CHƯƠNG I T GIỚI THIỆU VỀ MẠNG WLAN Mạng WLAN hệ thống thông tin liên lạc liệu linh hoạt thực phần mở rộng, thay cho mạng LAN hữu tuyến nhà quan Sử dụng sóng điện từ, mạng WLAN truyền nhận liệu qua khoảng không, tối giản nhu cầu cho kết nối hữu tuyến Như vậy, mạng WLAN kết nối liệu với người dùng lưu động, thơng qua cấu hình đơn giản hóa, cho phép mạng LAN di động Các năm qua, mạng WLAN phổ biến mạnh mẽ nhiều lĩnh vực, từ lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, bán lẻ, sản xuất, lưu kho, đến trường đại học Ngành công nghiệp kiếm lợi từ việc sử dụng thiết bị đầu cuối máy tính notebook để truyền thông tin thời gian thực đến trung tâm tập trung để xử lý Ngày nay, mạng WLAN đón nhận rộng rãi kết nối đa từ doanh nghiệp Lợi tức thị trường mạng WLAN ngày tăng 1.1 Các ứng dụng Mạng WLAN Mạng WLAN kỹ thuật thay cho mạng LAN hữu tuyến, cung cấp mạng cuối với khoảng cách kết nối tối thiều mạng xương sống mạng nhà người dùng di động quan Sau ứng dụng phổ biến WLAN thông qua sức mạnh tính linh hoạt mạng WLAN: • Trong bệnh viện, bác sỹ hộ lý trao đổi thông tin bệnh nhân cách tức thời, hiệu nhờ máy tính notebook sử dụng cơng nghệ mạng WLAN • Các đội kiểm tốn tư vấn kế tốn nhóm làm việc nhỏ tăng suất với khả cài đặt mạng nhanh • Nhà quản lý mạng môi trường động tối thiểu hóa tổng phí lại, bổ sung, thay đổi với mạng WLAN, giảm bớt giá thành sở hữu mạng LAN • Các sở đào tạo công ty sinh viên trường đại học sử dụng kết nối không dây để dễ dàng truy cập thông tin, trao đổi thơng tin, nghiên cứu • Các nhà quản lý mạng nhận thấy mạng WLAN giải pháp sở hạ tầng mạng lợi để lắp đặt máy tính nối mạng tịa nhà cũ • Nhà quản lý cửa hàng bán lẻ sử dụng mạng khơng dây để đơn giản hóa việc tái định cấu hình mạng thường xun Trang • Các nhân viên văn phòng chi nhánh triển lãm thương mại tối giản yêu cầu cài đặt cách thiết đặt mạng WLAN có định cấu hình trước khơng cần nhà quản lý mạng địa phương hỗ trợ • Các công nhân kho hàng sử dụng mạng WLAN để trao đổi thông tin đến sở liệu trung tâm tăng thêm suất họ • Các nhà quản lý mạng thực mạng WLAN để cung cấp dự phòng cho ứng dụng trọng yếu hoạt động mạng nối dây • Các đại lý dịch vụ cho thuê xe nhân viên nhà hàng cung cấp dịch vụ nhanh tới khách hàng thời gian thực • Các cán cấp cao phòng hội nghị cho định nhanh họ sử dụng thơng tin thời gian thực bàn hội nghị 1.2 Các lợi ích mạng WLAN Độ tin tưởng cao nối mạng doanh nghiệp tăng trưởng mạnh mẽ mạng Internet dịch vụ trực tuyến chứng mạnh mẽ lợi ích liệu tài nguyên dùng chung Với mạng WLAN, người dùng truy cập thông tin dùng chung mà khơng tìm kiếm chỗ để cắm vào, nhà quản lý mạng thiết lập bổ sung mạng mà không lắp đặt di chuyển dây nối Mạng WLAN cung cấp hiệu suất sau: khả phục vụ, tiện nghi, lợi chi phí hẳn mạng nối dây truyền thống • Khả lưu động cải thiện hiệu suất dịch vụ - Các hệ thống mạng WLAN cung cấp truy cập thông tin thời gian thực đâu cho người dùng mạng tổ chức họ Khả lưu động hỗ trợ hội hiệu suất dịch vụ mà mạng nối dây thực • Đơn giản tốc độ nhanh cài đặt - Cài đặt hệ thống mạng WLAN nhanh dễ dàng loại trừ nhu cầu kéo dây qua tường trần nhà • Linh hoạt cài đặt - Công nghệ không dây cho phép mạng đến nơi mà mạng nối dây khơng thể • Giảm bớt giá thành sở hữu - Trong đầu tư ban đầu phần cứng cần cho mạng WLAN có giá thành cao chi phí phần cứng mạng LAN hữu tuyến, chi phí cài đặt tồn giá thành tính theo tuổi thọ thấp đáng kể Các lợi ích giá thành tính theo tuổi thọ đáng kể mơi trường động yêu cầu thường xuyên di chuyển, bổ sung, thay đổi • Tính linh hoạt - Các hệ thống mạng WLAN định hình theo kiểu topo khác để đáp ứng nhu cầu ứng dụng cài đặt cụ thể Cấu hình mạng dễ thay đổi từ mạng độc lập phù hợp với số nhỏ người dùng đến mạng sở hạ tầng với hàng nghìn người sử dụng vùng rộng lớn Trang • Khả vơ hướng:các mạng máy tính khơng dây cấu hình theo topo khác để đáp ứng nhu cầu ứng dụng lắp đặt cụ thể Các cấu hình dễ dàng thay đổi từ mạng ngang hàng thích hợp cho số lượng nhỏ người sử dụng đến mạng có sở hạ tầng đầy đủ dành cho hàng nghìn người sử dụng mà có khả di chuyển vùng rộng 1.3 Bảng so sánh ưu nhược điểm mạng không dây có dây: Phạm vi ứng dụng Mạng có dây Mạng khơng dây - Có thể ứng dụng tất mô - Chủ yếu mơ hình mạng nhỏ hình mạng nhỏ, trung bình, lớn, lớn trung bình, với mơ hình lớn phải kết hợp với mạng có dây - Gặp khó khăn nơi xa xơi, địa - Có thể triển khai nơi khơng hình phức tạp, nơi khơng ổn định, thuận tiện địa hình, khơng ổn định, khó kéo dây, đường truyền khơng triển khai mạng có dây Độ phức tạp kỹ thuật Mạng có dây Mạng khơng dây - Độ phức tạp kỹ thuật tùy thuộc - Độ phức tạp kỹ thuật tùy thuộc loại mạng cụ thể loại mạng cụ thể - Xu hướng tạo khả thiết lập thơng số truyền sóng vơ tuyến thiết bị ngày đơn giản Độ tin cậy Mạng có dây Mạng khơng dây - Khả chịu ảnh hưởng khách quan - Bị ảnh hưởng yếu tố bên ngồi bên ngồi thời tiết, khí hậu tốt mơi trường truyền sóng, can nhiễu thời tiết - Chịu nhiều công đa dạng, - Chịu nhiều công đa dạng, phức tạp, nguy hiểm kẻ phá phức tạp, nguy hiểm kẻ phá hoại vơ tình cố tình hoại vơ tình cố tình, nguy cao mạng có dây Trang - Ít nguy ảnh hưởng sức khỏe - Cịn tiếp tục phân tích khả ảnh hưởng đến sức khỏe Lắp đặt, triển khai Mạng có dây Mạng khơng dây - Lắp đặt, triển khai tốn nhiều thời gian - Lắp đặt, triển khai dễ dàng, đơn giản, chi phí nhanh chóng Tính linh hoạt, khả thay đổi, phát triển Mạng có dây Mạng khơng dây - Vì hệ thống kết nối cố định nên tính - Vì hệ thống kết nối di động nên linh hoạt kém, khó thay đổi, nâng cấp, linh hoạt, dễ dàng thay đổi, nâng cấp, phát triển phát triển Giá Mạng có dây Mạng khơng dây - Giá tùy thuộc vào mơ hình - Thường giá thành thiết bị cao mạng cụ thể so với mạng có dây Nhưng xu hướng ngày giảm chênh lệch giá Trang CHƯƠNG II NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA WLAN 2.1 Cách làm việc mạng WLAN Mạng WLAN sử dụng sóng điện từ (vơ tuyến tia hồng ngoại) để truyền thông tin từ điểm sang điểm khác mà không dựa vào kết nối vật lý Các sóng vơ tuyến thường sóng mang vơ tuyến chúng thực chức phân phát lượng đơn giản tới máy thu xa Dữ liệu truyền chồng lên sóng mang vơ tuyến để nhận lại máy thu Đó điều biến sóng mang theo thơng tin truyền Một liệu chồng (được điều chế) lên sóng mang vơ tuyến, tín hiệu vơ tuyến chiếm nhiều tần số đơn, tần số tốc độ truyền theo bit thông tin biến điệu thêm vào sóng mang Nhiều sóng mang vô tuyến tồn không gian thời điểm mà không nhiễu với chúng truyền tần số vô tuyến khác Để nhận liệu, máy thu vô tuyến bắt sóng (hoặc chọn) tần số vơ tuyến xác định loại bỏ tất tín hiệu vơ tuyến khác tần số khác Trong cấu hình mạng WLAN tiêu biểu, thiết bị thu phát, gọi điểm truy cập (AP - access point), nối tới mạng nối dây từ vị trí cố định sử dụng cáp Ethernet chuẩn Điểm truy cập (access point) nhận, lưu vào nhớ đệm, truyền liệu mạng WLAN sở hạ tầng mạng nối dây Một điểm truy cập đơn hỗ trợ nhóm nhỏ người sử dụng vận hành bên phạm vi vài mét tới vài chục mét Điểm truy cập (hoặc anten gắn tới nó) thơng thường gắn cao thực tế gắn nơi đâu miễn khoảng vô tuyến cần thu Các người dùng đầu cuối truy cập mạng WLAN thông qua card giao tiếp mạng WLAN, mà thực card PC máy tính notebook, sử dụng card giao tiếp ISA PCI máy tính để bàn, thiết bị tích hợp hồn tồn bên máy tính cầm tay Các card giao tiếp mạng WLAN cung cấp giao diện hệ điều hành mạng (NOS) sóng trời (qua anten) Bản chất kết nối không dây suốt với NOS 2.2 Các cấu hình mạng WLAN Mạng WLAN đơn giản phức tạp Cơ nhất, hai PC trang bị card giao tiếp không dây thiết lập mạng độc lập mà chúng nằm phạm vi Nó gọi mạng ngang hàng Các mạng không yêu cầu quản trị định cấu hình trước Trong trường hợp khách hàng truy cập tới tài nguyên khách hàng khác không thông qua nhà phục vụ trung tâm Trang Hình 2.1 Một mạng ngang hàng khơng dây Việc thiết lập điểm truy cập mở rộng phạm vi mạng, phạm vi thiết bị liên lạc mở rộng gấp đôi Khi điểm truy cập nối tới mạng nối dây, khách hàng truy cập tới tài nguyên phục vụ tới khách hàng khác Mỗi điểm truy cập điều tiết nhiều khách hàng, số khách hàng cụ thể phụ thuộc vào số lượng đặc tính truyền Nhiều ứng dụng thực tế với điểm truy cập phục vụ từ 15 đến 50 thiết bị khách hàng Hình 2.2 Khách hàng điểm truy nhập Các điểm truy cập có phạm vi hữu hạn, 152,4m nhà 304,8m trời Trong phạm vi lớn kho hàng, khu vực quan cần thiết phải lặp đặt nhiều điểm truy cập Việc xác định vị trí điểm truy dựa phương pháp khảo sát vị trí Mục đích phủ lên vùng phủ sóng cell phủ sóng chồng lấp để khách hàng di chuyển khắp vùng mà không liên lạc mạng Khả khách hàng di chuyển không ghép nối cụm điểm truy cập gọi roaming Các điểm truy cập chuyển khách hàng từ site đến site khác cách tự động mà khách hàng không hay biết, bảo đảm cho kết nối liên tục Trang Hình 2.3 Nhiều điểm truy cập Roaming Để giải vấn đề đặc biệt topology, nhà thiết kế mạng chọn cách sử dụng điểm mở rộng (Extension Point - EP) để làm tăng điểm truy cập mạng Cách nhìn chức điểm mở rộng giống điểm truy cập, chúng không nối dây tới mạng nối dây AP Chức EP nhằm mở rộng phạm vi mạng cách làm trễ tín hiệu từ khách hàng đến AP EP khác Các EP nối tiếp để truyền tin từ AP đến khách hàng rộng khắp, đoàn người chuyển nước từ người đến người khác đến đám cháy Hình 2.4 Cách sử dụng điểm mở rộng (EP) Thiết bị mạng WLAN cuối cần xem xét anten định hướng Giả sử có mạng WLAN tòa nhà A bạn, bạn muốn mở rộng tới tịa nhà cho th B, cách 1,609 km Một giải pháp lắp đặt anten định hướng tòa nhà, anten hướng Anten tòa nhà A nối tới mạng nối dây qua điểm truy cập Tương tự, anten tòa nhà B nối tới điểm truy cập tịa nhà đó, mà cho phép kết nối mạng WLAN thuận tiện Hình 2.5 Cách sử dụng anten định hướng Trang 2.2.1 Mạng WLAN độc lập (mạng ngang hàng) Cấu hình mạng WLAN đơn giản mạng WLAN độc lập (hoặc ngang hàng) nối PC với card giao tiếp không dây Bất kỳ lúc nào, hai card giao tiếp không dây nằm phạm vi nhau, chúng thiết lập mạng độc lập (hình 1.6) Ở đây, mạng không yêu cầu quản trị định cấu hình trước Hình 2.6 Mạng WLAN độc lập Hình 2.7 Mạng WLAN độc lập phạm vi mở rộng sử dụng điểm truy cập chuyển tiếp Các điểm truy cập mở rộng phạm vi mạng WLAN độc lập cách đóng vai trị chuyển tiếp (hình 1.7), có hiệu gấp đôi khoảng cách PC không dây 2.2.2 Mạng WLAN sở hạ tầng (infrastructure) Trong mạng WLAN sở hạ tầng, nhiều điểm truy cập liên kết mạng WLAN với mạng nối dây cho phép người dùng chia sẻ tài nguyên mạng cách hiệu Các điểm truy cập không cung cấp truyền thơng với mạng nối dây mà cịn chuyển tiếp lưu thông mạng không dây khu lân cận cách tức thời Nhiều điểm truy cập cung cấp phạm vi khơng dây cho tồn tịa nhà khu vực quan Hình 2.8 Mạng WLAN Cơ sở hạ tầng Trang 2.2.3 Microcells roaming Thông tin vơ tuyến bị giới hạn tín hiệu sóng mang bao xa công suất cho trước Mạng WLAN sử dụng cell, gọi microcell, tương tự hệ thống điện thoại tế bào để mở rộng phạm vi kết nối không dây Tại điểm truy cập lúc, PC di động trang bị với card giao tiếp mạng WLAN liên kết với điểm truy cập đơn microcell nó, vùng phủ sóng Các microcell riêng lẻ chồng lắp phép truyền thông liên tục bên mạng nối dây Chúng xử lý tín hiệu cơng suất thấp khơng cho người dùng truy cập họ qua vùng địa lý cho trước Hình 2.9 Handing off điểm truy cập 2.3 Các tùy chọn công nghệ Các nhà sản xuất mạng WLAN chọn nhiều công nghệ mạng khác thiết kế giải pháp mạng WLAN Mỗi công nghệ có thuận lợi hạn chế riêng 2.3.1 Trải phổ Đa số hệ thống mạng WLAN sử dụng công nghệ trải phổ, kỹ thuật tần số vô tuyến băng rộng mà trước phát triển quân đội hệ thống truyền thông tin cậy, an toàn, trọng yếu Sự trải phổ thiết kế hiệu với đánh đổi dải thông lấy độ tin cậy, khả tích hợp, bảo mật Nói cách khác, sử dụng nhiều băng thơng trường hợp truyền băng hẹp, đổi lại tạo tín hiệu mạnh nên dễ phát hơn, miễn máy thu biết tham số tín hiệu trải phổ máy phát Nếu máy thu không chỉnh tần số, tín hiệu trải phổ giống nhiễu Có hai kiểu trải phổ truyền vô tuyến: nhảy tần chuỗi trực tiếp 2.3.2 Công nghệ trải phổ nhảy tần (Frequency Hopping pread Spectrum) Trải phổ nhảy tần (FHSS) sử dụng sóng mang băng hẹp để thay đổi tần số mẫu máy phát lẫn máy thu Được đồng xác, hiệu ứng mạng trì kênh logic đơn Đối với máy thu không mong muốn, FHSS làm xuất nhiễu xung chu kỳ ngắn Trang 10 Hình 2.10 Trải phổ nhảy tần FHSS “nhảy” tần từ băng hẹp sang băng hẹp bên băng rộng Đặc biệt hơn, sóng vơ tuyến FHSS gửi nhiều gói liệu tần số sóng mang, nhảy đến tần số khác, gửi nhiều gói liệu, tiếp tục chuỗi “nhảy - truyền” liệu Mẫu nhảy hay chuỗi xuất ngẫu nhiên, thật chuỗi có tính chu kỳ máy thu máy phát theo dõi Các hệ thống FHSS dễ bị ảnh hưởng nhiễu nhảy tần, hoàn thành việc truyền dẫn trình nhảy tần khác băng tần Hình 2.11 Trải phổ chuỗi trực tiếp 2.3.3 Cơng nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp (Direct Sequence Spread Spectrum) Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) tạo mẫu bit dư cho bit truyền Mẫu bit gọi chip (hoặc chipping code) Các chip dài, xác suất mà liệu gốc bị loại bỏ lớn (và tất nhiên, yêu cầu nhiều dải thông) Thậm chí nhiều bit chip bị hư hại thời gian truyền, kỹ thuật nhúng vô tuyến khôi phục liệu gốc mà không yêu cầu truyền lại Đối với máy thu không mong muốn, DSSS làm xuất nhiễu băng rộng công suất thấp loại bỏ hầu hết máy thu băng hẹp Bộ phát DSSS biến đổi luồng liệu vào (luồng bit) thành luồng symbol, symbol biểu diễn nhóm bit Bằng cách sử dụng kỹ thuật điều biến pha thay đổi kỹ thuật QPSK (khóa dịch pha cầu phương), phát DSSS điều biến hay Trang 11 ... tiếp (Direct Sequence Spread Spectrum) Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) tạo mẫu bit dư cho bit truyền Mẫu bit gọi chip (hoặc chipping code) Các chip dài, xác suất mà liệu gốc bị loại bỏ lớn (và... truy cập (hoặc anten gắn tới n? ?) thông thường gắn cao thực tế gắn nơi đâu miễn khoảng vô tuyến cần thu Các người dùng đầu cuối truy cập mạng WLAN thông qua card giao tiếp mạng WLAN, mà thực card... máy tính cầm tay Các card giao tiếp mạng WLAN cung cấp giao diện hệ điều hành mạng (NOS) sóng trời (qua anten) Bản chất kết nối không dây suốt với NOS 2.2 Các cấu hình mạng WLAN Mạng WLAN đơn