ ong (cellular)  Khái niệm này đã mang đến một cuộc cách mạng trong lĩnh vực điện thoại di động  Thành công của điện thoại di động vượt quá sự tưởng tượng của những nhà nghiên cứu thời bấy giờ 19 Điện thoại di động tương tự  Khái niệm ngăn tổ ong  Được đề xuất vào năm 1947 bởi D. H. Ring  Thay thế các BS phạm vi phủ rộng bằng các trạm phạm vi phủ nhỏ  Vùng phủ của một BS này được gọi là một “ngăn” (cell)  Phạm vi hoạt động của hệ thống được phân chia thành một tập các ngăn kề nhau và không chồng chéo  Phổ điện từ được chia thành các kênh và mỗi ngăn dùng một tập các kênh riêng  Các ngăn kề nhau dùng các tập kênh khác nhau để tránh nhiễu  Các ngăn cách nhau có thể dùng lại kênh  Sử dụng lại tần số để tăng hiệu quả của việc sử dụng phổ 20 Điện thoại di động tương tự  Mỗi BS kết nối qua dây cáp với một thiết bị, gọi là Mobile Switching Center (MSC)  Cần hỗ trợ sự di chuyển của người dùng từ ngăn này sang ngăn khác mà không làm giảm chất lượng của cuộc gọi  Thế hệ đầu tiên của hệ thống điện thoại di động (1G)  Được thiết kế vào cuối những năm 1960 và triển khai vào đầu những năm 1980  Là hậu duệ của MTS/IMTS  Là hệ thống tương tự 21 Điện thoại di động tương tự  Hệ thống thương mại đầu tiên, được gọi là Advanced Mobile Phone System (AMPS), bắt đầu hoạt động vào năm 1982  Chỉ truyền tiếng nói  Sử dụng điều biến tần số (Frequence Modulation – FM)  Phổ điện từ của mỗi ngăn được phân chia thành một số các kênh  Mỗi cuộc gọi được cấp một cặp kênh  Khi kết nối truyền thông bên trong phần có dây của hệ thống: sử dụng mạng chuyển gói  Các hệ thống tương tự được áp dụng tại:  Total Access Communication System (TACS): Anh, Ý, Tây ban nha, Áo  MCS-L1: Nhật  Nodic Mobile Telephony (NMT): một số nước khác 22 Điện thoại di động số  Một số nhược điểm của các hệ thống di động tương tự được làm giảm bớt trong các hệ thống thế hệ thứ hai (2G)  Số hoá biểu diễn dữ liệu  Tiếng nói được đưa qua thiết bị chuyển đối A/D (Analog to Digital)  Ưu điểm của các hệ thống số so với các hệ thống tương tự  Dữ liệu số dễ dàng được mã hoá để bảo đảm tính cá nhân và bảo mật  Giảm được nhiễu và lỗi  Việc biểu diễn dữ liệu tương tự làm cho các hệ thống 1G dễ bị nhiễu  Kỹ thuật số có thể thêm các kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi  Có thể nén, tăng hiệu quả sử dụng phổ 23 Điện thoại di động số  Chia sẻ sóng mang (RF_RADIO FREQUENCY): Sóng mang tần số Radio  Sử dụng khe thời gian hoặc mã số riêng cho từng người dùng  Chỉ cấp cho người dùng khi có tiếng nói hoặc dữ liệu gửi  Một số các hệ thống 2G được triển khai trên toàn thế giới  Hỗ trợ SMS (Short Messaging Service)  Định danh người gọi  Có thể gửi dữ liệu, tốc độ thấp (~10kbps)  Sau đó được nâng cấp lên 2.5G Một số khái niệm về công nghệ xG 1G: (the first gerneration):Đây là thế hệ điện thoại di động đầu tiên của nhân loại. Đặc trưng của hệ thống 1G là:  Dung lượng (capacity) thấp  Kỹ thuật chuyển mạch tương tự (circuit-switched)  Xác suất rớt cuộc gọi cao  Khả năng handoff (chuyển cuộc gọi giữa các tế bào) không tin cậy  Chất lượng âm thanh rất tồi  Không có chế độ bảo mật tốt Một số khái niệm về công nghệ xG (tiếp) 2G: (bao gồm GSM (Global System Mobile) và CDMA (Code Division Multiple Access _ Phân đoạn đa truy cập)  Là thế hệ đang được dùng trên thế giới: - Kỹ thuật chuyển mạch số - Dung lượng lớn - Siêu bảo mật (High Security) - NHiều dịch vụ kèm theo như truyền dữ liệu, fax, SMS (tin nhắn),... Một số khái niệm về công nghệ xG (tiếp) 3G (WCDMA) _ Third Generation  WCDMA là gì?: (Wideband Code Division Multiple Access), tiếng Việt gọi là đa truy cập phân mã băng rộng.  Xuất hiện đầu tiên ở Japan. 3G có đặc điểm nổi bật so với 2 thế hệ trước: - Truy cập Internet - Truyền tín hiệu video  3G là băng thông rộng Một số khái niệm về công nghệ xG (tiếp)  Sự khác nhau giữa WCDMA và CDMA?  WCDMA cũng dựa trên nền CDMA, nhưng phát triển theo mỗi carrier (phần tử mang) là 5MHz chứ không phải là 1.25MHz như CDMA. 28 GSM  Tại châu Âu, phổ điện từ xung quanh 900 MHz, và sau đó 1800 MHz được phân cho các hệ thống 2G  Một tiêu chuẩn chung cho châu Âu được hình thành bởi một nhóm làm việc tên là Global System for Mobile Communication (GSM)  GSM hiện tại là công nghệ 2G phổ biến nhất  Đến năm 1999, mỗi tuần có thêm một triệu thuê bao mới  Đây là chuẩn duy nhất ở châu Âu 29 GSM (tiếp)  Hệ thống GSM thương mại đầu tiên vào năm 1992, sử dụng dải tần 900 MHz  GSM tại châu Mỹ sử dụng dải tần 1900 MHz, 450 MHz nhằm hỗ trợ NMT (Nodic Mobile Telephony).  GSM sử dụng các kênh theo tần số, được tổ chức thành các khuông, sau đó được chia thành các khe thời gian 30 HSCSD và GPRS  GSM hỗ trợ một số công nghệ mở rộng để đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao hơn: HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), GPRS (General Packet Radio Service)  HSCSD  Cho người sử dụng nhiều khe thời gian hơn trong một khuông  Không đối xứng  Làm giảm thời gian sử dụng của pin  Phù hợp cho duyệt Web 31 HSCSD và GPRS (tiếp)  GPRS  Cùng nguyên tắc với HSCSD  Chuyển gói, sử dụng băng thông theo nhu cầu  GPRS hỗ trợ nhiều mức tốc độ: 14.4 đến 171.2 kbps  Đối xứng và không đối xứng GPRS  GPRS ( General Packet Radio Service) dịch vụ truyền tin đóng gói không dây tốc độ cao  GPRS là chuẩn kế tiếp của chuẩn di động GSM, và là bước chuyển tiếp từ 2G --> 3G, chính vì vậy người ta coi GPRS là 2,5G  Tốc độ truyền dữ liệu của GSM là 9,6 kbps còn GPRS có thể đạt tốc độ tối đa là 171,2. Tuy nhiên tốc độ thực tế hiện nay có thể đạt được chỉ khoảng 40-50 kbps. 2. Quang phổ điện từ (The Electromagnetic Spectrum)  Phổ điện từ: Là một khoảng nào đó của sóng điện từ.  Quang phổ: Một khoảng hẹp của phổ điện từ, tương ứng với ánh sáng. Phổ điện từ  Các điện tử khi chuyển động tạo ra sóng điện từ lan truyền trong không gian (thậm chí trong chân không)  Sử dụng ăng ten có thể truyền và bắt sóng điện từ truyền qua không gian  Các tính chất của sóng điện từ  Tốc độ rung các điện tử xác định tần số của sóng ƒ (số lượng các dao động của sóng trong một giây), đo bằng hertz  Bước sóng (khoảng cách giữa hai điểm cao nhất hoặc thấp nhất liên tiếp) λ  Biên độ chiều cao của điểm cực đến trục biểu diễn cường độ sóng Phổ điện từ (tiếp)  c = λƒ c: hằng số, tốc độ của ánh sáng  Biết ƒ biết được λ  Nếu λ tính bằng mét, ƒ tính bằng MHz, λƒ ≈ 300 (ƒ = 100 MHz, λ ≈ 3m; ƒ = 1000 MHz, λ ≈ 0.3m)  Tốc độ truyền trong các chất liệu khác giảm đi Các dải tần và đặc tính của chúng  Phổ điện từ được phân chia thành một số dải tần  Phần sóng radio, sóng cực ngắn, sóng hồng ngoại, ánh sáng của phổ đều được dùng trong truyền thông bằng cách điều biến  Tia cực tím, tia X, tia gamma thậm chí còn tốt hơn cho truyền thông do có tần số cao, nhưng khó tạo ra và điều biến Các dải tần và đặc tính của chúng (tiếp)  Tên của các dải tần dựa trên bước sóng của chúng  LF, MF, HF: Low, Medium, High Frequency  LF có bước sóng từ 1 đến 3 km (30 đến 300 kHz)  VHF, UHF, SHF, EHF, THF: Very, Ultra, Super, Extremely, Tremendously High Frequency Các dải tần và đặc tính của chúng (tiếp)  Mọi dải tần đều như nhau trong truyền thông?  Dải tần cao hơn có băng thông lớn hơn  Tuy nhiên dải tần sau vùng ánh sáng hiếm khi được sử dụng trong truyền thông do chúng khó điều biến và nguy hiểm  Tín hiệu có tần số cao chịu sự suy yếu nhiều hơn, có tầm ngắn hơn và dễ bị chặn lại bởi các chướng ngại vật trên đường đi 2. Quang phổ điện từ  Quang phổ điện từ (electromagnatic spectrum) gồm rất nhiều loại bức xạ với những bước sóng khác nhau.  Mỗi loại bức xạ ấy gọi là tia.  Bắt đầu từ bức xạ có bước sóng dài nhất là làn sóng vô tuyến (radio) dài từ 1000 mét đến 1/10 mét.  Sau đó là tia vi ba (microwave), bước sóng dài từ 1/10 mét đến 1/1000 mét.  Ngắn hơn nữa ta có tia hồng ngoại, ta cảm thấy được sức nóng của chúng.  Từ bước sóng 4/10,000,000 đến bước sóng 7/10,000,000 mét là tầm sóng của tia sáng ta có thể nhìn thấy.  Sau cùng là tia tử ngoại, x ray và gamma. 40 Các hệ thống truyền dữ liệu không dây  Trong các hệ thống truyền dữ liệu không dây, dữ liệu được số hoá ngay từ ban đầu.  Dữ liệu truyền bùng nổ so với công nghệ cũ  Hệ thống đầu tiên được phát triển năm 1971 tại trường tổng hợp Hawaii, dự án ALOHANET  Tư tưởng là truyền dữ liệu hai chiều giữa các máy tính trên bốn đảo với máy tính trung tâm trên đảo Oahu mà không sử dụng đường điện thoại  Sử dụng topology hình sao  Hiệu quả còn thấp, ưu điểm là đơn giản, không hỗ trợ sự di động.  Tuy nhiên nó là cơ sở của các hệ thống truyền dữ liệu không dây ngày nay 41 Các hệ thống truyền dữ liệu không dây diện rộng  Paging systems  Hệ thống một chiều, dựa trên khái niệm ngăn  Tốc độ truyền dữ liệu thấp hướng đến người dùng di động  Có thể truyền các thông điệp ngắn cho người dùng  Truyền quảng bá từ nhiều BS (Base Station)  Không cần định vị người dùng di động và định tuyến  Thiết bị nhận không cần có phần cứng phức tạp, giá thấp và kích thước nhỏ  Phổ biến trong nhiều năm nhưng không phát triển nữa do sự cạnh tranh 42 Các hệ thống truyền dữ liệu không dây diện rộng  Mobitex:  Hệ thống chuyển gói phát triển bởi Ericsson cho các ứng dụng telemetry  Vùng phủ rộng, tốc độ truyền 8 kbps  Các BS gắn trên các tháp, mái nhà  Truy nhập đường truyền được thực hiện nhờ một giao thức kiểu ALOHA  Được triển khai ở thị trường Mỹ năm 1998 cung cấp truy nhập Internet tốc độ thấp 43 Các hệ thống truyền dữ liệu không dây diện rộng  Ardis  Hệ thống chuyển mạch phát triển bởi Motorola và IBM  Có hai phiên bản của Ardis còn gọi là DataTAC  Mobile Data Communication 4800 (MDC4800), 4.8 kbps  Radio Data Link Access Protocol (RD-LAP), 19.2 kbps, tương thích với MDC4800  Sử dụng các BS gắn trên các tháp, mái nhà  Các BS nối với mạng xuơng sống  Truy nhập đường truyền nhờ một giao thức kiểu ALOHA 3. Đặc điểm và mô hình truyền không dây a, Đặc điểm của truyền thông không dây:  Hạn chế của dung lượng kênh truyền  Mô hình lưu thông, định vị user, điều kiện mạng luôn thay đổi  Các ứng dụng không đồng nhất  Giới hạn về năng lượng và độ trễ của thiết kế khi đi qua các lớp của hệ thống So sánh hệ thống Mạng Không dây và Mạng Có dây 3. Đặc tính và mô hình truyền không dây (tiếp) b, Mô hình truyền thông không dây: Các đặc tính và mô hình truyền không dây (tiếp)  Khối lượng thông tin có thể được chuyển qua một kênh không có nhiễu, công thức Shannon        N S HW 1log 2  Trong đó  W: Giới hạn trên của tốc độ bit  H: Băng thông của kênh  S: Năng lượng của tín hiệu (signal)  N: Năng lượng của nhiễu (thermal noise)  S/N: tỷ lệ signal-to-noise W: tốc độ bít cực đại của một kênh của môi trường truyền dẫn bất kỳ theo lý thuyết thông tin Các đặc tính và mô hình truyền không dây (tiếp) Tốc độ bit đạt được trên các kênh không dây thực sự thấp hơn nhiều do:  Nhiều yếu tố của sự suy yếu trên các kênh không dây gây ra lỗi làm giảm tốc độ bit  Các yếu tố này do tính chất vật lý của truyền sóng  Free space path loss  Doppler Shift  Sự phản xạ của sóng  Sự tán xạ của sóng  Sự nhiễu xạ của sóng Các đặc tính và mô hình truyền không dây (tiếp)  Free space path loss:  Sự suy yếu của tín hiệu do khoảng cách giữa máy phát và máy thu  Doppler Shift(chuyển động)  Do sự di động của trạm  Tần số của tín hiệu thu không giống với tín hiệu phát  Trong hình bên cạnh, nguồn sóng di chuyển sang trái. Tần số bên trái cao hơn và bên phải thấp hơn Các đặc tính và mô hình truyền không dây (tiếp)  Sự phản xạ  Sự thay đổi hướng của sóng khi gặp một môi trường khác và trở lại môi trường ban đầu  Sự tán xạ  Xảy ra khi tín hiệu gặp chướng ngại vật  Năng lượng của tín hiệu bị tán ra nhiều hướng và rất khó phán đoán Các đặc tính và mô hình truyền không dây (tiếp)  Sự nhiễu xạ  Xảy ra khi sóng điện từ gặp chướng gại vật không thể xuyên qua  Sóng hình thành phía sau chướng ngại vật  Năng lượng của sóng giảm đi so với ban đầu  Mức độ nhiễu xạ phụ thuộc vào tần số của tín hiệu, UHF và sóng cực ngắn cần có LOS (Light Of Sight) để bảo đảm cường độ của sóng Các đặc tính và mô hình truyền không dây (tiếp)  Sự truyền đa đường  Tín hiệu dội lại do đi theo nhiều đường và chiều dài đường đi khác nhau  Dẫn đến sự thay đổi của tín hiệu thu  Có thể khử tín hiệu thu  Độ căng trễ của kênh  Khoảng thời gian giữa tín hiệu thu đầu tiên và tín hiệu dội lại cuối cùng  InterSymbol Interference (ISI) - Sự giao thoa giữa ký hiệu  Sự xuất hiện năng lượng của ký hiệu trước trong thời gian tách sóng một ký hiệu  Độ căng trễ của kênh tương đương với thời gian tách sóng ký hiệu Mô hình truyền thông không dây  Truyền thông vô tuyến truyền các tín hiệu qua không trung và không gian sử dụng radio, microwave, và các tần số hồng ngoại.  Ba loại truyền thông vô tuyến là:  Truyền thông vô tuyến di động (Wireless mobile communications): Truyền thông sóng vô tuyến qua các tiện ích công cộng sử dụng packet-radio, các mạng cellular, và các trạm vệ tinh đối với các người sử dụng làm việc bên ngoài văn phòng hay làm việc ngay trên lộ trình của họ. Mô hình truyền thông không dây (tiếp)  Ba loại truyền thông vô tuyến là:  Truyền thông LAN vô tuyến (Wireless LAN communication) Truyền thông sóng vô tuyến được thực hiện trong các khu vực của một công ty thông qua thiết bị.  Bắc cầu nối vô tuyến và liên mạng (Wireless bridging and internetworking). Truyền thông sóng vô tuyến được sử dụng để kết nối các tòa nhà và các phương tiện trong các khuôn viên trường sở, các khu vực trung tâm, hay các văn phòng ở các vị trí khác trên hành tinh này (sử dụng vệ tinh). Mô hình truyền thông không dây Để một mạng máy tính có thể truyền dữ liệu thì nó cần phải có những yếu tố sau:  Mỗi máy tính cần phải có một địa chỉ phân biệt trên mạng.  Những quy định thống nhất gọi là giao thức của mạng.  Môi trường truyền Mô hình truyền thông đơn giản 3 tầng Nói chung trong truyền thông có sự tham gia của các thành phần:  Các chương trình ứng dụng,  Các chương trình truyền thông  Các máy tính và các mạng.  Các chương trình ứng dụng là các chương trình của người sử dụng được thực hiện trên máy tính và có thể tham gia vào quá trình trao đổi thông tin giữa hai máy tính. Mô hình truyền thông đơn giản 3 tầng (tiếp)  Việc gửi dữ liệu được thực hiện giữa một ứng dụng với một ứng dụng khác trên hai máy tính khác nhau thông qua mạng được thực hiện như sau:  Ứng dụng gửi chuyển dữ liệu cho chương trình truyền thông trên máy tính của nó, chương trình truyền thông sẽ gửi chúng tới máy tính nhận.  Chương trình truyền thông trên máy nhận sẽ tiếp nhận dữ liệu, kiểm tra nó trước khi chuyển giao cho ứng dụng đang chờ dữ liệu. Mô hình truyền thông đơn giản 3 tầng (tiếp)  Với mô hình truyền thông đơn giản người ta chia chương trình truyền thông thành ba tầng không phụ thuộc vào nhau là:  Tầng ứng dụng  Tầng chuyển vận  Tầng tiếp cận mạng.  Tầng tiếp cận mạng liên quan tới việc trao đổi dữ liệu giữa máy tính và mạng mà nó được nối vào. Mô hình truyền thông đơn giản 3 tầng (tiếp)  Tầng truyền dữ liệu thực hiện quá trình truyền thông không liên quan tới mạng và nằm ở trên tầng tiếp cận mạng.  Tầng truyền dữ liệu không quan tâm tới bản chất các ứng dụng đang trao đổi dữ liệu mà quan tâm tới làm sao cho các dữ liệu được trao đổi một cách an toàn. Mô hình truyền thông đơn giản 3 tầng (tiếp)  Tầng ứng dụng sẽ chứa các module phục vụ cho tất cả những ứng dụng của người sử dụng.  Với các loại ứng dụng khác nhau (như là truyền tập tin, truyền thư mục...) thì cần các module khác nhau. 4.Analog and Digital Data Transmission (Truyền dữ liệu tương tự và dữ liệu số)  Trong truyền thông tương tự, tín hiệu mà biên độ của nó biến đổi liên tục được truyền đi qua môi trường truyền dẫn.  Việc tái tạo lại tín hiệu tương tự nguyên gốc tại đầu nhận là điều rất khó do có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng của tín hiệu.  Do đó, các hệ thống truyền thông tương tự chịu tác động mạnh bởi nhiễu. Analog and Digital Data Transmission (tiếp)  Tín hiệu điện được tạo ra từ một bộ chuyển đổi (hay bộ biến năng – transducer) như microphone hoặc máy ghi hình là tín hiệu tương tự, tức là biên độ của tín hiệu thay đổi liên tục theo thời gian.  Việc truyền tín hiệu tương tự này (với những biến đổi cần thiết) tới đầu nhận được gọi là truyền dẫn tương tự.  Tuy nhiên, tại đầu nhận, việc đảm bảo rằng tín hiệu hoàn toàn không bị sai lệch do sự suy giảm chất lượng truyền dẫn là điều rất khó. Analog and Digital Data Transmission (tiếp)  Trong một hệ thống truyền thông số, các bit 1 và 0 được truyền đi dưới dạng các xung điện áp.  Vì thế, ngay cả khi điện áp bị sai lệch do nhiễu, không quá khó để nhận ra mức điện áp tại đầu nhận.  Do đó, truyền thông số ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu hơn truyền thông tương tự. Analog and Digital Data Transmission (tiếp)  Tín hiệu do một máy tính tạo ra là tín hiệu số. Tín hiệu số có độ lớn biên độ là một số cố định.  Ví dụ, mã nhị phân 1 (bit 1) có thể được biểu diễn bởi một mức điện áp cao (ví dụ, 5V) và bit 0 có thể được biểu diễn bởi một mức điện áp thấp hơn (ví dụ, 0V).  Nếu tín hiệu này được truyền qua môi trường truyền dẫn (dĩ nhiên, cần có thêm các biến đổi cần thiết), thì đầu nhận chỉ cần nhận ra những mức điện áp cao hoặc thấp này. Analog and Digital Data Transmission (tiếp)  Nếu tín hiệu có chút ít sai lệch do nhiễu, vẫn không quá khó khăn để nhận ra các mức điện áp tương ứng các bit 0 và bit 1.  Ví dụ, ta có thể nói rằng nếu tín hiệu có mức điện áp cao hơn 2.5V là bit 1, và nếu nhỏ hơn 2.5V là bit 0.  Trừ khi tín hiệu bị hư hỏng nặng, còn không đầu nhận có thể dễ dàng nhận ra bit được truyền đi là 0 hay 1. Analog and Digital Data Transmission (tiếp) Những lợi thế của hệ thống số là:  Tin cậy hơn trong truyền dẫn do chỉ cần phân biệt giữa các bit 1 và 0.  Tốn ít chi phí triển khai do những tiến bộ trong chế tạo chip xử lý.  Dễ dàng ghép các loại tín hiệu khác nhau (thoại, hình ảnh, dữ liệu,)  Việc bảo mật hệ thống truyền thông trở nên dễ dàng hơn. Analog and Digital Data Transmission (tiếp)  Truyền dẫn tương tự  Không quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền  Suy giảm khi truyền xa  Dùng bộ khuếch đại (amplifier) để truyền dữ liệu đi xa  Khuếch đại cả tín hiệu lẫn nhiễu Analog and Digital Data Transmission (tiếp)  Truyền dẫn số  Quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền.  Nhiễu và sự suy giảm tín hiệu sẽ ảnh hưởng đến sự tích hợp.  Dùng bộ lặp (repeater) để truyền dữ liệu đi xa.  Không khuếch đại nhiễu. Analog and Digital Data Transmission (tiếp)  Thông điệp truyền giữa nguồn và đích có thể là tương tự hoặc số  Tín hiệu có thể là tương tự hoặc số Analog and Digital Data Transmission (tiếp)  Sự khác nhau giữa các hệ thống ngày nay và trước đây là kỹ thuật truyền số liệu  Kỹ thuật tương tự cho các hệ thống chỉ có tiếng nói  Kỹ thuật số cho các hệ thống truyền số liệu, ví dụ như truyền file  Các ưu điểm của kỹ thuật số so với tương tự  Tính tin cậy  Biểu diễn dữ liệu dưới dạng số làm tăng khả năng chịu nhiễu  Có thể sử dụng các thuật toán phát hiện và sửa lỗi Analog and Digital Data Transmission (tiếp)  Sử dụng phổ hiệu quả  Ít lỗi xuất hiện  Nén dữ liệu  Bảo mật  Áp dụng cho việc mã hoá dữ liệu số Analog and Digital Data Transmission (tiếp)  Note: Tất cả các hệ thống truyền thông mới được phát triển gần đây đều là các hệ thống số. Chỉ có các ứng dụng quảng bá (như truyền hình, phát thanh) là các hệ thống tương tự vẫn còn được sử dụng rộng rãi. 5.Modulation Techniques for Wireless Systems (Công nghệ điều biến cho hệ thống wireless)  Ở mạng có dây, sự điều biến được dùng để truyền các tín hiệu mang dữ liệu digital trên đường điện thoại.  Modem ở mỗi đầu kết nối sẽ thực hiện các chuyển đổi digital-analog và analog-digital  Tín hiệu analog với tần số đặc biệt được gọi là tín hiệu mang.  Modem gửi thực hiện điều biến tín hiệu mang, modem nhận sẽ giải điều biến nó. 5.Modulation Techniques for Wireless Systems (Công nghệ điều biến cho hệ thống wireless)  Điều biến là kỹ thuật biến số liệu thành sóng điện từ để gửi qua kênh không dây  Thay đổi thuộc tính của sóng radio hay còn gọi là sóng mang có tần số của kênh không dây  Các kỹ thuật điều biến được chia làm hai loại  Điều biến Tương tự  Điều biến Số 6. Các cơ chế điều biến tín hiệu mạng Wifi  Differential Binary Phase-shift Keying (DBPSK): DBPSK, còn gọi là BPSK, là cơ chế điều biến tín hiệu dùng cho giao tiếp tốc độ 1Mbps của chuẩn 802.11 ban đầu.  Quadrature Phase-shift Keying (QPSK): QPSK là cơ chế điều biến tín hiệu dùng cho giao tiếp tốc độ 2Mbps của chuẩn 802.11 ban đầu.  Complementary Code Keying (CCK): CCK là cơ chế điều biến tín hiệu dùng cho giao tiếp tốc độ 5.5Mbps và 11Mbps của chuẩn 802.11b Các cơ chế điều biến tín hiệu mạng Wifi (tiếp)  Orthogonal Frequency-division Multiplexing (OFDM): OFDM là cơ chế điều biến và trải rộng tần số trong chuẩn 802.11a và 802.11g cho giao tiếp tốc độ 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 và 54Mbps. Nó hoạt động bằng cách điều biến nhiều tần số cùng một lúc, các chuẩn 802.11x khác chỉ điều biến từng tần số riêng biệt.  CCK-OFDM: hoạt động ở tốc độ 22Mbps CCK-OFDM (hoặc CCK/OFDM) là một cơ chế điều biến tùy chọn của 802.11g dùng để tránh đụng độ với mạng 802.11b do hoạt động cùng tần số 2.4GHz. Nó dùng CCK cho phần đầu của gói tin (preamble và header) và OFDM cho dữ liệu. Điều biến tương tự  Điều chế biên độ hay còn gọi là điều biên (AM - Amplitude Moducation)  Là một kỹ thuật được sử dụng trong điện tử viễn thông, phổ biến nhất là dùng để truyền thông tin qua một sóng mang vô tuyến.  AM làm việc bằng cách thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang theo biên độ của tín hiệu thông tin cần gửi đi, hay nói cách khác là điều chế sóng mang theo tín hiệu mang tin. Điều biến tương tự (tiếp)  Điều biến biên độ (AM – Amplitude Modulation)  Sử dụng trong phát thanh radio s(t) = (1 + x(t))cos(2πƒt)  Trong đó:  x(t): tín hiệu chứa thông tin  c(t): sóng mang, c(t) = cos(2πƒt)  s(t): tín hiệu đã qua điều biến  ƒ: tần số của sóng mang Điều biến tương tự (tiếp) Điều biến tương tự (tiếp)  Điều biến tần số (FM – Frequency Modulation)  Biến đổi tần số của sóng mang thay vì biên độ  Khả năng chịu nhiễu tốt hơn AM  FM được sử dụng trong AMPS        t x(t)dt ƒ)2cos()( Ats A: Biên độ của sóng mang Điều biến tín hiệu số  Chuyển dãy bit thành dạng sóng liên tục  Cũng như điều biến tương tự, điều biến số biến đổi thuộc tính của sóng mang  Các kỹ thuật điều biến số phổ biến là:  Amplitude Shift Keying (ASK)  Frequency Shift Keying (FSK): hai mức và 4 mức  Phase Shift Keying (PSK) và các biến thể (Tham khảo tài liệu) Amplitude Shift Keying (ASK)  Bit 1 được biểu diễn bằng sự có mặt của sóng mang, bit 0 - không có sóng mang  Trong đó  A: biên độ của sóng mang Frequency Shift Keying (FSK)  Bit 1 được biểu diễn bởi sự có mặt của sóng mang có tần số ƒ + k, bit 0 - tần số ƒ – k, k: offset  Còn được gọi là binary FSK (BFSK) Frequency Shift Keying (FSK)  Four-level FSK  Truyền được 2 bit cho một lần thay tần số: tốc độ bit tăng gấp đôi tốc độ bốt (baud rate). Trong đó tốc độ bốt được định nghĩa là số lần thay đổi thuộc tính của sóng mang trong một đơn vị thời gian  BFSK và four-level FSK được sử dụng trong 802.11 WLAN Phase Shift Keying (PSK)  Bit 0 được biểu diễn bởi sự có mặt của sóng mang, bit 1 - sự có mặt của sóng mang với sự lệch pha là π rađian  Còn được gọi là binary PSK (BPSK) Phase Shift Keying (PSK)  Quadrate (four-level) PSK (QPSK) sử dụng 4 pha lệch nhau π/2 rađian  QPSK và các kiểu điều biến 5 mức khác thích hợp cho môi trường di động 7. Multiple Access for Wireless Systems (Đa truy cập cho hệ thống không dây)  Các công nghệ đa truy cập là nền tảng của các hệ thống thông tin đa dạng, đa truy cập vô tuyến nói chung và thông tin di động nói riêng.  Các công nghệ này cho phép các hệ thống đa truy cập vô tuyến phân bổ tài nguyên vô tuyến một cách hiệu suất cho người sử dụng. Multiple Access for Wireless Systems (Đa truy cập cho hệ thống không dây) Hệ thống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access - đa truy cập phân chia theo tần số trực giao) có các đặc điểm sau:  Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km.  Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa 70Mbit/s.  Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS (Line of Sight) và đường truyền che khuất NLOS (Non line of sight).  Dải tần làm việc 2-11GHz và từ 10-66GHz hiện đã và đang được tiêu chuẩn hoá. Đa truy cập cho hệ thống không dây  Các nốt trong mạng không dây chia sẻ một môi trường truyền dẫn chung cho việc truyền tín hiệu  Các giao thức MAC (Multiple Access Protocol)  Là các thuật toán xác định cách thức chia sẻ môi trường truyền dẫn không dây giữa các nốt tham gia  Được chia thành 3 loại  Gán cố định: ví dụ TDMA, FDMA  Truy nhập ngẫu nhiên: ALOHA, CSMA/CA  Gán theo nhu cầu: thăm dò (polling) Frequency Division Multiple Access (FDMA)  FDMA chia phổ thành các băng nhỏ và cấp phát mỗi băng (kênh) cho một người dùng  Trong các hệ thống di động, việc cấp phát kênh thực hiện theo cặp  Một kênh cho lưu lượng từ BS đến người dùng, một kênh theo chiều ngược lại  Tần số của kênh chiều xuống cao hơn kênh chiều lên để giảm tiêu hao năng lượng phía người dùng  Hai vấn đề của FDMA  Kênh chiều xuống và chiều lên có băng thông như nhau  Nhiễu giữa các kênh nếu không có băng gác Time Division Multiple Access (TDMA)  TDMA chia một băng tần thành nhiều khe thời gian  N khe, chờ N-1 khe cho lần truyền tiếp theo  Kênh hướng xuống và hướng lên có thể được thực hiện theo FDD-TDMA hoặc TDD-TDMA  Yếu điểm của TDMA  Vấn đề đồng bộ trong TDMA  Sử dụng thời gian gác  Tăng tổng tải (overhead) nếu khe thời gian quá ngắn Time Division Multiple Access (TDMA)  Các kiểu TDMA động  Binder  Giả sử số người sử dụng ít hơn số khe  Mỗi người dùng được cấp một khe gọi là khe chủ và cạnh tranh trong các khe còn lại sử dụng ALOHA  Các người sử dụng khác cũng có thể dùng khe chủ  Crowther  Mọi người dùng cạnh tranh khe thời gian dùng ALOHA  Khi bắt được một khe người dùng có thể sử dụng nó trong khuông TDMA tiếp theo  Roberts  Sử dụng một khe đặc biệt (khe đăng ký)  Mỗi người dùng gửi đi một yêu cầu đăng ký vào một khe ngẫu nhiên  Các khe được gán theo thứ tự Code Division Multiple Access (CDMA)  Hoạt động theo nguyên tắc khác hẳn với FDMA và TDMA  Được đặc tả trong tiêu chuẩn International Standard IS-95  CDMA cho phép mỗi người dùng sử dụng toàn bộ phổ và sử dụng lý thuyết mã hóa (coding theory) và cho rằng các tín hiệu được cộng tuyến tính  Chip  Mỗi bit thời gian được chia thành m khoảng thời gian nhỏ hơn gọi là chip  Mỗi trạm được gắn một chip duy nhất m bit gọi là dãy chip (Ví dụ 00011011)  Tất cả các dãy chip có đặc điểm là trực giao từng cặp Code Division Multiple Access (CDMA)  Hiệu quả sử dụng băng thông cao hơn  Yếu điểm  Mức độ điện năng của mọi người dùng phải như nhau  Đồng bộ hoá giữa máy phát và máy thu sử dụng tín hiệu hoa tiêu ALOHA – Carrier Sense Multiple Access (CSMA)  ALOHA thuần tuý  Khi một máy có gói tin truyền, máy đó truyền ngay lập tức  Nếu xảy ra hiện tượng xung đột, khuông bị hỏng và loại  Năng suất của ALOHA: để gói tin đến được đích cần  Không có lần truyền nào khác bắt đầu trong khuông thời gian từ khi bắt đầu truyền  Không có lần truyền nào đang diễn ra  Ưu điểm chính là sự đơn giản ALOHA – Carrier Sense Multiple Access (CSMA)  CSMA hiệu quả hơn ALOHA  Nghe đường truyền và trì hoãn  Các biến thể của CSMA  P-Persistent CSMA: chờ cho lần truyền nghe được kết thúc và truyền với xác suất p  Non-persistent CSMA: trì hoãn và truyền sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên ALOHA – Carrier Sense Multiple Access (CSMA)  It xung đột hơn ALOHA  Thuật toán tạm lui cấp mũ  CSMA-Collision Avoidance (CSMA-CA) là giao thức căn bản của 802.11 8. The Ad Hoc and Semi Ad Hoc Concepts & Network Topology Determination (Khái niệm Ad Hoc và Semi Ad Hoc & sự xác định hình trạng mạng) Ad Hoc là gì?  Ad hoc trong ý nghĩa mạng không dây có thể hiểu là “tuỳ biến”.  Ad hoc networks là điểm biên cuối cùng của thông tin không dây (thông tin vô tuyến).  Công nghệ này cho phép các nodes (điểm nối) mạng truyền trực tiếp với nhau sử dụng bộ thu phát không dây (wireless transceiver) mà không cần bất cứ một cơ sở hạ tầng cố định nào.  Semi Ad hoc: công nghệ bán tuỳ biến Ad Hoc là gì? (tiếp)  Đây là một đặc tính riêng biệt của ad hoc network so với các mạng không dây truyền thống như các mạng chia ô (cellular networks) và mạng WLAN, trong đó các nodes (ví dụ như các thuê bao điện thoại di động) giao tiếp với nhau thông qua các trạm vô tuyến cơ sở (wired radio antennae).  Ad hoc networks được mong đợi sẽ làm cách mạng hóa thông tin không dây trong một vài năm tới bằng việc bổ sung thêm vào các mô hình mạng truyền thống (Internet, cellular networks..) Sự xác định hình trạng mạng  Một mạng ad-hoc (hay mạng ad-hoc di động) - MANET (mobile ad-hoc network) - là một mạng tự cấu hình gồm các thiết bị định tuyến di động (mobile routers) được kết nối với nhau bằng các liên kết không dây.  Toàn bộ các thiết bị này tạo nên một hình trạng (topo) mạng tuỳ ý. Sự xác định hình trạng mạng (tiếp)  Các thiết bị định tuyến được phép di chuyển ngẫu nhiên và tự tổ chức chúng một cách tuỳ ý, vì thế hình trạng mạng không dây này có thể thay đổi rất nhanh và không thể đoán trước.  Một mạng ad-hoc là một tập hợp các kết nối trực tiếp (P2P) được hình thành một cách tự động và tuỳ ý giữa các nốt mà không cần đến cơ sở hạ tầng mạng, thiết bị điều khiển trung tâm hay một thiết bị nào khác can thiệp vào. Đặc trưng Mạng ad hoc  Mạng ad hoc đặc trưng bởi các đặc điểm sau:  Một tập hợp các host hình thành mạng Ad hoc  Các host truyền tin sử dụng các kênh không dây  Các nút trong mạng ad hoc sử dụng các nút khác làm nút trung chuyển  Các nút có thể đóng vai trò như bộ định tuyến  Các host di động có thể chuyển dịch vị trí Đặc trưng Mạng ad hoc  Topology của mạng ad hoc là một đồ thị trong đó các đỉnh là các host, cạnh giữa hai host biểu thị sự trong phạm vi liên lạc của hai host  Tên khác của mạng ad hoc là MANET (Mobile Ad hoc NETwork)  MANET đã được xác định có các đặc tính:  Tô pô mạng động: Các nốt có thể di chuyển theo hướng bất kỳ.  Băng thông giới hạn, mức độ sử dụng thay đổi, đường kết nối không đối xứng  Nguồn năng lượng có giới hạn  Dễ bị ảnh hưởng do vấn đề an ninh Một ví dụ của mạng ad hoc  Một nhóm các robot có khả năng truyền tin có nhiệm vụ tìm hiểu địa hình và gửi các thông tin thu thập được  Các robot di chuyển và một robot cố định liên lạc với bên ngoài  Các robot tạo thành một mạng không có cơ sở hạ tầng  Các robot gửi thông tin điều khiển cho robot cố định và gửi hình ảnh thu được về cho robot cố định Một ví dụ của mạng ad hoc (tiếp)  Các vấn đề có thể xảy ra trong mô hình trên?  Mạng bị phân tách do các host di chuyển hoặc mất gói tin  Vùng truyền thông hạn chế, do đó cần có sự hợp tác giữa các nốt để gửi đi các gói tin  Tính chất truyền rộng dễ gây ra các vấn đề về an ninh  Năng lượng của pin có giới hạn Minh họa mạng Ad hoc 9. Wireless Services (Dịch vụ mạng không dây)  IBSS (Independent Basic Service Set): Tập dịch vụ cơ sở độc lập  BSS (Basic Service Set): Tập dịch vụ cơ sở  ESS (Extended Service Set): Tập dịch vụ mở rộng IBSS (Independent Basic Service Set) Tập dịch vụ cơ sở độc lập  Một IBSS là một nhóm các trạm 802.11 liên lạc trực tiếp (thấy nhau theo nghĩa quang học) với nhau và như vậy chỉ liên lạc được trong khoảng thấy nhau.  IBSS còn được đề cập đến như là một mạng ad-hoc bởi vì về cơ bản thì nó là một mạng không dây peer-to-peer (ngang hàng).  Mạng không dây nhỏ nhất có thể là một IBSS với hai trạm. BSS (Basic Service Set) Tập dịch vụ cơ sở  BSS là một nhóm các trạm thu phát truyền thông với nhau hay còn gọi là một Infrastructure BSS.  Infrastructure BSS có điểm khác biệt với IBSS là sử dụng một Access Point (AP).  Access point là điểm trung tâm trong quá trình truyền thông giữa các trạm trong Infrastructure BSS, các trạm client (khách) không liên lạc trực tiếp với nhau mà chúng liên lạc với nhau qua access point và access point chuyển tiếp (forward) các khung dữ liệu đến trạm đích. BSS (Basic Service Set) Tập dịch vụ cơ sở  Khi đó khu vực dịch vụ cơ bản (basic service area) tương ứng với một Infrastructure BSS được định nghĩa là những điểm mà tại đó có thể nhận được tín hiệu vô tuyến từ access point.  Access point có thể được trang bị một cổng uplink (hướng lên) để kết nối BSS đến một mạng có dây (ví dụ như Ethernet uplink). ESS (Extended Service Set) Tập dịch vụ mở rộng  BSS có thể sử dụng trong văn phòng nhỏ hoặc gia đình nhưng không thể sử dụng trong khu vực lớn. 802.11 cho phép xây dựng mạng không dây kích thước lớn bằng cách liên kết các BSS vào một ESS.  Các BSS kết nối với nhau vào một mạng đường trục tạo thành một ESS. Tất cả các access point trong ESS được gán cùng giá trị nhận dạng dịch vụ (SSID: Same Service Identifier – định danh tập dịch vụ). ESS (Extended Service Set) Tập dịch vụ mở rộng  802.11 không đặc tả một kỹ thuật đường trục đặc biệt, nó chỉ yêu cầu mạng đường trục cung cấp một tập các dịch vụ cụ thể.  Các trạm trong cùng ESS có thể liên lạc với nhau thậm chí các trạm này có thể ở những khu vực dịch vụ khác nhau và thậm chí có thể di chuyển giữa các khu vực này với nhau. ESS (Extended Service Set) Tập dịch vụ mở rộng  Để các trạm trong ESS liên lạc với nhau, môi trường không dây phải hoạt động như một kết nối lớp 2 riêng lẻ.  Access point hoạt động như các Bridge vì vậy truyền thông trực tiếp giữa các trạm trong một ESS yêu cầu mạng đường trục giống như là kết nối lớp 2.  Các access point thế hệ thứ nhất (First_Generation) yêu cầu các kết nối lớp 2 trực tiếp thông qua các Hub hay các mạng cục bộ ảo, các thiết bị mới thể hiện rất nhiều kỹ thuật đường hầm để mô phỏng môi trường lớp 2. Các dịch vụ  Phân thành 2 loại dịch vụ chính:  Các dịch vụ tại trạm (Station Services): các dịch vụ tại trạm là một phần của mỗi trạm 802.11 và phải được kết hợp với các thiết bị đòi hỏi chuẩn 802.11.  Các dịch vụ tại trạm được cung cấp bởi cả các trạm di động và các giao tiếp không dây trên các access point.  Các trạm cung cấp các dịch vụ truyền khung dữ liệu cho phép truyền thông điệp và chúng có thể cần sử dụng các dịch vụ chứng thực để tạo các kết hợp/kết nối (association).  Các trạm cũng tận dụng các chức năng bảo mật để bảo vệ các thông điệp khi chúng di chuyển qua các liên kết không dây không an toàn. Các dịch vụ (tiếp)  Các dịch vụ hệ thống phân tán (Distribution System Services):  Các dịch vụ hệ thống phân tán kết nối các access point vào hệ thống phân tán.  Vai trò chính của các access point là mở rộng các dịch vụ trong mạng có dây ra mạng không dây bằng cách cung cấp các dịch vụ phân tán và tích hợp cho mạng không dây.  Quản lý việc kết hợp các trạm di động là một vai trò chính khác của hệ thống phân tán.  Để duy trì thông tin dữ liệu kết hợp và vị trí các trạm, hệ thống phân tán sử dụng các dịch vụ kết hợp, tái kết hợp và phân ly. 10. Data Delivery Approaches (Các phương pháp phân phát dữ liệu - Các kiểu truyền thông) Khái niệm Wireless LAN cells:  Phạm vi phủ sóng của một AP được gọi là một cell. Các client trong một cell có thể kết hợp với AP và sau đó truy cập mạng WLAN.  10. Data Delivery Approaches (tiếp) + Một Access Point (AP) có thể cung cấp kết nối WLAN đến các client chỉ trong tầm vực phát sóng của nó. Phạm vi tín hiệu có thể được định nghĩa một cách tương đối bởi loại ăn ten đang được dùng cho AP. + Trong môi trường không khí, phạm vi này có thể là một hình cầu bao bọc xung quanh một ăn ten vô hướng. Ít nhất, phạm vi phủ sóng sẽ xuất hiện như một vòng tròn trên mặt bằng của sàn. + Phạm vi phủ sóng là ba chiều, nghĩa là chúng ảnh hưởng đến các sàn bên trên và bên dưới, trong trường hợp ta triển khai trong một toà nhà nhiều tầng. 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Vị trí đặt AP phải được hoạch định kỹ lưỡng sao cho phạm vi phủ sóng đạt được mức cần thiết. Mặc dù đã thiết kế vị trí đặt AP theo một sơ đồ nào đó, hoạt động thật sự của wireless lan sẽ luôn hoạt động trong tình trạng thay đổi.  Điều đó là do vị trí của AP là cố định, các máy trạm không dây có thể thay đổi vị trí thường xuyên.  Vấn đề di chuyển của các máy trạm có thể làm cho phạm vi phủ sóng của AP trở nên khó khăn hơn dự kiến. Các máy trạm có thể di chuyển vòng quanh và phía sau những vật cản trong một phòng, phía sau tường, cửa. 10. Data Delivery Approaches (tiếp) + Điểm – nối – điểm (Point-to-point): truyền thông diễn ra giữa 2 điểm đầu cuối. + Ví dụ, trong trường hợp của truyền thông bằng giọng nói sử dụng điện thoại, có một bên thực hiện cuộc gọi và bên còn lại nhận cuộc gọi. + Truyền thông dạng này được gọi là điểm-nối- điểm. 10. Data Delivery Approaches (tiếp) + Điểm – nối – điểm (Point-to-point): Minh hoạ: 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Điểm – nối – nhiều điểm (Point-to-multipoint):  Trong kiểu truyền thông này, có một bên gửi và nhiều bên nhận.  Ví dụ, trong một cuộc hội thoại (voice conferencing), một người sẽ nói và nhiều người khác lắng nghe.  Thông điệp từ người gửi được truyền tải tới nhiều người nghe (multicast). 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Điểm – nối – nhiều điểm (Point-to-multipoint):  Minh hoạ: 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Quảng bá (broadcasting): có một điểm trung tâm mà từ đó thông tin được gửi tới nhiều người nhận.  Ví dụ như việc quảng bá hình ảnh từ đài truyền hình hoặc quảng bá âm thanh từ đài phát thanh.  Trong một hệ thống quảng bá, những người nhận ở trạng thái thụ động (chỉ lắng nghe hoặc chỉ xem nhìn), và không có một tuyến đường dành riêng cho việc truyền thông. 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Quảng bá (broadcasting):  Minh hoạ: 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Truyền đơn công (simplex):  Việc truyền thông chỉ xảy ra theo một chiều duy nhất.  Có một bên gửi và một bên nhận.  Bên gửi chỉ có nhiệm vụ gửi thông tin, bên nhận chỉ việc nhận thông tin và 2 bên không thể thay đổi vai trò cho nhau. 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Truyền đơn công (simplex):  Minh hoạ: 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Truyền bán song công (Half-duplex):  Truyền thông giữa 2 thực thể (máy tính hoặc con người) có thể xảy ra theo cả 2 chiều, nhưng tại một thời điểm một thực thể chỉ có thể gửi hoặc nhận thông tin.  Máy bộ đàm cầm tay (walkie-talkie) sử dụng phương thức truyền tin này.  Những hệ thống kiểu này yêu cầu băng thông kênh truyền giới hạn, vì vậy đây là những hệ thống có chi phí thấp. 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Truyền bán song công (Half-duplex):  Minh hoạ: 10. Data Delivery Approaches (tiếp) + Truyền song công (Full-duplex):  + Trong một hệ thống truyền song công, 2 bên – gửi và nhận – trong một thời điểm có thể đồng thời gửi và nhận tín hiệu cho nhau.  + Ví dụ hệ thống điện thoại.  + Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hệ thống truyền thông này cho phép truyền nhận dữ liệu đồng thời, nhưng khi có 2 người đồng thời cùng “nói” thì việc truyền thông kém hiệu quả đi rất nhiều!  + Một hệ thống truyền thông mà cùng lúc có khả năng vận chuyển dữ liệu theo cả 2 chiều được gọi là hệ thống truyền song công. 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Truyền song công (Full-duplex):  Minh hoạ: 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Tóm tắt:  Trong truyền thông kiểu đơn công, việc truyền thông chỉ xảy ra theo 1 chiều duy nhất.  Trong truyền thông kiểu bán song công, việc truyền thông xảy ra theo cả 2 chiều, nhưng tại một thời điểm chỉ có duy nhất một chiều được hoạt động.  Trong truyền thông kiểu song công toàn phần, việc truyền thông xảy ra đồng thời theo cả 2 chiều. 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Tóm tắt (tiếp):  Dựa trên loại thông tin được truyền tải, chúng ta có các hệ thống truyền thông như: thoại, fax, hình ảnh, dữ liệu  Khi nhiều loại thông tin được gộp chung lại với nhau, chúng ta có hệ thống truyền thông đa phương tiện (multimedia). 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Để mở rộng toàn bộ vùng phủ sóng của WLAN, để các cell có thể che phủ các phòng lân cận ta đặt thêm các AP trong toàn bộ khu vực tòa nhà.  Ý tưởng là ta sẽ đặt AP sao cho các cell có thể bao phủ mọi vùng mà một máy client có thể đặt ở vị trí đó.  Khi đó , các cell sẽ có những vùng chồng lấp lên nhau theo một tỉ lệ phần trăm nhỏ (xem hình trang sau) 10. Data Delivery Approaches (tiếp) 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Khi các cell là chồng lấp lên nhau, các AP láng giềng không thể dùng cùng tần số.  Nếu hai AP láng giềng sử dụng cùng một tần số, tự nó sẽ gây nhiễu lẫn nhau.  Thay vào đó, các tần số được dùng trên các AP láng giềng phải không trùng lắp hoặc phải lệch nhau cho toàn khu vực. 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Khi một máy trạm đã kết nối đến một AP, nó có thể tự do di chuyển xung quanh.  Khi một máy trạm di chuyển từ một cell của AP sang một cell khác, kết nối cũng sẽ được chuyển từ AP sang AP khác.  Việc di chuyển từ một AP sang một AP khác được gọi là chuyển vùng (roaming). 10. Data Delivery Approaches (tiếp)  Khi một AP được cấu hình để bao phủ một vùng rộng lớn, nó cũng tiềm tàng một khả năng là có quá nhiều máy kết nối vào.  Tuy nhiên, một cell thì chỉ là một môi trường dùng chung mà tất cả các máy đều phải chia sẻ theo chế độ half duplex.  Khi số lượng máy trạm kết nối vào tăng lên, tổng số băng thông và thời gian cho mỗi máy sẽ giảm xuống. 10. Data Delivery Approaches (tiếp) 10. Data Delivery Approaches (tiếp) Tránh nghẽn trong mạng không dây WLAN  Khi hai hoặc nhiều trạm không dây cùng truyền ở một thời điểm, tín hiệu trở thành bị nhiễu.  Máy trạm bên phía nhận chỉ có thể nhận kết quả như những dữ liệu rác, nhiễu hay bị lỗi.  Ngay cả với máy truyền đang gây ra xung đột cũng không nhận ra, vì lúc đó phần nhận của nó phải tắt đi.  Để có một cơ chế phản hồi hiệu quả, trong mạng không dây, bất cứ khi nào một trạm truyền đi một frame, bên trạm nhận phải gửi một frame ACK để xác nhận là frame đã được nhận chính xác, không bị lỗi. 10. Data Delivery Approaches (tiếp) Tránh nghẽn trong mạng WLAN (tiếp)  Chuẩn 802.11 dùng một phương pháp gọi là Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance (CSMA/CA).  Cần lưu ý, ở mạng có dây 802.3 phát hiện (detect) xung đột, trong khi 802.11 cố gắng tránh (avoid) xung đột.  Tránh nghẽn hoạt động bằng cách yêu cầu tất cả các máy trạm lắng nghe trước khi nó truyền đi một frame. 10. Data Delivery Approaches (tiếp) Tránh nghẽn trong mạng WLAN (tiếp)  Khi một máy trạm có một frame cần truyền, một trong hai trạng thái sau có thể xảy ra:  Không có thiết bị nào khác đang truyền: lúc này máy trạm có thể truyền frame đi ngay lập tức. Bên máy nhận dự kiến phải gửi một frame ACK để xác nhận rằng frame ban đầu đến đúng và không bị đụng độ.  Có một thiết bị khác đang truyền một frame: lúc này máy của ta phải chờ cho đến khi nào frame đang truyền là hoàn tất, sau đó nó phải chờ một khoảng thời gian ngẫu nghiên trước khi có thể truyền frame của chính nó. 10. Data Delivery Approaches (tiếp) Tránh nghẽn trong mạng WLAN (tiếp)  Bên cạnh thời gian chờ truyền xong dữ liệu, các trạm không dây cũng phải triển khai một bộ định thời ngẫu nhiên. Trước khi truyền một frame, máy tính đó phải chọn một số ngẫu nhiên time slot phải chờ.  Con số ngẫu nhiên này sẽ nằm trong khoảng từ zero đến kích thước tối đa của vùng cạnh tranh. 10. Data Delivery Approaches (tiếp) Tránh nghẽn trong mạng WLAN (tiếp)  Tại sao một trạm phải chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi truyền?  Để tránh tình trạng có nhiều hơn một trạm muốn truyền dữ liệu đều lắng nghe môi trường truyền. Khi thấy trạm gửi dữ liệu vừa kết thúc việc truyền frame, chúng đồng loạt gửi dữ liệu ra môi trường truyền, dẫn đến xung đột. 11. Các tầng mạng không dây  1. Wireless Application Environment (WAE): (Tầng ứng dụng môi trường): Tầng này định nghĩa các chương trình và các tập lệnh sử dụng cho các ứng dụng không dây. Một trong những ngôn ngữ phổ biến nhất là WMLScript.  2. Wireless Session Protocol (WSP): (Tầng phiên giao thức): Tầng này chịu trách nhiệm về các kiểu thông tin đã thiết lập với các thiết bị. Nó định nghĩa rằng phiên kết nối đó thành công hay không. 11. Các tầng mạng không dây (tiếp)  3. Wireless Transaction Session Protocol (WTSP): (Tầng phiên xử lý giao tác): Tầng này dùng để phân loại dữ liệu chảy tràn như một con đường đáng tin cậy hoặc một con đường không đáng tin cậy.  4. Wireless Transport Layer Security (WTLS): (Tầng truyền tải): Tầng này là tầng bảo mật. Nó cung cấp mã hóa, chứng thực, kiểm tra tính nguyên vẹn của dữ liệu, và hơn thế nữa. 11. Các tầng mạng không dây (tiếp)  Wireless Datagram Protocol (WDP): (Tầng giao thức gam dữ liệu): Tầng này là nơi chứa những dữ liệu bị hỏng hóc khi truyền. Vì có nhiều phương pháp truyền khác nhau, WDP không có những tiêu chuẩn hóa chắc chắn, nên bất cứ hãng truyền thông nào cũng có thể chuyển giao dữ liệu vô tuyến miễn là nó tương thích với WAP.  Network carriers: (Tầng vận chuyển): Đây là phương pháp vận chuyển chịu trách nhiệm phân phát dữ liệu đến các thiết bị khác. Có rất nhiều phương pháp vận chuyển, bất cứ ai sẽ mang vác miễn là nó liên kết đuợc với tầng WDP. 11. Các tầng mạng không dây (tiếp) Vị trí của các tầng: