Tài liệu Công nghệ wimax và ứng dụng của wimax trong mạng viễn thôn

LỜI NÓI ĐẦU Viễn thông là một lĩnh vực phát triển mạnh mẽ, không chỉ gia tăng về mặt dịch vụ mà vấn đề công nghệ cũng được quan tâm nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Thông tin không dây đang có mặt tại khắp mọi nơi và phát triển một cách nhanh chóng, các hệ thống thông tin di động tế bào sử dụng công nghệ GSM và CDMA đang dần thay thế các hệ thống mạng điện thoại cố định hữu tuyến.Các hệ thống mạng LAN không dây- còn được biết với tên thông dụng hơn là Wi-fi cũng đang hiện hữu trên rất nhiều tòa nhà văn phòng, các khu vui chơi giải trí. Trong vài năm gần đây một hệ thống mạng MAN không dây (Wireless MAN) thường được nhắc nhiều đến như là một giải pháp thay thế và bổ sung cho công nghệ xDSL là Wimax. Wimax còn được gọi là Tiêu chuẩn IEEE 802.16, đáp ứng được nhiều yêu cầu kỹ thuật và dịch vụ khắt khe mà các công nghệ truy nhập không dây thế hệ trước (như Wi-fi và Bluetooth) chưa đạt được như bán kính phủ sóng rộng hơn, băng thông truyền dẫn lớn hơn, số khách hàng có thể sử dụng đồng thời nhiều hơn, tính bảo mật tốt hơn. Với nhưng ưu điểm vượt trội như vậy thì WiMAX được xem là một công nghệ hứa hẹn sẽ phát triển mạnh mẽ trong tương lai gần. Mạng Viễn thông Việt Nam trong những năm qua đã có sự phát triển mạnh mẽ, các hệ thống cung cấp dịch vụ truy cập băng rộng đã và đang được triển khai tại hầu hết các tỉnh thành. Tuy nhiên, phần lớn vẫn là các hệ thống xDSL cung cấp truy cập hữu tuyến và hệ thống WiFi với phạm vi phục vụ còn rất hạn chế. Trong khi đó, nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng lại đang đòi hỏi rất cấp thiết tại nhiều vùng, nhiều khu vực mà các giải pháp hiện có rất khó triển khai hoặc triển khai chậm. Để có thể triển khai nhanh chóng và hiệu quả hệ thống truy cập băng rộng tại các khu vực này thì việc nghiên cứu triển khai các hệ thống truy cập vô tuyến băng rộng WiMAX là hết sức cần thiết. Với mục đích tìm hiểu về công nghệ WiMAX để đánh giá, lựa chọn giải pháp, thiết bị và hệ thống mạng phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam, đồ án tốt nghiệp sẽ gồm 4 chương. 1 Chương 1 Tìm hiểu công nghệ mạng không dây, lợi ích hoạt động của việc sử dụng mạng, ngoài ra tìm hiểu chi phí đầu tư và các tiêu chuẩn áp dụng cho mạng không dây. Chương 2 Giới thiệu tổng quan về hệ thông Wimax, đặc điểm, ưu điểm, nhược điểm của hệ thống, một số băng tần sử dụng và các chuẩn trong công nghệ Wimax Chương 3 Tìm hiểu hệ thống bảo mật trong Wimax, các giao thức quản lý khoá PKM, quá trình thiết lập khoá và trao đổi khoá mã hoá dữ liệu Chương 4 Nghiên cứu khả năng triển khai và ứng dụng hệ thống Wimax trên mạng viễn thông Việt Nam Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy, cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Để hoàn thành đồ án này em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của Cô giáo TS. Nguyễn Thị Quỳnh Hoa và các thầy cô giáo trong Khoa Công Nghệ Trường Đại Học Vinh. Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, Ngày 05 Tháng 05 Năm 2010 Sinh Viên Nguyễn Viết Hoàng 2 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đứng trước sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ truyền thông băng rộng đang trở thành nhu cầu thiết yếu mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng, bên cạnh việc cung cấp các dịch vụ như truy cập Internet quay số qua modem thoại ADSL hay các đường kênh riêng hoặc sử dụng các hệ thống điện thoại di động hay mạng WiFi. Wimax ra đời nhằm cung cấp một phương tiện truy cập Internet không dây tổng hợp có thể thay thế ADSL và Wi-Fi. Để tìm hiểu về công nghệ Wimax ta đi sâu nghiên cứu các băng tần, chuẩn các kỹ thuật điều chế OFDM và OFDMA và đặc biệt là bảo mật trong Wimax, từ đó nghiên cứu khã năng triễn khai và ứng dụng hệ thống Wimax trên mạng viễn thông Việt Nam. In the face of ongoing development of science and technology communication broadband is becoming essential requirements brought many benefits to users, in addition to providing services such as Internet access via modem dial phone ADSL lines or separate channels or use the mobile system or Wi-Fi network. Wimax been formed to provide a means to access the wireless Internet can replace synthetic ADSL and Wi-Fi. To learn more about Wimax technology we studied in depth bands, the standard modulation technique OFDM and OFDMA, and especially security in WiMax, which studies the ability to deploy WiMax systems and applications on the network Vietnam Telecommunications MỤC LỤC 3 Trang LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………… TÓM TẮT ĐỒ ÁN……………………………………………………………. 1 3 MỤC LỤC……………………………………………………………………... DANH SÁCH HÌNH VẼ……………………………………………………... DANH SÁCH CÁC BIỂU BẢNG…………………………………………… DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TÁT…………………………………………. CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY……………. 1.1 Giới thiệu mạng không dây………………………………………………... 1.1.1 Khái niệm mạng không dây……………………………………………. 1.1.2 Lợi ích của việc sử dụng mạng không dây…………………………….. 1.1.3 Hoạt động của mạng không dây……………………………………….. 1.1.4 Chi phí đầu tư cho mạng không dây…………………………………… 1.1.5 Các tiêu chuẩn áp dụng cho mạng không dây…………………………. 1.2 Wi-Fi……………………………………………………………………….. 1.3 Kết luận chương……………………………………………………………. CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WiMAX……………………. 2.1 Tổng quan về Wimax……………………………………………………… 2.1.1 Giới thiệu về Wimax………………………………………………….. 2.2 Băng tần cho WIMAX……………………………………………………... 2.2.1 Băng 3400-3600MHz (băng 3.5GHz)………………………………… 2.2.2 Băng 3600-3800MHz………………………………………………… 2.2.3 Băng 3300-3400MHz (băng 3.3 GHz………………………………… 2.2.4 Băng 2500-2690MHz (băng 2.5 GHz…………………………………. 2.2.5 Băng 2300-2400MHz (băng 2.3 GHz)………………………………... 2.2.6 Băng 5725-5850MHz (băng 5.8 GHz)……………………………….. 2.2.7 Băng dưới 1GHz……………………………………………………… 2.3 Các chuẩn trong công nghệ WiMAX……………………………………… 2.3.1 IEEE 802.16 – 2001…………………………………………………… 2.3.2 IEEE 802.16a-2003…………………………………………………… 2.3.3 IEEE 802.16c-2002…………………………………………………… 2.3.4 IEEE 802.16-2004……………………………………………………. 2.3.5 IEEE 802.16e và các chuẩn mở rộng………………………………….. 2.4 Mô hình ứng dụng WiMAX……………………………………………….. 2.4.1 Mô hình ứng dụng cố định…………………………………………….. 2.4.2 Mô hình ứng dụng WiMAX di động…………………………………. 2.5. Đặc điểm kỹ thuật của công nghệ Wimax………………………………… 2.5.1. Kỹ thuật điều chế OFDM…………………………………………….. 2.5.1.1 Hoạt động của OFDM……………………………………………. 2.5.1.2 Những ưu điểm của hệ thống OFDM…………………………….. 2.5.1.3 Nhược điểm của hệ thống OFDM………………………………... 2.5.2 Kỹ thuật điều chế OFDMA ………………………................................ 4 7 9 10 15 15 15 15 17 18 19 19 22 23 23 23 25 25 25 25 25 26 26 26 27 27 27 28 28 28 29 29 30 30 32 34 35 35 36 4 2.5.2.1 Khái niệm………………………………………………………….. 2.5.2.2 Đặc điểm…………………………………………………………… 2.5.2.3 OFDMA nhãy tần………………………………………………….. 2.5.2.4 Hệ thống OFDMA…………………………………………………. 2.5.3 So sánh OFDM và OFDMA…………………………………………… 2.5.4 Kênh con hóa dải tần số……………………………………………….. 2.5.5 Anten cho các ứng dụng vô tuyến cố định……………………………. 2.5.6 Phân tập thu phát……………………………………………………… 2.5.7 Điều chế thích nghi……………………………………………………. 2.5.8 Các kỹ thuật sửa lỗi trước……………………………………………... 2.5.9 Điều khiển công suất………………………………………………….. 2.6 Ưu điểm của Wimax………………………………………………………. 2.7 Kết luận chương…………………………………………………………... CHƯƠNG III: BẢO MẬT TRONG WiMAX………………………………… 3.1 Kiến trúc bảo mật chẩn IEEE 802.16……………………………………… 3.1.1 Giới thiệu………………………………………………………………. 3.1.2 Kiến trúc bảo mật……………………………………………………… 3.1.2.1 Tập hợp bảo mật…………………………………………………… 3.1.2.2. Giao thức quản lí khóa PKM cơ bản trong 802.16………………… 3.1.2.2.1 Cơ bản về PKM…………………………………………………. 3.1.2.2.2 Quá trình thiết lập khóa cấp quyền AK………………………… 3.1.2.2.3 Pha trao đổi khóa mã hóa lưu lượng TEK……………………… 3.1.2.2.4 Đồng bộ và thay đổi khóa ……………………………………… 3.2 Quy trình bảo mật………………………………………………………….. 3.2.1 Xác thực……………………………………………………………….. 3.2.2 Trao đổi khóa dữ liệu………………………………………………….. 3.2.3 Mã hóa dữ liệu………………………………………………………… 3.3. Kết luận chương…………………………………………………………… CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG 36 36 37 39 40 42 42 43 43 44 44 45 46 47 47 47 48 50 50 52 54 56 57 59 60 61 63 64 HỆ THỐNG WIMAX TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM 4.1 Giới thiệu chương………………………………………………………….. 4.2 Nhu cầu và hiện trạng các hệ thống truy nhập băng rộng tại Việt Nam........ 4.2.1 Nhu cầu truy nhập băng rộng tại Việt Nam............................................. 4.2.2 Hiện trạng truy nhập băng rộng tại Việt Nam......................................... 4.2.2.1 Truy nhập băng rộng qua hệ thống cáp hữu tuyến............................. 4.2.2.2 Truy nhập băng rộng qua hệ thống vô tuyến...................................... 4.2.2.3 Truy nhập băng rộng qua vệ tinh........................................................ 4.3 Các mô hình triển khai công nghệ mạng WiMAX........................................ 4.3.1 Mạng dùng riêng……………………………………………………….. 4.3.2 Các mạng phục vụ cộng đồng………………………………………….. 4.4 Tình hình triển khai WiMAX thử nghiệm tại Việt Nam............................... 4.5 Kết luận chương……………………………………………………………. KẾT LUẬN…………………………………………………………………… 65 65 65 65 65 65 66 67 67 67 68 75 81 82 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 83 DANH SÁCH HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Cấu hình điểm AP làm chức năng repeater…………………............. Hình 1.2 AP thực hiện chia tải (Load Balacing)………………………............ Hình 1.3 Dịch chuyển tốc độ truyền dẫn đảm bảo duy trì kết nối……………. Hình 1.4 Nguyên lý hoạt động của Access Point……………………………... Hình 1.5 Microcell với Access Point…………………………………………. Hình 1.6 Card mạng hỗ trợ Mạng không dây sử dụng cho PC và 16 16 16 17 18 Laptop…………………………………………………………………………. Hình 1.7 802.11b là chuẩn cho mạng Wi-Fi…………………………………. Hình 2.1 Mô hình truyền thông của WiMAX……………………………….. Hình 2.2 Mô hình ứng dụng WiMAX cố định……………………………… Hình 2.3 Mô hình ứng dụng Wimax di đông………………………………… Hình 2.4 So sánh FDM và OFDM…………………………………………… Hình 2.5 OFDM với 256 sóng mang………………………………………... Hình 2.6 Tín hiệu sóng mang cua OFDM…………………………………… 18 19 24 29 30 33 33 34 Hình 2.7 ODFM và OFDMA………………………………………………………………. 36 Hình 2.8 Tổng quan hệ thống sử dụng OFDM…………………………….. 39 Hình 2.9 Mẫu tín hiệu dẫn đường trong OFDMA………………………… 40 Hình 2.10 So sánh OFDM và OFDMA…………………………………….. Hình 2.11 Kênh con hóa dải tần số…………………………………………… Hình 2.12 Kỹ thuật điều chế và bán kính cell………………………….......... Hình 3.1 Các lớp giao thức 802.16………………………………………….. Hình 3.2 Mô hình kiến trúc bảo mật chuẩn IEEE 802.16……………........... Hình 3.3 Các luồng của giao thức PKM cơ bản…………………………….. Hình 3.4 Quy trình bảo mật…………………………………………………. Hình 3.5 Quá trình xác thực SS với BS……………………………………... Hình 3.6 Quá trình trao đổi khóa dữ liệu……………………………………. Hình 3.7 Định dạng payload trước và sau khi mã hóa………………............ Hình 4.1 Cellular Backhaul………………………………………………… Hình 4.2 WSP Backhaul……………………………………………………. Hình 4.3 Mạng ngân hang…………………………………………………... Hình 4.4 Mạng giáo dục…………………………………………………….. Hình 4.5 Mô hình an toàn cho các truy nhập công cộng……………………. Hình 4.6 Sử dụng Wimax cho việc thông tin liên lạc xa bờ…………............ Hình 4.7 Kết nối nhiều khu vực……………………………………………... Hình 4.8 Các công trình xây dựng…………………………………………... Hình 4.9 Các khu vực công cộng…………………………………………… 41 42 44 48 49 53 59 60 62 63 62 67 68 68 69 70 71 72 73 6 Hình 4.10 Hình 4.11 Hình 4.12 Hình 4.13 Hình 4.14 Mạng truy nhập WSP……………………………………………. Triển khai ở vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh……………………. Cấu hình thử nghiệm WiMAX của VNPT..................................... Sơ đồ kết nối tại trạm gốc……………………………………….. Sơ đồ kết nối trạm đầu cuối thuê bao……………………………. 74 75 77 78 79 DANH SÁCH CÁC BIỂU BẢNG Bảng 1 Ví dụ của biểu đồ tần số, thời gian với OFDMA……………………. Bảng 2 Biểu đồ tần số thời gian với 3 người dùng nhảy tần a, b, c đều có 1 37 38 bước nhảy với 4 khe thời gian………………………………………………. Bảng 3 6 mẫu nhảy tần trực giao với 6 tần số nhảy khác nhau…………….. 39 Bảng 4 Các thống số kỹ thuật thiết bị WiMAX thử nghiệm tại Lào Cai……………………………………………………………………………. 80 7 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AAA Authentication Authorizaton Nhận thực, cấp quyền và tài khoản ACL ADDR AES AK AP ARP BPI BS BSD BSID CCM and Account Access Control List Address Advanced Encryption Standard Authorization Key Access Point Address Resolution Protocol Baseline Privacy Interface Based Station Berkeley Software Distribution Based station ID cryptographic block ciphers Danh sách điều khiển truy nhập Trường địa chỉ Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao Khoá được cấp quyền Điểm truy nhập Giao thức phân giải địa chỉ Giao diện cá nhân đường cơ sở Trạm gốc Phân phối phần mềm Berkeyley ID của trạm gốc Chế độ mã hóa khối mode 8 CCMP Counter Code with Cipher Giao thức mã nhận thực bản tin chuỗi Block Chaining Message mã được bao bọc bởi khối mã hoá CGI CID CHAP Authentication Code Protocol Computer-generated imagery Card Identification Number Challenge-Handshake Phần mở rộng của máy Số xác nhận card Giao thức xác thực bắt tay yêu cầu CRC DCD DES DHCP Authentication Protocol Cyclic Redundancy Check Downlink Channel Descriptor Data Encryption Standard Dynamic Host Configuration Kiểm tra vòng dư Nhận dạng kênh đường xuống Tiêu chuẩn Mã hóa Dữ liệu Giao thức cấu hình Host động DZ DOCSIS Protocol Demilitarized zone Data Over Cable Service DoS DSL DMZ EAK EAP Interface Specifications Denial-of-Services Digital subscriber line Demilitarized zone Extensible Authentication Key Extensible Authentication liệu truyền qua cáp Từ chối các dịch vụ Đường dây thuê bao số Vùng phi quân sự Khoá xác thực mở rộng Giao thức xác thực mở rộng EAPOL Protocol Extensible Authentication Giao thức xác thực mở rộng qua mạng EIK FTP GAK GPS GTEK ICV IDS Protocol over LANs EAP Integrity Key File Transfer Protocol Group Authorization Key Global Positioning System Group Traffic Encryption Key Integrity check value Instrusion LAN Khóa toàn vẹn EAP Giao thức truyền tải tập tin Khoá được cấp phép nhóm Hệ thống định vị toàn cầu Khoá mã hoá lưu lượng nhóm Giá trị kiểm tra toàn vẹn Hệ thống dò tìm hướng dẫn IEEE Detection Systems Institute of Electrical and Viện kĩ thuất điện-điện tử thế giới IK IKE IP ISAKMP Electronic Engineers Integrity Key Internet Key Exchange Internet Protcol Internet Security Association Khóa toàn vẹn Trao đổi khoá internet Giao thức internet Giao thức kết hợp bảo mật Internet và and Key Management Protocol Vùng đặt máy chủ Đặc điểm kỹ thuật giao diện dịch vụ dữ quản lý khoá 9 IV KDF KSA HMAC Initiation Vector Kraft durch Freude Key Schedule Algorithm Hash Message Authentication Code HMACMD5 Hash-based Message Authentication Code use Véc tơ khởi tạo Thuật toán lập lịch khoá Mã hóa xác thực băm bản tin Mã xác thực bản tin lỗi cơ sở sử dụng thuật toán băm bản tin 5 LAN MAC MANET MBS Message Digest 5 Local Area Network Media Access Control Mobile Ad- hoc Network Multicast and Broadcast MD4/5 MIC MID MIP MITM MPDU MPR MSID MSS NAS NIC NIST service Message Digest 4/5 Message Integrity Check Mobile Internet Device Mobile Internet Protocol Man In The Middle MAC Protocol Data Unit Minnesota Public Radio Mobile station ID Mobile Subscriber Station Network Access Server Network Information Centre National Institute of Standards NSA OCSP and Technology National Security Agency Optimized Link State Routing gia Cơ quan bảo mật quốc gia Giao thức trạng thái chứng nhận trực OFDM Orthogonal Frequency-Division tuyến Đa phân chia theo tần số trực giao OFDMA Multiplexing Orthogonal Frequency-Division Đa truy nhập phân chia theo tần số trực OMAC OTP PAP Multiplexing Access One-key MAC One Time Password Password Authentication giao Một khoá MAC Sử dụng mật khẩu một lần Giao thức xác thực mật khẩu PCMCIA Protocol Personal Computer Memory Kết hợp card nhớ máy tính cá nhân toàn Mạng nội hạt Điều khiển truy nhập phương tiện Mạng Ad- hoc di động Dịch vụ Multicast và Broadcast Thuật toán phân loại bản tin 4/5 Kiểm tra tính toàn vẹn của bản tin Thiết bị internet di động Giao thức Internet cho di động Người ở giữa Khối dữ liệu giao thức MAC ID của trạm di động Trạm thuê bao đi động Máy chủ truy cập mạng máy tính Trung tâm thông tin mạng Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc 10 PDU PKI PKM Pre-AK PRF PRGA Card International Association Packet Data Unit Public Key Infrastructures Privacy Key Management Previous Authorization Key Password Request Form Psuedo Random Generation cầu Đơn vị gói dữ liệu Hạ tầng khoá công khai Quản lý khoá bí mật Khoá được cấp phép trước Yêu cầu mật khẩu Thuật toán sinh ngẫu nhiên PRGN Algorithm Pseudo-Random Number Bộ phát sinh số giả ngẫu nhiên PSK RA RADIUS Generator Pre-shared key Require Authentication Remote Authentication Dial-In Khoá tiền chia sẻ Nhận thực yêu cấu Dịch vụ người sử dụng quay số nhận RARP User Service Address Resolution Protocol thực từ xa Giao thức chuyển từ MAC Address sang RC4 RF RSNA Redundant Check 4 Radio frequency Robust security network IP Address Kiểm tra tính dư thừa 4 Tần số vô tuyến Liên mạng bảo mật mạnh mẽ RNG-REQ ROC association Ranging Request Receiver Operating Yêu cầu sắp xếp Đặc điểm hoạt động của phía thu RSNA Characteristic Radiological Society of North Hiệp hội vô tuyến của Bắc Mỹ SA SAID SHA STA SS SSID SSL VPN TCP TEK TFTP TKIP America Security Associations Security Associations Identify Secure Hash Algorithm Station Subscriber Station Service Set Identifier Secure Socket Layers Virtual Private Network Transmission Control Protocol Traffic Encryption Key Trivial File Tranfer Protocol Temporal Key Integrity Kết hợp bảo mật Nhận dạng kết hợp bảo mật Thuật toán làm hỏng bảo mật Trạm Trạm thuê bao Định danh mạng Lớp lỗ bảo mật Mạng riêng ảo Giao thức điều khiển truyền vận Khoá mã hoá lưu lượng Giao thức truyền file tầm thường Giao thức toàn vẹn khóa thời gian TLS Protocol Transparent LAN Service Dịch vụ mạng LAN trong suốt 11 UCD UDP UNII Uplink Channel Descriptor User Datagram Protocol Unlicensed National Nhận dạng kênh đường lên Giao thức datagram của người sử dụng Tổ chức thông tin quốc gia không được VLAN VPN WEP WIFI WLAN WPA Information Infrastructure Virtual local Area network Virtual Private Network Wired Equivalent Privacy Wireless Fidelity Wireless Local Area Network Wireless Protected Access cấp giấy phép Mạng nội hạt ảo Mạng riêng ảo Bảo mật tương đương mạng đi dây Mạng không dây tin cậy Mạng cục bộ không dây Truy nhập an toàn mạng không dây CHƯƠNG I TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu mạng không dây 1.1.1 Khái niệm mạng không dây Mạng không dây (Wireless Network) là một hệ thống các thiết bị được nhóm lại với nhau, có khả năng giao tiếp thông qua sóng radio thay vì các đường truyền dẫn bằng dây. Mạng không dây thực sự đang thay thế cho mạng máy tính có dây, cung cấp khả năng xử lý linh động hơn và tự do hơn cho các hoạt động kinh doanh. 1.1.2 Lợi ích của việc sử dụng mạng không dây Với mạng không dây, người dùng truy nhập vào thông tin chia sẻ không cần hệ thống dây để kết nối, không cần lắp đặt hoặc di chuyển dây khi người quản trị mạng thiết lập mở rộng mạng. So với mạng LAN truyền thống, mạng không dây có các ưu điểm nổi trội về hiệu suất, sự tiện lợi và chi phí xây dựng không yêu cầu quá trình lắp đặt cáp tốn kém và mất nhiều thời gian. 12  Hạ thấp chi phí triển khai: mặc dù đầu tư ban đầu về phần cứng có thể cao hơn mạng có dây, tuy nhiên xét chi phí tổng thể và chi phí theo tuổi thọ có thể thấp hơn đáng kể. Về lâu dài, Mạng không dây sẽ đem lại lợi ích rất lớn trong các môi trường động yêu cầu sự di chuyển và thay đổi nhiều.  Mạng không dây có thể cho phép người dùng truy cập thông tin mà không phải tìm kiếm các vị trí có kết nối mạng qua Ethernet, do vậy sẽ tăng được năng suất lao động.  Khả năng mở rộng: hệ thống Mạng không dây có thể cấu hình trong nhiều mô hình để đáp ứng các ứng dụng và cấu hình đặc thù dễ dàng thay đổi và phạm vi từ mạng điểm - điểm xây dựng cho số nhỏ người dùng đến các mạng phối hợp với hàng ngàn người dùng cho phép chuyển vùng trên phạm vi rộng. Hơn thế nữa, đối với các vị trí xa, ngoài vùng phủ sóng của một thiết bị AP, có thể sử dụng thêm một thiết bị AP, được cấu hình đóng vai trò thiết bị chuyển tiếp (repeater) để mở rộng vùng liên lạc của mạng không dây nó được thể hiện hình 1.1 [1] Hình 1.1 Cấu hình điểm AP làm chức năng repeater  Khả năng phân tải và dịch chuyển tốc độ truyền dẫn.  Hỗ trợ khả năng chia tải nếu xảy ra nghẽn mạng tại một thời điểm nhất định. 13 Hình 1.2 AP thực hiện chia tải (Load Balacing)  Cung cấp tính năng tự động điều chỉnh tốc độ truyền dẫn đảm bảo tính liên tục của kết nối với mạng. Hình 1.3 Dịch chuyển tốc độ truyền dẫn đảm bảo duy trì kết nối Các tốc độ này có thể thay đổi giữa các tốc độ 1Mbps, 2Mbps, 5,5Mbps và 11Mbps. Trên cơ sở đó có thể tạo ra các vùng bao phủ của thiết bị mạng Mạng không dây cho các tốc độ yêu cầu khác nhau, như trong hình trên.  Tính năng lọc gói, World Mode, dự phòng, phân tải và tính năng quản lý tiên tiến. 1.1.3 Hoạt động của mạng không dây Trong một mô hình mạng không dây điển hình, bộ chuyển đổi (hay còn gọi là điểm truy cập) sẽ kết nối tới mạng có dây từ một vị trí cố định thông qua cáp Ethernet chuẩn. Điểm truy cập nhận, lưu trữ tạm (buffer) và truyền dữ liệu giữa các thành phần (đối tượng) của mạng không dây (máy tính xách tay, máy in, thiết bị cầm tay hoặc bất cứ một thiết bị không dây nào) với kiến trúc mạng có dây. Một điểm truy cập đơn có thể 14 hỗ trợ một nhóm nhỏ người dùng, và có vùng phủ sóng trong khoảng chu vi từ 10m đến hơn 100m. Điểm truy cập có thể được lắp đặt tại bất cứ vị trí nào miễn là độ phủ sóng phải được đảm bảo. Các thiết bị Access Point, đóng vai trò một thiết bị truy nhập mạng LAN sử dụng vô tuyến, cho phép các thiết bị mạng như PC, Laptop… truy nhập vào mạng như mạng LAN thông thường. Mỗi máy tính PC, Laptop được trang bị một Card mạng được hỗ trợ truy nhập vô tuyến sẽ thực hiên việc kết nối với mạng thông qua AP. Nó được mô tả ở hình 1.4 Hình 1.4 Nguyên lý hoạt động của Access Point Người dùng được trang bị thiết bị cầm tay hoặc máy tính xách tay có thể truyền dữ liệu tới điểm truy cập khi đang trong vùng phủ sóng của thiết bị mà không cần sử dụng các dây mạng. Ngoài ra, khả năng chạy dự phòng của các thiết bị mạng không dây cho phép các máy tính có thể vừa di chuyển vừa kết nối mạng mà không ảnh hưởng đến chất lượng của kết nối. Thiết bị không dây có thể giao tiếp với hệ điều hành mạng thông qua các card điều hợp không dây (thường là card giao diện mạng – NIC). [1] 15 Hình 1.5 Microcell với Access Point 1.1.4 Chi phí đầu tư cho mạng không dây Việc triển khai mạng không dây đòi hỏi các doanh nghiệp phải đầu tư cho thiết bị phần cứng (điểm truy cập, bộ điều hợp mạng không dây), phần mềm, thủ tục cài đặt và một số lượng tương đối kiến thức về công nghệ thông tin. Quá trình cài đặt và sửa chữa sẽ không phải tốn quá nhiều công sức lao động vì không dính dáng nhiều tới dây cáp truyền dữ liệu. Tương tự, quá trình di chuyển, bổ sung và sửa đổi đối với mạng không dây cũng đơn giản hơn, và do đó có thể giảm được giá thành lao động. Hình 1.6 Card mạng hỗ trợ Mạng không dây sử dụng cho PC và Laptop 1.1.5 Các tiêu chuẩn áp dụng cho mạng không dây 16 Viện Kỹ Sư Điện và Điện tử (IEEE) đã đưa ra tiêu chuẩn đầu tiên 802.11 định nghĩa cho mạng LAN không dây. Mặc dù từ lâu hệ thống truyền dữ liệu không dây đã được ứng dụng, nhưng tiêu chuẩn 802.11 đã mở cửa cho các doanh nghiệp triển khai và sử dụng mạng LAN không dây trong các toà nhà và giữa các toà nhà có khoảng cách gần nhau. Hình 1.7 802.11b là chuẩn cho mạng Wi-Fi Có rất nhiều nhãn hiệu như 802.11a, 802.11b… đang được các hãng sử dụng nên dễ bị nhầm với tiêu chuẩn 802.11 gốc. Tuy nhiên, thứ tự các chữ cái không phù hợp với thứ tự mà sản phẩm được giới thiệu. Ví dụ, các sản phẩm 802.11b được đưa ra thị trường vào năm 2000 và 2001, trong khi các sản phẩm 802.11a được đưa ra vào đầu năm 2002. 1.2 Wi-Fi WiFi – Wireless Fidelity là tên gọi mà các nhà sản xuất đặt cho một chuẩn kết nối không dây (IEEE 802.11), công nghệ sử dụng sóng radio để thiết lập hệ thống kết nối mạng không dây. Đây là công nghệ mạng được thương mại hóa tiên tiến nhất thế giới hiện nay. Một mạng Internet không dây WiFi thường gồm 3 bộ phận cơ bản: Điểm truy cập (Access Point – AP), Card giao tiếp mạng (Network Interface Card – NIC), và bộ phận 17 thu phát, kết nối thông tin tại các nút mạng gọi là Wireless CPE (Customer Premier Equipment). Trong đó, Access Point đóng vai trò trung tâm của toàn mạng, là điểm phát và thu sóng, trao đổi thông tin với tất cả các máy trạm trong mạng, cho phép duy trì kết nối hoặc ngăn chặn các máy trạm tham gia vào mạng. Một Access Point có thể cho phép tới hàng ngàn máy tính trong vùng phủ sóng truy cập mạng cùng lúc. [2] Tới nay, Viện Kỹ Thuật Điện và Điện Tử của Mỹ (Institute of Electrical and Electronic Engineers - IEEE) đã phát triển nhiều chỉ tiêu kỹ thuật cho mạng LAN không dây, nhưng trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này em chỉ xin giới thiệu một số chuẩn phổ biến của 802.11 gồm: + 802.11b: IEEE802.11b là chuẩn WiFi hoạt động ở dải tần ISM 2.4Ghz với tốc độ 11Mbps, được phê chuẩn vào cuối năm 1999. Đây là một bổ sung quan trọng nhất của chuẩn 802.11. 802.11b chỉ định 3 kênh radio không phủ chồng, mặc dù trên thực tế khách hàng được giới thiệu có thể sử dụng tới 11 kênh, mỗi kênh phủ chồng lên một số kênh khác. Tốc độ tối đa là 11 Mbps/1 kênh. Tuy nhiên, tốc độ 11Mbps chỉ mang tính chất lý thuyết đơn thuần: WiFi chỉ có thể đạt được tốc độ 7Mbps thông lượng do các vấn đề về đồng bộ và ACK overhead ... Chuẩn 802.11b có tốc độ truyền dẫn thấp nhất (11Mbps) nhưng lại được dùng phổ biến nhất trong các môi trường sản xuất, kinh doanh, dịch vụ do chi phí mua sắm thiết bị thấp, tốc độ truyền dẫn đủ đáp ứng các nhu cầu trao đổi thông tin trên Internet như duyệt Web, Email, Chat, nhắn tin,... + 802.11g: IEEE802.11 Task Group G (TG g) thông qua bản đồ án đầu tiên vào tháng 11-2001 sau một thời gian dài thảo luận giữa một bên là những người ủng hộ PBCC (Packet Binary Convolution Coding - một kỹ thuật điều chế đơn sóng mang đề xuất bởi Texas Instruments) và những người ủng hộ OFDM (kỹ thuật điều chế đa sóng mang do Intersil đề xuất). Chuẩn 802.11g khi hoàn thiện đã mở rộng họ các chuẩn 802.11 với tốc độ dữ liệu lên tới 54Mbps trong dải 2.4Ghz. Đồ án này dựa trên các công nghệ CCK, OFDM, và PBCC. Chuẩn 802.11g có tốc độ truyền dẫn cao (54Mbps), thích hợp cho hệ thống mạng có lưu lượng trao đổi dữ liệu cao, dữ liệu luân chuyển trong hệ thống là những tập tin đồ họa, âm thanh, phim ảnh có dung lượng lớn. Tần số phát sóng của chuẩn 802.11g trùng với tần số phát sóng của chuẩn 802.11b 18 (2,4GHz) nên hệ thống mạng chuẩn 802.11g giao tiếp tốt với mạng máy tính đang sử dụng chuẩn 802.11b. Tuy nhiên, chi phí trang bị cho một hệ thống kết nối không dây theo chuẩn 802.11g cao hơn 30% so với chi phí trang bị cho một hệ thống không dây theo chuẩn 802.11b + 802.11a: 802.11a Task Group (TG a) hoạt động ở dải 5Ghz. Vì tần số hoạt động của chuẩn này cao hơn so với các chuẩn 802.11b, 802.11g nên 802.11a có cự ly truyền ngắn hơn. Để giải quyết vấn đề này, 802.11a sử dụng các cơ chế mã hóa dữ liệu hiệu quả hơn và mạnh hơn. Dải tần số càng cao sẽ có thuận lợi là không nằm trong dải 2.4Ghz với nhiều thiết bị khác cùng hoạt động như điện thoại kéo dài, Bluetooth và lò vi sóng. Ưu điểm chính của chuẩn này là tốc độ: dải phổ của 802.11a được chia thành 8 phân đoạn mạng con hay 8 kênh 20Mhz. Mỗi kênh này sẽ đảm trách một số node mạng. Những kênh được tạo thành bởi 52 sóng mang 300Khz và có thể biểu thị tối đa 54Mbps. Tốc độ này đưa WLAN từ Ethernet thế hệ đầu 10Mbps tới thế hệ thứ 2, Fast Ethernet 100Mbps. Các chỉ tiêu của chuẩn này dựa trên mô hình điều chế OFDM. Hệ thống RF hoạt động tại các dải tần 5.15-5.25, 5.25-5.35Ghz và dải UNII như 5.725-5.825Ghz. Hệ thống OFDM có thể hỗ trợ 8 tốc độ dữ liệu khác nhau từ 6-54Mbps. Chuẩn này sử dụng các mô hình điều chế BPSK, 16-QAM và 64-QAM cùng với mã hóa sửa lỗi trước - FEC (Foward Error Correcting). Một điều quan trọng cần phải nhớ là 802.11b hoàn toàn không tương thích với 802.11a. + 802.11e: 802.11e Task Group (TG e) đang tiến hành hỗ trợ chất lượng dịch vụ (chẳng hạn như để truyền thoại). Mục đích là để tăng cường lớp MAC 802.11 hiện tại để mở rộng hỗ trợ cho các ứng dụng LAN với yêu cầu QoS, cải thiện về bảo mật, khả năng cũng như về tính hiệu quả của giao thức. Những cải tiến này cùng với những cải thiện gần đây về tính năng của lớp PHY từ chuẩn 802.11a và 802.11b sẽ làm tăng hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống và mở rộng ứng dụng cho 802.11. Các ứng dụng chẳng hạn như truyền thoại, audio và video qua mạng vô tuyến 802.11, video conferencing, phân phối luồng phương tiện, các ứng dụng bảo mật tăng cường. và các ứng dụng truy cập di động. 19 + 802.11d: IEEE 802.11d Task Group (TG d) mô tả một giao thức cho phép các thiết bị 802.11 nhận thông tin điều khiển cần cho việc cấu hình thiết bị đúng cách để có thể hoạt động tại bất kỳ đâu trên trái đất. Chuẩn 802.11 hiện tại chỉ định nghĩa hoạt động trong một số ít các miền điều khiển (quốc gia). Sự bổ sung này sẽ thêm các yêu cầu và các định nghĩa cần thiết để cho phép các thiết bị 802.11 WLAN hoạt động tại những nơi không hỗ trợ chuẩn hiện tại. + 802.11i: 802.11i tăng tính bảo mật cho 802.11. Tiêu chuẩn này sẽ thay thế WEP (Wired Equipvalent Privacy - Bảo mật tương đương hữu tuyến) và được xây dựng dựa trên IEEE 802.1X. Có thể kiểm tra: TKIP (Giao thức tích hợp khóa tam thời), đồng bộ hóa các thay đổi khóa giữa các khách hàng và APs, AES (Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến) Các ứng dụng mạng LAN, hệ điều hành hoặc giao thức mạng, bao gồm cả TCP/IP, có thể chạy trên mạng không dây WLAN (Wireless Local Area Network) tương thích chuẩn 802.11 dễ dàng mà không cần tới hệ thống cáp dẫn phức tạp. WiFi đặc biệt thích hợp cho nhu cầu sử dụng di động và các điểm truy cập đông người dùng. Nó cho phép người sử dụng truy cập mạng giống như khi sử dụng công nghệ mạng máy tính truyền thống tại bất cứ thời điểm nào trong vùng phủ sóng. Thêm vào đó, WiFi có độ linh hoạt và khả năng phát triển mạng lớn do không bị ảnh hưởng bởi việc thay đổi lại vị trí, thiết kế lại mạng máy tính. Cũng vì là mạng không dây nên WiFi khắc phục được những hạn chế về đường cáp vật lý, giảm được nhiều chi phí triển khai thi công dây mạng và không phải tác động nhiều tới cơ sở hạ tầng. [4] 1.3 Kết luận chương Qua tìm hiểu những phần trình bày ở trên giúp ta hiểu được thế nào là mạng không dây, lợi ích của việc sử dụng mạng không dây và hoạt động của nó trong thực tế. trong mạng không dây có rất nhiều ví dụ như Wifi, Wlan, Wimax…. Để hiểu rỏ hơn về mạng không dây này ta đi sâu tìm hiểu về công nghệ Wimax sẻ được trình bày ở chương tiếp theo 20