Báo cáo học phần mạng không dây đề tài “công nghệ wifi và ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO HỌC PHẦN MẠNG KHÔNG DÂY Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Thanh Hậu Lớp: DK10-CNTT Mạng Học̣ phần: Không Dây Nguyên Giảng viên hướng dẫn: Phúc Hâu Hả̉ i Dương, năm 2022 LỜI NĨI ĐẦU Mạng máy tính từ lâu trở thành thành phần thiếu nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, từ hệ thống mạng cục dùng để chia sẻ tài nguyên cá nhân hệ thống mạng toàn cầu Internet Các hệ thống mạnghữu tuyến vô tuyến ngày phát triển phát huy vai trị Tuy nhiên, để kết nối Internet người sử dụng phải truy nhập Internet từ vị trí cố định thơng qua máy tính kết nối vào mạng Điều gây nhiều khó khăn cho người sử dụng di chuyển đến nơi khơng có điều kiện kết nối vào mạng Ngày mạng không dây trở nên phổ biến tổ chức, doanh nghiệp cá nhân Chính tiện lợi mạng khơng dây nên dần thay cho hệ thống mạng có dây truyền thống Sự đời khắc phục hạn chế mà mạng nối dây giải được, giải pháp cho xu phát triển công nghệ truyền thông đại Mạng không dây mang lại lợi ích to lớn cho công nghệ thông tin truyền thông tất lĩnh vực Với ưu điểm tiện lợi, linh hoạt đơn giản trình triển khai sử dụng, mạng khơng dây đáp ứng hầu hết nhu cầu sống đại Công nghệ Wifi hay chuẩn IEEE 802.11 công nghệ không dây ứng dụng rộng rãi Sự phát triển cải tiến không ngừng công nghệ Wifi nhằm giải hạn chế tồn tốc độ, phạm vi phủ sóng, an tồn thơng tin, tất mục đíchnâng cao chất lượng dịch vụ cho người sử dụng Với mong muốn tìm hiểu vấn đề quan tâm trên, em lựa chọn đề tài “Công nghệ Wifi ứng dụng”, đề tài giúp em hiểu rõ kiến thức chuyên ngành học ứng dụng thực tế sống PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ mạng không dây 1.1.1 Lịch sử phát triển công nghệ mạng không dây Nhà khoa học Guglielmo Marconi sáng lập mạng không dây Năm 1894, Marconi bắt đầu thử nghiệm năm 1895 ơng thành cơng gửi tín hiệu vô tuyến qua khoảng cách 2,5km Năm 1899 ông thiết lập hệ thống truyền thông vô tuyến qua biển Măngsơ (Manche) nối Anh Pháp Thành tựu “chuyển tin tín hiệu” đánh dấu tiến lớn dấu hiệu cho đời hệ thống giá trị mang tính thực tiễn cao Năm 1901 ơng lập kỳ tích phát tín hiệu mã Mooxơ (morse) qua Đại Tây Dương từ Anh qua Canada để chứng minh sóng vơ tuyến không bị ảnh hưởng bề cong trái đất mở triển vọng thiết lập hệ thống vô tuyến điện tồn cầu Cơng nghệ khơng dây mà Marconi phát triển pha tạp điện báo có dây truyền thống sóng Hertz Trong chiến tranh giới I, lần sử dụng chiến Boernăm 1899, năm 1912, thiết bị vô tuyến sử dụng tàu Titanic Trước thập niên 1920, điện báo vô tuyến trở thành phương tiện truyền thơng hữu hiệu cho phép gửi tin nhắn cá nhân băng qua lục địa Cùng với đời radio (máy phát thanh), cơng nghệ khơng dây tồn cách thương mại hóa Năm 1927, dịch vụ điện thoại vơ tuyến thương mại hóa hoạt động nước Britain US (United States) Vào đầu thập niên 1970, IMTS (Improved Mobile Telephone System) phát triển thu phát liệu đồng thời, tăng số lượng kênh truyền công suất lớn Năm 1977, AMPS (Advanced Mobile Phone System) phát minh BellLabs, hoạt động US với vùng địa lý phân chia thành tế bào.Thập niên 1980, cơng nghệ vơ tuyến tín hiệu tương tự Thập niên 1990, chuyển sang tín hiệu số ngày có chất lượng tốt hơn, nhanh chóng hiệu cao 1.1.2 Giớ́i thiệu công nghệ mạng không dây Mạng không dây (Wireless Network) mạng sử dụng công nghệ cho phép hai hay nhiều thiết bị kết nối với cách sử dụng giao thức chuẩn mà không cần kết nối dây mạng Mạng không dây (mạng vô tuyến ) mạng liệu linh hoạt thực mở rộng lựa chọn cho mạng máy tính có dây (mạng hữu tuyến) Mạng máy tính khơng dây sử dụng sóng điện từ khơng gian (sóng vơ tuyến sóng ánh sáng) thu, phát liệu qua khơng khí, giảm thiểu nhu cầu kết nối dây Vì vậy, mạng máy tính khơng dây kết hợp liên kết liệu với tính di động người sử dụng Mạng không dây thực thay cho mạng máy tính có dây, cung cấp khả xử lý linh động tự cho tất lĩnh vực sống Người dùng truy cập thơng tin từ mạng, chia sẻ trao đổi liệu với từ địa điểm vùng phủ sóng mạng mà không bị ràng buộc kết nối vật lý 1.2 Phân loại đặc điểm mạng không dây 1.2.1 Phân loại mạng không dây Đối với hệ thống mạng khơng dây, có phân loại theo quy mô phạm vi triển khai tương tự hệ thống mạng có dây: WPAN (Wireless Personal Area Network), WLAN (Wireless Local Area Network), WMAN (Wireless Metropolitan Area Network), WWAN (Wireless Wide Area Network), WRAN (Wireless Regional Area Network) Ngồi ra, mạng khơng dây cịn phân loại theo phương thức truyền thông tin, bao gồm truyền thơng tin sóng vơ tuyến tín hiệu hồng ngoại WPAN (Wireless Personal Area Network): mạng vô tuyến cá nhân, nhóm bao gồm cơng nghệ vơ tuyến ứng dụng phạm vi gia đình không gian xung quanh cá nhân WPAN có tốc độ truyền đạt 480Mbps phạm vi 10m, băng thông tối đa 1Mbps chia sẻ cho tất kết nối thiết bị hỗ trợ tối đa kết nối đồng thời với thiết bị khác Công nghệ phục vụ mục đích nối kết thiết bị ngoại vi máy in, bàn phím, chuột, khóa USB (Universal Serial Bus), đồng hồ, với điện thoại di động, máy tính Các cơng nghệ nhóm bao gồm: Bluetooth, RFID (Radio Frequency Identification), Wibree, ZigBee, UWB (Ultra Wide Band), Wireless USB, EnOcean, Đa phần công nghệ chuẩn hóa Viện Kỹ sư Điện Điện tử IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) cụ thể nhóm làm việc 802.15 WLAN (Wireless Local Area Network): mạng vơ tuyến cục bộ, có khả kết nối phạm vi rộng với nhiều vùng phủ sóng khác nhau, thiết bị di động tự di chuyển vùng với WLAN phần giải pháp văn phòng di động, cho phép người sử dụng kết nối mạng cục khu vực cơng cộng văn phịng, khách sạn, sân bay, trường học, bênh viện Phạm vi hoạt động từ 100m đến 500m với tốc độ truyền liệu khoảng 11Mbps 54Mbps Công nghệ bật nhóm Wifi với tiêu chuẩn IEEE 802.11 WMAN (Wireless Metropolitan Area Network): mạng vô tuyến đô thị, sử dụng tiêu chuẩn IEEE 802.16 Việc đưa chuẩn mở công nghệ truy nhập không dây băng rộng WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) cho giao tiếp dành cho hệ thống truy cập không dây băng rộng cố định với mục tiêu cung cấp trục kết nối trực tiếp mạng đô thị đạt băng thông tương đương cáp, đường dây thuê bao số DSL (Digital Subscriber Line), trục T1 phổ biến Công nghệ WiMAX có khả phủ sóng rộng hơn, bao phủ khu vực thành thị hay khu vực nơng thơn định Cơng nghệ cung cấp với tốc độ truyền liệu đến 75Mbps trạm phát sóng với tầm phủ sóng từ 2km đến 10km Ngồi có chuẩn IEEE 802.20, gọi truy nhập vô tuyến băng rộng di động WBMA (Mobile Broadband Wireless Access) Nó hỗ trợ di chuyển với vận tốc lên tới 250km/h Trong chuyển vùng WiMAX nhìn chung bị giới hạn phạm vi định, chuẩn IEEE 802.20 giống công nghệ 3G (Third Generation Technology) có khả hỗ trợ chuyển vùng tồn cầu Trong mạng IEEE 802.20, việc đồng đường lên đường xuống thực hiệu WWAN (Wireless Wide Area Network): mạng vô tuyến diện rộng, kết nối máy tính nội quốc gia hay quốc gia châu lục Thông thường kết nối thực thông qua mạng viễn thơng Nhóm bao gồm cơng nghệ mạng thông tin di động 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), GSM (GlobalSystem for Mobile), CDMA2000 (Code Division Multiple Access) Vùng phủ sóng mạng khoảng từ vài km đến vài chục km Các công nghệ WWAN phổ biến sử dụng công nghệ truyền thông quang vơ tuyến FSO (Free Space Optics), sóng vơ tuyến cấp phép không cần cấp phép, kết hợp hai loại WRAN (Wireless Regional Area Network): mạng vô tuyến khu vực, mạng sử dụng chuẩn IEEE 802.22, có vùng phủ sóng từ hàng chục đến hàng trăm km với tốc độ khoảng 22Mbps Công nghệ phát sóng sử dụng băng tần UHF (Ultra High Frequency), VHF (Very High Frequency) vốn sử dụng vơ tuyến truyền hình WRAN 100 km 802 22 < GSM WWAN < 15 km , CDMA , 3G UMTS WMAN < km WiMAX < WLAN 150 m Wifi , HiperLAN < WPAN 10 m Bluetooth , RFID , Zigbee Hình 1.1: Phân loại mạng không dây 1.2.2 Đặc điểm mạng khômg dây Mạng khơng dây cung cấp tất tính công nghệ mạng cục LAN (Local Area Network) Ethernet Token Ring mà không bị giới hạn kết nối vật lý Việc truyền tải liệu thiết bị có hỗ trợ mà khơng có ràng buộc khoảng cách không gian mạng có dây thơng thường Người dùng mạng khơng dây kết nối vào mạng di chuyển nơi phạm vi phủ sóng thiết bị tập trung Mạng khơng dây sử dụng sóng hồng ngoại (Infrared Light) sóng vơ tuyến RF (Radio Frequency) để truyền nhận liệu thay dùng cáp xoắn (TwistPair) cáp quang (Fiber Optic Cable) Thông thường sóng vơ tuyến dùng phổ biến truyền xa hơn, lâu hơn, rộng hơn, băng thơng cao Các kết nối không dây thiết lập sóng điện từ Tùy theo mục đích hoạt động mà dạng kết nối khác sử dụng dải tần số khác nhau, đồng thời thiết bị sử dụng kết nối giao phương thức khác Trong phần lớn trường hợp, liệu truyền thiết bị tham gia mạng khơng dây phát sóng hướng xung quanh (quảng bá) không định hướng dây dẫn Cũng đồng nghĩa với việc thiết bị người nhận tiếp cận sóng có chứa liệu bạn, nhờ vào phương pháp định danh bảo mật giao thức mạng nên thường người nhận mở liệu bạn gửi Các sóng vơ tuyến thường xem sóng mang vơ tuyến chúng thực chức cung cấp lượng cho máy thu xa Dữ liệu phát điều chế sóng mang vơ tuyến cho khơi phục xác máy thu Nhiễu sóng mang vơ tuyến tồn không gian, thời điểm mà khơng can nhiễu lẫn sóng vơ tuyến phát tần số vô tuyến khác Để nhận lại liệu, máy thu vô tuyến thu tần số vô tuyến xác định loại bỏ tần số vô tuyến khác Trong mạng không dây tiêu chuẩn, thiết bị thu phát gọi điểm truy cập, nối với mạng hữu tuyến vị trí cố định sử dụng cáp Ethernet tiêu chuẩn Chức điểm truy cập thu, lưu vào nhớ đệm, phát liệu mạng không dây sở hạ tầng mạng hữu tuyến Một điểm truy cập đơn hỗ trợ nhóm nhỏ người sử dụng thực chức phạm vi định Điểm truy cập đặt vị trí miễn nằm vùng phủ sóng mong muốn Người sử dụng truy cập vào mạng không dây thông qua thích ứng máy tính khơng dây tích hợp thiết bị đầu cuối máy vi tính, điện thoại di động thiết bị cá nhân khác Các thích ứng máy tính khơng dây cung cấp giao diện hệ thống điều hành mạng NOS (Network Operation System) máy khách (Client) sóng khơng gian qua anten Cơng nghệ khơng dây bao gồm thiết bị hệ thống phức tạp hệ thống WLAN, điện thoại di động (Mobile Phone) thiết bị đơn giản tay nghe không dây, microphone không dây nhiều thiết bị khác có khả truyền nhận lưu trữ thơng tin từ mạng Ngoài bao gồm thiết bị hỗ trợ hồng ngoại thiết bị điều khiển từ xa (Remote Control) , điện thoại … truyền liệu trực diện thiết bị 1.2.3 Mô hình mạng khơng dây cục WLAN Mơ hình mạng độc lập IBSS (Independent Basic Service Sets): Mơ hình cịn gọi mơ hình mạng Ad-hoc, mạng gồm hai hay nhiều máy tính có trang bị card không dây mà không dùng đến thiết bị định tuyến hay thu phát khơng dây Các máy tính có vai trị ngang nhau, thiết bị tham gia mạng khơng dây Ad-hoc ngồi việc giao tiếp với cịn đảm nhiệm ln việc chuyển tiếp liệu cho thiết bị khác mạng Hình 1.2: Mơ hình mạng Ad-hoc Mạng Ad-hoc hoạt động máy tính nằm gần với phương diện vật lý giới hạn số Hơn nữa, để truy cập chia sẻ Internet, máy tính phải kết nối với mạng Internet thông qua cáp kết nối không dây khác Mơ hình mạng sở hạ tầng BSSs (Basic Service Sets): Là mơ hình gồm điểm Access Point gắn với mạng đường trục hữu tuyến, BSSs mơ hình dùng để giao tiếp với thiết bị di động vùng phủ sóng cell AP đóng vai trị điều khiển cell điều chỉnh lưu lượng tới mạng Các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với mà tạo giao tiếp thơng qua AP Mơ hình cịn gọi mơ hình mạng Infrastructure, mạng gồm hay nhiều điểm truy cập AP (Access Point) để mở rộng phạm vi hoạt động Trạm (Station) kết nối với với phạm vi gấp đôi, nhiều điểm truy cập AP liên kết mạng không dây với mạng nối dây cho phép người dùng chia sẻ tài nguyên mạng cách hiệu AP đóng vai trị điểm truy cập cho client trao đổi liệuvới truy xuất tài nguyên máy chủ (Server) Mỗi AP làm điểm truy cập cho 1015 client đồng thời thời điểm tùy sản phẩm hãng sản xuất Hình 1.3: Mơ hình mạng Infrastructure Mơ hình mạng mở rộng ESSs (Extended Service Sets): Mạng 802.11 mở rộng phạm vi di động tới phạm vi thông qua ESS Một ESSs tập hợp BSSs nơi mà AP giao tiếp với để chuyển lưu lượng từ BSS đến BSS khác để làm cho việc di chuyển dễ dàng trạm BSS, AP thực việc giao tiếp thông qua hệ thống phân phối DS (Distribution System) Hệ thống phân phối lớp mỏng AP mà xác định đích đến cho lưu lượng nhận từ BSS Hệ thống phân phối tiếp sóng trở lại đích BSS, chuyển tiếp hệ thống phân phối tới AP khác, gử tới mạng có dây tới đích khơng nằm ESS Các thơng tin nhận AP từ hệ thống phân phối truyền tới BSS nhận trạm đích Hình 1.4: Mơ hình mạng mở rộng 1.3 Những cơng nghệ giao thức sử dụng mạng không dây 1.3.1 Những công nghệ sử dụng mạng không dây Công nghệ Bluetooth: Bluetooth chuẩn 802.15.1 mạng WPAN, chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho kết nối thiết bị cá nhân hay mạng cục nhỏ, phạm vi băng tần chung ISM (Industrial, Scientific, Medical) 2.4 - 2.485 GHz Năm 1994, hãng Ericsson đề xuất việc nghiên cứu phát triển giao diện vô tuyến công suất nhỏ, chi phí thấp, sử dụng sóng vơ tuyến để kết nối không dây thiết bị di động với thiết bị điện tử khác, tổ chức SIG (Special Interest Group) thức giới thiệu phiên 1.0 Bluetooth vào tháng năm 1999 Bluetooth hỗ trợ tốc độ truyền tải liệu lên tới 720Kbps phạm vi 10m đến 100m đạt tốc độ truyền liệu 1Mbps Bluetooth sử dụng phương pháp trải phổ nhảy tần FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), thiết kế hoạt động 79 tần số khác nhau, thường thực 1600 bước nhảy giây, AFH (Adaptive Frequency Hopping) kích hoạt Một thiết bị Bluetooth tổng thể giao tiếp với tối đa thiết bị Piconet (một mạng Ad-hoc sử dụng công nghệ Bluetooth) Về tầm phủ sóng, bluetooth có lớp (class): class có cơng suất 100mW với tầm phủ sóng gần 100m; class có cơng suất 2,5mW, tầm phủ sóng khoảng 10m; class 1mW với tầm phủ sóng khoảng 5m Bluetooth có nhiều giao thức hoạt động khác A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) chế truyền dẫn âm stereo qua sóng bluetooth tới tai nghe, loa; FTP (File Transfer Protocol) chế chuyển đổi liệu qua kết nối bluetooth thiết bị FTS (File Transfer Services); hay OBEX (OBject EXchange), phát triển nhà mạng Verizon, cho phép xóa liệu thơng qua bluetooth Bluetooth trải qua khoảng phiên Ngồi phiên 2.1 phiên hỗ trợ kết nối nhiều thiết bị lúc, thị trường chủ yếu tồn biến thể hai phiên 3.0 4.0 Bluetooth 3.1 hay Bluetooth 3.0 + HS (High Speed) giới thiệu vào năm 2009 cho phép truyền tải liệu với tốc độ lên tới 24Mbps Ngày 30/6/2010,