đề tài “công nghệ wifi và ứng dụng”

Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu SVTH : Nguyễn Vũ Đức Lớp KTVT-50 LỜI MỞ ĐẦU Mạng máy tính từ lâu đã trở thành một thành phần không thể thiếu đối với nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, từ các hệ thống mạng cục bộ dùng để chia sẻ tài nguyên cá nhân cho đến hệ thống mạng toàn cầu như Internet. Các hệ thống mạng hữu tuyến và vô tuyến đang ngày càng phát triển và phát huy vai trò của mình. Tuy nhiên, để có thể kết nối Internet người sử dụng phải truy nhập Internet từ một vị trí cố định thông qua một máy tính kết nối vào mạng. Điều này đôi khi gây ra rất nhiều khó khăn cho những người sử dụng khi đang di chuyển hoặc đến một nơi không có điều kiện kết nối vào mạng. Mạng không dây là một trong những bước tiến lớn nhất của ngành công nghệ thông tin và truyền thông, mạng không dây tạo nên một cuộc cách mạng trong việc truy cập và truyền thông tin giữa các thiết bị đầu cuối. Mạng không dây làm thay đổi hoàn toàn cuộc sống của con người, thói quen và kỹ năng của con người trong sinh hoạt, học tập và công việc được cải thiện với năng suất và hiệu quả cao nhất. Ngày nay mạng không dây đang trở nên phổ biến trong các tổ chức, doanh nghiệp và cá nhân. Chính vì sự tiện lợi của mạng không dây nên nó dần thay thế cho các hệ thống mạng có dây truyền thống hiện tại. Sự ra đời của nó khắc phục những hạn chế mà mạng nối dây không thể giải quyết được, và là giải pháp cho xu thế phát triển của công nghệ truyền thông hiện đại. Mạng không dây mang lại lợi ích rất to lớn cho công nghệ thông tin và truyền thông trong tất cả các lĩnh vực. Với ưu điểm tiện lợi, linh hoạt và đơn giản trong quá trình triển khai và sử dụng, mạng không dây đang đáp ứng hầu hết các nhu cầu trong cuộc sống hiện đại. Công nghệ Wifi hay chuẩn IEEE 802.11 là một trong những công nghệ không dây được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay. Sự phát triển và cải tiến không ngừng của công nghệ Wifi nhằm giải quyết những hạn chế đang tồn tại như tốc độ, phạm vi phủ sóng, an toàn thông tin, tất cả vì mục đích Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu SVTH : Nguyễn Vũ Đức Lớp KTVT-50 nâng cao chất lượng dịch vụ cho người sử dụng. Với mong muốn tìm hiểu những vấn đề quan tâm ở trên, em lựa chọn đề tài “Công nghệ Wifi và ứng dụng”, đề tài giúp em hiểu rõ hơn về những kiến thức chuyên ngành đã được học và ứng dụng của nó trong thực tế cuộc sống. Mục đích của đề tài: Mục đích của đề tài là tìm hiểu công nghệ Wifi, một công nghệ không dây phổ biến nhất hiện nay. Nội dung chính của đề tài là trình bày quá trình hoạt động và ứng dụng trong thực tế, từ đó đánh giá sự phát triển trong tương lai của công nghệ Wifi. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các vấn đề liên quan đến mạng không dây nói chung và công nghệ Wifi nói riêng. Các khía cạnh của công nghệ Wifi được nghiên cứu là lịch sử ra đời và phát triển, mô hình kiến trúc triển khai, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm, ứng dụng và bảo mật. Trong đó nổi bật là nguyên lý hoạt động và ứng dụng trong cuộc sống của công nghệ Wifi. Phạm vi nghiên cứu ở đây là các công nghệ mạng không dây, các chuẩn, các hình thức và thiết bị ứng dụng, các kỹ thuật xử lý và truyền dẫn tín hiệu vô tuyến của công nghệ Wifi. Đồ án tốt nghiệp Mục lục SVTH : Nguyễn Vũ Đức Lớp KTVT-50 MỤC LỤC Trang TỜ BÌA NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY 1 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ mạng không dây: 1 1.1.1 Lịch sử phát triển công nghệ mạng không dây: 1 1.1.2 Giới thiệu công nghệ mạng không dây: 2 1.2 Phân loại và đặc điểm mạng không dây: 2 1.2.1 Phân loại mạng không dây: 2 1.2.2 Đặc điểm của mạng không dây: 5 1.2.3 Mô hình của mạng không dây cục bộ WLAN: 7 1.3 Những công nghệ và giao thức sử dụng trong mạng không dây: 10 1.3.1 Những công nghệ sử dụng trong mạng không dây: 10 1.3.2 Những giao thức sử dụng trong mạng không dây: 20 1.4 Ƣu điểm và nhƣợc điểm của mạng không dây: 23 1.4.1 Ưu điểm của mạng không dây: 23 1.4.2 Nhược điểm của mạng không dây: 24 1.4.3 So sánh mạng không dây và mạng có dây: 25 Đồ án tốt nghiệp Mục lục SVTH : Nguyễn Vũ Đức Lớp KTVT-50 1.5 Một số ứng dụng của mạng không dây: 26 1.5.1 Vai trò truy cập: 26 1.5.2 Mở rộng mạng: 26 1.5.3 Kết nối các tòa nhà: 26 1.5.4 Khả năng di động: 27 1.5.5 Hội thoại và truyền dữ liệu: 28 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WIFI 29 2.1 Khái niệm, sự ra đời và phát triển của Wifi: 29 2.1.1 Khái niệm công nghệ Wifi: 29 2.1.2 Sự ra đời và phát triển công nghệ Wifi: 31 2.2 Các tiêu chuẩn của Wifi: 33 2.2.1 Các tiêu chuẩn phổ biến của Wifi: 33 2.2.2 Một số tiêu chuẩn mở rộng và đang phát triển của Wifi: 38 2.3 Ƣu điểm và nhƣợc điểm của Wifi: 39 2.3.1 Ưu điểm của công nghệ Wifi: 39 2.3.2 Nhược điểm của công nghệ Wifi: 40 2.3.3. So sánh Wifi và các công nghệ không dây khác: 40 2.4 Các thiết bị cơ bản của mạng WLAN: 41 2.4.1 Điểm truy cập không dây Wireless AP: 41 2.4.2 Bộ định tuyến không dây WR: 42 2.4.3 Thiết bị Wireless Router Modem: 43 2.4.4 Cầu nối không dây WB: 44 2.4.5 Bộ chuyển đổi không dây và Card mạng không dây: 44 Đồ án tốt nghiệp Mục lục SVTH : Nguyễn Vũ Đức Lớp KTVT-50 CHƢƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA WIFI 47 3.1 Kiến trúc của công nghệ Wifi: 47 3.1.1 Các thành phần kiến trúc: 47 3.1.2 Kiến trúc các lớp trong mô hình OSI của chuẩn IEEE 802.11: 51 3.2 Kỹ thuật cơ bản trong Wifi: 56 3.2.1 Kỹ thuật trải phổ: 56 3.2.2 Kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM: 61 3.2.3 Kỹ thuật đa truy nhập cảm ứng sóng mang chống va chạm CSMA/CA: 64 3.3 Cách thức hoạt động của Wifi: 68 3.3.1 Hoạt động của mạng wifi: 68 3.3.2 Tùy chọn kết nối một trạm với một ô hiện hữu: 73 3.3.3 Chuyển vùng: 76 3.3.4 Giữ đồng bộ: 76 3.3.5 Tiết kiệm năng lượng: 77 3.3.6 Phân đoạn và tập hợp: 78 3.3.7 Giải thuật quay lùi theo luật số mũ: 79 3.3.8 Các kiểu khung 80 3.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật của mạng WLAN: 85 3.4.1 Phạm vi phủ sóng: 85 3.4.2 Lưu lượng: 85 3.4.3 Sự toàn vẹn và độ tin cậy: 85 3.4.4 Khả năng kết nối với cơ sở hạ tầng mạng nối dây: 86 3.4.5 Khả năng kết nối với cơ sở hạ tầng mạng không dây: 86 Đồ án tốt nghiệp Mục lục SVTH : Nguyễn Vũ Đức Lớp KTVT-50 3.4.6 Nhiễu : 86 3.4.7 Tính đơn giản và dễ dàng trong sử dụng: 87 3.4.8 Bảo mật: 87 3.4.9 Chi phí: 88 3.4.10 Tính linh hoạt: 88 3.4.11 Tuổi thọ nguồn pin cho các sản phẩm di động: 88 3.4.12 An toàn: 88 3.5 Bảo mật trong Wifi: 89 3.5.1 Cơ sở bảo mật mạng Wifi: 89 3.5.2 Cơ chế bảo mật WEP: 93 3.5.3 Cơ chế bảo mật WPA: 96 3.5.4 Cơ chế bảo mật WPA2: 97 3.5.5 Tổng quan về chuẩn bảo mật IEEE 802.11i: 98 CHƢƠNG 4. ỨNG DỤNG VÀ SỰ PHÁT TRIỀN TRONG TƢƠNG LAI CỦA WIFI 100 4.1 Ứng dụng của công nghệ Wifi: 100 4.1.1 Truy cập mạng công cộng: 100 4.1.2 Kết nối và truyền tải dữ liệu: 101 4.1.3 Thiết lập mạng giải trí gia đình: 103 4.1.4 Tự động hóa ngôi nhà: 104 4.1.5 Giải pháp văn phòng di động: 105 4.1.6 Giải pháp Wifi chuyên dụng: 106 4.2 Công nghệ Wifi tại Việt Nam: 108 4.2.1 Sự phát triển của công nghệ Wifi tại Việt Nam: 108 Đồ án tốt nghiệp Mục lục SVTH : Nguyễn Vũ Đức Lớp KTVT-50 4.2.2 Một số dự án Wifi tại Việt Nam: 110 4.3 Một số thiết bị sử dụng công nghệ Wifi: 115 4.3.1 Máy tính xách tay và máy tính bảng: 115 4.3.2 Điện thoại di động: 117 4.3.3 Các thiết bị dân dụng: 119 4.4 Sự phát triển trong tƣơng lai của công nghệ Wifi: 120 4.4.1 Cơ hội của công nghệ Wifi: 120 4.4.2 Thách thức của công nghệ Wifi: 122 4.4.3 Sự phát triển trong tương lai của công nghệ Wifi: 123 KẾT LUẬN LỜI CẢM ƠN TÀI LIỆU THAM KHẢO Đồ án tốt nghiệp Danh mục viết tắt SVTH : Nguyễn Vũ Đức Lớp KTVT-50 DANH MỤC VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động nâng cao năm 1977 AP Access Point Điểm truy cập ASM Automatic Storage Management Quản lý lưu trữ tự động ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ BAP Battery Assisted Passive Pin hỗ trợ thụ động BSS Basic Service Sets Tập dịch vụ cơ bản Mô hình mạng cơ sở BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân CCMP Counter Cipher Mode Protocol Giao thức mã hóa dữ liệu CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã DES Data Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu DLNA Digital Living Network Alliance Công nghệ giao tiếp không dây gia đình DS Distribution System Hệ thống phân phối DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp ESS Extended Service Sets Tập dịch vụ mở rộng Mô hình mạng mở rộng ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu FCC Federal Communications Ủy ban truyền thông Đồ án tốt nghiệp Danh mục viết tắt SVTH : Nguyễn Vũ Đức Lớp KTVT-50 Commission Liên bang Hoa Kỳ FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần số FSO Free Space Optics Truyền thông quang vô tuyến FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin FTS File Transfer Service Dịch vụ truyền tập tin GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu HDMI High Definition Multimedia Interface Giao tiếp đa phương tiện tin cậy cao HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản IBSS Independent Basic Service Sets Tập dịch vụ cơ bản độc lập Mô hình mạng độc lập IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers Viện Kỹ sư Điện và Điện tử IMTS Improved Mobile Telephone Service Dịch vụ điện thoại di động cải tiến năm 1964 IP Internet Protocol Giao thức Internet ISM Industrial, Scientific, Medical Băng tần dành cho công nghiệp, khoa học và y học ISO International Socialist Organization Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet LAN Local Area Network Mạng cục bộ MIMO Multi Input Multi Output Đa đầu vào - đa đầu ra MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường Đồ án tốt nghiệp Danh mục viết tắt SVTH : Nguyễn Vũ Đức Lớp KTVT-50 NFC Near Field Communication Công nghệ giao tiếp khoảng cách gần NIC Network Interface Card Card giao diện mạng NOS Network Operation System Hệ thống điều hành mạng OBEX OBject EXchange Giao thức trao đổi dũ liệu dùng hồng ngoại OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số trực giao PC Persional Computer Máy tính cá nhân PDA Personal Digital Assistant Thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân PMD Physical Media Dependent Phân lớp phụ thuộc môi trường vật lý PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RFID Radio Frequency Identification Công nghệ Nhận dang tận số vô tuyến SSID Service Set Identifier Bộ nhận dạng dịch vụ TKIP Temporal Key Integrity Protocol Giao thức toàn vẹn khóa thời gian UHF Ultra High Frequency Dải tần số cực cao UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu USB Universal Serial Bus Chuẩn gia UWB Ultra Wide Band Công nghệ siêu băng rộng VHF Very High Frequency Dải tần số rất cao VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo [...]... Hình 1.5 Phiên bản mới nhất Bluetooth 4.0 11 Hình 1.6 Thiết bị ứng dụng công nghệ Bluetooth .12 Hình 1.7 Ứng dụng của RFID 13 Hình 1.8 Ứng dụng của công nghệ NFC 15 Hình 1.9 Mô hình công nghệ WiMAX .17 Hình 2.1 Biểu tượng công nghệ Wifi 29 Hình 2.2 Tốc độ và khoảng cách truyền dữ liệu của Wifi 38 Hình 2.3 Access Point chuẩn N 41 Hình 2.4 Wireless... dụng như hội nghị truyền hình, giám sát video và mạng riêng ảo bảo mật Hình 1.9 Mô hình công nghệ WiMAX SVTH : Nguyễn Vũ Đức Lớp KTVT-50 18 Đồ án tốt nghiệp Chương 1  Một số công nghệ không dây khác: - Công nghệ Wifi: mạng sử dụng công nghệ WiFi là WLAN bao phủ một vùng rộng hơn WPAN, giới hạn đặc trưng trong các văn phòng, nhà hàng, gia đình,… Công nghệ WiFi dựa trên chuẩn IEEE 802.11 cho phép các... Protocol), có nhiệm vụ đáp ứng các yêu cầu và trả lời về phương tiện truyền thông từ người sử dụng tới máy chủ ứng dụng và ngược lại  Lớp phiên: giao thức phiên vô tuyến WSP (Wireless Session Protocol), hỗ trợ lớp ứng dụng của WAP mô tả trong phiên với một giao tiếp của 2 dịch vụ phiên: kết nối có hướng đảm bảo độ tin cậy và phi kết nối không đảm bảo độ tin cậy  Lớp ứng dụng: Môi trường ứng dụng vô tuyến... giải pháp Wifi trường học 106 Hình 4.7 Mô hình công nghệ Hybrid Wicell 108 Hình 4.8 Máy tính xách tay Osborne 1 115 Hình 4.9 Máy tính xách tay và máy tính bảng 116 Hình 4.10 Sự phát triển của điện thoại di động 118 Hình 4.11 Smartphone của Samsung, HTC và Apple .118 Hình 4.12 Máy in Canon tích hợp Wifi 119 Hình 4.13 Máy ảnh và máy quay tích hợp Wifi ... Standardization/International Electrotechnical Commission) vào cuối năm 2003 Công nghệ NFC ra đời từ sự kết hợp công nghệ nhận dạng không tiếp xúc và những công nghệ kết nối truy cập mới - NFC hoạt động ở dải băng tần 13,56MHz nên không ảnh hưởng đến các công nghệ kết nối không dây khác Khi mạng NFC được kích hoạt, người dùng vẫn có thể sử dụng các công nghệ kết nối khác như Bluetooth, Wi-Fi nếu muốn kết... công nghệ và giao thức sử dụng trong mạng không dây: 1.3.1 Những công nghệ sử dụng trong mạng không dây:  Công nghệ Bluetooth: - Bluetooth là chuẩn 802.15.1 mạng WPAN, chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho các kết nối thiết bị cá nhân hay mạng cục bộ nhỏ, trong phạm vi băng tần chung ISM (Industrial, Scientific, Medical) 2.4 - 2.485 GHz Năm 1994, hãng Ericsson đề xuất việc nghiên cứu và phát... động BAP (Battery Assisted Passive) - Khoảng cách đọc phụ thuộc vào một số thông số và điều kiện cụ thể, tùy thuộc vào thẻ là Active hay Passive Tag Phần lớn thẻ RFID Passive có khoảng cách đọc < 1m, tùy thuộc vào dải tần số của đầu đọc Hệ thống RFID sử dụng dải tần UHF sẽ có khoảng cách đọc lớn hơn, có thể lên tới 100m phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể Thẻ RFID có thể đọc trong khoảng thời gian < 10ms... mục hình vẽ Hình 3.27 Chứng thực hệ thống mở .92 Hình 3.28 Chứng thực khóa chia sẻ 93 Hình 3.29 Quy trình mã hóa WEP sử dụng RC4 94 Hình 3.30 Thành phần của IEEE 802.11i 98 Hình 4.1 Ứng dụng truy cập mạng công cộng 101 Hình 4.2 Mô hình kết nối Wifi trong gia đình 102 Hình 4.3 Mô hình kết nối của WiFi Direct .103 Hình 4.4 Ứng dụng giải trí gia đình... (Transfer) và xác nhận từ phía nhận dữ liệu (Acknowledgment) Trong trường hợp muốn SVTH : Nguyễn Vũ Đức Lớp KTVT-50 15 Đồ án tốt nghiệp Chương 1 tăng cường tính bảo mật trong lúc giao dịch, công nghệ NFC có thêm 2 chuẩn mã hóa: chuẩn mã hóa tiên tiến AES (Advanced Encryption Standard) và chuẩn mã hóa dữ liệu Triple DES (Data Encryption Standard) Hình 1.88 Ứng dụng của công nghệ NFC  Công nghệ WiMAX... phân bổ tài nguyên vô tuyến và lưu lượng theo lịch trình, QoS có thể kiểm soát hướng tải lên Ngoài ra, WiMAX 2 còn có độ trễ khá thấp, điều này sẽ giúp các dịch vụ VoIP trở nên thông suốt hơn - Công nghệ WiMAX là giải pháp cho nhiều loại ứng dụng băng rộng tốc độ cao cùng thời điểm với khoảng cách xa và cho phép các nhà khai thác dịch vụ hội tụ tất cả trên mạng IP để cung cấp dữ liệu, thoại và video . muốn tìm hiểu những vấn đề quan tâm ở trên, em lựa chọn đề tài “Công nghệ Wifi và ứng dụng”, đề tài giúp em hiểu rõ hơn về những kiến thức chuyên ngành đã được học và ứng dụng của nó trong thực. Mục đích của đề tài: Mục đích của đề tài là tìm hiểu công nghệ Wifi, một công nghệ không dây phổ biến nhất hiện nay. Nội dung chính của đề tài là trình bày quá trình hoạt động và ứng dụng trong. nghệ Wifi. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các vấn đề liên quan đến mạng không dây nói chung và công nghệ Wifi nói riêng. Các khía cạnh của công nghệ Wifi