đề tài “công nghệ wifi và ứng dụng”

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

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

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

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

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

CHƯƠNG 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 Ưu điểm và nhược 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

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

CHƯƠNG 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 Ưu điểm và nhược 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

CHƯƠNG 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

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

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG VÀ SỰ PHÁT TRIỀN TRONG TƯƠNG 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

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 tương 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

DANH MỤC VIẾT TẮT

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

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

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

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

Commission Liên bang Hoa Kỳ FHSS Frequency Hopping Spread

Spectrum

Trải phổ nhảy tần

FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần số

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

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

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

MIMO Multi Input Multi Output Đa đầu vào - đa đầu ra

MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi

trường

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

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

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương

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

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

VLAN Virtual Local Area Network Mạng cục bộ ảo

WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không dây

WEP Wired Equivalent Privacy Bảo mật tương đương mạng đi

dây WLAN Wireless Local Area Network Mạng vô tuyến cục bộ

WMAN Wireless Metropolitan Area

Network

Mạng vô tuyến đô thị

WPA Wi-Fi Protected Access Bảo vệ truy cập Wi-Fi

WPAN Wireless Personal Area Network Mạng vô tuyến cá nhân

WRAN Wireless Regional Area Network Mạng vô tuyến khu vực

WWAN Wireless Wide Area Network Mạng vô tuyến diện rộng

cầu

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Phân loại mạng không dây 3

Hình 1.2 Mô hình mạng Ad-hoc 7

Hình 1.3 Mô hình mạng Infrastructure 8

Hình 1.4 Mô hình mạng mở rộng 9

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 Router Linksys chuẩn N 42

Hình 2.5 Wireless Router Modem Linksys chuẩn N 43

Hình 2.6 Wireless Bridge Linksys 44

Hình 2.7 PC Card của Asus và Planet 45

Hình 2.8 Adapter Card TP-Link 45

Hình 2.9 Wireless USB Card TP-Link 46

Hình 3.1 Các thành phần kiến trúc của Wifi 47

Hình 3.2 Mô hình DS và ESS 49

Hình 3.4 Lớp vật lý của 802.11 53

Hình 3.5 Mô hình phân lớp MAC 54

Hình 3.6 Lớp MAC của 802.11 56

Hình 3.7 Sơ đồ khối hệ thống trải phổ nhảy tần 58

Hình 3.8 Ví dụ về trải phổ nhảy tần 59

Hình 3.9 Sơ đồ khối hệ thông trải phổ chuỗi trực tiếp 60

Hình 3.10 Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp 61

Hình 3.11 So sáng kỹ thuật sóng mang không chồng phổ (a) và sóng mang chồng phổ (b) 63

Hình 3.12 Sơ đồ khối hệ thống OFDM 64

Hình 3.13 Cơ chế hoạt động của CSMA/CA 66

Hình 3.14 Quá trình trao đổi đầy đủ của cảm ứng sóng mang ảo 67

Hình 3.15 Sơ đồ phân bố kênh trong dải tần số 2.4GHz 69

Hình 3.16 Sơ đồ phân bố kênh trong dải tần số 5GHz 70

Hình 3.17 Chế độ quét thụ động 74

Hình 3.18 Chế độ quét chủ động 74

Hình 3.19 Phân đoạn khung 79

Hình 3.20 Khuôn dạng khung chuẩn IEEE 802.11 80

Hình 3.21 Khuôn dạng khung MAC 81

Hình 3.22 Trường điều khiển khung của lớp MAC 81

Hình 3.23 Khung định dạng RTS 83

Hình 3.24 Khuôn định dạng CTS 84

Hình 3.25 Khuôn dạng khung ACK 84

Hình 3.26 Các mức độ bảo vệ mạng 90

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 104

Hình 4.5 Giải pháp văn phòng di động 105

Hình 4.6 Mô hình 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 120

Hình 4.14 Camera quan sát không dây 120

Hình 4.15 Băng thông 160MHz trong tần số 5GHz 125

Hình 4.16 So sánh cách phát dữ liệu giữa Wifi hiện nay và 802.11ac 126

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 So sánh mạng không dây và mạng có dây 25

Bảng 2.1 Các lựa chọn của chuẩn 802.11b 35

Bảng 2.2 Các tiêu chuẩn phổ biến của IEEE 802.11 38

Bảng 2.3 So sánh Wifi và các công nghệ không dây khác 40

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

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 đã sáng lập ra mạng không dây

 Năm 1894, Marconi bắt đầu các cuộc thử nghiệm và năm 1895 ông thành công khi gửi các tín hiệu vô tuyến qua khoảng cách 2,5km Năm 1899 ông thiết lập được hệ thống truyền thông vô tuyến qua biển Măngsơ (Manche) nối Anh và Pháp Thành tựu “chuyển tin bằng tín hiệu” này đánh dấu một tiến bộ lớn và là dấu hiệu cho sự ra đời một hệ thống các giá trị mang tính thực tiễn cao

 Năm 1901 ông đã lập được một kỳ tích là phát tín hiệu mã Mooxơ (morse) qua Đại Tây Dương từ Anh qua Canada để chứng minh rằng sóng vô tuyến không

bị ảnh hưởng bởi bề cong trái đất mở ra triển vọng thiết lập hệ thống vô tuyến điện toàn cầu Công nghệ không dây mà Marconi phát triển là một sự pha tạp giữa điện báo có dây truyền thống và sóng Hertz

 Trong chiến tranh thế giới I, lần đầu tiên nó được sử dụng ở cuộc chiến Boer năm 1899, và năm 1912, một thiết bị vô tuyến đã được sử dụng trong con tàu Titanic

 Trước thập niên 1920, điện báo vô tuyến đã trở thành một phương tiện truyền thông hữu hiệu bởi nó cho phép gửi các tin nhắn cá nhân băng qua các lục địa Cùng với sự ra đời của radio (máy phát thanh), công nghệ không dây đã có thể tồn tại một cách thương mại hóa Năm 1927, dịch vụ điện thoại vô tuyến được thương mại hóa và hoạt động giữa 2 nước Britain và US (United States)

 Vào đầu thập niên 1970, IMTS (Improved Mobile Telephone System) phát triển thu phát dữ liệu đồng thời, tăng số lượng kênh truyền và công suất lớn hơn

 Năm 1977, AMPS (Advanced Mobile Phone System) được phát minh bởi Bell Labs, hoạt động đầu tiên ở US với những vùng địa lý được phân chia thành những tế bào

 Thập niên 1980, công nghệ vô tuyến là những tín hiệu tương tự Thập niên

1990, chuyển sang tín hiệu số ngày càng có chất lượng tốt hơn, nhanh chóng

và hiệu quả cao hơn

1.1.2 Giới thiệu công nghệ mạng không dây:

 Mạng không dây (Wireless Network) là mạng sử dụng công nghệ cho phép hai hay nhiều thiết bị kết nối với nhau bằng cách sử dụng một giao thức chuẩn mà không cần những kết nối bằng dây mạng Mạng không dây (mạng vô tuyến )

là một mạng dữ liệu linh hoạt được thực hiện như một sự mở rộng hoặc một sự lựa chọn mới cho mạng máy tính có dây (mạng hữu tuyến)

 Mạng máy tính không dây sử dụng các sóng điện từ không gian (sóng vô tuyến hoặc sóng ánh sáng) thu, phát dữ liệu qua không khí, giảm thiểu nhu cầu

về kết nối bằng dây Vì vậy, các mạng máy tính không dây kết hợp liên kết dữ liệu với tính di động của người sử dụng

 Mạng không dây thực sự đang thay thế cho mạng máy tính có dây, cung cấp khả năng xử lý linh động hơn và tự do hơn cho tất cả các lĩnh vực trong cuộc sống Người dùng có thể truy cập thông tin từ mạng, chia sẻ và trao đổi dữ liệu với nhau từ bất cứ địa điểm nào trong vùng phủ sóng của mạng mà không bị ràng buộc bởi các kết nối vật lý

1.2 Phân loại và đặc điểm mạng không dây:

1.2.1 Phân loại mạng không dây:

Đối với hệ thống mạng không dây, chúng ta cũng có sự phân loại theo quy

mô và phạm vi triển khai tương tự như 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) Ngoài ra, mạng không dây còn được

phân loại theo phương thức truyền thông tin, bao gồm truyền thông tin bằng sóng

vô tuyến và bằng tín hiệu hồng ngoại

WWAN

< 15km GSM, CDMA, 3G UMTS

WRAN

< 100km 802.22

WMAN

< 5km WiMAX

WLAN

< 150m Wifi, HiperLAN

WPAN

<10m Bluetooth, RFID, Zigbee

Hình 1.1 Phân loại mạng không dây

 WPAN (Wireless Personal Area Network): mạng vô tuyến cá nhân, nhóm này

bao gồm các công nghệ vô tuyến được ứng dụng trong phạm vi gia đình hoặc trong không gian xung quanh của một cá nhân WPAN có tốc độ truyền có thể đạt 480Mbps trong phạm vi 10m, băng thông tối đa 1Mbps được chia sẻ cho tất cả kết nối trên cùng 1 thiết bị và hỗ trợ tối đa 8 kết nối đồng thời với các thiết bị khác Công nghệ này phục vụ mục đích nối kết các thiết bị ngoại

vi như máy in, bàn phím, chuột, khóa USB (Universal Serial Bus), đồng hồ, với điện thoại di động, máy tính Các công nghệ trong nhóm này bao gồm: Bluetooth, RFID (Radio Frequency Identification), Wibree, ZigBee, UWB (Ultra Wide Band), Wireless USB, EnOcean, Đa phần các công nghệ này được chuẩn hóa bởi Viện Kỹ sư Điện và Điện tử IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), cụ thể là nhóm làm việc 802.15

 WLAN (Wireless Local Area Network): mạng vô tuyến cục bộ, có khả năng

kết nối 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 WLAN là một phần của giải pháp văn phòng di động, cho phép người sử dụng kết nối mạng cục

bộ tại các khu vực công cộng như văn phòng, khách sạn, sân bay, trường học, bênh viện Phạm vi hoạt động từ 100m đến 500m với tốc độ truyền dữ liệu trong khoảng 11Mbps - 54Mbps Công nghệ nổi bật nhất trong nhóm này là Wifi với tiêu chuẩn IEEE 802.11 Bên cạnh WiFi thì còn một chuẩn khác là HiperLAN và HiperLAN2, đối thủ cạnh tranh của Wifi được chuẩn hóa bởi Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu ETSI (European Telecommunications Standards Institute)

 WMAN (Wireless Metropolitan Area Network): mạng vô tuyến đô thị, sử

dụng tiêu chuẩn IEEE 802.16 Việc đưa ra chuẩn này mở ra một công nghệ mới 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 những trục kết nối trực tiếp trong mạng

đô thị đạt băng thông tương đương cáp, đường dây thuê bao số DSL (Digital Subscriber Line), trục T1 phổ biến hiện nay 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 75Mbps tại mỗi trạm phát sóng với tầm phủ sóng từ 2km đến 10km Ngoài ra

có chuẩn IEEE 802.20, được gọi là truy nhập vô tuyến băng rộng di động WBMA (Mobile Broadband Wireless Access) Nó có thể hỗ trợ ngay cả khi đang di chuyển với vận tốc lên tới 250km/h Trong khi chuyển vùng của WiMAX nhìn chung bị giới hạn trong một phạm vi nhất định, thì chuẩn IEEE 802.20 giống như công nghệ 3G (Third Generation Technology) có khả năng

hỗ trợ chuyển vùng toàn cầu Trong mạng IEEE 802.20, việc đồng bộ giữa đường lên và đường xuống đều được thực hiện hiệu quả

 WWAN (Wireless Wide Area Network): mạng vô tuyến diện rộng, kết nối các

máy tính trong nội bộ các quốc gia hay giữa các quốc gia trong cùng một châu lục Thông thường kết nối này được thực hiện thông qua mạng viễn thông Nhóm này bao gồm các công nghệ mạng thông tin di động như 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), GSM (Global System for Mobile), CDMA2000 (Code Division Multiple Access) Vùng phủ sóng của mạng này khoảng từ vài km đến vài chục km Các công nghệ WWAN phổ biến hiện nay sử dụng công nghệ truyền thông quang vô tuyến FSO (Free Space Optics), các sóng vô tuyến được cấp phép và không cần cấp phép, hoặc kết hợp cả hai loại trên

 WRAN (Wireless Regional Area Network): mạng vô tuyến khu vực, mạng này

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 này sẽ sử dụng băng tần UHF (Ultra High Frequency), VHF (Very High Frequency) vốn được sử dụng trong vô tuyến truyền hình hiện nay

1.2.2 Đặc điểm của mạng không dây:

 Mạng không dây cung cấp tất cả các tính năng của công nghệ mạng cục bộ LAN (Local Area Network) như là Ethernet và Token Ring mà không bị giới hạn về kết nối vật lý

 Việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị có hỗ trợ mà không có sự ràng buộc về khoảng cách và không gian như mạng có dây thông thường Người dùng mạng không dây có thể kết nối vào mạng trong khi di chuyển bất cứ nơi nào trong phạm vi phủ sóng của thiết bị tập trung

 Mạng không dây sử dụng sóng hồng ngoại (Infrared Light) và sóng vô tuyến

RF (Radio Frequency) để truyền nhận dữ liệu thay vì dùng cáp xoắn Pair) và cáp quang (Fiber Optic Cable) Thông thường thì sóng vô tuyến được dùng phổ biến hơn vì nó truyền xa hơn, lâu hơn, rộng hơn, băng thông cao hơn

(Twist- Các kết nối không dây được thiết lập bằng sóng điện từ Tùy theo mục đích hoạt động mà các dạng kết nối khác nhau sẽ sử dụng các dải tần số khác nhau, đồng thời các thiết bị sử dụng kết nối đó sẽ giao tiếp theo các phương thức khác nhau

 Trong phần lớn trường hợp, dữ liệu được truyền đi do các thiết bị tham gia mạng không dây phát sóng ra mọi hướng xung quanh (quảng bá) chứ không được định hướng bằng dây dẫn Cũng đồng nghĩa với việc những thiết bị không phải của người nhận cũng có thể tiếp cận các sóng có chứa dữ liệu của bạn, nhưng nhờ vào các phương pháp định danh và bảo mật của từng giao thức mạng nên thường thì chỉ người nhận mới có thể mở dữ liệu bạn gửi đi

 Các sóng vô tuyến thường được xem như các sóng mang vô tuyến do chúng chỉ thực hiện chức năng cung cấp năng lượng cho một máy thu ở xa Dữ liệu khi phát đi được điều chế trên sóng mang vô tuyến sao cho có thể được khôi phục chính xác tại máy thu

 Nhiễu sóng mang vô tuyến có thể tồn tại trong cùng không gian, tại cùng thời điểm mà không can nhiễu lẫn nhau nếu các sóng vô tuyến được phát trên các tần số vô tuyến khác nhau Để nhận lại dữ liệu, máy thu vô tuyến sẽ thu trên tần số vô tuyến xác định trong khi sẽ loại bỏ các tần số vô tuyến khác

 Trong mạng không dây tiêu chuẩn, một thiết bị thu và phát được gọi là một điểm truy cập, nối với mạng hữu tuyến tại một vị trí cố định sử dụng cáp Ethernet tiêu chuẩn Chức năng của điểm truy cập là thu, lưu vào bộ nhớ đệm,

và phát dữ liệu giữa mạng không dây và cơ sở hạ tầng mạng hữu tuyến Một điểm truy cập đơn hỗ trợ một nhóm nhỏ người sử dụng và thực hiện chức năng trong một phạm vi nhất định Điểm truy cập được đặt ở bất kỳ vị trí nào miễn

là nằm trong vùng phủ sóng mong muốn

 Người sử dụng truy cập vào mạng không dây thông qua các bộ thích ứng máy tính không dây được tích hợp trong các thiết bị đầu cuối như máy vi tính, điện thoại di động và các thiết bị cá nhân khác Các bộ thích ứng máy tính không dây cung cấp một giao diện giữa hệ thống điều hành mạng NOS (Network

Operation System) của máy khách (Client) và các sóng không gian qua một anten

 Công nghệ không dây bao gồm các thiết bị và hệ thống phức tạp như hệ thống WLAN, điện thoại di động (Mobile Phone) cho đến các thiết bị đơn giản như tay nghe không dây, microphone không dây và nhiều thiết bị khác có khả năng truyền nhận và lưu trữ thông tin từ mạng Ngoài ra cũng bao gồm cả những thiết bị hỗ trợ hồng ngoại như thiết bị điều khiển từ xa (Remote Control) , điện thoại … truyền dữ liệu trực diện giữa 2 thiết bị

1.2.3 Mô hình của mạng không dây cục bộ WLAN:

 Mô hình mạng độc lập IBSS (Independent Basic Service Sets):

- Mô hình này còn được gọi là mô hình mạng Ad-hoc, là mạng gồm hai hay nhiều máy tính có trang bị card không dây mà không dùng đến các thiết bị định tuyến hay thu phát không dây

- Các máy tính có vai trò ngang nhau, các thiết bị tham gia mạng không dây Ad-hoc ngoài việc giao tiếp với nhau còn đảm nhiệm luôn cả việc chuyển tiếp

dữ liệu cho các thiết bị khác trong mạng

Người dùng A

Hình 1.2 Mô hình mạng Ad-hoc

- Mạng Ad-hoc hoạt động chỉ khi các máy tính của nó nằm gần với nhau về phương diện vật lý và chỉ khi giới hạn về con số Hơn nữa, để truy cập và chia

sẻ Internet, một trong các máy tính vẫn phải được kết nối với mạng Internet thông qua cáp hoặc kết nối không dây khác

 Mô hình mạng cơ sở hạ tầng BSSs (Basic Service Sets):

- Mô hình này còn gọi là mô hình mạng Infrastructure, là mạng gồm một hay nhiều điểm truy cập AP (Access Point) để mở rộng phạm vi hoạt động của các Trạm (Station) có thể kết nối với nhau với một phạm vi gấp đôi, nhiều điểm truy cập AP liên kết mạng không dây với mạng nối dây và cho phép các người dùng chia sẻ các tài nguyên mạng một cách hiệu quả

- AP đóng vai trò là điểm truy cập cho các client trao đổi dữ liệuvới nhau và truy xuất tài nguyên của máy chủ (Server) Mỗi AP có thể làm điểm truy cập cho 10-15 client đồng thời tại một thời điểm tùy sản phẩm và hãng sản xuất

Người dùng A

Hình 1.3 Mô hình mạng Infrastructure

 Mô hình mạng mở rộng ESSs (Extended Service Sets):

- Mạng 802.11 mở rộng phạm vi di động tới một phạm vi bất kì thông qua ESS Một ESSs là một tập hợp các BSSs nơi mà các AP giao tiếp với nhau

để chuyển lưu lượng từ một BSS này đến một BSS khác để làm cho việc di chuyển dễ dàng của các trạm giữa các BSS, AP thực hiện việc giao tiếp thông qua hệ thống phân phối DS (Distribution System)

- Hệ thống phân phối là một lớp mỏng trong mỗi AP mà nó xác định đích đến cho một lưu lượng được nhận từ một BSS Hệ thống phân phối được tiếp sóng trở lại một đích trong cùng một BSS, chuyển tiếp trên hệ thống phân phối tới một AP khác, hoặc gử tới một mạng có dây tới đích không nằm trong ESS Các thông tin nhận bởi AP từ hệ thống phân phối được truyền tới BSS sẽ được nhận bởi trạm đích

Wired Network (DS)

Hình 1.4 Mô hình mạng mở rộng

1.3 Những 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 triển giao diện vô tuyến công suất nhỏ, chi phí thấp, sử dụng sóng vô tuyến để kết nối không dây giữa các thiết bị di động với nhau và các thiết bị điện tử khác, tổ chức SIG (Special Interest Group) đã chính thức giới thiệu phiên bản 1.0 của Bluetooth vào tháng 7 năm 1999

- Bluetooth hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 720Kbps trong phạm vi 10m đến 100m và có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps Bluetooth sử dụng phương pháp trải phổ nhảy tần FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), được thiết kế hoạt động trên 79 tần số khác nhau, nó thường thực hiện 1600 bước nhảy trong một giây, khi AFH (Adaptive Frequency Hopping) được kích hoạt Một thiết bị Bluetooth tổng thể có thể giao tiếp với tối đa là 7 thiết bị trong một Piconet (một mạng Ad-hoc sử dụng công nghệ Bluetooth)

- Về tầm phủ sóng, bluetooth có 3 lớp (class): class 1 có công suất 100mW với tầm phủ sóng gần 100m; class 2 có công suất 2,5mW, tầm phủ sóng khoảng 10m; và class 3 là 1mW với tầm phủ sóng khoảng 5m Bluetooth có nhiều giao thức hoạt động khác nhau A2DP (Advanced Audio Distribution Profile)

là cơ chế truyền dẫn âm thanh stereo qua sóng bluetooth tới các tai nghe, loa; FTP (File Transfer Protocol) là cơ chế chuyển đổi dữ liệu qua kết nối bluetooth giữa các thiết bị FTS (File Transfer Services); hay OBEX (OBject EXchange), được phát triển bởi chính nhà mạng Verizon, cho phép xóa dữ liệu thông qua bluetooth

- Bluetooth đã trải qua khoảng 7 phiên bản chính Ngoài phiên bản 2.1 là phiên bản đầu tiên hỗ trợ kết nối nhiều thiết bị cùng lúc, hiện nay trên thị

trường chủ yếu tồn tại các biến thể của hai phiên bản mới nhất là 3.0 và 4.0 Bluetooth 3.1 hay Bluetooth 3.0 + HS (High Speed) được giới thiệu vào năm

2009 cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ lên tới 24Mbps Ngày 30/6/2010, Bluetooth SIG đã đưa ra Bluetooth phiên bản 4.0 là sự kết hợp của “classic Bluetooth” (Bluetooth 2.1 và 3.0), “Bluetooth high speed” (Bluetooth 3.0 +HS) và “Bluetooth low energy” (Bluetooth Smart Ready/Bluetooth Smart)

Hình 1.5 Phiên bản mới nhất Bluetooth 4.0

- Các ứng dụng nổi bật của Bluetooth gồm:

 Điều khiển và giao tiếp không giây giữa một điện thoại di động và tai nghe không dây

 Giao tiếp không dây với các thiết bị vào ra của máy tính, chẳng hạn như chuột, bàn phím và máy in

 Thay thế các giao tiếp nối tiếp dùng dây truyền thống giữa các thiết bị đo, thiết bị định vị dùng hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System), thiết bị y tế, máy quét mã vạch, và các thiết bị điều khiển giao thông

 Điều khiển từ xa cho các thiết bị trò chơi điện tử như Wii - Máy chơi trò chơi điện tử thế hệ 7 của Nintendo và PlayStation 3 của Sony

 Kết nối Internet cho PC hoặc PDA (Personal Digital Assistant) bằng cách dùng điện thoại di động thay modem

Hình 1.6 Thiết bị ứng dụng công nghệ Bluetooth

 Công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến RFID (Radio Frequency Identification):

- RFID là công nghệ xác nhận dữ liệu đối tượng bằng sóng vô tuyến để nhận dạng, theo dõi và lưu thông tin trong một thẻ (Tag) Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây để truyền dữ liệu từ các thẻ đến các bộ đọc (Reader) Reader quét dữ liệu thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu lưu trữ trên máy tính hoặc hệ thống quản lý

- RFID hoạt động trên nguyên tắc: Dữ liệu được chứa trong Chip nhớ (Tag/MDS), dữ liệu này được truyền thông với PC/PLC (Programmable Logic Controller) thông qua các module bao gồm, module reader và adapter module ASM (Access Switching Module)) Chip nhớ và module reader cũng được chế tạo với nhiều chủng loại khác nhau để phù hợp với yêu cầu sử dụng

- Thẻ RFID có thể được gắn liền với một đối tượng và sử dụng để theo dõi và quản lý đổi tượng xác định Thẻ RFID dễ dàng được che giấu hoặc kết hợp trong các mặt hàng khác RFID lợi thế hơn các hệ thống bằng tay hoặc sử dụng mã vạch Thẻ có thể được đọc nếu được thông qua gần bộ đọc, ngay cả khi nó được bao phủ bởi các đối tượng khác hoặc không nhìn thấy được

- Hệ thống RFID thường có ba cấu hình: cấu hình PRAT (Passive Reader Active Tag), hệ thống mà có bộ đọc thụ động mà chỉ nhận được tín hiệu vô

tuyến từ thẻ đang hoạt động, phạm vi tiếp nhận của PRAT có thể lên đến 60m,

do đó cho phép sự linh hoạt trong các ứng dụng như bảo vệ và giám sát tài sản Cấu hình ARPT (Active Reader Passive Tag) có đầu đọc hoạt động chủ động, trong đó truyền tín hiệu thẩm vấn và nhận được trả lời xác thực từ các thẻ thụ động Cấu hình ARAT (Active Reader Active Tag) trong đó thẻ đang hoạt động được kích hoạt với một tín hiệu thẩm vấn từ bộ đọc hoạt động Một biến thể của hệ thống này là sử dụng pin hỗ trợ thụ 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

 Công nghệ giao tiếp khoảng cách gần NFC (Near Field Communications):

- NFC là công nghệ kết nối không dây phạm vi tầm ngắn trong khoảng cách lý thuyết là 10cm nhưng thực tế chỉ 4cm, sử dụng cảm ứng từ trường để thực hiện kết nối giữa các thiết bị khi có sự tiếp xúc trực tiếp hay để gần nhau NFC

đã được phê chuẩn ISO/IEC (International Organization for 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 nối tầm xa hơn hay khi cần truyền lượng dữ liệu lớn hơn

- NFC có tốc độ truyền tải dữ liệu trong khoảng 106Kbps đến 848Kbps Do khoảng cách truyền dữ liệu khá ngắn nên giao dịch qua công nghệ NFC được xem là an toàn NFC mở ra một xu hướng trao đổi dữ liệu theo dạng mạng ngang hàng (P2P) Loại hình NFC đang được ứng dụng hiện nay là thẻ nhận dạng NFC (NFC tag) Thẻ nhận dạng NFC có vai trò tương tự mã vạch hay mã

QR (Quick Response) Thẻ NFC thường chứa dữ liệu chỉ đọc nhưng cũng có thể ghi đè được NFC có 4 định dạng thẻ dựa trên các chuẩn ISO 14443 Type

A, 14443 Type B và ISO 18092

- Công nghệ NFC có 2 chế độ truyền dữ liệu: chủ động (active) và thụ động (passive) Trong chế độ thụ động: thiết bị nguồn phát sẽ phát ra từ trường đến nguồn đích, nguồn đích ở trạng thái bị động và chỉ trả lời khi nhận tín hiệu từ nguồn phát Trong chế độ chủ động: cả thiết bị nguồn phát và thiết bị đích truyền dữ liệu bằng cách tạo ra từ trường riêng

- Một giao dịch diễn ra trên NFC tuần tự theo các bước: phát hiện (Discovery), xác thực (Authentication), trao đổi (Negotiation), truyền dữ liệu (Transfer) và xác nhận từ phía nhận dữ liệu (Acknowledgment) Trong trường hợp muốn

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 (Worldwide Interoperability for Microwave Access):

- WiMAX là là một công nghệ không dây băng thông rộng được thiết kế dựa vào tiêu chuẩn IEEE 802.16 Tiêu chuẩn IEEE 802.16-2001 ban hành vào tháng 4 năm 2002, giao diện không gian cho hệ thống truy nhập băng rộng cố định hoạt động ở dải tần hoạt động là 10-66GHz và thỏa mãn tầm nhìn thẳng LOS (Line Of Sight) với bán kính cell từ 2 - 5km IEEE 802.16-2001 có tốc

độ trong khoảng 32 - 134Mbps với kênh 28MHz, sử dụng phương pháp điều chế pha cầu phương QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) và điều chế biên

độ cầu phương QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

- Tiêu chuẩn 802.16-2004 được ban hành năm đưa ra tháng 7 năm 2004 mở rộng các đặc điểm kỹ thuật của WiMAX ở dải tần số 2-11GHz, sử dụng phương thức điều chế ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM

(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 802.16-2004 có thể cung cấp các dịch vụ cố định, nomadic (người sử dụng có thể di chuyển nhưng cố định trong lúc kết nối) theo tầm nhìn thẳng LOS và không theo tầm nhìn thẳng NLOS (Non Line Of Sight) 802.16-2004 mô tả hồ sơ hệ thống WiMAX và sự phù hợp tiêu chuẩn đến môi trường mạng không dây tự động, giới thiệu về kiểu mắt lưới IEEE 802.16-2004 là khả năng truyền từ node tới các node xung quanh

- Tiêu chuẩn IEEE 802.16e-2005 còn gọi là Mobile WiMAX hay WiMAX di động, được ban hành vào tháng 12 năm 2005 Tiêu chuẩn này sử dụng phương thức điều chế SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), cho phép thực hiện các chức năng chuyển vùng và chuyển mạng, có thể cung cấp đồng thời dịch vụ cố định, nomadic, di động hạn chế và di động IEEE 802.16e-2005 hoạt động ở các băng tần nhỏ hơn 6GHz, tốc độ lên tới 15Mbps với kênh 5MHz, bán kính cell từ 2 - 5km IEEE 802.16e-2005 hỗ trợ hệ thống thích nghi đa anten AAS (Adaptive Antenna Systems) và công nghệ MIMO (Multiple Input and Multiple Output) Ngoài ra tiêu chuẩn này cũng cải tiến các khả năng tiết kiệm công suất cho các thiết bị

di động và các đặc điểm bảo mật linh hoạt hơn

- Tiêu chuẩn mới nhất IEEE 802.16m-2011 là công nghệ cốt lõi cho WiMAX

2 Đặc tả kỹ thuật của WiMAX 2 được xây dựng trên IEEE 802.16m đảm bảo khả năng tương thích ngược và cùng tồn tại với chuẩn trước đó Trạm gốc 802.16m sẽ làm việc với thiết bị đầu cuối 16e và 16m Những telco đang sử dụng 16e hiện tại sẽ có 2 hướng lựa chọn: chuyển một phần sang 16m hay chuyển tất cả Kiến trúc khung của 16m có khả năng tồn tại song song với hệ thống 16e Điểm cải thiện nổi bật của WiMAX 2 so với WiMAX thế hệ đầu tiên là tốc độ - tốc độ WiMAX 2 lên đến 300Mbps, WiMAX 2 hỗ trợ 2 kỹ thuật đa anten chính là SU-MIMO (Single User Multiple Input Multiple Output) và MU-MIMO (Multiple User Multiple Input Multiple Output) WiMAX 2 hỗ trợ cả 2 dải băng tần của phiên bản đầu tiên và phiên bản IEEE

802.16-2009 IEEE 802.16m hỗ trợ băng thông có độ rộng 5MHz, 10MHz, 20MHz và 40MHz với một tập hợp đa sóng mang lên đến 100MHz Chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) là một giao thức quan trọng trong IEEE 802.16m, được sử dụng trong việc 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 WiMAX với sự

hỗ trợ QoS, khả năng vươn xa và tốc độ truyền dữ liệu cao được dành cho các ứng dụng truy cập băng rộng ở những vùng xa xôi, hẻo lánh nhất là khi khoảng cách quá lớn đối với mạng hữu tuyến cũng như cho các khu vực thành thị ở các nước đang phát triển Những ứng dụng cho hộ dân gồm có Internet tốc độ cao, thoại qua IP, video chất lượng cao và trò chơi trực tuyến Đối với doanh nghiệp có ứng dụng như hội nghị truyền hình, giám sát video và mạng riêng ảo bảo mật

Hình 1.9 Mô hình công nghệ WiMAX

 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 thiết bị truyền thông trong phạm vi 100m với tốc độ 54Mbps Wifi là công nghệ không dây phổ biến nhất hiện nay và sẽ được trình bày chi tiết ở các chương sau

- Chuẩn USB không dây WUSB (Wireless Universal Serial Bus): WUSB được thiết kế để kết nối các thiết bị điện tử dân dụng, thiết bị ngoại vi máy tính và thiết bị di động Đặc tả WUSB được thiết kế để thay thế các mô hình đang dùng để kết nối nhóm thiết bị trong khoảng cách dưới 10m Băng thông USB không dây lúc công bố tương đương với băng thông của chuẩn USB Hi-Speed hiện tại là 480Mbps USB không dây được thiết kế hoạt động trong dải tần tử 3,1 - 10,6GHz

- Công nghệ siêu băng rộng UWB (Ultra Wide Band): là công nghệ thuộc chuẩn IEEE 802.15.3a, được phát triển để phục vụ cho truyền thông giữa các thiết bị trong nhà của người sử dụng với khả năng chia sẻ ảnh số, âm nhạc, video, dữ liệu và tiếng nói UWB là một công nghệ WPAN tương lai với khả năng hỗ trợ thông lượng cao lên đến 400 Mbps ở phạm vi ngắn tầm 10m UWB sẽ có lợi ích giống như truy nhập USB không dây cho sự kết nối những thiết bị ngoại vi máy tính tới PC

- Công nghệ HomeRF (Home Radio Frequency): là một công nghệ sử dụng tần số vô tuyến để kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các phần tử của trong các hệ thống mạng gia đình Các phần tử của mạng này rất đa dạng bao gồm các máy tính PC, các thiết bị di động và các loại thiết bị cầm tay khác HomeRF hoạt động ở dải tần 2.4GHz, tổng băng thông tối đa là 1,6Mbps và 650Kbps cho mỗi người dùng, tốc độ truyền dữ liệu là 1Mbps (2-FSK) và 2Mbps (4-FSK) với vùng phủ sóng lên đến 50m HomeRF dùng phương thức điều chế trải phổ nhảy tần FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) và được bổ sung giao

thức truy nhập vô tuyến dùng chung SWAP (Shared Wireless Access Protocol) được thiết kế cho cả dữ liệu và tiếng nói

- Công nghệ DLNA (Digital Living Network Alliance): DLNA là một tổ chức thương mại phi lợi nhuận thành lập bởi Sony trong tháng 6 năm 2003 với hơn

230 thành viên là các công ty thuộc nhiều ngành công nghiệp khác nhau trên khắp thế giới, như điện tử tiêu dùng, điện thoại di động, máy tính cá nhân, cung cấp dịch vụ, ô tô và công nghiệp bán dẫn Họ tạo ra DLNA với mục đích giúp người dùng có thể trao đổi dữ liệu giữa các sản phẩm kỹ thuật số một cách dễ dàng và thuận tiện hơn Mục tiêu chung của DLNA là đặt ra các tiêu chuẩn và nguyên tắc cho các thiết bị mạng gia đình và phương tiện giải trí, một khi chúng đạt chuẩn DLNA (DLNA Certified) thì dễ dàng chia sẻ nội dung video HD, nhạc, hình ảnh với nhau trong mạng nội bộ, bất kể thiết bị đó thuộc dòng nào hay của nhà sản xuất nào DLNA sử dụng giao thức UpnP (Universal Plug and Play) trong việc quản lý và điều khiển nguồn tài nguyên

đa phương tiện Theo đó, UPnP sẽ xác định rõ ràng những dạng thiết bị mà DLNA hỗ trợ cũng như phương thức để truy cập thư viện giải trí này qua mạng nội bộ như thế nào và những nguyên tắc của DLNA sẽ được áp dụng chặt chẽ trong định dạng dữ liệu, chuẩn mã hóa và độ phân giải mà thiết bị hỗ trợ Hiện tại, những dòng thiết bị đạt chứng nhận hợp chuẩn DLNA được tách

ra thành 3 lớp sau: lớp thiết bị mạng gia đình HND (Home Network Devices), lớp thiết bị di động cầm tay MHD (Mobile Handheld Devices), lớp thiết bị cơ

sở hạ tầng HID (Home Infrastructure Devices)

- Công nghệ Zigbee: là một giao thức được xây dựng theo chuẩn IEEE 802.15.4 Giao thức này được tạo ra nhằm phục vụ cho những ứng dụng yêu cầu giá thành và công suất thấp nhưng phải có khả năng linh động trong phạm

vi rộng Chuẩn Zigbee được phát triển và xúc tiến bởi hãng Zigbee Alliance, với sự hỗ trợ từ hơn 200 công ty trên thế giới như: SIEMENS, ATMEL, NEC, TEXAS INSTRUMENTS, EPSON Zigbee được dùng vào rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống như: Các hệ chiếu sáng thông minh, HVAC (Heating,

Ventilation and Air Conditioning), Công nghiệp, Sensor không dây, bệnh viện

- Công nghệ HiperLAN (High Performance Radio Local Area Networks): là một mạng LAN không dây theo chuẩn của Châu Âu, được ban hành bởi ETSI vào năm 1992, tương đương với công nghệ IEEE 802.11 HiperLAN hoạt động ở băng tần 2,4 đến 17GHz, có tốc độ dữ liệu khoảng 54Mbps và chuẩn này cũng hỗ trợ cho các người dùng di động ở tốc độ thấp

1.3.2 Những giao thức sử dụng trong mạng không dây:

 Giao thức không dây tầng ứng dụng WAP (Wireless Application Protocol)

- WAP là một tiêu chuẩn kỹ thuật để truy cập thông tin qua một mạng điện thoại di động không dây Một trình duyệt WAP là một trình duyệt web cho thiết bị di động như điện thoại di động hay PDA Phiên bản mới nhất WAP 2.0 được ban hành vào năm 2002

- Mô hình WAP chính là mô hình WWW (World Wide Web) với một số tính năng nâng cao Trong đó, hai tính năng quan trọng nhất là: đẩy và hỗ trợ thoại Nội dung thông tin WAP được truyền tải nhờ một tập các giao thức truyền thông tiêu chuẩn trong tập giao thức WAP

- WAP định nghĩa một tập các thành phần tiêu chuẩn cho phép truyền thông giữa thiết bị đầu cuối và máy chủ mạng gồm:

 Mô hình tên tiêu chuẩn: Các URL (Uniform Resource Locator) được sử dụng để nhận dạng nội dung WAP trên các máy chủ, URL được sử dụng

để nhận dạng tài nguyên trong một thiết bị, ví dụ như chức năng điều khiển cuộc gọi

 Kiểu nội dung: được đưa ra trên kiểu đặc trưng giống như WWW

 Các khuôn dạng nội dung tiêu chuẩn: dựa trên công nghệ WWW và bao gồm ngôn ngữ đánh dấu, thông tin lịch, các đối tượng, hình ảnh và ngôn ngữ kịch bản

 Các giao thức truyền thông tiêu chuẩn: cho phép truyền thông các yêu cầu đầu cuối di động tới máy chủ mạng thông qua cổng WAP

- Tương tự như mô hình kết nối hệ thống mở OSI (Open Systems Interconnection), các ngăn xếp của giao thức WAP được chia thành các lớp cho phép dễ dàng mở rộng, thay đổi và phát triển Tất cả các ngăn xếp giao thức WAP đều được thiết kế để phù hợp với các điều kiện ràng buộc của mạng

di động Mỗi một lớp cung cấp một tập các chức năng hoặc các dịch vụ tới các dịch vụ và ứng dụng khác qua tập giao diện tiêu chuẩn

- Kiến trúc WAP tách các giao tiếp dịch vụ từ các giao thức cung cấp dịch vụ

để cho phép mở rộng các đặc tính và tự do lựa chọn các giao thức thích hợp cho một nội dung cụ thể Rất nhiều các dịch vụ trong ngăn xếp có thể được hỗ trợ bởi một hoặc nhiều giao thức Giao thức truy nhập ứng dụng vô tuyến WAP gồm có 5 lớp:

 Lớp truyền tải: giao thức datagram vô tuyến WDP (Wireless Datagram Protocol), lớp này cung cấp sự hội tụ giữa các dịch vụ mang với các phần còn lại của ngăn xếp WAP

 Lớp bảo mật: giao thức lớp truyền tải vô tuyến WTLS (Wireless Transport Layer Security), mục tiêu là đảm bảo tính năng bảo mật giữa các thiết bị đầu cuối WAP và cổng/ủy quyền WAP

 Lớp giao vận: giao thức giao vận vô tuyến WTP (Wireless Transaction 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 WAE (Wireless Application Enviroment), nằm trong lớp ứng dụng cung cấp môi trường

cho phép mở rộng miền các ứng dụng được sử dụng trên các thiết bị vô tuyến bao gồm cả dịch vụ tin nhắn đa phương tiện

 Giao thức không dây tầng mạng:

- ExOR (Extremely Opportunistic Routing): là sự kết hợp của giao thức định tuyến và điều khiển đa truy nhập MAC (Media Access Control) cho một mạng không dây Ad-hoc với thuật toán như sau: nguồn thông tin phát quảng bá một lượng các gói tin

- HSLS (Hazy Sighted Link State): là một giao thức định tuyến cho mạng lưới không dây, đây là một thuật toán cho phép các máy tính giao tiếp thông qua đài phát thanh kỹ thuật số trong một mạng lưới để chuyển tiếp các tin nhắn đến các máy tính ra khỏi tầm với của vùng vô tuyến trực tiếp

- DSR (Dynamic Source Routing): là một giao thức định tuyến cho mạng lưới không dây, nó tạo thành một đường truyền khi có một yêu cầu từ máy tính truyền đi, nó sử dụng nguồn định tuyến thay vì bảng định tuyến tại mỗi thiết bị trung gian

 Giao thức Internet không dây WIP (Wireless Internet Protocol):

- WIP là bộ các giao thức không dây sau WAP 2.0 Nó bao gồm XHTML (Extensible HyperText Markup Language) cơ bản, Nokia XHTML Mobile Profile, và sự phát triển tương lai của WAP do Open Mobile Alliance

- Giao thức Internet không dây có thể cung cấp các trang XHTML với các thiết bị không dây thích hợp mà không cần HTTP proxy (Hypertext Transfer Protocol), các trang web có thể được phản hồi khác nhau trong các trình duyệt web và trên thiết bị cầm tay mà không cần hai phiên bản khác nhau của cùng một trang

 Giao thức định tuyến không dây WRP (Wireless Routing Protocol):

- WRP là là một giao thức định tuyến chủ động cho mạng vô tuyến tùy biến MANETs (Mobile Ad-hoc Networks), sử dụng như một phiên bản nâng cao

của giao thức định tuyến distance-vector, trong đó sử dụng các thuật toán Bellman-Ford để tính toán đường dẫn

- Do tính chất di động của các nút trong Manet, giao thức đưa ra cơ chế làm giảm vòng lộ trình và đảm bảo trao đổi tin nhắn đáng tin cậy

 Giao thức chuyển tải liên lạc không dây WCTP (Wireless Communications Transfer Protocol):

- WCTP là phương pháp được sử dụng để gửi tin nhắn đến các thiết bị không dây trên mạng dịch vụ liên lạc cá nhân băng hẹp NPCS (Narrowband Personal Communications Service) Phiên bản hiện tại là WCTP 1.3

- WCTP cung cấp một cách đơn giản để tạo một liên kết giữa Internet và một TAP phù phân trang thiết bị đầu cuối WCTP đặc biệt nhằm tạo ra một phương tiện dễ dàng chuyển thông điệp chữ số nhị phân đến và đi từ các hệ thống dây và các thiết bị không dây có khả năng hai chiều

- WCTP đã được tạo ra để cung cấp một tiêu chuẩn công nghiệp không dây cho việc gửi tin nhắn không dây thông qua Internet WCTP là một cách để gửi tin nhắn không dây, cả một và hai chiều, với các thiết bị nhận thích hợp như máy nhắn tin, điện thoại di động hoặc các thiết bị không dây khác

1.4 Ƣu điểm và nhƣợc điểm của mạng không dây:

1.4.1 Ưu điểm của mạng không dây:

 Tính di động: tạo ra sự thoải mái trong việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị

có hỗ trợ mà không có sự ràng buộc về khoảng cách và không gian như mạng

có dây thông thường Người dùng mạng không dây có thể kết nối vào mạng trong khi di chuyển bất cứ nơi nào trong phạm vi phủ sóng của thiết bị truy cập Điều này sẽ đáp ứng kịp thời yêu cầu về thời gian và cải thiện hiệu suất trong việc cung cấp dịch vụ, thỏa mãn nhu cầu về thông tin mà các mạng hữu tuyến không thể có được

 Tính đơn giản: lắp đặt, thiết lập, kết nối một mạng máy tính không dây là rất

dễ dàng, đơn giản và có thể tránh được việc triển khai dây cáp phức tạp Ngoài

ra còn thuận lợi cho việc bảo trì và sửa chữa thiết bị và hệ thống mạng

 Tính linh hoạt: có thể triển khai ở những nơi mà mạng hữu tuyến không thể triển khai được như vùng xa xôi, hẻo lánh Những vùng này nằm ngoài khả năng triển khai mạng hữu tuyến do khó khăn trong việc thi công và chi phí lớn

 Tiết kiệm chi phí lâu dài: Trong khi đầu tư cần thiết ban đầu đối với phần cứng của một mạng máy tính không dây có thể cao hơn chi phí phần cứng của một mạng hữu tuyến nhưng toàn bộ phí tổn lắp đặt và các chi phí về thời gian tồn tại có thể thấp hơn đáng kể Chi phí dài hạn có lợi nhất trong các môi trường động cần phải di chuyển và thay đổi thường xuyên

 Khả năng thay đổi và mở rộng: Các hệ thống mạng không dây được định hình theo các kiểu topo khác nhau để đáp ứng các nhu cầu của các ứng dụng và các cài đặt cụ thể Cấu hình mạng dễ thay đổi từ các mạng độc lập phù hợp với số nhỏ người dùng đến các mạng cơ sở hạ tầng với hàng nghìn người sử dụng trong một vùng rộng lớn

1.4.2 Nhược điểm của mạng không dây:

 Phạm vi ứng dụng: các hệ thống mạng không dây chỉ phù hợp với phạm vi nhỏ như nhà ở gia đình, quán cafe… mà không thể đáp ứng nhu cầu ở một phạm vi lớn hơn như một tòa nhà, khu dân cư

 Tốc độ: tốc độ có giới hạn do phụ thuộc vào băng thông và kỹ thuật truyền tín hiệu

 Độ tin cậy: vì sử dụng sóng vô tuyến nên khả năng bị nhiễu rất lớn, tín hiệu còn bị suy giảm do sử dụng chung dải tần với các thiết bị gia đình

 Bảo mật: do truyền trong môi trường không dây và đặc tính của mạng mà nhiều người có thể truy cập và phá hoại dẫn đến độ an toàn và nguyên vẹn của thông tin không cao

1.4.3 So sánh mạng không dây và mạng có dây:

Bảng 1 So sánh mạng không dây và mạng có dây

Phạm vi

ứng dụng

- Có thể ứng dụng trong tất

cả các mô hình mạng nhỏ, trung bình, lớn, rất lớn

- Gặp khó khăn ở những nơi xa xôi, địa hình phức tạp, những nơi không ổn định, khó kéo dây, đường truyền

- Chủ yếu là trong mô hình mạng nhỏ và trung bình, với những mô hình lớn phải kết hợp với mạng có dây

- Có thể triển khai ở những nơi không thuận tiện về địa hình, không ổn định, không triển khai mạng có dây được

Bảo mật

và tin cậy

- Khả năng chịu ảnh hưởng khách quan bên ngoài như thời tiết, khí hậu tốt

- Bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như môi trường truyền sóng, can nhiễu do thời tiết

- Khả năng an toàn thấp hơn so với mạng có dây

Thi công

và triển

khai

- Thi công phức tạp do phải thiết kế lại toàn bộ hệ thống

- Thi công triển khai nhanh chóng, đơn giản và dễ dàng

Khả năng

mở rộng

- Đòi hỏi chi phí cao khi muốn mở rộng hệ thống mạng đặc biệt là mở rộng bằng cáp quang

- Khả năng mở rộng khoảng cách tốt với chi phí hợp lý

- Các vị trí kết nối mạng có thể thay đổi mà không cần phải thiết

kế lại