Giao thức là tập hợp cỏc qui tắc, qui ước chung để cho 2 hoặc nhiều mỏy tớnh cú thể truyền thụng với nhau. Việc trao đổi thụng tin, cho dự là đơn giản cũng phải tuõn theo những qui tắc nhất định. Do đú việc truyền thụng tin trờn mạng cũng cần phải cú những qui ước về nhiều mặt, từ khuụng dạng ( cỳ phỏp, ngũ nghĩa) của dữ liệu cho tới cỏc thủ tục gửi, nhận dữ liệu, kiểm soỏt hiệu quả và chất lượng truyền tin, xử lý cỏc lỗi và sự cố. Yờu cầu về xử lý và trao đổi thụng tin của người sử dụng càng cao thỡ cỏc qui tắc càng nhiều và phức tạp hơn. Tập tất cả cỏc qui tắc, qui ước đú được gọi là giao
thức (protocol) mạng. Cỏc mạng cú thể sử dụng cỏc giao thức khỏc nhau tuỳ lựa chọn của nhà thiết kế và yờu cầu của người sử dụng.
Chồng giao thức khụng dõy:
- Sự truy nhập kiến trỳc khụng dõy bao gồm cú một hệ thống trạm cơ sở phục vụ những hệ thụng người thuờ bao. Nú là một kiến trỳc từ điểm tới nhiều điểm trong toàn bộ băng thụng, dựng chung cho tất cả thuờ bao truyền lờn hay tải xuống. Chồng giao thức được thực hiện để làm tất cả cụng việc này dựa vào những tiờu chuẩn DOCSIS phỏt triển bởi tập hợp những phũng thớ nghiệm dõy cỏp.
- Trạng thỏi hiện thời của kỹ thuật là phiờn bản của CISCO gồm một trạm cơ sở cuối cựng ( một bộ dẫn UBR7200); kết thỳc trạm cơ sở và hoạt động thuờ bao cuối cựng như những tỏc nhõn chuyển tiếp và cũng như những hệ thống kết thỳc (những mỏy chủ). Như những tỏc nhõn chuyển tiếp, những hệ thống này hoạt động bờn trong cũng cú thể bắc cầu qua hoặc đỏnh tan cỏch thức. Hàm chủ yếu của hệ thống khụng dõy sẽ truyền những gúi giao thức (IP) Internet rừ ràng giữa trạm cơ sở và dự định vị trớ người thuờ bao. Những hàm quản lý nhất định cũng đi trờn IP bao gồm những hàm quản lý phạm vi và những phần mềm tải xuống.
- Cả thuờ bao cuối cựng và trạm cơ sở cuối cựng của liờn kết khụng dõy là những mỏy chủ IP trờn một mạng, và chỳng hoàn toàn hỗ trợ tiờu chuẩn IP và những giao thức điều khiển liờn kết logic (LLC), như được định nghĩa bởi Lan IEEE 802. IP và những giao thức (ARP) được hỗ trợ qua DIX và lớp liờn kết khung SNAP. Đơn vị truyền cực tiểu lớp liờn kết tối thiểu (MTU) truyền tự trạm cơ sở là 64 bytes; khụng cú giới hạn như vậy cho người thuờ bao cuối cựng. IEEE 802.2 hỗ trợ cho kiểm tra và những thụng bỏo XID được cung cấp.
- Hàm sơ cấp của hệ thống khụng dõy sẽ tới những gúi trước. Dữ liệu đẩy tới hệ thống người thuờ bao đang liờn kết trong suốt lớp bắc cầu với 3 lớp lộ trỡnh dựa vào IP. Cả 2 trạm cơ sở cuối cựng và người thuờ bao cuối cựng cựng đuợc hỗ trợ DOCSIS những giao thức “spanning tree” và bao gồm khả năng lọc 802.1 cầu nối pdus d(BPDUs). Đặc tả DOCSIS cũng giả thiết rằng những đơn vịngười thuờ bao sẽ khụng được nối trong một cấu hỡnh mà tạo ra
cung cấp đầy đủ hỗ trợ khuụng dạng cho giao thức quản lý nhúm Internet (IGMP).
Ngoài sự truyền dữ liệu của người dựng, cũn cú một số khả năng quản lý và thao tỏc mạng hỗ trợ cho trạm cơ sở và người thuờ bao cuối cựng:
- Giao thức quản lý mạng đơn giản (SNMP), RFC-1157 cho quản lý mạng. - Giao thức truyền file thụng thường (TFTP), RFC-1350, một giao thức truyền
file, thụng tin được cấu hỡnh và phần mềm được load xuống, được sửa đổi bởi RFC 2349
- Giao thức cấu hỡnh mỏy chủ động (DHCP), RFC-2131, thụng tin được cấu hỡnh qua 1 khung làm việc tới mỏy chủ trờn một mạng TCP/IP.
- Giao thức giờ của ngày RFC-868.
2.3. Kiến trỳc mạng khụng dõy
Kiến trỳc mạng mỏy tớnh (Network architecture) là cỏch thức kết nối cỏc mỏy tớnh lại với nhau và tập hợp cỏc qui tắc, qui ước mà tất cả cỏc thực thể tham gia truyền thụng trờn mạng phải tuõn theo để đảm bảo cho mạng hoạt động tốt.
Cú 2 kiểu nối mạng chủ yếu đối vơi mạng khụng dõy là:
- Mạng Ad hoc hay mạng peer to peer, gồm một số mỏy tớnh với mỗi mỏy tớnh được trang bị card giao diện khụng dõy (NIC) và cú thể liờn lạc trực tiếp với tất cả cỏc mỏy tớnh khỏc. Chỳng cú thể dựng chung file và mỏy in nhưng khụng cú khả năng truy cập tài nguyờn của Lan dõy trừ khi một mỏy tớnh hoạt động như cầu kết nối tới LAN và sử dụng phần mềm đặc biệt.
- Mạng Infrastructure: điểm truy cập cú thể cung cấp sự truy cập từ mạng LAN cú dõy truyền thống tới những trạm khụng dõy. Một sự tớch hợp LAN cú dõy với mạng LAN khụng dõy gọi là cấu hỡnh Infrastructure. Một bộ dịch vụ cơ bản BSS gồm một nhúm người dựng PC khụng dõy và một điểm truy cập mà kết nối trực tiếp với LAN cú dõy. Mỗi PC khụng dõy trong BSS này cú thể giao tiếp với bất kỳ một mỏy nào trong nhúm qua liờn kết súng radio, hoặc truy cập những mỏy khỏc hoặc những tài nguyờn mạng trong cơ sở mạng LAN cú dõy thụng qua AP.
Một dạng khỏc dựng truy cập điểm hay trạm cơ sở: Kiểu này hoạt động như một Hub cung cấp khả năng giao tiếp với cỏc mỏy tớnh. Chỳng cú thể kết nối giữa LAN cú
dõy và LAN khụng dõy, cho phộp cỏc mỏy tớnh kết nối khụng dõy truy cập tới tài nguyờn của LAN dõy như cỏc dịch vụ file hoặc liờn kết Internet cú sẵn.
Cú 2 kiểu truy cập điểm:
- Phần cứng chuyờn dụng truy cập điểm (HAP): như WaveLan của Lucent, Base station của Apple hoặc AviatorPro của WebGear. Phần cứng truy cập điểm thường hỗ trợ toàn diện hơn đối với đặc tớnh khụng dõy.
- Phần mềm truy cập điểm chạy trờn mỏy tớnh với card giao diện mạng khụng dõy thường được sử dụng trong Ad hoc cựng với sự tớch hợp phần mềm hỗ trợ mạng. Do đú cú thể dựng chung file và mỏy in giữa LAN và WLAN. Sự khỏc nhau cơ bản của kiến trỳc mạng khụng dõy là ở 2 chế độ hoạt động: - Infrastructure: Mạng khụng dõy thường được mở rộng hơn và thay thế cỏc
mạng thụng thường. Cỏc dõy chớnh kết nối tới cỏc nỳt mạch được gọi là cỏc trạm cơ sở. Cỏc trạm cơ sở thường được qui ước là cỏc mỏy tớnh cỏ nhõn hoặc cỏc trạm làm việc, chỳng chịu trỏch nhiệm về việc kết hợp truy cập tới một hay nhiều kờnh truyền với cỏc vị trớ chuyển động trong giới hạn cỏc ụ. Cỏc kờnh truyền cú thể độc lập tuần tự trong FDMA, cỏc khe thời gian trong TDMA hoặc cỏc mó trực giao hay cỏc mẫu từ nơi này tới nơi khỏc trong trường hợp CDMA. Vỡ vậy bờn trong cơ sở hạ tầng mạng truy cập khụng dõy từ dõy chủ xuất hiện bước nhảy giữa trạm cơ sở và mỏy chủ di động.
- Ad-hoc: Cỏc mạng Ad-hoc mụ tả đặc điểm động, khụng bỏo trước, ngẫu nhiờn đa bước nhảy ngắn. Sự thay đổi định kỳ chuyển đổi cụng nghệ sử dụng với định hướng cập nhật cỏc mạng Ad-hoc trợ giỳp trong địa thế mà kết nối là cần thiết thường sử dụng với mụi trường quõn đội.
2.4. Phõn bố địa chỉ IP
Mỗi một mỏy tớnh trờn mạng đều được gắn một địa chỉ IP (địa chỉ logic) và một địa chỉ lớp MAC (địa chỉ vật lý).
Địa chỉ IP phiờn bản 4 sử dụng 3 loại địa chỉ:
- Unicast: để thực hiện một giao diện riờng lẻ từ một hệ thống riờng lẻ. Gúi dữ liệu IP gửi tới một điạ chỉ Unicast sẽ được gửi tới tất cả cỏc host riờng lẻ. - Multicast: để thực hiện một hoặc nhiều hơn cỏc giao diện, nhưng đặc biệt
- Broadcast: thể hiện tất cả cỏc giao diện trờn tất cả cỏc host. Thụng thường điều đú giới hạn ở tất cả cỏc host trờn mạng cục bộ.
Hầu hết tất cả cỏc host ứng dụng IP sẽ cú một card hoặc một Modem mảng riờng lẻ, và giao diện này sẽ cú một địa chỉ IP riờng lẻ. Khi cú sự liờn lạc giữa cỏc host, thỡ hầu hết cỏc tait đường truyền sẽ cú địa chỉ Unicast trong cả địa chỉ nguồn và đớch.
IP phiờn bản 4 hiện gồm 32 bit và chia làm 5 lớp mạng:
Classbit Net ID Host ID
Classbit: bit nhận dạng lớp Net ID: địa chỉ mạng Host ID: địa chỉ mỏy chủ
Địa chỉ lớp Vựng địa chỉ lý
thuyết
Số mạng tối đa Số server tối đa
A Từ 0 đến 127 126 16777214 B Từ 128 đến 191 16382 65534 C Từ 192 đến 223 2097150 254 D Từ 224 đến 240 Chưa phõn E Từ 241 đến 255 Chưa phõn Bảng 1 . Bảng địa chỉ IP phiờn bản 4
2.5. Thiết bị cho WLAN.
Cỏc thiết bị cho WLAN bao gồm 1 card giao diện khụng dõy (wireless adaptor), điểm truy cập (AP) và anten thu phỏt súng radio.
Adaptor khụng dõy là giao diện mỏy tớnh đến mạng khụng dõy bằng sự điều chế tớn hiệu dữ liệu với sự trải tuần tự và bổ sung hướng súng mạng của giao thức truy cập. Nếu mỏy tớnh cần gửi dữ liệu lờn mạng, Adaptor sẽ nghe cỏc quỏ trỡnh truyền khỏc. Nếu Adaptor khụng thấy hướng của quỏ trỡnh truyền khỏc, nú sẽ truyền đi khung dữ liệu. Cỏc trạm khỏc liờn tục nghe dữ liệu đến, sự giành được khung truyền và kiểm tra xem địa chỉ của nú cú phự hợp với địa chỉ nguồn ở đầu khung hay khụng, nếu phự hợp nú sẽ xử lý khung, nếu khụng nú sẽ loại bỏ khung.
WL-2100U
Đõy là loại Wireless Adaptor làm việc với giao diện USB, tiờu chuẩn 802.11b.
a)Đặc tớnh
- IEEE 802b DS tốc độ cao. - Tốc độ 1, 2, 5, 11 Mbps.
- Tự động lưu trữ tốc độ dữ liệu trờn mụi trường ồn. - Mó hoỏ dữ liệu với sự mó hoỏ 64 và 128 bit WEP. - Tương thớch với hầu hết cỏc hệ điều hành.
- Hỗ trợ điều khiển RTS/CTS cho thụng lượng tốt nhất.
- Chức năng liờn lạc di động cú thể cung cấp đầy đủ cỏc tớnh di động.
b)Đặc tả
Tiờu chuẩn IEEE 802.11b và USB
Giao diện Loại USB tới PC
Giao thức truyền TCP/IP
Hỗ trợ hệ điều hành Windows 98/ 98se/ 2000/ Me
Dải tần số 2.4-2.4385 GHz
Kờnh hoạt động 1-14
Điều chế CCK 11/5.5Mbps, DQPSK 2Mbps và DBPSK 1Mbps
Kỹ thuật radio DSSS
Truy cập mụi trường
Điều khiển CSMA/CA với ACK
Tốc độ dữ liệu 1/ 2/ 5/ 11 Mbps
Cụng suất lối ra 14.5 dBm (tiờu biểu)
Độ nhạy thu Min -76dBm cho 11 Mbps Min -80 dBm cho 5.5/ 2/ 1 Mbps
Phạm vi Trong nhà 30-100m, bờn ngoài 100- 400m
Kiến trỳc mạng Chế độ Adhoc và Infrastructure
Kiểu anten 2dBi dipole với chức năng đa dạng
Nhiệt độ Hoạt động 0-55C. Lưu giữ 0-90C
Độ ẩm Hoạt động 0-70C. Lưu giữ 0-90C
LED TX,RX,ACT,MAC.PLL và PWR
Kớch thước vật lý 150mm*90mm*70mm
Bảng 2 .Đặc tả WL-2100U
2.5.2. Anten
2.5.2.1. Đặc điểm chung của anten
Anten bức xạ ra cac tớn hiệu được điều chế thụng qua khụng trung để nơi nhận cú thể thu được. Cỏc anten đưa đến nhiều hỡnh dạng và kớch thước và cú cỏc tớnh chất điện cụ thể như sau:
- Kiểu truyền - Cụng suất bức xạ - Độ tăng ớch anten
- Dải thụng
Kiểu anten được định nghĩa là vựng bao phủ của nú. Thật vậy, loại anten tỏc dụng theo mọi hướng phỏt cụng suất của nú trong tất cả cỏc hướng, trong khi anten định hướng tập trung tất cả cụng suất của nú theo một hướng. Cụng xuất bức xạ là hiệu suất đầu ra của mỏy phỏt radio. Tất cả cỏc thiết bị mạng khụng dõy đều hoạt động ở cụng suất nhỏ hơn 5W.
Anten định hướng cú độ tăng ớch cao hơn loại tỏc dụng theo mọi hướng và cú khả năng truyền tớn hiệu điều chế xa hơn. Tổng độ tăng ớch phụ thuộc vào hướng anten. Anten Omni cú độ tăng ớch 1; cú nghĩa là nú tập trung cụng suất trong bất kỳ hướng riờng biệt nào. Sự kết hợp độ tăng ớch và cụng suất phỏt của anten xỏc định khoảng cỏch tớn hiệu sẽ được truyền. Loại anten Omni được cài đặt trong trạm trung tõm trong ứng dụng khụng dõy điểm điểm.
2.5.2.2. Một số loại anten
Tờn ANT-FP18 ANT-YG13 ANT-YG20 ANT-OM8
Tần số 2400-2485MHz 2400-2485MHz 2400-2485MHz 2400-2485MHz
Loại
anten
Uni, bảng bằng phẳng
Uni Yagi Uni Yagi Omni
Độ tăng ớch 18 13 20 8 VSWR <=1.5 <=1.5 <=1.5 <=2.0 Mặt phẳng toạ độ H 45 32 20 8 Mặt phẳng toạ độ E 75 13 13 60
Trở
khỏng
50 Ohm 50 50 50
Kết nối N Female N Female N Female N Female
Cụng suất vào max 20W 50W 50W 50W Nặng 900g 485g 575g 390g Kớch thước 263*263*30mm 771*70*43mm 1005*90*43mm 415*35*35mm Bảng 3. Một số loại anten
VSWR (Voltage Standard Wave Ratio): Hệ số súng đứng điện ỏp.
2.5.3. Điểm truy cập (AP)
AP trong cấu hỡnh Wlan đúng vai trũ là điểm truy cập phục vụ khỏch hàng khụng dõy. Trong cỏc cấu hỡnh khỏc nhau, AP cú thể là Wireless bridge, Router, Repeater.
- Cầu khụng dõy điểm - điểm ( Point to point Wireless Bridge): Để đạt được mục đớch của việc kết nối cỏc Lan cú dõy tỏch rời, cú 2 loại cấu hỡnh được thiết lập trong cầu khụng dõy được gọi là “Bridge master” và “Bridge Slave”. - Cầu khụng dõy điểm- đa điểm (Point to Multipoint Wireless Bridge): Khi liờn
kết 3 hoặc nhiều hơn cỏc Lan với nhau (thường bờn trong toà nhà hoặc giữa cỏc ngụi nhà). Mỗi toà nhà yờu cầu một cầu khụng dõy. Cỏi này gọi là cầu khụng dõy đa điểm.
AP loại WL 2100A, 11 Mbps: Sử dụng chuẩn IEEE 802.11 DS tốc độ cao, với tốc độ kết nối khụng dõy cao 11 Mbps, tiờu thụ cụng suất ớt. Dựng tiện ớch quản lý SNMP, tự động dự phũng dữ liệu trong mụi trường ồn với kỹ thuật mó hoỏ WEP 64/128 bit, và DSSS 2.4GHz. AP này cú phạm vi hoạt động trờn 1800feet, hỗ trợ 64 người dựng, trong dải ISM.
Tiờu chuẩn IEEE 802.11 cho Wlan
Kiểu điều chế dữ liệu BPSK/QPSK/CKK
Tốc độ dữ liệu Trờn 11 Mbps
Phạm vi hoạt động 35-100m(trong nhà) 100-300m(khoảng mở)
Chỉ thị LED Power, Wireless Activity, Ethernet Link
Giao diện Ethernet 10Base-T(RJ45)
Cổng Một RJ45 Một USB
Sự phỏt xạ DSSS
Cụng suất lối ra 15dBm (tiờu biểu)
Kiến trỳc mạng Ad hoc, Infrastructure, Roaming
Kớch thước 206*142*35mm
Trọng lượng 205g
Cụng suất lối vào AC 100-2400V, 50-60GHz, 1A
Nhiệt độ Hoạt động ở 0-40C, lưu giữ 20-70C
Độ ẩm 95% khụng ngưng tụ
PHẦN 2
MẠNG CẢM NHẬN KHễNG DÂY (WSN)
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHễNG DÂY (WSN)
1.1. Khái quát
Những kỹ thuật tiên tiến gần đây đã cho ta một số lượng lớn của nguồn năng lượng thấp trong tương lai. Những thiết bị cảm nhận rẻ được nhúng dày đặc
trên một tinh thể vật lý, hoạt động chung trong một mạng không dây. Những ứng dụng của mạng cảm nhận không dây bao gồm vùng rất rộng lớn: quan sát môi
trường sinh thái, giám định cấu trúc về sức khoẻ, dò tìm các chất gây ô nhiễm môi trường, điều khiển xử lý công nghiệp, tìm đường mục tiêu trong quân sự, và
những cái khác.
Một báo cáo hội đồng nghiên cứu quốc gia Hoa Kỳ đã chỉ ra rằng việc sử
dụng các mạng như vậy khắp mọi nơi trong xã hội có thể là một cuộc cách mạng
khoa học thông tin. Các mạng cảm nhận không dây cung cấp các cầu giữa các thế giới ảo của công nghệ thông tin và thế giới vật lý thật. Nó sẽ giới thiệu một
khung mẫu gốc chuyển từ giao tiếp cá nhân theo kiểu truyền thống trong thế giới
loài người sang kiểu giao tiếp giữa các thiết bị một cách tự động. Nó hứa hẹn
một khả năng mới chưa từng có để quan sát và hiểu được các bề mặt rộng lớn,
các hiện tượng tự nhiên thực với giải pháp về không gian và thời gian. Với kết