ứng dụng của viba trong wifi

ứng dụng của viba trong wifi

Đại Học Công Nghệ Thông Tin Và Truyền Thông

ỨNG DỤNG CỦA VIBA TRONG WIFI GVHD : HOÀNG QUANG TRUNG

Thái Nguyên

Lời nói đầu

Hiện nay các nhu cầu về dịch vụ di động không chỉ dừng lại ở dịch vụ thoại truyền thống

mà còn có sự phát triển nhanh và mạnh các nhu cầu về dịch vụ số liệu di động đặc biệt làdịch vụ truy cập Internet di động, khiến cho nhà sản xuất và khai thác mạng phải tìmkiếm các kiến trúc mạng mới trên cơ sở kiến trúc hạ tầng truyền thống để giảm giáthành và đơn giản hoá việc xây dựng các mạng đa dịch vụ, đa phương tiện

Các mạng 2G đã phục vụ khá tốt nhu cầu thoại thông thường và một số ứng dụngthế hệ 2 như SMS hay truy nhập Internet bằng công nghệ WAP Nhưng khi người sửdụng đòi hỏi các dịch vụ như điện thoại video hay truy cập Internet tốc độ cao thì chúnghoàn toàn không thể đáp ứng được Bên cạnh đó, các hệ thống thông tin di động hiệnnay là các hệ thống băng hẹp chỉ cung cấp được chất lượng thông tin hạn chế, nhất là đốivới nhu cầu truyền số liệu nhưng giá cước cao

Sự phát triển của các thiết bị di động công nghệ cao như máy tính xách tay laptop, máytính bỏ túi palmtop, thiết bị hỗ trợ kĩ thuật số cá nhân PDA…càng thúc đẩy nhu cầutruyền dữ liệu di động trong khi đó mạng điện thoại di động thế hệ thứ ba (3G) vốn đượccoi là giải pháp của tương lai cho các dịch vụ truyền thông đa phương tiện di động lạichưa sẵn sàng nhập cuộc Bối cảnh này đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi một lớp mạng

di động không dây mới Đó là mạng cục bộ vô tuyến WLAN (Wireless Local AreaNetwork) Mạng WLAN sẽ đáp ứng kịp thời nhu cầu về truyền số liệu không dây tốc

độ cao với giá thành hạ và độ linh hoạt cao, triển khai nhanh chóng Các công nghệ

Wi-fi dựa trên chuẩn IEEE 802.11b xây dựng cho WLAN được là chìa khoá giúp các nướcđang phát triển đi tắt đón đầu, đuổi kịp các nước phát triển trong lĩnh vực công nghệthông tin

Nhận thức rõ được sự phát triển tất yếu của công nghệ Wi-fi, ở Việt Nam công tyVDC đã chủ động triển khai điểm nóng (hotspot) truy cập dịch vụ Wi-fi tại những khutrung tâm, phục vụ Seagames 22 và sắp tới VDC sẽ đăng ký để được có tên trên bản đồWi-fi thế giới Sự kiện này chứng tỏ Việt Nam đang thực sự hoà nhập và phát triển cùngvới những tiến bộ mang tính đột phá của nền công nghệ cao thế giới

Mục lục

1 Thuật Ngữ Wi - Fi :

Trước đây, chỉ có “dân kỹ thuật” mới sử dụng mạng không dây, thế mà chỉ trong một

thời gian ngắn thôi mạng không dây đã trở nên phổ biến khắp mọi nơi Thuật ngữ Wi-Fi là một từ ghép viết tắt của Wireless-Fidelity (thông tin không dây trung thực).Điều này đã được

khẳng định của Hiệp hội Wi-Fi quốc tế (Wi-Fi Alliance)

Wireless Fidelity", từ này có nghĩa là chuẩn cho không dây trung thực và người ta hiểu Wi-Fi

được ghép bởi các chữ đầu của Wireless Fidelity

Vậy Wi-Fi hay mạng 802.11 là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio.

1.1 Sơ Lược Về Giải Pháp Mạng Không Dây Wi-Fi :

Mạng không dây cho phép chúng ta giao tiếp, truy cập các ứng dụng và thông tin màkhông cần các thiết bị cồng kềnh như trước đây nữa Chúng ta có thể tự do di chuyển và khảnăng để mở rộng các ứng dụng, thông tin cho các toà nhà, công ty, và trường học ở những nơikhác trên thế giới giao tiếp với nhau cách dễ dàng Chẳng hạn, mạng không dây cho phépchúng ta có thể xem E-mail và truy cập Internet ở bất cứ nơi nào mà họ thích

Xu hướng mạng không dây hiện nay được phổ biến rộng rãi trong kết nối mạng máytính Hãy hình dung, trong các cuộc hội họp nếu chúng ta muốn báo cáo thông qua các Cơ sở

dữ liệu của một công ty, mà dùng Wi-Fi thì tiện lợi hơn nhiều về nhiều mặt như: uy tín, tráchnhiệm, thời gian và vật chất của công ty đó Tất cả các yêu cầu trên đều có thể được giải quyếtbằng các thiết bị mạng không dây Wi-Fi

Các thiết bị mạng không dây ngày nay đều kết nối bằng sóng Radio và sử dụng chuẩnIEEE 802.11X, trong điều kiện môi trường (văn phòng, nhà xưởng) thích hợp mà khoảng cách

truyền trong phạm vi từ 10m - 300m Hoạt động ở băng tần 2.4GHz (chuẩn IEEE 802.11b,IEEE 802.11g) và bằng tần 5.8GHz (chuẩn IEEE 802.11a) Là một giải pháp lý tưởng choviệc kết nối mạng nội bộ và truyền dữ liệu băng thông rộng trong vùng phủ sóng Điều kiệnnhư vậy sẽ cho phép các thiết bị không dây kế nối với nhau ở bất cứ nơi đâu trong phạm viphủ sóng Cho phép 256 thiết bị khác truy cập vào hệ thống không dây, điều này giúp doanhnghiệp không tốn thêm chi phí thiết lập cho việc mở rộng mạng sau này.

1.2 Một Số Ưu Điểm Và Nhược Điểm Của Mạng Không Dây :

Ưu điểm:

- Không phải khoan tường, bấm và đi dây

- Không cần phải ngồi những vị trí cố định

- Trong nhiều trường hợp là giải pháp được tiết kiệm nhiều tiền

- Có thể mở rộng phạm vi Có thể tin cậy

- Cài đặt dễ dàng

Nhược điểm:

- Phức tạp hơn trong việc quản lý và vận hành

- Có thể bị nhiễu

- Vấn đề về an ninh thông tin truyền

- Tần số càng cao thì tốc độ càng cao, có thể bị suy giảm nhiều

2 Wi – Fi Sử Dụng Chuẩn Công Nghệ IEEE 802.11 :

2.1 Chuẩn Công Nghệ IEEE :

IEEE là một tổ chức của nước Mỹ chuyên phát triển nhiều loại tiêu chuẩn, trong đó cócác tiêu chuẩn về truyền dữ liệu Bao gồm một số uỷ ban chịu trách nhiệm về việc phát triểnnhững dự thảo về mạng LAN chuyển sang cho ANSI (American National Standards Institute)

để thừa nhận và được tiêu chuẩn hoá trên toàn nước Mỹ IEEE chuyển các dự thảo cho ISO(International Organization of Standardazation)

Chuẩn IEEE 802.11

- Là tập hợp các tiêu chuẩn viễn thông điều tiết các mạng cục bộ và các chuẩn giao

diện mạng về mặt vật lý chẳng hạn như Card Interface, Bridge, Router, Switch, Access Point,WLAN Client Adapters, cable và tất cả những gì thuộc lĩnh vực truyền tính hiệu và phươngpháp truy cập có lien quan đến việc nối mạng về mặt vật lý

- Tiêu chuẩn IEEE 802.11 định nghĩa là một bộ những chuẩn giao tiếp máy tính trong

WLAN Dòng họ 802.11 gồm những kỹ thuật truyền sóng trong không khí dùng giao thức cơbản giống nhau Các chuẩn phổ biến nhất là IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, và chúng được sữađổi từ chuẩn gốc IEEE 802.11a là chuẩn trong mạng không dây ra đời đầu tiên, nhưng IEEE802.11b thì được chấp nhận rộng rãi đầu tiên, theo sau là IEEE 802.11b và tới IEEE 802.11n.Vấn đề bảo mật là khuyết điểm trong mạng không dây, từ đó IEEE đã có những yêu cầu nângcấp them như IEEE 802.11i sau khi có những thay đổi của cơ quan luật pháp và chính phủ Vàcác chuẩn IEEE 802.11x (c-f, h, j) là sự mở rộng, và sửa đổi dịch vụ đúng đắn from các chuẩntrước

Dưới đây là bảng danh sách các chuẩn được sử dụng hiện nay:

IEEE 802.11 IEEE 802.11d IEEE 802.11h IEEE 802.11p IEEE 802.11n

IEEE 802.11a IEEE 802.11e IEEE 802.11i IEEE 802.11r

IEEE 802.11b IEEE 802.11F IEEE 802.11j IEEE 802.11T

IEEE 802.11c IEEE 802.11g IEEE 802.11k IEEE 802.11u

2.2 Tìm Hiểu Các Chuẩn Công Nghệ IEEE 802.11x :

IEEE 802.11 (Legacy mode): là phiên bản gốc của chuẩn IEEE 802.11, ra đời năm

1997 và được công bố năm 1999, tốc độ truyền dữ liệu 1-2 Mbit/s, sử dụng băng tần 2.4GHz

Và sau đó bất ngờ bổ sung là IEEE 802.11b

IEEE 802.11b: ra đời 11/1999, tốc độ 11Mbit/s, băng tần 2.4GHz, dùng phổ biến vàđược xem như một kỹ thuật WLAN IEEE 802.11b sử dụng một kỹ thuật truyền sóng bằngDSSS như một chuẩn gốc

IEEE 802.11a: cũng ra đời 11/1999, tốc độ 54MBit/s, băng tần 5GHz Tuy nhiên, băngtần cao thì rất mỏng manh, yếu ớt Tất cả các hiệu quả của IEEE 802.11a đều vượt trội hơnIEEE 802.11b/g nhưng chỉ mong manh và yếu ớt Vì vậy tín hiệu IEEE 802.11.a không thểvượt thăm nhập xa hơn IEEE 802.11b bởi vì chúng bị các bức tường và vật thể rắn khác hấpthụ trên đường đi IEEE 802.11a sử dụng kỹ thuật OFDM

IEEE 802.11c: được phê chuẩn 11/1998, hoạt động như một cầu nối cho mạng khôngdây

IEEE 802.11d: ra đời 2001, là chuẩn cho những công ty phát triển các sản phẩm khôngdây trên nhiều quốc gia khác nhau

IEEE 802.11e: ra đời 2005, nâng cao 802.11 MAC cho QoS

IEEE 802.11F: Inter-Access Point Protocol, ra đời 2003

IEEE 802.11g: ra đời năm 2003, là phiên bản nâng cấp của IEEE 802.11b, tốc độ54MBit/s, băng tần 2.4GHz

IEEE 802.11h: ra đời 2004, là chuẩn giải quyết các vấn đề nhiễu với vệ tinh và Radardùng băng tần 5GHz Chuẩn này cung cấp tính năng DFS chọn kênh tự động và giảm nhiễubằng AP, và tính năng TPC điều chỉnh công xuất truyền dẫn.

IEEE 802.11i: ra đời 2004, tăng khả năng bảo mật, sử dụng WEP để bảo mật nhưngWEP thì bảo mật kém, sau đó ra đời WPA và cải tiến hơn là WPA2 sử dụng mã hoá khối theothuật toán AES, còn WEP và WPA sử dụng mã hoá theo thuật toán RC4 Cuối cùng làphương pháp bảo mật tốt nhất hiện nay là EAP dùng để chứng thực trên máy chủ

IEEE 802.11j: ra đời 2004, hoạt động ở băng tần 5GHz, sự mở rộng của người Nhậtdùng cho các ứng dụng Radio di động bên trong và bên ngoài

IEEE 802.11k: ra đời 2007, nâng cấp trong việc đo lường tài nguyên Radio

IEEE 802.11p: dự kiến phổ biến năm 2009, dùng mạng không dây trên các phương tiệngiao thông

IEEE 802.11r: ra đời năm 2007, nâng cấp dựa trên IEEE 802.11d cho phép chuyểnvùng

IEEE 802.11T: liên quan đến WPP sự đoán hoạt động của mạng không dây

IEEE 802.11u: quy định cách thức tương tác với các thiết bị không tương thích với 802như mạng điện thoại di động

IEEE 802.11n: nhanh hơn và xa hơn IEEE 802.11g

Tổng quát hơn, mạng không dây thường sử dụng chuẩn IEEE 802.11a, IEEE 802.11b,IEEE 802.11g và hiện nay một số máy Laptop dùng IEEE 802.11n

2.3 Cơ Chế Truy Cập Đường Truyền Của 802.11:

Mạng 802.11 sử dụng cơ chế Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance(CSMA/CA) để truyền dữ liệu

CSMA/CA là cơ chế lắng nghe trước khi truyền (Listen Before Talk = LBT) Trạmtruyền sẽ kiểm tra tín hiệu sóng mang trên đường truyền và đợi cho đến khi kênh truyền rỗitrước khi thực sự truyền.

CSMA/CD sử dụng ACK để xác nhận thay vì tùy ý sử dụng môi trường truyền khi cóxung đột xảy ra Việc sử dụng ACK rất đơn giản, khi một thiết bị không dây gởi gói tin, đầunhận sẽ đáp lại bằng ACK nếu như gói tin đó được nhận đúng và đầy đủ Nếu đầu gởi khôngnhận được ACK thì nó xem như là đã có xung đột xảy ra và truyền lại gói tin

Giao thức CSMA/CA tránh khả năng xung đột gữa các trạm dùng chung đường truyềnbằng cách sử dụng random back off time (khoảng thời gian bất kỳ phải đợi trước khi có thểgiành quyền sử dụng đường truyền) Khoảng thời gian ngay sau khi đường truyền bận làkhoảng thời gian dễ xảy ra xung đột nhất, đặc biệt là trong môi trường có nhiều người sửdụng Tại thời điểm này, các máy trạm phải đợi cho đường truyền rảnhvà sẽ cố truyền dữ liệutại cùng một thời điểm Chính vì thế, khi đường truyền rảnh, random back of time sẽ trì hoãnviệc truyền dữ liệu của trạm, hạn chế tối đa khả năng xảy ra xung đột giữa các trạm

Mô tả CSMA/CA:

+ Trước khi một máy trạm muốn gửi dữ liệu, máy đó phải thông báo cho biết máy đómuốn gửi dữ liệu trong bao lâu Lời thông báo này sẽ cho máy trạm khác biết phải đợi bao lâutrước khi máy đó có thể gửi thông tin

+ Các máy trạm khác không được gửi thông tin cho đến khi khoảng thời gian phải chờkết thúc

+ Máy trạm truyền dữ liệu sẽ không biết được dữ liệu đã truyền đến nơi cần truyền haychưa cho đến khi nhận được một tín hiệu báo đã nhận được dữ liệu

+ Nếu 2 máy trạm cùng gửi dữ liệu, chúng cũng không biết được mình đang gâynhiễu lẫn nhau Máy trạm chỉ nhận biết được đang có máy trạm khác cùng truyền dữ liệu khikhông nhận được tín hiệu báo lại từ nơi cần truyền dữ liệu

+ Các máy trạm phải đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi thử truyền lại lần nữa(khi nhận biết được có máy đang giành đường truyền, gây nhiễu )

và nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi 1s, 0s sang sóng vô tuyến và ngược lại

Nhưng Wi-Fi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở chỗ:

Chúng phát và truyền tín hiệu ở tần số 2.4GHz hoặc 5GHz

Tần số này cao hơn so với các tần số sử dụng điện thoại di động, các thiết bị cằm tay,phát thanh và truyền hình

Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn

Kênh thông tin: băng thông của chuẩn IEEE 802.11b và IEEE 802.11g cho phép xâydựng 14 kênh khác nhau để truyền dẫn thông tin, nhưng hiện nay người ta thường dùng mộttrong các kênh đánh số từ 1 đến 11, và tránh dùng lẫn lộn giữa các kênh với nhau, cho nênngười ta thường dùng các kênh 1,6, và 11, và nó cũng giúp nâng cao chất lượng tín hiệu sóngđáng kể

4 Các Thành Phần Mạng Không Dây Wi-Fi:

Gồm có: Access Point, các thiết bị máy trạm, Antenna,

4.1 Access Point:

Access Point

AP cung cấp cho các máy trạm một điểm để truy cập vào trong mạng Một AP là mộtthiết bị haft-duplex với khả năng hoạt động thông minh tương đương với khóa chuyển mạchEthernet phức tạp

Vị trí các AP thường đặt tại trung tâm các thiết bị muốn kết nối hay các công ty lớn,vừa và nhỏ Nơi có ít nhiễu xạ sóng vô tuyến là nơi tốt nhất để đặt mạng không dây

Môi trường bên trong, Access Point sẽ phủ sóng tối đa là 50m Các vật liệu xây dựngdùng trong nhà cửa và đồ đạc có thể va chạm với khu vực phủ sóng

Khu vực bên ngoài, thiết kế và lợi ích của các antenna có thể tăng trong khu vực phủsóng khoảng vài trăm mét

Root mode:

Chế độ gốc được dùng khi một AP kết nối đến một mạng có dây Hầu hết các AP có hỗtrợ các chế độ khác nhưng vẫn có thể được cấu hình với chế độ Root mặc định Khi một APkết nối với một phân đoạn mạng có dây thông qua cổng Ethernet của nó thì AP này thườngđược cấu hình theo kiểu Root Khi ở chế Root thì các AP ở chung một hệ thống phân đoạn códây sẽ có thể liên kết với nhau Các AP liên lạc với nhau để hỗ trợ chức năng chuyển vùngcũng như chức năng tái liên kết Các máy trạm không dây có thể liên lạc và trao đổi với cácmáy trạm không khác thông qua các AP kết nối với nhau qua mạng có dây hay không dây

Chế độ root

Bridge Mode:

Trong chế độ Bridge, các Access Point hoạt động chính xác như Bridge không dây.Trên thực tế chúng mở thành các Bridge không dây khi được cấu hình theo chế độ này Chỉmột số nhỏ AP trên thị trường có chức năng Bridge

Chế độ Bridge

Như hình vẽ, các máy trạm không dây không liên kết với các bridge và các bridgekhông dây này được dùng để nối hay nhiều phân đoạn mạng có dây lại với nhau qua môitrường không dây

Chế độ Repeater

Ở hình trên, ta thấy một Access Point hoạt động như là một AP Root và một AP hoạtđộng như là Repeater không dây Access Point trong chế độ repeater kết nối đến các máy trạmkhông dây với vai trò và kết nối với AP Root ngược dòng với vai trò là một máy trạm Việc

sử dụng một AP trong chế độ repeater sẽ không được đề nghị trừ khi thật cần thiết bởi vì các ôxung quanh mỗi AP trong trường hợp này phải chồng lắp lên nhau ít nhất là 50% Cách cấuhình này làm giảm thiểu phạm vi mà các client có thể kết nối đến AP repeater Ngoài ra, do

AP repeater truyền thống với các client như là AP ngược dòng trên đường nối không dây nênlàm giảm dung lượng trong một phân đoạn mạng không dây Người ta dùng kết nối APrepeater sẽ gặp phải vấn đề về thông thượng thấp và thời gian trễ cao

4.2 Các Thiết Bị Máy Trạm:

Các thiết bị máy trạm là một thuật ngữ, bao hàm một số thiết bị mạng WLAN và mộtAccess Point nhận dạng như là một máy trạm trong mạng Các thiết bị này bao gồm:

• PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association)

• Bộ biến đổi loại nối tiếp và Ethernet

• Card USB (USB Adapter)

• Card PCI và ISA

Các máy trạm WLAN là những nút mạng cuối như máy tính để bàn, máy tính xáchtay, các máy tính PDA mà chúng cần kết nối không dây vào mạng không dây Infrastructure.Các thiết bị máy trạm WLAN ở trên được liệt kê cung cấp việc kết nối cho các máy trạm

PCMCIA và Compact Flash Card:

PCMCIA

Thành phần phổ biến nhất trong một vài mạng không dây là card PCMCIA Các thiết

bị này được dùng trong các máy tính xách tay và máy tính cá nhân PDA Card PC là thànhphần cung cấp việc kết nối giữa máy trạm và mạng Card PC được ứng dụng như là mộtmodule radio trong AP, Bridge, Workgroup Bridge, USB Adapter, PCI, ISA, và ngay trong

cả máy in

Có 3 loại nói chung:

+ Antenna đa hướng

+ Antenna đơn hướng

+ Antenna định hướng mạnh

Antenna đa hướng:

Hầu hết các loại antenna mạng WLAN là loại antenna lưỡng cực Antenna lưỡng cực

là loại antenna đa hướng, bởi vì nó phát ra năng lượng như nhau theo tất cả mọi hướng xungquanh trục của nó Các hướng của antenna tập trung năng lượng của chúng vào trong hìnhnón, gọi là “beam” Antenna lưỡng cực có một yếu tố phát xạ dài chỉ một inch mà nó thựchiện chức năng tương đương như antenna “rabit ears” trong một số ti vi Các antenna lưỡngcực được sử dụng với mạng WLAN ít hơn vì tần số của mạng WLAN nằm trong vùng trảiphổ vi sóng 2.4GHz thay vì 100GHz của trải phổ ti vi Do các tần số cao hơn nên chiều dàisóng và các antenna trở nên nhỏ hơn

Các antenna đa hướng được sử dụng khi việc che phủ theo các hướng xung quanh trụcngang của antenna được yêu cầu Antenna đa hướng có hiệu quả nhất tại nơi có nhu cầu baophủ một vùng rộng lớn xung quanh một điểm trung tâm Các antenna đa hướng thường được

sử dụng cho việc thiết kế mạng điểm-nhiều điểm theo dạng cấu trúc mạng hình sao

Các loại anten đẳng hướng: Rubber Duck, Omni-directional, Celing Dome, Small

Desktop, Mobile Vertical, Ceiling Dome

Anten Omni-directional