2.1 Giới thiệu
Là nghiên cứu các phần cứng, phần mềm phục vụ cho WLAN bao gồm: thiết bị, kiến trúc mạng, sự phủ sóng và chuyển vùng, các vấn đề khi triển khai mạng như nhiễu, ảnh hưởng giữa các mạng WLAN lân cận, vấn đề thiết lập kênh, vấn đề bảo mật…
2.2 Thiết bị
2.2.1 Access point
Access point là thiết bị WLAN phổ biến nhất, access point cung cấp cho người dùng (clients) điểm truy cập vào mạng. Access point là thiết bị bán song công chức năng tương tự với bộ chuyển mạch Ethernet.
a. Chức năng trạm gốc
Chức năng trạm gốc được sử dụng khi access point kết nối với mạng Ethernet thông qua giao diện hữu tuyến của nó. Hầu hết các access point hỗ trợ nhiều chế độ thường mặc định ở chức năng trạm gốc. Ở chế độ trạm gốc, access point phân phối dữ liệu giống như trong hệ thống hữu tuyến, và có thể liên lạc với các phân đoạn hữu tuyến khác. Các access point nói chuyện với nhau thông qua chức năng chuyển vùng. Clients vô tuyến ở các khu vực khác nhau liên lạc được với nhau thông qua các access point trong phân đoạn hữu tuyến.
Hình 2.2: Access point ở chế độ trạm gốc
b.Chức năng cầu nối
Access point hoạt động như các cầu nối vô tuyến, mà cầu nối chỉ được sử dụng để liên kết vô tuyến hai hoặc nhiều hơn các phân đoạn hữu tuyến lại với nhau.
c. Chức năng lặp
Access point với chức năng repeater kết nối với clients như một access point thông thường và liên kết với trạm gốc như là một client. Sử dụng access point ở chế độ lặp thì không được khuyến khích ngoại trừ trường hợp tối cần thiết, bởi vì mỗi phân vùng xung quanh access point trong trường hợp này cần phải được bao phủ tối thiểu 50%. Cầu hình này làm giảm phạm vi clients có thể kết nối đến repeater access point. Mặt khác làm giảm thông lượng của phân đoạn vô tuyến. Trong trường hợp này, người sử dụng kết nối đến điểm truy cập lặp sẽ có thông lượng thấp và độ trễ cao.
Hình 2.4: Access point ở chế độ lặp
2.2.2 Các client trong WLAN
Bao gồm các thiết bị WLAN mà một access point có thể nhận dạng như là client trong mạng. Những thiết bị này bao gồm:
PCMCIA và Compact Flash Cards
Ethernet và Serial Converters
USB Adapters
PCI và ISA Adapters
WLAN clients là các nút người dùng đầu cuối như máy tính để bàn có thêm card vô tuyến cắm vào cổng PCI hoặc cổng USB, máy tính xách tay hoặc các thiết bị cầm tay như PDA cần kết nối vô tuyến đến cơ sở hạ tầng mạng vô tuyến. Điều quan trọng là
nhà sản xuất chỉ làm các radio card dưới hai dạng vật lý, đó là PCMCIA và Compact Flash . Tất cả các radio card được kết nối với các đầu nối như PCI, ISA, USB.
Hình 2.5: Một số card vô tuyến
2.2.3 Controller
Sử dụng để quản lí dữ liệu tất cả các client, truyền thông, chức năng quản lí hệ thống, cho phép quản lí tài nguyên vô tuyến, thực hiện chức năng chuyển vùng, phân phối chức năng bảo mật, quản lí chất lượng QoS.
Hình 2.6: Hình ảnh một wireless controller
2.2.4 Anten
An-ten chuyển đổi năng lượng điện thành sóng RF hoặc ngược lại, sóng RF chuyển thành năng lượng điện tại an-ten thu. Các trường điện từ phát ra từ an-ten được gọi là các tia. Có ba dạng cơ bản của an-ten RF: An ten toàn hướng, Anten bán định hướng, An ten định hướng cao. Mỗi loại có các đặc điểm và cách sử dụng phù hợp khác nhau. Khi độ tăng ích của một an-ten giảm đi, khu vực phủ sóng hẹp lại, vì thế an- ten có độ tăng ích cao cung cấp khu vực phủ sóng dài hơn an-ten có độ tăng ích thấp ở cùng một mức công suất phát. Các thông số quan trọng của anten là độ tăng ích, độ rộng tia và sự phân cực.
a. Anten toàn hướng
Thông thường hầu hết An-ten WLAN là loại an-ten toàn hướng. Thiết kế đơn giản, an-ten toàn hướng là trang bị tiêu chuẩn cho hầu hết các access points. Gọi là an-ten toàn hướng bởi vì nó bức xạ năng lượng bằng nhau theo mọi hướng xung quanh trục
của nó. An-ten toàn hướng dùng trong WLAN thì rất nhỏ do tần số WLAN là 2.4 GHz vì có tần số cao nên chiều dài bước sóng và anten ngắn hơn.
Hình 2.7: Năng lượng bức xạ của một anten dipole
Anten toàn hướng bức xạ 3600 theo phương ngang. Nếu một anten bức xạ theo mọi hướng bằng nhau theo hình cầu gọi là anten đẳng hướng. Nếu an-ten toàn hướng đặt ở tâm của một sàn trong toà nhà có nhiều tầng, phần lớn năng lượng của nó sẽ bức xạ dọc theo chiều dài của tầng đó, một phần nhỏ đáng kể được gửi đến các tầng bên trên và bên dưới access point. An-ten toàn hướng độ tăng ích cao cung cấp khu vực phủ sóng rộng hơn theo phương ngang, nhưng vùng phủ sóng theo phương dọc bị thu hẹp lại.
Sử dụng : An-ten toàn hướng được sử dụng khi yêu cầu khu vực phủ sóng ở mọi phía xung quanh theo trục ngang của an-ten. An-ten toàn hướng cũng rất hiệu quả khi khu vực phủ sóng rộng bao quanh một điểm trung tâm. Ví dụ, đặt an-ten toàn hướng tại trung tâm của khu vực, phòng mở sẽ cho vùng phủ sóng tốt. An-ten toàn hướng thường sử dụng cho điểm-đến-đa điểm được thiết kế theo hình thái mạng hub-n-spoke. Sử dụng trong nhà, an-ten toàn hướng nên đặt ở đỉnh của kết cấu tại trung tâm của khu vực phủ sóng. Ví dụ, trong khu trường học an-ten cần đặt ở trung tâm của khu vực để có được vùng phủ sóng lớn nhất. Khi sử dụng trong nhà, an-ten nên đặt ở giữa toà nhà hoặc vùng phủ sóng mong muốn, gần trần nhà để tối ưu khu vực phủ sóng. An-ten toàn hướng phát xạ quanh vùng phủ sóng rộng lớn theo dạng đồng tâm và phù hợp cho nhà
kho hoặc trình lãm thương mại, nơi mà khu vực phủ sóng thường từ một góc toà nhà này đến toà nhà kia.
Hình 2.8: Kết nối điểm đa điểm
b. Anten bán định hướng
An-ten bán định hướng có rất nhiều loại và hình dạng khác nhau. Một số loại anten bán định hướng thường được dùng cho WLAN là Patch, Panel và Yagi. Tất cả các an- ten này thường phẳng và được thiết kế để treo tường.
Hình 2.9: Một số an ten bán định hướng
Các an-ten này định hướng năng lượng từ máy phát theo một hướng riêng biệt, thường có dạng vòng. An-ten bán định hướng thường bức xạ có vùng phủ sóng ở dạng bán cầu hoặc hình trụ.
Cách sử dụng : An-ten bán định hướng rất phù hợp cho các cầu nối có tầm ngắn và trung bình. Ví dụ, hai toà nhà văn phòng đối diện nhau cần chia sẽ kết nối mạng là trường hợp tốt để thiết lập an-ten bán định hướng. Tại không gian rộng lớn trong nhà, nếu máy phát được đặt ở góc hoặc cuối toà nhà, hành lang hoặc phòng rộng, thì an-ten bán định hướng là lựa chọn tốt nhất cung cấp vùng phủ sóng thích hợp.
Hình 2.11: Đường kết nối giữa hai toà nhà sử dụng an-ten bán định hướng
c. Anten định hướng cao
An-ten định hướng cao phát xạ tia tín hiệu hẹp nhất trong các loại an-ten và có độ tăng ích cao nhất trong ba nhóm an-ten này. An-ten định hướng cao thường có hình chảo, thiết bị hình đĩa. Các an-ten này lý tưởng cho khoảng cách dài, đường liên kết vô tuyến điểm-đến-điểm. Một số models có hình đĩa parabol do nó tương đối giống với các đĩa vệ tinh nhỏ.
Hình 2.12: Dạng bức xạ của an ten định hướng cao
Cách sử dụng : An-ten định hướng cao không sử dụng phủ sóng cho các thiết bị client. Các an-ten này thường sử dụng đường liên kết thông tin điểm-đến-điểm, và có thể truyền tải trong khoảng cách lên đến 25 dặm . Thế mạnh của an-ten định hướng cao là để kết nối hai toà nhà cách xa nhau hàng dặm mà không bị cản trở trên đường, nó sử dụng để kết nối mạng tại những nơi không thể đi dây và mạng vô tuyến thông thường không hoạt động được. Độ tăng ích an-ten càng cao, sóng càng truyền đi xa, sự tập trung của sóng phát càng dày đặc càng nhiều năng lượng được phân phối đến anten thu trong khoảng cách dài.
2.3 Kiến trúc mạng 2.3.1 Cấu trúc cơ bản
Khi mô hình mạng có cấu trúc cơ bản, access point sẽ được cài đặt dịch vụ cơ bản BSS. Cấu trúc này sẽ bao gồm một access point và một hoặc nhiều các clients. Thiết lập dịch vụ cơ bản sử dụng chế độ cơ sở hạ tầng (infrastructure mode) chế độ này đòi hỏi sử dụng một access point và tất cả các truyền thông vô tuyến đều qua access point và không cho phép truyền phát trực tiếp giữa các client. Mỗi client vô tuyến phải sử dụng access point để liên lạc với client vô tuyến khác hoặc bất kỳ máy hữu tuyến nào trên mạng. BSS bao phủ một Cell đơn hoặc vùng RF xung quanh access point với nhiều vùng mức độ dữ liệu là các hình tròn đồng tâm có tốc độ dữ liệu khác nhau. Tốc độ dữ liệu tại các hình tròn đồng tâm này sẽ tuỳ thuộc vào kỹ thuật đang sử dụng. Nếu BSS được làm từ thiết bị 802.11b, thì các hình tròn đồng tâm sẽ có tốc độ dữ liệu là 11,5.5, 2 và 1 Mbps. Mức độ dữ liệu trở nên nhỏ hơn khi vòng tròn càng ở xa access point, BSS có duy nhất một SSID. Bán kính của Cell phụ thuộc vào loại AP được sử dụng , công suất phát, độ tăng ích anten, các vật cản, các nguồn nhiễu.
2.3.2 Kiến trúc mở rộng
Hình 2.14: Cấu trúc mở rộng
Cấu trúc mở rộng ESS bao gồm hai hoặc hơn các cấu trúc cơ bản tạo thành và được kết nối với hệ thống phân phối thông thường. Hệ thống phân phối có thể là cả hữu tuyến, vô tuyến, LAN, WAN hoặc bất kỳ phương pháp kết nối mạng nào khác. Một ESS phải có ít nhất 2 access points hoạt động ở chế độ cơ sở hạ tầng (infrastructure mode). Giống như BSS, tất cả các gói trong ESS phải đi xuyên qua một trong các access points. Các đặc tính khác của cài đặt dịch vụ mở rộng, căn cứ tiêu chuẩn 802.11, là ESS bao gồm nhiều phân vùng, cho phép ( nhưng không bắt buộc) khả năng chuyển vùng, và không yêu cầu có cùng SSID cho các cài đặt dịch vụ cơ bản.
2.3.3 Cấu trúc độc lập
Cấu trúc độc lập còn được biết đến như là mạng ad hoc và được thiết lập dịch vụ cơ bản độc lập IBBSS. IBSS không có access point hoặc bất kỳ truy cập vào đến hệ thống phân phối, nhưng bao gồm một khu vực độc lập và có một SSID. Các clients trong IBSS được thay thế có nghĩa vụ gửi tín hiệu dẫn đường vì không có access point để thực thi nhiệm vụ này. Để truyền phát dự liệu ra ngoài IBSS, một trong các clients của IBSS phải hoạt động như một cổng vào, hoặc bộ định tuyến, sử dụng giải pháp phần mềm cho mục đích này. Trong IBSS, các clients thực hiện kết nối trực tiếp đến mỗi cái khác khi truyền phát dữ liệu, và vì lý do này IBSS thường liên quan đến mạng ngang hàng peer-to-peer.
2.4 Sự chuyển vùng
Hình 2.16 : Sự chuyển vùng
Chuyển vùng là quá trình client vô tuyến di chuyển liên tục từ một Cell này sang một Cell khác mà không bị mất kết nối mạng. Client kết nối với access points có cường độ tín hiệu mạnh hơn khi chúng thu được nhiều sóng của các access point khác nhau. Một khu vực nào đó trong toà nhà cũng đều có vùng phủ sóng của nhiều access point, các phân vùng bao phủ trùng lặp với nhau. Các khu vực bao phủ trùng lặp là một thuộc tính rất quan trọng trong cài đặt WLAN, bởi vì nó cho phép chuyển vùng giữa các phân vùng trùng lặp. Chuyển vùng cho phép người dùng di động với các máy cầm tay di chuyển tự do giữa các phân vùng trùng lặp mà vẫn duy trì liên tục được kết nối với mạng mà không có gián đoạn khi chuyển vùng, phiên làm việc vẫn được duy trì trong khi di chuyển từ phân vùng này sang phân vùng khác.
2.4.1 Quy định của các chuẩn 802.11
Tiêu chuẩn 802.11 không đặc tả cách thức chuyển vùng nên thực hiện, nhưng có xác định các khối xây dựng cơ bản. Những khối xây dựng cơ bản này bao gồm quét chủ động, thụ động và tiến trình tái liên kết. Tiêu chuẩn 802.11 cho phép client chuyển vùng giữa những access point đang hoạt động trong cùng kênh hoặc khác kênh. Clients chuyển vùng sử dụng tín hiệu dẫn đường để đo cường độ kết nối với access point đang tồn tại. Nếu kết nối bị yếu, trạm chuyển vùng tự động thử liên kết với access point mới. Để đáp ứng các nhu cầu của truyền thông radio lưu động, tiêu chuẩn 802.11 phải chịu được lỗi khi kết nối bị đứt và tái liên kết. Một số tiêu chuẩn mới để đảm bảo tối thiểu đứt đoạn dữ liệu phân phối, và cung cấp một số tính năng đệm và chuyển tiếp thông tin giữa các BSSs, ví dụ: Triển khai ở các giao thức lớp cao hơn, chẳng hạn như TCP/IP có thể làm giảm khả năng chịu lỗi...
2.4.2 Sử dụng VPN
Hình 2.17: Chuyển vùng giữa các kênh VPN
Giải pháp VPN vô tuyến thường được triển khai ở hai dạng: Thứ nhất, một máy chủ VPN ở trung tâm được triển khai phía trong các access points. Máy chủ VPN này có thể là phần cứng tương ứng hoặc một máy chủ chạy ứng dụng VPN. Cả hai phục vụ cùng mục đích và cung cấp cùng loại kết nối và bảo mật. Máy chủ VPN cũng hoạt động như là cổng vào (gateway) và tường lửa (firewall) giữa người dùng vô tuyến và
các máy chủ VPN được cài đặt sẵn. Một số nhà sản xuất triển khai máy chủ VPN ngay chính trong các access point. Giải pháp dạng này cung cấp bảo mật cho văn phòng nhỏ và các tổ chức có kích thước trung bình mà không cần phải sử dụng cơ chế bảo mật bên ngoài như RADIUS.
2.4.3 Chuyển vùng qua lớp 2 và lớp 3
Các mạng hữu tuyến thường phải được phân chia để dễ dàng quản lý. Các doanh nghiệp có nhiều toà nhà, chẳng hạn như các bệnh viện hoặc doanh nghiệp lớn, thường triển khai LAN tại mỗi toà nhà và rồi kết nối những LANs này bằng các bộ định tuyến hoặc bộ chuyển mạch định tuyến. Việc phân chia ở lớp 3 này có hai thuận lợi: Thứ nhất, nó giúp broadcast được hiệu quả, và thứ hai là nó cho phép kiểm soát truy cập giữa các phân đoạn trong mạng. Việc phân đoạn dạng này cũng có thể được thực hiện ở lớp 2 bằng cách sử dụng VLANs. VLANs thường thấy được triển khai tầng-đến-tầng tại các toà nhà văn phòng nhiều tầng hoặc tại mỗi toà nhà ở xa trong khu trường học. Khi sử dụng bộ định tuyến người dùng phải có phương thức chuyển vùng qua các giới hạn bộ định tuyến mà không bị mất kết nối lớp 3 của họ. Kết nối lớp 2 vẫn được duy trì bởi access point, nhưng do IP mạng con đã thay đổi khi chuyển vùng, sự kết nối và liên lạc sẽ bị đứt.
Hình 2.18: Chuyển vùng giữa các VLAN
Khi thiết bị di động tái nhập vào mạng, tất cả các ứng dụng tại thời điểm cuối cùng bị mất và người dùng buộc phải đăng nhập lần nữa, tái xác thực, nạp lại các ứng dụng và tạo lại các dữ liệu đã bị mất. Vấn đề tương tự như vậy xảy ra khi sử dụng VLANs. Giải pháp phần cứng trong trường hợp này là triển khai tất cả các access points trong