Tham số IEEE 802.11
DSSS
IEEE 802.11 FHSS
HIPERLAN Thời gian rỗi cần để
truyền dẫn gói tức thì 50 s µ 128µs 85µs Khoảng trống liên khung để truyền bản tin xác nhận 10µs 28µs 21,8µs Phần thông tin phụ để truyền dẫn dữ liệu tốc độ thấp
192 bit (1 Mbps) 128 bit (1 Mbps) 35 bit
(1,47 Mbps) Hiệu suất thông
lượng lớn nhất khi truyền dẫn gói 97,7% (2 Mbps) 98,8% (1 Mbps) 99,2% (2 Mbps) 99,6% (1 Mbps) 78,4%
Hiệu suất thông lượng lớn nhất khi 96,9% (2 Mbps) 98,4% (1 Mbps) 97,9% (2 Mbps) 99,0% (1 Mbps) 74,1%
truyền dẫn gói Ethernet 1518 octet
Thời gian truyền dẫn gói Ethernet 1518 octet 6,264µs(2 Mbps) 12,336µs(1 Mbps) 6,200µs(2 Mbps) 12,272µs(1 Mbps) 696,4µs
Thời gian truyền bản tin xác nhận 248µs(2 Mbps) 304µs(1 Mbps) 184 s µ (2 Mbps) 240µs(1 Mbps) 15,6 s µ Bảng 2. 10 So sánh các đặc tính kỹ thuật giữa IEEE 802.11 và HIPERLAN
Bảng 2.10 so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật khác nhau của các tiêu chuẩn IEEE 802.11 và HIPERLAN. Trong khi chuẩn 802.11 cho phép hiệu suất thông lượng tốt hơn, tốc độ dữ liệu thấp sẽ dẫn đến trễ dài hơn khi so sánh với HIPERLAN. Các hiệu suất thông lượng vô tuyến có thể tăng lên các giá trị cao hơn vì phần thông tin bổ sung sử dụng cho truy nhập vô tuyến (ví dụ như cảm biến sóng mang, tranh chấp, lùi chờ) đã bị bỏ qua trong các tính toán.
2.5.3 Lớp điều khiển truy nhập môi trường HIPERLAN Type I
HIPERLAN Type I sử dụng một giao thức MAC phân bố gọi là đa truy nhập không ưu tiên loại trừ độ lợi EY-NPMA. EY-NPMA thực chất là CSMA cộng với quá trình ưu tiên hoá. Việc truy nhập kênh không được ưu tiên vì chỉ có các gói số liệu sẵn sàng tại lúc tại lúc bắt đầu mỗi chu kỳ kênh được phép tham gia. Các nút sau khi trải qua quá trình phân giải tranh chấp dựa trên quá trình xác nhận ưu tiên và lùi chờ ngẫu nhiên (xem Hình 2.22). Rõ ràng là, nếu hai nút có các mẫu truy nhập khác nhau thì các khoảng thời gian truyền dẫn và lắng nghe mạng cũng như quá trình truyền dẫn gói sẽ không hoàn toàn trùng khớp nhau. Khe thời gian có độ dài thay đổi phụ thuộc vào khe đang trong giai đoạn nghe hoặc khe trong giai đoạn phát tín hiệu. Trong tất cả các phần sau tất cả các thời điểm của bit dữ liệu đều tương ứng với tốc độ bit 23,5297 Mbps.
Hình 2. 24 Hoạt động của giao thức EY-NPMA
Giai đoạn ưu tiên bao gồm 5 khe mỗi khe có 168 bit. Gói có độ ưu tiên phát cao nhất tương ứng với gói đang giữ mẫu truy nhập với giá trị thập phân lớn nhất. Vì thế, một mẫu truy nhập có mức ưu tiên cao nhất (mức 5) sẽ không chứa một khe thời gian rỗi nào ở phần đầu của mẫu truy nhập. trong khi một mẫu có độ ưu tiên thấp nhất có tới 4 khe rỗi. Khoảng thời gian tranh chấp có thể được chia thành hai giai đoạn: khử bỏ và sinh lợi. Giai đoạn khử bỏ liên quan đến quá trình dãn xung với một số lượng ngẫu nhiên các khe thời gian (từ 0 đến 12), mỗi khe có 212 bit. Việc dãn xung được thực hiện độc lập với nút phát. Độ rộng xung biến đổi theo phân bố xác suất hình học p=0,5. Vì thế, xung này rộng hơn một khe thời gian với xác suất bằng 0,5 và rộng hơn hai khe thời gian với xác suất bằng 0,25, và cứ như vậy. Sau khi xung được giãn, các nút thực hiện quá trình cảm biến sóng mang trên một khe rỗi 256 bit. Giai đoạn loại trừ kêt thúc với một khe rỗi (gọi là khe xác minh sống sót loại trừ). Chỉ có các bộ xác nhận mới lưu giữ đồng thời độ truy nhập ưu tiên cao nhất và lựa chọn xung dãn dài nhất tồn tại lâu hơn giai đoạn loại trừ và tiến tới giai đoạn sinh lợi. Ở đây là số lượng ngẫu nhiên các khe rỗi (0-9) được lựa chọn theo tỷ số hình học r = 0,1. Chiều dài mỗi khe bằng 168 bit. Nếu một nút phát hiện được tín hiệu sau một khoảng thời gian bằng với tổng số các khe rỗi thì gói số liệu được phát. Ngược lại nút này hoãn cho đến khi kết thúc quá trình truyền dẫn gói hiện tại. Khoảng thời gian ưu tiên và tranh chấp gồm hai giai đoạn lắng nghe được phân tách với nhau bởi một giai đoạn truyền dẫn (mẫu truy nhập), mỗi giai đoạn có độ dài khác nhau. Việc chỉ sử dụng một giai đoạn truyền dẫn làm giảm phần thông tin phụ thực hiện chuyển mạch vô tuyến. Điều này giải thích
tại sao các khe ưu tiên được xây dựng dựa trên cơ sở các số thập phân mà không phải là các số nhị phân (mà trong trường hợp này cần ít các khe thời gian hơn).
Quá trình đồng bộ hoá được thực hiện bằng cách ép các mẫu truy nhập bắt đầu sau khi kết thúc một quá trình truyền dẫn gói.
Nếu môi trường truyền dẫn là rỗi trong khoảng nhỏ nhất 2000 bit, EY-NPMA cho phép truy nhập tức thì mà không yêu cầu phải truyền dẫn một mẫu truy nhập. Giống như 802.11 các gói unicast được xác nhận trong khi các gói broadcast và multicast không được xác nhận.
2.5.4 Chuyển tiếp nội bộ
Một điểm hay trong giao thức MAC là nó cho phép chuyển tiếp các gói giữa các nút kề cận sử dụng các thuật toán chuyển tiếp gói và phát hiện đường dẫn, quá trình này gọi là chuyển tiếp nội bộ. Chuyển tiếp nội bộ cho phép các bản tin đã gửi tới các nút không có kết nối vô tuyến trực tiếp được chuyển tới các nút khác. Đặc điểm này chiếm ưu thế so với đặc tính vùng phủ hạn chế của các mạng WLAN độc lập và cho phép một mạng WLAN có thể được mở rộng mà không cần các điểm truy nhập, hay một mạng đường trục hữu tuyến. Với cơ chế chuyển tiếp nội bộ, việc bổ sung thêm nút mới vào mạng thực sự làm cải thiện độ tin cậy của quá trình truyền dẫn một gói dữ liệu bởi vì nó có thể được định tuyến tới nút đích thông qua nhiều đường truyền hơn. Trong các điều kiện truyền sóng không có lợi, thuật toán chuyển tiếp nội bộ cho phép mạng HIPERLAN có thể được chia thành các mạng con nhỏ hơn, mỗi mạng con có một vùng phủ hẹp hơn. Vì thế, thuận lợi của mạng HIPERLAN Type I là ở khả năng thích nghi với những thay đổi về cấu hình và khả năng tái định tuyến các gói khi có một vài đường truyền vô tuyến bị hỏng. Ở đây không thể bắt buộc một quá trình nhận dạng duy nhất đối với nhiều mạng vô tuyến độc lập khác nhau vì sẽ rất khó khăn khi thực hiện phối hợp cho thuộc tính nhận dạng này.
Thuật toán chuyển tiếp nội bộ cho phép một nút chuyển tiếp một gói dữ liệu vào hai chế độ có thể được: chế độ phát điểm đến điểm và phát quảng bá. Để làm được điều này, mỗi nút chuyển tiếp duy trì một bảng định tuyến và một tập các chuyển tiếp đa điểm. Bảng định tuyến xác định đích khả dụng, địa chỉ của nút chuyển tiếp gần nhất đến đích và độ dài đường truyền. Vì vậy, mỗi gói dữ liệu chứa hai địa chỉ: địa chỉ đích cuối cùng và địa chỉ chuyển tiếp kề cận. Các nút chuyển tiếp này tối thiểu hoá số lượng các nút thực hiện chuyển tiếp các gói quảng bá bằng việc sử dụng những ưu điểm của quá trình truyền dẫn vô tuyến quảng bá. Mỗi gói quảng bá khi phát qua một nút chuyển tiếp cho trước sử dụng cùng một cơ chuyển tiếp đa điểm. Một nút không phải là nút chuyển tiếp đa điểm không thực hiện chuyển tiếp gói quảng bá mà nó thu được từ các nút khác. Các địa chỉ chuyển tiếp đa điểm là không tường minh trong gói. Hơn thế nữa, trường địa chỉ kề cận được thay thế bằng địa chỉ quảng bá cơ sở. Các chuyển tiếp đa điểm được chọn dựa trên một tập hợp nhỏ nhất của các nút chuyển tiếp
mà nó bao phủ toàn bộ các nút ở xa nằm giữa hai chặng tính từ nút chuyển tiếp. Điều này tạo ra một quá trình phân cấp hai mức trong cấu hình mạng, ẩn đi những thay đổi trong các phần ở xa của mạng đối với các nút nội bộ.
Để chuyển tiếp các gói, mỗi nút phải có khả năng phát hiện các nút lân cận khi có các đường truyền vô tuyến trực tiếp và tin cậy. Do đặc tính truyền sóng không dự đoán được của truyền dẫn vô tuyến, mọi đường truyền phải được kiểm tra theo cả hai hướng trước khi chúng được xác định là hợp lệ. Các nút chuyển tiếp sử dụng thuật toán từng chặng (hop-by-hop), thuật toán này được gọi ra mỗi khi nút có gói tin được phát. Thuật toán này có một số thuận lợi:
• Tuyến được một gói sử dụng có thể sẵn sàng thích ứng với cấu hình gần nhất trong khi nó được phát đi.
• Phần tiêu đề của gói có đọ dài cố định và ngắn hơn nhiều khi so sánh với các gói sử dụng định tuyến nguồn.
Quá trình chuyển tiếp đòi hỏi nút di động thực hiện các tính toán khá kỹ lưỡng. Vì các nút di động bị giới hạn về nguồn điện, màn hình hiển thị, giới hạn về tốc độ xử lý và bộ nhớ nên có thể là thích hợp hơn khi chuyển các tính toán phức tạp này cho điểm truy nhập thực hiện, các điểm truy nhập này ít bị hạn chế hơn so với các nút di động.
2.5.5 Nút ẩn
Giao thức MAC có thể khắc phục các vấn đề của nút ẩn bằng cách vận dụng thực tế rằng một nút có thể cảm biến (phát hiện) được tín hiệu nay cả khi nó không có khả năng giải mã tín hiệu (tức là vùng cảm biến có thể rộng hơn vùng thu) (xem Hình 2.23).
2.5.6 Chất lượng dịch vụ
HIPERLAN cho phép chất lượng dịch vụ ‘nỗ lực tối đa’ có điều khiển trong toàn bộ thời gian sống có ích của gói dữ liệu. Chuẩn này xác định biểu diễn tuyến tính của độ ưu tiên bao gồm 5 mức ưu tiên truy nhập khác nhau. Độ ưu tiên của một gói là hàm của độ ưu tiên xác định bởi người dùng và thời gian sống có ích còn dư (xem Bảng 2.8). Trong khi gói có độ ưu tiên mức thấp đang đợi, thời gian sống còn dư của nó có thể bị giảm. Nút này có thể quyết định tăng độ ưu tiên của một gói khi thời gian sống còn dư của nó bị giảm. Khi thời gian sống còn dư bằng không và gói không được phục vụ, nó sẽ bị loại bỏ. Trong cùng một nhóm ưu tiên, chính sách phục vụ đến trước phục vụ trước chiếm ưu thế. Vì thế, giao thức MAC trong HIPERLAN Type I tiềm năng cố gắng cao nhất đối với lưu lượng yêu cầu đảm bảo về ặm thời gian (ví dụ như thoại, video) hoặc nỗ lực toàn diện đối với lưu lượng không đồng bộ (ví dụ như dữ liệu). Bởi vì một gói có thể được phát đi qua nhiều hơn một chặng (hop) trước khi nó đi tới đích, khoảng thời gian sống có thể bị ảnh hưởng. Vì thế, việc xác định độ ưu tiên cũng phải xem xét đến số lượng các chặng mà gói phải đi qua.
Thời gian sống còn dư thông thường NRL
Độ ưu tiên cao xác định bởi người dùng Độ ưu tiên thấp xác định bởi người dùng NRL<10 ms 0 1 10 ms≤NRL<20 ms 1 2 20 ms≤NRL<40 ms 2 3 40 ms≤NRL<80 ms 3 4 NRL≥80 ms 4 4
Bảng 2. 11 Độ ưu tiên và thời gian sống còn dư
2.5.7 Quản lý công suất
HIPERLAN xác định hai chế độ bảo vệ công suất tuỳ chọn. Chế độ bảo vệ công suất p-saver sắp xếp thời gian mà nó sẽ thu được dữ liệu trong khi chế độ p-supporter lập thời gian biểu mà nó truyền dữ liệu tới p-saver lân cận. Các dự phòng tuỳ chọn bảo vệ công suất này do phần tiêu đề tốc độ thấp tạo ra.
2.5.8 An ninh
Sơ đồ mã hoá-giải mã HIPERLAN sử dụng một thuật toán đơn giản, thuật toán yêu cầu một khoá chính xác và một vector khởi tạo liên kết sử dụng cho cả các phép tính mật mã và giải mã.
2.6 Chuẩn WLIF OpenAir
Một nhóm các nhà cung cấp sản phẩm tính toán di động thành lập một tổ chức có tên là WLIF – Diễn đàn tương hỗ các mạng WLAN. Hiện nay, các công ty thành viên WLIF cung cấp nhiều sản phẩm dịch vụ WLAN tương hỗ với nhau, vì thế mà thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp mạng WLAN. WLIF đã công bố giao diện OpenAir để cho phép các bộ phận độc lập có thể phát triển các sản phẩm tương thích
và thiết lập tiến trình cấp bằng xác nhận cho các đặc tính tương hỗ của các sản phẩm WLAN. Các đặc tả WLIF dựa trên mạng WLAN FHSS 2,4 GHz giới thiệu vào đầu năm 1994. Hệ thống này hoạt động ở tốc độ 1,6 Mbps trên mỗi mẫu nhẩy tần. Với 15 mẫu độc lập, tốc độ dữ liệu tổng lên đến 2,4 Mbps (15 x 1,6 Mbps). Chuẩn OpenAir hoàn thành vào năm 1996. Hiện nay WLIF đăng làm việc tích cực với IEEE để thiết lập tính tương hỗ giữa chuẩn OpenAir và 802.11, xung quanh rất nhiều thành viên đang phát triển các sản phẩm tương hỗ này.
2.7 Chuẩn HomeRF SWAP
Chi phí cao và việc gây bất lợi khi bổ sung dây dẫn mới làm kìm hãm việc mở rộng các công nghệ mạng trong nhà. Nhận biết được nhu cầu này, nhóm công tác HomeRF (HRFWG) được thành lập vào năm 1999 để thiết lập một tập các tiêu chuẩn vô tuyến dung cho việc liên kết các sản phẩm điện tử và các máy tính cá nhân ở mọi vị trí trong nhà. HRFWG bao gồm 40 công ty đi đầu trong các ngành công nghiệp máy tính cá nhân, thiết bị điện tử, thiết bị ngoại vi, thiết bị truyền thông, phần mềm máy tính, và thiết bị bán dẫn (ví dụ, Intel, IBM, HP, Microsoft, Proxim, Motorola) đã phát triển các đặc tả kỹ thuật cho truyền thông vô tuyến trong nhà và gọi là giao thức truy nhập vô tuyến dùng chung SWAP. HRFWG có 3 uỷ ban trực thuộc, uỷ ban HRFWG ở Nhật được thành lập để hỗ trợ việc xác định đặc tả kỹ thuật của SWAP và đảm bảo rằng nó thích ứng với các quy tắc nội bộ. Nhóm này (HRFWG) cũng đã thành lập cá uỷ ban để lập kế hoạch phát triển trong tương lai cho các phiên bản của SWAP đa phương tiện vô tuyến địa chỉ (SWAP-MM) và giải pháp có chi phí thấp hơn (SWAP-LIFE). Giao thức truy nhập vô tuyến dung chung SWAP do HomeRF xây dựng xác định giao diện không gian được thiết kế để hỗ trợ cho cả thoại vô tuyến và việc lập mạng dữ liệu trong và xung quang một căn nhà. Chuẩn này cũng có thể tương hỗ với mạng điện thoại chuyển mạch công cộng và mạng Internet. Các sản phẩm theo chuẩn SWAP hoạt động ở dải tần 2,4 GHz sử dụng FHSS. Công nghệ SWAP bắt nguồn từ các tiêu chuẩn điện thoại không dây tiên tiến dùng kỹ thuật số và chuẩn WLAN IEEE 802.11 hiện có, SWAP cho phép cung cấp các dịch vụ không dây trong nhà mới. Như vậy, nó cho phép thoại hỗ trợ DECT (tương thích với tốc độ lên đến 2,4 GHz) và TCP/IP hỗ trợ 802.11. Các đặc tả kỹ thuật 802.11 đã được giải phóng nhằm hạ thấp giá thành sản phẩm. Chẳng hạn, các phần phức tạp trong giao thức MAC 802.11 như PCF và RTS/CTS đã được loại bỏ. SWAP hỗ trợ TDMA (để cung cấp thoại tương tác và các dịch vụ thời gian) và CSMA/CA (để cung cấp truyền thông các gói số liệu tốc độ cao không đồng bộ). Cấu trúc khung lai TDMA/CSMA được cho trên. Bảng tổng kết các đặc tả kỹ thuật của SWAP được cho trên Bảng 2.12.
Tham số Đặc tả
Tốc độ nhảy 50mẫu/s (cùng các mẫu nhảy như 802.11) Vùng tần số Băng 2,4 GHz ISM
phát
Tốc độ số liệu 1 Mbps (2-FSK), 2 Mbps (4-FSK)
Vùng phủ Tới 50m
Số lượng nút Tới 127 thiết bị cho một mạng
Các kết nối thoại Tới 6 phiên đàm thoại song công có kiểm tra lỗi An ninh dữ liệu Thuật toán mã hoá Blowfish
Nén dữ liệu Thuật toán LZRW3-A
Định danh 48-bit mạng Cho phép vận hành của các mạng cùng vị trí Bảng 2. 12 Các tham số chính của hệ thống SWAP
2.7.1 Cấu hình mạng
Hệ thống SWAP có thể hoạt động như một mạng độc lập hoặc như một mạng được giám sát bởi các điểm kết nối điều khiển. Trong mạng độc lập, chỉ có truyền thông số liệu là được hỗ trợ, việc điều khiển mạng được phân tán cho tất cả các nút khác. Đối