Đồ án tốt nghiệp - Nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến

Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
Lời nói đầu
Việc sử dụng mạng cục bộ vô tuyến xuất phát từ nhu cầu của quân đội mong muốn
có được phương thức truyền thông tin đơn giản, dễ lắp đặt và bảo mật để sử dụng trong
chiến tranh. Ngày nay việc ứng dụng mạng cục bộ vô tuyến vào đời sống xã hội trở nên
phổ biến do chi phí ngày càng giảm, tính tiện lợi, khả năng di động, tốc độ ngày càng
cao và ổn định không kém so với mạng có dây. Hầu hết các doanh nghiệp, bệnh viện,
trường học… đều có thể triển khai các phân đoạn mạng vô tuyến giúp tiết kiệm thời
gian triển khai cài đặt, chi phí và cho phép linh hoạt trong kết nối. Công nghệ truyền
thông vô tuyến phát triển không ngừng, trong đó việc tạo ra những bộ Wireless
Controller cho phép chúng ta có thể mở rộng và chuyển vùng trong mạng dễ dàng hơn.
Tuy nhiên do đặc thù của mạng vô tuyến là thiếu ổn định do ảnh hưởng bởi môi trường
như nhiễu, giao thoa, suy giảm tín hiệu và tính bảo mật kém nên việc thiết kế mạng
không tốt sẽ làm giảm hiệu quả của mạng thậm trí mạng không hoạt động được. Việc
nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến là cần thiết để mang lại
hiệu quả to lớn trong việc triển khai mạng, giải quyết dễ dàng các vấn đề khi sử dụng
mạng đặc biệt là vấn đề bảo mật thông tin.
Trong quá trình làm đề tài “Nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ
vô tuyến” tôi đã được sự hướng dẫn chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong
khoa, trong trường, các nhân viên và lãnh đạo của công ty thông tin tín hiệu đường sắt
Hà Nội và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn ThS. Vương Hoàng Nam
Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới Thầy giáo hướng dẫn TS. Vương Hoàng
Nam, Bộ môn Hệ thống Viễn thong, Khoa Điện tử Viễn thông, trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội;Ông Hoàng Trọng Kiên , Bộ phận IT công ty Thông Tin Tín Hiệu Đường
Sắt Hà Nội, cùng các thầy cô trong Khoa Điện tử Viễn thông và Trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội; đã có những giúp đỡ kịp thời cũng như những ý kiến quí báu giúp tôi
hoàn thành đồ án này.
Ngày 19 tháng 10 năm 2011
Trần Khắc Trung
1
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung

Tóm tắt đồ án
Mục đích của đồ án là nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô
tuyến trên nền chuẩn IEEE 802.11a/b/g. Đồ án trình bày về công nghệ, thiết bị sử dụng,
kiến trúc mạng, sự chuyển vùng, các kênh và việc sử dụng các kênh, các vấn đề về
nhiễu, sự suy giảm tín hiệu, vấn đề bảo mật, phương pháp thiết kế một mạng cục bộ vô
tuyến. Trên thực tế trong khóa thực tập, tại công ty thông tin tín hiệu đường sắt Hà nội
tôi đã thiết kế thử nghiệm và tìm hiểu rất nhiều về mạng WLAN của công ty. Tiêu chí
thiết kế mạng là tối ưu vùng phủ sóng, giảm nhiễu, bảo mật cao, nâng cấp dễ dàng và
giảm chi phí Đồ án được trình bày trong 3 chương; trong đó:
Chương 1: Giới thiệu chung;
Chương 2: Nghiên cứu cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến;
Chương 3: Thiết kế mạng cục bộ vô tuyến.

Abstract
The purpose of my thesis is to research and develop Wireless Local Area Network
Infrastructure rely on IEEE 802.11a/b/g. The thesis presents technologies, devices,
architectures, roaming, channels and ways of using channels, interference, signal
reduction, securities as well as designing method for a Wireless Local Area Network.
In practice during my internship course at the Compal corporation in China, I have
designed a WLAN network for Compal’s office zone in China. Criteria of network
design are coverage area optimum, interference reducing, high security, easy to
upgrade and low cost, etc. My thesis includes 3 chapters, in which:
Chapter 1: General Introduction;
Chapter 2 : Research on Wirelees Local Area Network Infrastructure;
Chapter 3: Design a Wireless Local Area Network.
2
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
Mục lục
Lời nói đầu 1
Tóm tắt đồ án 2

Danh sách bảng biểu 5
GIỚI THIỆU CHUNG 8
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ HẠ TẦNG MẠNG CỤC BỘ VÔ TUYẾN 27
THIẾT KẾ MẠNG CỤC BỘ VÔ TUYẾN 70
3
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
Danh sách hình vẽ
4
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
Danh sách bảng biểu
Danh sách các từ viết tắt
Từ viết tắt Từ gốc tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt
AAA Authentication, authorization and
accounting
Xác thực, cho phép và tính
toán
ACK Acknowledgment Báo nhận
AES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến
AP Access point Điểm truy cập
ASK Amplitude Shift Keying Dịch khóa biên độ
BPSK Binary Phase Shift Keying Dịch khóa pha nhị phân
BS Base station Trạm cơ sở
5
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
BSS Basic service set Thiết lập dịch vụ cơ bản
CCA Clear Channel Assessment Giám sát kênh rỗi
CCK Complementary Code Keying Khóa mã bù
CRC Cyclic Redundancy Code Mã vòng dư
CSMA/CA Carrier Sense Multiple
Access/Collision Avoidance

Cảm nhận sóng mang/ tránh
xung đột
CSMA/CD Carrier Sense Multiple
Access/Collision Detection
Cảm nhận sóng mang/phát
hiện xung đột
CW Contention Window Cửa sổ tranh chấp
DCF Distributed coordination function Chức năng tọa độ phân phối
DIFS DCF Interframe Space Khoảng cách liên khung
DCF
DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp
EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức xác thực nâng cao
ESS Extended Service Set Thiết lập dịch vụ mở rộng
ETSI Euro Telecommunications Standard
Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông
châu Âu
FCC Federal Communications Commission Uỷ ban truyền thông liên
bang Mỹ
FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần số
FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần
IBSS Independent Basic Service set Thiết lập dịch vụ cơ bản độc
lập
IEEE Institute of Electrical and Electronics
Engineers
Viện kỹ sư điện-điện tử
IP Internet Protocol Giao thức internet
ISM Industrial, Scientific and Medical Băng tần công nghiệp, khoa
học và y tế
IV Initialization Vector Vec tơ khởi tạo

MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập môi
trường
MIMO Multi Input Multi Output Nhiều vào nhiều ra
NAV Network Allocation Vector Véc tơ định vị mạng
OFDM Orthogonal Frequency Division
Multiplex
Ghép kênh theo tần số trực
giao
PDA Personal Device Assistant Thiết bị hỗ trợ cá nhân
PHY Physical Lớp vật lí
PIFS PCF Interframe Spacing Khoảng cách liên khung PCF
PSK Phase Shift Keying Dịch khóa pha
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
6
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
QPSK Quard Phase Shift Keying Dịch khóa pha cầu phương
RADIUS Remote Authentication Dial-In User
Service
Xác thực quay số từ xa trong
phục vụ người dùng
S/N Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm
SFIS Short Interframe Spacing Khoảng cách giữa các khung
ngắn
UNII Unlicensed National Information
Infrastructure
Hạ tầng thông tin quốc tế
không đang kí
WECA Wireless Ethernet Compatibility
Alliance
Liên minh tương thích mạng

cục bộ vô tuyến
WIMAX Wideworld interoperability for
microwave access
Hệ thống truy cập sóng ngắn
có tính tương tác toàn cầu
WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ vô tuyến
WMAN Wireless Metropolican Area Network Mạng vô tuyến đô thị
WPAN Wireless Personal Area Network Mạng vô tuyến cá nhân
Bluetooth
WWAN Wireless Wide Area Network Mạng vô tuyến diện rộng
7
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Khái niệm về mạng vô tuyến
Hình 1.1: Phân chia mạng vô tuyến
Mạng vô tuyến cũng là mạng thông tin thông thường nhưng thay vì sử dụng dây
cáp là sử dụng sóng vô tuyến hoặc tia hồng ngoại để truyền và trao đổi dữ liệu qua
không gian. Mạng vô tuyến có ưu điểm là sự linh hoạt cao, khả năng kết nối di động,
cài đặt và triển khai đơn giản, tính tương thích thiết bị ngày càng mạnh và khả năng
nâng cấp thay đổi dễ dàng nhưng có nhược điểm là độ ổn định không cao, tốc độ
8
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
truyền dữ liệu thấp, tín hiệu bị suy giảm do nhiễu, tính bảo mật kém, giá thành thiết bị
cao… Mạng vô tuyến được chia làm 4 nhóm chính là WPAN, WLAN, WMAN và
WWAN. Sự phân chia này dựa vào vùng ứng dụng và khoảng cách phủ sóng tín hiệu:
 WPAN: Kết nối các thiết bị riêng rẽ với nhau trong khoảng cách dưới 10
m. Được biết đến là công nghệ bluetooth.
 WLAN: Phủ sóng trong môi trường một phòng hoặc một tòa nhà. Khoảng
cách tín hiệu trong môi trường indoor là 30m và outdoor là 100m. Được

biết đến là các chuẩn 802.11 ví dụ a,b,g,n…công nghệ WLAN thường được
gọi là WIFI.
 WMAN: Mạng làm việc trong khoảng cách trên 5km dùng để kết nối người
sử dụng với internet và được biết đến với chuẩn 802.16, còn được gọi là
chuẩn Wimax .
 WWAN: Mạng diện rộng vô tuyến dùng trong cơ sở hạ tầng mạng di động
cung cấp mạng kết nối vô tuyến trên một diện rộng như các mạng điện
thoại…
1.2 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN
Hình 1.2: Vị trí của WLAN trong mô hình OSI
9
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
WLAN bản chất là mạng LAN nhưng thay vì kết nối có dây là kết nối bằng sóng
vô tuyến hoặc tia hồng ngoại. WLAN dựa trên giao thức Ethernet với cơ chế đa truy
nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột CSMA/CA để chia sẻ đường truyền. Đặc
trưng của WLAN là ở lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lí trong mô hình OSI và trong lớp
truy cập môi trường trong mô hình TCP/IP. Đặc tả của WLAN dựa trên các chuẩn
802.11(a, b,g, ) do tổ chức IEEE đưa ra.
Ưu điểm: Dễ cấu hình và cài đặt mạng, tính linh động cao, nâng cấp dễ dàng, tiết kiệm
chi phí, khả năng tương thích giữa các thiết bị ngày càng mạnh, công nghệ được nhiều
tổ chức quan tâm và phát triển .
Nhược điểm: Tốc độ và sự ổn định kém mạng có dây do chịu nhiều ảnh hưởng bởi đặc
thù của môi trường như nhiễu, giao thoa…Vấn đề nữa của mạng không dây là khả
năng bảo mật kém.
Yêu cầu về chất lượng dịch vụ: Băng thông mạng, tỷ lệ mất gói, độ trễ các gói tin và
độ ổn định của mạng.
1.3 Các chuẩn IEEE 802.11 thông dụng
Kể từ thời kì đầu của mạng vô tuyến, đã có rất nhiều chuẩn và công nghệ được
phát triển cho WLAN. Một trong những tổ chức chuyên về chuẩn hóa những công
nghệ này là IEEE. Và các chuẩn vô tuyến WLAN được chuẩn hóa thành họ các chuẩn

được đặt tên là 802.11. Tổ chức này đưa ra chuẩn 802.11 vào năm 1997, năm 1999 bổ
xung thêm chuẩn a,b và năm 2003 đưa ra chuẩn g tương thích với chuẩn b. Hiện nay
còn đang chuẩn hóa 802.11 n với kĩ thuật MIMO có tốc độ và khoảng cách phủ sóng
rất lớn. Tính năng kĩ thuật của một số chuẩn thông dụng được mô tả dưới đây:
 802.11 năm 1997 IEEE đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11, và cũng được
biết với tên gọi WIFI (Wireless Fidelity) cho các mạng WLAN. Chuẩn 802.11
hỗ trợ ba phương pháp truyền tín hiệu, trong đó có bao gồm phương pháp truyền
tín hiệu vô tuyến ở tần số 2.4Ghz, tốc độ truyền dữ liệu 2Mbps. Đây là chuẩn
gốc cho các chuẩn sau này, sử dụng phương pháp trải phổ FHSS và DSSS.
10
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
 802.11 b: IEEE đưa ra 7/1999 sử dụng dải tần số 2,4Ghz như chuẩn gốc 802.11
là giải tần ISM. Thiết bị hoạt động ở dải tần này không phải đăng ký, tốc độ bít
là 11Mbps, sử dụng phương pháp trải phổ trực tiếp DSSS.
 802.11 a : IEEE đưa ra năm 1999 sử dụng phương pháp điều chế OFDM hoạt
động ở dải tần 5 ÷ 6 Ghz, tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54 Mbps. Vì tần số cao
hơn 802.11 b nên bán kính phủ sóng của chuẩn này kém hơn bán kính phủ sóng
của 802.11 b.
 802.11 g: IEEE đưa ra năm 2003 nó kết hợp ưu điểm của 2 chuẩn a và b tăng
cường sử dụng dải tần 2.4GHz, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới 54 Mbps
nhưng chỉ truyền được giữa những đối tượng nằm trong khoảng cách ngắn. Sử
dụng phương pháp điều chế OFDM, DSSS, HR/DSSS. Tương thích với chuẩn b
với tốc độ là 11Mbps và trải phổ DSSS.
 Chuẩn 802.11 n: Đưa ra năm 2008 người ta gọi đây là chuẩn WIFi của tương
lai, sử dụng dải tần 5Ghz, tốc độ bít theo lí thuyết lên tới 150Mbps, bán kính
phủ sóng lớn, sử dụng điều chế OFDM, kĩ thuật MIMO.
Trong các chuẩn 802.11 thì chuẩn b và g sử dụng dải tần 2,4 Ghz thuộc dải tần ISM
là dải tần không cần cấp phép nên nó sẽ bị nhiễu bởi những thiết bị dùng trong dải tần
này như các thiết bị y tế, lò vi sóng, thiết bị gia đình văn phòng… Chuẩn 802.11 a sử
dụng dải tần 5Ghz ít bị nhiễu hơn nhưng ít được sử dụng vì không có tính tương thích

ngược vì hầu hết các thiết bị sử dụng dải tần 2,4Ghz.
1.4 Truy cập môi trường trong WLAN
1.4.1 Kỹ thuật đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột
Sử dụng phương pháp truy cập ngẫu nhiên, phương pháp này thuận lợi khi tải
thấp vì tận dụng được toàn bộ kênh truyền, bất lợi khi tải cao vì dễ xảy ra xung đột.
Trong WLAN sử dụng phương thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột
CSMA/CA, còn CSMA/CD thì chỉ phát hiện được xung đột. Giao thức CSMA làm
việc như sau: Một trạm muốn truyền nó cảm nhận môi trường, nếu môi trường đó bận
11
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
tức là có một trạm nào đó đang truyền, nó sẽ đợi một thời gian, nếu môi trường được
cảm nhận là rỗi thì trạm đó được phép truyền. Phương thức này hiệu quả khi đường
truyền là không nhiều tải, điều này cho phép truyền với thời gian trễ nhỏ nhất, trong
phương pháp này sẽ xảy ra xung đột nếu có từ 2 trạm trở lên truyền cùng một thời
điểm, do chúng cảm nhận thấy đường truyền rỗi và quyết định truyền. Khi xảy ra xung
đột lớp MAC sẽ quyết định truyền lại, đây là nguyên nhân gây trễ của tín hiệu. Trong
Ethernet xung đột sẽ được chấp nhận bởi trạm truyền sẽ truyền lại theo thuật toán
Exponential random backoff. Trong wire LAN sử dụng cơ chế phát hiện xung đột
CSMA/CD, nhưng không được sử dụng trong WLAN vì:
 Để thực hiện cơ chế phát hiện xung đột thì sẽ cần sử dụng phương pháp song
công vô tuyến tức là có khả năng truyền và nhận tại cùng một thời điểm.
 Trong một môi trường vô tuyến không thể thực hiện lắng nghe tất cả các trạm
khác vì điều này không có nghĩa khi nghe môi trường rỗi thì vùng xung quanh
trạm thu sẽ rỗi.
 Trong môi trường vô tuyến rất dễ xảy ra xung đột do công suất của tín hiệu
phát lớn hơn nhiều tín hiệu thu. Nên tín hiệu phát sẽ lấn áp tín hiệu thu làm
cho trạm thu không nghe được.
 Sự suy giảm tín hiệu trên đường truyền có thể lên tới 100dB sẽ làm mất dữ
liệu truyền.
Bằng sự cố gắng giải quyết vấn đề xung đột với mạng vô tuyến, 802.11 đã đưa ra cơ

chế đa truy nhập tránh xung đột CSMA/CA cùng với cơ chế sắp xếp xác thực như sau:
Hình 1.3: Phương thức hoạt động của CSMA/CA khi môi trường bận
12
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
Một trạm muốn truyền sẽ cảm nhận môi trường, nếu môi trường bận nó sẽ đợi
đến khi môi trường rỗi, sau đó nó chờ một khoảng thời gian DIFS và thêm vào một số
ngẫu nhiên khe thời gian trong khoảng thời gian tranh chấp CW trước khi truyền
khung. Trong thời gian này nếu có sự truyền của một trạm khác thì bộ đếm của nó sẽ
dừng cho đến khi trạm kia truyền xong cộng thêm DIFS.Trạm sẽ truyền gói khi bộ đếm
trở về không.
Hình 1.4: Phương thức hoạt động của CSMA/CA khi môi trường rỗi
Nếu môi trường rỗi sau một thời gian danh nghĩa gọi là DIFS sau đó trạm sẽ được
phép truyền, trạm thu sẽ kiểm tra CRC của gói thu được xem đúng không, nếu đúng
gửi một gói báo cho biết đã nhận được ACK sau khoảng thời gian SIFS < DIFS. Sự
nhận được gói chứng tỏ không xảy ra xung đột, nếu không nhận được ACK thì việc
truyền sẽ được thực hiện lại hoặc bỏ qua.
1.4.2 Phương pháp CSMA/CA với cơ chế cảm nhận sóng mang ảo
Hình 1.5: Sự giao dịch giữa 2 trạm và việc thiết lập NAV của các trạm khác
Theo yêu cầu giảm xác suất 2 trạm va chạm bởi vì chúng không thể nghe thấy nhau
nên chuẩn 802.11 đã đưa ra cơ chế cảm nhận sóng mang ảo như sau:
13
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
 Một trạm muốn truyền một gói trước tiên nó sẽ truyền một gói điều khiển
ngắn gọi là RTS ( Request to send), nó chứa địa chỉ nguồn và đích và khoảng
thời gian thực hiện sau đó. Trạm đích sẽ đáp lại một gói CTS (clear to send)
nếu môi trường rỗi.
 Tất cả các trạm nhận được RTS và/hoặc CTS đưa ra chỉ thị cảm ứng kênh ảo
gọi là vector phân phối mạng NAV đối với khoảng thời gian cho trước, và sử
dụng thông tin này cùng với cảm ứng kênh vật lý cho biết trạng thái bận của
đường truyền. Như vậy kỹ thuật này giảm khả năng xung đột ở khu vực máy

nhận do một trạm ẩn từ máy phát khác trong khoảng thời gian ngắn của cuộc
truyền dẫn RTS do trạm nghe CTS và giữ đường truyền bận cho đến khi kết
thúc giao tác. Khoảng thời gian của RTS cũng bảo vệ khu vực phát khỏi các
xung đột trong khi tín hiệu ACK từ các trạm bên ngoài phạm vi của trạm
đang báo nhận.
1.5 Kĩ thuật trải phổ trong WLAN
Trải phổ là kỹ thuật truyền thông đặc biệt với băng thông rộng và năng lượng thấp.
Truyền thông trải phổ sử dụng rất nhiều kỹ thuật điều tần khác nhau trong WLANs và
có rất nhiều thuận lợi hơn truyền thông băng tần hẹp.Tín hiệu trải phổ chống được
nhiễu, tính bảo mật cao. Truyền thông trải phổ ít bị nghẽn hoặc nhiễu hơn so với truyền
thông băng tần hẹp. Vì lý do này, kĩ thuật trải phổ được quân đội sử dụng trong một
thời gian dài.
Hình 1.6: Trải phổ băng hẹp
14
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
Trong các hệ thống thông tin trải phổ độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng,
thông thường hàng trăm lần trước khi được phát. Khi chỉ có một người sử dụng trong
băng tần trải phổ thì sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả. Tuy nhiên ở môi
trường nhiều người sử dụng thì có thể dùng chung một băng tần trải phổ và hệ thống sử
dụng băng tần hiệu quả hơn suất mà vẫn duy trì được các ưu điểm cuả trải phổ. Một hệ
thống thông tin số được coi là trải phổ nếu:
 Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối
thiểu cần thiết để phát thông tin.
 Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu.
1.5.1 Kỹ thuật trải phổ trực tiếp DSSS
Nguyên lí hoạt động
Hình 1.7: Nguyên lí trải phổ trực tiếp
Tb: Thời gian một bít của luồng số cần phát
Tn: Chu kì mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ
Tc: Thời gian một chip của mã trải phổ

Hệ thống DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu
giả ngẫu nhiên có tốc độ chip (Rc=1/Tc) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb) của luồng
số cần phát.
Các kênh trong hệ thống DSSS
Mỗi kênh là băng tần liền kề của tần số rộng 22 MHz, Ví dụ, kênh 1 hoạt động từ
2.401 GHz đến 2.423 Ghz (2.412 GHz ± 11 MHz); kênh 2 hoạt động từ 2.406 đến
2.428 GHz (2.417 ± 11 MHz) và tiếp tục tăng dần.
15
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
Hình 1.8 : Vị trí các kênh DSSS và phổ
Bảng 1.1 : Bảng tần số các kênh trong DSSS
Mã số kênh Tần số kênh theo
FCC
Ghz
Tần số kênh theo
ETSI
Ghz
1 2.412 -
2 2.417 -
3 2.422 2.422
4 2.427 2.427
5 2.432 2.432
6 2.437 2.437
7 2.442 2.442
8 2.447 2.447
9 2.452 2.452
10 2.457 2.457
11 2.462 2.462

Hình 1.9: các kênh không trùng lặp của DSSS

Các kênh liền kề bao phủ nhau đáng kể. Sử dụng hệ thống DSSS với các kênh trùng
lặp trong cùng một không gian vật lý sẽ gây nên nhiễu giữa các hệ thống. Hệ thống
DSSS với các kênh trùng lặp không nên cùng hoạt động, vì luôn có xung đột hoặc suy
16
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
giảm hoàn toàn thông lượng. Do các tần số chính cách nhau 5 MHz và các kênh rộng
22 MHz, các kênh chỉ cùng hoạt động khi cách nhau ít nhất 5 bước: kênh 1 và kênh 6
không bị trùng lặp, kênh 2 và kênh 7 không bị trùng lặp… Có tối đa ba hệ thống trải
phổ trực tiếp cùng hoạt động, vì chỉ các kênh 1, 6 và 11 theo lý thuyết là không bị trùng
lặp.
1.5.2 Trải phổ nhảy tần FHSS
Trải phổ nhảy tần là kỹ thuật sử dụng sự thay đổi của tần số để trải rộng dữ liệu ra
hơn 83 MHz. Nhảy tần sóng vô tuyến là thay đổi tần số truyền trong dãy băng tần RF
sử dụng được. Trong trải phổ nhảy tần số WLANs, theo quy định của FCC và tiêu
chuẩn IEEE 802.11 sử dụng băng tần 2.4 GHz ISM là 83.5 MHz.
Nguyên lí hoạt động
Hình 1.10 : Trải phổ nhảy tần
Trong hệ thống nhảy tần, tần số sóng mang thay đổi, hoặc bước truyền thay đổi,
tuỳ thuộc vào tần số giả định ngẫu nhiên. Tần số giả định ngẫu nhiên là danh sách các
tần số mà dữ liệu truyền phải trải qua trong khoảng thời gian nhất định trước khi lập lại
nguyên mẫu. Máy phát sẽ chọn các bước tần số này để làm tần số truyền. Máy nhận sẽ
duy trì tần số này trong khoảng thời gian nhất định, sử dụng trong khoản ngắn rồi
chuyển sang tần số kế tiếp. Khi danh sách các tần số này được sử dụng hết, máy phát sẽ
lập lại chu kỳ. Máy nhận được đồng bộ với máy phát về chu kỳ bước để nhận được tần
số chính xác tại thời điểm xác định.
Các kênh của hệ thống FHSS
17
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
Hình 1.11: Các kênh trong hệ thống FHSS
Một hệ thống trải phổ nhảy tần số hoạt động thông qua khuôn mẫu riêng biệt gọi là

kênh. Hệ thống trải phổ nhảy tần thường sử dụng bước mẫu theo tiêu chuẩn FCC . Một
vài hệ thống trải phổ nhảy tần cho phép tạo các bước mẫu theo ý thích, và số khác thậm
chí cho phép đồng bộ giữa các hệ thống giúp tránh được các va chạm trong cùng một
môi trường.
Thời gian tồn tại
Trong hệ thống nhảy tần hệ thống phải truyền trên tần số xác định trong khoản thời
gian, rồi sau đó chuyển sang tần số khác để tiếp tục truyền. Khi hệ thống nhảy tần
truyền ở một tần số, nó cần phải duy trì trong khoản thời gian nhất định. Khoảng thời
gian này được gọi là thời gian tồn tại. Khi khoản thời gian này hết hạn, hệ thống sẽ
chuyển sang tần số khác và bắt đầu truyền tiếp tục. Giả sử hệ thống nhảy tần số truyền
chỉ ở hai tần số là 2.401 GHz và 2.402 GHz. Hệ thống sẽ truyền ở tần số 2.401 GHz
trong suốt khoản thời gian tồn tại - ví dụ 100 miliseconds. Sau 100 ms máy phát phải
chuyển sang tần số 2.402 GHz và gửi thông tin ở tần số này trong 100 ms.
Thời gian bước
Khi máy phát FHSS nhảy từ tần số A chuyển sang tần số B, nó cần phải thay đổi
tần số truyền theo một trong hai cách.Thông qua bộ chuyển mạch để chuyển sang tần
số mới, hoặc thay đổi các thông số dòng điện trong mạch để chuyển thành tần số mới.
Trong cả hai cách này, tiến trình thay đổi sang tần số mới cần phải được hoàn tất trước
khi việc truyền phát được tiếp tục, và cần có khoản thời gian cho dòng điện trong mạch
18
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
thực hiện những thay đổi này. Khoản thời gian ngắn trong quá trình chuyển đổi tần số
mà máy phát không truyền phát được gọi là thời gian bước. Thời gian bước được đo
bằng phần triệu giây và có liên quan đến thời gian tồn tại trong khoảng 100-200 ms.
Theo 802.11 thông thường hệ thống FHSS có thời gian bước giữa các kênh là 200-300
µs. Nếu xét tác động của thời gian bước trong điều kiện của thông lượng dữ liệu, ta
thấy rằng thời gian bước càng dài so với thời gian tồn tại, tốc độ truyền dữ liệu càng
chậm. Điều này giải thích gian tồn tại càng dài tương ứng thông lượng càng lớn.
1.6 Kĩ thuật điều chế số trong WLAN
Muốn bức xạ được thông tin ra không gian thì phải có quá trình điều chế số, nó

biến các bít “0”, “1” thành các sóng tương tự tương ứng. Có rất nhiều phương thức
thực hiện điều chế số như ASK, FSK, PSK quá trình điều chế thực hiện bởi khoá
chuyển giữa 2 trạng thái, một cách lý thuyết thì một trạng thái sẽ là 0 và trạng thái còn
lại là 1. Một số kĩ thuật điều chế số thông dụng là QPSK, BPSK ,OFDM, CCK…
PSK/BPSK: Là phương pháp thông dụng nhất, tín hiệu sóng mang được điều chế
dựa vào chuỗi dữ liệu nhị phân, tín hiệu điều chế có biên độ không đổi và biến đổi giữa
hai trạng thái pha giữa 0
0
và 180
0
. Mỗi trạng thái của tín hiệu điều chế ta gọi là symbol.
QPSK: Ở phương pháp BPSK, mỗi symbol biểu diễn cho một bit nhị phân. Nếu
mỗi symbol này biểu diễn nhiều hơn 1 bit, thì sẽ đạt được một tốc độ bit lớn hơn. Với
QPSK sẽ gấp đôi số thông lượng dữ liệu của PSK với cùng một băng thông bằng cách
mỗi symbol mang 2 bit. Và nó sẽ dùng chuỗi số giả ngẫu nhiên có chiều dài mã là 4.
Như vậy trạng thái pha của tín hiệu điều chế sẽ chuyển đổi giữa các giá trị -90
0
, 0
0
, 90
0
,
180
0
.
CCK: Là một kỹ thuật điều chế phát triển từ điều chế QPSK, nhưng tốc độ bit đạt
đến 11 Mbps so với cùng băng thông như QPSK. Đây là một kỹ thuật điều chế rất phù
hợp cho các ứng dụng băng rộng. Theo chuẩn IEEE 802.11b, điều chế CCK dùng
chuỗi số giả ngẫu nhiên complementary spreading code có chiều dài mã là 8 và tốc độ
chipping rate là 11 Mchip/s, 8 complex chips sẽ kết hợp tạo thành một symbol đơn

19
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
Khi tốc độ symbol là 1,375 Msymbol/s thì tốc độ dữ liệu sẽ đạt được:
1,375x8=11Mbps với cùng băng thông xấp xỉ như diều chế QPSK tốc độ 2Mbps.
OFDM: là một phương pháp điều chế cho phép giảm méo tuyến tính do kênh
truyền dẫn vô tuyến phân tán gây ra. Nguyên lý của OFDM là phân chia tổng băng
thông cần truyền vào một số sóng mang con để có thể truyền đồng thời các sóng mang
này. Bằng cách này luồng số tốc độ cao có thể được chia thành nhiều luồng tốc độ thấp
hơn. Vì thế có thể giảm ảnh hưởng của trễ đa đường và chuyển đổi kênh phađinh chọn
lọc thành kênh pha đinh phẳng. Như vậy OFDM là một giải pháp cho tính chọn lọc của
các kênh phađinh. Việc chia tổng băng thông thành nhiều băng con với các sóng mang
con dẫn đến giảm độ rộng băng con trong miền tần số và vì thế tăng độ dài ký hiệu. Số
sóng mang con càng lớn thì độ dài ký hiệu càng lớn. Điều này có nghĩa là độ dài ký
hiệu lớn hơn so với thời gian trải rộng trễ của kênh phađinh phân tán theo thời gian,
hay độ rộng băng tần tín hiệu nhỏ hơn độ rộng băng tần của kênh.
1.7 Giải tần hoạt động
FCC qui định hai loại tần số không cần đăng kí cho truyền thông vô tuyến là: the
Industrial Scientific Medical (ISM) band và Unlicensed National Information
Infrastructure (U-NII) band. Hiện tại có 11 dải ISM khác nhau được trải phổ. Nhưng
chỉ một bắt đầu tại 2.4Ghz sử dụng bởi IEEE 802.11 đây là tần số thông dụng nhất
WLAN sử dụng. Bốn dải U-NII tồn tại trong khoảng tần số 5Ghz và nó được sử dụng
bởi IEEE 802.11. Những dải tần số không cần đang kí sẽ có cả ưu điểm và nhược điểm
riêng. Lợi ích của nó là không cần đang kí với các tổ chức nào. Nhược điểm vì chúng
là dải không cần đang kí nên được sử dụng rất nhiều, điều này sẽ sinh ra nhiễu lẫn nhau
và gây nên giảm băng thông cho mục đích triển khai WLAN yêu cầu.
Bảng 1.2: Dải tần số không cần đăng kí sử dụng bởi IEEE 802.11

Dải tần số Tổng băng thông Dải không đăng kí
2400-2500 MHz 100MHz ISM
5.15-5.25 GHz 100MHz U-NII

5.25-5.35 GHz 100MHz U-NII
5.470-5.725GHz 255MHz U-NII
20
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
5.725-5.825GHz 100MHz U-NII
Bảng 1.3: Giới hạn công suất đầu ra với một số dải tần
Dải tần số Giới hạn công suất
ra
Vùng sử dụng
U-NII 5.15-5.25GHz 40mW Indoor
U-NII 5.25-5.35GHz 200mW Indoor/outdoor
U-NII 5.470-5.725GHz 200mW Indoor/outdoor
U-NII 5.725-5.825GHz 800mW Outdoor
ISM 2.4GHz 30-300mW Indoor/outdoor
1.8 Vai trò của mạng cục bộ vô tuyến WLAN
1.8.1 Vai trò truy cập
Hình 1.12: Vai trò truy cập của mạng vô tuyến
WLANs được triển khai đảm nhiệm vai trò của lớp truy cập, có nghĩa là chúng
được sử dụng như một điểm để kết nối vào mạng hữu tuyến. Có nhiều cách truy cập
như hình thức dial-up, ADSL, cab, cellular, Ethernet, Token Ring, Frame Relay,
ATM… Vô tuyến chỉ đơn giản là một cách thức khác giúp người dùng truy cập vào
mạng. Vì có tốc độ chậm và không ổn định, nên mạng vô tuyến thường không được
triển khai với vai trò Phân phối (Distribution) hoặc Trung tâm (Core) của mạng. Tuy
nhiên trong những mạng nhỏ, không có sự khác biệt lớn trong mạng giữa các lớp Trung
tâm (Core), Phân phối (Distribution) và Truy cập (Access). Lớp Trung tâm (Core) của
21
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
một mạng cần tốc độ thật nhanh và ổn định cao nhằm đảm bảo lưu lượng truy cập rất
lớn mà không gặp một trở ngại nhỏ và bị đứt kết nối nào xảy ra. Lớp Phân phối
(Distribution) của một mạng cần tốc độ nhanh, linh hoạt và tin cậy. WLANs thường

không đảm bảo các yêu cầu này đối với giải pháp cho toàn doanh nghiệp. WLANs
cung cấp giải pháp đặc biệt cho vấn đề nan giải là: di động. WLANs giải quyết các vấn
đề về người dùng trong doanh nghiệp cũng như tại gia đình, vấn đề chính ở đây là
không cần sử dụng cáp dữ liệu nữa. Giải pháp Cellular đã được sử dụng trong thời gian
ngắn, cho phép người dùng khả năng di chuyển trong khi vẫn duy trì được kết nối, với
tốc độ chậm và giá cao. WLANs cung cấp khả năng di động tương tự như vậy mà
không có sự trở ngại nào. WLANs có tốc độ nhanh, giá thành thấp và hầu như có thể
lặp đặt được ở bất kỳ nơi đâu. Trong mạng của doanh nghiệp, WLANs hầu như chỉ
đảm nhận vai trò truy cập.
1.8.2 Mở rộng mạng

Hình 1.13: Vai trò mở rộng mạng
WLANs có thể phục vụ cho việc mở rộng của mạng hữu tuyến. Trong trường hợp
khi mở rộng mạng cần lắp đặt thêm cáp mà chi phí thì có hạn. Chi phí để thuê người
lắp đặt cáp và thợ điện để thiết lập thêm không gian mới cho mạng rất cao. Hoặc trong
trường hợp các kho hàng lớn, khoảng cách vượt quá khả năng cho phép của cáp cat5
(tối đa 100m). Phải sử dụng đến cáp quang đòi hỏi phải đầu tư rất lớn về chi phí, công
22
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
sức. Việc lắp đặt sợi quang học yêu cầu phải nâng cấp các bộ chuyển mạch tại các biên
hiện thời. WLANs được lắp đặt dễ dàng để cung cấp kết nối vô tuyến trong phạm vi
của toà nhà. Do sử dụng ít dây trong việc lắp đặt WLAN, chi phí để thuê thợ và mua
cáp hầu như không đáng kể.
1.8.3 Kết nối tòa nhà đến tòa nhà
Hình 1.14: Vai trò kết nối tòa nhà đến tòa nhà
Trong môi trường một khu đại học hoặc môi trường có hai hay nhiều toà nhà liền
kề nhau, người dùng mạng tại mỗi toà nhà riêng biệt này có nhu cầu kết nối trực tiếp
đến cùng một mạng máy tính. Trước đây, việc kết nối và truy cập này phải thực hiện
bằng cách chạy cáp ngầm dưới đất từ toà nhà này đến toà nhà kia hoặc thuê của công ty
điện thoại địa phương một đường thuê bao riêng. Sử dụng công nghệ WLAN, thiết bị

được lắp đặt dễ dàng và nhanh chóng cho phép các toà nhà trở thành những phần của
cùng một mạng mà không cần phải tốn kém cho đường thuê bao riêng hoặc đào bới
nền của các toà nhà. Sử dụng an-ten vô tuyến thích hợp, bất kỳ toà nhà nào cũng có thể
kết nối với nhau thành một mạng thống nhất. Giống như mọi giải pháp kết nối dữ liệu
khác, dĩ nhiên cũng có các hạn chế trong công nghệ WLAN, nhưng tính linh hoạt, tốc
độ và tiết kiệm chi phí. Có hai cách thức trong kết nối toà nhà-đến-toà nhà. Cách thứ
nhất được gọi là điểm-đến-điểm, và cách thứ hai gọi là điểm-đến-đa điểm. Các kết nối
điểm-đến-điểm là kết nối vô tuyến giữa hai toà nhà. Các kết nối point-to-point hầu hết
thường là sử dụng an-ten bán định hướng hoặc định hướng cao tại mỗi cuối đường kết
nối. Kết nối Điểm-đến-Đa điểm là các kết nối vô tuyến giữa ba toà nhà trở lên, với một
toà nhà là tâm điểm truy cập trong mạng. Toà nhà trung tâm này cần xây dựng thành
mạng trung tâm, kết nối với Internet và các máy chủ. Kết nối point-to-multipoint giữa
23
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
các toà nhà thường sử dụng an-ten không định hướng tại toà nhà trung tâm và các an-
ten bán định hướng tại mỗi toà nhà ở xa muốn kết nối .
1.8.4 Kết nối di động

Hình 1.15: Vai trò trong những ứng dụng di động
Là giải pháp ở lớp truy cập, WLANs không thể thay thế cho các LANs hữu tuyến
về tốc độ dữ liệu. Điều chính yếu mà WLANs cung cấp là gia tăng tính di động. Ví dụ,
công ty phân phối bưu phẩm sử dụng kỹ thuật vô tuyến để cập nhật dữ liệu theo dõi
bưu phẩm ngay lúc phương tiện vận tải đến nơi. Khi tài xế vừa đến kho bãi, anh ta
dùng máy đăng nhập vào mạng và chuyển dữ liệu phân phối trong ngày đến mạng
trung tâm. Trong điều kiện kho hàng, các mạng vô tuyến được sử dụng để dò tìm vị trí
và sắp xếp hàng hoá. Những dữ liệu này được đồng bộ hoá với máy tính trung tâm bộ
phận mua và bốc dỡ hàng hoá. Các máy quét cầm tay vô tuyến trở nên phổ biến trong
các doanh nghiệp mà người lao động phải di chuyển trong khu vực sản xuất và kho
bãi.Trong các trường hợp này, mạng vô tuyến tạo giúp cập nhật dữ liệu mà không tốn
thời gian và nhân lực để nhập dữ liệu bằng tay vào trạm hữu tuyến. Người dùng các

thiết bị kết nối vô tuyến thực hiện ít thao tác hơn những người khác khi cần kết nối.
Một vài kỹ thuật vô tuyến mới nhất cho phép người dùng di chuyển vật lý từ vùng
mạng vô tuyến này sang vùng khác mà không bị mất kết nối, cũng giống như khách
hàng sử dụng điện thoại di động có thể chuyển đổi giữa các phân vùng với nhau trong
khu vực phủ sóng. Với những tổ chức lớn, có vùng phủ sóng vô tuyến trải rộng, khả
năng chuyển vùng là vô cùng quan trọng trong các tổ chức này, vì mọi người cần phải
duy trì được kết nối đến mạng chính ở cách xa nơi làm việc của họ.
1.8.5 Văn phòng lưu động
24
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung
Văn phòng hay lớp học lưu động cho phép người dùng kết nối thiết bị vi tính của
họ một cách nhanh chóng và di chuyển sang vị trí khác. Để mở rộng mạng máy tính
cho các toà nhà tạm thời này, chi phí để lắp đặt cáp rất lớn. Các kết nối WLAN từ ngôi
trường chính đến các lớp học lưu động cho phép linh hoạt hơn trong chi phí đặt cáp.
Các văn phòng tạm cũng thường sử dụng WLANs. Do tăng trưởng, các công ty thường
tìm văn phòng ngắn hạn và cần chuyển vài nhân viên đến đó, việc lắp đặt cáp Cat 5
hoặc cáp quang trong thời gian ngắn thì không hiệu quả, và chủ toà nhà thường không
cho phép tháo các cáp đã lắp đặt. Với mạng vô tuyến, các thành phần của mạng có thể
thiết lập và di chuyển sang nơi khác một cách dễ dàng và nhanh chóng. Rất nhiều tổ
chức đã sử dụng có hiệu quả mạng lưu động. Trong đó bao gồm Superbowl, Olympics,
rạp xiếc, hội, triển lãm, lễ, công ty xây dựng… WLANs hoàn toàn phù hợp trong các
môi trường này. Các bệnh viện và tổ chức y tế khác cũng thường sử dụng WLANs. Tại
những đơn vị này, WLANs giúp các bác sĩ với thiết bị cầm tay PDA vô tuyến và các y
tá sử dụng xe phân tích lưu động di chuyển từ phòng này sang phòng khác có thể kết
nối vào mạng. Bằng những thiết bị và phần mềm mới, mạng vô tuyến cho phép các bác
sĩ và y tá thực hiện công việc hiệu quả hơn. Các cơ sở công nghiệp, như kho hàng và
phân xưởng sản xuất, rất tiện lợi khi sử dụng mạng vô tuyến. Trong công nghiệp,
WLAN được áp dụng tại các hãng tàu khi phương tiện vừa đến cảng sẽ tự động kết nối
vào mạng vô tuyến. Cách nối mạng này cho phép các hãng tàu hoạt động có hiệu quả
hơn trong việc quản lý cập nhật dữ liệu cho các máy chủ.

Hình 1.16: Văn phòng lưu động
1.9 Vấn đề thiết kế mạng
25