Chương 4.1: Mạng không dây và di động

Nội dung  Mạng không dây  Giới thiệu  Liên kết mạng không dây  Mạng cục bộ không dây  Mạng di động Các thành phần của mạng không dây  Cường độ tín hiệu suy giảm  Tín hiệu phân tán khi nó di chuyển khoảng cách lớn.  Tín hiệu suy giảm khi nó truyền qua vật chất. Nhiễu với các nguồn khác  Phổ tần số mạng không dây trùng với các thiết bị khác (ví dụ: điện thoại không dây 2.4Ghz gây nhiễu cho mạng không dây 802.11b)  Nhiễu điện từ (ví dụ: lò vi sóng) Truyền sóng đa đường  Tín hiệu vô tuyến phản xạ qua các đối tượng và mặt đất  Lấy các đường khác nhau về độ dài giữa bên gửi và bên nhận  Điều này dẫn đến việc mờ tín hiệu ở bên nhận

Chương 4.1: Mạng không dây di động ThS NGUYỄN CAO ĐẠT E-mail:dat@hcmut.edu.vn Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động Nội dung  Mạng không dây     Giới thiệu Liên kết mạng không dây Mạng cục không dây Mạng di động Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động Các thành phần mạng không dây network infrastructure Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động Các thành phần mạng không dây t/bị không dây   network infrastructure Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014  laptop, smartphone Có thể cố định di động Chạy ứng dụng Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động Các thành phần mạng không dây trạm sở   network infrastructure Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Thường kết nối đến mạng có dây Chịu trách nhiệm chuyển tiếp gói tin mạng có dây thiết bị không dây khu vực Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động Các thành phần mạng không dây liên kết không dây   network infrastructure   Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Thường dùng để kết nối thiết bị không dây đến trạm sở Cũng sử dụng liên kết trục Nhiều giao thức đa truy cập Tốc độ liệu, khoảng cách truyền dẫn khác Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động Các thành phần mạng không dây network infrastructure Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 chế độ sở hạ tầng • trạm sở kết nối thiết bị không dây vào mạng có dây • Handoff: thay đổi trạm sở thiết bị không dây Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động Các thành phần mạng không dây Chế độ không csht  Không có trạm sở  Các node tự tổ chức thành mạng với tuyến đường chúng Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động Phân loại mạng không dây Một hop Thiết bị không dây kết nối đến trạm sở, trạm sở kết nối đến mạng hữu tuyến Cơ sở hạ tầng Không sở hạ tầng Không có trạm sở kết nối đến mạng hữu tuyến (Bluetooth, ad hoc) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Nhiều hop Thiết bị không dây chuyển tiếp qua nhiều node không dây trung gian để kết nối đến mạng hữu tuyến (mesh) Không có trạm sở kết nối đến mạng hữu tuyến, chuyển tiếp qua nhiều node không dây (MANET, VANET) Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động Nội dung  Mạng không dây     Giới thiệu Liên kết mạng không dây Mạng cục không dây Mạng di động Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 10 Trao đổi RTS-CTS A B AP reservation collision DATA (A) defer time Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 26 802.11: Cấu trúc frame 2 6 frame address address address duration control Address 1: MAC address of wireless host or AP to receive this frame Address 2: MAC address of wireless host or AP transmitting this frame Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 seq address control - 2312 payload CRC Address 4: used only in ad hoc mode Address 3: MAC address of router interface to which AP is attached Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 27 802.11 frame: địa Internet R1 router H1 R1 MAC addr H1 MAC addr dest address source address 802.3 frame AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr address address address 802.11 frame Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 28 802.11 frame: trường khác frame seq # (for RDT) duration of reserved transmission time (RTS/CTS) 2 6 frame address address address duration control Protocol version Type Subtype To AP seq address control From More AP frag Retry - 2312 payload CRC Power More mgt data 1 WEP Rsvd frame type (RTS, CTS, ACK, data) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 29 802.11: di chuyển subnet    H1 liên kết với BSS1 Switch, tự học, nhớ H1 cổng kết nối với BSS1 H1 di chuyển từ BSS1 đến BSS2    Liên kết với BSS2 Giữ địa IP Làm để giữ kết nối TCP có H1 ?  BBS H1 BBS 802.11f Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 30 802.11: khả nâng cao Tốc độ thích hợp Thiết bị không dây tự động thay đổi tốc độ truyền(kỹ thuật điều chế tầng vật lý) di chuyển dẫn đến SNR thay đổi 10-2 10-3 BER  10-1 10-4 10-5 10-6 10-7 10 20 30 SNR(dB) 40 SNR giảm -> BER tăng node di chuyển xa AP QAM256 (8 Mbps) QAM16 (4 Mbps) BPSK (1 Mbps) operating point Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Khi BER cao, node chuyển sang tốc độ truyền thấp với BER thâp Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 31 802.11: khả nâng cao Quản lý lượng  Node đến AP: “I am going to sleep until next beacon frame”  AP biết không gửi frame đến node  node thức dậy trước frame beacon  beacon frame: chứa danh sách node với khung AP đến node chờ đợi để gửi  node thức dậy frame AP đến node gửi; không ngủ lại frame beacon Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 32 Nội dung  Mạng không dây     Giới thiệu Liên kết mạng không dây Mạng cục không dây Mạng di động Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 33 Các thành phần kiến trúc mạng di động MSC connects cells to wired tel net  manages call setup (more later!)  handles mobility (more later!)  cell covers geographical region  base station (BS) analogous to 802.11 AP  mobile users attach to network through BS  air-interface: physical and link layer protocol between mobile and BS  Mobile Switching Center Public telephone network Mobile Switching Center wired network Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 34 Kỹ thuật chia sẻ phổ tần vô tuyến   Kết hợp FDMA/TDMA: phổ phân chia phổ thành kênh tần số, phân chia kênh thành khe thời gian time slots CDMA: Code Division frequency Multiple Access bands Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 35 Code Division Multiple Access (CDMA)  Code gán cho người dùng   Tất người dùng chia xẻ chung tần số người có code (“chipping” sequence) để mã hóa liệu Cho phép nhiều người dùng "cùng tồn tại" truyền tải đồng thời với nhiễu tối thiểu (nếu mã "trực giao") Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 36 CDMA encode/decode sender d0 = data bits code Zi,m i -1 -1 -1 -1 m 1 -1 -1 -1 slot -1 -1 -1 -1 slot -1 -1 -1 -1 slot channel output slot channel output -1 1 1 1 d1 = -1 1 channel output Zi,m = d c M Di = S Zi,m.cm m=1 received input 1 1 1 code receiver Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 slot M 1 -1 -1 -1 -1 slot d0 = d1 = -1 slot channel output slot channel output Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 37 CDMA encode/decode Sender channel sums together transmissions by sender and Sender using same code as sender 1, receiver recovers sender 1’s original data from summed channel data! Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 38 Kiến trúc mạng 2G(thoại) Base station system (BSS) MSC BTS BSC G Public telephone network Gateway MSC Base transceiver station (BTS) Base station controller (BSC) Mobile Switching Center (MSC) Mobile subscribers Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 39 Kiến trúc mạng 3G (thoại + liệu) MSC G radio network controller Gateway MSC G SGSN  Mạng thoại không thay đổi lõi  Mạng liệu hoạt động song song Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Public telephone network Public Internet GGSN Serving GPRS Support Node (SGSN) Gateway GPRS Support Node (GGSN) Mạng máy tính Chương 4: Mạng không dây di động 40 [...]... Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mid-range outdoor Long-range outdoor 200m – 4 Km 5Km – 20 Km Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động 17 Nội dung  Mạng không dây     Giới thiệu Liên kết mạng không dây Mạng cục bộ không dây Mạng di động Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động 18 Mạng cục bộ không dây. .. nếu không ngủ lại cho đến frame beacon kế tiếp Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động 32 Nội dung  Mạng không dây     Giới thiệu Liên kết mạng không dây Mạng cục bộ không dây Mạng di động Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động. .. các gói đặt chỗ nhỏ! Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động 25 Trao đổi RTS-CTS A B AP reservation collision DATA (A) defer time Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động 26 802.11: Cấu trúc frame 2 2 6 6 6 frame address address address... điện thoại không dây 2.4Ghz gây nhiễu cho mạng không dây 802.11b) Nhiễu điện từ (ví dụ: lò vi sóng) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động 12 Các đặc điểm của liên kết không dây  Truyền sóng đa đường    Tín hiệu vô tuyến phản xạ qua các đối tượng và mặt đất Lấy các đường khác nhau về độ dài giữa bên gửi và bên nhận... đặc điểm của liên kết không dây  Cường độ tín hiệu suy giảm   Tín hiệu phân tán khi nó di chuyển khoảng cách lớn Tín hiệu suy giảm khi nó truyền qua vật chất Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động 11 Các đặc điểm của liên kết không dây  Nhiễu với các nguồn khác   Phổ tần số mạng không dây trùng với các thiết... Tât cả đều có thể hoạt động chế độ cơ sở hạ tầng hoặc không Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động 19 802.11: Chế độ hoạt động cơ sở hạ tầng Internet hub, switch or router • • Thiết bị không dây giao tiếp với trạm cơ sở (Access Point - AP) Basic Service Set (BSS) (“cell”) :  Thiết bị không dây  Các trạm cơ sở BSS... Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động 34 Kỹ thuật chia sẻ phổ tần vô tuyến   Kết hợp FDMA/TDMA: phổ phân chia phổ thành các kênh tần số, phân chia mỗi kênh thành các khe thời gian time slots CDMA: Code Division frequency Multiple Access bands Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây. .. Outdoor (50 meters to 20 kmeters)  802.11 and g point-to-point: 54 Mbps  WiMax: 5-11 Mbps Mạng di động    3G enhanced: 4 Mbps 3G: 384 Kbps 2G: 56 Kbps Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động 16 Các công nghệ liên kết không dây Data rate (Mbps) 200 54 5-11 802.11n 802.11a,g 802.11b 4 1 802.11a,g point-to-point 4G:... Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động 30 802.11: các khả năng nâng cao Tốc độ thích hợp Thiết bị không dây tự động thay đổi tốc độ truyền(kỹ thuật điều chế tầng vật lý) khi di chuyển dẫn đến SNR thay đổi 10-2 10-3 BER  10-1 10-4 10-5 10-6 10-7 10 20 30 SNR(dB) 40 1 SNR giảm -> BER tăng khi node di chuyển ra xa AP QAM256 (8 Mbps) QAM16 (4 Mbps)... unaware of their interference at B Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 space Signal attenuation:    B, A hear each other B, C hear each other A, C can not hear each other interfering at B Mạng máy tính 2 Chương 4: Mạng không dây và di động 15 Các công nghệ liên kết không dây  Mạng dữ liệu    Indoor (10-30 meters)  802.11n: 200 Mbps  802.11a and g: 54 Mbps