nguyên lý mạng lan không dây. đi sâu tính toàn vùng phủ sóng của các trạm chuyển tiếp

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương I. TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1.1. Giới thiệu 5 1.2. Phân loại mạng không dây 5 1.2.1. WPAN (Wireless Personal Area Network) 5 1.2.2. WLAN (Wireless Local Area Network) 5 1.2.3. WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) 6 1.3. Lưu ý kĩ thuật trong mạng không dây 7 Chương II. MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY WLAN 2.1. Giới thiệu 8 2.2. Mô hình WLAN 8 2.3. Thiết bị, ưu và nhược điểm của WLAN 11 2.4. Các chuẩn thông dụng của WLAN 14 2.5. WI-FI và ứng dụng của WI-FI 16 2.6. Một số ứng dụng của WLAN 17 2.7. Các băng tần hoạt động của WLAN 20 Chương III. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÙNG PHỦ SÓNG 3.1. Băng tần thiết kế mạng vô tuyến không dây 22 3.2. Vận tốc và bước sóng vô tuyến 22 3.3. Angten 23 3.3.1. Kĩ thuật angten 23 3.3.2. Các loại angten 24 3.3.3. Các kiểu đẳng hướng của anten 25 3.3.4. Độ tăng ích của angten(Độ lợi của angten) 25 3.3.5. Phân cực của angten 27 3.4. Nhiễu và tác động của nhiễu 27 3.5. Fading 29 3.6. Cường độ điện trường tại một điểm bất kì 31 3.7. Suy hao 33 3.7.1. Suy hao trong không gian tự do 33 3.7.2. Suy hao theo các mô hình truyền sóng 34 3.8. Tính toán công suât thu với công thức FRIIS 36 3.9. Tính toán công suất thu với vecto Poyting và khu vực ảnh hưởng của anten 37 1 3.10. Thang dB 37 3.11. Tính toán cụ thể mạng WLAN 39 3.11.1.Tính toán suy hao trong không gian tự do và theo địa hình 40 3.11.2.Tính toán công suất thu 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHỤ LỤC 47 LỜI MỞ ĐẦU 2 Xu thế phát triển và hội nhập đã và đang, sẽ là đòn bẩy mạnh mẽ đưa Việt Nam nói riêng và các nước trên thế giới nói chung không ngừng vươn xa và phải đáp ứng được những yêu cầu cập nhật và đổi mới liên tục . Khoa học - kỹ thuật là bài toán then chốt thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ trong công cuộc phát triển nền kinh tế, xã hội của Việt nam, đặc biệt là sau khi là thành viên chính thức của WTO. Trong đó, ngành điện tử viền thông là một ngành đóng vai trò rất quan trọng. với nhịp sống công nghiệp hiện đại trong thời kỳ mới, nhu cầu thông tin liên lạc trở nên cấp thiết khi mật độ dân số không ngừng gia tăng, sự đòi hỏi xử lý nhanh chóng trong công việc cũng như yêu cầu ngày càng cao của con người về sự cập nhật thông tin. Do đó các thiết bị không dây sẽ ngày càng chiếm ưu thế vì tính kinh tế và ưu điểm nổi trội. Việc nắm bắt được nguyên lý hoạt động, chất lượng mạng và các phương pháp cải thiện tối ưu sẽ rất là quan trọng trong việc triển khai và mở rộng phạm vi hoạt động của mạng . Ở các nước như Nhật và châu Âu cá ứng dụng không dây đã phát triển rất nhiều …ở nước ta đang trong giai đoạn chuyển giao công nghệ và thử nghiệm một số mô hình mạng loại này. Đặc biệt là Wireless LAN (mạng cục bộ vô tuyến không dây) đang được sử dụng nhiều trong các cơ quan, quán cafe … tuy nhiên phạm vi sử dụng còn nhỏ và ứng dụng chưa nhiều. Trước tình hình đó em quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là:’NGUYÊN LÝ MẠNG LAN KHÔNG DÂY. ĐI SÂU TÍNH TOÀN VÙNG PHỦ SÓNG CỦA CÁC TRẠM CHUYỂN TIẾP ” Khi thiết kế mạng WLAN cũng như tính vùng phủ sóng các vấn đề liên quan gồm : truyền sóng vô tuyến ( băng tần).angten, tính toán công suất thu,phát, suy hao đường truyền.Bài toán trong đề tài này dựa vào lý thuyết,tính toán chuẩn mà thế giới đang dùng để thiết kế mạng WLAN) Đồ án gồm 3 chương với nội dung như sau: Chương I:Tổng quan về mạng không dây nói chung Chương II: Mạng cục bộ không dây –WLAN Chương III:Phương pháp tính toán vùng phủ sóng WLAN Do nhiều nguyên nhân, mặc dù đã rất cố gắng song nội dung đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô, sự góp ý nhiệt tình của các bạn học.Xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô, bạn bè đã góp 3 phần xây dựng đồ án thành công. Đặc biệt, em xin cảm ơn sự hướng dẫn tận tình , trách nhiệm của Thầy giáo,TS.Phạm Văn Phước trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp. Sinh viên Vũ Đức Mạnh CHƯƠNG I 4 TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1.1. GIỚI THIỆU Ngày nay,trong bất kì lĩnh vực nào cũng đều tồn tại mạng máy tính,từ máy nối mạng cục bộ LAN đến mạng Internet trên phạm vi toàn cầu.Hệ thống mạng hữu tuyến và vô tuyến phát triển không ngừng.Ngày nay cơ sở hạ tầng phát triển,nên các hệ thống mạng không dây đã phát triển mạnh do tính linh hoạt,hỗ trợ các thiết bị di động,không bị ảnh hưởng do các điều kiện địa hình…nên ưu điểm của nó được ứng dụng rộng rãi và công nghệ phát triển đang từng bước hạn chế tối đa các nhược điểm ( dễ bị nhiễu, mất gói tin , tốc độ truyền…) Nên mạng không dây phát triển là tất yếu. 1.2. PHÂN LOẠI MẠNG KHÔNG DÂY Mạng không dây có thể được chia thành: • WPAN (Wireless Personal Area Network) • WLAN (Wireless Local Area Network) • WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) 1.2.1. WPAN WPAN ( Mạng cá nhân không dây).Thường gặp khi sử dụng các điện thoại thông minh PDA như kết nối với vi tính,sử dụng tai ghe nhạc không dây theo công nghệ Blutooth.Blutooth hiện nay rất phổ biến,xu hướng dùng thay thế cho các loại cáp ngoại vi cho một số thiết bị như điện thoại di động,máy quay,máy ảnh kỹ thuật số,bàn phím,chuột không dây… Tuy nhiên tốc độ của Blutooth chậm,từ 1-2 Mbit/s trong phạm vi khoảng 10m với công suất đầu ra khoảng 0.1W 1.2.2. WLAN Wireless LAN (mạng cục bộ không dây) sử dụng sóng điện từ (thường là sóng radio hay tia hồng ngoại) để liên lạc với các thiết bị trong phạm vi trung bình. So với Bluetooth, Wireless LAN có khả năng kết nối trong phạm vi rộng hơn với nhiều vùng phủ sóng khác nhau, do đó các thiết bị di động có thể tự do di chuyển giữa các vùng với nhau. Phạm vi hoạt động từ 100m đến 500m với tốc độ truyền dữ liệu trong khoảng 11Mbps-54Mbps. Lịch sử phát triển của các mạng WLAN được sơ lược qua 3 thế hệ: 5 • Thế hệ đầu: Hoạt động tại các băng tần 900-928 MHz (băng tần ISM), với tốc độ thấp hơn 860Kbps. Do hạn chế về băng tần (nhiều ứng dụng vô tuyến khác từng chạy trên băng tần này) nên các công nghệ ở giai đoạn này không phát triển mạnh. • Thế hệ thứ hai: Hoạt động tại băng tần 2,4-2,483 GHz, tốc độ đạt 2 Mbps, sử dụng kỹ thuật trải phổ và ghép kênh nhưng cũng bị hạn chế về băng tần. • Thế hệ thứ ba: Hoạt động tại các băng tần 2,4 GHz (sử dụng các phương pháp điều chế phức tạp hơn) đạt tốc độ 11 Mbps, 5 GHz và 17 GHz, tốc độ lên tới 54 Mbps. 1.2.3. WMAN Đây là công nghệ Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access- khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba.).Nó còn gọi là chuẩn IEEE 802.16 là công nghệ băng thông rộng,mạng lại khả năng kết nối Internet tốc độ cao Trong khi công nghệ quen thuộc Wi-Fi (802.11a, b và g) mang lại khả năng kết nối tới các khu vực nhỏ như trong văn phòng hay các điểm truy cập công cộng (hotspot) , công nghệ WiMax có khả năng phủ sóng rộng hơn, bao phủ cả một khu vực thành thị hay một khu vực nông thôn nhất định. Công nghệ này có thể cung cấp với tốc độ truyền dữ liệu đến 75 Mbps tại mỗi trạm phát sóng với tầm phủ sóng từ 2 đến 10 km. • Ưu điểm: + Dễ dàng mở rộng mạng. + Tránh được các giới hạn của việc dùng cáp và các thiết bị phần cứng khác. + Khả năng cơ động cao. Các thiết bị di động có thể di chuyển trong phạm vi rộng. • Nhược điểm: + Dễ bị ảnh hưởng bởi các tác động của môi trường. + Không an toàn, thông tin dễ bị thất lạc hoặc mất. Chất lượng mạng chưa được cao. + Chi phí cao trong việc thiết lập cơ sở hạ tầng. Mô hình ứng dụng WiMAX 6 Tiêu chuẩn IEEE 802.16 đề xuất 2 mô hình ứng dụng: - Mô hình ứng dụng cố định - Mô hình ứng dụng di động. Hình 1.1Mô hình ứng dụng cố định của WiMax Bộ phận vô tuyến gồm các trạm gốc WiMax BS ( Base Station – làm việc với các angten đặt trên tháp cao ) và các trạm phụ SS ( Substation). Các WiMax BS nối với mạng đo thị MAN hoặc PSTN Còn mô hình WiMax di động sử dụng các thiết bị di động phù hợp tiêu chuẩn IEEE 802.16e. Băng tần làm việc thấp hơn 6GHz ,nó phối hợp cùng WLAN, mạng di động 3G để tạo vùng phủ sóng rộng. 1.3. LƯU Ý KĨ THUẬT TRONG MẠNG KHÔNG DÂY Do trong mạng không dây các thiết bị truyền và nhận thông tin qua sóng điện từ, sóng radio hay tín hiệu hồng ngoại.Trong WLAN và WMAN thì sóng radio được sử dụng rộng rãi hơn.Tín hiệu truyền trong không gian một khu vực là vùng phủ sóng, do vậy thiết bị chỉ nhận được tín hiệu khi nằm trong vùng phủ sóng đó. 7 CHƯƠNG II MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY – WLAN 2.1. GIỚI THIỆU Mạng WLAN là viết tắt của Wireless Local Area Network, có nghĩa là mạng cục bộ không dây hay mạng LAN vô tuyến (Wireless LAN).WLAN được sử dụng trong các toàn nhà,trường học ,công ty…Nó sử dụng sóng vô tuyến,hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu Hiện nay, công nghệ không dây nói chung và công nghệ mạng LAN không dây (WLAN) nói riêng đang được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực và đang là điểm nóng trong lĩnh vực công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) toàn thế giới. Điều đó phần nào thể hiện tính hiệu quả và ưu việt của nó. Hiện nay,có nhiều chuẩn phục vụ cho WLAN như:Bluetooh (10m),HiperLan (100m)…và IEEE 802.11 là mạng phục vụ cho kết nối phạm vi rộng hơn và cho phép kết nối ở 2 dạng:kết nối trực tiếp,kết nối mạng cơ sở ( sử dụng điểm truy nhập-Access Point) 2.2. CẤU TRÚC CƠ BẢN WLAN Có 4 thành phần chính trong các loại mạng sử dụng chuẩn 802.11: Hệ thống phân phối (Distribution System) Hệ thống phân phối được sử dụng để điều phối thông tin đến các trạm đích. Hệ thống phân tán là thành phần logic của mạng 802 được sử dụng để đưa các khung thông tin tới điểm đích. Trong các sản phẩm thương mại, hệ thống phân tán được thực hiện bằng sự kết hợp giữa các cầu nối và môi trường hệ thống phân tán, hệ thống này là khung của mạng sử dụng giữa các điểm truy nhập. Chuẩn 802.11 không đặc tả chính xác kỹ thuật cho DS. Điểm truy cập (Access Point) Chức năng chính của AP là mở rộng mạng. Nó có khả năng chuyển đổi các frame dữ liệu trong 802.11 thành các frame thông dụng để có thể sử dụng trong các mạng khác. Các thiết bị được gọi là điểm truy nhập AP thực hiện chức năng kết nối giữa không dây và có dây. Tần liên lạc vô tuyến (Wireless Medium) Việc truyền tải các khung dữ liệu giữa các máy trạm được thực hiện thông qua 8 môi trường vô tuyến. Một số môi trường vô tuyến ở lớp vật lý được xác định cho phép kết hợp để phát triển và hỗ trợ lớp MAC. Hai lớp môi trường vật lý sử dụng sóng vô tuyến và lớp vật lý hồng ngoại được tiêu chuẩn hóa. Hiện nay lớp vật lý môi trường vô tuyến được sử dụng rộng rãi. Các máy trạm (Stations) Các máy trạm là các thiết bị vi tính có hỗ trợ kết nối vô tuyến như: máy tính xách tay, PDA, Palm, Desktop (có hỗ trợ kết nối vô tuyến) Hình 2.1.Cấu trúc cơ bản của WirelessLAN 2.3. MÔ HÌNH WLAN Mạng cục bộ không dây về cơ bản được phân làm ba loại sau 2.3.1. Loại mô hình cơ sở (Infrastructure Mode) Hình 2.2. Mô hình cơ sở mạng WLAN Với mô hình này, luôn phải có một AP và một số Client. Mỗi Client này phải có card giao tiếp vô tuyến (Adapter) để kết nối với AP. Trong chế độ cơ sở (Infrastructure mode or Infrastructure Network) lại có thể chia làm 2 loại là mô hình cơ sở và mô hình mở rộng : 9 - Mô hình cơ sở (Basic Service Set – BSS) : Đây chính là tập hợp các dịch vụ cơ bản. Một AP kết nối với một mạng có dây (Wired Network) và một số thiết bị khách (A set of stations). Vì BSS hoạt động ở chế độ cơ sở nên bắt buộc phải sử dụng AP và tất cả các quá trình trao đổi dữ liệu vô tuyến (Wireless traffic) đều thông qua AP. Và không có trao đổi trực tiếp giữa các Client. Tức là mỗi thiết bị vô tuyến (Wireless client) phải sử dụng AP để giao tiếp với các máy tính trong mạng có dây (Wired host). - Mô hình mở rộng (Extended Service Set – ESS) Mô hình mở rộng (ESS) là tập hợp các dịch vụ mở rộng trong đó có sự liên kết của 2 hay nhiều mô hình cơ sở bởi một hệ thống phân tán (Distribution system). Hệ thống phân tán này có thể là hữu tuyến như LAN hay WAN, hoặc là vô tuyến. Một mô hình mở rộng cần có ít nhất 2 AP cùng hoạt động ở chế độ cơ sở. Mỗi một mô hình mở rộng bao gồm nhiều cell (BSS), nên có hiện tượng bao phủ giữa các 10 [...]... Card mạng không dây sử dụng khe cắm PCI 2.4.2 Các đi m truy cập (Access Point-AP) Các đi m truy cập không dây AP (Acsses Point) tạo ra các vùng phủ sóng, nối các nút di động tới các cơ sở hạ tầng LAN có dây Vì các đi m truy cập cho phép mở rộng vùng phủ sóng nên các mạng không dây WLAN có thể triển khai trong cả một toà nhà hay một khu trường đại học, tạo ra một vùng truy cập không dây rộng lớn Các đi m... với các Client khác, ngoài ra mỗi một Client đều hoạt động trong phạm vi WLAN bao 11 phủ Tính hỗn hợp của mô hình này thể hiện ở chỗ các Client kết nối để truy cập mạng thông qua WLAN, đồng thời được kết nối với mạng hữu tuyến Hình 2.4 Mô hình mạng hỗn hợp 2.4 THIẾT BỊ VÀ ƯU,NHƯỢC ĐI M CỦA WLAN 2.4.1 Card mạng không dây (Wireless NIC) Card mạng không dây giao tiếp máy tính với mạng không dây bằng cách... địa chỉ đích trong phần Header của khung phát bản tin hay không Nếu địa chỉ đó trùng với địa chỉ của trạm, thì trạm đó sẽ nhận và xử lý khung dữ liệu được, ngược lại trạm sẽ thải hồi khung dữ liệu này Các card mạng không dây không khác nhiều so với các card mạng được sử dụng trong mạng LAN có dây Card mạng không dây trao đổi thông tin với hệ đi u hành mạng thông qua một bộ đi u khiển chuyên dụng Như vậy,... qui định của FFC, tuy nhiên với các chuẩn của IEEE thì công suất chỉ đạt 800mW CHƯƠNG III 23 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÙNG PHỦ SÓNG 3.1 BĂNG TẦN THIẾT KẾ MẠNG VÔ TUYẾN KHÔNG DÂY Sóng vô tuyến đi n bản chất là sóng đi n từ .Sóng đi n từ bao gồm tia X, ánh sáng tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại Sóng cô tuyến là tập hợp nhiều loại sóng khác nhau Định nghĩa sóng vô tuyến theo quy ước là sóng đi n từ... router” là một thiết bị mà nó 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 đi m liên kết giữa hai hay nhiều mạng độc lập, hoặc giữa một mạng bên trong và một mạng bên ngoài 2.4.5 Ưu,nhược đi m của WLAN – Ưu đi m: 1 Khả năng di động và sự tự... sẽ không sắc nét Đường bao fading này có dạng phân bố Rician Dạng fading này xảy ra phần lớn ở môi trường vùng nông thôn, microcellular hay picrocellular 3.6 CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG TẠI ĐI M BẤT KÌ Trên mỗi máy thu vô tuyến đi n phải có bộ phận thu sóng, tức là có sự tồn tại của sóng vô tuyến đi n Cường độ đi n trường chỉ ra độ khỏe của sóng vô tuyến đi n tại đi m đang xét Khi coi các đặc đi m kĩ thuật của. .. trung được đi u khiển bởi một đi m truy cập có nhiều thuận lợi Hình 2.6 Access Point 13 2.4.3 Bridge không dây( WBridge) Các WBridge (Bridge không dây) tương tự như các đi m truy cập không dây trừ trường hợp chúng được sử dụng cho các kênh bên ngoài Phụ thuộc vào khoảng cách và vùng mà cần dùng tới anten ngoài WBridge được thiết kế để nối các mạng với nhau, đặc biệt trong các toà nhà có khoảng cách xa... sử dụng WLAN để mở rộng mạng hữu tuyến thông thường với tốc độ cao và tiện lợi trong truy nhập mạng 19  Từ các Client là laptop hoặc các máy tính văn phòng thông qua mạng WLAN có thể truy cập Internet dễ dàng :  Các chi nhánh văn phòng (cơ quan) sử dụng WLAN với qui mô nhỏ :  Với qui mô lớn hơn, mạng WLAN được sử dụng để liên kết giữa văn phòng chi nhánh với cơ quan đi u hành : 20  Mạng WLAN được... ứng dụng nào cũng có thể sử dụng mạng không dây để truyền dữ liệu Tuy nhiên, khác với các card mạng có dây, các card mạng không dây là không cần bất kỳ dây nối nào Card mạng có dây có thể sử dụng khe cắm ISA (hiện nay hầu như không còn sử dụng), khe cắm PCI (sử dụng phổ biến), hoặc cổng USB trên máy tính để bàn hoặc sử dụng khe cắm PCMCIA trên các laptop Card mạng không dây thường có một anten ngoài... thích hợp và các tài nguyên của bộ nhớ Các bộ đệm được dùng chủ yếu để lưu các gói dữ liệu ở đi m truy cập khi một nút di động cố gắng di chuyển khỏi vùng phủ sóng hoặc khi một nút di động hoạt động ở chế độ công suất thấp Các đi m truy cập trao đổi với nhau qua mạng hữu tuyến để quản lý các nút di động Một đi m truy cập không cần đi u khiển truy cập từ nhiều nút di động (có nghĩa là có thể hoạt động với . nghiệp là:’NGUYÊN LÝ MẠNG LAN KHÔNG DÂY. ĐI SÂU TÍNH TOÀN VÙNG PHỦ SÓNG CỦA CÁC TRẠM CHUYỂN TIẾP ” Khi thiết kế mạng WLAN cũng như tính vùng phủ sóng các vấn đề liên quan gồm : truyền sóng vô. hỗn hợp 2.4. THIẾT BỊ VÀ ƯU,NHƯỢC ĐI M CỦA WLAN 2.4.1. Card mạng không dây (Wireless NIC) Card mạng không dây giao tiếp máy tính với mạng không dây bằng cách đi u chế tín hiệu dữ liệu với chuỗi. không dây sử dụng khe cắm PCI 2.4.2. Các đi m truy cập (Access Point-AP) Các đi m truy cập không dây AP (Acsses Point) tạo ra các vùng phủ sóng, nối các nút di động tới các cơ sở hạ tầng LAN có dây.