Luận văn Nghiên cứu các giải pháp đảm bảo an ninh an toàn cho mạng không dây
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN ĐỨC DŨNG
NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN NINH
AN TOÀN CHO MẠNG KHÔNG DÂY
Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Mã số: 60.48.15
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Hồ Văn Hương
Hà Nội - 2009
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian tích cực tìm hiểu, nghiên cứu đến nay tôi đã hoàn thành tốt
các nhiệm vụ đề ra của luận văn. Có được kết quả này, trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn
sâu sắc nhất tới TS. Hồ Văn Hương giám đốc Trung tâm bảo mật thông tin kinh tế xã
hội - Ban Cơ yếu Chính phủ người đã tận tình hướng dẫn cho tôi những định hướng và
những ý kiến rất quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Truyền dữ liệu và
Mạng máy tính, Khoa Công nghệ thông tin, Phòng Đào tạo Sau đại học - Nghiên cứu
Khoa học, Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện
tốt nhất để tôi hoàn thành khóa học này. Đồng thời, tôi cũng xin chân thành cảm ơn
các thầy, cô giáo phản biện đã dành thời gian đọc luận văn và đóng góp nhiều ý kiến
bổ ích cho tôi.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè, những người luôn
khuyến khích và giúp đỡ tôi trong mọi hoàn cảnh khó khăn. Tôi xin cảm ơn cơ quan và
các đồng nghiệp đã hết sức tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và làm
luận văn này.
Hà Nội, ngày 28 tháng 04 năm 2009
Học viên
Nguyễn Đức Dũng
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những kiến thức trình bày trong luận văn này là do tôi tìm
hiểu, nghiên cứu và trình bày lại theo cách hiểu của tôi. Trong quá trình làm luận văn
tôi có tham khảo các tài liệu có liên quan và đã ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo đó.
Phần lớn những kiến thức tôi trình bày trong luận văn này chưa được trình bày hoàn
chỉnh trong bất cứ tài liệu nào.
Hà Nội, ngày 28 tháng 04 năm 2009
Học viên
Nguyễn Đức Dũng
1
MỤC LỤC
Mục lục
Trang
Danh mục các chữ viết tắt .......................................................................................................... 3
Danh mục các bảng ..................................................................................................................... 5
Danh mục các hình vẽ ................................................................................................................. 6
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY ......................................10
1.1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÁC CÔNG NGHỆ ỨNG
DỤNG TRONG MẠNG KHÔNG DÂY ...............................................................10
1.1.1. Sự phát triển của mạng không dây ..................................................................10
1.1.2. Các công nghệ ứng dụng trong mạng không dây .........................................19
1.1.3. Các kỹ thuật điều chế trải phổ ..........................................................................20
1.2. MÔ HÌNH MẠNG WLAN .............................................................................23
1.2.1. Giới thiệu .............................................................................................................23
1.2.2. Ưu điểm của mạng WLAN ...............................................................................23
1.2.3. Hoạt động của mạng WLAN ............................................................................24
1.2.4. Các mô hình của mạng WLAN ........................................................................24
1.2.5. Cự ly truyền sóng, tốc độ truyền dữ liệu ........................................................25
1.3. CHUẨN IEEE 802.11 CHO MẠNG WLAN ..................................................25
1.3.1. Giới thiệu .............................................................................................................25
1.3.2. Nhóm lớp vật lý PHY ........................................................................................26
1.3.3. Nhóm lớp liên kết dữ liệu MAC ......................................................................27
1.3.4. Các kiến trúc cơ bản của chuẩn 802.11 ..........................................................28
1.3.5. Các quá trình cơ bản diễn ra trong mô hình Infrastructure ........................30
1.4. KẾT CHƯƠNG ..............................................................................................32
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN NINH AN TOÀN CHO
MẠNG KHÔNG DÂY ............................................................................................33
2.1. THỰC TRẠNG MẤT AN NINH AN TOÀN CỦA MẠNG KHÔNG DÂY ...33
2.1.1. Khái niệm an ninh an toàn thông tin ...............................................................33
2.1.2. Đánh giá vấn đề an toàn, bảo mật hệ thống ...................................................33
2.1.3. Các nguy cơ mất an ninh an toàn trong mạng không dây ..........................35
2
2.2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MẬT MÃ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC ĐẢM BẢO
AN TOÀN VÀ BẢO MẬT MẠNG KHÔNG DÂY ..............................................41
2.2.1. Giới thiệu chung .................................................................................................41
2.2.2. Hệ mật mã khóa đối xứng .................................................................................41
2.2.3. Hệ mật mã khóa công khai ...............................................................................42
2.3. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN NINH AN TOÀN CHO
MẠNG WLAN ......................................................................................................44
2.3.1. Phương pháp bảo mật dựa trên WEP ..............................................................44
2.3.2. Phương pháp bảo mật dựa trên TKIP .............................................................53
2.3.3. Phương pháp bảo mật dựa trên AES-CCMP .................................................61
2.4. KẾT CHƯƠNG ..............................................................................................72
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP, PHÁT TRIỂN ỨNG
DỤNG ĐẢM BẢO AN NINH AN TOÀN CHO MẠNG WLAN NGÀNH CÔNG
AN ............................................................................................................................74
3.1. PHÂN TÍCH YÊU CẦU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ..........................................74
3.1.1. Giới thiệu .............................................................................................................74
3.1.2. Thực trạng và các yêu cầu đặt ra đối với mạng WLAN ngành công an...74
3.1.3. Đề xuất giải pháp đảm bảo an ninh cho mạng WLAN ngành công an.....75
3.2. THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG .....................................................83
3.2.1. Thiết kế ứng dụng ...............................................................................................83
3.2.2. Lập trình ứng dụng .............................................................................................83
3.3. MỘT SỐ TÍNH NĂNG ĐẠT ĐƯỢC CỦA CHƯƠNG TRÌNH ....................101
3.4. KẾT CHƯƠNG ............................................................................................103
KẾT LUẬN ...........................................................................................................104
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................105
3
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Từ gốc
Nghĩa tiếng Việt
AES
Advanced Encryption Standard
Chuẩn mã hóa tiên tiến
AMPS
Advanced Mobile Phone System
Hệ thống điện thoại di động
tiên tiến
AP
Access Point
Điểm truy cập
BS
Base Station
Trạm cơ sở
BSS
Basic Service Set
Tập dịch vụ cơ bản
Mode mã hóa CBC
Giao thức mã hóa CCM
CCM
CCMP
CDMA
Counter Mode - CBC MAC
Counter Mode - CBC MAC Protocol
Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
mã
CRC
Cyclic Redundancy Check
Kiểm tra dư thừa vòng
DECT
Digital Enhanced Cordless
Telecommunications
Viễn thông cố định không dây
kỹ thuật số nâng cao
DOS
Denial Of Service
Từ chối dịch vụ
DSSS
ESS
Direct Sequence Spread Spectrum
Extended Service Set
Trải phổ dãy trực tiếp
Tập dịch vụ mở rộng
Trải phổ nhảy tần
FHSS
GPRS
GSM
HSCSD
Frequency Hopping Spread Spectrum
General Packet Radio Service
Group Special Mobile
Dịch vụ vô tuyến gói chung
Nhóm đặc biệt về di động
High Speed Circuit Switched Data
Mạch chuyển dữ liệu tốc độ
cao
IBSS
ICV
Independent Basic Service Set
Integrity Check Value
Tập dịch vụ cơ bản độc lập
Giá trị kiểm tra tính toàn vẹn
IEEE
Institute of Electrical and Electronics
Engineers
Viện Công nghệ điện và điện
tử
IETF
IMTS
MAC
MIC
Internet Engineering Task Force
Hiệp hội kỹ sư tham gia phát
triển về internet
Improved Mobile Telephone System
Hệ thống điện thoại di động cải
tiến
Message Authentication Code
(cryptographic community use)
Mã chứng thực gói tin
Message Integrity Code
Mã toàn vẹn gói tin
4
MPDU
MSC
MAC Protocol Data Unit
Mobile Switching Center
Đơn vị dữ liệu giao thức MAC
Trung tâm chuyển mạch di
động
MSDU
MTS
MAC Service Data Unit
Mobile Telephone System
Nordic Mobile Telephony
Đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC
Hệ thống điện thoại di động
NMT
Hệ thống điện thoại di động
Bắc Âu
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao
PAN
PBX
PHS
Personal Area Network
Mạng vùng cá nhân
Tổng đài nhánh riêng
Private Brach Exchange
Personal Handy-phone System
Hệ thống điện thoại cầm tay cá
nhân
PSTN
Packet Switched Telephone Network
Mạng điện thoại chuyển mạch
gói
RF
Radio Frequency
Short Message Service
Wireless Station
Tần số sóng vô tuyến
Dịch vụ nhắn tin ngắn
SMS
STA
Thiết bị có hỗ trợ mạng không
dây
TACS
TDMA
TKIP
Total Access Communication System
Time Division Multiple Access
Temporal Key Integrity Protocol
Wired Equivalent Privacy
Hệ thống truyền thông truy cập
hoàn toàn
Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
Giao thức toàn vẹn khóa thời
gian
WEP
Bảo mật tương đương mạng
hữu tuyến
WLAN
WPA
Wireless Local Area Network
Wi-Fi Protected Access
Mạng cục bộ không dây
Truy cập mạng Wifi an toàn
5
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Những điểm yếu của WEP
Bảng 2.2: Cách khắc phục điểm yếu của WEP
Bảng 3.1: Các mode của WPA và WPA2
6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hoạt động của DSSS
Hình 1.2: Mô hình nhảy tần CABED
Hình 1.3: Phương thức điều chế OFDM
Hình 1.4: Mô hình mạng Ad-hoc (hay mạng ngang hàng)
Hình 1.5: Mô hình Infrastructure Mode
Hình 1.6: Bộ định tuyến không dây Linksys
Hình 1.7: Card mạng không dây Compaq 802.11b PCI
Hình 1.8: Chuẩn 802.11 trong mô hình OSI
Hình 1.9: Mô hình một BSS
Hình 1.10: Mô hình ESS
Hình 2.1: Phần mềm bắt gói tin Ethereal
Hình 2.2: Phần mềm thu thập thông tin hệ thống mạng không dây NetStumbler
Hình 2.3: Mô tả quá trình tấn công DOS tầng liên kết dữ liệu
Hình 2.4: Mô tả quá trình tấn công theo kiểu chèn ép
Hình 2.5: Mô tả quá trình tấn công theo kiểu thu hút
Hình 2.6: Mô hình hệ mật mã khóa đối xứng
Hình 2.7: Mô hình hệ mật mã khóa công khai
Hình 2.8: Quá trình chứng thực diễn ra trong WEP
Hình 2.9: Định dạng của gói tin chứng thực
Hình 2.10: Mã hóa chuỗi
Hình 2.11: Sự kết hợp của IV với khóa
Hình 2.12: Thêm ICV
Hình 2.13: Thêm IV và KeyID
Hình 2.14: Tạo và so sánh giá trị MAC (hoặc MIC)
Hình 2.15: Quá trình tạo khóa để mã
Hình 2.16: Quá trình xử lý ở bên phát
Hình 2.17: Quá trình xử lý ở bên thu
Hình 2.18: Quá trình hoạt động của ECB Mode
Hình 2.19: Ví dụ về Counter Mode
Hình 2.20: Quá trình xử lý gói tin trong CCMP
Hình 2.21: Trình tự xử lý một MPDU
Hình 2.22: Phần đầu CCMP
Hình 2.23: Mã hóa và giải mã
Hình 2.24: Bên trong khối mã hóa CCMP
Hình 2.25: MPDU sau quá trình mã (CH=CCMP Header)
Hình 2.26: Định dạng của khối đầu tiên để đưa vào CBC-MAC
Hình 2.27: Thành phần của khối đầu tiên để đưa vào CBC-MAC
7
Hình 2.28: Kết hợp số đếm Ctr trong CCMP AES Counter Mode
Hình 3.1: Mô hình tổng thể mạng máy tính BCA
Hình 3.2: Kết hợp các phương án mã hóa
Hình 3.3: Giải pháp đảm bảo an ninh mạng WLAN ngành công an
Hình 3.4: Mô hình triển khai mạng WPA (WPA2) Enterprise Mode
Hình 3.5: Các Module chính của chương trình
Hình 3.6: Thiết kế cửa sổ chính của chương trình
Hình 3.7: Thiết kế Form mã hóa
Hình 3.8: Thiết kế Form giải mã
Hình 3.9: Chọn người nhận mail trong danh sách
Hình 3.10: Thiết kế Form gửi thư
8
MỞ ĐẦU
Cuộc sống của con người ngày nay thực sự đã bước sang một kỷ nguyên mới,
một kỷ nguyên của khoa học công nghệ và truyền thông. Trong đó không thể không kể
đến sự ra đời và phát triển của mạng Internet, nó đã tác động mạnh mẽ đến đời sống
của chúng ta. Thông qua đó con người trên toàn thế giới xích lại gần nhau hơn, đơn
giản chỉ với một cái click chuột đã có thể liên lạc được với một người ở cách xa chúng
ta đến hàng ngàn dặm.
Cùng với các công nghệ mới thúc đẩy sự phát triển của mạng Internet thì mạng
không dây cũng đã có một chuyển biến mạnh mẽ, trong đó có mạng WLAN. Các thiết
bị trong mạng này kết nối với nhau không phải bằng các phương tiện truyền dẫn hữu
tuyến mà là bằng sóng vô tuyến. Ích lợi mà mạng này mang lại là khả năng thiết lập
kết nối tới các thiết bị không phụ thuộc vào hạ tầng dây dẫn. Cũng nhờ vào đặc điểm
của mạng không dây mà chi phí cho việc lắp đặt, duy trì, bảo dưỡng hay thay đổi
đường dây đã được giảm đi rất nhiều, đồng thời, tính linh hoạt được áp dụng một cách
khá hiệu quả, ở bất cứ đâu trong phạm vi phủ sóng của thiết bị chúng ta đều có thể kết
nối vào mạng.
Trong những năm gần đây, giới công nghệ thông tin đã chứng kiến sự bùng nổ
của nền công nghiệp mạng không dây. Khả năng liên lạc không dây đã gần như tất yếu
trong các thiết bị cầm tay, máy tính xách tay, điện thoại di động và các thiết bị số khác.
Với các tính năng ưu việt về vùng phục vụ kết nối linh động, khả năng triển
khai nhanh chóng, giá thành ngày càng giảm, mạng WLAN đã trở thành một trong
những giải pháp cạnh tranh có thể thay thế mạng Ethernet LAN truyền thống. Tuy
nhiên, sự tiện lợi của mạng không dây cũng đặt ra một thử thách lớn về bảo đảm an
ninh an toàn cho mạng không dây đối với các nhà quản trị mạng. Ưu thế về sự tiện lợi
của kết nối không dây có thể bị giảm sút do những khó khăn nảy sinh trong bảo mật
mạng.
Vấn đề này càng ngày càng trở nên cấp thiết và cần nhận được sự quan tâm từ
nhiều phía. Vì những lý đó cùng với niềm đam mê thực sự về những tiện lợi mà mạng
không dây mang lại đã khiến tôi quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu các giải pháp
đảm bảo an ninh an toàn cho mạng không dây” làm luận văn tốt nghiệp với mong
muốn có thể tìm hiểu, nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp để đảm bảo an ninh cho
mạng không dây trong đơn vị. Toàn bộ luận văn được chia làm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về mạng không dây
Trình bày tổng quan về các loại mạng không dây và các kỹ thuật được ứng
dụng trong mạng không dây, sau đó tập trung trình bày về mạng WLAN và chuẩn của
mạng WLAN cũng như những gì diễn ra trong quá trình thiết lập kết nối với một hệ
thống WLAN đơn giản (chưa có chứng thực và mã hóa).
Chương 2: Một số giải pháp đảm bảo an ninh an toàn cho mạng không dây
9
Trình bày thực trạng mất an ninh an toàn của mạng không dây, các kiểu tấn
công trong mạng không dây, các giao thức bảo mật trong mạng không dây, các kỹ
thuật mật mã ứng dụng để bảo mật mạng không dây và một số giải pháp cho việc đảm
bảo an ninh an toàn cho mạng WLAN.
Chương 3: Nghiên cứu, đề xuất giải pháp, phát triển ứng dụng đảm bảo an
ninh an toàn cho mạng WLAN ngành công an
Mục đích của chương này là nghiên cứu thực trạng yêu cầu đặt ra đối với mạng
WLAN ngành công an từ đó đề xuất giải pháp, phát triển ứng dụng nhằm đảm bảo an
ninh an toàn cho mạng WLAN ngành công an phục vụ tốt các mặt công tác nghiệp vụ
của lực lượng công an.
Trong quá trình làm luận văn không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong sự
đóng góp ý kiến của các thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè.
10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY
1.1. Tổng quan về mạng không dây và các công nghệ ứng dụng trong mạng
không dây
1.1.1. Sự phát triển của mạng không dây
1.1.1.1. Giới thiệu
Mặc dù mạng không dây đã có lịch sử hơn một thế kỷ, truyền dẫn không dây
được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền thông chỉ trong 15 – 20 năm gần đây.
Hiện nay lĩnh vực truyền thông không dây là một trong những phần phát triển nhanh
nhất của ngành công nghiệp viễn thông. Các hệ thống truyền thông không dây như
điện thoại tổ ong, điện thoại cố định không dây và điện thoại vệ tinh cũng như là
WLAN được sử dụng phổ biến và trở thành công cụ thiết yếu trong cuộc sống hàng
ngày của nhiều người, cả những người chuyên nghiệp và không chuyên. Sự phổ biến
của các hệ thống truyền thông không dây là do các lợi ích của nó so với các hệ thống
có dây. Những lợi ích quan trọng nhất của hệ thống không dây là tính di động và sự
tiết kiệm chi phí.
Có thể nói truyền dẫn không dây đã bắt đầu từ xa xưa trong lịch sử nhân loại.
Ngay từ thời cổ đại, con người đã sử dụng các phương pháp truyền thông thô sơ có thể
được xem là truyền thông không dây, ví dụ như dùng tín hiệu khói, phản chiếu ánh
sáng, cờ hiệu, lửa, ... Người Hy Lạp cổ đại đã sử dụng một hệ thống liên lạc bao gồm
một tập hợp các trạm quan sát trên các đỉnh đồi, mỗi một trạm có thể nhìn thấy được
trạm láng giềng của mình. Khi nhận một thông báo từ một trạm gần kề, người ở trạm
phát lại thông báo để chuyển tiếp nó đến trạm láng giềng kế tiếp. Sử dụng hệ thống
này các thông báo được trao đổi giữa các cặp trạm ở xa từ một trạm khác. Hệ thống
này cũng đã được dùng bởi các nền văn minh khác.
Tuy nhiên, như chúng ta hiểu về mạng không dây ngày nay sẽ là hợp logic hơn
khi cho rằng nguồn gốc của mạng không dây bắt đầu cùng với sự truyền sóng vô tuyến
lần đầu tiên. Việc này xảy ra vào năm 1895, một vài năm sau khi có một khám phá
quan trọng khác: sự phát minh ra điện thoại. Trong năm này, Guglielmo Marconi đã
thực hiện truyền dẫn không dây sóng vô tuyến giữa đảo Wight và một tàu kéo cách xa
nhau 18 dặm. Sáu năm sau đó, Marconi truyền thành công một tín hiệu sóng vô tuyến
băng qua Đại Tây Dương từ Cornwall tới Newfoundland và trong năm 1902 sự truyền
thông hai chiều đầu tiên băng qua Đại Tây Dương được thiết lập. Trong suốt những
năm tiếp theo với những hoạt động tiên phong của Marconi, sự truyền dẫn dựa trên
sóng vô tuyến tiếp tục được phát triển. Hệ thống điện thoại dựa trên sóng vô tuyến đầu
tiên có từ sau năm 1915, khi mà cuộc đàm thoại dựa trên sóng vô tuyến đầu tiên được
thiết lập giữa các con tàu.
1.1.1.2. Hệ thống điện thoại di động ban đầu
11
Trong năm 1946, hệ thống điện thoại di động công cộng đầu tiên còn được gọi
là MTS được giới thiệu tại 25 thành phố ở nước Mỹ. Do những hạn chế về công nghệ,
các máy thu phát di động của MTS rất lớn và chỉ có thể được mang theo bằng cách
chuyên chở bằng xe. Vì vậy, nó được sử dụng cho hệ thống điện thoại di động trên xe
ô tô. MTS là một hệ thống tương tự, điều đó có nghĩa rằng nó xử lý thông tin tiếng nói
như một dạng sóng liên tục. Dạng sóng này sau đó được sử dụng để điều biến/khử điều
biến sóng mang RF. Hệ thống này là bán song công, có nghĩa là tại một thời điểm cụ
thể người dùng chỉ có thể nói hoặc lắng nghe. Để chuyển giữa hai chế độ, người sử
dụng phải ấn một nút riêng biệt trên thiết bị đầu cuối.
Sự hạn chế chủ yếu của hệ thống MTS là điều khiển bằng tay các cuộc gọi và
trên thực tế một số lượng rất hạn chế các kênh là sẵn dùng: Trong phần lớn các trường
hợp, hệ thống cung cấp sự hỗ trợ cho 3 kênh, điều đó có nghĩa là chỉ 3 cuộc đàm thoại
có thể được phục vụ tại cùng một thời điểm trong một vùng cụ thể.
Một sự cải tiến của hệ thống MTS được gọi là IMTS, được đưa vào hoạt động
trong những năm 1960. IMTS sử dụng chuyển mạch cuộc gọi tự động và hỗ trợ truyền
song công hoàn toàn, vì vậy loại bỏ được việc làm trung gian của người điều hành
tổng đài trong một cuộc gọi và sự cần thiết phải có nút bấm để thực hiện cuộc nói
chuyện. Hơn nữa, hệ thống IMTS sử dụng 23 kênh.
1.1.1.3. Hệ thống điện thoại tế bào tương tự
Hệ thống IMTS sử dụng quang phổ kém hiệu quả, vì vậy khả năng cung cấp
nhỏ. Hơn thế nữa, thực tế là công suất của máy phát BS lớn gây giao thoa đến các hệ
thống gần kề cộng với vấn đề về khả năng hạn chế nhanh làm cho hệ thống không thực
tế. Một giải pháp cho vấn đề này được tìm kiếm trong suốt những năm 1950 và 1960
bởi các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm AT&T Bell, thông qua việc sử dụng khái
niệm tế bào đã dẫn đến một cuộc cách mạng trong phạm vi hệ thống điện thoại di động
một vài thập niên sau đó.
Theo đề xuất đầu tiên vào năm 1947 bởi D.H. Ring, khái niệm tế bào thay thế
các BS phủ sóng cao bằng một số các trạm phủ sóng thấp. Vùng phủ sóng của mỗi BS
được gọi là một “tế bào”. Như vậy, vùng vận hành của hệ thống được phân chia thành
một tập hợp gần kề các tế bào không bao phủ nhau. Phổ sẵn dùng được phân chia
thành các kênh và mỗi tế bào sử dụng tập hợp các kênh riêng của chính nó. Các tế bào
lân cận sử dụng tập hợp các kênh khác nhau để tránh sự giao thoa và tập hợp các kênh
giống nhau như vậy được sử dụng lại tại các tế bào cách xa từ một tế bào khác. Khái
niệm này được biết đến như là việc sử dụng lại tần số và cho phép một kênh nào đó có
thể được sử dụng trong nhiều hơn một tế bào vì vậy tăng hiệu quả của việc trải phổ.
Mỗi BS được kết nối qua các dây tới một thiết bị là MSC. Các MSC được liên kết với
nhau qua các dây trực tiếp hoặc là thông qua một MSC ở mức thứ hai. Các MSC ở
mức hai có thể được liên kết với nhau qua một MSC ở mức thứ ba và cứ tiếp tục như
thế... Các MSC cũng chịu trách nhiệm về việc gán tập hợp các kênh tới các tế bào khác
nhau.
12
Mức độ bao phủ của các máy phát đối với mỗi tế bào thấp dẫn tới sự cần thiết
phải hỗ trợ người sử dụng di chuyển giữa các tế bào để không làm suy biến đáng kể tín
hiệu của các cuộc gọi đang diễn ra. Tuy nhiên, vấn đề này ngày nay được nhận biết
như là sự chuyển giao, không thể giải quyết được ngay tại thời điểm khái niệm tế bào
được đề xuất mà phải đợi cho đến khi có sự phát triển của bộ vi xử lý, các thiết bị điện
tử có khả năng điều khiển từ xa tần số sóng vô tuyến và các trung tâm chuyển mạch.
Thế hệ đầu tiên của các hệ thống di động (hệ thống 1G) được thiết kế vào cuối
những năm 1960, do những trì hoãn để điều chỉnh nên việc triển khai hệ thống này bắt
đầu vào đầu những năm 1980. Những hệ thống này có thể được xem như là sự phát
triển tiếp theo của các hệ thống MTS/IMTS bởi vì chúng cũng là hệ thống tương tự.
Cuộc thử nghiệm dịch vụ đầu tiên của hệ thống di động tương tự hoạt động đầy đủ
được triển khai ở Chicago vào năm 1978. Hệ thống tương tự thương mại đầu tiên ở
Mỹ là AMPS đi vào hoạt động vào năm 1982 chỉ cho phép truyền thoại. Các hệ thống
giống như AMPS cũng được sử dụng ở nhiều nơi khác trên thế giới, như là TACS ở
Vương quốc Anh, Ý, Tây Ban Nha, Áo, Ireland, MCS-L1 ở Nhật Bản và NMT ở vài
quốc gia khác. Hệ thống AMPS vẫn còn được phổ biến ở nước Mỹ nhưng ngày nay
các hệ thống tương tự ít khi được sử dụng ở những nơi khác. Tất cả những chuẩn này
đều sử dụng điều biến tần số cho tiếng nói và thực hiện các quyết định chuyển giao
cho di động tại các trạm BS cơ sở dựa vào khả năng nhận được tại các BS ở gần di
động. Phổ sẵn dùng trong phạm vi mỗi tế bào được phân chia vào một số kênh và mỗi
cuộc gọi được gán cho một cặp kênh. Sự truyền thông bên trong phần có dây của hệ
thống cũng được kết nối với mạng PSTN, sử dụng một mạng chuyển mạch gói.
1.1.1.4. Hệ thống điện thoại tế bào số
Các hệ thống tế bào tương tự là bước đi đầu tiên cho ngành công nghiệp điện
thoại di động. Mặc dù với thành công quan trọng của chúng, chúng vẫn có một số bất
lợi là sự thực thi của hệ thống bị giới hạn. Những bất lợi này đã được làm giảm bớt bởi
thế hệ thứ hai của các hệ thống tế bào (các hệ thống 2G), các hệ thống điển hình cho
dữ liệu số. Hệ thống này thực hiện bằng cách chuyển các tín hiệu giọng nói qua một bộ
biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số (bộ biến đổi A/D) và sử dụng dòng bit kết
quả để điều biến sóng mang RF. Tại nơi nhận tín hiệu, quy trình ngược lại được thực
hiện.
So với các hệ thống tương tự, các hệ thống số hóa có một số lợi thế sau:
+ Lưu lượng được số hóa có thể được mã hóa dễ dàng để cung cấp sự riêng tư
và bảo mật. Các tín hiệu đã được mã hóa không thể bị chặn và nghe lỏm bởi những
người tham gia trái phép (ít nhất họ cũng phải có những thiết bị rất mạnh). Khả năng
mã hóa không thể thực hiện được trong các hệ thống tương tự, trong các hệ thống này
hầu hết thời gian truyền dữ liệu không có bất kỳ sự bảo vệ nào. Như vậy, cả cuộc đàm
thoại và tín hiệu báo hiệu mạng có thể dễ dàng bị chặn. Trên thực tế, đây là một vấn đề
quan trọng trong hệ thống 1G bởi vì có rất nhiều trường hợp những người nghe trộm
13
bắt được số định danh của người dùng và sử dụng chúng bất hợp pháp để thực hiện các
cuộc gọi.
+ Sự biểu diễn dữ liệu tương tự làm cho các hệ thống 1G dễ bị nhiễu, dẫn tới
chất lượng của các cuộc gọi biến thiên ở mức độ cao. Trong các hệ thống số, có thể áp
dụng các kỹ thuật phát hiện lỗi và sửa lỗi dòng bít âm thanh. Những kỹ thuật này làm
cho tín hiệu được truyền đi mạnh hơn nhiều bởi phía đầu thu có thể phát hiện và sửa
lỗi bít. Như vậy, những kỹ thuật này dẫn tới làm sạch các tín hiệu mà ít hoặc không
làm thay đổi tín hiệu, tất nhiên điều này làm cho chất lượng cuộc gọi tốt hơn. Hơn nữa,
dữ liệu số có thể được nén làm tăng hiệu quả của việc sử dụng phổ.
+ Trong các hệ thống tương tự, mỗi sóng mang RF được dành cho một người
dùng đơn lẻ bất kể người sử dụng đó có đang hoạt động (đang đàm thoại) hay không
hoạt động (không làm gì trong cuộc gọi). Trong các hệ thống số, mỗi sóng mang RF
được chia sẻ bởi nhiều hơn một người sử dụng bằng cách sử dụng các khe thời gian
khác nhau hoặc các mã khác nhau cho mỗi người sử dụng. Các khe hoặc mã chỉ được
gán cho người sử dụng khi họ có tải (hoặc là thoại hoặc là dữ liệu) gửi đi.
Một số hệ thống 2G đã được triển khai ở nhiều nơi khác nhau trên thế giới. Hầu
hết các hệ thống này bao gồm sự hỗ trợ cho dịch vụ nhắn tin, như là SMS được nhiều
người biết đến và một số các dịch vụ khác như sự nhận biết người gọi. Các hệ thống
2G cũng có thể gửi dữ liệu, mặc dù với tốc độ rất thấp (khoảng 10kbps). Tuy nhiên,
gần đây những người điều hành đang đề nghị nâng cấp cho các hệ thống 2G của họ.
Việc nâng cấp này được biết đến như là giải pháp 2.5G hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn.
1.1.1.4.1. GSM
Ở khắp Châu Âu, một phần phổ mới trong tầm khoảng 900 MHz được tạo ra có
thể dùng được cho các hệ thống 2G. Tiếp theo sau đó là sự phân phối tần số ở dải 1800
MHz. Hoạt động của hệ thống 2G tại Châu Âu được bắt đầu vào năm 1982 với sự hình
thành của một nhóm nghiên cứu nhằm mục đích chỉ rõ một chuẩn liên minh Châu Âu
chung. Tên của nhóm nghiên cứu này là GSM, sau đó đổi tên thành hệ thống truyền
thông di động toàn cầu. Kết quả của chuẩn chung là GSM được hình thành từ tên ban
đầu của nhóm nghiên cứu. Ngày nay, công nghệ 2G được ưa chuộng nhiều nhất, vào
năm 1999 cứ mỗi tuần lại có thêm một triệu người thuê bao mới. Tính phổ biến của hệ
thống này không phải chỉ do hiệu suất của nó mà cũng bởi trên thực tế chỉ có 2G là
chuẩn của Châu Âu. Điều này có thể được coi như là một lợi thế bởi vì nó làm đơn giản
hóa sự di chuyển của các thuê bao di động giữa các tổng đài và các nước khác nhau.
Việc triển khai hệ thống GSM thương mại đầu tiên được thực hiện vào năm 1992
và sử dụng dải tần 900 MHz. Hệ thống sử dụng dải tần 1800 MHz được biết đến như là
DCS 1800 nhưng hệ thống này về bản chất vẫn là GMS. GMS cũng có thể hoạt động
trong dải tần 1900 MHz đã được sử dụng ở Mỹ cho vài mạng số và trong dải tần 450
MHz để cung cấp một đường dẫn di trú từ chuẩn NMT 1G (chuẩn sử dụng dải tần 450
MHz) tới các hệ thống 2G.
14
GSM định nghĩa một số các kênh tần số, được tổ chức vào trong các khung và
lần lượt được phân chia vào các khe thời gian. Các khe này được sử dụng để xây dựng
cả kênh cho tải người dùng và kênh cho các thao tác điều khiển như điều khiển chuyển
giao, đăng ký, thiết lập cuộc gọi, … Tải người dùng có thể là thoại hoặc là dữ liệu tốc
độ thấp, khoảng 14.4 kbps.
1.1.1.4.2. HSCSD và GPRS
Lợi thế khác của GSM là sự hỗ trợ của nó cho vài công nghệ mở rộng để đạt
được tốc độ cao hơn cho các ứng dụng dữ liệu. Hai công nghệ đó là HSCSD và GPRS.
HSCSD là một sự nâng cấp đơn giản từ GSM. Trái ngược với GSM, nó đưa ra nhiều
hơn một khe thời gian trên khung tới một người dùng vì thế tốc độ dữ liệu gia tăng.
HSCSD cho phép một điện thoại sử dụng hai, ba hoặc bốn khe thời gian trên khung để
đạt được tốc độ tương ứng 28.8, 43.2 và 57.6 kbps. Hỗ trợ cho mối liên kết bất đối
xứng cũng được cung cấp, nghĩa là tốc độ truyền về có thể khác so với tốc độ truyền
đi. Một vấn đề của HSCSD là trên thực tế nó làm giảm bớt tuổi thọ của pin bởi vì việc
sử dụng nhiều khe thời gian làm cho các thiết bị đầu cuối tiêu tốn nhiều thời gian hơn
trong các chế độ phát và thu. Tuy nhiên, bởi vì thực tế các yêu cầu nhận về dùng ít hơn
đáng kể so với yêu cầu phát đi. HSCSD có thể hiệu quả cho việc duyệt web bởi đòi hỏi
tải xuống nhiều hơn tải lên.
Sự hoạt động của GPRS dựa trên nguyên lý tương tự như của HSCSD: phân
phối nhiều khe thời gian bên trong một khung. Tuy nhiên, sự khác biệt là GPRS là
chuyển mạch gói, trong khi GSM và HSCSD là chuyển mạch kênh. Điều này có nghĩa
là một thiết bị đầu cuối GSM hoặc HSCSD duyệt Internet tại tốc độ 14.4 kbps chiếm
giữ một mạch GSM/HSCSD 14.4 kbps trong toàn bộ khoảng thời gian kết nối, mặc dù
thực tế là hầu hết thời gian được dùng cho việc đọc những trang Web (tải xuống) hơn
là việc gửi thông tin đi (tải lên). Bởi vậy, dung lượng hệ thống bị bỏ phí đáng kể.
GPRS sử dụng dải tần theo yêu cầu (trong trường hợp của ví dụ trên, chỉ khi người sử
dụng tải xuống một trang mới). Trong GPRS, một liên kết 14.4 kbps đơn có thể được
chia sẻ bởi nhiều hơn một người sử dụng, tất nhiên các người dùng không thể cố gắng
đồng thời sử dụng mối liên kết tại tốc độ này. Từng người sử dụng được gán cho một
kết nối tốc độ rất thấp, các kết nối này có thể trong thời gian ngắn sử dụng dung lượng
bổ sung để cung cấp các trang Web. Các thiết bị đầu cuối GPRS hỗ trợ sự đa dạng về
tốc độ, trong phạm vi từ 14.4 đến 115.2 kbps, trong cả cấu hình đối xứng và bất đối
xứng.
1.1.1.4.3. D-AMPS
Trái ngược với Châu Âu, nơi mà GSM chỉ là chuẩn 2G được triển khai, thì
trong khi đó ở Mỹ có nhiều hơn một hệ thống 2G đang được sử dụng. Vào năm 1993,
một hệ thống dựa trên cơ sở khe thời gian được biết đến là IS-54 đã được triển khai, hệ
thống này đã cung cấp năng suất hệ thống cao gấp ba lần AMPS. Một sự cải tiến của
IS-54 là IS-136 được giới thiệu vào năm 1996 và đã hỗ trợ thêm những đặc tính bổ
sung. Những chuẩn này cũng được biết đến như là họ AMPS số (D-AMPS). D-AMPS
15
cũng hỗ trợ dữ liệu tốc độ thấp, với phạm vi điển hình khoảng 3 kbps. Tương tự như
HSCSD và GPRS trong GSM, sự cải tiến của D-AMPS dành cho dữ liệu, D-AMPS+
đưa ra đề nghị tăng tốc độ trong khoảng từ 9.6 đến 19.2 kbps. Có thể thấy là khoảng
tốc độ này là nhỏ hơn so với khoảng tốc độ được hỗ trợ bởi sự mở rộng của GSM.
Cuối cùng, một mở rộng khác đưa ra khả năng để gửi dữ liệu là dữ liệu gói kỹ thuật số
di động. Đây là chuyển mạch gói phủ lên cả AMPS và D-AMPS, cung cấp tốc độ
giống với D-AMPS+. Lợi thế của nó là rẻ hơn so với D-AMPS+ và đó là cách duy
nhất để đưa ra hỗ trợ dữ liệu trong mạng AMPS tương tự.
1.1.1.4.4. IS-95
Trong năm 1993, IS-95, một hệ thống 2G khác cũng được biết đến như là
cdmaOne đã được tiêu chuẩn hóa và hệ thống thương mại đầu tiên được triển khai tại
phía nam Hàn Quốc và Hồng Kông vào năm 1995, sau đó được triển khai tại Mỹ vào
năm 1996. IS-95 sử dụng cơ chế CDMA. Trong IS-95, có nhiều di động trong một tế
bào mà tín hiệu của nó được phân biệt bởi sự phân bố chúng với các mã khác nhau,
đồng thời sử dụng một kênh tần số. Như vậy, các tế bào láng giềng có thể sử dụng
cùng một tần số, không giống với tất cả các chuẩn khác được thảo luận cho đến lúc
này. IS-95 không tương thích với IS-136 và việc triển khai IS-95 tại nước Mỹ đã được
bắt đầu vào năm 1995. Cả IS-95 và IS-136 hoạt động trong cùng dải tần với AMPS.
IS-95 được thiết kế để hỗ trợ các thiết bị đầu cuối phương thức kép có thể hoạt động
dưới mạng IS-95 hoặc mạng AMPS. IS-95 hỗ trợ tải dữ liệu tại các tốc độ 4.8 và 14.4
kbps. Một sự mở rộng của IS-95, được biết đến như là IS-95b hay cdmaTwo, đưa ra hỗ
trợ cho 115.2 kbps bằng việc cho phép mỗi điện thoại sử dụng tám mã khác nhau để
thực hiện đồng thời tám truyền dẫn.
1.1.1.5. Điện thoại cố định không dây
Điện thoại cố định không dây xuất hiện lần đầu tiên vào những năm 1970 và
sau đó đã trải qua sự phát triển đáng kể. Ban đầu chúng được thiết kế để cung cấp tính
lưu động trong vùng bao phủ nhỏ, như là nhà ở hay văn phòng. Điện thoại cố định
không dây gồm có một máy thu phát cầm tay, liên lạc với một BS kết nối tới mạng
PSTN. Như vậy, điện thoại cố định không dây nhắm mục đích chủ yếu là thay thế kết
nối có dây của điện thoại thông thường bằng một kết nối không dây.
Điện thoại cố định không dây ban đầu là hệ thống tương tự. Kết quả thực tế là
chất lượng cuộc gọi kém. Tình trạng này đã được thay đổi với sự giới thiệu của điện
thoại cố định không dây số thế hệ thứ nhất, chúng cung cấp chất lượng thoại ngang
bằng như với điện thoại có dây.
Mặc dù điện thoại cố định không dây số thế hệ thứ nhất đã rất thành công
nhưng nó thiếu một số tính năng hữu ích thí dụ như khả năng để cho máy thu phát cầm
tay sử dụng được bên ngoài nhà ở hoặc văn phòng. Tính năng này đã được cung cấp
bởi điện thoại cố định không dây số thế hệ thứ hai. Chúng cũng được xem như là các
hệ thống điểm điện thoại và cho phép người dùng sử dụng máy thu phát cầm tay
không dây của họ ở các nơi như là nhà ga tàu hỏa, đường phố đông đúc… Những lợi
16
thế của hệ thống điểm điện thoại hơn điện thoại tế bào là đáng kể trong những khu vực
nơi mà các tế bào BS không thể tới được (như những ga đường ngầm).
Sự tiến hóa của điện thoại cố định không dây số dẫn đến hệ thống DECT. Đây
là một chuẩn điện thoại cố định không dây ở Châu Âu cung cấp sự hỗ trợ cho tính di
động. Đặc biệt, một tòa nhà có thể được trang bị với nhiều BS DECT được kết nối tới
một PBX. Trong một môi trường như vậy, một người sử dụng mang một máy thu phát
cầm tay không dây DECT có thể di chuyển từ vùng phủ sóng của một BS đến vùng
phủ sóng của BS khác mà không có sự phá vỡ cuộc gọi. Điều này có thể thực hiện
được là do DECT cung cấp sự hỗ trợ cho việc chuyển giao cuộc gọi giữa các BS. Theo
hướng này, DECT có thể được xem như là một hệ thống tế bào. DECT chỉ được sử
dụng phổ biến ở Châu Âu, hệ thống này cũng hỗ trợ dịch vụ dịch vụ điểm điện thoại.
Một chuẩn tương tự như DECT đang được sử dụng tại Nhật Bản. Chuẩn này
được biết đến như là PHS. Nó cũng hỗ trợ việc chuyển giao giữa các BS. Cả DECT và
PHS đều hỗ trợ kết nối 32 kbps hai chiều, sử dụng TDMA để truy cập môi trường
truyền thông và hoạt động trong dải tần 1900 MHz.
1.1.1.6. Các hệ thống dữ liệu không dây
Họ hệ thống điện thoại tế bào được định hướng chủ yếu hướng với mục đích
truyền thoại. Tuy nhiên, khi các hệ thống dữ liệu không dây được sử dụng cho việc
truyền dữ liệu chúng đã được số hóa từ khi bắt đầu. Đặc điểm của những hệ thống này
là sự truyền theo loạt: thiết bị đầu cuối giữ nguyên tình trạng nhàn rỗi trừ khi có một
gói tin được truyền. Hệ thống dữ liệu không dây đầu tiên được phát triển vào năm
1971 tại trường đại học Hawaii dưới công trình nghiên cứu ALOHANET. Ý tưởng của
công trình là đề xuất truyền thông hai chiều giữa các máy tính nằm trải khắp bốn hòn
đảo và một máy tính trung tâm trên đảo Oahu mà không sử dụng đường dây điện thoại.
ALOHA dùng một cấu trúc hình sao với máy tính trung tâm đóng vai trò như một hub.
Bất kỳ hai máy tính nào có thể liên lạc với nhau bằng cách chuyển tiếp tín hiệu truyền
của chúng thông qua hub. Hiệu suất của mạng này là thấp, tuy nhiên lợi thế của hệ
thống là tính đơn giản của nó. Dẫu cho tính di động không phải là một phần của
ALOHA, nhưng ALOHA là cơ sở cho các hệ thống dữ liệu không dây di động ngày nay.
1.1.1.6.1. WLAN
WLAN được sử dụng để cung cấp dữ liệu tốc độ cao trong phạm vi một vùng
tương đối nhỏ, ví dụ như một tòa nhà hoặc một công sở nhỏ. WLAN bắt đầu phát triển
vào giữa những năm 1980 và được khởi sự bởi quyết định của Ủy ban truyền thông liên
bang Mỹ (FCC) cho phép sử dụng đăng ký miễn phí dải tần của các ngành công nghiệp,
khoa học và y học (ISM). Tuy nhiên, những dải tần này có khả năng phải chịu sự giao
thoa đáng kể, vì vậy FCC đặt một giới hạn năng lượng cho mỗi đơn vị dải tần đối với hệ
thống dùng băng thông ISM. Từ quyết định này của FCC, đã có sự phát triển đáng kể
trong phạm vi của WLAN. Tuy nhiên, trong những năm đầu, việc thiếu những chuẩn
chung làm cho sự xuất hiện của nhiều sản phẩm giữ độc quyền dẫn đến thị trường bị
phân chia thành nhiều phần không tương thích.
17
Sự cố gắng đầu tiên để định nghĩa một chuẩn được thực hiện vào cuối những
năm 1980 bởi nhóm làm việc IEEE 802.4, nhóm này chịu trách nhiệm về sự phát triển
của phương pháp truy cập kênh truyền mã thông báo. Nhóm đã nhận thấy rằng truyền
mã thông báo là một phương pháp không có hiệu quả để điều khiển mạng không dây
và đề xuất phát triển một chuẩn thay thế. Kết quả là ban điều hành của dự án IEEE 802
quyết định thành lập nhóm làm việc IEEE 802.11, nhóm đã chịu trách nhiệm từ sự
định nghĩa chuẩn tầng phụ MAC và chuẩn tầng vật lý cho WLAN. Chuẩn 802.11 đầu
tiên cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 2 Mbps sử dụng truyền trải phổ trong dải tần ISM
hoặc truyền hồng ngoại. Vào tháng 9 năm 1999, hai phần bổ sung cho chuẩn chính
được chấp thuận bởi uỷ ban chuẩn IEEE. Chuẩn đầu tiên 802.11b, mở rộng sự thực thi
của lớp vật lý 2.4 GHz hiện hành, với tốc độ dữ liệu có khả năng lên tới 11 Mbps.
Chuẩn thứ hai, 802.11a nhắm mục đích cung cấp một tầng vật lý mới tốc độ dữ liệu
cao hơn (từ 20 đến 54 Mbps) trong dải tần ISM 5GHz. Tất cả những biến thể này sử
dụng cùng giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC) là giao thức điều khiển
truy nhập môi trường không dây nền tảng phân tán (DFWMAC). Đây là một giao thức
thuộc về họ của các giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang đã được biến đổi cho
môi trường không dây. IEEE 802.11 thường được đề cập tới như là Ethernet không
dây và có thể hoạt động ở trong chế độ ad hoc hoặc chế độ tập trung. Một mạng
WLAN ở chế độ ad hoc là một mạng ngang hàng được thiết lập để phục vụ yêu cầu
tạm thời. Không cần thiết phải đưa ra cơ sở hạ tầng mạng và sự điều khiển mạng là
phân tán dọc theo các nút mạng. Cơ sở hạ tầng WLAN sử dụng trục xương sống không
dây hoặc có dây tốc độ cao. Trong một cấu trúc mạng, các nút di động truy cập kênh
không dây dưới sự phối hợp của một BS tới một mạng xương sống cố định.
Ngoài chuẩn IEEE 802.11, một chuẩn WLAN khác, mạng cục bộ vô tuyến
Châu Âu hiệu suất cao (HIPERLAN), đã được phát triển bởi nhóm RES10 của viện
tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) như là chuẩn Pan-European cho các mạng
WLAN tốc độ cao. Chuẩn HIPERLAN 1 bao phủ cả tầng MAC và tầng vật lý, cung
cấp tốc độ dữ liệu giữa khoảng 2 và 25 Mbps bằng việc sử dụng điều biến sóng vô
tuyến dải hẹp trong dải tần 5.2 GHz. HIPERLAN 1 cũng sử dụng giao thức giống như
CSMA. Mặc dù trên thực tế nó cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn so với đa số biến thể
802.11 nhưng nó ít phổ biến hơn so với 802.11 do gần đây nền tảng cần cài đặt lớn
hơn nhiều. Cũng giống như IEEE 802.11, HIPERLAN 1 có thể hoạt động trong chế độ
ad hoc hoặc với sự giám sát của BS cung cấp sự truy nhập tới mạng xương sống có dây.
1.1.1.6.2. Mạng ATM không dây (WATM)
Vào năm 1996, diễn đàn ATM đã chấp thuận một nhóm nghiên cứu dành cho
WATM. WATM nhắm tới kết hợp các lợi thế tự do di chuyển của mạng không dây với
sự dồn kênh thống kê (sự phân phối băng thông linh hoạt) và đảm bảo chất lượng dịch
vụ được hỗ trợ bởi mạng ATM truyền thống. Các đặc tính phân phối băng thông linh
hoạt và đảm bảo chất lượng dịch vụ là cần thiết để hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện
qua môi trường không dây. Các đặc tính này không được hỗ trợ trong các mạng LAN
18
truyền thống bởi vì trên thực tế điều này được tạo ra cho sự truyền tải dữ liệu không
đồng bộ.
Một nỗ lực nhằm phát triển hệ thống WLAN cung cấp các khả năng của WATM
là HIPERLAN 2. Đây là một hệ thống hướng kết nối tương thích với ATM, sử dụng gói
tin kích thước cố định và cung cấp sự truy nhập không dây tốc độ cao (lên tới 54 Mbps
tại tầng vật lý) đến các loại mạng. Bản chất tính hướng kết nối của hệ thống hỗ trợ các
ứng dụng cần phải đảm bảo chất lượng dịch vụ.
1.1.1.6.3. PAN
Mạng PAN là bước kế tiếp ở dưới mạng LAN và các ứng dụng đích yêu cầu
truyền thông trong phạm vi thông rất ngắn (điển hình là trong phạm vi một vài mét).
Nghiên cứu ban đầu về mạng PAN được thực hiện vào năm 1996. Tuy nhiên, nỗ lực
đầu tiên để định nghĩa một chuẩn cho mạng PAN bắt đầu từ dự án Ericsson vào năm
1994. Dự án này có tên là Bluetooth, nhằm mục đích tìm kiếm một giải pháp cho
truyền thông không dây giữa điện thoại di động và các phụ kiện có liên quan. Hiện giờ
nó là một chuẩn công nghiệp mở được chấp nhận bởi hơn 100 công ty và nhiều sản
phẩm Bluetooth đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường. Phiên bản gần đây nhất được phát
hành vào năm 2001. Bluetooth hoạt động trong dải tần ISM 2.4 MHz, nó hỗ trợ các
kênh thoại 64 kbps và các kênh dữ liệu không đồng bộ với tốc độ lên tới 721 kbps.
Phạm vi hoạt động được hỗ trợ là 10m (tại công suất truyền 1mW) và 100m (tại công
suất truyền 1mW).
Một dự án PAN khác là HomeRF, phiên bản mới nhất được phát hành vào năm
2001. Phiên bản này cung cấp kết nối thoại 32 kbps và tốc độ dữ liệu lên tới 10 Mbps.
HomeRF cũng hoạt động trong dải tần 2.4 MHz và phạm vi hỗ trợ khoảng chừng 50m.
Tuy nhiên, Bluetooth dường như có nhiều phát triển công nghiệp hơn HomeRF.
Trong năm 1999, IEEE cũng đã hợp nhất vùng tiêu chuẩn hóa PAN với sự hình
thành của nhóm làm việc 802.15. Vì thực tế Bluetooth và HomeRF có trước sáng kiến
của IEEE, mục đích của nhóm làm việc 802.15 sẽ thực hiện được khả năng tương tác
giữa các dự án này.
1.1.1.7. Các hệ thống truyền thông vệ tinh
Kỷ nguyên của các hệ thống vệ tinh bắt đầu vào năm 1957 với sự phóng tàu
Sputnik của Liên bang Soviet. Tuy nhiên, khả năng truyền thông của Sputnik còn rất
hạn chế. Vệ tinh truyền thông thực sự đầu tiên là AT&T Telstar 1, nó được phóng
thành công bởi NASA vào năm 1962. Telstar 1 được tăng cường vào năm 1963 bởi vệ
tinh kế vị của nó, Telstar 2. Từ thời đại của vệ tinh Telstar đến nay, truyền thông vệ
tinh đã có được một sự phát triển to lớn cung cấp các dịch vụ như dữ liệu, phân
trang, thoại, TV broadcasting, truy cập Internet và một số dịch vụ di động.
Các quỹ đạo của vệ tinh thuộc về ba loại khác nhau. Theo thứ tự tăng của độ
cao có các loại quỹ đạo tròn như Quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO), Quỹ đạo Trái
Đất tầm trung (MEO) và Quỹ đạo Trái Đất đồng bộ (GEO) tại những khoảng cách
tương ứng trong phạm vi 100 - 1000 km, 5000 - 15000 km và xấp xỉ 36000 km.
19
Hiện cũng có những vệ tinh sử dụng các quỹ đạo hình elip, và những cố gắng để
kết hợp đặc tính trễ trong truyền tải thấp của hệ thống LEO và tính chất ổn định của
hệ thống GEO.
Khuynh hướng ngày nay là sử dụng quỹ đạo LEO, nó cho phép trễ truyền tải
nhỏ, xây dựng đơn giản và các đơn vị di động mặt đất gọn nhẹ. Một số các hệ
thống LEO đã xuất hiện như Globalstar và Iridium, chúng cung cấp các dịch vụ
thoại và dữ liệu với tốc độ lên tới 10 kbps.
1.1.2. Các công nghệ ứng dụng trong mạng không dây
1.1.2.1. Công nghệ sử dụng ánh sáng hồng ngoại
Sử dụng ánh sáng hồng ngoại là một cách thay thế các sóng vô tuyến để kết nối
các thiết bị không dây, bước sóng hồng ngoại từ khoảng 0.75 - 1000 micromet. Ánh
sáng hồng ngoại không truyền qua được các vật chắn sáng, không trong suốt. Về hiệu
suất, ánh sáng hồng ngoại có độ rộng băng tần lớn, làm cho tín hiệu có thể truyền dữ
liệu với tốc độ rất cao, tuy nhiên ánh sáng hồng ngoại không thích hợp như sóng vô
tuyến cho các ứng dụng di động do vùng phủ sóng hạn chế. Phạm vi phủ sóng của nó
khoảng 10 m, đây là một phạm vi quá nhỏ. Vì vậy mà nó thường ứng dụng cho các
điện thoại di động, máy tính có cổng hồng ngoại trao đổi thông tin với nhau với điều
kiện là đặt sát gần nhau.
1.1.2.2. Công nghệ Bluetooth
Bluetooth còn gọi là IEEE 802.15.1 là một chuẩn công nghiệp cho mạng vùng
cá nhân sử dụng kết nối dữ liệu không dây. Bluetooth là công nghệ không dây cho
phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô
tuyến qua băng tần chung ISM trong dãy tần 2.40- 2.48 GHz. Đây là dãy băng tần
không cần đăng ký được dành riêng để dùng cho các thiết bị không dây trong công
nghiệp, khoa học, y tế.
Mạng Bluetooth sử dụng phương thức FHSS. Trong mạng Bluetooth, các phần
tử có thể kết nối với nhau theo kiểu Ad hoc ngang hàng hoặc theo kiểu tập trung, có 1
máy xử lý chính và có tối đa là 7 máy có thể kết nối vào. Khoảng cách chuẩn để kết nối
giữa 2 đầu là 10 m, nó có thể truyền qua tường, qua các đồ đạc vì công nghệ này không
đòi hỏi đường truyền phải là tầm nhìn thẳng. Tốc độ dữ liệu tối đa là 740 Kbps.
1.1.2.3. Công nghệ HomeRF
Công nghệ này cũng giống như công nghệ Bluetooth, hoạt động ở dải tần 2.4
GHz, tổng băng thông tối đa là 1.6 Mbps và 650Kbps cho mỗi người dùng. HomeRF
cũng dùng phương thức điều chế FHSS. Điểm khác so với Bluetooth là công nghệ
HomeRF hướng tới thị trường nhiều hơn. Việc bổ sung chuẩn SWAP - Standard
Wireless Access Protocol cho HomeRF cung cấp thêm khả năng quản lý các ứng dụng
đa phương tiện một cách hiệu quả hơn.
1.1.2.4. Công nghệ HyperLAN
HyperLAN – High Performance Radio LAN theo chuẩn của Châu Âu là tương
đương với công nghệ 802.11. HyperLAN loại 1 hỗ trợ băng thông 20 Mpbs, làm việc
20
ở dải tần 5 GHz. HyperLAN 2 cũng làm việc trên dải tần này nhưng hỗ trợ băng thông
lên tới 54 Mpbs. Công nghệ này sử dụng kiểu kết nối hướng đối tượng hỗ trợ nhiều
thành phần đảm bảo chất lượng, đảm bảo cho các ứng dụng đa phương tiện.
HiperLAN Type 1
HiperLAN Type 2 HiperAccess HiperLink
Wireless
Wireless
Local Loop
5 GHz
Wireless
Application
Wireless ATM
Ethernet (LAN)
5 GHz
Point-to-Point
17 GHz
Frequency
Data Rate
5 GHz
23.5 Mbps
~20 Mbps
~20 Mbps
~155 Mbps
1.1.2.5. Công nghệ WiMax
Wimax là mạng WMAN bao phủ một vùng rộng lớn hơn nhiều mạng WLAN,
kết nối nhiều toà nhà qua những khoảng cách địa lý rộng lớn. Công nghệ Wimax dựa
trên chuẩn IEEE 802.16 và HiperMAN cho phép các thiết bị truyền thông trong một
bán kính lên đến 50 km và tốc độ truy nhập mạng lên đến 70 Mbps.
1.1.2.6. Công nghệ WiFi
WiFi là mạng WLAN bao phủ một vùng rộng hơn mạng WPAN, giới hạn đặc
trưng trong các văn phòng, nhà hàng, gia đình,… Công nghệ WiFi dựa trên chuẩn
IEEE 802.11 cho phép các thiết bị truyền thông trong phạm vi 100 m với tốc độ 54
Mbps. Hiện nay công nghệ này khá phổ biến ở những thành phố lớn mà đặc biệt là
trong các quán cafe internet.
1.1.2.7. Công nghệ 3G
3G là mạng WWAN - mạng không dây bao phủ phạm vi rộng nhất. Mạng 3G
cho phép truyền thông dữ liệu tốc độ cao và dung lượng thoại lớn hơn cho những
người dùng di động. Những dịch vụ tế bào thế hệ kế tiếp cũng dựa trên công nghệ 3G.
1.1.2.8. Công nghệ UWB
UWB (Ultra Wide Band) là một công nghệ mạng WPAN tương lai với khả
năng hỗ trợ thông lượng cao lên đến 400 Mbps ở phạm vi ngắn tầm 10 m. UWB sẽ có
lợi ích giống như truy nhập USB không dây cho sự kết nối những thiết bị ngoại vi máy
tính tới PC.
1.1.3. Các kỹ thuật điều chế trải phổ
Hầu hết các mạng WLAN sử dụng công nghệ trải phổ. Điều chế trải phổ trải
năng lượng của tín hiệu trên một độ rộng băng tần truyền dẫn lớn hơn nhiều so với độ
rộng băng tần cần thiết tối thiểu. Điều chế trải phổ không hiệu quả về độ rộng băng tần
khi được sử dụng bởi một người sử dụng. Tuy nhiên, do nhiều người sử dụng có thể
dùng chung cùng độ rộng băng tần phổ mà không gây nhiễu với nhau, các hệ thống
trải phổ trở nên có hiệu quả về độ rộng băng tần trong môi trường nhiều người sử
dụng. Điều chế trải phổ sử dụng hai phương pháp trải tín hiệu trên một băng tần rộng
hơn: DSSS và FHSS.
21
1.1.3.1. DSSS
DSSS kết hợp một tín hiệu dữ liệu tại trạm gửi với một chuỗi bit tốc độ dữ liệu
cao hơn nhiều, mà nhiều người xem như một chipping code (còn gọi là một gain xử
lý). Một gain xử lý cao làm tăng khả năng chống nhiễu của tín hiệu. Gain xử lý tuyến
tính tối thiểu mà FCC – Federal Communications Commission cho phép là 10, và hầu
hết các sản phẩm khai thác dưới 20. Nhóm làm việc của IEEE đặt gain xử lý tối thiểu
cần thiết của 802.11 là 11.
Hình 1.1: Hoạt động của DSSS
Hình trên cho thấy một ví dụ về hoạt động của DSSS. Một chipping code được
biểu thị bởi các bit dữ liệu logic 0 và 1. Khi luồng dữ liệu được phát, mã tương ứng
được gửi. Ví dụ, truyền dẫn một bit dữ liệu bằng 1 sẽ dẫn đến chuỗi 00010011100
đang được gửi.
Nhiều sản phẩm DSSS trên thị trường sử dụng nhiều hơn một kênh trên cùng
một khu vực, tuy nhiên số kênh khả dụng bị hạn chế. Với dãy trực tiếp, nhiều sản
phẩm hoạt động trên các kênh riêng biệt bằng cách chia băng tần số thành các kênh tần
số không gối nhau. Điều này cho phép một số mạng riêng biệt hoạt động mà không
gây nhiễu lẫn nhau. Tuy nhiên, độ rộng băng tần phải đủ để điều tiết các tốc độ dữ liệu
cao.
1.1.3.2. FHSS
Trong FHSS, tín hiệu dữ liệu của người sử dụng được điều chế với một tín hiệu
sóng mang. Các tần số sóng mang của những người sử dụng riêng biệt được làm cho
khác nhau theo kiểu giả ngẫu nhiên trong một kênh băng rộng. Dữ liệu số được tách
thành các cụm dữ liệu kích thước giống nhau được phát trên các tần số sóng mang
khác nhau. Độ rộng băng tần tức thời của các cụm truyền dẫn nhỏ hơn nhiều so với
toàn bộ độ rộng băng tần trải phổ. Mã giả ngẫu nhiên thay đổi các tần số sóng mang
của người sử dụng, ngẫu nhiên hóa độ chiếm dụng của một kênh cụ thể tại bất kỳ thời
điểm nào. Trong máy thu nhảy tần, một mã giả ngẫu nhiên được phát nội bộ được sử
dụng để đồng bộ tần số tức thời của các máy thu với các máy phát. Tại bất kỳ thời
điểm nào, một tín hiệu nhảy tần chiếm một kênh đơn tương đối hẹp. Nếu tốc độ thay
đổi của tần số sóng mang lớn hơn nhiều so với tốc độ ký tự thì hệ thống được coi như
22
là một hệ thống nhảy tần nhanh. Nếu kênh thay đổi tại một tốc độ nhỏ hơn hoặc bằng
tốc độ ký tự thì hệ thống được gọi là nhảy tần chậm.
Hình 1.2: Mô hình nhảy tần CABED
Một hệ thống nhảy tần cung cấp một mức bảo mật, đặc biệt là khi sử dụng một
số lượng lớn kênh, do một máy thu vô tình không biết chuỗi giả ngẫu nhiên của các
khe tần số phải dò lại nhanh chóng để tìm tín hiệu mà họ muốn nghe trộm. Ngoài ra,
tín hiệu nhảy tần hạn chế được sự giảm âm (fading), do có thể sử dụng sự mã hóa điều
khiển lỗi và sự xen kẽ để bảo vệ tín hiệu nhảy tần khỏi sự suy giảm rõ rệt đôi khi có
thể xảy ra trong quá trình nhảy tần. Việc mã hóa điều khiển lỗi và xen kẽ cũng có thể
được kết hợp để tránh một kênh xóa bỏ khi hai hay nhiều người sử dụng phát trên cùng
kênh tại cùng thời điểm.
1.1.3.3. Kỹ thuật OFDM
OFDM là một kỹ thuật đã ra đời từ nhiều năm trước đây, từ những năm 1960,
1970 khi người ta nghiên cứu về hiện tượng nhiễu xảy ra giữa các kênh, nhưng nó chỉ
thực sự trở nên phổ biến trong những năm gần đây nhờ sự phát triển của công nghệ xử
lý tín hiệu số. OFDM được đưa vào áp dụng cho công nghệ truyền thông không dây
băng thông rộng nhằm khắc phục một số nhược điểm và tăng khả năng về băng thông
cho công nghệ mạng không dây. OFDM được áp dụng cho chuẩn IEEE 802.11a và
chuẩn ETSI HiperLAN/2, nó cũng được áp dụng cho công nghệ phát thanh, truyền
hình ở các nước Châu Âu.
Hình 1.3: Phương thức điều chế OFDM
23
OFDM là phương thức điều chế đa sóng mang được chia thành nhiều luồng dữ
liệu với nhiều sóng mang khác nhau (hay còn gọi là những kênh hẹp) truyền cùng
nhau trên một kênh chính, mỗi luồng chỉ chiếm một tỷ lệ dữ liệu rất nhỏ. Sau khi bên
thu nhận dữ liệu, nó sẽ tổng hợp các nhiều luồng đó để ghép lại bản tin ban đầu.
Nguyên lý hoạt động của phương thức này cũng giống như của công nghệ CDMA .
1.2. Mô hình mạng WLAN
1.2.1. Giới thiệu
Thuật ngữ “mạng máy tính không dây” hay còn là mạng WLAN nói đến công
nghệ cho phép hai hay nhiều máy tính giao tiếp với nhau dùng những giao thức mạng
chuẩn nhưng không cần dây cáp mạng. Các mạng máy tính không dây sử dụng các
sóng điện từ không gian (sóng vô tuyến hoặc sóng ánh sáng) để thu, phát dữ liệu qua
không khí, giảm thiểu nhu cầu về kết nối bằng dây. Vì vậy, các mạng WLAN kết hợp
liên kết dữ liệu với tính di động của người sử dụng.
Công nghệ này bắt nguồn từ một số chuẩn công nghiệp như là IEEE 802.11 đã
tạo ra một số các giải pháp không dây có tính khả thi trong kinh doanh, công nghệ chế
tạo, các trường đại học… khi mà ở đó mạng hữu tuyến là không thể thực hiện được.
Ngày nay, các mạng WLAN càng trở nên quen thuộc hơn, được công nhận như một sự
lựa chọn kết nối đa năng cho một phạm vi lớn các khách hàng kinh doanh.
1.2.2. Ưu điểm của mạng WLAN
Mạng WLAN đang nhanh chóng trở thành một mạng cốt lõi trong các mạng
máy tính và đang phát triển vượt trội. Với công nghệ này, những người sử dụng có thể
truy cập thông tin dùng chung mà không phải tìm kiếm chỗ để nối dây mạng, chúng ta
có thể mở rộng phạm vi mạng mà không cần lắp đặt hoặc di chuyển dây. Các mạng
WLAN có ưu điểm về hiệu suất, sự thuận lợi, cụ thể như sau:
- Tính di động: Những người sử dụng mạng WLAN có thể truy nhập nguồn
thông tin ở bất kỳ nơi nào. Tính di động này sẽ tăng năng suất và tính kịp thời, thỏa
mãn nhu cầu về thông tin mà các mạng hữu tuyến không thể có được.
- Tính đơn giản: Việc lắp đặt, thiết lập, kết nối một mạng WLAN rất dễ dàng,
đơn giản và có thể tránh được việc kéo cáp qua các bức tường và trần nhà.
- Tính linh hoạt: Có thể triển khai mạng WLAN ở những nơi mà mạng hữu
tuyến không thể triển khai được hoặc khó triển khai.
- Tiết kiệm chi phí lâu dài: Trong khi đầu tư cần thiết ban đầu đối với phần
cứng của một mạng máy tính không dây có thể cao hơn chi phí phần cứng của một
mạng hữu tuyến nhưng toàn bộ phí tổn lắp đặt và các chi phí về thời gian tồn tại có thể
thấp hơn đáng kể. Chi phí dài hạn có lợi nhất trong các môi trường động cần phải di
chuyển và thay đổi thường xuyên.
- Khả năng vô hướng: Các mạng WLAN có thể được cấu hình theo các topo
khác nhau để đáp ứng các nhu cầu ứng dụng và lắp đặt cụ thể. Các cấu hình dễ dàng
thay đổi từ các mạng ngang hàng thích hợp cho một số lượng nhỏ người sử dụng đến
24
các mạng có cơ sở hạ tầng đầy đủ dành cho hàng nghìn người sử dụng mà có khả năng
di chuyển trên một vùng rộng.
1.2.3. Hoạt động của mạng WLAN
Các mạng WLAN sử dụng các sóng điện từ không gian (vô tuyến hoặc ánh sáng)
để truyền thông tin từ một điểm tới điểm khác. Các sóng vô tuyến thường được xem
như các sóng mang vô tuyến do chúng chỉ thực hiện chức năng cung cấp năng lượng
cho một máy thu ở xa. Dữ liệu đang được phát được điều chế trên sóng mang vô tuyến
(thường được gọi là điều chế sóng mang nhờ thông tin đang được phát) sao cho có thể
được khôi phục chính xác tại máy thu.
Nhiễu sóng mang vô tuyến có thể tồn tại trong cùng không gian, tại cùng thời
điểm mà không gây nhiễu lẫn nhau nếu các sóng vô tuyến được phát trên các tần số vô
tuyến khác nhau. Để nhận lại dữ liệu, máy thu vô tuyến sẽ thu trên tần số vô tuyến của
máy phát tương ứng.
Trong một cấu hình mạng WLAN tiêu chuẩn, một thiết bị thu/phát (bộ thu/phát)
được gọi là một điểm truy cập, nối với mạng hữu tuyến từ một vị trí cố định sử dụng
cáp tiêu chuẩn. Chức năng tối thiểu của điểm truy cập là thu, làm đệm, và phát dữ liệu
giữa mạng WLAN và cơ sở hạ tầng mạng hữu tuyến. Một điểm truy cập đơn có thể hỗ
trợ một nhóm nhỏ người sử dụng và có thể thực hiện chức năng trong một phạm vi từ
một trăm đến vài trăm feet. Điểm truy cập (hoặc anten được gắn vào điểm truy cập)
thường được đặt cao nhưng về cơ bản có thể được đặt ở bất kỳ chỗ nào miễn là đạt
được vùng phủ sóng mong muốn.
Những người sử dụng truy cập vào mạng WLAN thông qua các bộ thích ứng
máy tính không dây như các Card mạng không dây trong các máy tính, các máy Palm,
PDA. Các bộ thích ứng máy tính không dây cung cấp một giao diện giữa hệ thống điều
hành mạng của máy khách và các sóng không gian qua một anten. Bản chất của kết nối
không dây là trong suốt đối với hệ điều hành mạng.
1.2.4. Các mô hình của mạng WLAN
1.2.4.1. Kiểu Ad-hoc
Trong kiểu Ad-hoc mỗi máy tính trong mạng giao tiếp trực tiếp với nhau thông
qua các thiết bị card mạng không dây mà không dùng đến các thiết bị định tuyến hay
thu phát không dây.
Hình 1.4: Mô hình mạng Ad-hoc (hay mạng ngang hàng)
25
1.2.4.2. Kiểu Infrastructure
Các máy tính trong hệ thống mạng sử dụng một hoặc nhiều các thiết bị định
tuyến hay thiết bị thu phát để thực hiện các hoạt động trao đổi dữ liệu với nhau và các
hoạt động khác.
Hình 1.5: Mô hình Infrastructure Mode
1.2.5. Cự ly truyền sóng, tốc độ truyền dữ liệu
Truyền sóng điện từ trong không gian sẽ gặp hiện tượng suy hao. Vì thế đối với
kết nối không dây nói chung, khoảng cách càng xa thì khả năng thu tín hiệu càng kém,
tỷ lệ lỗi sẽ tăng lên, dẫn đến tốc độ truyền dữ liệu sẽ phải giảm xuống.
Các tốc độ của chuẩn không dây như 11 Mbps hay 54 Mbps không liên quan
đến tốc độ kết nối hay tốc độ download, vì những tốc độ này được quyết định bởi nhà
cung cấp dịch vụ Internet.
Với một hệ thống mạng không dây, dữ liệu được gửi qua sóng radio nên tốc độ
có thể bị ảnh hưởng bởi các tác nhân gây nhiễu hoặc các vật thể lớn. Thiết bị định
tuyến không dây sẽ tự động điều chỉnh xuống các mức tốc độ thấp hơn, ví dụ như là từ
11 Mbps sẽ giảm xuống còn 5.5 Mbps và 2 Mbps hoặc thậm chí là 1 Mbps.
1.3. Chuẩn IEEE 802.11 cho mạng WLAN
1.3.1. Giới thiệu
IEEE là tổ chức đi tiên phong trong lĩnh vực chuẩn hóa mạng LAN với đề án
IEEE 802 nổi tiếng bắt đầu triển khai từ năm 1980 và kết quả là hàng loạt chuẩn thuộc
họ IEEE 802.x ra đời, tạo nên một sự hội tụ quan trọng cho việc thiết kế và cài đặt các
mạng LAN trong thời gian qua.
IEEE 802.11 là chuẩn mạng WLAN do Ủy ban các chuẩn về LAN/MAN của
IEEE phát triển, hoạt động ở tần số 5 GHz và 2.4 GHz.
IEEE 802.11 và Wifi nhiều khi được hiểu là một, nhưng thực ra là có sự khác
biệt giữa chúng. Wifi là một chuẩn công nghiệp đã được cấp chứng nhận và chỉ là một
bộ phận của chuẩn 802.11. Wifi do Wi-Fi Alliance đưa ra để chỉ các sản phẩm WLAN
dựa trên các chuẩn IEEE 802.11 được tổ chức này chứng nhận. Những ứng dụng phổ
biến của Wifi bao gồm Internet, VoIP, Game, ngoài ra còn có các thiết bị điện tử gia
dụng như Tivi, đầu DVD, Camera, …
26
Hình 1.6: Bộ định tuyến không dây Linksys
Hình 1.7: Card mạng không dây Compaq 802.11b PCI
IEEE 802.11 là một phần trong nhóm các chuẩn 802. Trong 802 lại bao gồm
các chuẩn ở mức nhỏ hơn, như chuẩn 802.3 là chuẩn về Ethernet, 802.5 (token ring),
802.11 là chuẩn về mạng WLAN,… Chuẩn 802.11 được sử dụng kết hợp với
802.2(LLC) của lớp liên kết.
Hình 1.8: Chuẩn 802.11 trong mô hình OSI.
Họ các chuẩn 802.11 hiện nay bao gồm rất nhiều các kỹ thuật điều chế dựa trên
cùng một giao thức cơ bản. Các kỹ thuật phổ biến nhất là b và g, các chuẩn khác cũng
đang được phát triển và cải tiến. 802.11n là một kỹ thuật điều chế đa luồng mới hiện
đang được phát triển vào thời điểm này và mới chỉ có các sản phẩm sử dụng các phiên
bản chưa chính thức. Các chuẩn khác như c-f, h, j là những sửa đổi, mở rộng của các
chuẩn trước đó. Chuẩn 802.11a là chuẩn mạng không dây đầu tiên, nhưng 802.11b lại
được sử dụng nhiều nhất, sau đó mới đến các chuẩn 802.11g, 802.11a và 802.11n.
1.3.2. Nhóm lớp vật lý PHY
1.3.2.1. Chuẩn 802.11b
27
802.11b là chuẩn đáp ứng đủ cho phần lớn các ứng dụng của mạng. Với một
giải pháp rất hoàn thiện, 802.11b có nhiều đặc điểm thuận lợi so với các chuẩn không
dây khác. Chuẩn 802.11b sử dụng kiểu trải phổ dãy trực tiếp DSSS, hoạt động ở dải
tần 2.4 GHz, tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 11 Mbps trên một kênh, tốc độ thực tế là
khoảng từ 4-5 Mbps. Khoảng cách có thể lên đến 500 mét trong môi trường mở rộng.
Khi dùng chuẩn này tối đa có 32 người dùng / điểm truy cập.
Đây là chuẩn đã được chấp nhận rộng rãi trên thế giới và được triển khai rất
mạnh hiện nay do công nghệ này sử dụng dải tần không phải đăng ký cấp phép phục
vụ cho công nghiệp, dịch vụ, y tế.
Nhược điểm của 802.11b là hoạt động ở dải tần 2.4 GHz trùng với dải tần của
nhiều thiết bị trong gia đình như lò vi sóng, điện thoại mẹ con ... nên có thể bị nhiễu.
1.3.2.2. Chuẩn 802.11a
Chuẩn 802.11a là phiên bản nâng cấp của 802.11b, hoạt động ở dải tần 5 GHz,
dùng công nghệ trải phổ OFDM. Tốc độ tối đa từ 25 Mbps đến 54 Mbps trên một
kênh, tốc độ thực tế xấp xỉ 27 Mbps, dùng chuẩn này tối đa có 64 người dùng / điểm
truy cập. Đây cũng là chuẩn đã được chấp nhận rộng rãi trên thế giới.
1.3.2.3. Chuẩn 802.11g
Các thiết bị thuộc chuẩn này hoạt động ở cùng tần số với chuẩn 802.11b là 2.4
Ghz. Tuy nhiên chúng hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu nhanh gấp 5 lần so với chuẩn
802.11b với cùng một phạm vi phủ sóng, tức là tốc độ truyền dữ liệu tối đa lên đến 54
Mbps, còn tốc độ thực tế là khoảng 7-16 Mbps. Chuẩn 802.11g sử dụng phương pháp
điều chế OFDM, CCK – Complementary Code Keying và PBCC – Packet Binary
Convolutional Coding. Các thiết bị thuộc chuẩn 802.11b và 802.11g hoàn toàn tương
thích với nhau. Tuy nhiên cần lưu ý rằng khi sử dụng lẫn các thiết bị của hai chuẩn đó
với nhau thì các thiết bị sẽ hoạt động theo chuẩn nào có tốc độ thấp hơn. Đây là một
chuẩn hứa hẹn trong tương lai nhưng hiện nay vẫn chưa được chấp thuận rộng rãi trên
thế giới.
1.3.3. Nhóm lớp liên kết dữ liệu MAC
1.3.3.1. Chuẩn 802.11d
Chuẩn 802.11d bổ sung một số tính năng đối với lớp MAC nhằm phổ biến
WLAN trên toàn thế giới. Một số nước trên thế giới có quy định rất chặt chẽ về tần số
và mức năng lượng phát sóng vì vậy 802.11d ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu đó. Tuy
nhiên, chuẩn 802.11d vẫn đang trong quá trình phát triển và chưa được chấp nhận rộng
rãi như là chuẩn của thế giới.
1.3.3.2. Chuẩn 802.11e
Đây là chuẩn được áp dụng cho cả 802.11 a,b,g. Mục tiêu của chuẩn này nhằm
cung cấp các chức năng về chất lượng dịch vụ - QoS cho WLAN. Về mặt kỹ thuật,
802.11e cũng bổ sung một số tính năng cho lớp con MAC. Nhờ tính năng này, WLAN
802.11 trong một tương lại không xa có thể cung cấp đầy đủ các dịch vụ như voice,
Tải về để xem bản đầy đủ
108 trang
16/04/2025
270
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu các giải pháp đảm bảo an ninh an toàn cho mạng không dây", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_nghien_cuu_cac_giai_phap_dam_bao_an_ninh_an_toan_ch.pdf
