Công nghệ mạng quang không dây và ứng dụng

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: “Cơng nghệ mạng quang không dây ứng dụng” Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN ĐỨC THỦY Sinh viên thực : NGUYỄN QUỐC HUY Lớp : D08VT3 Khoá : 2014-2019 Hệ : ĐH CHÍNH QUY Hà Nội, 30 tháng 11 /2019 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Điểm: … (Bằng chữ ………………) Ngày … tháng … năm 2019 Giáo viên phản biện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC LỜI MỞ ĐẦU Hệ thống truyền thông quang không dây bắt đầu tràn ngập tất lĩnh vực sống hàng ngày Các thiết bị điện thoại di động, PDA, thiết bị ngoại vi máy tính, ngày kết hợp sử dụng thu phát hồng ngoại nhằm cung cấp thay cho vô tuyến để kết nối không dây Trong đồ án này, em xem xét số đặc điểm hệ thống truyền thơng quang khơng dây, tính kỹ thuật làm việc hệ thống IR không dây để sử dụng thực tế Đồ án gồm có ba chương: Chương 1: Tìm hiểu tổng quan cơng nghệ quang khơng dây Chương 2: Điều chế mã hóa đa truy nhập Chương 3: Tìm hiểu ứng dụng triển khai mạng quang không dây Do kiến thức khả em hạn chế, nên đồ án tốt nghiệp khơng tránh khỏi sai sót Mong góp ý thầy, bạn để nội dung đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Nguyễn Đức Thủy, Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu Điện, hướng dẫn em chuyên môn, phương pháp làm việc để em xây dựng hồn thành nội dung đồ án theo kế hoạch Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô, bạn Khoa Viễn thông I, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án Cuối xin gửi lời cảm ơn đến bố mẹ, anh, chị em tất người thân bạn bè, người giành cho em tốt đẹp suốt q trình học tập để em có đến hôm Em xin chân thành cảm ơn ! ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .i v DANH MỤC HÌNH VẼ ii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v 1.3 Sự phát triển hệ thống truyền thông hồng ngoại .8 1.4 Kênh quang không dây 14 1.5 Thiết kế 16 1.6 Nghiên cứu tiết kiệm lượng 17 1.7 Tóm tắt kết luận 18 2.1 Giới thiệu điều chế công nghệ đa truy nhập 20 2.2 Điều chế 20 2.2.1 Điều chế tương tự 20 2.2.2 Điều chế xung 21 Những cách khác để điều chỉnh tín hiệu tương tư bao gồm việc sử dụng điều chế vị trí xung (PPM).Điều chế biên độ xung PAM (có nhiễu phụ nên khơng ưa chuộng hệ thống thông tin không dây IR) điều chế xung thời gian (PDM) Điều chế sử dụng kỹ thuật thực cách lấy mẫu tín hiệu tương tự truyền cách sử dụng xung kỹ thuật số điều chế biên độ, vị trí thời gian theo biên độ tín hiệu tương tự Biên độ sóng mang điều chế theo đặc tính tín hiệu tương tự Trong kỹ thuật L-PAM (PAM mức L) bit liệu nhóm lại truyền xung đơn Biên độ xung .21 2.2.3 Điều chế số .23 2.3 Công nghệ đa truy nhập quang 26 2.3.1 Kỹ thuật đa truy nhập điện 26 Ghép kênh điện hình thức đáng tin cậy cung cấp truy cập nhiều người sử dụng, nói trên, kỹ thuật điều chế điện sử dụng rộng rãi thực tế TDMA CDMA 27 2.3.2 Kỹ thuật đa truy nhập quang 29 Sự ghép kênh quang đề cập tới kỹ thuật mà nhiều người dùng chia sẻ phương tiện IR cách sử dụng tính chất quang Như đề cập trên, kỹ thuật sử ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC dụng đa truy nhập quang đa truy nhập phân chia theo bước sóng WDMA đa truy nhập phân chia không gian SDMA WDMA xác định cách thức mà 29 2.4 Giao thức không dây tiêu chuẩn 33 2.5 Hiệp hội liệu hồng ngoại 33 2.6 Tổng quan Tiêu chuẩn IrDA 35 2.7.2 IrDA thu 39 2.7.3 Thông số kỹ thuật thu phát 40 CHƯƠNG 3: MẠNG KHÔNG DÂY HỒNG NGOẠI 46 3.1 Giới thiệu 46 3.2 Kiến trúc mạng 46 3.3 Thông sô kỹ thuật mạng quang không dây 48 3.3.1 Tiêu chuẩn IEEE 802.11 48 3.3.2 IrDA Air 53 Các giao thức IrDA 1.x chấp nhận rộng rãi nhiều nhà sản xuất cho loạt thiết bị, máy tính xách tay, PDA, máy in, máy tính, điện thoại di động, vv Các giao thức thiết kế chủ yếu sử dụng kiến trúc điểm–điểm, giao diện quang học có hình nón góc phát xạ tối đa = 15° Để mở rộng phương thức truyền thống điểm-điểm cho phép hoạt động đa điểm, IrDA đề xuất tới hồng ngoại tiên tiến (AIr), giao thức kết nối mạng cục nhà Công nghệ phát triển IBM, bao gồm nhóm IR, phịng thí nghiệm họ Zurich thành viên khác IrDA AIR lớp vật lý (AIR-PHY) sử dụng cổng hồng ngoại góc rộng có khả hoạt động góc độ lên đến 60° Những góc độ truyền thơng rộng tăng độ bao phủ khơng gian, có nghĩa thu phát khơng chồng lấn lẫn Các thiết bị IrDA đưa mức độ tự cho chuyển vùng Thay đổi lặp lặp lại hiệu điều chế xung (4PPM), thay đổi lặp lặp lại (VR), mã hóa chương trình áp dụng cho AIR Số lần lặp lại gọi tỷ lệ lưu (RR) dao động từ đến 16 (1, 2, 4, 16), tương ứng với tỷ lệ bit 4Mbps 250 kbps Điều cung cấp linh động tỷ lệ bit phạm vi truyền dẫn chất lượng liên kết Trong AIr-IrPHY, máy thu ước tính tỉ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) thơng báo cho máy phát tốc độ bit hỗ trợ 53 3.4 Mạng Ad Hoc 57 3.4.1Các vấn đề thiết kế mạng Ad Hoc 57 3.4.2 Định tuyến mạng Ad Hoc hồng ngoại 58 3.4.3 Bảo mật mạng Ad Hoc hồng ngoại .59 3.5 Chất lượng dịch vụ QoS 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 3.5.1 QoS lớp MAC: IEEE 802.11e .62 3.5.2 QoS định tuyến 63 3.6 Tương lai mạng hồng ngoại 64 3.7 Ứng dụng triển khai mạng hồng ngoại 65 Đo nhiệt độ 65 Việc thu nhận đo đạc tia hồng ngoại giúp xác định nhiệt độ vật từ xa, chúng nguồn phát tia thu Hình chụp phổ hồng ngoại gọi hình ảnh nhiệt, hay trường hợp vật nóng NIR hay thấy gọi phép đo nhiệt Kỹ thuật đo nhiệt độ hồng ngoại dùng chủ yếu quân sự, ứng dụng công nghiệp Kỹ thuật ứng dụng dần quen thuộc với thị trường dân như: máy ảnh xe hơi; tùy thuộc vào giá thành sản phẩm có giảm mạnh hay khơng 65 Kỹ thuật hồng ngoại quan trọng với ngành quốc phịng Những tên lửa khơng đối khơng cự ly gần mà máy bay chiến đấu sử dụng có dùng tia hồng ngoại dẫn đường Đầu tên lửa lắp thiết bị thăm đò hồng ngoại, tên lửa tự động bám sát khói có nhiệt độ cao máy bay nhiệt sinh ma sát vỏ máy bay khơng khí bay với tốc độ cao phá huỷ máy bay 65 Trong chiến tranh vùng Vịnh 1991, để đối phó với tên lửa Skut Irac, Mỹ dùng đến vệ tinh cảnh báo Trên vệ tinh có lắp kính viễn vọng 6000 linh kiện thăm dị hồng ngoại Khi bắt đầu phóng tên lửa Skut, khói tên lửa có nhiệt độ cao bị vệ tinh phát hiện, truyền số liệu trung tâm mặt đất, tính tốn mục tiêu để phóng tên lửa Patriot phá huỷ tên lửa Skut không 65 Phát nhiệt 65 Tia hồng ngoại dùng phòng tắm làm tan tuyết cánh máy bay, da người bề mặt cánh máy bay hấp thụ tốt lượng tia hồng ngoại Một lượng lớn lượng mặt trời nằm vùng hồng ngoại Các vật nóng cỡ vài trăm độ C lò sưởi, bếp phát xạ vật đen có cực đại vùng hồng ngoại Do tia hồng ngoại gọi tia nhiệt 65 Truyền thông 65 Dùng để truyền tải thơng tin mạng nhỏ.Ví dụ từ máy tính sang máy tính, máy tính sang điện thoại, điện thoại với điện thoại .hoặc thiết bị đại gia 65 dụng khác 65 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc mạng LAN khơng dây IR Hình 1.3 Các cấu hình khác liên kết IR khơng dây Đường chấm đại diện cho hình thức khác Hình 1.3 Cấu hình bán khuếch tán Hình 1.4 Thứ tự nghiên cứu truyền quang không dây 14 Hình 1.5 Mơ hình kênh từ lượng tín hiệu truyền dòng quang tạo ra: 15 Hình 2.1 Điều chế FM/IM .21 Hình 2.2 Điều chế xung mã PCM 22 Hình 2.3 Điều chế xung PCM sử dụng mã Manchester .23 Hình 2.4 Điều chế PSK 24 Hình 2.5 Điều chế FSK 24 36 Hình 2.5 Thành phần vật lý lớp giao thức IrDA 36 Hình 2.6 Ngăn xếp lớp giao thức IrDA 36 39 Hình 2.7 Giới hạn xung hồng ngoại IrDA .39 Hình 2.8 Đặc tính quang học máy thu phát hồng ngoại .42 Hình 3.1 Mạng Ad hoc 47 Hình 3.2 Mạng kết cấu hạ tầng 48 Hình 3.3 : Lớp vật lý lơp MAC IEEE 802.11 49 Hình 3.4 Phương pháp truy cập DCF 51 53 Hình 3.5 Trao đổi RTS /CTS 53 Hình 3.7 Kênh truy cập AIr 55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hình 3.8 Kiến trúc MAC IEEE 802.11e 62 HCCA chế xung đột dựa tự do, PCF tiêu chuẩn IEEE 802.11 Việc đổi giới thiệu HCCA khả thăm dò ý kiến trạm nội dung xung đột thời gian tự (CFP) 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Giá trị truyền tải điện khuếch tán đầu cho cấu hình theo dõi Bảng 1.2 Các đặc điểm cấu hình giới thiệu Bảng 2.1 So sánh kỹ thuật đa truy cập hệ thống di động 28 Bảng 2.2 So sánh Công nghệ không dây IrDA, Bluetooth, WiFi .37 Bảng 2.3 Cường độ tín hiệu tối thiểu tối đa Irradiances cho máy phát nhận IrDA-Based 43 NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page iv ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3: Mạng không dây hồng ngoại Tại lớp MAC  NẾU A giao tiếp với B  Và B giao tiếp với C,  THÌ A giao tiếp với C Tuy nhiên, truyền thông không dây, điều khơng phải lạ Nó bình thường có nút mà khơng thể thấy Trong topo này, node C khơng thấy nút A, trường hợp nút C nút "ẩn" nút A Hiện tượng nút ẩn khác xảy nút A nút B, nút A thấy nút B, B nút khơng nhìn thấy nút A Trong mạng thực tế, điều trình bày mối quan hệ giao tiếp phức tạp Nó biết đến CSMA, nút cho phép chuyển gói tin cảm nhận kênh rỗi Hiếm xảy xung đột gói tin miễn nút nghe thấy trễ truyền dẫn nhỏ Vấn đề nút ẩn đưa thách thức lớn việc thực chương trình CSMA Vì lý này, tạo nhiều nghiên cứu khác thiết kế phương tiện điều khiển đa truy cập cho mạng khơng dây IEEE 802.11, trao đổi RTS/CTS gói chương trình bắt tay với phần khắc phục vấn đề "các nút ẩn" cách đặt kênh trước Tuy nhiên, chương trình biến thể giả định tất "nút ẩn" phạm vi truyền dẫn phía thu, nên nhận cách xác gói tin CTS Thực tế phạm vi giao thoa lớn phạm vi truyền dẫn xác định lý gây khơng hiệu cho hai chế RTS/CTS RTS/CTS giải pháp hồn chỉnh chí làm giảm thông lượng không sử dụng cách AIr trình bày quan tâm đặc biệt vấn đề "các nút ẩn" Giải pháp nàyđược thực từ thiết kế lớp vật lý kiểm sốt truy cập MAC Các giao thức truy cập khơng sử dụng CTS mở rộng phạm vi đối xứng kênh để tránh tình thiết bị đầu cuối ẩn Khung CTS chuyển đến kênh dành riêng, phạm vi truyền dẫn bao gồm tất thiết bị đầu cuối có khả can thiệp, theo cách mà thiết bị đầu cuối cá nhân dựa kênh đối xứng Để hỗ trợ điều AIr-PHY thiết kế để thỏa mãn điều kiện đối xứng kênh IR Đây nơi kỹ thuật mã hóa VR phát huy tác dụng Sự lặp lại mã hóa giao dịch SNR cho tốc độ truyền cách lặp lại biểu tượng lớp vật lý Nó cung cấp phương tiện đủ lực mã hóa tin nhắn đặt phương tiện truyền thông để họ tiếp cận với nguồn tiềm nhiễu Ngồi cịn có khác biệt quan trọng khác IEEE 802.11 AIr Hai số băng thơng phạm vi truyền tải Trong tốc độ liệu tối đa có sẵn Mbps cho IEEE 802.11, tốc độ liệu AIr Mbps Số lượng gói tin gửi sau medium reservation IEEE 802.11, burst gói liệu Air IEEE 802.11 sử dụng hàm mũ cửa sổ backoff điều chỉnh xung đột, trái lại, AIR sử dụng chế tuyến tính NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3: Mạng không dây hồng ngoại 3.4 Mạng Ad Hoc Như thảo luận Chương 1, hồng ngoại vơ tuyến coi công nghệ bổ sung cho hỗ trợ mạng WLAN Các đặc tính hồng ngoại làm cho hữu ích cho ứng dụng chi phí thấp phạm vi ngắn, chẳng hạn mạng Ad Hoc Thực tế là, hồng ngoại coi thành phần chủ yếu cho nhiều ứng dụng mạng Ad Hoc, chẳng hạn mạng cảm biến, thông tin liên lạc chiến trường, vv Phần xem xét thách thức thiết kế mạng Ad Hoc cung cấp mô tả chi tiết vấn đề mạng Ad Hoc định tuyến, bảo mật, chất lượng dịch vụ (QoS) 3.4.1Các vấn đề thiết kế mạng Ad Hoc Mạng Ad Hoc trở thành lĩnh vực nghiên cứu phổ biến năm gần đây, nghiên cứu khoa học lĩnh vực thương mại, tính khả dụng chi phí, thiết bị khơng dây sử dụng rộng rãi phát triển Kiểu mạng xem hệ thống định tuyến phương pháp quản lý tự trị, phần mở rộng đa bước nhảy Internet không dây địi hỏi phải có giao diện linh hoạt liền mạch để truy cập Internet Các thiết kế hệ thống không đơn giản, đặc điểm sau mạng Ad Hoc đặt số thách thức từ khía cạnh khác  Việc hạn chế Công suất : nhiều trường hợp, thiết bị không dây phải dựa pin, khiến hiệu sử dụng lượng vấn đề quan trọng mạng Ad Hoc Ngồi ra, giới hạn phạm vi nút di động truyền dẫn không dây, nên để giao tiếp với nút bên phạm vi truyền dẫn mình, địi hỏi nút khác hoạt động trạm chuyển tiếp để chuyển tiếp gói tin đến đích Việc chuyển tiếp tuyến làm tăng tiêu thụ lượng, đặc biệt mạng Ad Hoc có quy mơ lớn Ngồi việc cải tiến phần cứng, giải pháp từ điểm kết nối mạng tập trung vào việc tiết kiệm điện sử dụng không cần thiết, chẳng hạn chọn lọc đặt thu vào chế độ nghỉ lớp MAC, giới thiệu giao thức định tuyến nhận thức lượng  Topo mạng động : Trong mạng Ad Hoc, nút tham gia, di chuyển xung quanh, rời khỏi mạng lúc Các topo mạng thay đổi với chuyển động nút khó lường Thiết kế định tuyến giao thức chương trình quản lý di động yêu cầu để xử lý vấn đề để giao thức liên tục đáng tin cậy  Giới hạn băng thông truyền dung lượng : Mặc dù thực tế IR trung bình có khả cung cấp tốc độ liệu cao, nhiên băng thơng thực tế có sẵn cịn hạn chế trở ngại cơng nghệ Trong đó, khơng gian giao tiếp mở giới thiệu BERs cao, đặc biệt đề cập tới multi-hop Có số đề xuất để giải vấn đề này, chẳng hạn tối ưu hóa cấu trúc mạng nâng cao kỹ thuật truyền dẫn NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3: Mạng không dây hồng ngoại  Phân bố hoạt động : Nếu khơng có quản lý, nút mạng Ad Hoc phải dựa vào nút khác để hỗ trợ bảo mật chức định tuyến Trong mơi trường vậy, xảy công liên kết thụ động hoạt động (ví dụ nghe trộm, cơng từ chối dịch vụ) Trong đó, nút trung gian từ chối hợp tác nỗ lực để tiết kiệm điện  Giao tiếp không gian mở : Tỷ lệ lỗi cao kênh không dây luôn thách thức lớn cho QoS, đặc biệt số ứng dụng truyền tải cần độ xác cao Những cải tiến lĩnh vực chủ yếu tập trung vào thiết kế vật lý, chẳng hạn truyền tải điện ngày tăng, giới thiệu phương pháp sửa lỗi hiệu quả, vv 3.4.2 Định tuyến mạng Ad Hoc hồng ngoại Định tuyến mạng Ad Hoc phải đối mặt với số thách thức, bao gồm hạn chế băng thông, topo mạng linh động, không đảm bảo chất lượng đường dẫn Quy trình thành lập tuyến mạng Ad Hoc nên linh động có khả thích ứng Hầu hết phương pháp tiếp cận đề xuất có nguồn gốc từ tiện ích mở rộng giao thức định tuyến mạng có dây dựa IP Các giao thức định tuyến tạm phân loại chủ động, phản ứng, hỗn hợp 3.4.2.1 Chủ động Định tuyến chủ động cố gắng để trì qn thơng tin định tuyến đầu cuối toàn mạng Mỗi nút phải trì nhiều bảng để lưu trữ thông tin định tuyến đầu cuối truyền bá thông tin cập nhật toàn mạng Giống nhiều giao thức truyền thống, chúng thường bảng điều khiển giao thức vector khoảng cách Ví dụ giao thức xếp theo trình tự định tuyến vecter khoảng cách (DSDV), định tuyến trạng thái đường tối ưu (OLSR), định tuyến dạng mắt cá (FSR), giao thức định tuyến khơng dây (WRP) , định tuyến chuyển mạch nhóm cổng (CGSR) định tuyến toàn cầu (GSR) Các giao thức sử dụng chế khác đường truyền thay đổi tuyến đường số lượng bảng sử dụng liên quan đến định tuyến Các giao thức chủ động cố gắng trì tuyến đường hợp lệ đển tất nút thông tin di động lúc, cần không cần thiết Chúng cần phải cập nhật định kỳ thay đổi tuyến đường 3.4.2.2 Phản ứng Để loại bỏ chi phí cao đưa bảng định tuyến thông thường cập nhật thông tin định kỳ định tuyến giao thức chủ động, tuyến phản ứng tạo yêu cầu nút nguồn, cập nhật thông tin định tuyến truyền cần thiết Để hỗ trợ cho tuyến không cập nhật liên tục, trình tuyến đường phát yêu cầu mạng sử dụng Đối với mục đích tối ưu hóa, nhiều giao thức định tuyến phản ứng theo yêu cầu điều khiển Các giao thức định tuyến mạng Ad Hoc bao gồm : NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3: Mạng không dây hồng ngoại  Giao thức định tuyến nguồn động (DSR)  Định tuyến vector khoảng cách Ad Hoc theo u cầu (AODV)  Thuật tốn tìm đường theo thời gian (TORA)  Định tuyến trợ giúp vị trí (LAR) Những bất lợi giao thức phản ứng tạo nhiều chi phí tuyến đường xác định, tuyến đường khơng thiết phải cần đầu cuối có u cầu 3.4.2.3 Kết Hợp Giao thức hỗn hợp cố gắng cung cấp kết hợp tính phản ứng phương pháp tiếp cận chủ động có nghĩa chuyển đổi linh động phận hai giao thức Ví dụ, giao thức bảng điều khiển sử dụng mạng giao thức theo yêu cầu bên mạng, ngược lại Hầu hết chương trình hỗn hợp đề xuất để giải vấn đề khả mở rộng mạng Ad Hoc Một ví dụ giao thức định tuyến khu vực (ZRP) ZRP phân chia mạng thành vùng khác Mỗi nút khu vực sử dụng thuật toán định tuyến chủ động cho nút bên khu vực, sử dụng chung giao thức phản ứng nút bên khu vực Mặc dù mạng Ad Hoc quy mô lớn không sử dụng IR rộng rãi ứng dụng tại, nhiên khơng nên bị loại bỏ hồn tồn Trong tình mà khơng thể sử dụng vơ tuyến, nhóm cells IR ghép vào lựa chọn hấp dẫn Mặc dù thực tế phương pháp trình bày mang lại có lợi khác nhau, không phương pháp số chúng phù hợp với tất điều kiện có môi trường mạng Ad Hoc Việc lựa chọn chương trình định tuyến phù hợp cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố 3.4.3 Bảo mật mạng Ad Hoc hồng ngoại Các tính bật truyền dẫn cấu trúc mạng không gian mở tự động thay đổi kết nối mạng không dây Ad Hoc đặt số thách thức an ninh kiểu mạng Trong số tình hoạt động, đặc biệt ứng dụng mà yêu cầu đòi hỏi bảo mật quan trọng an ninh cao mạng Ad Hoc Trong mạng Ad Hoc việc quản lý, thành lập liên kết bảo mật hoàn toàn dựa thỏa thuận người sử dụng Do diện rộng rãi công nghệ IrDA thiết bị di động ngày nay, có số đề xuât để sử dụng liên kêt hồng ngoại khơng dây bỏ qua giai đoạn mã hóa xác thực cần thiết để đảm bảo cho truyền tần số vơ tuyến (RF) Bởi hưởng lợi từ tốc độ liên kết liệu cao LOS hồng ngoại, IR cung cấp kênh băng thông rộng cho trao đổi liệu an toàn Hai thiết bị IR kết nối với "phạm vi an tồn" sử dụng để tạo thành "kênh phụ" "Kênh phụ" truyền sau kết thúc việc trao đổi thông tin "an ninh", mà khóa an tồn, mật khẩu, vv Ví dụ, quán cà phê NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3: Mạng không dây hồng ngoại mở, người sử dụng điện thoại di động kết nối với bạn bè họ thông qua cổng hồng ngoại để trao đổi mã số bảo mật Sau đó, họ chuyển sang vơ tuyến để trao đổi thông tin khác, chẳng hạn chia sẻ tập tin, tin nhắn dịch vụ Người dùng xác thực thiết bị riêng thơng qua cổng hồng ngoại để chia sẻ dịch vụ số Đối với vấn đề an ninh mạng Ad Hoc túy, hình thành thơng qua khơng LOS liên kết khuếch tán, có nhiều thách thức cấu trúc liên kết liên kết điểm– điểm đơn giản an toàn So với đối tác vơ tuyến nó, IR trình bày hiệu bảo mật tốt hơn, thực tế xạ hồng ngoại xuyên qua tường tế bào IR cung cấp phủ sóng thấp Vì vậy, cơng từ bên ngồi mạng ngăn ngừa Tuy nhiên, cấu hình FOV rộng, khơng đảm bảo khơng xảy việc nghe trộm, tín hiệu yếu Nguy hiểm phát sinh từ bên mạng cách đặt nút thỏa hiệp số tình cụ thể Các nút chuyển vùng điện thoại di động mơi trường khơng an tồn với bảo vệ vật lý tương đối kém, ví dụ chia sẻ thơng tin thơng qua thiết bị điện tử nơi công cộng, chẳng hạn quán cà phê sân bay Một phương pháp bảo vệ liệu truyền thông qua phương pháp mật mã, khóa bí mật mã hóa trao đổi nút giao tiếp Tùy chọn phương pháp mã hóa WEP tiêu chuẩn IEEE 802.11 ví dụ tốt Phương pháp sử dụng hai mạng Ad Hoc mạng sở Trong mã hóa WEP, nút điện thoại di động phải sử dụng khóa mã hóa, khung mã hóa với khóa WEP trước truyền,và khung nhận được giải mã với khóa giống hệt Nếu khố WEP khơng phải chuỗi độ mạnh trạm khơng thể giao tiếp Chìa khóa WEP phải cập nhật thường xuyên, không, người trái phép dễ dàng giải mã gói sniffing mạng vài (do thuật toán mã hóa đơn giản) Để cải thiện an ninh, phương pháp mã hóa phức tạp cần thiết Một trạm khả hỗ trợ số phương pháp mã hóa chia sẻ phím khác với đồng nghiệp mạng Gần có số đề xuất để tăng cường bảo vệ liệu với giúp đỡ định tuyến Một cách tiếp cận phân chia liệu thành phần N gửi dọc theo tuyến đường khác Thông điệp xây dựng lại điểm đến Các mối quan tâm lớn khóa mã hóa trường hợp chìa khóa phân phối làm thường xuyên giới thiệu chi phí cao với mạng khơng dây Ad Hoc Phím phức tạp hơn, nặng khơng có khả giới thiệu Đây cách hạn chế băng thông không dây sử dụng Một vấn đề bảo mật mạng Ad Hoc liên quan đến hợp tác nút Hầu hết thuật toán định tuyến giả định nút định tuyến chấp nhận gói tin mà nhận Tuy nhiên, mạng Ad Hoc bao gồm nút chưa biết (hoặc không đáng tin cậy), hành vi xấu gây nút đưa nhiều vấn đề với hoạt động mạng Một nút độc hại gián đoạn kênh truyền tin NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3: Mạng không dây hồng ngoại liên lạc cách gửi bursts liệu cách cố gắng để tước lượng pin thiết bị, cách giữ cho sống tham gia giao tiếp tất thời gian Một nút ích kỷ phá vỡ tuyến đường định tuyến chủ động rơi vào "ngủ" để tiết kiệm điện Ngay mạng lưới hợp tác, nguy nút bắt bị tổn hại Nút sau gửi thông tin sai lệch định tuyến cập nhật thơng tin quan trọng làm tê liệt tồn mạng nhanh chóng Đó lý vấn đề hợp tác lĩnh vực an ninh bắt đầu thu hút ý nhiều ngày Tuy nhiên, phức tạp, vấn đề mở ngày 3.5 Chất lượng dịch vụ QoS Chất lượng dịch vụ (QoS) thước đo hiệu suất mạng phản ánh chất lượng truyền dẫn mạng dịch vụ hỗ trợ Nó thể hình thức khác để đảm bảo hiệu hoạt động lưu lượng mạng trễ, độ dài xung, băng rộng, xác suất gói tin, tỷ lệ lỗi, đặc điểm khác Để đảm bảo QoS, đặc điểm phải đánh giá cao, mức độ bảo đảm trước Cung cấp QoS giao tiếp không dây vấn đề lớn chất lượng kém, băng thông hạn chế, cấu trúc liên kết mạng hay tự động thay đổi liên kết Gần đây, phổ biến ứng dụng đa phương tiện trực tuyến, truyền video liên tục băng thông cao, nhiều ứng dụng thương mại tiềm khác đòi hỏi nỗ lực nhiều đưa vào hỗ trợ QoS mạng không dây Có nhiều nỗ lực để cải thiện QoS từ vật lý đến lớp ứng dụng, phản ánh tính chất nhiều lớp mạng Ad Hoc Các phương pháp đề xuất để cải thiện QoS từ lớp thấp dựa lập luận yếu QoS mạng không dây thiếu độ tin cậy liên kết Lớp vật lý yêu cầu phải thích ứng với thay đổi nhanh chóng đặc điểm liên kết Để giải kiến trúc mạng linh động, nút cá nhân chịu trách nhiệm việc chủ động phát nút khác mà chúng giao tiếp trực tiếp Để đạt hiệu sử dụng lượng mạng Ad Hoc, tất xử lý kiểm soát phải thực nút mạng theo cách phân phối Lớp MAC cần để giảm thiểu xung đột, cho phép truy cập công bán đáng tin cậy truyền tải liệu qua liên kết không dây chia sẻ tiếp xúc với thiết bị đầu cuối Lớp mạng cần để xác định phân phối thông tin sử dụng để tính tốn đường dẫn cách trì hiệu liên kết thay đổi thường xun băng thơng ưu tiên Nó cần phải kết hợp với mạng thông thường, để đạt đáng tin cậy nhanh hơn.Ngoài ra, mạng Ad Hoc cần phải thực chức cấu hình tự động việc thay đổi mơi trường Lớp giao thức phải có khả để xử lý số liệu thống kê trễ gói tin,q trình khác so với mạng có dây NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3: Mạng không dây hồng ngoại Cuối cùng, ứng dụng phải thiết kế để thích ứng với ngắt kết nối thường xuyên tái kết nối với ứng dụng ngang hàng, khác trễ đặc điểm gói tin Sự cải thiện lớp vật lý phụ trợ chủ yếu vào thiết bị thu phát 3.5.1 QoS lớp MAC: IEEE 802.11e Để hỗ trợ ứng dụng băng thông nhạy cảm thoại video, IEEE phê duyệt tiêu chuẩn IEEE 802.11e tháng 11 năm 2005 Tiêu chuẩn thể cải tiến lớp MAC tiêu chuẩn truyền thống IEEE 802.11 DCF PCF định nghĩa tiêu chuẩn IEEE 802.11 không phân biệt loại lưu lượng truy cập nguồn DCF hỗ trợ nỗ lực dịch vụ tốt nhất, khơng có đảm bảo QoS Trong IEEE 802.11e, hai chế độ phối hợp tăng cường để tạo điều kiện thuận lợi cho QoS Những thay đổi cho phép để thực yêu cầu dịch vụ quan trọng trì khả tương thích ngược với chuẩn 802.11 Trong IEEE 802.11e, DCF phương pháp tiếp cận sử dụng non-QoS Stas (nQSTAs) Ngồi ra, mộ hình kết hợp Chức giao thức (HCF) tạo Trong HCF, hai biến thể truy cập ưu tiên sử dụng (1) Truy cập kênh nâng cao phân phối (EDCA) (2) Kênh kiểm soát truy cập HCF (HCCA) xuất phát từ phiên trước chức phối hợp phân bố cải tiến (EDCF) chức phối hợp (HCF) Các mối quan hệ phương pháp MAC hiển thị hình 3.8 DCF sở cho ba phương pháp khác: PCF tùy chọn, non-QSTA tiếp tục sử dụng DCF PCF; QSTA sử dụng hai EDCA HCCA Hình 3.8 Kiến trúc MAC IEEE 802.11e HCCA chế xung đột dựa tự do, PCF tiêu chuẩn IEEE 802.11 Việc đổi giới thiệu HCCA khả thăm dò ý kiến trạm nội dung xung đột thời gian tự (CFP) NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3: Mạng không dây hồng ngoại HCCA chế quản lý quyền truy cập vào môi trường không dây, cách sử dụng điều phối viên hỗn hợp (HC) có ưu tiên cao truy cập trung bình non-AP STAS Điều cho phép để chuyển MSDUs để non-AP QSTAs, để phân bổ hội truyền (TXOPs) non-AP QSTAs Do tham gia AP HCCA 3.5.1.1 EDCA IEEE 802.11e EDCA chế truy cập ưu tiên CSMA/CA sử dụng QSTAs Nó cung cấp truy cập,có khác biệt phân phối để phương tiện không dây cho QSTAs sử dụng tám ưu tiên người sử dụng khác Cơ chế EDCA xác định bốn loại truy cập (ACS) cung cấp hỗ trợ cho việc cung cấp lưu lượng truy cập với ưu tiên người sử dụng (UPS) QSTAs Bốn ACS bao gồm AC_BK (nền tảng thông lượng), AC_BE (thông lượng tốt nhất), AC_VI (video thông lượng) AC_VO (lưu lượng truy cập giọng nói), AC_BK có ưu tiên thấp AC_VO có ưu tiên cao Mỗi AC chứa hai UPS khác Các giá trị UP giá trị số nguyên từ đến giống hệt cho thẻ ưu tiên IEEE 802.1D Sự khác biệt ưu tiên người sử dụng đạt cách thay đổi giá trị sau :    Số lượng trạm quan sát kênh rỗi trước backoff truyền tải Chiều dài cửa sổ xung đột sử dụng cho backoff Trạm sau khoảng thời gian truyền tải sau có kênh rỗi Ví dụ, QSTAs để truyền tải tất khung kiểu liệu khung kiểu khác quản lý kiểm soát Thủ tục làm giảm chi phí cách giảm số lượng khung trao đổi Ngoài ra, vector chủ động mạng (NAV) theo dõi giai đoạn trạm không truy cập môi trường không dây sử dụng IEEE 802.11e EDCA không đảm bảo dịch vụ cung cấp Tuy nhiên, thiết lập chế ưu tiên xác suất để phân bổ băng thông dựa loại thông lượng 3.5.2 QoS định tuyến Trong mạng Ad Hoc có sẵn hầu hết giao thức định tuyến nhằm để đạt đường truy cập ngắn nhất, không quan tâm đến QoS Các dịch vụ cung đường dẫn định tuyến thường tốt Trong mạng Ad Hoc, tự động thay đổi cấu trúc mạng liên kết vật lý tương đối chậm khơng đáng tin cậy Định tuyến QoS tìm kiếm đường với đủ lực độ tin cậy cao để đáp ứng yêu cầu ứng dụng khác Do đó, giao thức định tuyến QoS nên hoạt động với quản lý tài nguyên để thiết lập đường thông qua mạng lưới đáp ứng yêu cầu QoS đối đầu Trong hầu hết trường hợp, định tuyến QoS không dự trữ tài nguyên Việc định tuyến QoS vấn đề khó khăn, đặc biệt cho mạng Ad Hoc đa bước nhảy Các thuật toán định tuyến cho mạng có dây khơng thể áp dụng trực tiếp đến điện thoại di động mạng không dây Ad Hoc Điều hiệu NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3: Mạng không dây hồng ngoại suất thuật tốn định tuyến có dây hầu hết phụ thuộc vào trạng thái xác thơng tin, mà khơng thể đạt mạng khơng dây Ad Hoc tính chất động nó, mà thiếu xác thơng tin trạng thái liên kết Trong năm gần đây, QoS định tuyến trở thành lĩnh vực nghiên cứu phổ biến Tuy nhiên, số lượng kiến nghị giải pháp nhiều, nhiên ngày hôm nay, QoS định tuyến câu hỏi mở phức tạp mà mang lại Gần đây, có số đề xuất để cải thiện QoS với trợ giúp thông tin vị trí nút di động GPSR ví dụ tốt Do phức tạp định tuyến QoS, có nhiều thuật tốn định tuyến phức tạp đề xuất Như việc sử dụng GPRS, lựa chọn thuật toán, chi phí QoS phải đưa vào tài khoản băng thông hạn chế liên kết không dây 3.6 Tương lai mạng hồng ngoại Hồng ngoại cung cấp lựa chọn linh hoạt, an toàn kinh tế cho truyền thông không dây tầm ngắn Các tiêu chuẩn thông số kỹ thuật từ IEEE hồng ngoại đẩy nhanh việc áp dụng công nghệ cho mạng quy mô nhỏ Các thiết bị IR phổ biến rộng rãi loại ứng dụng khác ngày giảm đáng kể rủi ro chi phí giới thiệu cơng nghệ cho thiết bị Hồng ngoại công nghệ hứa hẹn cho mạng không dây tương lai Tiềm với tốc độ cao để khai thác, cung cấp tảng lý tưởng cho việc giao tiếp tầm ngắn nhà Như thảo luận Chương 1, hồng ngoại không thay vô tuyến tồn tùy chọn bổ sung, đóng vai trị thiết yếu, đặc biệt ứng dụng nơi mà vô tuyến phải tránh nhiễu từ môi trường xung quanh ứng dụng yêu cầu thông tin liên lạc an tồn cao Vẫn cịn nhiều thách thức cần giải mạng hồng ngoại, chẳng hạn phát triển chế sử dụng hiệu băng thông hạn chế khả truyền thông tiếp, tiếp tục khai thác băng thông tiềm năng, chế để giảm điện tiêu thụ chi phí mạng quản lý mạng, phát triển thuật toán để tăng cường an ninh cung cấp thông tin định tuyến hiệu quả, mạng không dây quang phải đối mặt với khó khăn liên quan đến việc tích hợp với liên kết đáng tin cậy nhanh chóng với mạng quang có dây Sự khác biệt lớn hiệu suất liên kết có dây khơng dây mối quan tâm bật thiết kế mạng không dây Giao diện liền mạch hội tụ ổn định với liên kết có dây thách thức đáng kể Mặc dù thực tế nhiều trở ngại phải vượt qua, phát triển công nghệ mạng IR mạnh mẽ ngày Việc sáp nhập nhanh chóng cơng nghệ thông tin liên lạc khác đồng thời đẩy mạnh việc sử dụng IR mạng Nó chắn ảnh hưởng đến cách nhìn giới truyền thông kết nối mạng ngày hôm NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3: Mạng không dây hồng ngoại 3.7 Ứng dụng triển khai mạng hồng ngoại Đo nhiệt độ Việc thu nhận đo đạc tia hồng ngoại giúp xác định nhiệt độ vật từ xa, chúng nguồn phát tia thu Hình chụp phổ hồng ngoại gọi hình ảnh nhiệt, hay trường hợp vật nóng NIR hay thấy gọi phép đo nhiệt Kỹ thuật đo nhiệt độ hồng ngoại dùng chủ yếu quân sự, ứng dụng công nghiệp Kỹ thuật ứng dụng dần quen thuộc với thị trường dân như: máy ảnh xe hơi; tùy thuộc vào giá thành sản phẩm có giảm mạnh hay khơng Kỹ thuật hồng ngoại quan trọng với ngành quốc phịng Những tên lửa khơng đối khơng cự ly gần mà máy bay chiến đấu sử dụng có dùng tia hồng ngoại dẫn đường Đầu tên lửa lắp thiết bị thăm đò hồng ngoại, tên lửa tự động bám sát khói có nhiệt độ cao máy bay nhiệt sinh ma sát vỏ máy bay khơng khí bay với tốc độ cao phá huỷ máy bay Trong chiến tranh vùng Vịnh 1991, để đối phó với tên lửa Skut Irac, Mỹ dùng đến vệ tinh cảnh báo Trên vệ tinh có lắp kính viễn vọng 6000 linh kiện thăm dị hồng ngoại Khi bắt đầu phóng tên lửa Skut, khói tên lửa có nhiệt độ cao bị vệ tinh phát hiện, truyền số liệu trung tâm mặt đất, tính tốn mục tiêu để phóng tên lửa Patriot phá huỷ tên lửa Skut không Phát nhiệt Tia hồng ngoại dùng phòng tắm làm tan tuyết cánh máy bay, da người bề mặt cánh máy bay hấp thụ tốt lượng tia hồng ngoại Một lượng lớn lượng mặt trời nằm vùng hồng ngoại Các vật nóng cỡ vài trăm độ C lò sưởi, bếp phát xạ vật đen có cực đại vùng hồng ngoại Do tia hồng ngoại gọi tia nhiệt Truyền thơng Dùng để truyền tải thơng tin mạng nhỏ.Ví dụ từ máy tính sang máy tính, máy tính sang điện thoại, điện thoại với điện thoại thiết bị đại gia dụng khác Các ứng dụng bật Bluetooth gồm: * Điều khiển giao tiếp không giây điện thoại di động tai nghe không dây NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3: Mạng không dây hồng ngoại * Mạng không dây máy tính cá nhân khơng gian hẹp địi hỏi băng thơng * Giao tiếp khơng dây với thiết bị vào máy tính, chẳng hạn chuột, bàn phím máy in * Truyền liệu thiết bị dùng giao thức OBEX * Thay giao tiếp nối tiếp dùng dây truyền thống thiết bị đo, thiết bị định vị dùng GPS, thiết bị y tế, máy quét mã vạch, thiết bị điều khiển giao thông NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương 3: Mạng không dây hồng ngoại * Thay điều khiển dùng tia hồng ngoại * Gửi mẩu quảng cáo nhỏ từ pa-nô quảng cáo tới thiết bị dùng Bluetooth khác * Điều khiển từ xa cho thiết bị trò chơi điện tử Wii -Máy chơi trò chơi điện tử hệ Nintendo PlayStation Sony * Kết nối Internet cho PC PDA cách dùng điện thoại di động thay modem NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC KẾT LUẬN Trên đây, em hoàn thành nội dung đồ án tốt nghiệp, chưa thực hoàn thiện song đạt kết theo đề cương đề ra, tóm tắt lại sau: Chương trình bày giới thiệu công nghệ truyền thông không dây quang học, bao gồm khía cạnh cấu hình hệ thống, tiến hóa khơng dây IR hệ thống thông tin, nguyên tắc thiết kế Ở đây, lợi ích hạn chế IR phương tiện để truyền đạt thông tin không dây kiểm tra lợi bất lợi tia hồng ngoại so sánh với hệ thống vô tuyến Các Kỹ thuật điều chế khác sử dụng hệ thống truyền thơng quang học khơng dây giải thích chương Chương bao gồm so sánh kỹ thuật điều chế khác lượng yêu cầu băng thông, so sánh đề án điều chế có mặt nhiễu biến dạng đa đường Các đặc tính giao thức IrDA Các vấn đề mạng quan trọng kiến trúc mạng, thông số kỹ thuật mạng quang học không dây, mạng Ad Hoc, QoS giới thiệu chương 3.Đồng thời nêu ứng dụng triển khai mạng quang không dây thực tế Nội dung đồ án tập trung tìm hiểu số khía cạnh kỹ thuật mạng quang không dây nên chưa thể đánh giá hết ưu điểm kỹ thuật này, ứng dụng mặt thực tế Bản thân em cần phải cố gắng nữa, động viên đóng góp thầy cơ, bạn để nội dung đồ án tốt nghiệp hoàn thiện Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn! NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO  Roberto.Ramirez-Iniguez-SeviaM.Idrus-Ziran.Sun Optical “Wireless.Communications”IR.for.Wireless.Connectivity.Apr.2008-BBL  ”Nghiên cứu công nghệ vô tuyến hệ khả ứng dụng Việt Nam” , Đề tài 64-11-KHKT-RD – Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện  Steve Hranilovic and McMaster “ Wireless Optical Communication Systems”(2005)  Đặng Lê Khoa “ Mạng truyền thông quang không dây “  Nguyễn Thế Dương “ Kỹ thuật đa truy nhập mạng quang ứng dụng “ NGUYỄN QUỐC HUY – D08VT3 Page 69 ... ĐẠI HỌC Chương 1: Tổng quan công nghệ mạng quang không dây Chương 1: Tổng quan công nghệ mạng quang không dây 1.1 Giới thiệu Trong vài thập kỷ qua, cơng nghệ khơng dây có nhu cầu lớn chưa có lịch... Tổng quan công nghệ mạng quang không dây 1.2 Cấu hình hệ thống Hệ thống quang khơng dây sử dụng nhà ngồi trời xếp số cấu hình tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể hệ thống Nhìn chung, cấu trúc sử dụng cho... quan công nghệ mạng quang không dây λs (t) tỷ lệ thuận với cường độ quang tức thời tín hiệu nhận Trong môi trường nơi ánh sáng cao sử dụng máy thu băng thông rộng, nhiễu đưa vào diode tách sóng quang