Tìm hiểu các mạng không dây thế hệ mới

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTTừ viết BS/SS Base Station/ Subcrible Station Trạm gốc/ trạm thuê bao BSS Basic Service Set Tập dịch vụ cơ sở BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát cơ sở CB

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các thầy cô giáo Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những tri thức, kỹ năng, kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt thời gian học vừa qua

Cuối cùng, tôi xin kính chúc Quý thầy cô và gia đình dồi dào sức khỏe và thành công./

Học viên cao học khóa 2011B

Luyện Văn Hòa

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 9

LỜI NÓI ĐẦU 10

PHẦN 1 TÌM HIỂU CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY THẾ HỆ MỚI: MẠNG DI ĐỘNG 3G, MẠNG WIRELESS LAN, MẠNG WIMAX, MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 12 CHƯƠNG 1 UMTS 12

1.1 Tổng quan 12

1.2 Kiến trúc mạng 13

1.3 Các tình huống sử dụng: 17

1.4 Quản lý di động 21

CHƯƠNG 2 WLAN 25

2.1 Tổng quan về WLAN 25

2.1.1 Giới thiệu 25

2.1.2 Lịch sử phát triển WLAN 26

2.1.3 Ưu nhược điểm mạng không dây 28

2.1.4 Các ứng dụng của WLAN 28

2.2 Đặc điểm kĩ thuật mạng WLAN 30

2.2.1 Các chuẩn cho mạng không dây WLAN 802.11 30

2.2.2 Các thành phần cơ bản của mạng không dây: 32

2.2.3 Các dạng mạng không dây 33

2.3 Giao thức điều khiển truy nhập môi trường IEEE 802.11 MAC 35

2.3.1 DCF (Distributed Coordination Function) 35

2.3.2 PCF (Point Coordination Function) 38

2.3.3 Hạn chế của 2 cơ chế DCF và PCF về vấn đề chất lượng dịch vụ 39

2.3.4 Yêu cầu của các ứng dụng (Applications) 40

2.4 Giao thức điều khiển truy nhập môi trường IEEE 802.11e MAC 40

2.4.1 HCF contention-based medium access (EDCA) 41

2.4.2 HCF Controlled Medium Access 44

CHƯƠNG 3 WiMAX 46

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WiMAX 46

3.1.1 WiMAX LÀ GÌ ? 46

3.1.2 WiMAX SO VỚI MỘT SỐ CÔNG NGHỆ KHÁC 47

3.1.3 CÁC CHUẨN CỦA WIMAX 49

3.1.3.1 Chuẩn IEEE 802.16 - 2001 49

3.1.3.2 Chuẩn IEEE 802.16a 50

3.1.3.3 Chuẩn IEEE 802.16 - 2004 50

3.1.3.4 Chuẩn IEEE 802.16e 51

3.2 KIẾN TRÚC CỦA WIMAX 52

3.2.1 MÔ HÌNH THAM CHIẾU 53

3.2.2 LỚP VẬT LÝ WIMAX (PHY) 54

3.2.2.1 Đặc điểm lớp vật lý 54

3.2.2.2 Dải tần sử dụng 55

3.2.3 LỚP ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP MÔI TRƯỜNG (MAC) 56

3.2.3.1 Các thành phần lớp MAC 57

3.2.3.2 Lớp con hội tụ MAC 59

3.2.3.3 Lớp con phần chung MAC 59

Các định dạng MAC PDU 60

3.2.3.4 Lớp con bảo mật 63

3.2.3.5 Cơ chế yêu cầu và cấp phát băng thông 64

3.2.4 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) 66

3.2.4.1 Các dịch vụ lập lịch (Scheduling Services) 66

CHƯƠNG 4 MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 68

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 68

4.1.1 Giới thiệu chung 68

4.1.2 Đặc điểm mạng cảm biến không dây 68

4.2 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN 70

4.2.1 Vấn đề định tuyến trong mạng cảm biến 70

4.2.2 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến 73

PHẦN 2: TÌM HIỂU MÔ PHỎNG MẠNG WLAN 802.11e TRONG MÔI TRƯỜNG NS2 76

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CÔNG CỤ MÔ PHỎNG NS2 76

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU MÔ PHỎNG MẠNG WLAN 802.11e TRONG MÔI TRƯỜNG NS2 79

KẾT LUẬN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, luận văn này là kết quả của quá trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của thầy giáo hướng dẫn: TS Ngô Quỳnh Thu

Toàn bộ nội dung trong bài luận văn là các kiến thức được đúc kết từ các tài liệu tham khảo trong, ngoài nước và được cô Ngô Quỳnh Thu cung cấp, không có sự sao chép của bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác./

Học viên Cao học khóa 2011B

Luyện Văn Hòa

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết

BS/SS Base Station/ Subcrible Station Trạm gốc/ trạm thuê bao

BSS Basic Service Set Tập dịch vụ cơ sở

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát cơ sở

CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit không đổi

CDR Call Detail Record Bản ghi chi tiết cuộc gọi

CFP Contention Free Period Khoảng thời gian không có tranh

chấp CID Unidirectional Connection

CP Contention Period Khoảng thời gian có tranh chấp CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra lỗi dư vòng

CS Service-specific Convergency

DCF Distributed Coordination

DFS Dynamic Frequency Selection Lựa chọn tần số động

DLP Direct link protocol Giao thức liên kết trực tiếp

EDCA Enhanced distributed channel

ESS Extend Service Set Tập dịch vụ mở rộng

FDD Frequency Division Duplex Ghép kênh theo tần số

FTP File transmission protocol Giao thức truyền tập tin

GGSN Gateway GPRS Support Node Cổng hỗ trợ GPRS

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPSS Grant per SubScrible Cấp phát trên mỗi trạm thuê bao HCCA HCF controlled channel access Truy nhập kênh truyền được điều

khiển HCF Hybrid Coordination Function Chức năng điều phối lai

HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú

IBSS Independent Basic Service Set Tập dịch vụ cơ sở độc lập

IEEE Institute of Electrical and

Electronic Engineers Viện kỹ sư điện và điện tử

LBT Listen Before Talk Lắng nghe trước khi truyền

LMDS Local multipoint distribution

MAC Media Access Controller Điều khiển truy cập đường truyền

MSC Mobile Service Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di

động MSDU MAC Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC

OTCL Object oriented Tool Command

Language

Ngôn ngữ công cụ lệnh hướng đối tượng

PDA Personal Digital Assistant Trợ lý kỹ thuật số cá nhân

PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RAN Random Acsess Network Mạng truy cập ngẫu nhiên

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Trạm con mạng vô tuyến

SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ

SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ

SFID Service Flow Identifier Định danh luồng dịch vụ

SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ dịch vụ GPRS

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TDD Time Division Duplex Ghép kênh theo thời gian

UDP User Datagram Protocol Giao thức gói người dùng

UL/DL Uplink/ Downlink Đưowng lên/ đường xuống

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

USIM UMTS Subscriber Identity

UTRAN UMTS terrestrial RAN Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

UMTS VBR Variable Bit Rate Tốc độ bit thay đổi

VLR Visitor Location Register Bộ đăng ký định vị khách

WCDMA Wideband Code Division

WSN Wireless sensor network Mạng cảm biến không dây

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Giá trị AIFSN, CW min, max tương ứng với các mức ưu tiên 43

Bảng 2: Tóm tắt các đặc trưng cơ bản các chuẩn WiMAX 52

Bảng 3: Các trường tiêu đề MAC chung 62

Bảng 4: Các trường tiêu đề MAC yêu cầu dải thông 63

Bảng 5: Tham số backoff sử dụng trong mô phỏng 80

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1: Cấu trúc mạng UMTS 13

Hình 2: Mô hình mạng Ah-hoc 33

Hình 3: Mô hình mạng BSS (Infrastructure BSS) 34

Hình 4: Mô hình mạng ESS 34

Hình 5: Mô hình mô tả cơ chế DCF 36

Hình 6: Hiện tượng Hidden node 37

Hình 7: Mô hình mô tả sự truyền nhận frame RTS/CTS 38

Hình 8: Mô hình mô tả sự truyền dữ liệu phân mảnh 38

Hình 9: Mô hình mô tả cơ chế PCF 39

Hình 10: Mô tả sự phân loại và truyền dữ liệu trong phân lớp MAC 42

Hình 11: Lộ trình công nghệ WiMAX 49

Hình 12: Mô hình tham chiếu 53

Hình 13: Chức năng các lớp trong mô hình phân lớp chuẩn IEEE 802.16 53

Hình 14: Luồng dữ liệu qua các lớp 54

Hình 15: Lớp MAC 58

Hình 16: Định dạng MAC PDU 60

Hình 17: Định dạng của tiêu đề MAC PDU chung 61

Hình 18: Định dạng tiêu đề yêu cầu dải thông 62

Hình 19: Cấu trúc mạng cảm biến 69

Hình 20 Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng 77

Hình 21: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS 78

Hình 22: Cấu hình mạng mô phỏng 80

Hình 23: Sơ đồ biểu thị thông lượng các luồng khi sư dụng cơ chế DCF 81

Hình 24: Sơ đồ biểu thị trễ truyền gói các luồng khi sư dụng cơ chế DCF 81

Hình 25: Sơ đồ biểu thị số gói bị mất theo thời gian các luồng khi sư dụng cơ chế DCF 82

Hình 26: Sơ đồ biểu thị biến thiên trễ truyền gói (jitter) các luồng khi sử dụng cơ chế DCF 82

Hình 27: Sơ đồ biểu thị thông lượng các luồng khi sư dụng cơ chế EDCF 84

Hình 28: Sơ đồ biểu thị số gói bị mất theo thời gian các luồng khi sử dụng cơ chế EDCF 84

Hình 29: Sơ đồ biểu thị trễ truyền gói các luồng khi sư dụng cơ chế EDCF 84

Hình 30: Sơ đồ biểu thị biến thiên trễ truyền gói (jitter) các luồng khi sử dụng cơ chế DCF 85

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ không dây trong những năm gần đây

đã đem đến những ích lợi to lớn cho con người trong mọi lĩnh vực của cuộc sống,

do đó nhận được nhiều sự quan tâm từ các nhà nghiên cứu vì khả năng ứng dụng và tiềm năng của nó Trong số các mạng không dây hiện nay, nổi bật là mạng di động 3G, mạng cục bộ không dây(WLAN), mạng WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) và mạng cảm biến không dây WSN(wireless sensor network)

Mạng di động 3G mang đến cho người dùng các dịch vụ đa phương tiện như: video call(cuộc gọi có hình ảnh), âm thanh hình ảnh video chất lượng cao và truyền hình số, email; các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS) mà công nghệ 2G trước đó chưa có Tuy nhiên 3G lại hạn chế ở những dịch vụ mới yêu cầu tốc độ cao như truyền hình hội nghị(video conference), live video(truyền hình trực tuyến), game online… đây là điểm mà 3G cần cải tiến trong tương lai

Mạng cục bộ không dây WLAN (Wireless Local Area Network) sử dụng sóng vô tuyến hay hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu thông qua không gian, xuyên qua tường trần và cấu trúc khác mà không cần cáp WLAN cung cấp đầy đủ các chức năng và các ưu điểm của một mạng LAN truyền thống như Ethernet hay Token Ring nhưng lại không bị giới hạn bởi cáp mang đến cho người dùng khả năng di động WLAN cũng có khả năng kết hợp tốt với LAN tạo thành một mạng năng động và ổn định WLAN rất phù hợp cho việc phát triển điều khiển thiết bị từ

xa, cung cấp mạng dịch vụ nơi công cộng, khách sạn, văn phòng…

WiMax là hệ thống truy nhập vi ba có tính tương tác toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE 802.16-2004 WiMax hoạt động gần giống với Wi-Fi nhưng được cải thiện để tăng tốc độ truyền dẫn dữ liệu tới 75 Mbit/s với kênh 20MHz, bán kính cell từ 2-9km trong khu vực thành thị và 50 km tại những vùng hẻo lánh WiMax ứng dụng trong thiết bị mạng Internet có số lượng người dùng lớn

và giá thành rẻ, tính bảo mật cao hơn WiMax như một tổng đài trong khu vực, kết nối đến trạm chủ có thiết lập đường truyền ra Internet WiMax hứa hẹn tạo ra khả

năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định lẫn mạng không dây

di động, phạm vi phủ sóng rộng lớn WiMax chính là giải pháp cho mạng đô thị không dây băng rộng

WSN là mạng bao gồm một số lượng lớn các nút cảm biến có kích thước nhỏ gọn, giá thành thấp, có sẵn nguồn năng lượng, có khả năng tính toán và trao đổi với các thiết bị khác nhằm mục đích thu thập thông tin toàn mạng để đưa ra các thông

số về môi trường, hiện tượng và sự vật mà mạng quan sát Các nút cảm biến là các cảm biến có kích thước nhỏ, thực hiện việc thu phát dữ liệu và giao tiếp với nhau chủ yếu qua kênh vô tuyến WSN ra đời đáp ứng nhu cầu thu thập thông tin về môi trường, khí hậu, phát hiện và do thám việc tấn công bằng hạt nhân, sinh học và hóa học, chuẩn đoán sự hỏng hóc của máy móc, thiết bị, ngôi nhà thông minh, giám sát

xe cộ, giao thông… để từ đó phân tích, xử lý và đưa ra các phương án phù hợp hoặc cảnh báo hay đơn thuần chỉ là thu thập lưu trữ số liệu Ứng dụng của WSN cực kỳ phong phú, tiềm năng vô cùng to lớn tuy nhiên hiện tại WSN chưa được triển khai nhiều ở Việt Nam

Đây là một đề tài rất hấp dẫn, đã được ứng dụng trong thực tế mang lại nhiều lợi ích cho cuộc sống, đồng thời vẫn còn tiềm năng phát triển rất lớn ở Việt Nam

Luận văn gồm 2 phần, 6 chương:

PHẦN 1 TÌM HIỂU CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY THẾ HỆ MỚI: MẠNG DI ĐỘNG 3G, MẠNG WIRELESS LAN, MẠNG WIMAX, MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

CHƯƠNG 1 UMTS

CHƯƠNG 2 WLAN

CHƯƠNG 3 WiMAX

CHƯƠNG 4 MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

PHẦN 2: TÌM HIỂU MÔ PHỎNG MẠNG WLAN TRONG MÔI TRƯỜNG NS2

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CÔNG CỤ MÔ PHỎNG NS2

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU MÔ PHỎNG MẠNG WLAN 802.11e TRONG MÔI TRƯỜNG NS2

PHẦN 1 TÌM HIỂU CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY THẾ HỆ MỚI: MẠNG DI ĐỘNG 3G, MẠNG WIRELESS LAN, MẠNG WIMAX, MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

CHƯƠNG 1 UMTS

1.1 Tổng quan

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 được xây dựng với mục đích cung cấp một mạng di động toàn cầu với các dịch vụ phong phú bao gồm thoại, nhắn tin, Internet và dữ liệu băng rộng Tại Châu Âu hệ thống thông tin di động thế hệ 3 đã được tiêu chuẩn hóa bởi học viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI: European Telecommunications Standard Institute) phù hợp với tiêu chuẩn IMT-2000 của ITU (International Telecommunication Union) Hệ thống viễn thông di động toàn cầu (UMTS) cũng như WCDMA là một tiến bộ đáng kể nhất của quá trình viễn thông hướng tới thế hệ 3G Nó là sự phát triển của các dịch vụ và tốc độ dữ liệu từ mạng

di động thế hệ thứ hai GSM và thế hệ thứ 2.5 GPRS, nhằm đáp ứng các yêu cầu phát triển của các dịch vụ di động và ứng dụng Internet với tốc độ truyền dẫn lên tới 2Mbps và cung cấp một tiêu chuẩn chuyển vùng toàn cầu

UMTS được phát triển bởi Third Generation Partnership Profect (3GPP) là dự án phát triển chung của nhiều cơ quan tiêu chuẩn hóa (SDO) như: ETSI (Châu Âu), ARIB/TCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và CWTS (Trung Quốc) Hội nghị vô tuyến thế giới năm 1992 đã đưa ra các phổ tần số dùng cho hệ thống UTMS:

- 1920 ÷ 1980 MHz và 2110 ÷ 2170 MHz dành cho các ứng dụng FDD (Frequency Division Duplex: ghép kênh theo tần số) đường lên và đường xuống, khoảng cách kênh là 5 MHz

- 1900 MHz ÷ 1902 MHz và 2010 ÷ 2025 MHz dành cho các ứng dụng TD/CMDA, khoảng cánh kênh là 5MHz

TDD 1980 MHz ÷ 2010 MHz và 2170 MHz ÷ 2200 MHz dành cho đường xuống và đường lên vệ tinh

1.2 Kiến trúc mạng

Kiến trúc mạng UMTS được đưa ra năm 1999 bao gồm 3 phần chính: thiết bị người dùng (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (RAN: random Acsess Network hay UTRAN: UMTS terrestrial RAN) và mạng lõi (CN: Core Network) như hình dưới:

Hình 1: Cấu trúc mạng UMTS

Phần thiết bị người dùng là các thiết bị được các thuê bao sử dụng để truy nhập vào các dịch vụ mạng UMTS trong lúc đó thì phần UTRAN và CN cùng nhau hợp thành miền cơ sở hạ tầng mạng bao gồm các node vật lý thực hiện các chức năng khác nhau mà các giao diện vô tuyến đầu cuối yêu cầu để hỗ trợ các yêu cầu

về dịch vụ viễn thông của người sử dụng

Miền UE: bao gồm rất nhiều kiểu thiết bị khác nhau với các mức khác nhau của các

chức năng: ví dụ như điện thoại mạng tế bào, PDA, laptops… các kiểu thiết bị này

là riêng biệt tùy theo người sử dụng UE là sự kết hợp giữa thiết bị di động và

module nhận dạng thuê bao USIM (UMTS Subscriber Identity Modulo) Giống như SIM trong mạng GSM/GPRS, USIM là thẻ có thể gắn vào máy di động và nhận dạng thuê bao trong mạng lõi

- Module nhận dạng thuê bao: USIM là một thẻ thông minh chứa các thông tin riêng của thuê bao và mã nhận thực để cho phép thuê bao truy nhập vào mạng USIM được kết hợp vào trong thẻ SIM và liên kết với ME qua giao diện điện tử tại điểm tham chiếu Cu

- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment) là thiết bị vô tuyến được sử dụng

để giao tiếp vô tuyến với miền UTRAN qua giao diện vô tuyến Uu

Miền UTRAN: miền này kiểm soát tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến bao

gồm một hay nhiều trạm vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) Một RNS chứa một hay nhiều node Bs và bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller) Các RNC và các Node B được kết nối với nhau bằng giao diện Iub Các đặc tính chính của UTRAN:

- Hỗ trợ UTRAN và tất cả các chức năng liên quan Đặc biệt là các ảnh hưởng chính lên việc thiết kế, là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù MCDMA

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và bằng cách sử dụng cùng một giao diện để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng CS và PS của lõi mạng

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết

- Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

Node B hay còn gọi là trạm gốc (BTS) trong GSM biến đổi các tín hiệu từ giao diện vô tuyến thành các luồng dữ liệu và forward chúng tới bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC: Radio Network Controller) thông qua giao diện Iub Với chiều ngược lại nó sắp xếp các dữ liệu đến từ RNC để chuẩn bị truyền qua giao diện

vô tuyến Vùng bao phủ bởi 1 node B được gọi là một cell

Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC là node trung tâm trong UTRAN và tương đương với BSC trong GSM Nó điều khiển một hay nhiều node Bs qua giao diện Iub và chịu trách nhiệm quản lý tất cả các tài nguyên vô tuyến trong UTRAN RNC giao tiếp với CN qua giao diện Iu Nếu có nhiều hơn một RNC chúng có thể kết nối với nhau qua giao diện Iur

Các chức năng chính của RNC:

- Điều khiển tài nguyên vô tuyến

- Cấp phát kênh

- Thiết lập điều khiển công suất

- Điều khiển chuyển giao

- Phân tập Macro

- Mật mã hóa

- Báo hiệu quảng bá

- Điều khiển công suất vòng hở

Miền CN: là miền chịu trách nhiệm cho việc chuyển mạch và định tuyến các kết

nối cuộc gọi và dữ liệu giữa UTRAN và các mạng chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh bên trong Nó được chia thành các phần: mạng chuyển mạch gói (PS) và mạng chuyển mạch kênh (CS) và thanh ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register)

Mạng PS gồm node hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support Node) và một cổng hỗ trợ GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node)

- SGSN chịu trách nhiệm định tuyến các gói bên trong PS cũng như kiểm soát nhận thực và mật mã của người sử dụng

- GGSN có chức năng như một gateway đi vào mạng chuyển mạch gói giống như mạng internet hay mạng LANs, mạng WANs, mạng GPRS, mạng ATM, mạng Frame Relay, mạng X.25… và do đó nó hoàn thiện chức năng định tuyến của SGSN

Mạng CS chứa trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC, bộ đăng ký định vị khách VLR và gateway MSC (GMSC) MSC/VLR (Mobile Service Switching Center) phục vụ các chức năng chuyển mạch và cơ sở dữ liệu Phần MSC

chịu trách nhiệm tất cả các báo hiệu cần thiết cho việc thiết lập, kết thúc và duy trì kết nối, và các chức năng vô tuyến khác như định tuyến lại cuộc gọi cũng như cấp phát hay thu hồi các kênh vô tuyến ví dụ như chức năng chuyển mạch Phần VLR được điều khiển bởi MSC và được sử dụng để quản lý người dùng đang roaming vào khu vực của MSC liên kết Nó lưu trữ thông tin được truyền bởi HLR tương ứng với những người sử dụng hoạt động trong vùng dưới sự kiểm soát của nó như chức năng cơ sở dữ liệu

GMSC (Gateway MSC) hoạt động tương tự như GGSN với chức năng là gateway vào mạng chuyển mạch kênh như các mạng di động mặt đất công cộng khác (PLMNs), mạng PSTNs, và mạng số đa dịch vụ (ISDNs)…

HLR (Home Location Register) là một cơ sở dữ liệu được đặt trong hệ thống nhà của người sử dụng lưu trữ các thông tin quan trọng của thuê bao như số điện thoại, tài khoản trả trước, mã nhận thực, khu vực roaming bất hợp pháp, thông tin

về các dịch vụ bổ sung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

Các giao diện mở chính của UMTS:

- Giao diện Cu: là giao diện thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho thẻ thông minh

- Giao diện Uu: là giao diện vô tuyến của WCDMA, giao diện giữa UE và Node B Đây là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống

vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS

- Giao diện Iu nối UTRAN với CN Nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

- Iu-CS dành cho dữ liệu chuyển mạch kênh

- Iu-PS dành cho dữ liệu chuyển mạch gói

- Giao diện Iur: giao diện giữa hai RNC Đây là giao diện mở, cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện Iub: kết nối một Node B với một RNC Nó cho phép hỗ trợ sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này UMTS là hệ thống điện thoại di động đầu tiên có Iub được tiêu chuẩn hóa như một giao diện mở hoàn toàn

1.3 Các tình huống sử dụng:

Các tình huống sử dụng mô tả các phần khác nhau trong mạng UMTS tương tác với nhau như thế nào trước, trong và sau một phiên giao tiếp Các hoàn cảnh sử dụng UMTS được đưa ra dựa trên trạng thái dịch vụ trên UE

UE tồn tại ở 3 trạng thái: tách riêng, kết nối và rỗi UE trong trạng thái tách riêng khi UE tắt máy và không có thông tin trao đổi giữa UE và mạng UE không thể gửi hay nhận bất kỳ cái gì Để thuê bao có thể sử dụng được mạng thì UE cần phải bật lên, lựa chọn một cell để kết nối vào và kết nối với cell đó Khi UE được kết nối vào mạng nó chuyển sang trạng thái rỗi và là trạng thái không tích cực

Các trạng thái khác nhau phụ thuộc vào UE đang ở trong chế độ mạng PS hay mạng CS Do vậy có 6 tình huống sử dụng khác nhau cần xem xét: kết nối mạng, kết nối CS, rỗi CS, kết nối PS, rỗi PS và tách riêng

Kết nối mạng: quá trình kết nối mạng bắt đầu khi người sử dụng bật UE Thuê bao

phải nhập mã PIN để nhận thực với USIM Nếu nhận thực USIM suôn sẻ, UE bắt đầu tìm kiếm một cell (node B) để kết nối vào Thủ tục kết nối luôn luôn được thiết lập bởi UE Khi UE tìm thấy một node B để kết nối vào, thì nó sẽ đồng bộ với node đó

và chuyển sang chế độ kết nối với node đó bằng cách gửi các bản tin yêu cầu kết nối tới RNC Mạng sẽ gửi một mã xác định USIM 15 số của UE tới HLR để thông báo cho HLR về yêu cầu kết nối vào mạng của UE HLR sẽ gửi ngẫu nhiên cho USIM một chuỗi mã bảo mật 128 bit và gửi cho mạng Mạng sẽ đối chiếu số mà USIM gửi tới mạng với chuỗi số mà HLR gửi tới mạng Nếu trùng nhau mạng sẽ chấp nhận cho

UE kết nối vào mạng Sau đó mạng sẽ tải toàn bộ thông tin của UE lưu ở trong HLR

và gửi nó tới VLR để chuẩn bị cho các kết nối mạng sắp tới

Các kết nối chuyển mạch kênh: sau quá trình kết nối vào mạng UE có thể tiếp tục

quá trình kết nối chuyển mạch kênh Quá trình kết nối CS gồm thiết lập cuộc gọi và

nhận cuộc gọi Điểm chung của cả 2 quá trình trên là kết nối báo hiệu phải được thiết lập giữa UE và CN

Để thiết lập cuộc gọi, một kết nối CS phải được thiết lập trước tiên Do đó

UE sẽ thông báo cho MSC rằng nó yêu cầu một kết nối CS với một số nhất định MSC sẽ tìm kiếm dữ liệu người dùng đã được tải trong VLR để xem liệu thuê bao

có được phép thực hiện cuộc gọi không Nếu thuê bao được phép thì MSC sẽ kiểm tra liệu có kênh nào có thể được dùng không, và liệu UTRAN có tài nguyên hỗ trợ cuộc gọi không? Nếu điều này thỏa mãn nó sẽ thiết lập một kết nối kênh từ UE qua giao diện vô tuyến, qua UTRAN và tới MSC trong CN MSC sau đó sẽ chuyển cuộc gọi tới GMSC, GMSC sẽ chuyển nó tới mạng CS bên trong Mạng CS bên trong sau đó sẽ thực hiện những chức năng chuyển mạch cần thiết để hướng cuộc gọi tới đích

Khi cuộc gọi kết thúc, cả MSC và GMSC đều có một bản ghi chi tiết cuộc gọi (CDR) CDR chứa thông tin về các thực thể được gọi và gọi, tài nguyên sử dụng

và thời điểm gọi… và nó được forward tới trung tâm tính cước để tính toán cước sử dụng của thuê bao

Để nhận một cuộc gọi thì các thủ tục lại khác Đầu tiên, cuộc gọi được định tuyến thông qua mạng CS trong tới GMSC GMSC sẽ xác định HLR nào đã lưu thông tin của thuê bao dựa vào số điện thoại HLR biết khu vực định vị của UE, vd một nhóm cells thông qua UE được phân vùng và do đó có thể gửi truy vấn một số điện thoại roaming xác định MSC đích tới VLR chịu trách nhiệm khu vực này VLR phụ trách số của MSC, sau đó, HLR sẽ forward số đó tới GMSC, và bây giờ GMSC có thể định tuyến cuộc gọi tới MSC Thông qua VLR, MSC biết được RNC nào chịu trách nhiệm khu vực định vị của UE và do đó có thể yêu cầu RNC này thiết lập một kênh tới UE thông qua node B khi UE trả lời Khi liên kết truyền được thiết lập, UE bắt đầu đổ chuông Khi thuê bao nhắc máy thì kết nối được thông suốt

Khi kết nối báo hiệu cho dịch vụ CS được giải phóng, ví dụ lúc giải phóng cuộc gọi hay lỗi liên kết vô tuyến, UE có thể chuyển sang trạng thái rỗi CS Một cách linh động, UE có thể chuyển sang trạng thái tách riêng bởi mạng hay chính nó

Chế độ rỗi CS: nếu kết nối báo hiệu của dịch vụ CS được giải phóng, UE sẽ

chuyển từ trạng thái kết nối sang trạng thái rỗi CS Mạng sẽ dừng theo sát UE và

UE đơn giản chỉ nghe ngóng các kênh quảng bá của cells Miễn là UE vẫn nằm bên trong một khu định vị thì sẽ không có gì thay đổi Chỉ khi UE di chuyển sang một vùng định vị mới nó sẽ thông báo cho MSC về sự thay đổi khu vực của nó Sự cập nhật định vị mới sẽ được lưu trong HLR và được sao sang VLR

Nếu thuê bao muốn thiết lập một cuộc gọi, UE sẽ chuyển sang trạng thái kết nối CS và thực hiện một thủ tục kết nối cuộc gọi Nếu có một cuộc gọi đến cho UE, RNC sẽ dò tìm UE Khi UE trả lời sự dò tìm, RNC sẽ thiết lập một kết nối và điện thoại đổ chuông Khi thuê bao nhắc máy, kết nối được thông suốt Điểm chung của

2 quá trình trên là UE phải chuyển từ trạng thái rỗi sang trạng thái kết nối và thiết lập kết nối Một cách linh động, UE có thể chuyển sang trạng thái tách riêng

Kết nối PS: quá trình kết nối PS tương tự như CS cũng gồm 2 quá trình thiết lập

cuộc gọi và nhận cuộc gọi Tương tự như CS, điểm chung của 2 quá trình trên là kết nối báo hiệu phải được thiết lập giữa UE và CN

Để thiết lập cuộc gọi, kết nối PS phải được thiết lập Đầu tiên UE kích hoạt vùng giao thức dữ liệu gói (PDP) trong GGSN Vùng PDP là một loạt các cài đặt định nghĩa mạng dữ liệu gói mà người dùng có thể dùng để trao đổi dữ liệu Danh sách các vùng PDP cho phép được lưu trong HLR Để kích hoạt vùng PDP, UE thiết lập một kết nối qua RNC tới SGSN và gửi bản tin mà thuê bao muốn thiết lập một kết nối PS bên trong SGSN sẽ forward truy vấn này tới GGSN, tiếp tục GGSN

sẽ gửi truy vấn này tới HLR để kiểm tra xem liệu thuê bao được nhận thực có được phép truy nhập kết nối PS hay không Nếu thuê bao được nhận thực đúng, GGSN sẽ kích hoạt vùng đó, và cung cấp cho UE một địa chỉ IP Sự kích hoạt vùng này tạo ra một đường hầm IP cố định mà các gói dữ liệu đầu ra được gửi qua nó tới RNC qua SGSN tới GGSN GGSN sau đó sẽ chuyên cuộc gọi vào bên trong mạng PS, tại đó mạng sẽ thực thi các chức năng chuyển mạch cần thiết để hướng cuộc gọi tới đích Đường hầm này hoạt động đến khi UE ngắt hoạt động của vùng bằng cách đóng các ứng dụng hoặc ngắt kết nối tới SGSN

SGSN liên tục cập nhật thông tin về khu vực định tuyến hiện hành của UE vd vùng định vị của PS tương đương với khu vực định vị của CS Khi thuê bao thay đổi khu vực định tuyến tại một SGSN mới thì GGSN sẽ thích ứng được với điều này

SGSN và GGSN truy vấn HLR về chất lượng dịch vụ được yêu cầu đối với

bộ truyền gói và có thể thiết lập một phần đường truyền gói tối ưu QoS phân chia các kết nối PS thành cuộc hội thoại (thoại), luồng (luồng video), tương tác (web), và nền (truyền file, email) Khi một cuộc gọi kết thúc, SGSN phát bản thu cước từ vùng PDP (dựa vào khoảng thời gian của cuộc gọi hoặc dung lượng dữ liệu) và gửi

nó tới trung tâm tính cước để tạo ra một phiếu thu thích hợp

Nhận cuộc gọi yêu cầu một thủ tục khác Đầu tiên, cuộc gọi đến được định tuyến bên trong mạng PS tới GGSN GGSN sau đó xác định HLR nào chứa thông tin người dùng dựa vào số điện thoại GGSN tiếp tục tìm kiếm trong HLR xác định liệu UE có kết nối vào mạng và có đã kích hoạt PDP chưa Nếu UE không kết nối vào mạng thì cuộc gọi bị từ chối Nếu UE kết nối vào mạng nhưng không có vùng PDP hoạt động thì UE cần phải được định vị và phân bố để thiết lập một vùng PDP HLR biết vùng định vị của UE nằm trong vùng định tuyến hiện tại Do đó nó cùng biết node chuyển mạch đích (SGSN) GGSN lấy thông tin cùng một lúc với việc nó kiểm tra HLR xem UE có kết nối mạng và PDP có hoạt động hay không GGSN bây giờ có thể định tuyến cuộc gọi tới SGSN SGSN biết RNC chịu trách nhiệm với khu vực định tuyến của UE và yêu cầu RNC này thiết lập một kênh tới UE RNC sẽ phân vùng UE trong khu vực định tuyến mà nó nhận được lần cuối và thiết lập một kết nối tới UE UE sẽ hồi đáp sự phân vùng của RNC tới node B Khi liên kết truyền được thiết lập UE nhận cuộc gọi và kết nối PS được thông Nếu UE đã có một vùng PDP hoạt động thì sự truyền gói có thể truyền trực tiếp luôn tới UE

Khi kết nối báo hiệu một dịch vụ PS được giải phóng vd lúc giải phóng dịch

vụ PS do mức hoạt động thấp hoặc liên kết vô tuyến lỗi, UE có thể lật sang trạng thái PS rỗi.UE có thể chuyển sang trạng thái tách riêng một cách linh động

Trạng thái PS rỗi: Nếu UE một lúc nào đó không có lưu lượng PS thì nó sẽ

chuyển sang trạng thái PS rỗi sau một khoảng thời gian định thời nào đó Mạng sẽ

ngừng theo sát UE, và UE đơn thuần chỉ nghe ngóng các kênh quảng bá trong cells Chỉ khi UE chuyển sang một khu vực định tuyến khác thì nó phải thông báo tới SGSN sự thay đổi khu vực của nó Cập nhật định tuyến sẽ được lưu trong HLR và được sao chép sang VLR

Kết nối logic giữa GGSN và UE cũng được duy trì trong trạng thái rỗi PS khi vùng PDP không được kích hoạt Nếu người dùng muốn thiết lập một cuộc gọi và vùng PDP vẫn đang hoạt động thì UE đơn giản chỉ cần chuyển sang trạng thái PS kết nối và bắt đầu cuộc gọi Nếu PDP không hoạt động thì đầu tiên UE cần phải chuyển sang trạng thái PS kết nối và kích hoạt vùng PDP trước khi tiếp tục thực hiện cuộc gọi Nếu có một cuộc gọi đến cho UE và vùng PDP đang hoạt động thì

UE tự động chuyển sang trạng thái PS kết nối khi nhận cuộc gọi Nếu PDP không hoạt động lúc có một cuộc gọi đến thì UE sẽ được RNC phân vùng trong vùng định tuyến nó cập nhật lần mới nhất Khi UE đáp trả sự phân vùng, RNC thiết lập một kết nối tới UE và cuộc gọi đến được chuyển hướng tới UE UE có thể chuyển sang trạng thái tách riêng một cách linh động

Trạng thái tách riêng: khi UE không còn cần đến dịch vụ của UMTS, nó có thể

chuyển ngay sang trạng thái tách riêng và tách rời khỏi mạng bằng cách gửi một yêu cầu tách riêng Sự tách rời mạng này có thể được thiết lập từ phía mạng cũng bằng cách gửi trực tiếp một yêu cầu tách rời hoặc gián tiếp tách rời mạng với UE khi mà sau một khoảng thời gian định thời xác định độ trễ truyền đã hết hạn mà nó vẫn không nhận được từ phía UE hoặc khi không còn khả năng phục hồi lỗi vô tuyến do đứt kết nối logic Khi sự tách rời mạng được gọi thì tất cả dữ liệu trong bộ đệm sẽ được xóa bỏ

1.4 Quản lý di động

Một hệ thống thông tin di động ví dụ như UMTS có một ý nghĩa xác định

là để kiểm soát sự di động Quản lý di động bao gồm 2 cơ chế: quản lý định vị và quản lý chuyển giao Quản lý định vị là cơ chế bám sát một khu vực của người sử dụng khi chưa có kết nối hoạt động, trong khi đó quản lý chuyển giao là cơ chế kiểm soát một kết nối hoạt động từ một cell này di chuyển sang cell khác

Quản lý định vị: để chuyển một kết nối đến tới một thuê bao không hoạt động,

mạng phải liên tục cập nhật khu vực của người dùng Quá trình cập nhật định vị được thực hiện cho cả dịch vụ CS và PS

Về dịch vụ CS, mạng được chia ra thành các vùng định vị LAs Một LA bao gồm một số các cell mà người dùng có thể di chuyển trong đó mà không cần phải cập nhật khu vực của người đó Tất cả các node B trong một nhánh LA được xác định bởi các số, gọi là chỉ số vùng định vị LAI, chỉ số này nằm trong UE Khi tham

số này thay đổi thì UE nhận biết được rằng nó đã thay đổi vùng LA Do đó, nó thực thi cập nhật định vị LAU với MSC, sau đó MSC sẽ forward thông tin này tới HLR

Về dịch vụ PS, UE sẽ nhận những gói dữ liệu ngắn với tần suất nhiều hơn ở

CS Điều này có nghĩa là số lượng phân vùng tăng lên và thường là không cần thiết

Do đó, cập nhật định vị đối với PS chia mạng thành các khu vực nhỏ hơn gọi là khu vực định tuyến RAs nhằm mục đích giới hạn số lượng phân vùng Một RA đơn giản chỉ là một khu vực nhỏ hơn một vùng LA Nguyên lý thì tương tự như LA Khi UE nhận thấy khu vực định tuyến của mình thay đổi thì nó sẽ thực thi cập nhật định tuyến RAU với SGSN và tương tự như MSC, nó sẽ forward thông tin tới HLR

Quản lý chuyển giao: để forward một kết nối từ một cell sang cell khác, mạng phải

thực hiện một chuyển giao Tương tự với quản lý định vị, quá trình chuyển giao phải thực hiện ở cả dịch vụ CS và PS

Về phía dịch vụ CS, các loại chuyển giao được thực hiện là chuyển giao mềm, chuyển giao mềm hơn và chuyển giao cứng

- Chuyển giao cứng là loại chuyển giao mà kết nối cũ bị phá vỡ trước khi có kết nối vô tuyến mới được thiết lập giữa thiết bị người sử dụng và mạng truy nhập

vô tuyến Loại chuyển giao này sử dụng trong mạng GSM để gán các kênh tần số khác nhau cho các cell Người sử dụng đi vào cell mới sẽ hủy bỏ kết nối cũ và thiết lập kết nối mới với tần số mới

Chuyển giao cứng trong mạng UMTS sử dụng để thay đổi kênh tần số của

UE và UTRAN Trong suốt quá trình bố trí tần số của UTRAN, nó sẽ xác định rằng mỗi hoạt động UTRAN là dễ dàng để yêu cầu thêm vào phổ tần để đạt được dung

lượng khi các cấp độ sử dụng hiện tại đã kết thúc Trong trường hợp này vài băng tần xấp xỉ 5MHz được sử dụng bởi một người và cần chuyển giao giữa chúng

Chuyển giao cứng còn áp dụng để thay đổi cell trên cùng tần số khi mạng không hỗ trợ tính đa dạng lớn Trong trường hợp khác là khi kênh truyền đã được xác định trong khi người sử dụng đi vào cell mới thì chuyển giao cứng sẽ thực hiện nếu chuyển giao mềm và mềm hơn không thực hiện được

Thông thường chuyển giao cứng chỉ dùng cho vùng phủ và tải, còn chuyển giao mềm và mềm hơn là yếu tố chính hỗ trợ di động Chuyển giao giữa hai mode UTRAN FDD và UTRAN TDD cũng thuộc loại chuyển giao cứng

- Chuyển giao mềm là chuyển giao giữa hai BS khác nhau, còn chuyển giao mềm hơn là chuyển giao giữa ít nhất 2 sector của cùng BS Trong suốt quá trình chuyển giao mềm, MS giao tiếp một cách tức thì với hai (chuyển giao hai đường) hoặc nhiều cell của các BS khác nhau thuộc cùng RNC (Intra-RNC) hoặc các RNC khác nhau (Inter-RNC) Trên đường xuống máy di động nhận hai tín hiệu với tỉ số kết hợp lớn nhất; ở đường xuống, máy di động mã hóa kênh được tách bởi cùng hai

BS (chuyển giao hai đường), và được gởi đến RNC cho việc lựa chọn kết hợp Hai hoạt động điều khiển công suất vòng đăc biệt trong chuyển giao mềm cho một BS Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, MS được điều khiển ít nhất bởi hai sector của cùng BS, do đó chỉ có một hoạt động điều khiển công suất vòng Chuyển giao mềm và mềm hơn chỉ sử dụng một sóng mang, do đó đây là chuyển giao trong cùng

hệ thống

Về phía dịch vụ PS, chỉ có một kiểu chuyển giao duy nhất trong UMTS là chọn lại cell Chọn lại cell diễn ra như sau: UE liên tục kiểm soát chất lượng tín hiệu từ các cell khác khi người dùng thay đổi khu vực, đặc biệt, khi chất lượng của một cell lân cận vượt quá một mức ngưỡng nào đó và chất lượng của cell hiện tại không thỏa mãn thì UE được thông báo gửi bản thống kê sự đo đạc tới RNC đang phục vụ Khi RNC nhận được bản thống kê đó, nó sẽ thiết lập một chuyển, cho rằng tất cả các chuẩn cho chuyển giao đã được hoàn thành Sau đó, nó sẽ yêu cầu RNC

cũ chuẩn bị tài nguyên RNC mới sẽ trả lại một bản tin lệnh chuyển giao bao gồm

chi tiết về tài nguyên được cấp phát thông qua mạng lõi và giao diện vô tuyến hiện tại tới UE Khi UE nhận được câu lệnh chuyển giao, nó chuyển sang một cell mới

và thiết lập một kết nối vô tuyến phù hợp với các tham số trong bản tin lệnh chuyển giao UE xác nhận việc chuyển giao thành công bằng cách gửi một bản tin chuyển giao đã hoàn thành tới RNC cũ, sau đó RNC cũ khởi tạo một sự giải phóng kết nối

vô tuyến cũ Cuối cùng, khi sự chọn lại cell hoàn thành, UE khởi tạo một thủ tục cập nhật khu vực định tuyến

Mặc dù mạng giao tiếp với UE sử dụng một công nghệ truy nhập vào một thời điểm, nhưng UE cần phải thực thi việc đo đạc cell khác trong khi giao tiếp với cell hiện tại Khi UMTS sử dụng việc truyền và nhận liên tục trong trạng thái PS kết nối, thì UE thông thường không thể đo đạc cell khác trong khi đang giao tiếp trong mạng UMTS khi nó chỉ có một bộ thu vô tuyến Để giải quyết vấn đề này người ta đưa ra một chế độ nén

Chế độ nén là phương thức tạo ra một khoảng ngắn hay một vùng rỗi trong việc truyền và nhận Để duy trì một tốc độ bit, tốc độ truyền thực sự sẽ tăng lên hoặc bị nén lại ngay trước hoặc sau khoảng tạo ra đó Tốc độ biết cố định phải được đưa ra với các dịch vụ như thoại, nhưng đối với dịch vụ dữ liệu, tốc độ bit cố định

là không cần thiết Do đó, sự truyền chỉ được làm trễ để tạo ra một khoảng thời gian

UE sử dụng chế độ nén để đo đạc các cell khác khi nó chỉ có một bộ thu vô tuyến Tuy nhiên, nếu UE chứa các bộ thu vô tuyến riêng biệt thì nó có thể sử dụng các bộ thu một cách song song, thực thi quá trình đo đạc trên một bộ trong khi giao tiếp ở một bộ khác mà không phải sử dụng chế độ nén

Chuyển giao cứng và chọn lại cell chỉ hoạt động trong chuyển giao của UMTS hoặc GSM Để hỗ trợ chuyển giao giữa UMTS và WLAN thì cần một giao thức khác

vi giới hạn rõ ràng, chẳng hạn như một tòa nhà làm việc hay một khuôn viên trường đại học và thường được xây dựng như là phần mở rộng cho những mạng hữu tuyến khác đã có sẵn để cung cấp tính di động cho người dùng

Kể từ thời kì đầu của mạng không dây đã có rất nhiều chuẩn và công nghệ được phát triển cho WLAN Một trong những tổ chức chuyên chuẩn hóa công nghệ này là IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers).Và các chuẩn không dây được chuẩn hóa thành họ các chuẩn 802.11 Chuẩn này được công nhận và sử dụng phổ biến nên người ta thường gọi mạng không dây cục bộ là mạng WLAN 802.11

WLAN ra đời và bắt đầu phát triển vào giữa thập kỉ 80 của thế kỉ XX bởi tổ chức FCC (Federal Communicatión Commission) WLAN sử dụng sóng vô tuyến hay hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu thông qua không gian, xuyên qua tường trần và cấu trúc khác mà không cần cáp WLAN cung cấp tất cả các chức năng và các ưu điểm của một mạng LAN truyền thống như Ethernet hay Token Ring nhưng lại không bị giới hạn bởi cáp Ngoài ra WLAN còn có khả năng kết hợp các mạng

có sẵn, WLAN kết hợp rất tốt với LAN tạo thành một mạng năng động ổn định WLAN là mạng rất phù hợp cho việc phát triển điều khiển thiết bị từ xa, cung cấp mạng dịch vụ nơi công cộng, khách sạn, văn phòng

WLAN sử dụng băng tần ISM (bằng tần phục vụ cho công nghiệp, khoa học,

y tế: 2,4GHz và 5GHz) vì thế nó không chịu sự quản lý của chính phủ cũng như không cần cấp giấy phép sử dụng Sử dụng WLAN sẽ giúp các nước đang phát triển

nhanh chóng tiếp cận với các công nghệ hiện đại, nhanh chóng xây dựng hạ tầng mạng viễn thông một cách thuận lợi và ít tốn kém

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều sản phẩm phục vụ cho WLAN theo các chuẩn khác nhau như: IrDA (Hồng ngoại), OpenAir, BlueTooth, HiperLAN 2, IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g, trong đó mỗi chuẩn có một đặc điểm khác nhau IrDA, OpenAir, BlueTooth là các mạng liên kết trong phạm vi tương đối nhỏ: IrDA (1m), OpenAir (10m), BlueTooth (10m) và đồ hình mạng (topology) là peer-to-peer tức là kết nối trực tiếp không thông qua bất kỳ một thiết bị trung gian nào Ngược lại, HiperLAN và IEEE 802.11 là 2 mạng phục vụ cho kết nối phạm vi rộng hơn khoảng 100m, và cho phép kết nối 2 dạng: kết nối trực tiếp và kết nối dạng cơ sở (sử dụng Access Point) Với khả năng tích hợp với các mạng thông dụng như (LAN, WAN), HiperLAN và IEEE 802.11 được xem là hai mạng có thể thay thế hoặc dùng mở rộng mạng LAN

2.1.2 Lịch sử phát triển WLAN

Công nghệ WLAN lần đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990, khi những nhà sản xuất giới thiệu những sản phẩm hoạt động trong băng tần 900Mhz Những giải pháp này (không được thống nhất giữa các nhà sản xuất) cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps, thấp hơn nhiều so với tốc độ 10Mbps của hầu hết các mạng sử dụng cáp hiện thời

Năm 1992, những nhà sản xuất bắt đầu bán những sản phẩm WLAN sử dụng băng tần 2.4Ghz Mặc dầu những sản phẩm này đã có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhưng chúng vẫn là những giải pháp riêng của mỗi nhà sản xuất không được công

bố rộng rãi Sự cần thiết cho việc hoạt động thống nhất giữa các thiết bị ở những dãy tần số khác nhau dẫn đến một số tổ chức bắt đầu phát triển ra những chuẩn mạng không dây chung

Năm 1997, Institute ò Electrical and Electronics Engineers (IEEE) đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11, và cũng được biết với tên gọi WIFI (Wireless

Fidelity) cho các mạng WLAN Chuẩn 802.11 hỗ trợ ba phương pháp truyền tín hiệu, trong đó có bao gồm phương pháp truyền tín hiệu vô tuyến ở tần số 2.4 Ghz

Năm 1999, IEEE thông qua hai sự bổ sung cho chuẩn 802.11 là các chuẩn 802.11a và 802.11b (định nghĩa ra những phương pháp truyền tín hiệu) Và những thiết bị WLAN dựa trên chuẩn 802.11b đã nhanh chóng trở thành công nghệ không dây vượt trội Các thiết bị WLAN 802.11b truyền phát ở tần số 2.4 Ghz, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 11Mbps IEEE 802.11b được tạo ra nhằm cung cấp những đặc điểm về tình hiệu dụng, thông lượng (throughput) và bảo mật để so sánh với mạng có dây

Năm 2003, IEEE công bố thêm một sự cải tiến là chuẩn 802.11g mà có thể truyền nhận thông tin cả ở hai dải tần 2.4Ghz và 5Ghz và có thể nâng tốc độ lên đến 54Mbps Thêm vào đó, những sản phẩm áp dụng 802.11g cũng có thể tương thích với thiết bị chuẩn 802.11b Hiện nay chuẩn 802.11g đã đạt đến tốc độ 108Mbps-300Mbps

Những biến htể của 802.11 được liệt kê ở trên đều bao gồm những đặc điểm bảo mật chung được biết đến là giải pháp WEP (Wired Equivalent Privacy), nó được xem là giải pháp dựa trên những đặc điểm của mạgn LAN có dây Tuy nhiên cấu hình 802.11 dựa trên WEP đã xuất hiện những vấn đề bảo mật đã được minh chứng rõ ràng Chính IEEE đã thừa nhận sự hạn chế này và vạch ra những kế hoặch ngắn hạn cũng như dài hạn để khắc phục những vấn đề này Vào tháng 6/2004, IEEE đưa ra bản bổ sung cho 802.11 gọi là 802.11i, dùng để khắc phục những thiếu sót của WEP, IEEE 802.11i chỉ định ra nhữngthành phần bảo mật sẽ hoạt động chung với tất cả các chuẩn phát 802.11, chẳng hạn như 802.11a, 802.11b, 802.11g

Tháng 11/2005 IEEE thông qua chuẩn 802.11e, cung cấp một sự cải tiếnchất lượng dịch vụ trong việc cải thiện khả năng truyền tải các nội dung đa phương tiện

Chuẩn 802.11n hiện tại cũng đang được xem xét để nâng thông lượng truyền

dữ liệu lên tới thấp nhất là 100Mbps

2.1.3 Ưu nhược điểm mạng không dây

- Khả năng mở rộng: mạng không dây có khả năng đáp ứng tức thì khi gia tăng số lượng người dùng mà không cần phải cắm thêm cáp

- Độ tin cậy: Do sử sụng sóng vô tuyến để truyền thông nên dễ bị tác động bởi nhiễu, tín hiệu bị giảm do tán động của cac thiết bị (lò vi sóng, điện thoại sử dụng Bluetooth, )

- Tốc độ: tốc độ mạng không dây là 1-125Mbps rất chậm so với mạng sử dụng cáp 100Mbps đến hàng Gbps

2.1.4 Các ứng dụng của WLAN

Lúc đầu WLAN chỉ được sử dụng bởi các tổ chức, công ty lớn nhưng ngày nay thì WLAN đã có giá cả chấp nhận được mà ta có thể sử dụng Sau đây là một số ứng dụng chung và phù hợp của WLAN

2.1.4.1 Điểm truy cập mạng

WLAN ngày nay hầu như được triển khai ở lớp access, nghĩa là chúng được

sử dụng ở một điểm truy cập vào mạng có dây thông thường Wireless là một phương pháp đơn giản để người dùng truy cập mạng Các WLAN là các mạng ở lớp data-link như tất cả những phương pháp truy nhập khác Vì tốc độ thấp nên WLAN

ít được triển khai ở core và distribution Các WLAN cung cấp giải pháp cho một vấn đề khá khó đó là: khả năng di động Giải pháp sử dụng cellular có tốc độ thấp

và đắt Trong khi WLAN thì có cùng sự linh hoạt nhưng lại rẻ hơn Các WLAN nhanh, rẻ và có thể xác định ở mọi nơi

WLAN được triển khai phổ biến như những điểm truy cập mạng công cộng (Hot spot) tại các nơi như: sân bay, nhà ga, trường học, bênh viện, trung tâm hội nghị, quán cà phê, Tại mỗi điểm cung cấp dịch vụ internet không dây này, nhà cung cấp dịch vụ đặt các Access Point, hoặc các anten thu phát tín hiệu, cho phép khách hàng có máy tính xách tay hoặc thiết bị di động có tích hợp công nghệ không dây Wi-Fi truy cập Internet mà không cần dây dẫn

2.1.4.2 Giải pháp liên kết mạng

Đối với nhiều Tổ chức và doanh nghiệp lớn, ngoài Văn phòng chính còn có rất nhiều các văn phòng chi nhánh, nhu cầu liên kết các Hệ thống mạng thành viên với hệ thống mạng trung tâm được xem như một điều kiện tiên quyết cho việc đồng

bộ hóa phương thức quản lý và trao đổi thông tin, dữ liệu hoạt động

Với các phương thức kết nối mạng truyền thống đòi hỏi chi phí rất cao và các đường dây kết nối đòi hỏi nhiều công thi công cũng như những chi phí bảo dưỡng Phương thức kết nối thông qua đường điện thoại công cộng đã đáp ứng được phần nào nhu cầu này nhưng lại có tốc độ quá thấp so với 1 đường truyền không dây thông thường sử dụng chuẩn IEEE 802.11b

Giải pháp kết nôi không dây hiện nay đang được xem là giải pháp hợp lý nhất và kinh tế nhất cho các doanh nghiệp lớn, các khu công nghiệp, các Bộ - Ban – Ngành trong việc liên kết các mạng thông tin

Các mạng không dây cũng cho phép người dùng thực hiện các phương thức kết nối:

- Điểm – điểm (Point – to – Point)

- Điểm – nhiểu điểm (Point – to – MultiPoint)

2.1.4.3 Giải pháp cho văn phòng di động

Với sự xuất hiện và phát triển của công nghệ mạng không dây, các văn phòng làm việc đã thực sự trở thành 1 Văn phòng Mở Các kết nối mạng người dùng được duy trì một cách dễ dàng, liên tục mà không phụ thuộc vào sự thay đổi vị trí làm việc hay sự bổ sung các điểm kết nối mới

Giải pháp này không chỉ đơn thuần là tăng khả năng trao đổi thông tin ở trong Văn phòng mà còn giúp người sử dụng nâng cao năng lực làm việc và hiệu quả kinh doanh

Mỗi Wireless Access Point hoạt động như là một điểm trung tâm để kết nối tới các máy trạm sử dụng card không dây Tầm phủ song của một Access Point đơn

lẻ (trong văn phòng) khoảng 30 mét

Các Access Point được liên kết với nhau bằng một thiết bị chuyển mạch (Switch), điều đó có nghĩa là một mạng có thể bao gồm nhiêu Access Point hoạt động cùng với nhau để mở rộng phạm vi phủ sóng

2.2 Đặc điểm kĩ thuật mạng WLAN

2.2.1 Các chuẩn cho mạng không dây WLAN 802.11

- IEEE 802.11 chưa từng được ứng dụng trong thực tế và chỉ được xem là bước đệm để hình thành nên kỉ nguyên Wi-Fi, sử dụng dải tần số 2,4GHz, tốc độ tối

đa 2Mbps, tầm hoạt động không xác định

- IEEE 802.11b được phát triển năm 1999, ra đời trước chuẩn 802.11a IEEE 802.11b hoạt động ở tầng tần số 2.3 GHz và tốc độ tăng dần 1Mbps, 2Mbps, 5.5Mbp và 11 Mbps Tốc độ này sẽ giảm dần khi người dùng càng di chuyển xa so với AP

- 802.11a : hoạt động ở tầng tần số 5 GHz – 6 GHz và đạt tốc độ cao là 54Mbps (cho dù các công nghệ hiện tại truyền ở tốc độ 6 Mbps, 12 Mbps, 24 Mbps) Hoạt động ở tần số 5 GHz, tần số này trùng với tần số hoạt động của một vài thiết bị khác như: các thiết bị sử dụng công nghệ Bluetooth, vi sóng (microwave), Chính vì vậy cần tránh lắp đặt AP cạnh các thiết bị này để tránh tình trạng nhiễu sóng Chuẩn này hỗ trợ đồng thời 64 Client và bao gồm cả các chức năng bảo mật 64bit, 128bit và 152bit WEP mã hóa và lọc địa chỉ MAC

Tuy đạt được tốc độ cao nhưng hầu hết các doanh nghiệp và người dùng cảm thấy không tin tưởng tuyệt đối với chuẩn IEEE 802.11a như chuẩn IEEE 802.11b trước đó Vì vậy họ vẫn tiếp tục sử dụng và triển khai mới chuẩn IEEE 802.11b Một vấn đề khác nữa của chuẩn IEEE 802.11a đó là không tương thích với những

- IEEE 802.11e: Đưa QoS (Quality of Service) vào Wi-Fi, qua đó sẵp đặt thứ

tự ưu tiên cho các gói tin, đặc biệt quan trọng trong trường hợp băng thông giới hạn hoặc quá tải Chuẩn này cung cấp một sự cải tiến chất lượng dich vụ trong việc cải thiện khả năng truyền tải các nội dung đa phương tiện (multimedia)

- IEEE 802.11c: hỗ trợ các khung thông tin của 802.11

- IEEE 802.11d: cũng hỗ trợ các khung thông tin của 802.11 nhưng tuân theo những tiêu chuẩn mới

- IEEE 802.11h: có thêm tính năng lựa chọn kênh tự động, Dynamic Channel Selection (DCS) và điều khiển công suất truyền dẫn (Transmit Power Control)

- IEEE 802.11i: những bổ sung về bảo mật Chỉ những thiết bị IEEE 802.11g mới nhất mới bổ sung khả năng bảo mật này Chuẩn này thực hiện trên thực tế tách

ra từ IEEE 802.11e

- IEEE 802.11n: là một chuẩn đang được hoàn thiện và dự kiến sẽ công bố vào cuối năm 2008 Đây là một chuẩn rất được chờ đợi và với những tính năng mới của nó thì có thể thay thế hoàn toàn cho các chuẩn 802.11 b/g Chuẩn 802.11n làm việc ở cả 2 dải tần 2.4 GHz và 5 GHz, tốc độ có thể lên tới 600Mbps, tầm hoạt động 50-125m

2.2.2 Các thành phần cơ bản của mạng không dây:

Mạng không dây bao gồm 4 thành phần chính sau:

- Stations (các máy trạm): các mạng được xây dựng để truyền dữ liệu giữa các trạm, station là các thiết bị tính toán có giao tiếp mạng không dây, điển hình là các máy tính để bàn hay máy tính xách tay

- Access Points (các điểm truy cập): các khung dữ liệu trên mạng 802.11 phải được chuyển thành dạng khung dữ liệu khác để phân phối trong các mạng khác Thiết bị được gọi là điểm truy cập thể hiện các chức năng chuyển đổi từ không dây sang có dây (điểm truy cập bao gồm nhiều chức năng khác nhau, nhưng thực hiện chuyển đổi là chức năng quan trọng nhất) AP là cầu nối với các mạng khác, thường

là Ethernet, điều khiển quá trình trao đổi thông tin giữa các stations

- Wireless medium (môi trường không dây): để chuyển các khung dữ liệu từ trạm này sang trạm khác trong môi trường không dây người ta xât dựng nhiều chuẩn vật

lý khác nhau Nhiều lớp vật lý được phát triển để hỗ trợ 802.11 MAC, lớp vật lý vô tuyến (radio frequency) và lớp vật lý hồng ngoại được chuẩn hóa

- Distribution System (hệ thống phân tán): dùng để điều phối các thông tin đến đích khi các điểm truy cập được kết nối với nhau trong một khu vực, chúng phải liên lạc với nhau để kiểm soát quá trình di chuyển của thiết bị di động Hệ thống phân tán còn giúp các AP trao đổi thông tin với các mạng khác qua các cổng (Portal) Hệ thống phân tán là một thành phần logic của 802.11 được dùng để chuyển các khung dữ liệu đến đích, 802.11 không yêu cầu bất cứ kỹ thuật riêng biệt nào cho hệ thống phân tán Đối với hầu hết các sản phẩm thương mại, hệ thống phân tán bao gồm các phần tử chuyển đổi và môi trường hoạt động phân tán, chính

là mạng đường trục được dùng để chuyển tiếp khung dữ liệu giữa các điểm truy cập, thường là Ethernet

cụ thể trong khoảng thời gian ngắn Khi mà sự liên lạc kết thúc thì mô hình IBSS này cũng được giải phóng Mô hình IBSS còn được gọi là mạng Ad-hoc Một ứng dụng thường gặp là xây dựng mạng trong thời gian ngắn để phục vụ cho hội nghị

Hình 2: Mô hình mạng Ah-hoc

2.2.3.2 BSS (Basic Service Set) hay infrastructure BSS : Tập dịch vụ cơ sở

Trong mô hình Infrastructure BSS các station muốn liên lạc với nhau phải thông qua một Access Point (AP) AP là điểm trung tâm quản lý mọi sự giao tiếp trong mạng, khi đó các station không thể liên lạc trực tiếp với nhau như trong mạng Ah-hoc Để giao tiếp với nhau các station phải gửi frame dữ liệu đến AP, sau đó AP

sẽ gửi đến mày nhận

Hình 3: Mô hình mạng BSS (Infrastructure BSS)

2.2.3.3 ESS (Extend Service Set): tập dịch vụ mở rộng

Nhiều mô hình BSS kết hợp với nhau gọi là mô hình mạng ESS Là mô hình

sử dụng từ 2 AP trở lên để kết nối mạng Khi đó các AP sẽ kết nối với nhau thành một mạng lớn hơn, phạm vi phủ sóng rộng hơn, thuận lợi và đáp ứng tốt cho các station di động Đảm bảo sự hoạt động cho tất cả các station

Hình 4: Mô hình mạng ESS

2.3 Giao thức điều khiển truy nhập môi trường IEEE 802.11 MAC

Giao thức điều khiển truy nhập đường truyền được IEEE xác định cho chuẩn 802.11 là DCF (Distributed Coordination Function), chức năng điều phối phân bổ; ngoài ra còn một cơ chế lựa chọn khác là PCF (Point Coordination Function), chức năng điều phối điểm

2.3.1 DCF (Distributed Coordination Function)

Là cơ chế truy nhập dựa trên phương pháp truy nhập CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), là cơ chế Listen Before Talk (LBT), lắng nghe trước khi truyền, tức là trạm truyền sẽ kiểm tra tín hiệu sóng mang trên kênh truyền, và đợi đến khi nào kênh truyền rỗi mới thực sự truyền

- Một trạm khi muốn truyền dữ liệu, nó sẽ phải kiểm tra xem đường truyền có rỗi không, nếu rỗi thì phải chờ cho đường truyền rỗi trong khoảng thời gian DIFS (DCF InterFrame Space) tính theo số khe thời gian (slot time); sẽ có thể có nhiều trạm cùng xác định môi trường rỗi và chờ DIFS cùng lúc nên có sự tranh chấp giữa các trạm; 802.11 sử dụng thuật toán backoff: các trạm sẽ xác định một biến đếm backoff (backoff counter) lấy ngẫu nhiên trong [0,CW] (CW: Contention Window, được xác định sẵn bởi nhà sản xuất card mạng) đếm lùi cho tới 0 mà môi trường vẫn rỗi thì bắt đầu truyền

dữ liệu

Hình 5: Mô hình mô tả cơ chế DCF

- Nếu đang đếm lùi backoff counter mà môi trường bận thì trạm đó sẽ tạm dừng việc đếm lùi lại, chờ cho đến khi môi trường rỗi trong DIFS thì tiếp tục đếm lùi backoff counter đó mà không cần xác định lại

- Nếu 2 trạm kết thúc việc đếm lùi backoff counter cùng lúc, và cùng truyền frame

dữ liệu sẽ xảy ra xung đột, khiến cho các trạm đích không nhận được frame dữ liệu chính xác, và sẽ không xác nhận việc nhận frame này Các trạm gửi frame xác định xung đột xảy ra khi không nhận được frame xác nhận (Ack : Acknowledgment ) sau 1 thời gian time-out Các trạm gửi frame không thành công truy nhập lại môi trường từ đầu cùng với việc nhân đôi CW, cho đến khi CW đạt giá trị CWmax thì không nhân đôi nữa Còn nếu truyền frame thành công trạm truyền sẽ reset CW=CWmin ban đầu (CWmin,max được xác định trước bởi nhà sản xuất)

- Frame xác nhận Ack cho phép truyền bởi trạm nhận sau khi truy nhập môi trường

và phát hiện môi trường rỗi trong khoảng thời gian SIFS (Short InterFrame Space) tính theo số khe thời gian SIFS có giá trị nhỏ hơn DIFS 2 slot time thể hiện sự ưu tiên trước các frame dữ liệu

- Vấn đề Hidden node: khi 2 trạm không nằm trong vùng phủ sóng của nhau cùng gửi frame tới trạm thứ 3 nằm trong vùng phủ sóng của các trạm đó, và xảy ra xung đột

Để giải quyết vấn đề này 802.11 dùng 2 frame RTS/CTS (Request To Send/ Clear To Send) như là một sự lựa chọn trong trường hợp có thể xảy ra hiện tượng hidden node

Hình 6: Hiện tượng Hidden node

- Đầu tiên trạm sẽ gửi frame RTS sau khi giành được đường truyền, trạm nhận nhận được frame RTS nếu sẵn sàng nhận tin sẽ xác nhận bằng frame CTS sau khi chờ môi trường rỗi trong SIFS đồng thời cũng báo cho các trạm khác trong vùng phủ sóng của nó về việc truyền nhận frame này, trạm gửi nhận được CTS từ trạm nhận sẽ được

ưu tiên sử dụng môi trường sau khi chờ trong SIFS

Như vậy các frame ACK, CTS, RTS đều là những frame được ưu tiên vì nó cần cho sự xác nhận việc gửi và nhận tin

Hình 7: Mô hình mô tả sự truyền nhận frame RTS/CTS

- RTS, CTS, data, Ack frame chứa trường duration, lưu thông tin về thời gian sử dụng kênh truyền cho việc truyền frame; trường này sẽ cập nhập cho 1 timer NAV (Network Allocation Vector) trên mỗi trạm, timer này sẽ tính thời gian chờ hợp lý trước khi quay trở lại kiểm tra môi trường có rỗi không

- Khi dữ liệu quá lớn phân lớp MAC cho phép phân mảnh truyền và xác nhận liên tiếp từng mảnh của gói với thời gian ưu tiên giữa các frame là SIFS

Hình 8: Mô hình mô tả sự truyền dữ liệu phân mảnh 2.3.2 PCF (Point Coordination Function)

- Là cơ chế lựa chọn ngoài DCF

- Thời gian hoạt động chia ra làm các superframe gồm có: 1 khoảng thời gian có tranh chấp CP (Contention Period) mà DCF được sử dụng và một khoảng thời gian không có tranh chấp CFP (Contention Free Period) mà trong đó PCF được sử dụng

- Chu kì sử dụng cơ chế PCF được cài đặt sẵn bởi AP Cơ chế PCF chỉ hoạt động trong mạng infrastructure dưới sự điều khiển của AP Trong cơ chế này AP hoạt động như một điểm điều phối (PC_point coordinator)

- Beacon frame, tức frame báo hiệu quản lý, là frame được truyền bởi AP một cách đều đặn nhằm mục đích đồng bộ thời gian, đưa ra các thông số lien quan đến giao thức, báo hiệu CFP, frame beacon được truyền tại những điểm thời gian gọi là TBTT (Target Beacon Transmission Time), và được thông báo trong frame beacon trước đó

- CFP bắt đầu khi tại thời điểm cài đặt sẵn AP sẽ truy nhập đường truyền chờ môi trường rỗi trong thời gian PIFS (PCF InterFrame Space) sau đấy bắt đầu truyền frame beacon báo cho các trạm biết, cập nhập NAV thời gian CFP để các trạm sẽ không tự ý truy nhập môi trường trong CFP Việc truyền frame này được ưu tiên hơn truyền frame

dữ liệu khi PIFS nhỏ hơn DIFS 1 slot time, nhưng vẫn ưu tiên việc xác nhận việc gửi nhận frame khi hơn SIFS 1 slot time

- Trong suốt thời gian CFP, các trạm không truy nhập đường truyền nên không có tranh chấp giữa các trạm, thay vào đó các trạm sẽ được hỏi vòng (poll)

- AP sẽ gửi frame CF-Poll hỏi từng trạm xem có cần truyền dữ liệu không, hoặc AP

có dữ liệu cần gửi cho 1 trạm sẽ được gắn vào frame CF-Poll, trạm nhận sẽ xác định được thông tin gửi cho mình Trạm được hỏi sẽ gửi lại frame xác nhận kết hợp với dữ liệu (nếu có) và gửi cho AP sau thời gian SIFS, hoặc nếu không có dữ liệu cần gửi sẽ là frame Null Nếu AP không nhận được phản hồi từ trạm được hỏi sau thời gian PIFS thì

sẽ hỏi trạm tiếp theo Việc này được thực hiện cho đến khi thời gian CFP kết thúc hoặc

AP gửi frame CF-End để kết thúc CFP khi đã hỏi hết các trạm mà không có nhu cầu gửi frame, CF-End sẽ cập nhập lại NAV bằng 0 cho các trạm

- Như vậy trong CFP không có thời gian rỗi quá PIFS

Hình 9: Mô hình mô tả cơ chế PCF 2.3.3 Hạn chế của 2 cơ chế DCF và PCF về vấn đề chất lượng dịch vụ

 DCF: Khả năng truy nhập của các trạm là ngang nhau (công bằng) nên không có

sự phân biệt hỗ trợ dịch vụ trong cơ chế DCF

 PCF:

- Sự trì hoãn của frame beacon là không thể đoán trước được, các frame beacon muốn truyền phải đợi môi trường rỗi, gây trễ bởi sự truyền frame của các trạm vào điểm TBTT; sự trì hoãn của frame beacon ảnh hưởng gây trễ trong quá trình CFP

- Thời gian truyền của các trạm được hỏi là không rõ

- Cơ chế thăm dò trung tâm không hiệu quả

2.3.4 Yêu cầu của các ứng dụng (Applications)

- Thế giới công nghệ vận động không ngừng, các cơ chế cũng phải phát triển để đáp ứng nhu cầu của nó

- Sản phẩm hàng điện tử tiêu dùng thế hệ mới đang trông chờ vào 802.11 như là một sự thay thế cho dây dẫn

- Các sản phẩm như DVD player, cáp hay đầu thu vệ tinh một ngày nào đó sẽ gửi tín hiệu TiVi độ phân giải cao (HDTV) qua 802.11 tới các Tivi

- Các ứng dụng nhạy cảm với trễ như voice, video cần được hỗ trợ

- Audio/Video cần có độ ưu tiên cao hơn là dữ liệu như Internet-Email hay browsing,

Web-Yêu cầu đặt ra là cần một cơ chế hỗ trợ các dịch vụ một cách hiệu quả (QoS)

2.4 Giao thức điều khiển truy nhập môi trường IEEE 802.11e MAC

- Đây là sự phát triển hay mở rộng của chuẩn 802.11 với mục đích hỗ trợ chất lượng dịch vụ đối với các ứng dụng khác nhau trong mạng

- IEEE 802.11e đưa ra cơ chế HCF (Hybrid Coordination Function), chức năng điều phối lai, đây là cơ chế dựa trên sự kết hợp các phương thức DCF và PCF

- HCF định nghĩa 2 phương thức truy nhập đường truyền :

 Contention-based channel access: được chỉ ra như là enhanced distributed channel access (EDCA) hay còn gọi là Enhanced DCF (EDCF), truy nhập kênh truyền dựa trên sự tranh chấp, là sự cải tiến cơ chế DCF Kênh truyền ở đây được sử dụng đồng nghĩa với môi trường truyền

 Controlled channel access: được chỉ ra như là HCF controlled channel access (HCCA), truy nhập kênh truyền được điều khiển