Mạng không giây và di động

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
9/2013
BỘ MÔN: MẠNG MÁY TÍNH – TRƯỜNG ĐH HÀ TĨNH
2
Nội dung

Truy nhập không dây

Mạng không dây

Sự phát triển của mạng không dây

Những thách thức đối với sự phát triển

Kiến trúc Internet không dây

Các thiết bị không dây và các tiêu chuẩn

Các ứng dụng Internet không dây
3
Truy nhập không dây

Hàng triệu người sử dụng
thiết bị cầm tay truy nhập
Internet

Nỗ lực nghiên cứu và triển
khai mạng không dây và di
động


Tốc độ truyền dữ liệu của
mạng không dây, có dây và
các ứng dụng

HDTV (High Definition
TeleVision), FDDI (Fiber
Distributed Data Interface),
ISDN, ATM (Asynchronous
Transfer Mode), G
(Generation)
4
Truy nhập không dây

Truy nhập Internet di động
5
Giới thiệu tổng quan về mạng không dây

Sự phát triển của mạng không dây

Điện thoại di động thời kỳ ban đầu

Điện thoại di động tương tự

Điện thoại di động số

Cordless phones

Các hệ thống truyền dữ liệu không dây

Những thách thức

6
Giới thiệu về mạng không dây

Có lịch sử nhiều hơn một thế kỷ, được sử dụng rộng rãi
trong truyền thông chỉ trong vòng 15-20 năm đến nay

Một trong các lĩnh vực phát triển nhất của công nghiệp
truyền thông

Được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày

Hai đặc điểm mang lại ưu thế cho mạng không dây là sự di
động và tiết kiệm giá thành

Sự di động

Khái niệm không dây và di động rất khó tách rời

Sự di động có nhiều ưu thế
7
Giới thiệu về mạng không dây

Tiết kiệm giá thành

Cài đặt mạng không dây đòi hỏi ít dây hơn nhiều so với mạng có
dây

Không sử dụng dây đặc biệt có lợi trong các tình huống

Lắp đặt mạng rất khó khăn trong các vùng rộng lớn: qua sông, biển

hoặc các khu vực nhiễm độc

Không được phép đi dây: các khu vực lịch sử

Triển khai mạng tạm: sử dụng trong thời gian ngắn
8
Sự phát triển của mạng không dây

Truyền không dây đã có trong lịch sử loài người thời kỳ xa
xưa: khói, gương phản chiếu, cờ hiệu, lửa …, trong Hy lạp
cổ.

Nguồn gốc của mạng không dây bắt đầu với truyền sóng
radio

Năm 1895, bởi Guglielmo Marconi, khoảng cách là 18 dặm

Năm 1901, truyền tín hiệu radio qua biển Đại tây dương

Năm 1902, truyền hai chiều qua biển

Điện thoại sử dụng sóng radio lần đầu tiên đuợc thực hiện
năm 1915: hai tàu biển nói chuyện được với nhau
9
Điện thoại di động thời kỳ ban đầu

Năm 1946, hệ thống điện thoại di động công cộng đầu tiên
xuất hiện, Mobile Telephone System (MTS), ở nước Mỹ,
25 thành phố


Máy thu phát của MTS rất lớn, dùng để các ô tô nói chuyện với
nhau

Hệ thống tương tự, bán song công (half-duplex)

Sử dụng BS (Base Station, trạm cơ sở)

Với một máy phát công suất lớn để phủ toàn bộ khu vực hoạt động của
hệ thống

Các BS sử dụng cùng một tần số

Các máy điện thoại không truyền trực tiếp đến BS mà truyền đến các
điểm nhận

Các cuộc gọi đuợc chuyển mạch thủ công
10
Điện thoại di động thời kỳ ban đầu

Ngoài nhược điểm chuyển mạch cuộc gọi thủ công, số lượng các
kênh của MTS rất giới hạn, 3 kênh

Một hệ thống nâng cao của MTS, gọi là Improved Mobile
Telephone System (IMTS), được đưa vào hoạt động vào
những năm 1960

Chuyển mạch cuộc gọi tự động

Hỗ trợ song công


Số lượng kênh 23
11
Điện thoại di động tương tự

IMTS có số lượng người dùng nhỏ, không thực tế

Sử dụng phổ điện từ không hiệu quả

Công suất lớn của máy phát gây ra nhiễu cho các hệ thống xung
quanh

Các nhà nghiên cứu tại AT&T Bell Laboratories tìm ra khái
niệm ngăn tổ ong (cellular)

Chương 3
12
Điện thoại di động số

Một số nhược điểm của các hệ thống di động tương tự được
được làm giảm bớt trong các hệ thống thế hệ thứ hai (2G)

Số hoá biểu diễn dữ liệu

Tiếng nói được đưa qua thiết bị chuyển đối A/D (Analog to
Digital)

Ưu điểm của các hệ thống số so với các hệ thống tương tự

Dữ liệu số dễ dàng được mã hoá để bảo đảm tính cá nhân và bảo
mật


Giảm được nhiễu và lỗi

Việc biểu diễn dữ liệu tương tự làm cho các hệ thống 1G dễ bị nhiễu

Có thể thêm các kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi

Nén, tăng hiệu quả sử dụng phổ
13
Điện thoại di động số

Chia sẻ sóng mang RF

Sử dụng khe thời gian hoặc mã số riêng cho từng người dùng

Chỉ cấp cho người dùng khi có tiếng nói hoặc dữ liệu gửi

Một số các hệ thống 2G được triển khai trên toàn thế giới

Hỗ trợ SMS (Short Messaging Service)

Định danh người gọi

Có thể gửi dữ liệu, tốc độ thấp (~10kbps)

Nâng cấp lên 2.5G
14
GSM

Tại châu Âu, phổ điện từ xung quanh 900 MHz, và sau đó 1800 MHz

được phân cho các hệ thống 2G

Một tiêu chuẩn chung cho châu Âu được hình thành bởi một nhóm làm
việc tên là Global System for Mobile Communication (GSM)

GSM hiện tại là công nghệ 2G phổ biến nhất

Đến năm 1999, mỗi tuần có thêm một triệu thuê bao mới

Đây là chuẩn duy nhất ở châu Âu

Hệ thống GSM thương mại đầu tiên vào năm 1992, sử dụng dải tần 900
MHz

DCS 1800 sử dụng dải tần 1800

GSM tại châu Mỹ sử dụng dải tần 1900 MHz, 450 MHz nhằm hỗ trợ
NMT

GSM sử dụng các kênh theo tần số, được tổ chức thành các khuông,
sau đó được chia thành các khe thời gian
15
HSCSD và GPRS

GSM hỗ trợ một số công nghệ mở rộng để đạt được tốc độ
truyền dữ liệu cao hơn: HSCSD (High Speed Circuit
Switched Data), GPRS (General Packet Radio Service)

HSCSD


Cho người sử dụng nhiều khe thời gian hơn trong một khuông

Không đối xứng

Làm giảm thời gian sử dụng của pin

Phù hợp cho duyệt Web

GPRS

Cùng nguyên tắc với HSCSD

Chuyển gói, sử dụng băng thông theo nhu cầu
16
HSCSD và GPRS

GPRS hỗ trợ nhiều mức tốc độ: 14.4 đến 115.2 kbps

Đối xứng và không đối xứng
17
D-AMPS

Tại Mỹ, không chỉ có một hệ thống mà có nhiều hệ thống 2G hoạt động

IS-54

1993

Dựa trên khe thời gian


Số lượng người dùng tăng gấp ba so với AMPS

IS-136

1996

Thêm một số tính năng

D-AMPS

Hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ thấp, 3 kbps

D-AMPS+

Mở rộng của D-AMPS cho truyền dữ liệu

9.6 – 19.2 kbps
18
D-AMPS

Cellular Digital Packet Data (CDPD)

Hỗ trợ truyền dữ liệu cho cả AMPS và D-AMPS

Tốc độ truyền như D-AMPS+

Cách duy nhất hỗ trợ truyền dữ liệu trong mạng AMPS tương tự
19
IS-95


IS-95

1993, IS-95 được chuẩn hoá

2G, cdmaOne

1995, triển khai thương mại tại Hàn quốc và Hồng kông

Sử dụng Code Division Multiple Access (CDMA)

Không tương thích với IS-136

IS-95, IS-136, AMPS: dải tần 800 MHz

Máy di động chế độ kép: IS-95 và AMPS

Tốc độ truyền dữ liệu: 4.8 – 14.4 kbps

IS-95b

cdmaTwo

115.2 kbps

8 mã số truyền song song
20
Cordless phone

Xuất hiện vào những năm 1970


Được thiết kế cho sự di động trong những vùng phủ nhỏ,
như trong nhà và văn phòng

Thiết bị cầm tay kết nối với BS, đến lượt kết nối với PSTN
(Public Switched Telephone Network)

Xuất hiện đầu tiên là tương tự, chất lượng cuộc gọi thấp

Kỹ thuật số thế hệ một xuất hiện, chất lượng cuộc gọi tương
tự như điện thoại nối dây

Thế hệ hai cho phép dùng ngoài phạm vi trong nhà và văn
phòng
21
Cordless phone

Thế hệ hai còn gọi là telepoint system

Sử dụng telepoint BS

Các BS có thể đặt ở nhà ga hoặc bến tàu

Chỉ có thể gọi mà không nhận được cuộc gọi

Không hỗ trợ đi lại giữa các BS

Hệ thống telepoint được triển khai tại Anh và Nhật bản vào những
năm 1990 nhưng hiện nay không phát triển được do cạnh tranh

DECT


Tiến hoá từ hệ thống số, sử dụng nhiều chỉ Ở châu Âu

Nhiều BS kết nối với Private Branch Exchange (PBX)

Có thể đi lại giữa các BS mà không bị gián đoạn cuộc gọi

Hỗ trợ chuyển giao
22
Cordless phone

Personal Handyphone System (PHS)

Tương tự DECT, tại Nhật

Hỗ trợ chuyển giao

Kết nối 32 kbps hai chiều

TDMA, dải tần 1900 MHz
23
Các hệ thống truyền dữ liệu không dây

Các hệ thống truyền dữ liệu không dây được số hoá ngay từ
ban đầu

Dữ liệu truyền bùng nổ

Hệ thống đầu tiên được phát triển năm 1971 tại trường tổng
hợp Hawaii, dự án ALOHANET


Tư tưởng là truyền dữ liệu hai chiều giữa các máy tính trên bốn
đảo với máy tính trung tâm trên đảo Oahu mà không sử dụng
đường điện thoại

Sử dụng tôpô hình sao

Hiệu quả thấp, ưu điểm là đơn giản, không hỗ trợ sự di động

Là cơ sở của các hệ thống truyền dữ liệu không dây ngày nay
24
Các hệ thống truyền dữ liệu không dây diện rộng

Paging systems

Hệ thống một chiều, dựa trên khái niệm ngăn

Tốc độ truyền dữ liệu thấp hướng đến người dùng di động

Có thể truyền các thông điệp ngắn cho người dùng

Truyền quảng bá từ nhiều BS

Không cần định vị người dùng di động và định tuyến

Thiết bị nhận không cần có phần cứng phức tạp, giá thấp và kích
thước nhỏ

Phổ biến trong nhiều năm nhưng không phát triển nữa do sự cạnh
tranh

25
Các hệ thống truyền dữ liệu không dây diện rộng

Mobitex

Hệ thống chuyển gói phát triển bởi Ericsson cho các ứng dụng
telemetry

Vùng phủ rộng, tốc độ truyền 8 kbps

Các BS gắn trên các tháp, mái nhà

Truy nhập đường truyền được thực hiện nhờ một giao thức kiểu
ALOHA

Được triển khai ở thị trường Mỹ năm 1998 cung cấp truy nhập
Internet tốc độ thấp