Trong một số ứng dụng, tính công bằng của đ−ờng truyền là quan trọng nhất. Ph−ơng pháp truy nhập này bảo đảm rằng ai đến tr−ớc thì đ−ợc truy nhập tr−ớc.
Hoạt động củ ph−ơng pháp truy nhập này đ−ợc mô tả trên hình 4.7 Chức năng điều
khiển
Thời gian yêu cầu khe thời gian đồng bộ Yêu cầu chọn Dữ liệu Tín hiệu báo nhận Trạm
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 59
Khi một trạm có một gói để gửi, đầu tiên trạm này gửi một yêu cầu đến điểm điều khiển. Yêu cầu đ−ợc xếp hàng với các yêu cầu của những ng−ời sử dụng khác, và điểm điều khiển chọn những ng−ời sử dụng lần l−ợt. Cuộc truyền đ−ợc thừ nhận và tất cả các cuộc truyền dữ liệu đều đi qua điểm truy nhập.
Ch−ơng 5
Kỹ thuật mạng LAN không dây 5.1 CáC yếu tố cơ bản trong thông tin không dây 5.1.1 Bộ thu phát không dây
Trong thông tin không dây, để truyền thông tin, cần phải có hai thành phần chính đó là một máy thu và một máy phát. Máy phát mang một số thông tin đầu vào nh− tiếng nói hay dữ liệu đ−ợc truyền. Máy phát tạo các sóng mang thông tin và phát ra nhờ một thiết bị thích hợp. Ví dụ nh−, một máy phát vô tuyến dùng một anten để phát các sóng điện từ, còn một máy phát hồng ngoại sử dụng một diode để phát ánh sáng hồng ngoại hoặc diode laser. Máy thu nhận các sóng điện từ và xử lý để khôi phục thông tin hoặc dữ liệu. Đầu ra của máy thu là thông tin ban đầu mà đd đ−ợc đ−a vào máy phát.
Do thông tin th−ờng là hai chiều, mỗi đầu cuối phải có cả máy phát và máy thu. Hai khối này th−ờng đ−ợc kết hợp thành một, đ−ợc gọi là bộ thu phát. tuỳ thuộc vào cơ cấu truyền tin, mỗi đầu
Anten phát Anten Dữ liệu vào Điều chế dữ liệu Khôi phục dữ liệu Dữ liệu ra sóng điện từ Hình 5.1: Phát thu sóng điện từ
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 60
cuối có thể phát tại một thời điểm, hoặc cả hai có thể phát và thu đồng thời.
Hình 5.1 minh hoạ các máy phát và thu xử lý thông tin. Các loại thành phần đ−ợc sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào loại điện từ đ−ợc tạo ra (ví dụ vô tuyến khác với ánh sáng). Tuy nhiên, về nguyên tắc thì vẫn nh− nhau.
5.1.2 Phát xạ điện từ
Phát xạ điện từ gồm nhiều loại sóng khác nhau: sóng vô tuyến, sóng ánh sáng và các loại khác. Các sóng điện từ th−ờng là dạng tuần hoàn hình sin, đ−ợc mô tả nh− hình 5.2.
Trên hình 5.2 cho thấy biên độ hoặc c−ờng độ của sóng điện từ nh− một hàm của thời gian. Sóng điện từ đ−ợc dặc tr−ng bởi: biên độ, tần số và pha. Ngoài ra còn có b−ớc sóng, vận tốc sóng.
+ Tần số là số dao động trong một giây của sóng điện từ. Nó đ−ợc xác định bằng đơn vị chuẩn Hz bằng chu kỳ trên một giây. Các tần số cao ta dùng các đơn vị Kilohec (1KHz=1000 Hz), megahec (1MHz= 1000.000 Hz). Gigahec (1GHz=1000.000.000 Hz), hoặc terahec (1THz=1000 tỷ Hz).
+ B−ớc sóng: là khoảng cách sóng điện từ lan truyền đ−ợc trong một chu kỳ. B−ớc sóng tỷ lệ nghịch với tần số, tức là các tần số càng cao thì b−ớc sóng càng ngắn và ng−ợc lại, các tần số càng thấp thì b−ớc sóng càng dài. B−ớc sóng có đơn vị chuẩn là mét.
+ Trong chân không, mội sóng điện từ đi cùng một tốc độ và bằng tốc độ ánh sáng. 5.1.3 Phổ điện từ
Phổ điện từ đ−ợc nêu trong Hình 5.3. Các thành phần radio, viba, hồng ngoại tuyến và ánh sáng nhìn thấy của quang phổ đều đ−ợc dùng để truyền pha của sóng.
ánh sáng cực tím, tia X và tia Gamma sẽ tôt sóng hơn, do tần số cao hơn, nh−ng khó sản xuất và điều chế, không lan truyền tốt quan các cao óc và nguy hiểm cho con ng−ời. Các dải băng tần LF (low frequency), MF (Medium frequency) và HF (Hight frequency) đến THF (Tremendously hight frequency) chỉ định tần số thấp, trung bình và cao đến quá cao.
L−ợng thông tin mà một sóng điện từ có thể truyền tải tuỳ theo dải rộng của nó. Với công nghệ hiện nay, có thể md hoá một số bit cho 1 Hz tại tần số thấp, nh−ng th−ờng 40 d−ới một số điều kiện tại tần số cao, tuy vậy một cáp có dải rộng 500 MHz có thể truyền tải vài Gb/s.
Từ biều thức:
c= f.λ (5.1)
Ta tính đ−ợc dải tần ∆f nếu cho tr−ớc bề rộng của một dải độ rộng sóng ∆λ
theo hệ thức:
Biên độ
1 Chu kỳ
Thời gian (t)
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 61 2 λ λ ∆ = ∆f c (5.2)
Từ dải tần đd biết ta biết đ−ợc mật độ dữ liệu mà dải có thể truyền tải. Dải rộng hơn sẽ có mật độ dữ liệu cao hơn.
Hầu hết các truyền tải sử dụng một dải tần số hẹp (tức là ∆f/f <<1) đd có đ−ợc tiếp nhận tốt nhất (nhiều woat/Hz). Tuy nhiên, trong một số tr−ờng hợp, bộ truyền tải nhảy từ tần số này qua tần số số khác trong khuôn mẫu chính tắc hay các truyền tải trải trên bề rộng dải tần số một cách cố ý. Kỹ thuật này gọi là trải phổ nó lập những truyền tải khó phát hiện và do đó không thể bị nghẽn.
5.1.4 Phạm vi truyền dẫn
Vì kích th−ớc của các b−ớc sóng khác nhau nên các sóng truyền lan trong không gian theo các cách khác nhau. Một số sóng rất thích hợp cho truyền dẫn cự ly dài nh−ng một số sóng khác lại bị hạn chế trong các cự ly rất ngắn. thông th−ờng, tần số càng cao thì cự ly mà tín hiệu truyền đi càng ngắn. các tần số có b−ớc sóng dài có xu h−ớng đi theo bề cong của mặt đất. Điều đó giải thích tại sao các băng tần VLF và LF đặc biệt thích hợp cho các mục đích truyền dẫn toàn cầu. Các tần số trong băng tần MF sẽ truyền thẳng lên trời nh−ng một số năng l−ợng của chúng sẽ bị phản xạ trở lại làm cho sóng bị gấp khúc. Tức là sóng loại này truyền theo nguyên lý phản xạ toàn phần. Hiệu ứng gấp khúc này cho phép thông tin cự ly dài nh−ng không phải lúc nàocũng có đủ tin cậy. Trong sóng VHF và cao hơn, các tín hiệu không bị uốn cong và những sóng đ−ợc phát vào không trung sẽ không bị phản xạ trở lại. Các tần số này rất hữu ích cho các truyền thông theo tầm nhìn thẳng, nh−ng bất lợi cho truyền thông cự ly xa, trừ khi chúng h−ớng vào một vệ tinh, để sau đó lại phát chúng trở lại về trái đất.
Các sóng ánh sáng bị hạn chế về cự ly truyền dẫn và it có khả năng xuyên qua các ch−ớng Visible light
(Hz) 104 108 1012 1014 1016 1022
Radio Microwave Intrared UV X-ray Gamma-ray
Hình 5.3: Phổ điện từ sử dụng trong truyền thông Band LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF (Hz) 5 10 6 10 107 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 10 Satellite Fiber Optics Terrestrial microwave Twisted pair Manitime AM Radio Coax FM Radio TV
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 62
ngại vật. Điều này có thể rất cần thiết vì chúng có thể duy trì các truyền dẫn cô lập, chẳng hạn trong phạm vi một phòng đơn.
Phạm vi truyền dẫn cũng bị ảnh h−ởng bởi các mức công suất đ−ợc dùng để phát tín hiệu, độ nhậy của máy thu, loại anten, chất l−ợng đ−ờng truyền dẫn, chiều cao anten, ph−ơng pháp đ−ợc sử dụng để gửi thông tin, l−ợng nhiễu, điều kiện khí quyển.
Tuy nhiên, đối với một mạng cục bộ không dây, chúng ta quan tâm đến một cơ cấu giữ các truyền dẫn hạn chế. Nghĩa là các kỹ thuật nh− sử dụng các tần số cao hơn, công suất thấp hơn, và anten đ−ợc thiết kế để hạn chế khoảng cách truyền dẫn.
5.2 kỹ thuật mạng LAN không dây
Các sản phẩm LAN không dây đ−ợc bán rộng rdi nhất sử dụng sóng vô tuyến nh− một đ−ờng truyền dẫn giữa các máy tính và các thiết bị ngoại vi. Ưu điểm của sóng vô tuyến so với tất cả các dạng kết nối không dây khác là chúng có thể lan truyền qua các bức t−ờng và các ch−ớng ngại vật khác. mặc dù có thể bị ngăn cách với máy chủ hoặc cầu nối không dây bởi những bức t−ờng, nh−ng những ng−ời sử dụng có thể duy trì các kết nối – hỗ trợ đích thực cho tính di động. Với các sản phẩm LAN vô tuyến, một ng−ời sử dụng với một máy tính xách tay có thể di chuyển tự do trong khi truy nhập dữ liệu từ một máy chủ hoặc một ứng dụng.
Tuy vậy, nh−ợc điểm của LAN vô tuyến là tổ chức sở hữu mạng phải quản lý các sóng vô tuyến song song với sự truyền lan các sóng điện từ khác. các thiết bị khác sử dụng cùng các tần số vô tuyến có thể gây ra can nhiễu với các mạng LAN vô tuyến. Tổ chức này phải xác định khả năng can nhiễu tr−ớc khi xây dựng một mạng LAN không dây. do các sóng vô tuyến xuyên qua các bức t−ờng, an toàn dữ liệu là một vấn đề cần phải quan tâm. Những ng−ời trái phép ở bên ngoài vùng điều khiển có thể thu các thông tin nhạy cảm. Tuy nhiên, các hdng bán sản phẩm th−ờng thay đổi tín hiệu dữ liệu để bảo vệ thông tin, khiến cho những ng−ời không thích hợp sẽ không thể hiểu đ−ợc.
5.2.1 Phổ tần đ−ợc sử dụng cho mạng LAN không dây
Một số băng tần đ−ợc đề xuất sử dụng cho các mạng LAN không dây và các tốc độ dữ liệu gần đúng t−ơng ứng đ−ợc chỉ ra trong bảng 1 d−ới đây.
Các băng tần ISM (khoa học, công nghiệp và y tế)
Các tần số ISM đ−ợc nêu ra trên Hình 5.4. ở nhiều n−ớc, những ng−ời sử dụng khai thác các sản phẩm không dây trong băng tần ISM không cần xin giấy phép của các cơ quan quản lý tần số nếu các sản phẩm này đáp ứng một số yêu cầu, nh− công suất của máy phát phải d−ới 100 mW và phải đảm bảo không gây can nhiễu cho các thiết bị sử dụng tần số vô tuyến khác trong cùng khu vực.
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 63
Bảng 1. Phổ tần sử dụng cho các mạng LAN không dây
Các băng tần ISM
không khả dụng trên toàn
thế giới làm hạn chế khả năng khai thác các sản phẩm không dây. Một số vùng có thể khai thác các băng tần ISM 902 MHz, 2,4 GHz và 5,7 GHz nh−ng một số vùng lại chỉ có thể khai thác
băng tần ISM 2,3 GHz. Ban
đầu, các công ty sản xuất sản
phẩm trong băng tần 902
MHz do giá thành sản phẩm băng tần này rẻ hơn. nh−ng vì không dây phải n−ớc nào cũng có thể sử dụng băng tần này và nhu cầu về độ rộng băng tần lơná hơn nên các công ty chuyển sang sản xuất nhiều sản phẩm trong băng tần 2,4 GHz.
5.2.2 Đ−ờng truyền không dây
a./ Đ−ờng truyền bằng sóng radio
Sóng radio dẽ tạo, và có thể đi qua những cự ly dài và len lỏi vào các loại vùng địa lý. Nên chúng đ−ợc dùng rộng rdi cho truyền thông. Bao gồm phát thanh truyền hình đại chúng, và các mạng điện thoại di động. Sóng radio truyền theo mọi h−ớng từ nguồn ra, do đó nơi truyền và nơi nhận không cần quan tâm nhiều đến việc phải sắp xếp các thiết bị thu phát.
Các tính chất của sóng radio là phụ thuộc vào tần số. Tại các tần số thấp, sóng radio đi qua mây mù tốt, nh−ng suy giảm theo khoảng cách đến nguồn khoảng 3
/
1 r trong không khí. Tại các tần số cao, sóng radio dần đến đ−ờng thẳng và bị hấp thụ bởi mây mù. Chúng cũng bị m−a hấp thụ. Tại mọi tần số, sóng radio bị nhiễu bởi các động cơ điện, các thiết bị sinh điện từ. Ngoài ra sóng radio có sự giao thoa giữa các ng−ời dùng.
Các vấn đề cần quan tâm đến truyền tải bằng sóng radio:
• Tổn thất đ−ờng truyền:
Tại tất cả các tần số sóng radio đều bị suy hao trong khi truyền qua các môi tr−ờng với mực độ khác nhau. Năng l−ợng tín hiệu tại máy thu không chỉ phụ thuộc vào năng l−ợng tín hiệu đd phát đi mà còn phụ thuộc vào khoảng cách giữa máy thu và máy phát. trong không gian tự do, năng l−ợng của một tín hiệu radio suy hao tỉ lệ nghịch với lập ph−ơng khoảng cách từ nguồn đến đích.
Tần số Các băng tần Tốc độ dữ liệu gần đúng UHF 300-3000 MHz 900 MHz 1900 MHz 2400 MHz 6 Mb/s SHF 3-30 GHz 5,2 GHz 5,7-5,8 GHz 17,2 GHz 18,8 GHz 19,5 GHz 50 Mb/s EHF 30-300 GHz
60 GHz Đang nghiên cứu
Băng I Băng S Băng M
2400 2483,5 902 928 5725 5850
Hình 5.4: Các băng tần ISM
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 64
Ngoài ra trong môi tr−ờng bị bao phủ bởi văn phòng, công sở, sự suy hao còn tăng hơn nữa, tr−ớc hết là do sự che chắn của các ch−ớng ngại vật nh− tiện nghi sinh hoạt của con ng−ời, kế đến là do sự can nhiễu của các tín hiệu phản xạ từ các ch−ớng ngại vật này. Do đó tất cả các máy thu sóng radio đều đ−ợc thiết kế để hoạt động với tỉ số SNR quy định, nghĩa là tỉ số năng l−ợng tín hiệu thu đ−ợc trên năng l−ợng của nhiễu tại máy thu không đ−ợc thấp hơn một giá trị cho tr−ớc. Trong thực tế, SNR tuỳ thuộc vào một số các tham số liên quan và mỗi tham số này phải đ−ợc xem xét trong mối liên hệ với thiết kế của máy thu sóng radio.
• Nhiễu xuyên kênh: Các sóng radio lan truyền xuyên qua hầu hết các ch−ớng ngại vật với mức suy hao giảm vừa
phải, điều này có thể tạo ra sự tiếp nhận nhiễu từ các máy phát khác cũng đang hoạt động trong cùng một băng tần và đ−ợc đặt trong phòng kế cận cùng một toà nhà hay toà nhà khác. Do đó, với các LAN đơn giản, vì nhiều LAN nh− vậy có thể đ−ợc thiết lập trong các phòng gần nhau, nên các kỹ thuật phải theo là cho phép vài user trong cùng một băng tần cùng tồn tại.
Trong một mạng LAN không dây có cơ sở hạ tầng, vì topo đd biết và tổng diện tích phủ sóng của mạng không dây là lớn hơn nhiều so với LAN nối dây, thì băng thông có thể chia thành một số băng con sao cho vùng phủ của các băng kề nhau dùng một tần số khác nhau (Hình 5.5). số l−ợng băng thông có sẵn trong mỗi cell đ−ợc chọn để cung cấp một mức độ phục vụ chấp nhận đ−ợc cho số l−ợng user hoạt động đ−ợc qui định tr−ớc trong vùng này. Điều này tạo ra một hiệu suất sử dụng băng thông cao hơn và nhiễu xuyên kênh cũng đ−ợc hạn chế.
• Đa đ−ờng:
Cũng giống nh− tín hiệu quang, các tín hiệu radio chịu ảnh h−ởng bởi đa đ−ờng, nghĩa là tại bất cứ tại thời điểm nào máy thu đều nhận nhiều tín hiệu xuất phát từ cùng một máy phát, mỗi tín hiệu đ−ợc dẫn theo con đ−ờng khác nhau giữa máy phát và máy thu.
Bức t−ờng Của phòng Vật thể Sóng phản xạ Các tín hiệu mẫu 2 mẫu 1 Biên độ
PAU= Portable Access Unit PAU
PAU
PAU
Nhiễu kênh kế cận
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 65
Ngoài ra, còn có một suy giảm đ−ợc gọi là fading gây ra bởi sự thay đổi chiều dài đ−ờng đi của các tín hiệu thu khác nhau. Điều này làm gia tăng khoảng dịch pha t−ơng quan giữa chúng, có thể tạo ra các tín hiệu phản xạ khác nhau làm suy giảm đáng kể tín hiệu truyền trực tiếp, và trong một giới hạn nào đó có thể triệt tiêu lẫn nhau. Hiện t−ợng này đ−ợc gọi là Raleigh fading và đ−ợc mô tả trên Hình 5.7.
Trong thực tế, biên độ của sóng phản xạ là một thành phần của sóng tới, mức độ suy giảm đ−ợc xác định bởi vật liệu phản xạ.
Để khắc phục ảnh h−ởng của hiện t−ợng này, hai anten th−ờng đ−ợc dùng với khoảng cách vật lý giữa chúng bằng 1/4 b−ớc sóng. Các tín hiệu thu từ cả hai anten đ−ợc kết hợp lại thành một tín