đồ án công nghệ wifi offload cho các mạng vô tuyến di động

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC
MỤC LỤC
MỤC LỤC i
THUT NG VIT TT v
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ VAI TRÒ
CỦA WIFI OFFLOAD 3
1.1 Giới thiệu Wifi 3
1.1.1 Khái niệm Wifi 3
1.1.2 Quá trình phát triển Wifi 4
1.2 Các chuẩn IEEE 802.11 5
1.2.1 Chuẩn IEEE 802.11 gốc 6
1.2.1 Chuẩn IEEE 802.11 gốc 6
1.2.2 ChuẩnIEEE 802.11b 6
1.2.2 ChuẩnIEEE 802.11b 6
1.2.3 Chuẩn IEEE 802.11a 6
1.2.3 Chuẩn IEEE 802.11a 6
1.2.4 Chuẩn IEEE 802.11g 7
1.2.4 Chuẩn IEEE 802.11g 7
1.2.5 Chuẩn IEEE 802.11n 7
1.2.5 Chuẩn IEEE 802.11n 7
1.3 Các thành phần và kiến trúc của Wifi 8
1.3.1 Các thành phần và kiến trúc 8
1.3.2 Lớp vật lý 10
1.3.2.1 Kiến trúc 10
1.3.2.2 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao 11
1.3.2.3 Định dạng khung vật lý 12
1.3.2.4 Thông số vật lý 12
1.3.3 Lớp điều khiển truy cập môi trường (MAC) 14
1.3.4 Chức năng kết hợp phân phối 15
1.3.4.1 Cơ chế cảm nhận sóng mang 16

1.3.4.2 Khoảng liên khung 16
1.3.4.3 Thời gian backoff ngẫu nhiên 17
1.3.4.4 Thủ tục truy cập 18
1.4 Vai trò của Wifi Offload 22
CHƯƠNG II: KIN TRÚC GIẢI PHÁP WIFI OFFLOAD 24
2.1 Tổng quan về kiến trúc Wi-Fi Offload 24
2.2 Kiến trúc giải pháp IWLAN 25
2.2.1 Kiến trúc IWLAN cho điều khiển truy cập liên tục 26
2.2.1.1 Xác thực 29
2.2.1.2 Chính sách và điều khiển tính cước 34
2.2.2 Kiến trúc IWLAN cho di động liên tục 38
2.2.3 Ưu nhược điểm của kiến trúc giải pháp IWLAN 40
NGUYỄN THỊ NHUNG_D08VT2 i
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC
2.2.3.1 Ưu điểm 40
2.2.3.2 Nhược điểm 41
2.3 Kiến trúc giải pháp EPC 41
2.3.1 Mạng truy nhập IP Non-3GPP tin cậy 42
2.3.2 Mạng truy cập IP Non-3GPP không tin cậy 53
CHƯƠNG III MỘT SỐ GIẢI PHÁP WIFI OFFLOAD CỦA CÁC
HÃNG CUNG CẤP THIT BỊ 55
3.1 Giải pháp Wifi Offload của BelAir Networks 55
3.1.1 Kiến trúc Belair Networks GigXone 55
3.1.2 Kiến trúc giảm tải dữ liệu Belair Networks 3G/LTE 56
Hình3.2: Kiến trúc Belair Networks \ 57
3.2 Giải pháp của Alcatel-Lucent 59
3.2.1 Cổng WLAN 7750 SR 60
3.2.2 Đường hầm ống mỏng và ống dày 61
3.2.3 Giảm tải tế bào qua truy cập WiFi 63
3.3 Giải pháp của INTELLINET 64

3.4 Giải pháp TTG (cổng kết cuối đường hầm) của Radisys 67
KT LUN 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73
NGUYỄN THỊ NHUNG_D08VT2 ii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC HÌNH VẼ
NGUYỄN THỊ NHUNG_D08VT2 iii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC BẢNG BIỂU
NGUYỄN THỊ NHUNG_D08VT2 iv
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THUT NG VIT TT
THUT NG VIT TT
3GPP
A
Third Generation Partnership
Project
Hiệp hội nghiên cứu di động
thế hệ thứ 3
AAA
ANDSF
ACK
AP
APN
ATCA
B
BPSK
BSS
C
CA
CAPWAP

CCK
CG
CoA
CS
CSMA
CSMA/CD
CTS
CW
D
DCF
DIFS
Authentication, Authorization,
and Accounting
Access Network Discovery and
Selection Function
Acknowledge
Access Point
Access Point Name
Advanced Telecommunications
Computing Architecture
Binary Phase Shift Keyin
Base Station System
Channel Aggregation
Control and Provisioning of
Wireless Access Point
Complementary Coded Keying
Control Gateway
Care of Address
Circuit Switch
Carrier Sense Multiple Access

Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detect
Clear to send
Contention Window
Distributed Coordination
Function
Distributed Coordinate Function
Nhận thực, Ủy quyền và
Thanh toán
Chức năng lựa chọn và phát
hiện mạng truy cập
Báo nhận
Điểm truy nhập
Tên điểm truy cập
Kiến trúc tính toán vễn thông
tiên tiến
Điều chế mã nhị phân
Tập dịch vụ cơ bản
Tập hợp kênh
Điểm truy cập vô tuyến điều
khiển và dự phòng
Khóa mã bổ sung
Cổng điều khiển
Địa chỉ care-of
Chuyển mạch kênh
Đa truy cập cảm nhận sóng
mang
Đa truy cập cảm nhận sóng
mang phát hiện xung đột
Xóa để gửi

Của sổ xung đột
Chức năng kết hợp phân phối
Khoảng liên khung DCF
NGUYỄN THỊ NHUNG_D08VT2 v
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THUT NG VIT TT
DSMIPv6
DS
DSSS
DTLS
E
EAP
EAP AKA
EAP SIM
EAP-TLS
EDCA
EPC
ePDG
ERP
ESS
F
FA
FCC
G
GGSN
GPRS
GRE
GSM
GSMA
GTP
Interframe Space

Dual-Stack Mobile IP Protocol
Version 6
Distribution System
Direct Sequence Spread Spectrum
Datagram Transport Layer
Security
Extensible Authentication
Protocol
EAP method for UMTS
Authentication and Key
Agreement
EAP method for GSM Subscriber
Identity Module
EAP-Transport Layer Security
Enhanced Distributed Channel
Access
Evolved Packet Core
Evolved Packet Data Gateway
Extended Rate Phy
Electronic Switching System
Foreign Agent
Federal Communications
Commission
Gateway GPRS Suppoort Node
General Packet Radio Service
Generic Routing Encapsulation
Global System for Mobile
Communication
GSM Association
GPRS Tunnelling Protocol

Giao thức IP di động kiến trúc
kép phiên bản 6
Hệ thống phân phối
Trải phổ chuỗi trực tiếp
Bảo mật lớp truyền tải gói dữ
liệu
Giao thức xác thực mở rộng
EAP cho xác thực UMTS và
thỏa thuận khóa
EAP cho modul nhận dạng
thuê bao GSM
EAP cho bảo mật lớp truyền
tải
Truy cập kênh phân phối tiên
tiến
Lõi gói tiên tiến
Cổng dữ liệu gói tiên tiến
Tốc độ vật lý mở rộng
Hệ thống chuyển mạch điện
tử
Đại diện tạm trú
Ủy ban truyền thông liên
bang
Node hỗ trợ cổng GPRS
Dịch vụ vô tuyến gói chung
Bộ định tuyến dùng chung
Hệ thống toàn cầu cho thông
tin di động
Hiệp hội GSM
Giao thức đường hầm GPRS

NGUYỄN THỊ NHUNG_D08VT2 vi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THUT NG VIT TT
GW
H
HA
H-ANDSF
HCCA
HCF
HetNet
HLR
HoA
HSS
HTTP
I
IEC
IEEE
IETF
IFS
IKE
IMS
IMSI
IP
IPsec
ISDN
ISI
ISM
ISP
I-WLAN
L
LAN

LTE
Gateway
Home Agent
Home-ANDSF
HCF Control Channel Access
Hybrid Coordination Function
Heterogeneous Network
Home Location Registry
Home Address
Home Subscriber Server
Hypertext Transfer Protocol
International Electrotechnical
Commission
Institute of Electrical and
Electronics
Internet Engineering Task Force
Interframe Spacing
Internet Key Exchange
IP Multimedia Subsystem
Internationnal Mobile Subscriber
Identity
Internet Protocol
Internet Protocol Security
Integrated Service Digital
Network
InterSymbol Interference
Industrial Scientific Medical
Internet Service Provider
Interworking Wireless LAN
Local Area Network

Long Term Evolution
Cổng
Đại diện thường trú
ANDSF thường trú
Truy cập kênh điều khiển
HCF
Chức năng kết hợp lai
Mạng không đồng nhất
Bộ ghi định vị thường trú
Địa chỉ thường trú
Server thuê bao thường trú
Giao thức truyền tải siêu văn
bản
Uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế
Viện kỹ thuật điện và điện tử
Tổ chức nhiệm vụ kỹ thuật
Internet
Khoảng liên khung
Trao đổi khóa Internet
Phân hệ đa phương tiện IP
Nhận dạng thuê bao di động
quốc tế
Giao thức Internet
Bảo mật IP
Mạng số dịch vụ tích hợp
Nhiễu ký tự
Y tế khoa học công nghiệp
Nhà cung cấp dịch vụ Internet
Mạng LAN vô tuyến liên kết
Mạng vùng nội hạt

Tiến hóa lâu dài
NGUYỄN THỊ NHUNG_D08VT2
vii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THUT NG VIT TT
M
MAC
MAG
MG
MIP
MMS
MNO
MPC
MPDU
MSISDN
MVNO
N
NAI
NAV
O
OFDM
P
PC
PCC
PCEP
PCF
PDA
PDP
PDG
PDN GW
PIFS

PLCP
PMD
PMIP
Media Access Control
Mobile Access Gateway
Management Group
Mobile IP Protocol
Multimedia Messaging Service
Mobile Network Operator
Mobile Packet Core
MAC Protocol Data Unit
Mobile Station ISDN
Mobile Virtual Network Operator
Network Access Identifier
Network Allocation Vector
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Point Coordinator
Policy and Charging Control
Policy and Charging
Enforcement function
Point Coordination Function
Personal Digital Assistant
Packet Data Protocol
Packet Data Gateway
Packet Data Network Gateway
PCF Interframe Space
Physical Layer Convergence
Procedure
Physical Medium Dependent

Proxy Mobile Internet Protocol
Điều khiển truy cập môi
trường
Cổng truy cập di động
Nhóm quản lý
Giao thức IP di động
Dịch vụ báo tin đa phương
tiện
Nhà khai thác mạng di động
Lõi gói di động
Khối số liệu giao thức MAC
Trạm di động ISDN
Điều hành mạng ảo di động
Nhận dạng truy cập mạng
Vector phân bổ mạng
Ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao
Bộ kết hợp điểm
Điều khiển chính sách và tính
cước
Chức năng thực thi chính sách
và tính cước
Chức năng kết hợp điểm
Hỗ trợ số cá nhân
Giao thức dữ liệu gói
Cổng dữ liệu gói
Cổng mạng dữ liệu gói
Khoảng liên khung PCF
Lớp con thủ tục hội tụ lớp vật
lý

Lớp con phụ thuộc môi
trường vật lý
Giao thức Internet di động
NGUYỄN THỊ NHUNG_D08VT2
viii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THUT NG VIT TT
PoE
PPDU
Q
QAM
QoS
R
RAN
RADIUS
RF
RTS
S
SAE
SaMOG
SAP
SBC
SeGW
SGSN
SIM
SMS
SON
SSID
SWM
T
TAL

TCP
TTG
U
UDP
UE
PLCP Protocol Data Unit
Quadrature Amplitude
Modulation
Quality of Service
Radio Access Network
Remote Authentication Dial In
User Service
Radio Frequency
Request to send
System Architecture Evolution –
core network for LTE
S2a Mobility based on GPRS
Tunneling Protocol
Service Access Point
Session Broder Controller
Security Gateway
Serving GPRS Support Node
Subscriber Identity Module
Short Message Servive
Self Organizing Network (3GPP)
Service Set Identifier
Transparent Automatic Logon
Transmission Control Protocol
Tunnel Termination Gateway
User Datagram Protocol

User Equipment
cấp phép
Đơn vị dữ liệu giao thức
PLCP
Điều chế biên độ cầu phương
Chất lượng dịch vụ
Mạng truy cập vô tuyến
Tính toán dịch vụ người sử
dụng quay số xác thực từ xa
Tần số vô tuyến
Yêu cầu gửi
Phát triển kiến trúc hệ thống-
mạng lõi cho LTE
S2a di động dựa trên giao
thức đường hầm GPRS
Điểm truy cập dịch vụ
Bộ điều khiển biên phiên
Cổng bảo mật
Node hỗ trợ phục vụ GPRS
Modul nhận dạng thuê bao
Dịch vụ nhắn tin
Mạng tự tổ chức (3GPP)
Bộ mô tả tập dịch vụ
Đăng nhập tự động trong suốt
Giao thức điều khiển giao vận
Cổng kết cuối đường hầm
Giao thức gói dữ liệu người
sử dụng
Thiết bị di động
NGUYỄN THỊ NHUNG_D08VT2 ix

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THUT NG VIT TT
UMTS
W
WAG
WECA
WFA
WiFi
WISPr
WLAN
Universal Mobile
Telecommunications System
WLAN Access Gateway
Wireless Ethernet Compatibility
Alliance
WiFi Alliance
Wireless Fidelity
Wireless Internet Service
Provider Roaming
Wireless Local Area Network
Hệ thống thông tin di động
toàn cầu

Cổng truy cập WLAN
Liên minh tương thích
Ethernet không dây
Liên minh WiFi
Chuyển vùng nhà cung cấp
dịch vụ Internet không dây
Mạng cục bộ vô tuyến
NGUYỄN THỊ NHUNG_D08VT2 x

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC LỜI MỞ ĐẦU
LỜI MỞ ĐẦU
Nhu cầu mạng di động ngày càng tăng cao là một thách thức lớn phải đối
mặt của các nhà khai thác di động đang giữ với nhu cầu băng thông của băng rộng
di động. Từ 2010 đến 2015, lưu lượng dữ liệu di động toàn cầu được dự báo sẽ
tăng 26 lần, trong khi tốc độ kết nối di động trung bình sẽ chỉ tăng 10 lần trong
cùng thời gian đó. Một số trong những hạn chế cơ bản phải đối mặt với các nhà
khai thác di động là sự khả dụng và khả năng của phổ tần 3G/4G được cấp phép
để đáp ứng nhu cầu băng rộng di động đang phát triển. Triển khai các tế bào nhỏ
và các công nghệ đầu vô tuyến từ xa (remote radio head technologies) sẽ giúp làm
giảm bớt tắc nghẽn băng thông, nhưng các giải pháp hiệu quả chi phí dung lượng
cao vẫn còn cần thiết để bổ sung cho các kiến trúc truy cập di động thế hệ tương
lai.
Với những cải tiến năng lực được cung cấp bởi công nghệ 802.11n WiFi,
chi phí tương đối thấp của 802.11n WiFi AP, và áp dụng rộng rãi của khách hàng
802.11a/b/g/n trong điện tử tiêu dùng, sử dụng miễn phí WiFi 802.11n đã nổi lên
như là công nghệ lý tưởng để tăng dung lượng băng thông rộng di động và để phục
vụ như là một mở rộng của mạng truy nhập vô tuyến của nhà điều hành di động.
Tiêu chuẩn công nghiệp như 802.11u, Hotspot 2.0, và EAP-SIM cho phép chế độ
kép 3G/4G và Wi-Fi các máy khách dễ dàng và an toàn chuyển vùng giữa các giao
diện 3G/4G và Wi-Fi AP trên cơ sở ứng dụng hoặc thậm chí trên mỗi luồng cơ sở
để nâng cao chất lượng tổng thể của kinh nghiệm cho các khách hàng băng thông
rộng di động.
Với mong muốn tìm hiểu phương pháp giảm tải lưu lượng cho mạng di
động hiệu quả em đã chọn đề tài đồ án tốt nghiệp của mình là Công nghệ Wifi
Offload cho các mạng vô tuyến di động. Nội dung đồ án của em gồm ba chương
chính:
Chương I: Tổng quan công nghệ Wifi và vai trò của Wifi Offload
Chương II: Kiến trúc giải pháp Wifi Offload
Chương III: Một số giải pháp Wifi Offload của các hãng cung cấp thiết bị

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Phạm Đình Chung - người đã
hướng dẫn em tận tình, chu đáo trong suốt quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp.
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC LỜI MỞ ĐẦU
Em xin chân thành cám ơn các thầy cô trong khoa Viễn thông I đã giúp đỡ tạo mọi
điều kiện cần thiết để em có thể hoàn thành đồ án. Xin chân thành cám ơn tập thể
lớp D08VT2, gia đình và bạn bè đã chia sẻ, động viên em trong thời gian em học
tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Do nội dung kiến thức của đồ án tương đối rộng và mới mẻ, điều kiện thời
gian cũng như kiến thức có hạn, nên đồ án của em chắc chắn không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm và ý kiến đóng góp của
quý thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 12 năm 2012
Sinh viên
Nguyễn Thị Nhung
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
1.1 Giới thiệu WiFi
1.1.1 Khái niệm WiFi
WiFi - Wireless Fidelity là tên gọi mà các nhà sản xuất đặt cho một chuẩn
kết nối không dây (IEEE 802.11), công nghệ sử dụng sóng radio để thiết lập hệ
thống kết nối mạng không dây. Đây là công nghệ mạng được thương mại hóa tiên
tiến nhất thế giới hiện nay. Công nghệ này hoạt động trong dải tần số ISM, cụ thể
hơn trong băng tần 2.4GHz và trong băng tần 5GHz. Lợi thế lớn của các băng tần
này là các băng tần không được cấp phép hoặc miễn phí cấp phép tất cả các nơi
trên thế giới. Hệ thống này hoạt động ở nhiều nơi như các sân bay, quán cafe, thư

viện hoặc khách sạn Hệ thống cho phép truy cập Internet tại những khu vực có
sóng của hệ thống này, hoàn toàn không cần đến cáp nối. Ngoài các điểm kết nối
công cộng (hotspots), WiFi có thể được thiết lập ngay tại nhà riêng.
Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ Viện kỹ thuật điện và điện tử IEEE (Institute
of Electrical and Electronics Engineers). Viện này đưa ra nhiều chuẩn cho nhiều
giao thức kỹ thuật khác nhau, và sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng;
3 chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g.
Trong một mạng WiFi, máy tính và card mạng WiFi kết nối không dây đến
một bộ định tuyến không dây (router). Router được kết nối với Internet bằng một
modem, thường là modem DSL. Các tín hiệu không dây có thể mở rộng phạm vi
của một mạng không dây.
Mạng WiFi có thể được "mở", để ai cũng có thể sử dụng, hoặc "đóng"
trong trường hợp sử dụng một mật khẩu. Một khu vực bao phủ truy cập không dây
thường được gọi là một điểm nóng không dây.
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
WiFi là công nghệ được thiết kế để phục vụ cho các hệ thống máy tính nhẹ
của tương lai, đó là điện thoại di động và thiết kế để tiêu thụ điện năng tối thiểu.
PDA, máy tính xách tay, và các phụ kiện khác nhau được thiết kế để tương thích
với WiFi. Thậm chí còn có điện thoại được phát triển mà có thể chuyển đổi liền
mạch từ các mạng di động vào mạng WiFi mà không cần bỏ một cuộc gọi.
Ưu điểm của WiFi
• Ethernet không dây: WiFi là sự thay thế Ethernet. WiFi và Ethernet, cả
hai mạng IEEE 802 chia sẻ một số thành phần cơ bản.
• Mở rộng truy cập: WiFi mở rộng truy cập vào những nơi mà dây và cáp
điện không thể lắp đặt hoặc nơi mà chi phí quá cao để lắp đặt.
• Chi phí giảm: Như đã đề cập ở trên, sự vắng mặt của dây và cáp điện
khiến chi phí giảm. Điều này được thực hiện bởi sự kết hợp của các yếu
tố, chi phí tương đối thấp của các bộ định tuyến không dây, không cần

đào hào, khoan và các phương pháp khác có thể cần thiết để thực hiện
các kết nối vật lý.
• Di động: Có dây buộc người sử dụng cố định tại một địa điểm. Với
không dây người sử dụng có thể tự do thay đổi vị trí mà không bị mất
kết nối.
• Tính linh hoạt: Mở rộng truy cập, giảm chi phí, và tính di động tạo cơ
hội cho các ứng dụng mới cũng như khả năng của giải pháp sáng tạo
mới cho các ứng dụng.
1.1.2 Quá trình phát triển WiFi
Ban đầu hình thành vào cuối năm 1980 như là một phần mở rộng của
Ethernet không dây, WiFi hay còn gọi là mạng cục bộ không dây (WLAN) bắt đầu
được sử dụng. Sau đó FCC thiết lập băng tần không có giấy phép và chủ yếu giới
hạn để triển khai cho các doanh nghiệp cố định. Với việc thành lập Tổ chức nhiệm
vụ 802.11 của Viện kỹ thuật Điện và Điện tử (IEEE) vào năm 1991 và tốc độ ngày
càng tăng của 802.11a và 802.11b (hoạt động không có giấy phép trên băng tần 5
GHz và 2,4 GHz tương ứng). Liên minh tương thích Ethernet không dây (WECA)
đã sử dụng tên "WiFi", và bắt đầu tiếp thị công nghiệp, khả năng tương tác và
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
chương trình chứng nhận vào năm 1999. WiFi đã được sử dụng thành công như là
một tiêu chuẩn không dây rộng rãi.
Sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhóm làm việc IEEE 802.11 và Liên minh
WiFi đã tiếp tục phát triển, và các phiên bản WiFi mới hơn như IEEE 802.11g (54
Mbps phiên bản của 802.11b), IEEE 802.11n (~ 600 Mbps ở 5GHz bằng cách sử
dụng băng thông rộng hơn và nhiều anten cho truyền và tiếp nhận), với khả năng
tương thích ngược với các phiên bản cũ của 802.11, đã dẫn đến sản phẩm WiFi
theo chuẩn 802.11a/b/g/n.
Bởi vì WiFi ban đầu được hình thành như là một phần mở rộng đơn giản
của cáp Ethernet, thiết kế cung cấp cho khoảng cách, vùng phủ sóng cục bộ, nên

đã không giải quyết xem xét một số vấn đề mạng như đo lường vô tuyến và số liệu
thống kê, quản lý thiết bị, hoặc chất lượng dịch vụ (QoS) (mặc dù IEEE 802.11 đã
đưa ra các tiêu chuẩn như 802.11e cho QoS, 802.11i cho các vấn đề như bảo mật
được cải thiện), WiFi gần đây được tích hợp vào các tế bào mạng di động và được
thông qua bởi nhiều nhà khai thác mạng di động.
1.2 Các chuẩn IEEE 802.11
Các mạng WLAN hoạt động dựa trên chuẩn 802.11, chuẩn này được xem
là chuẩn dùng cho các thiết bị di động có hỗ trợ không dây, phục vụ cho các thiết
bị có phạm vi hoạt động tầm trung bình.
Cho đến hiện nay, IEEE 802.11 gồm có 4 chuẩn trong họ 802.11 và 1
chuẩn đang thử nghiệm:
• 802.11: Là chuẩn IEEE gốc của mạng không dây (hoạt động ở tần số
2.4GHz, tốc độ 1 Mbps – 2Mbps).
• 802.11b: Phát triển vào năm 1999, hoạt động ở tần số 2.4GHz -
2.48GHz, tốc độ từ 1Mpbs - 11Mbps.
• 802.11a: Phát triển vào năm 1999, hoạt động ở tần số 5GHz – 6GHz,
tốc độ 54Mbps.
• 802.11g: Một chuẩn tương tự như chuẩn b nhưng có tốc độ cao hơn
từ 20Mbps - 54Mbps, hiện đang phổ biến nhất.
• 802.11e: Là một chuẩn đang thử nghiệm, đây chỉ mới là phiên bản
thử nghiệm cung cấp đặc tính QoS (Quality of Service) và hỗ trợ
Multimedia cho gia đình và doanh nghiệp có môi trường mạng
không dây.
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
• Thực tế còn một vài chuẩn khác thuộc họ 802.11 là: IEEE 802.11F,
IEEE 802.11h, IEEE 802.11j, IEEE 802.11d, IEEE 802.11s. Mỗi
chuẩn được bổ sung nhiều tính năng khác nhau.
1.2.1 Chuẩn IEEE 802.11 gốc

Năm 1997, IEEE tạo ra chuẩn đầu tiên của WLAN, gọi là 802.11 sau tên
của nhóm phát triển (IEEE 802.11). Tuy nhiên, 802.11 chỉ hỗ trợ mạng với băng
thông tối đa là 2Mbps (hoạt động ở 2.4GHz với tốc độ là 1Mpbs hoặc 2Mpbs), quá
chậm cho hầu hết các ứng dụng. Do đó, các sản phẩm 802.11 không còn được sản
xuất.
1.2.2 ChuẩnIEEE 802.11b
IEEE mở rộng chuẩn 802.11 ban đầu vào tháng 7 năm 1999, tạo ra chuẩn
802.11b. 802.11b cung cấp băng thông lên tới 11Mbps (hoạt động ở tần số 2.4GHz
và tốc độ tăng dần là 1Mpbs, 2Mpbs, 5,5Mpbs và 11Mpbs).
802.11b sử dụng tần số sóng radio không cần đăng ký 2.4GHz như là chuẩn
802.11. Nhà sản xuất thường thích sử dụng tần số này để làm giảm giá thành sản
phẩm. Bời vì sử dụng tần số không đăng ký, các thiết bị 802.11b có thể bị nhiễu từ
những sản phẩm cùng sử dụng tần số đó như lò vi sóng, điện thoại kéo dài không
dây (cordless phones) và rất nhiều sản phẩm ứng dụng cùng sử dụng dải tần
2.4GHz. Tuy nhiên, chỉ cần lắp đặt thiết bị 802.11b xa những thiết bị khác, những
vấn đề nhiễu dễ dàng được giải quyết.
• Ưu điểm: Giá thành rẻ, dải tín hiệu tốt và không dễ dàng bị tắc
nghẽn.
• Nhược điểm: Tốc độ thấp nhất, lắp đặt ở nhà dễ bị nhiễu bởi các
thiết bị cùng dải tần không đăng ký.
1.2.3 Chuẩn IEEE 802.11a
Cùng với 802.11b, IEEE tiếp tục đưa ra chuẩn mở rộng thứ hai cũng dựa
vào 802.11 đầu tiên - 802.11a. Chuẩn 802.11a sử dụng tần số 5GHz, tốc độ
54Mbps tránh được can nhiễu từ các thiết bị dân dụng. Đồng thời, chuẩn 802.11a
cũng sử dụng kỹ thuật trải phổ khác với chuẩn 802.11b là kỹ thuật trải phổ theo
phương pháp đa phân chia theo tần số trực giao (OFDM). Đây được coi là kỹ thuật
trội hơn so với trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS). Do chi phí cao hơn, 802.11a
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD

thường chỉ được sử dụng trong các mạng doanh nghiệp, trong khi, 802.11b thích
hợp hơn cho nhu cầu gia đình. Tuy nhiên, do tần số cao hơn tần số của chuẩn
802.11b nên tín hiện của 802.11a gặp nhiều khó khăn hơn khi phải xuyên qua
tường và các vật cản khác.
Do 802.11a và 802.11b sử dụng tần số khác nhau, hai công nghệ này không
tương thích với nhau. Một số hãng sản xuất bắt đầu cho ra đời sản phẩm "lai"
802.11a/b, nhưng các sản phẩm này chỉ đơn thuần là cung cấp 2 chuẩn sóng WiFi
cùng lúc (máy trạm dùng chuẩn nào thì kết nối theo chuẩn đó).
• Ưu điểm: Tốc độ nhanh, không bị nhiễu với những thiết bị khác.
• Nhược điểm: Giá thành cao, bước sóng ngắn nên dễ bị ngăn chặn.
1.2.4 Chuẩn IEEE 802.11g
Vào năm 2002 - 2003, sản phẩm WLAN được cung cấp một chuẩn mới có
tên gọi là 802.11g. 802.11g kết hợp ưu điểm của hai chuẩn 802.11a và 802.11b:
cung cấp băng thông lên tới 54Mbps và sử dụng dải tần 2.4GHz cho các thiết bị
phát sóng. Vì 802.11g hoạt động cùng tần số với 802.11b, nên các điểm truy cập
802.11g sẽ làm việc với card mạng Wi-Fi chuẩn 802.11b.
Tháng 7/2003, IEEE thông qua chuẩn 802.11g. Chuẩn này cũng sử dụng
phương thức điều chế OFDM tương tự như 802.11a nhưng lại dùng tần số 2,4GHz
giống với chuẩn 802.11b. Điều thú vị là chuẩn này vẫn đạt tốc độ 54Mbps và có
khả năng tương thích ngược với chuẩn 802.11b đang được sử dụng phổ biến.
• Ưu điểm: Tốc độ nhanh, tín hiệu tốt và không dễ bị ngăn chặn.
• Nhược điểm: Giá thành cao hơn 802.11b, nhưng có thể bị nhiễu bởi
dải tần không cần đăng ký.
1.2.5 Chuẩn IEEE 802.11n
Chuẩn Wi-Fi mới nhất trong danh mục WiFi là 802.11n. 802.11n được thiết
kế để cải thiện tính năng của 802.11g về tổng băng thông được hỗ trợ bằng cách
tận dụng nhiều tín hiệu không dây và anten (sử dụng công nghệ nhiều đầu vào –
nhiều đầu ra MIMO). Khi chuẩn này hoàn thành, 802.11n sẽ hỗ trợ tốc độ lên đến
300Mbps. 802.11n cũng có tầm phủ sóng tốt hơn các chuẩn WiFi trước đó nhờ
tăng được cường độ tín hiệu. Các thiết bị 802.11n cũng sẽ tương thích ngược với

802.11g.
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
• Ưu điểm: Là tốc độ cao nhất, vùng phủ sóng tốt nhất; chống nhiễu
tốt từ các tác động của môi trường.
• Nhược điểm: Giá thành cao hơn 802.11g; sử dụng nhiều luồng tín
hiệu có thể gây nhiễu với các thiết bị 802.11b/g kế cận.
Bảng 1.1: Đặc điểm của các chuẩn IEEE 802.11
Các đặc điểm kỹ thuật của IEEE 802.11
802.11a 802.11b 802.11g 802.11n
Năm phê
chuẩn
Tháng 7/1999 Tháng 7/1999 Tháng 6/2003 Tháng 9/2009
Tốc độ tối đa 54Mbps 11Mbps 54Mbps
300Mbps hoặc
cao hơn
Điều chế OFDM
DSSS hoặc
CCK
DSSS hoặc
CCK hoặc
OFDM
DSSS hoặc
CCK hoặc
OFDM
Dải tần số
(RF)
5GHz 2,4GHZ 2,4GHZ
2,4GHz hay

5GHz
Luồng không
gian
1 1 1 1, 2, 3 hay 4
Độ rộng
băng thông
20MHz 20MHz 20MHz
20 MHz hay 40
MHz
1.3 Các thành phần và kiến trúc của WiFi
1.3.1 Các thành phần và kiến trúc
Tiêu chuẩn 802.11 xác định kiến trúc và một số thành phần tương tác với
nhau để đảm bảo giao tiếp mạng WLAN và di động một cách thích hợp.
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
Hình 1.1 mô tả các thành phần quan trọng nhất của kiến trúc được sử dụng
phổ biến, trong đó ba người sử dụng kết nối đến một điểm truy cập để có thể truy
cập Internet thông qua một mạng WLAN.
Hình 1.1: Kiến trúc WLAN 802.11 và các thành phần
BSS (tập dịch vụ cơ bản) là khối chính của mạng LAN 802.11. Trong BSS
là một nhóm các thành phần như các trạm có thể là các điểm truy cập, trạm khách
hoặc cả hai truyền thông với nhau ở cùng thời điểm.
Các điểm truy cập là thực thể bất kỳ cho phép truy cập đến hệ thống phân
phối (DS) qua môi trường không dây đối với các trạm khách được liên kết. Trạm
khách có thể là máy tính hoặc các thiết bị với một giao diện không dây.
Hệ thống phân phối là các thành phần để kết nối các BSS khác nhau và tích
hợp mạng LAN để tạo ra một thiết lập dịch vụ mở rộng (ESS), cho phép tạo ra các
mạng không dây có kích thước khác nhau và phức tạp như được mô tả trong Hình
1.2.

NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
Hình 1.2: Hai BSS kết nối thông qua một hệ thống phân phối tạo thành một ESS
1.3.2 Lớp vật lý
Có một số khía cạnh có thể được xem xét về lớp vật lý của IEEE 802.11,
nhưng chúng ta sẽ tập trung vào kiến trúc, ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao (OFDM), định dạng khung và thông số kỹ thuật vật lý được mô tả trong tiêu
chuẩn IEEE 802.11- 2007 như sau:
Tiêu chuẩn này mô tả các kiểu điều chế và mã hóa như trải phổ chuỗi trực
tiếp (DSSS), khóa mã bổ sung (CCK), ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
(OFDM), và DSSS-OFDM để đạt được các tốc độ dữ liệu khác nhau. Các đặc tả
vật lý sẽ được giải thích sau trong phần 1.3.2.4.
1.3.2.1 Kiến trúc
Kiến trúc của lớp vật lý bao gồm lớp con thủ tục hội tụ lớp vật lý (PLCP)
và lớp con phụ thuộc môi trường vật lý (PMD).
Lớp con đầu tiên được sử dụng để lớp MAC IEEE 802.11 hoạt động với sự
phụ thuộc ít nhất có thể vào lớp con PMD. Lớp MAC truyền thông với lớp con
PLCP thông qua điểm truy cập dịch vụ (SAP), qua đó các đơn vị dữ liệu giao thức
MAC (MPDU) được tiếp nhận.
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
PMD cung cấp phương thức để gửi và nhận dữ liệu giữa các trạm. Hình 1.3
mô tả kiến trúc lớp vật lý.
Hình 1.3: Kiến trúc vật lý
1.3.2.2 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là kỹ thuật ghép kênh
đa sóng mang trong đó nhiều sóng mang con dung lượng thấp được kết hợp để đạt
được dung lượng cao hơn. Khái niệm quan trọng nhất về OFDM là các sóng mang

con trực giao và cách nhau khoảng tần số 1/T như là yêu cầu tối thiểu để đảm bảo
tính trực giao, trong đó T là chu kỳ của tín hiệu. Các sóng mang con OFDM được
trình bày trên Hình 1.4.
Hình 1.4: Tín hiệu OFDM
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
Dữ liệu truyền được chia thành các kênh song song, sử dụng một trong các
kênh này cho mỗi sóng mang con. Mỗi sóng mang con được điều chế bởi kỹ thuật
điều chế như QAM hoặc PSK.
Một trong những ưu điểm của OFDM là khả năng chống lại fading chọn lọc
theo tần số gây ra bởi nhiễu đa đường mà không cần sử dụng các bộ cân bằng
phức hợp và khả năng loại bỏ ISI vì tốc độ ký hiệu thấp (so với một tín hiệu sóng
mang đơn với dung lượng tương đương) và sử dụng khoảng bảo vệ giữa các ký
hiệu.
1.3.2.3 Định dạng khung vật lý
Khung vật lý chủ yếu bao gồm phần tiêu đề chịu trách nhiệm về các vấn đề
định thời và đồng bộ; tín hiệu được đặc tả bởi tốc độ dữ liệu, dộ dài ; và dữ liệu
là một trường có độ dài thay đổi. Tín hiệu được điều chế và mã hoá bởi BPSK, tỷ
lệ r = 1/2, trong khi dữ liệu có tốc độ được chỉ thị trong trường con tốc độ trong tín
hiệu.
Định dạng khung vật lý được mô tả trên Hình 1.5.
Hình 1.5: Định dạng khung IEEE 802.11-2007 PPDU (ERP-OFDM),
trong đó b là các bit.
1.3.2.4 Thông số vật lý
Thông số vật lý của chuẩn IEEE 802.11-2007 có thể được tóm tắt trong các
Bảng 1.2 – 1.4. Các đặc tả này để cập tới việc tốc độ vật lý mở rộng (ERP) trong
đó định nghĩa tất cả các kết hợp có thể có của điều chế và tỷ lệ mã hóa để đạt được
tất cả tốc độ dữ liệu.
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
Bảng 1.2 mô tả các đặc tả điều chế IEEE 802.11-2007, đặc tính mã hóa và
tốc độ dữ liệu của IEEE 802.11-2007.
Bảng 1.2: Các tốc độ dữ liệu (điều chế và mã hóa)
Bảng 1.3 mô tả tất cả các tốc độ dữ liệu được định nghĩa bởi tiêu chuẩn để
có khả năng tương thích ngược với các trạm, các chế độ điều chế tùy chọn và bắt
buộc được quy định cụ thể.
Bảng 1.3: Các tốc độ dữ liệu và điều chế có thể
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
Bảng 1.4 mô tả các thông số phổ biến nhất được định nghĩa bởi tiêu chuẩn.
Bảng 1.4: Các thông số IEEE 802.11-2007 (ERP-OFDM)
1.3.3 Lớp điều khiển truy cập môi trường (MAC)
Kiến trúc lớp MAC có thể được mô tả một cách dễ dàng như trên Hình 1.6.
Hình này mô tả các chức năng kết hợp điểm (PCF) và chức năng kết hợp lai
(HCF) qua các dịch vụ của chức năng kết hợp phân phối (DCF), không có các
trạm chất lượng dịch vụ (QoS), HCF không hiện diện và ở trong các trạm QoS, cả
HCF và DCF đều hiện diện. Đối với tất cả các trạm, PCF là một tính năng tuỳ
chọn.
Hình 1.6: Kiến trúc lớp MAC
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chương I. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ WIFI VÀ
VAI TRÒ CỦA WIFI OFFLOAD
DCF là phương pháp truy cập chính của lớp MAC chuẩn IEEE 802.11 được
gọi là CSMA/CA. Phương pháp truy cập này được thực hiện trong tất cả các trạm
và được sử dụng trong IBSS và các mạng hạ tầng. Điều này sẽ được giải thích
thêm trong phần 1.3.4 của chương này.
PCF là phương pháp truy cập tùy chọn cho IEEE 802.11 mà chỉ được sử

dụng trong các mạng hạ tầng. Đặc điểm chính của phương pháp truy cập này là sử
dụng bộ kết hợp điểm (PC) tại các điểm truy cập của BSS nhằm xác định trạm để
truyền tải. PCF cung cấp các thông tin trong các khung quản lý báo hiệu để thiết
lập vectơ phân bổ mạng (NAV) tại các trạm. Do đó, có thể có được sự điều khiển
môi trường truyền thông. PCF sử dụng cơ chế VCS (giải thích trong phần 1.3.4.1).
Các khung quản lý báo hiệu được sử dụng bởi điểm truy cập để thông báo
sự hiện diện của nó và để truyền thông tin sẽ giúp các trạm làm việc tốt trong BSS.
Nó được gửi định kỳ và các thông tin trong khung này có thể được sử dụng cho
các mục đích khác nhau như các tốc độ dữ liệu khả dụng trong BSS, SSID và dấu
thời gian.
HCF là một cơ chế chức năng kết hợp chỉ được sử dụng trong các mạng
QoS. HCF được gọi là lai vì nó kết hợp các chức năng từ PCF và DCF với một số
cải tiến. HCF sử dụng hai phương pháp truy cập kênh. Truy cập kênh phân phối
tiên tiến (EDCA) và truy cập kênh điều khiển HCF (HCCA). Phương pháp đầu
tiên là truy cập kênh dựa trên tranh chấp và phương pháp thứ hai là truy cập kênh
điều khiển.
1.3.4 Chức năng kết hợp phân phối
Tiêu chuẩn IEEE 802.11 định nghĩa chức năng kết hợp phân phối dựa trên
giao thức CSMA/CA để chia sẻ môi trường không dây.
Các trạm nghe kênh trước khi truyền để xác định xem trạm khác có đang
phát hay không. Để giảm xác suất xung đột, trạm sử dụng một thời gian backoff
ngẫu nhiên trong điều kiện môi trường bận. Ngoài ra, trạm đích để xác nhận việc
thu nhận gói tin truyền thành công phát một xác nhận tích cực. Nếu không thu
được xác nhận, trạm phát định trình việc truyền dẫn lại.
Kỹ thuật truy cập khác được định nghĩa bởi DCF là cơ chế truy cập
RTS/CTS.
NGUYỄN THỊ NHUNG _D08VT2 15