Tải bản đầy đủ (.pdf) (83 trang)

(LUẬN văn THẠC sĩ) AN TOÀN MẠNG AD HOC

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (14.39 MB, 83 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Nguyễn Đức Hiếu

AN TOÀN MẠNG AD-HOC

Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT VIỄN THƠNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
PGS. TS. Hồng Mạnh Thắng

Hà Nội – 2016

download by : skknchat@gmail.com


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy PGS. TS. Hồng Mạnh Thắng đã
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và có những nhận xét, góp ý quý báu giúp em trong suốt
quá trình thực hiện luận văn.
Em cũng xin cảm ơn đến tất cả các thầy, cơ giáo trong Viện Điện tử - Viễn
thơng nói riêng, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung, đã tận tình giảng
dạy, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện để em được nghiên cứu, học tập trong môi trường
thuận lợi nhất.
Hà Nội, ngày 27 tháng 9 năm 2016
Học viên



Nguyễn Đức Hiếu

2

download by : skknchat@gmail.com


LỜI CAM ĐOAN
Những kiến thức trình bày trong luận văn là do tơi tìm hiểu, nghiên cứu và
trình bày theo những kiến thức tổng hợp của cá nhân. Kết quả nghiên cứu trong luận
văn này chưa từng được công bố tại bất kỳ cơng trình nào khác. Trong q trình làm
luận văn, tơi có tham khảo các tài liệu có liên quan và đã ghi rõ nguồn tài liệu tham
khảo. Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi và không sao chép của
bất kỳ ai.
Tôi xin chịu hồn tồn trách nhiệm, nếu sai, tơi xin chịu mọi hình thức kỷ luật
theo quy định.
Hà Nội, ngày 27 tháng 9 năm 2016
Học viên

Nguyễn Đức Hiếu

3

download by : skknchat@gmail.com


MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ....................................................................... 7
Danh mục các bảng ..................................................................................................... 8

Danh mục các hình vẽ, đồ thị ...................................................................................... 9
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 10
Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY .......................................... 12
1.1. Giới thiệu chung ............................................................................................. 12
1.2. Ưu điểm của mạng không dây ....................................................................... 12
1.3. Nhược điểm mạng không dây ........................................................................ 13
1.4. Các thành phần trong mạng không dây .......................................................... 15
1.4.1. Stations (các máy trạm) ........................................................................... 15
1.4.2. Access points (các điểm truy cập) ........................................................... 15
1.4.3. Wireless medium (môi trường không dây) ..............................................16
1.4.4. Distribution system (hệ thống phân tán)..................................................16
1.5. Phân loại mạng không dây .............................................................................16
1.5.1. Dựa trên vùng phủ sóng ...........................................................................16
1.5.2. Dựa trên các cơng nghệ mạng .................................................................22
1.6. Mạng tùy biến (ad-hoc) ..................................................................................27
1.6.1. Khái niệm và một số đặc điểm của mạng ad-hoc ....................................27
1.6.2. Một số mạng ad-hoc điển hình ................................................................29
1.6.3. Các ứng dụng mạng ad-hoc .....................................................................30
1.6.4. Một số vấn đề cần quan tâm trong mạng ad-hoc .....................................31
1.6.5. Bảo mật trong mạng ad-hoc ..................................................................... 33
1.7. Kết luận ..........................................................................................................37
4

download by : skknchat@gmail.com


Chương 2. CÁC CHUẨN IEEE 802.11 .................................................................... 38
2.1. Giới thiệu chung .............................................................................................38
2.2. Kiến trúc giao thức mạng WLAN theo chuẩn IEEE 802.11 ..........................39
2.2.1. Nhóm lớp vật lý PHY ..............................................................................40

2.2.2. Nhóm lớp liên kết dữ liệu MAC .............................................................. 44
2.3. Định tuyến trong mạng ad-hoc ....................................................................... 46
2.3.1. Giới thiệu về thuật toán định tuyến .........................................................46
2.3.2. Yêu cầu của thuật toán định tuyến cho mạng khơng dây ad-hoc ............47
2.3.3. Các thuật tốn định tuyến cho mạng ad-hoc............................................ 50
2.4. Kết luận ..........................................................................................................62
Chương 3. THỰC HIỆN TẤN CƠNG LỖ ĐEN VÀ GIẢI PHÁP PHỊNG CHỐNG
...................................................................................................................................63
3.1. Tấn công lỗ đen trong mạng ad-hoc ............................................................... 63
3.2. Giải pháp chống tấn công lỗ đen ....................................................................64
3.2.1. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................64
3.2.2. Khảo sát các nghiên cứu liên quan ..........................................................65
3.2.3. Xây dựng giải pháp chống tấn công lỗ đen .............................................66
3.3. Thiết kế mô phỏng ..........................................................................................68
3.3.1. Giới thiệu công cụ mô phỏng mạng NS-2 ...............................................68
3.3.2. Quản lý nhận gói tin trong AODV .......................................................... 72
3.3.3. Thiết lập giao thức mô phỏng hành vi tấn công lỗ đen ...........................73
3.3.4. Thiết lập giao thức giải pháp chống tấn công lỗ đen ...............................74
3.4. Mô phỏng và đánh giá kết quả........................................................................76
3.4.1. Cấu hình kịch bản ....................................................................................76

5

download by : skknchat@gmail.com


3.4.2. Kết quả thu được và đánh giá ..................................................................77
3.5. Kết luận ..........................................................................................................80
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................82


6

download by : skknchat@gmail.com


Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
AODV

Ad-hoc On Demand Vector

CBR

Constant Bit Rate

CCA

Clear Channel Assessment

DoS

Denial-of-Service

LLC

Logical Link Control

WLAN

Wireless Local Area Network


WPAN

Wireless Personal Area Network

IEEE

Institute of Electrical and Electronic Engineers

WMAN

Wireless Metropolitan Area Network

WWAN

Wireless Wide Area Network

WRAN

Wireless regional Area Network

AP

Access Point

RFID

Radio-frequency identification

PMD


Physical Medium Dependent

PLCP

Physical Layer Convergence Protocol

MAC

Media Access Control

UWB

Ultra Wide Band

7

download by : skknchat@gmail.com


Danh mục các bảng
Bảng 1.1. Bảng so sánh hệ thống Mạng khơng dây và Mạng có dây .......................13
Bảng 1.2. So sánh các nhóm mạng ...........................................................................22
Bảng 2.1. Các chuẩn 802.11 .....................................................................................45
Bảng 2.2. Ví dụ về bảng định tuyến khi dùng thuật toán DSDV ...............................53
Bảng 3.1. Các thuật ngữ trong NS 2 ......................................................................... 69
Bảng 3.2. Các thơng số cấu hình mơ phỏng .............................................................76
Bảng 3.3. Tỷ lệ PDR(%) trong trường hợp tốc độ dữ liệu 10Kps ............................78
Bảng 3.4. Tỷ lệ PDR(%) trong trường hợp tốc độ dữ liệu 25Kps ............................78
Bảng 3.5. Tỷ lệ PDR(%) trong trường hợp tốc độ dữ liệu 50Kps ............................78

Bảng 3.6. Tỷ lệ PDR(%) trong trường hợp tốc độ dữ liệu 75Kps ............................79
Bảng 3.7. Tỷ lệ PDR(%) trong trường hợp tốc độ dữ liệu 100Kps ..........................79

8

download by : skknchat@gmail.com


Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1. Phân loại mạng khơng dây ........................................................................17
Hình 1.2.Hai mơ hình của mạng WLAN ..................................................................21
Hình 1.3.Kết nối Bluetooth .......................................................................................24
Hình 1.4.Bluetooth 3.0+HS .......................................................................................24
Hình 1.5.Thơng tin tương thích của các thiết bị .......................................................25
Hình 1.6.Sự phát triển của wifi ................................................................................. 26
Hình 1.7. Mơ hình mạng khơng dây ad-hoc .............................................................27
Hình 1.8. Mạng ad-hoc điển hình.............................................................................. 29
Hình 1.9. Các u cầu về an ninh trong mạng ...........................................................34
Hình 2.1. Mơ hình phân lớp của mạng WLAN theo chuẩn IEEE 802.11 ................ 40
Hình 2.2. Ví dụ về các cụm mạng nhỏ trong mạng ad-hoc....................................... 50
Hình 2.3. Quá trình phát quảng bá bản tin yêu cầu ...................................................54
Hình 2.4. Quá trình phát đơn hướng bản tin trả lời ................................................... 54
Hình 2.5. Định dạng bản tin RREQ [7] .....................................................................55
Hình 2.6. Định dạng bản tin RREP [7] ......................................................................56
Hình 2.7. Định dạng bản tin RERR [7] .....................................................................57
Hình 2.8. Quá trình tìm kiếm đường của DSR .........................................................61
Hình 2.9. Gửi trả lại tuyến đường về cho nút nguồn ................................................61
Hình 3.1. Q trình tấn cơng lỗ đen trong giao thức AODV .....................................63
Hình 3.2. Tiến trình nghiên cứu và triển khai ...........................................................64
Hình 3.3. Quá trình xử lý bản tin trả lời trong giao thức giải pháp ........................... 67

Hình 3.4. Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng ...............................................69
Hình 3.5. Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS ..........................................71
Hình 3.6. Vị trí các nút trong kịch bản ...................................................................... 77
Hình 3.7. Tỷ lệ phát gói tin thành cơng trung bình.................................................... 80

9

download by : skknchat@gmail.com


MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, ngành công
nghệ thông tin đang ngày càng được đầu tư và phát triển mạnh mẽ. Khi mà cuộc
sống con người ngày càng phát triển thì nhu cầu trao đổi thơng tin và giải trí của
con người ngày càng cao. Con người muốn mình có thể kết nối với thế giới bất cứ
lúc nào, bất cứ nơi đâu. Đó là lý do mà mạng khơng dây ra đời. Chúng ta có thể
thấy được sự hiện diện của mạng không dây ở nhiều nơi như trong các tịa nhà, nơi
cơng sở, bệnh viện hay các qn cà phê. Cùng với sự phát triển của mạng có dây
truyền thống, mạng khơng dây cũng đang có những bước phát triển nhanh chóng
nhằm đáp ứng như cầu truyền thơng và giải trí của con người một cách tốt nhất.
Khi mà mạng không dây ngày càng được quan tâm, đầu tư và phát triển thì
ngày càng nhiều mơ hình, kiến trúc mạng được đề xuất. Các mơ hình, kiến trúc
mạng này được đề ra nhằm làm cho mạng không dây dần thốt khỏi hồn tồn sự
phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng. Một trong những mơ hình mạng được đề xuất đó chính
là mạng ad-hoc.
Với đặc tính có thể hoạt động không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng, triển
khai nhanh, linh hoạt ở mọi vị trí địa hình khác nhau, mạng ad-hoc đang là tâm
điểm nghiên cứu đầy triển vọng, sẽ là công nghệ đột phá trong tương lai với nhiều
ứng dụng hữu ích vào cuộc sống (kết nối mạng truyền thông cho các các vùng mới
xảy ra thiên tai hoặc ứng dụng cho lĩnh vực quân sự…). Tuy nhiên, bên cạnh đó lại

có những vấn đề khác đặt ra như tốc độ mạng không ổn định như mạng có dây
truyền thống, các nút mạng hay di chuyển, vấn đề bảo mật của mạng ...
Khóa luận tập trung đi sâu nghiên cứu về vấn đề bảo mật trong mạng ad-hoc,
kết hợp phân tích trên lý thuyết cùng thực nghiệm mơ phỏng.
Khóa luận gồm 3 chương. Chương đầu là khái quát chung về mạng không dây
WLAN và mạng ad-hoc. Chương 2 đi sâu vào trình bày cấu trúc vật lý của mạng
không dây theo chuẩn 802.11, các giao thức định tuyến trong mạng ad-hoc và trình
bày cụ thể một số giao thức định tuyến phổ biến của mạng ad-hoc. Chương cuối
10

download by : skknchat@gmail.com


cùng, dựa vào một số thực nghiệm thông qua bộ mô phỏng của những người nghiên
cứu trước, tôi rút ra một số đánh giá và so sánh giữa các giao thức định tuyến.
Do thời gian có hạn, luận văn của tơi có thể cịn một số thiếu sót, rất mong
nhận được sự chỉ bảo, góp ý và thơng cảm của các thầy cơ. Tơi hi vọng sau này có
thể tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về vấn đề này.
Nội dung cụ thể gồm:
 Chƣơng I: Tổng quan về mạng không dây.
 Chƣơng II: Các chuẩn IEEE 802.11.
 Chƣơng III: Thực hiện tấn cơng lỗ đen và giải pháp phịng chống.

11

download by : skknchat@gmail.com


Chƣơng 1 – TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY
1.1. Giới thiệu chung

Mạng WLAN (WIRELESS LOCAL AREA NETWORK–WLAN) là một hệ
thống truyền thông số liệu linh hoạt được thực hiện trên sự mở rộng của LAN hữu
tuyến. Mạng WLAN gồm các thiết bị được nối lại với nhau có khả năng giao tiếp
thơng qua sóng RADIO hay tia hồng ngoại trên cơ sở sử dụng các giao thức chuẩn
riêng của mạng khơng dây thay vì các đường truyền dẫn bằng dây. Mạng WLAN
đang thực sự 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. Người dùng có thể truy cập vào
mạng Intranet của nội bộ công ty hoặc mạng Internet từ bất cứ địa điểm nào trong
khuôn viên của công ty mà không bị ràng buộc bởi các kết nối vật lý.
1.2. Ƣu điểm của mạng khơng dây
Mạng khơng dây đang nhanh chóng phát triển. Với cơng nghệ này, những
người sử dụng có thể truy cập thơng tin dùng chung mà khơng 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 khơng dây có ưu điểm về hiệu suất, sự thuận lợi, cụ thể như
sau:
 Tính di động: những người sử dụng mạng khơng dây có thể truy nhập
nguồn thơng 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 khơng thể có được.
 Tính đơn giản: lắp đặt, thiết lập, kết nối một mạng không dây là 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 ở những nơi mà mạng hữu tuyến không
thể triển khai được.
 Tiết kiệm chi phí lâu dài: Trong khi đầu tư cần thiết ban đầu đối với phần
cứng của một mạng khơng dây có thể cao hơn chi phí phần cứng của một mạng hữu
tuyến nhưng tồn bộ phí tổn lắp đặt và các chi phí về thời gian tồn tại có thể thấp
12

download by : skknchat@gmail.com



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 không dây 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 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.
1.3. Nhƣợc điểm mạng không dây
 Tốc độ mạng Wireless bị phụ thuộc vào băng thông. Tốc độ của mạng
Wireless thấp hơn mạng cố định, vì mạng Wireless chuẩn phải xác nhận cẩn thận
những frame đã nhận để tránh tình trạng mất dữ liệu.
 Trong mạng cố định truyền thống thì tín hiệu truyền trong dây dẫn nên có
thể được bảo mật an tồn hơn. Cịn trên mạng Wireless thì việc “đánh hơi” rất dễ
dàng bởi vì mạng Wireless sử dụng sóng Radio thì có thể bị bắt và xử lý được bởi
bất kỳ thiết bị nhận nào nằm trong phạm vi cho phép, ngồi ra mạng Wireless thì có
ranh giới khơng rõ ràng cho nên rất khó quản lý.
Bảng 1.1. Bảng so sánh hệ thống Mạng khơng dây và Mạng có dây
STT

Nội dung

1

Tốc độ

Mạng Khơng dây
11/54/135/780 Mbps

Mạng Có dây
10/100/1000/10000 Mbps


Chủ yếu là trong mơ hình Có thể ứng dụng trong tất cả các
mạng nhỏ và trung bình, với mơ hình mạng nhỏ, trung bình,
2

Phạm vi

những mơ hình lớn phải kết lớn, rất lớn- Gặp khó khăn ở

ứng dụng

hợp với mạng có dây.

những nơi xa xơi, địa hình phức

Có thể triển khai ở những tạp, những nơi không ổn định,
nơi không thuận tiện về địa khó kéo dây, đường truyền.

13

download by : skknchat@gmail.com


STT

Nội dung

Mạng Khơng dây

Mạng Có dây


hình, khơng ổn định, khơng
triển khai mạng có dây được.
Độ phức tạp kỹ thuật tùy
Độ phức
3

tạp kỹ
thuật

thuộc từng loại mạng cụ thể.
Xu hướng tạo khả năng thiết Độ phức tạp kỹ thuật tùy thuộc
lập các thơng số truyền sóng từng loại mạng cụ thể.
vơ tuyến của thiết bị ngày
càng đơn giản hơn.
Bị ảnh hưởng bởi các yếu tố
bên ngồi như mơi trường
truyền sóng, can nhiễu do
thời tiết.
Chịu nhiều cuộc tấn công đa

4

Độ tin

dạng, phức tạp, nguy hiểm

cậy

của những kẻ phá hoại vơ

tình và cố tình, nguy cơ cao
hơn mạng có dây.

Khả năng chịu ảnh hưởng khách
quan bên ngồi như thời tiết, khí
hậu tốt.

Chịu nhiều cuộc tấn công đa
dạng, phức tạp, nguy hiểm của
những kẻ phá hoại vơ tình và cố
tình.

Cịn đang tiếp tục phân tích
về khả năng ảnh hưởng đến Ít nguy cơ ảnh hưởng sức khỏe.
sức khỏe.
5

6

Lắp đặt,

Lắp đặt, triển khai dễ dàng, Lắp đặt, triển khai tốn nhiều

triển khai

đơn giản, nhanh chóng.

thời gian và chi phí.

Tính linh


Vì là hệ thống kết nối di Vì là hệ thống kết nối cố định

hoạt, khả

động nên rất linh hoạt, dễ nên tính linh hoạt kém, khó thay
14

download by : skknchat@gmail.com


STT

Nội dung

Mạng Khơng dây

Mạng Có dây

năng thay dàng thay đổi, nâng cấp, phát đổi, nâng cấp, phát triển.
đổi, phát

triển.

triển
Thường thì giá thành thiết bị
cao hơn so với của mạng có
7

Giá cả


dây. Nhưng xu hướng hiện
nay là càng ngày càng giảm

Giá cả tùy thuộc vào từng mơ
hình mạng cụ thể.

sự chênh lệch về giá.
1.4. Các thành phần trong mạng không dây
1.4.1. Stations (các máy trạm)
Các mạng được xây dựng để truyền dữ liệu giữa các trạm, station là các thiết
bị tính tốn có giao tiếp mạng khơng dây, điển hình như các máy tính để bàn hay
máy tính xách tay sử dụng pin. Trong một số môi trường, mạng không dây được sử
dụng nhằm tránh phải kéo cáp mới và các máy để bàn được kết nối với mạng LAN
không dây. Những khu vực lớn hơn cũng có lợi khi sử dụng mạng không dây như
xưởng sản xuất sử dụng mạng cục bộ không dây để kết nối các bộ phận. 802.11
nhanh chóng trở thành chuẩn thực tế để liên kết những người sử dụng thiết bị điện
tử với nhau.
1.4.2. Access points (các điểm truy cập)
Các khung dữ liệu trên mạng 802.11 phải được chuyển thành dạng khung dữ
liệu khác để phân phối trong các mạng khác. Thiết bị được gọi là điểm truy cập thể
hiện các chức năng chuyển đổi từ khơng dây sang có dây (điểm truy cập bao gồm
nhiều chức năng khác nhau, nhưng thực hiện chuyển đổi là chức năng quan trọng
nhất). Các chức năng điểm truy cập được đặt tại những thiết bị độc lập. Tuy nhiên,
nhiều sản phẩm mới hơn tích hợp các giao thức 802.11 vào hai loại access point cấp

15

download by : skknchat@gmail.com



thấp (thin access point) và bộ điều khiển access point (access point Controller).
1.4.3. Wireless medium (môi trƣờng không dây)
Để chuyển các khung dữ liệu từ trạm này sang trạm khác trong môi trường
không dây, người ta xây dựng nhiều chuẩn vật lý khác nhau. Nhiều lớp vật lý được
phát triển để hỗ trợ 802.11 MAC, lớp vật lý vô tuyến (radio frequency) và lớp vật lý
hồng ngoại được chuẩn hóa.
1.4.4. Distribution system (hệ thống phân tán)
Khi các điểm truy cập được kết nối với nhau trong một khu vực, chúng phải
liên lạc với nhau để kiểm sốt q trình di chuyển của các thiết bị di động. Hệ thống
phân tán là một thành phần logic của 802.11 được dùng để chuyển các khung dữ
liệu đến đích. 802.11 khơng u cầu bất cứ kỹ thuật riêng biệt nào cho hệ thống
phân tán. Đối với hầu hết các sản phẩm thương mại, hệ thống phân tán bao gồm các
phần tử chuyển đổi và mơi trường hoạt động phân tán, chính là mạng đường trục
được dùng để chuyển tiếp khung dữ liệu giữa các điểm truy cập. Trong các sản
phẩm thương mại chiếm lĩnh thị trường thì Ethernet được sử dụng làm mạng đường
trục chính.
1.5. Phân loại mạng khơng dây
1.5.1. Dựa trên vùng phủ sóng
Mạng khơng dây được chia thành 5 nhóm:

16

download by : skknchat@gmail.com


Hình 1.1. Phân loại mạng khơng dây
 WPAN (Wireless Personal Area Network): mạng vơ tuyến cá nhân. Nhóm
này bao gồm các cơng nghệ vơ tuyến có vùng phủ nhỏ tầm vài mét đến hàng chục
mét tối đa. Các công nghệ này phục vụ mục đích nối kết các thiết bị ngoại vi như

máy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng, khóa USB, đồng hồ,...với điện thoại di động,
máy tính. Các cơng nghệ trong nhóm này bao gồm: Bluetooth, Wibree, ZigBee,
UWB, Wireless USB, EnOcean,... Đa phần các công nghệ này được chuẩn hóa bởi
IEEE, cụ thể là nhóm làm việc (Working Group) 802.15. Do vậy các chuẩn còn
được biết đến với tên như IEEE 802.15.4 hay IEEE 802.15.3 ...
 Bluetooth: Chuẩn ngày nay là IEEE 802.15.1, phiên bản cuối 2.0+EDR
cho phép truyền dữ liệu lên đến 3Mbit/s trong phạm vi 100m. Dải tần số sử dụng
2,4 GHz ISM. Bluetooth hiện nay chỉ có khả năng truyền với tốc độ 1Mbit/s 2Mbit/s trong một phạm vi khoảng 10m với một công suất ở đầu ra khoảng
100mW.
 UWB (Ultra Wide Band): Công nghệ xuất sắc hiện nay cho các mạng
vùng cá nhân là UWB, còn được biết đến với cái tên là 802.15.3a (một chuẩn IEEE
khác). Trong những khoảng cách rất ngắn, UWB có khả năng truyền dữ liệu với tốc
17

download by : skknchat@gmail.com


độ lên đến 1Gbit/s với một nguồn công suất thấp (khoảng 1mW).
 Zigbee: Zigbee là mạng chủ yếu truyền các lệnh chứ không phải luồng
dữ liệu, cho phép thực hiện mạng WPAN với chi phí thấp. Hai chuẩn của nó là:
IEEE 802.15.4 (tốc độ 250Kbit/s trong phạm vi 10m, tối đa 255 thiết bị, băng tần
2,4GHz); IEEE 802.15.4a (tốc độ giới hạn 20Kbit/s cho phép trong phạm vi tối đa
75m với 65000 thiết bị, băng tần 900kHz).
 RFID: Mặc dù chip RF chỉ có một phần rất nhỏ nhưng nó có ưu điểm là
giá cả thấp nhất. RFID khơng có bất kỳ nhóm IP nào. RFID cho phép trong phạm vi
3m không yêu cầu bộ khuếch đại. RFID là chuẩn đầu tiên của EPC 1.0 vào tháng
9/2003 (Electronic Product Codes).


WLAN (Wireless local Area Network): là một mạng cục bộ kết nối hai


hay nhiều máy tính với nhau thơng qua việc sử dụng sóng hồng ngoại hoặc sóng vơ
tuyến để truyền nhận dữ liệu thay vì sử dụng dây cáp mạng như các mạng có dây
truyền thống. WLAN hiện nay đã được ứng dụng rộng rãi trong các tòa nhà, trường
học, bệnh viện, công ty và một số nơi công cộng như trong các qn càfê, ... Có hai
cơng nghệ chính được sử dụng để truyền thông trong WLAN là truyền thơng bằng
tia hồng ngoại (Infrared Light ở bước sóng 900 nm, 1nm = 10 -9m) hoặc truyền
thơng bằng sóng vơ tuyến, thơng thường thì sóng radio được dùng phổ biến hơn vì
nó truyền xa hơn, lâu hơn, rộng hơn, và có băng thơng cao hơn. WLAN cũng có hai
dạng kiến trúc là WLAN có cơ sở hạ tầng (sử dụng các Access Point hoặc trạm cơ
sở Base Station) để kết nối phần mạng khơng dây với phần mạng có dây truyền
thống và mạng khơng có cơ sở hạ tầng (mạng ad-hoc).
Ƣu điểm của mạng WLAN
 Thuận lợi: Khi truy cập mạng khơng cần phải có dây cáp mà chỉ cần
một điểm truy cập mạng (Access Point kết nối với Internet) lên việc tạo ra một
mạng khơng dây là nhanh chóng và đơn giản đối với người sử dụng. Nó cho phép
người dùng có thể dễ dàng truy xuất tài nguyên từ bất cứ nơi đâu trong vùng phủ
sóng mạng (một tịa nhà hay các văn phịng trong cơng ty,...). Đặc biệt hiện nay các
18

download by : skknchat@gmail.com


thiết bị di động nhỏ và dễ dàng di chuyển như PDA, Laptop có hỗ trợ bộ thu phát vơ
tuyến ngày càng được sử dụng nhiều thì đây là một điều vô cùng thuận lợi.
 Khả năng linh động: Khả năng linh động của mạng không dây được thể
hiện rõ nhất ở việc người dùng khơng cịn bị ràng buộc bởi dây cáp mà có thể truy
cập mạng ở bất cứ nơi đâu, ví dụ điển hình có thể nói tới là các quán càfê wifi, nơi
người sử dụng có thể truy cập mạng một cách miễn phí.
 Tính hiệu quả trong cơng việc: Người dùng có thể dễ dàng duy trì kết

nối mạng khi di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Đối với xã hội ngày nay việc truy
cập mạng trong khi di chuyển sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian và có thể làm tăng
thêm hiệu quả cho công việc của họ.
 Dễ thiết kế và triển khai mạng: Khơng giống như mạng có dây truyền
thống, để thiết lập mạng chúng ta cần có những tính tốn cụ thể cho từng mơ hình
rất phức tạp thì với mạng không dây, chỉ cần các thiết bị tuân theo một chuẩn nhất
định và một điểm truy cập, hệ thống mạng đã có thể hoạt động bình thường.
 Khả năng mở rộng: Với mạng khơng dây khi có thêm các nút mới gia
nhập mạng (hịa nhập vào mạng), điều đó rất là dễ dàng và tiện lợi chỉ cần bật bộ
thu phát khơng dây trên thiết bị đó và kết nối. Với hệ thống mạng dùng dây cáp thì
ta cần phải gắn thêm cáp và cấu hình.
 Tính bền vững: Nếu có thiên tai, hay một sự cố nào đó, việc một mạng
có dây bị phá hủy, khơng thể hoạt động là điều hồn tồn bình thường, gần như
khơng thể tránh được. Trong những điều kiện như vậy, mạng không dây vẫn có thể
hoạt động bình thường hoặc được thiết lập lại một cách nhanh chóng.
Nhƣợc điểm của WLAN
 Vấn đề an toàn và bảo mật dữ liệu trong mạng không dây: Do truyền
thông trong mạng không dây là truyền thơng trong một mơi trường truyền lan phủ
sóng cho nên việc truy cập tài nguyên mạng trái phép là điều khó tránh khỏi. So với
mạng có dây thì tính bảo mật của mạng khơng dây là kém hơn. Do đó, vấn đề bảo
19

download by : skknchat@gmail.com


mật cho mạng không dây là vấn đề vô cùng quan trọng và được đặc biệt quan tâm.
 Vì các thiết bị sử dụng sóng vơ tuyến để truyền thơng lên việc bị nhiễu,
hiện tượng biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang (fading), tín hiệu bị suy giảm do
tác động của các thiết bị khác (lị vi sóng,….), ảnh hưởng của môi trường, thời tiết
là không tránh khỏi. Các hiện tượng đó làm giảm đáng kể hiệu quả hoạt động của

mạng.
 Chất lượng dịch vụ của mạng không dây kém hơn so với mạng có dây
vì mạng khơng dây có tốc độ chậm hơn (chỉ đạt từ 1-10Mbit/s), độ trễ cao hơn, tỉ lệ
lỗi cũng nhiều hơn (tỉ lệ lỗi là 10-4 so với 10-10 của mạng sử dụng cáp quang). Tuy
vậy, theo một số chuẩn mới, ở một số môi trường truyền đặc biệt, việc truyền thông
trong mạng khơng dây cũng có thể đạt được tốc độ cao hơn đáng kể, ví dụ như
trong chuẩn 802.11n việc truyền thơng có thể đạt tốc độ từ 100-200Mbit/s.
 Vấn đề chi phí cho các thiết bị của mạng WLAN thì các thiết bị mạng
WLAN có giá thành cao hơn khá nhiều so với các thiết bị mạng có dây, điều này là
một trở ngại cho sự phát triển của mạng không dây.
 Vấn đề độc quyền trong các sản phẩm. Nhiều thiết bị và sản phẩm chỉ
có thể hoạt động được nếu sử dụng phần cứng hoặc phần mềm của cơng ty sản xuất
nào đó, và phải hoạt động theo quy định của quốc gia mà nó đang được sử dụng.
Các tần số phát cũng được các quốc gia quy định nhằm tránh việc xung đột sóng
radio 18 của các mạng khác nhau. Do đó, việc sản xuất các sản phẩm cho mạng
WLAN cần phải chú ý đến quy định của từng quốc gia.
 Phạm vi phủ sóng của mạng không dây: Các mạng không dây chỉ hoạt
động trong phạm vi nhất định. Nếu ra khỏi phạm vi phát sóng của mạng thì chúng ta
khơng thể kết nối mạng.
Phân loại WLAN:
 Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng.
 Mạng ad-hoc
20

download by : skknchat@gmail.com


Hình 1.2. Hai mơ hình của mạng WLAN
 WMAN (Wireless Metropolitan Area Network): mạng vô tuyến đô thị.
Đại diện tiêu biểu của nhóm này chính là WiMAX. Ngồi ra cịn có cơng nghệ băng

rộng BWMA 802.20. Vùng phủ sóng của nó sẽ tằm vài km (tầm 4-5km tối đa).
 WWAN (Wireless Wide Area Network): Mạng vơ tuyến diện rộng: Nhóm
này

bao

gồm

các

cơng

nghệ

mạng

thơng

tin

di

động

như

UMTS/GSM/CDMA2000... Vùng phủ của nó cũng tầm vài km đến tầm chục km.
 WRAN (Wireless regional Area Network): Mạng vô tuyến khu vực.
Nhóm này đại diện là cơng nghệ 802.22 đang được nghiên cứu và phát triển bởi
IEEE. Vùng phủ có nó sẽ lên tầm 40-100km. Mục đích là mang cơng nghệ truyền

thơng đến các vùng xa xơi hẻo lánh, khó triển khai các công nghệ khác.

21

download by : skknchat@gmail.com


Bảng 1.2. So sánh các nhóm mạng
Cơng nghệ

Mạng

Chuẩn

WPAN

802.15.3a

Bluetooth

WPAN

802.15.1

Wi-Fi

WLAN

802.11a


Wi- Fi

WLAN

802.11b

WWAN

2.5 G

WWAN

3G

WWAN

3G

UWB
(Ultra

Tốc độ

110-480
Mbps

wideband)

Edge/GPRS
(TDMA-


Trên 720
Kbps
Trên 54
Mbps
Trên 11
Mbps
Trên 384
Kbps

GMS)
CDMA
2000/1x

Trên 2.4
Mbps

EV-DO
WCDMA/
UMTS

Trên 2 Mbps

Vùng phủ
sóng

Băng tần

Trên 30 feet


7.5 GHz

Trên 30 feet

2.4 GHz

Trên 300 feet

5 GHz

Trên 300 feet

2.4 GHz

4-5 dặm

1900 MHz

1-5 dặm

1-5 dặm

400-2100
MHz
1800-2100
MHz

Tất cả các công nghệ này đều giống nhau ở chỗ chúng nhận và chuyển tin
bằng cách sử dụng sóng điện từ (EM).
1.5.2. Dựa trên các công nghệ mạng

Việc phân loại mạng theo vùng phủ sóng thực chất khơng có nhiều ứng dụng
22

download by : skknchat@gmail.com


trong thực tiễn, nhưng lại là những khái niệm cơ bản cần được nắm rõ trước khi bắt
đầu tìm hiểu về các công nghệ truyền dẫn không dây. Xét cho cùng, tuy chúng ta
chỉ làm việc với hệ thống WLAN nhưng trong tương lai khi các công nghệ kết nối
xuất hiện ngày càng nhiều, nắm được xem mỗi công nghệ hoạt động trong phạm vi
nào là việc cần làm đầu tiên trước khi tìm đến các chi tiết khác.
Về cơ bản, các kết nối không dây được thiết lập bằng sóng điện từ. Tùy theo
mục đích hoạt động mà các dạng kết nối khác nhau sẽ sử dụng các dải tần số khác
nhau, đồng thời các thiết bị sử dụng kết nối đó sẽ giao tiếp theo các phương pháp
(giao thức) khác nhau. Trong phần lớn trường hợp, dữ liệu được truyền đi do các
thiết bị tham gia mạng không dây phát sóng ra mọi hướng xung quanh (broadcast)
chứ khơng được định hướng bằng dây dẫn.
 Kết nối sử dụng tia hồng ngoại: Đây là một trong những công nghệ kết
nối khơng dây có hướng hiếm hoi với tầm hoạt động ngắn – chỉ khoảng 5m. Tuy
hiện nay các kết nối hồng ngoại vẫn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điều
khiển như điều khiển tivi, cũng như được tích hợp trong một số smartphone để phục
vụ chức năng điều khiển tương tự (trong trường hợp người dùng có nhu cầu), việc
chia sẻ dữ liệu qua kết nối hồng ngoại khơng cịn phổ biến. Ngồi lí do quan trọng
là sự thống trị của các kết nối tầm gần khác như Wifi và Bluetooth, việc truyền sóng
có hướng cũng là một bất lợi đáng kể khi sử dụng kết nối hồng ngoại để chia sẻ dữ
liệu do tính linh động bị giảm đi rất nhiều.
 Sử dụng công nghệ Bluetooth:
Bluetooth là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho các kết nối thiết
bị cá nhân hay mạng cục bộ nhỏ, trong phạm vi băng tần từ 2,4 đến 2,485 GHz. Nếu
Wifi là giải pháp tối ưu cho các mạng WLAN – dùng để kết nối người dùng trên các

máy tính khác nhau và với internet thì phạm vi hoạt động của Bluetooth lại hướng
nhiều hơn đến các mạng WPAN – kết nối các thiết bị xách tay (portable) như PDA,
chuột, headset hay gần đây là tablet, smartphone đến máy tính để phục vụ một hoặc
hai người dùng.
23

download by : skknchat@gmail.com


Hình 1.3.Kết nối Bluetooth
Về tầm phủ sóng, bluetooth có 3 class: class 1 với tầm phủ sóng gần 100m;
class 2 tầm phủ sóng khoảng 10m và class 3 chỉ khoảng 5m. Nhìn chung kết nối
bluetooth thường tốn nhiều năng lượng hơn kết nối Wifi, nhưng các chuẩn mới dần
đã cải thiện được điều này. Tốc độ truyền dữ liệu cũng khác nhau theo từng phiên
bản, từ khi ra đời vào năm 1994 đến nay Bluetooth đã trải qua khoảng 7 phiên bản
chính. Ngồi phiên bản 2.1 là phiên bản đầu tiên hỗ trợ kết nối nhiều thiết bị cùng
lúc.
Bluetooth 3.1 hay Bluetooth 3.0 + HS (High Speed) được giới thiệu vào năm
2009 cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ lên tới 24Mbps trên nền mạng không
dây (Wi-Fi) 802.11 (Bluetooth chỉ sử dụng để thiết lập kết nối giữa các thiết bị).
Đối với những thiết bị bluetooth 3.0 nhưng khơng có +HS sẽ khơng đạt được tốc độ
trên. Tuy tốc độ không cao nhưng vẫn đủ hỗ trợ các nhu cầu như chia sẻ file nhanh,
kết nối với loa, tai nghe…

Hình 1.4.Bluetooth 3.0+HS
Bluetooth phiên bản 4.0 là sự kết hợp của “classic Bluetooth” (Bluetooth 2.1
24

download by : skknchat@gmail.com



và 3.0), “Bluetooth high speed” (Bluetooth 3.0 +HS) và “Bluetooth low energy –
Bluetooth năng lượng thấp” (Bluetooth Smart Ready/Bluetooth Smart). Mỗi chuẩn
thiết bị khác nhau đều có sự tương thích khác nhau, chúng ta có thể xem thơng tin
tương thích của các thiết bị với từng chuẩn bluetooth trong bảng sau.

Hình 1.5. Thơng tin tương thích của các thiết bị
 Kết nối bằng chuẩn Wi-fi:
Công nghệ kết nối đầu tiên cần nhắc đến hiển nhiên là Wifi – công nghệ kết
nối khơng dây phổ biến nhất hiện nay. Cũng vì tính phổ biến của dạng kết nối này
mà cái tên Wifi thường bị lạm dụng để chỉ kết nối không dây nói chung. Hơn nữa,
nhiều tài liệu trích dẫn một slogan quảng cáo cũ của hiệp hội Wifi (Wifi Alliance –
hiệp hội sở hữu và quản lý công nghệ này) là "The Standard for Wireless Fidelity"
và cho rằng Wifi là viết tắt của Wireless Fidelity. Tuy nhiên các thành viên chính
thức của hiệp hội ln nhấn mạnh với báo chí rằng đây là một cái tên riêng, không
phải để chỉ chung các kết nối không dây, lại càng không phải một từ viết tắt.
Lí do mà kết nối Wifi được ưa chuộng như vậy đơn giản là vì khả năng hoạt
25

download by : skknchat@gmail.com


×