Mạng không dây và di động

Mạng không dây và di động
ThS. Trần Bá Nhiệm
Mail:
Website: sites.google.com/site/tranbanhiem
Mục tiêu của môn học
•
Môn học chuyên ngành
•
Tìm hiểu nhiều mặt của công nghệ không dây,
mạng không dây, kiến trúc và các ứng dụng
2
Tài liệu tham khảo
•
Jochen Schiller, "Mobile Communications", Addison-Wesley
•
Borko Furht và Mohammad Ilyas, Wireless Internet Handbook:
Technologies, Standards, and Applications, Auerbach Publications, 2003
•
Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, Fourth edition, Prentice Hall,
2003
•
Seshan, S., Low latency handoff for cellular data networks, Ph.D. diss.,
University of California, Berkeley, 1995
•
James F. Kurose, Keith W. Ross, Computer Networking: A top-down
Approach Featuring the Internet, Addison-Wesley, 2003
•
Chai-Keong Toh, Crossover Switch discovery for wireless ATM LANs, Mobile
Networks and Applications, 1996
•
Matthew Gast, 802.11Wireless Networks The Definitive Guide, O’Reilly,

2005
3
Tài liệu tham khảo
•
Perkins C., Mobile IP specification, Internet RFC 2002, 1996
•
Johnson D. and Perkins C., Route optimization in mobile IP, IETF Mobile-IP
draft, 1995
•
Campbell A. et al., An overview of cellular IP, IEEE Wireless Communications
and Networks Conference, WCNC, 1999
•
David B. Johnson and David A. Maltz, The Dynamic Source Routing Protocol
for Mobile Ad Hoc Networks (DSR), Internet draft, 2004
•
Perkins C.E. and Royer E.M., Ad hoc on-demand distance vector routing,
IEEE Workshop on Mobile Computing Systems and Applications (WMCSA),
1999
•
Rosenberg, J. et al., "SIP: Session Initiation Protocol", RFC 3261, June 2002
•
P. Nicopolitidis, M. S. Obaidat, G. I. Papadimitriou, and A. S. Pomportsis,
Wireless Networks, John Wiley & Sons Ltd, 2003
4
Tài liệu và phương pháp đánh giá
•
Web site môn học
•
Tài liệu học bằng tiếng Anh
(ENGLISH)

•
Bài tập lớn: 30%-40%
•
Thi cuối kỳ (thi trắc
nghiệm): 60%-70%
5
Chương 1: Giới thiệu tổngquan
•
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
6
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)
7
Truy nhập không dây
•
Truy nhập Internet di động
8
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
9
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
10
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
11
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
12
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 được chuyển mạch thủ công
13
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
14
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)
–
Khái niệm này đã mang đến một cuộc cách mạng
trong lĩnh vực điện thoại di động
–
Thành công của điện thoại di động vượt quá sự tưởng
tượng của những nhà nghiên cứu thời bấy giờ
15
Điện thoại di động tương tự
•
Khái niệm ngăn tổ ong
–
Được đề xuất vào năm 1947 bởi D. H. Ring
–
Thay thế các BS phạm vi phủ rộng bằng các trạm phạm vi

phủ nhỏ
–
Vùng phủ của một BS này được gọi là một “ngăn” (cell)
•
Phạm vi hoạt động của hệ thống được phân chia thành một tập các
ngăn kề nhau và không chồng chéo
•
Phổ điện từ được chia thành các kênh và mỗi ngăn dùng một tập
các kênh riêng
•
Các ngăn kề nhau dùng các tập kênh khác nhau để tránh nhiễu
•
Các ngăn cách nhau có thể dùng lại kênh
•
Sử dụng lại tần số để tăng hiệu quả của việc sử dụng phổ
16
Điện thoại di động tương tự
–
Mỗi BS kết nối qua dây cáp với một thiết bị, gọi là Mobile
Switching Center (MSC)
•
Cần hỗ trợ sự di chuyển của người dùng từ ngăn này
sang ngăn khác mà không làm giảm chất lượng của
cuộc gọi
–
Chuyển giao (handover hay handoff)
–
Không thể thực hiện tại thời điểm bấy giờ
•
Thế hệ đầu tiên của hệ thống điện thoại di động (1G)

–
Được thiết kế vào cuối những năm 1960 và triển khai vào
đầu những năm 1980
–
Hậu duệ của MTS/IMTS
–
Hệ thống tương tự
17
Điện thoại di động tương tự
–
Hệ thống thương mại đầu tiên, được gọi là Advanced
Mobile Phone System (AMPS), bắt đầu hoạt động vào năm
1982
•
Chỉ truyền tiếng nói
•
Sử dụng điều biến tần số (Frequence Modulation – FM)
•
Phổ điện từ của mỗi ngăn được phân chia thành một số các kênh
•
Mỗi cuộc gọi được cấp một cặp kênh
•
Truyền thông bên trong phần có dây của hệ thống sử dụng mạng
chuyển gói
•
Các hệ thống tương tự:
–
Total Access Communication System (TACS): Anh, Ý, Tây Ban Nha, Áo
–
MCS-L1: Nhật

–
Nodic Mobile Telephony (NMT): một số nước khác
18
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 đổi 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
19
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
20
GSM
•
Tại châu Âu, phổ điện từ xung quanh 900 MHz và 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 MHz
•
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
21
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
22
HSCSD và GPRS
–
GPRS hỗ trợ nhiều mức tốc độ: 14.4 đến 115.2
kbps
–
Đối xứng và không đối xứng
23
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
24
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
25