Dịch chapter 6 wireless and mobile networks,addison wesley computer networking, a top down approach 6th (2013)

BÀI TẬP LỚN
MƠN : MẠNG MÁY TÍNH
ĐỀ TÀI : Dịch Chapter 6 Wireless and Mobile Networks,
Addison-Wesley.Computer.Networking,.A.TopDown.Approach.6th.(2013)
Nhóm 5

Page 1


MỤC LỤC
6.1 Giới thiệu
6.2 Liên kết không dây và đặc điểm mạng
6.2.1 CDMA
6.3 WIFI :802.11 wireless LANs
6.3.1 The 802.11 Architecture
6.3.2 Giao thức MAC 802.11
6.3.3 Khung IEEE 802.11
6.3.4 Di động trong cùng một mạng con IP
6.4 Truy cập Internet di động
6.4.1 Tổng quan về kiến trúc mạng di động
6.4.2 Mạng dữ liệu di động 3G : Mở rộng mạng
động

internet cho thuê bao di

6.4.3 4G: LTE
6.5 Sắp xếp tính di động: Nguyên tắc
6.5.1 Đánh địa chỉ
6.5.2 Định tuyến một nút di động
6.6 IP di động
6.7 Quản lý Mobility trong Cellular Networks

6.7.1 Định tuyến cuộc gọi đến một người dùng di động
6.7.2 Bàn giao trong GSM
6.8 Tóm tắt
6.9 Homework Problems and Questions

Page 2


CHƯƠNG 6 : KHÔNG DÂY VÀ MẠNG
Trong thế giới điện thoại, 15 là những năm vàng của điện thoại di động. Số lượng
thuê bao di động trên toàn thế giới tăng từ 34 triệu năm 1993 lên gần 5,5 tỷ thuê
bao vào năm 2011, với số lượng các thuê bao di động hiện nay vượt qua số lượng
các dòng điện thoại có dây,có nhiều lợi thế của điện thoại di động như sử dụng
được tất cả mọi nơi, mọi lúc, truy cập vào các mạng điện thoại tồn cầu thơng qua
một thiết bị gọn nhẹ cầm tay.Với sự ra đời của máy tính xách tay, máy tính bỏ túi,
điện thoại thông minh, sẽ dẫn đến một cuộc bùng nổ tương tự trong việc sử dụng
các thiết bị Internet không dây sắp sảy ra?
Bất chấp sự phát triển trong tương lai của các thiết bị Internet không dây
khác,các mạng không dây và các dịch vụ di động liên quan vẫn phát triển.Từ một
lập trường mạng, những thách thức đặt ra bởi các mạng, đặc biệt tại tầng liên kết
và tầng mạng, rất khác với mạng máy tính có dây truyền thống vì thế một chương
riêng để nghiên cứu khơng dây và các mạng điện thoại là rất hợp lý
Chúng tôi sẽ bắt đầu chương này với một cuộc thảo luận của những người sử
dụng điện thoại di động, kết nối không dây, và mạng, và mối quan hệ của chúng
với các mạng lớn hơn (thường có dây) mà chúng kết nối. Chúng tôi sẽ chỉ ra sự
khác biệt giữa những thách thức đặt ra bởi bản chất không dây của kết nối thông
tin trong những mạng này , và bởi di động có khả năng kết nối khơng dây.Chỉ ra sự
khác biệt giữa không dây và di động sẽ cho phép chúng ta dễ cô lập hơn, xác định,
và nắm vững các khái niệm quan trọng trong từng khu vực. Lưu ý rằng có thực sự
nhiều mơi trường mạng trong đó các nút mạng là khơng dây nhưng khơng di động

(ví dụ, các mạng khơng dây gia đình hoặc văn phịng với các máy trạm và màn
hình lớn), và có những dạng giới hạn về tính di động mà khơng cần phải kết nối
khơng dây (ví dụ, một cơng nhân đang sử dụng một máy tính xách tay kết nối có
dây tại nhà sau đó tắt máy tính xách tay và lái xe đi làm và kết nối máy tính xách
tay với mạng có dây của cơng ty). Tất nhiên, có nhiều môi trường mạng mà người
sử dụng vừa không dây vừa di động.Cho một ví dụ: một người sử dụng điện thoại
di động (nói ở ghế sau của xe) duy trì một cuộc gọi thoại qua phương thức IP và
Page 3


nhiều kết nối TCP đang diễn ra trong khi lái xe xuống cao tốc ở 160 km mỗi giờ.
Ở đây, tại chỗ giao nhau giữa không dây và di động chúng ta sẽ tìm thấy những
thách thức kỹ thuật thú vị nhất!
Chúng tôi sẽ bắt đầu thông qua mô tả các thiết lập trong đó chúng tơi sẽ xem
xét thơng tin liên lạc không dây và một mạng di động khơng dây (và có thể là điện
thoại di động) nơi người sử dụng được kết nối vào cơ sở hạ tầng mạng lưới lớn
hơn bằng cách kết nối không dây tại các rìa mạng cạnh. Sau đó chúng tơi sẽ xem
xét các đặc điểm của liên kết không dây này tại mục 6.2. Chúng tôi đưa vào một
giới thiệu ngắn gọn về đa truy cập phân chia theo mã (CDMA), Giao thức truy cập
chia sẻ trung gian thường được sử dụng trong các mạng không dây, tại mục 6.2.
Trong phần 6.3, chúng tơi sẽ xem xét các khía cạnh cấp độ liên kết của tiêu chuẩn
Lan không dây IEEE 802.11 (WiFi) có chiều sâu; chúng tơi cũng sẽ nói một vài
lời về Bluetooth và các mạng vùng cá nhân không dây khác. Trong phần 6.4, chúng
tôi sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về truy cập Internet di động, bao gồm cả 3G
và 4G công nghệ di động mới nổi cung cấp cả thoại và truy cập Internet tốc độ
cao. Trong Phần 6.5, chúng tơi sẽ nói đến tính di động, tập trung vào các vấn đề
của việc định vị người sử dụng điện thoại di động, định tuyến đến người sử dụng
điện thoại di động, và ‘’chuyển’’ những người sử dụng điện thoại di tích cực di
chuyển từ một mạnh này tới các mạng khác. Chúng tôi sẽ xem xét làm thế nào để
các dịch vụ di động được thực hiện trong các tiêu chuẩn di động IP và GSM, tại

mục 6.6 và 6,7 tương ứng. Cuối cùng, chúng ta sẽ xem xét các tác động của kết nối
không dây và di động trên giao thức tầng truyenf dẫn và các ứng dụng mạng tại
mục 6.8.

6.1 Giới thiệu
Hình 6.1 cho thấy các thiết lập trong đó chúng tơi sẽ xem xét các chủ đề của truyền
dữ liệu không dây và di động. Chúng tôi sẽ bắt đầu bằng cách giữ chung cuộc thảo
luận của chúng ta đủ để bao quát gồm một phạm vi rộng của các mạng, bao gồm cả
các mạng LAN không dây như IEEE 802.11 và các mạng di động như mạng 3G;
chúng ta sẽ đi sâu vào thảo luận chi tiết hơn về kiến trúc khơng dây cụ thể ở phần
sau. Chúng tơi có thể xác định các yếu tố tiếp theo trong một mạng khơng dây:
• máy chủ khơng dây. Như trong trường hợp của các mạng có dây, máy chủ là các
thiết bị đầu cuối hệ thống chạy các ứng dụng. Một máy chủ khơng dây có thể là
Page 4


một máy tính xách tay, palmtop, điện thoại thơng minh, hoặc máy tính để bàn. Các
máy chủ có hoặc khơng phải là điện thoại di động.
QUÁ TRÌNH LỊCH SỬ
TRUY CẬP WIFI CƠNG CỘNG: SẮP CĨ CỘT ĐÈN CẠNH BẠN?
WiFi hotspot –là địa điểm cơng cộng nơi người dùng có thể tìm thấy truy cập
khơng dây 802.11 -ngày càng trở nên phổ biến trong các khách sạn, sân bay, và
quán cà phê trên toàn thế giới. Nhất là ở các trường đại học cung cấp truy cập
không dây ở mọi nơi, và thật khó để tìm được một khách sạn khơng cung cấp truy
cập Internet không dây.Trong thập kỷ vừa qua một số thành phố đã thiết kế, triển
khai, và hoạt động các mạng WiFi thành phố. Tầm nhìn của việc cung cấp truy cập
WiFi phổ biến cho cộng đồng như một dịch vụ công cộng (giống như đèn đường)
-helping để thu hẹp khoảng cách kỹ thuật số bằng việc cung cấp truy cập Internet
cho tất cả công dân và thúc đẩy phát triển kinh tế. Nhiều thành phố trên toàn thế
giới, bao gồm cả Philadelphia, Toronto, Hong Kong, Minneapolis, London, và

Auckland, có kế hoạch cung cấp khơng dây phổ biến trong thành phố, hoặc đã làm
như vậy với mức độ khác nhau. Mục tiêu ở Philadelphia là phải "biến Philadelphia
thành hotspot WiFi lớn nhất của quốc gia giúp cải thiện giáo dục, thu hẹp khoảng
cách kỹ thuật số, thúc đẩy phát triển khu vực lân cận , và làm giảm chi phí của
chính phủ. ‘’-chương trình đầy tham vọng- một thỏa thuận giữa các thành
phốWireless Philadelphia (một thực thể phi lợi nhuận), và the Internet Service
Provider Earthlink-xây dựng một mạng lưới hoạt động của các hotspots 802.11b
trên các cột đèn đường và thiết bị điều khiển giao thông ở 80 phần trăm của thành
phố. Nhưng vấn đề tài chính và hoạt động dẫn đến mạng được bán cho một nhóm
các nhà đầu tư tư nhân vào năm 2008, những người sau này bán mạng trở lại cho
thành phố trong năm 2010. Các thành phố khác, chẳng hạn như Minneapolis,
Toronto,Hồng Kông, và Auckland, đã thành công với quy mô nhỏ hơn.Thực tế là
802,11 mạng hoạt động trong vùng khơng có giấy phép (và do đó có thể được triển
khai mà khơng cần mua quyền sử dụng) có vẻ như để làm chohọ thấy hấp dẫn về
tài chính. Tuy nhiên, điểm truy cập 802,11 (xem phần 6.3) có phạm vi ngắn hơn
nhiều so với các trạm gốc di động 3G (xem Phần 6.4), đòi hỏi số lượng lớn hơn
thiết bị đầu cuối được triển khai để bao phủ các khu vực địa lý. Dữ liệu mạng di
động cung cấp truy cập Internet, mặt khác, hoạt động trong phổ cấp phépngười
cung cấp dịch vụ di động phải trả hàng tỷ đô la cho quyền truy cập phổ tần mạng
Page 5


tạo thành một doanh nghiệp mạng dữ liệu di động chứ khơng phải là chủ trương
của thành phố.
• liên kết không dây: Một máy chủ kết nối với một trạm gốc (được định nghĩa dưới
đây) hoặc với một máy chủ không dây khác thông qua một liên kết truyền thông
không dây.Các cơng nghệ liên kết khơng dây khác nhau có tốc độ truyền dẫn khác
nhau và có thể truyền qua khoảng cách khác nhau. Hình 6.2 cho thấy hai đặc điểm
quan trọng (vùng phủ sóng và tốc độ liên kết) của những tiêu chuẩn mạng không
dây phổ biến. (Con số này chỉ có nghĩa ước tính cho những đặc điểm này. Ví dụ,

một số loại mạng mới chỉ được triển khai, và tốc độ liên kết có thể tăng hoặc giảm
vượt quá giá trị hiển thị tùy thuộc vào khoảng cách, điều kiện kênh, và số lượng
người sử dụng trong các mạng không dây

Chúng tôi sẽ giới thiệu các tiêu chuẩn trong nửa đầu của chương này; chúng tôi
cũng sẽ xem xét các đặc điểm liên kết không dây khác (Chẳng hạn như tỉ lệ lỗi bit
và những nguyên nhân của lỗi bit) tại mục FTrong hình 6.1, liên kết không dây kết
nối tới máy chủ không dây nằm ở rìa của mạng vào cơ sở hạ tầng mạng lớn hơn.
Kết nối không dây đôi khi cũng được sử dụng trong một mạng lưới để kết nối
router, switch, và khác thiết bị mạng. Tuy nhiên, trọng tâm của chúng tôi trong
chương này là sử dụng thông tin liên lạc không dây ở rìa
Page 6


• Trạm Gốc: Các trạm gốc là một phần quan trọng của cơ sở hạ tầng mạng không
dây.Không giống như các máy chủ không dây và kết nối không dây, một trạm gốc
khơng có bản sao rõ ràng trong một mạng có dây. Một trạm gốc chịu trách nhiệm
cho việc gửi và nhận dữ liệu (ví dụ :các gói tin) đến và đi từ một máy chủ không
dây được kết hợp với trạm gốc. Một trạm gốc thường sẽ chịu trách nhiệm điều phối
việc truyền tải của nhiều máy chủ khơng dây có liên quan. Khi chúng ta nói một
máy chủ khơng dây được "kết hợp"với một trạm gốc có nghĩa là (1) máy chủ trong
khoảng giao tiếp không dây của trạm gốc và (2) các máy chủ sử dụng trạm gốc để
chuyển tiếp dữ liệu giữa nó (máy chủ) và các mạng lớn hơn. Các tháp di động
trong mạng di động và các điểm truy cập mạng LAN không dây 802.11 là những ví
dụ của các trạm gốc

Hình 6.2 Đặc điểm liên kết của các tiêu chuẩn mạng không dây
Trong hình 6.1, các trạm gốc được kết nối với các mạng lớn hơn (ví dụ,
Internet,cơng ty hoặc mạng gia đình hoặc mạng điện thoại), do đó hoạt động như
một link-layer chuyển tiếp giữa các máy chủ không dây và phần còn lại của thế

giới mà máy chủ giao tiếp. Các máy chủ liên kết với một trạm gốc thường được gọi
là hoạt động trong chế độ cơ sở hạ tầng, vì tất cả các dịch vụ mạng truyền thống (ví
dụ, gán địa chỉ và định tuyến) được cung cấp bởi các mạng mà một máy chủ được
kết nối thông qua trạm gốc. Trong các mạng ad -hoc, các trạm khơng dây khơng có
cơ sở hạ tầng để kết nối. Trong trường hợp khơng có cơ sở hạ tầng như vậy, máy
mình phải cung cấp các dịch vụ như định tuyến, gán địa chỉ, DNS giống như dịch
tên, và nhiều hơn nữa.
Khi một máy chủ di chuyển vượt ra ngoài phạm vi của một trạm gốc và vào phạm
vi của trạm gốc khác, nó sẽ kết nối vào các mạng lớn hơn (Tức là, thay đổi trạm
Page 7


gốc mà nó được liên kết) Q trình gọi là chuyển giao .Tính di động như đặt ra
nhiều câu hỏi đầy thách thức. Liệu một máy chủ có thể di chuyển,làm thế nào để
tìm vị trí hiện tại các máy chủ của điện thoại di động trong mạng lưới để dữ liệu có
thể được chuyển tiếp đến máy chủ điện thoại di động? Làm thế nào để địa chỉ được
thể hiện, cho rằng một máy chủ có thể ở một trong nhiều địa điểm có thể ? Nếu
máy chủ di chuyển trong một kết nối TCP hoặc cuộc gọi thoại, làm thế nào để dữ
liệu được định tuyến để kết nối khơng bị gián đoạn?
• Cơ sở hạ tầng mạng: là mạng lớn mà một máy chủ không dây muốn liên lạc
với.Tìm hiểu về những thành phần của một mạng khơng dây .Ta thấy rằng những
thành phần này có thể kết hợp theo nhiều cách khác nhau tạo thành các mạng
khơng dây. Bạn có thể tìm thấy một ngun tắc phân loại của các loại mạng khơng
dây hữu ích khi bạn đọc chương này, hoặc đọc / tìm hiểu thêm về mạng khơng dây
ngồi cuốn sách này. Ở cấp độ cao nhất, chúng tơi có thể phân loại các mạng
khơng dây theo hai tiêu chí: (i) liệu rằng một gói dữ liệu trong mạng không dây đi
qua đúng một chặng hay nhiều chặng , và (ii) liệu có cơ sở hạ tầng như một trạm
gốc trong mạng
• đơn chặng, cơ sở hạ tầng gốc . Các mạng này có một trạm được kết nối với một
mạng không dây lớn hơn (như Internet). Hơn nữa, tất cả các thông tin liên lạc giữa

trạm gốc này và một máy chủ không dây được truyền qua một chặng. Các mạng
802.11 sử dụng trong các lớp học, quán cà phê, hoặc thư viện; và các mạng dữ liệu
di động 3G mà chúng ta sẽ tìm hiểu ngắn gọn trong mục này
• đơn chặng, khơng cơ sở hạ tầng. Trong các mạng này, khơng có trạm gốc được
kết nối với một mạng không dây. Tuy nhiên, như chúng ta sẽ thấy, một nút trong
mạng đơn chặng này có thể phối hợp chuyển đổi với các nút khác.Mạng Bluetooth
(mà chúng ta sẽ nghiên cứu ở Phần 6.3.6) và mạng 802,11 trong chế độ ad hoc là
đơn chặng, mạng khơng có cơ sở hạ tầng
• đa chặng, cơ sở hạ tầng gốc. Trong các mạng này, một trạm gốc được kết nối vào
các mạng lớn hơn. Tuy nhiên, một số nút khơng dây có thể phải chuyển tiếp thơng
tin liên lạc của nó thơng qua các nút không dây khác để giao tiếp thông qua trạm
gốc. Một số mạng cảm biến không dây và cái gọi là lưới khơng dây mạng xếp vào t
loại này.
• Đa chặng , khơng có cơ sở hạ tầng. Khơng có trạm gốc trong các mạng này, và
các nút có thể phải trả gói tin qua một vài nút khác để tới đích. Các nút cũng có
thể di động, với kết nối thay đổi giữa các nút-một mạng di động tùy biến không
dây (MANETs). Nếu các nút di động là phương tiện giao thơng , đó là Mạng di
Page 8


dộng tùy biến trong xe hơi (VANET). Như bạn có thể tưởng tượng, sự phát triển
của các giao thức mạng là một thách thức và là đối tượng của nghiên cứu hiện nay
Trong chương này, chúng ta sẽ chủ tìm hiểu với mạng đơn chặng, và cơ sở hạ tầng
gốc . Bây giờ chúng ta nghiên cứu sâu hơn vào những thách thức kỹ thuật phát sinh
trong không dây và các mạng di động. Chúng tôi sẽ bắt đầu bằng cách đầu tiên
xem xét các liên kết không dây cá nhân, chúng ta sẽ về tính di động sau này
chương này

6.2 Liên kết không dây và đặc điểm mạng
Hãy bắt đầu bằng cách xem xét một mạng có dây đơn giản, một mạng gia đình, với

một switch Ethernet có dây (xem Phần 5.4) kết nối các máy chủ. Nếu chúng ta thay
thế Ethernet có dây với một mạng khơng dây 802.11, một giao diện mạng không
dây sẽ thay thế giao diện Ethernet có dây của máy chủ, và một điểm truy cập sẽ
thay thế các switch Ethernet, nhưng hầu như khơng có thay đổi nào là cần thiết tại
lớp mạng hoặc ở trên. Điều này cho thấy rằng chúng ta tập trung sự chú ý của
chúng ta về các lớp liên kết khi tìm kiếm sự khác biệt quan trọng giữa các mạng có
dây và khơng dây. Thật vậy, chúng ta có thể tìm thấy một số khác biệt quan trọng
giữa một liên kết khơng dây và có dây
• Giảm cường độ tín hiệu. Bức xạ điện từ yếu đi khi nó đi qua vật chất (ví dụ, một
tín hiệu vô tuyến đi qua một bức tường). Ngay cả trong khơng gian tự do tín hiệu
sẽ phân tán dẫn đến cường độ tín hiệu giảm (đơi khi gọi là tổn hao đường) khi
khoảng cách giữa người gửi và người nhận sẽ tăng lên.
• Nhiễu từ các nguồn khác. Nguồn phát sóng vơ tuyến ở cùng một tần số sẽ giao
nhau. Ví dụ điện thoại khơng dây 2,4 Ghz và mạng LAN khơng dây 802.11b phát
sóng trong cùng băng tần số. Do đó người sử dụng mạng LAN khơng dây 802.11b
nói chuyện trên điện thoại không dây 2,4 GHz không thể mong đợi cả mạng và
điện thoại sẽ thực hiện tốt. Ngoài ra sự can thiệp từ các nguồn truyền, tiếng ồn điện
từ trong mơi trường (Ví dụ, một động cơ gần đó, lị vi sóng) có thể dẫn đến nhiễu.
• đa đường truyền. truyền đa đường xảy ra khi các bộ phận của sóng điện từ phản
xạ đối tượng và mặt đất, tạo ra khoảng cách khác nhau giữa người gửi và người
nhận. Điều này dẫn đến giảm tín hiệu nhận ở người nhận. Di chuyển các đối tượng
giữa người gửi và người nhận có thể gây ra đa đường đường truyền thay đổi theo
thời gian. Đối với một cuộc thảo luận chi tiết về các đặc tính kênh khơng dây, các
mơ hình và các phép đo, xem [Anderson 1995]. Các cuộc thảo luận ở trên cho thấy
rằng các lỗi bit sẽ được phổ biến hơn trong liên kết không dây hơn trong các liên
Page 9


kết có dây. Vì lý do này, có lẽ khơng có gì ngạc nhiên khi giao thức liên kết khơng
dây (chẳng hạn như các giao thức 802.11 chúng tôi sẽ xem xét ở phần sau) không

chỉ sử dụng mã phát hiện lỗi CRC mà cịn có giao thức link-level reliabledatatransfer để truyền lại khung bị lỗi Sau khi xem xét các lỗi có thể xảy ra trên một
kênh khơng dây, chúng ta hãy chuyển sự chú ý tới máy chủ nhận được tín hiệu
khơng dây.Máy chủ này nhận được một tín hiệu điện từ kết hợp của một hình thức
suy thối của các tín hiệu ban đầu truyền bởi người gửi (suy thoái do sự suy giảm
và đa đường truyền hiệu ứng mà chúng ta đã thảo luận ở trên) và tiếng ồn xung
quanh trong môi trường. chỉ số biểu thị cường độ tương đối của tín hiệu so với
nhiễu nền trong kênh truyền dữ liệu (SNR) là một đại lượng đo cường độ của tín
hiệu nhận (ví dụ, các thông tin được truyền đi) và tiếng ồn. SNR thường được đo
bằng đơn vị decibel (dB), biết rằng SNR càng lớn thì người nhận càng dễ dàng giải
nén được tín hiệu truyền đi từ các tiếng ồn xung quanh.Hình 6.3 cho thấy tỷ lệ lỗi
bit (BER) nói chung xác suất mà một bit dữ liệu truyền đi nhận trong báo lỗi tại
đầu thu -so với SNR cho ba kỹ thuật điều chế khác nhau để mã hóa thơng tin để
truyền trên một kênh khơng dây lý tưởng hóa. Các lý thuyết về điều chế và mã hóa,
cũng như khai thác tín hiệu và BER vượt quá xa phạm vi của văn bản này (xem
[Schwartz 1980] cho một cuộc thảo luận về các chủ đề này). Tuy nhiên, hình 6.3
minh họa một vài đặc điểm lớp vật lý rất quan trọng trong sự hiểu biết lớp cao hơn
các giao thức truyền thơng khơng dây:

Hình 6.3: tỷ lệ bit lỗi ,bit được truyền và SNR
• Đối với một SNR nhất định kỹ thuật điều chế với một tốc độ truyền bit cao (Cho
dù là lỗi hay khơng) sẽ có một BER cao hơn. Ví dụ, trong hình 6.3, với một SNR
của 10 dB, điều chế BPSK với một tốc độ truyền tải 1 Mbps có một BER nhỏ hơn
Page 10


10-7, trong khi với QAM16 điều chế với một tốc độ truyền 4 Mbps, BER là 10-1,
quá cao để có thể thực hữu ích. Tuy nhiên, với một SNR c 20dB, QAM16 điều chế
có tốc độ truyền tải của 4 Mbps và một BER của 10-7, trong khi điều chế BPSK có
tốc độ truyền tải chỉ có 1 Mbps và một BER đó là quá thấp để được (nghĩa đen) "ra
khỏi bảng ." Nếu có thể chịu đựng được một BER 10-7, tốc độ truyền dẫn cao hơn

được cung cấp bởi QAM16 sẽ thích hợp kỹ thuật điều chế trong trường hợp này.
Những nhận xét này làm phát sinh các đặc điểm chính thức, mơ tả tiếp
• Lựa chọn động của kỹ thuật điều chế lớp vật lý có thể được sử dụng để thích
ứng với các kỹ thuật điều chế kênh điều kiện. Các SNR (và do đó BER) có thể thay
đổi như là kết quả của tính di động hoặc do sự thay đổi trong môi trường. Điều chế
và mã hóa thích nghi được sử dụng trong các hệ thống dữ liệu di động và trong
802.11 WiFi và các mạng dữ liệu di động 3G mà chúng ta sẽ nghiên cứu tại mục
6.3 và6.4. Tỷ lệ lỗi bit cao hơn và ngẫu nhiên hơn không phải là sự khác biệt duy
nhất giữa một Liên kết có dây và khơng dây. Nhớ rằng trong trường hợp liên kết
có dây, tất cả các nút nhận truyền dữ liệu từ tất cả các nút khác. Trong trường hợp
kết nối không dây, tình hình khơng phải là đơn giản, như thể hiện trong hình 6.4.
Giả sử trạm A được truyền đến trạm B. cũng Giả sử rằng Trạm C được truyền đến
trạm B.Các vật cản vật lý trong mơi trường (Ví dụ, một ngọn núi hoặc một tịa nhà)
có thể ngăn A và C truyền cho nhau mặc dù đường truyền của A và C được thực sự
nhiễu tại B. Điều này được thể hiện trong hình 6.4 (a). Một kịch bản thứ hai va
chạm không bị phát hiện ở đầu thu từ việc giảm cường độ của tín hiệu khi nó
truyền qua mơi trường khơng dây. Hình 6.4 (b) minh họa các trường hợp trong đó
A và C được đặt như vậy mà tín hiệu của họ khơng đủ mạnh để phát hiện từng
đường truyền khác, nhưng tín hiệu của nó đủ mạnh để nhiễu với nhau tại trạm B.
Như chúng ta sẽ thấy trong phần 6.3, các vấn đề thiết bị đầu cuối ẩn và sự giảm tín
hiệu làm cho đa truy cập trong mạng không dây phức tạp hơn mangj có dây

Page 11


.
hình 6.4 Vấn đề của mạng khơng dây liên chứa điểm ẩn gây ra bởi
vật cản(a) và fading (b)

6.2.1 CDMA

Nhớ lại từ Chương 5 rằng khi máy chủ truyền thông qua một môi trường chia sẻ,
một giao thức cần thiết để các tín hiệu được gửi bởi nhiều người gửi không nhiễu ở
đầu thu. Trong chương 5 chúng tôi đã mô tả ba lớp học của các giao thức truy cập
trung gian: phân vùng kênh, truy cập ngẫu nhiên, và thay phiên nhau. Đa truy cập
phân chia theo mã (CDMA) thuộc họ các giao thức phân vùng kênh. Nó phổ biến
trong công nghệ mạng LAN và mạng di động không dây. Bởi vì CDMA rất quan
trọng trong thế giới khơng dây chúng ta sẽ có một cái nhìn nhanh chóng về CDMA
trước khi đi vào cụ thể các công nghệ truy cập không dây trong các phần tiếp
theo.Trong một giao thức CDMA mỗi bit được gửi đi được mã hóa bằng cách nhân
các bit bằng một tín hiệu (code) thay đổi với một tốc độ nhanh hơn nhiều (được gọi
là tốc độ chip) so với trình tự ban đầu của các bit dữ liệu. Hình 6.5 cho thấy một ví
dụ đơn giản, lý tưởng hóa Mã hóa CDMA. Giả sử rằng tốc độ bit dữ liệu gốc đạt
bộ mã hóa CDMA định nghĩa các đơn vị thời gian , mỗi bit dữ liệu ban đầu được
truyền đi đòi hỏi một bit slot time. Để di là giá trị của các bit dữ liệu cho ith bit
slot. Để tiện cho toán học, chúng tôi đại diện cho một bit dữ liệu 0 giá trị là -1.
Mỗi bit slot được chia nhỏ thành M mini-slot; trong hình 6.5, M= 8, mặc dù trong
thực tế M là lớn hơn nhiều. Các mã CDMA được sử dụng bởi người gửibao gồm
một chuỗi các giá trị M, cm, m = 1,. . . , M, lấy giá trị +1 hoặc -1

Page 12


Hình 6.5 ví dụ đơn giản về CDMA :mã hóa gửi, mã hóa nhận
Trong ví dụ ở hình 6.5, mã CDMA M-bit được sử dụng để gửi là (1, 1, 1, -1,
1, -1, -1, -1).Để minh họa cách thức hoạt động CDMA, chúng ta hãy tập trung vào
các bit dữ liệu thứ i, di. Mth mini-slot của thời gian truyền bit-di . Đầu ra của bộ
mã hóa CDMA, Zi, m, là các giá trị của di nhân với bit mth trong gán mã CDMA ,
cm:
Trong một môi trường đơn giản, khơng có nhiễu của người gửi, người nhận sẽ
nhận được bit mã hóa, Zi, m, và khơi phục lại các bit dữ liệu ban đầu, di ,bởi máy

tính:

Page 13


Người đọc có thể muốn làm việc thơng qua ví dụ trong hình 6.5 thấy rằng các bit
dữ liệu ban đầu có thực sự phục hồi một cách chính xác ở người nhận sử dụng
phương trình 6.2.mơi trường là xa lý tưởng, tuy nhiên, và như đã nói ở trên,
CDMA phải làm việc trong sự hiện diện của nhiễu gửi được mã hóa và truyền dữ
liệu bằng cách sử dụng
một mã chia khác nhau. Nhưng làm thế nào một máy thu CDMA có thể phục hồ bit
dữ liệu ban đầu của người gửi khi những dữ liệu bit đang lộn xộn với bit được
truyền đi bởi người gửi khác ? CDMA hoạt động theo giả định rằng các bit truyền
nhiễu tín hiệu phụ. Điều này có nghĩa là, ví dụ, rằng nếu ba người gửi gửi giá trị 1,
và một người gửi thứ tư sẽ gửi giá trị -1 trong cùng mini-slot, sau đó nhận được tín
hiệu ở tất cả các máy thu trong khi mini-slot là 2 (vì 1 1 11 1 = 2). Trong sự hiện
diện của nhiều người gửi, người gửi sẽ truyền mã hóa của nó, Zs i, m, theo cách
thức giống như trong phương trình 6.1. Các giá trị nhận được ở một người nhận
trong mini-slot mth của bit ith , tuy nhiên, bây giờ là tổng các bit truyền từ tất cả
người gửi N trong mini-slot:

Thật ngạc nhiên, nếu mã của người gửi được lựa chọn một cách cẩn thận, mỗi
người nhận có thể phục hồi dữ liệu được gửi bởi người gửi đưa ra các tín hiệu tổng
hợp chỉ đơn giản bằng cách sử dụng mã của người gửi bằng cách giống như trong

phương trình 6.2:
như thể hiện trong hình 6.6, cho một ví dụ CDMA hai người gửi. Các mã CDMA
M-bit được sử dụng bởi người gửi trên là (1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, -1), trong khi các mã
CDMA đang được sử dụng bởi người gửi dưới là (1, -1, 1, 1, 1, -1, 1, 1). Hình 6.6
minh họa một máy thu đang phục hồi các bit dữ liệu ban đầu từ người gửi trên.

Lưu ý rằng người nhận có thể trích xuất các dữ liệu từ người gửi 1 bất chấp sự can
thiệp truyền từ người gửi 2. Nhớ lại tương tự cocktail của chúng tôi từ Chương 5.
Một giao thức CDMA tương tự như có người thích tiệc tùng nói bằng nhiều ngơn
ngữ; trong hồn cảnh như vậy con người thực sự khá tốt tham gia vào các cuộc trị
chuyện bằng ngơn ngữ mà họ hiểu

Page 14


Hình 6.6 ví dụ về hai người gửi CDMA

6.3 WiFi: 802.11 Wireless LANS
Phổ biến tại nơi làm việc, nhà, cơ sở giáo dục, quán cà phê, sân bay, và góc phố,
các mạng LAN không dây hiện nay là một trong những công nghệ truy cập quan
trọng nhất trên mạng Internet ngày nay. Mặc dù nhiều công nghệ và tiêu chuẩn
mạng LAN không dây được phát triển vào những năm 1990, một tiêu chuẩn nổi
lên và được dùng rộng rãi: mạng LAN khơng dây IEEE 802.11, cịn được gọi là
Wifi. Trong phần này, chúng ta sẽ có một cái nhìn tổng quan với mạng LAN
không dây xác định cấu trúc khung của nó, giao thức truy cập trung bình của nó, và
kết nối mạng của nó với mạng LAN Ethernet có dây. Có một số tiêu chuẩn 802.11
Page 15


cho công nghệ mạng LAN không dây, bao gồm cả 802.11b, 802.11a và 802.11g.
Bảng 6.1 tóm tắt các đặc điểm chính của các tiêu chuẩn này. 802.11g là bởi đến
nay các công nghệ phổ biến nhất. Một số chế độ kép (802.11a / g) và tri-mode
(802.11a / b / g) thiết bị này cũng có sẵn.Ba tiêu chuẩn 802.11 chia sẻ nhiều đặc
điểm. Tất cả chúng đều sử dụng cùng một Giao thức truy nhập trung gian , CSMA /
CA, mà chúng ta sẽ thảo luận ngay. Cả ba cùng sử dụng cấu trúc khung cho khung
link-layer. Tất cả ba tiêu chuẩn có khả năng giảm tốc độ truyền dẫn của họ để tiếp

cận trên một khoảng cách lớn hơn.Và cả ba tiêu chuẩn cho phép cả hai "chế độ cơ
sở hạ tầng" và "chế độ ad hoc". Tuy nhiên, như thể hiện trong Bảng 6.1, ba tiêu
chuẩn có một số khác biệt lớn ở lớp vật lý. Mạng LAN khơng dây 802.11b có tốc
độ dữ liệu 11 Mbps và hoạt động trong băng tần khơng có giấy phép của 2,4-2,485
GHz, cạnh tranh về phổ tần số với điện thoại 2,4 GHz và lị vi sóng. 802.1la mạng
LAN khơng dây có thể chạy ở tốc độ bit cao hơn ở tần số cao hơn. Hoạt động tại
một tần số cao hơn, các mạng LAN 802.11a có một khoảng cách truyền ngắn hơn
cho một định mức cơng suất và có nhiều đường truyền hơn . mạng
LAN802.11ghoạt động trong dải tần số thấp như 802.11b và là tương thích với
chuẩn 802.11b (vì vậy người ta có thể nâng cấp các khách hàng từng bước
802.11b) nhưng với tốc độ cao hơn tốc độ truyền của 802.11a, cho phép người
dùng có cả hai yếu tố trên Một tiêu chuẩn WiFi tương đối mới, 802.11n [IEEE
802.11n 2012] sử dụng nhiều đầu vào multiple-output (MIMO) ăng-ten; nghĩa là,
hai hoặc nhiều ăng-ten bên gửi và hai hoặc nhiều anten ở phía bên nhận được
truyền / nhận tín hiệu khác nhau [Diggavi 2004]. Tùy thuộc vào chương trìnhđiều
chế sử dụng, tốc độ truyền vài trăm megabits mỗi giây là có thể với chuẩn

802.11n.
hình 6.1: bảng tóm tắt của tiêu chuẩn IEEE 802.11

6.3.1 The 802.11 Architecture
Hình 6.7 minh họa các thành phần nguyên tắc của kiến trúc mạng LAN
không dây 802.11. Các khối xây dựng cơ bản của kiến trúc 802.11 là bộ dịch vụ cơ

Page 16


bản (BSS). Một BSS có chứa một hoặc nhiều trạm khơng dây và một trung tâm

hình 6.7 Cấu trúc IEEE 802.11 LAN

trạm gốc, được biết đến như một điểm truy cập (AP) trong 802,11. Hình 6.7 cho
thấy các AP trong mỗi BSS kết nối với một thiết bị kết nối (ví dụ như một switch
hoặc router) hình thành Internet. Trong một mạng gia đình điển hình, có một AP
và một router (thường kết hợp với nhau như một đơn vị) nối BSS với Internet. Như
với các thiết bị Ethernet, mỗi trạm khơng dây 802.11 có một địa chỉ 6-byte MAC
được lưu trữ trong firmware của adapter trạm (card giao diện mạng 802.11). Mỗi
AP cũng có một địa chỉ MAC cho giao diện khơng dây của nó. Như với Ethernet,
những địa chỉ MAC được quản lý bởi IEEE và là duy nhất (theo lý thuyết) trên
toàn cầu Như đã nêu trong phần 6.1, mạng LAN không dây mà triển khai AP
thường được gọi như cơ sở hạ tầng mạng LAN không dây, với các "cơ sở hạ tầng"
là các AP cùng với các cơ sở hạ tầng Ethernet có dây kết nối giữa các AP và một
router.Hình 6.8 cho thấy trạm IEEE 802.11 cũng có thể nhóm lại để tạo thành một
mạng- ad hoc khơng có điều khiển trung tâm và khơng có kết nối với "thế giới bên
ngồi." Ở đây, mạng được hình thành "on the fly", bởi các thiết bị di động ở gần
nhau cần phải giao tiếp, và đó cũng là khơng có cơ sở hạ tầng mạng từ trước trong
vị trí của chúng. Một mạng ad hoc có thể được hình thành khi những người có máy
tính xách tay kết nối với nhau (ví dụ, trong một phịng họp, một đồn tàu, hoặc một
chiếc xe) và muốn trao đổi dữ liệu trong trường hợp khơng có một AP tập trung.
Hiện đang có quan tâm rất lớn trong mạng ad hoc, như giao tiếp các thiết bị di

Page 17


động tiếp tục phát triển. Trong phần này chúng tôi sẽ tập trung sự chú ý của chúng
tôi về cơ sở hạ tầng mạng LAN khơng dây.

Hình 6.8 Một mạng ad hoc IEEE 802.11
Kênh và liên kết
Trong 802.11, mỗi trạm không dây cần phải liên kết với một AP trước khi nó có thể
gửi hoặc nhận dữ liệu lớp mạng. Mặc dù tất cả các hiệp hội sử dụng chuẩn 802.11,

chúng tôi sẽ thảo luận về chủ đề này đặc biệt trong bối cảnh của IEEE 802.11b / g.
Khi một quản trị viên mạng cài đặt một AP, người quản trị gán một hoặc hai từ
nhận dạng và thiết lâp dịch vụ, (SSID) tới các điểm truy cập. (Khi bạn "xem mạng
có sẵn "trong Microsoft Windows XP, ví dụ, một danh sách được hiển thị hiển thị
SSID của mỗi AP trong phạm vi.) Người quản trị cũng phải chỉ định một kênh số
cho AP. Để hiểu số kênh, nhớ lại rằng 802,11 hoạt động dải tần số 2,4 GHz đến
2,485 GHz. Trong dải 85 MHz này, 802.11 định nghĩa 11 kênh phần chồng chéo.
Bất kỳ hai kênh là không chồng chéo khi và chỉ khi chúng được tách ra bởi bốn
hoặc nhiều hơn kênh truyền . Đặc biệt, các thiết lập của kênh 1, 6, và 11 là tập duy
nhất của ba kênh khơng chồng chéo. Điều này có nghĩa là một quản trị viên có thể
tạo ra một mạng LAN không dây với một tốc độ truyền tối đa 33 Mbps bằng cách
cài đặt ba AP 802.11b tại cùng vị trí vật lý, gán các kênh giao 1, 6, và 11 đến các
điểm truy cập Aps , và kết nối mỗi APS với một switch. Bây giờ chúng ta có một
sự hiểu biết cơ bản về kênh 802.11 kênh, hãy mơ tả một tình huống thú vị (và
khơng phải hồn tồn khơng phổ biến). Một cụm WiFi có vị trí địa lý bất kì, nơi
một trạm khơng dây nhận tín hiệu mạnh mẽ từ hai hay nhiều điểm truy cập. Ví dụ,
trong nhiều quán cà phê ở thành phố New York, một trạm khơng dây có thể nhận
tín hiệu từ nhiều AP lân cận. Một AP có thể được quản lý bởi các quán cà phê,
trong khi các AP khác có thể là trong các căn hộ dân cư gần quán cà phê. Mỗi AP
Page 18


có khả năng sẽ được nằm trong một subnet IP khác nhau và sẽ được giao một cách
độc lập một kênh.Bây giờ giả sử bạn nhập vào như một cụm WiFi với máy tính
xách tay của bạn,tìm kiếm truy cập Internet khơng dây và một muffin blueberry.
Giả sử có năm AP trong cụm WiFi. Để truy cập Internet, trạm không dây của bạn
cần phải tham gia chính xác một trong các mạng con và do đó cần phải kết hợp với
chính xác một trong những APs. Liên kết nghĩa là các trạm khơng dây tạo ra một
sợi dây vơ hình giữa chúng và AP. Cụ thể, chỉ có những liên kếtAP sẽ gửi các
khung dữ liệu (có nghĩa là, khung chứa dữ liệu, chẳng hạn như một datagram) đến

trạm không dây của bạn, và trạm không dây sẽ gửi các khung dữ liệu vào Internet
thông qua các liên kết AP. Nhưng làm thế nào trạm không dây liên kết với một AP
cụ thể? Và thêm nữa về cơ bản, như thế nào trạm không dây của bạn biết được AP,
nếu có, thì có thuộc cụm wifi khơng ? Các tiêu chuẩn 802.11 yêu cầu một AP định
kỳ gửi các khung điểm hiệu, mỗi cái bao gồm SSID và địa chỉ MAC của AP. Trạm
không dây của bạn biết người bị ảnh hưởng đang gửi ra khungđiểm hiệu, quét 11
kênh tìm kiếm khung điểm hiệu từ bất cứ AP có thể ở ngồi cụm mạng (một số
trong đó có thể được truyền trên cùng kênh!). Nghiên cứu về APs có sẵn từ khung
beacon, bạn (hoặc máy chủ không dây của bạn) chọn một trong các điểm AP
liên kết. Các tiêu chuẩn 802.11 khơng xác định một thuật tốn lựa chọn để AP có
sẵn kết hợp với; thuật tốn đó được để lại cho các nhà thiết kế của 802.11
firmware và phần mềm trong máy chủ không dây của bạn. Thông thường, các máy
chủ sẽ chọn AP mà khung beacon của nó được tiếp nhận với cường độ tín hiệu cao
nhất. Trong khi cường độ tín hiệu vao tốt (xem, ví dụ, hình 6.3), cường độ tín hiệu
khơng chỉ là đặc điểm AP mà xác định hiệu suất nhận của một máy chủ . Đặc biệt,
có thể chọn AP có tín hiệu mạnh, nhưng có thể bị quá tải bởi các máy chủ chi
nhánh khác (mà sẽ cần phải chia sẻ băng thơng khơng dây tại AP đó), trong khi AP
trống khơng được lựa chọn do tín hiệu yếu . Một số cách chọn AP khác nhau gần
đây đã được đề xuất [Vasudevan năm 2005; Nicholson 2006;Sundaresan 2006 Quá
trình quét kênh và lắng nghe các khung beacon được gọi là quét thụ động (xem
hình 6.9a). Một máy chủ khơng dây cũng có thể thực hiện quét chủ động thông qua
phát đi mộtkhung dò sẽ được nhận bởi tất cả các AP trong phạm vi máy chủ khơng
dây, như thể hiện trong hình 6.9b. AP đáp ứng với khung yêu cầu thăm dò với một
khung đáp ứng dị. Sau đó các máy chủ khơng dây có thể chọn các AP để kết hợp
trong số các AP được đáp ứng.Sau khi chọn các AP để liên kết, các máy chủ sẽ gửi
một liên kết không dâyyêu cầu fram cho AP và AP đáp ứng với một khung đáp ứng
liên kết. Lưu ý rằng yêu cầu thứ hai / đáp ứng thứ hai này là cần thiết với qt chủ
đơng vì một AP đáp ứng khung u cầu thăm dị ban đầu khơng biết máy chủ Aps
đáp ứng sẽ chọn để liên kết với,giống như cách mà một client DHCP có thể lựa
Page 19

chọn trong số nhiều máy chủ DHCP (xem Hình 4.21). Khi kết hợp với một AP, các
máy chủ sẽ muốn tham gia mạng con (địa chỉ IP của mục 4.4.2) mà AP thuộc. Do
đó,các máy chủ thơng thường sẽ gửi một thơng điệp phát hiện DHCP (xem Hình
4.21) vào mạng con qua các AP để có được một địa chỉ IP trên mạng con. Khi thu
được địa chỉ máy chủ như một máy chủ khác với một địa chỉ IP trong mạng con
đó.Để tạo liên kết với một AP cụ thể, các trạm khơng dây có thể được u cầu để
xác thực nó tới AP. 802,11 mạng LAN khơng dây cung cấp một số các phương án
để xác thực và truy cập. Một cách tiếp cận, sử dụng bởi nhiều công ty, là cho phép
truy cập vào mạng không dây dựa trên địa chỉ MAC của một trạm. Một Cách tiếp
cận thứ hai, được sử dụng bởi nhiều quán cà phê Internet, sử dụng tên người dùng
và mật khẩu.Trong cả hai trường hợp, các AP thường giao tiếp với một máy chủ
thực, chuyển tiếp thông tin giữa các trạm không dây end-point và máy chủ xác
thực sử dụng giao thức RADIUS [RFC 2865] hoặc DIAMETER [RFC 3588].
Tách các máy chủ xác thực từ các AP cho phép một máy chủ xác thực phục vụ cho
nhiều AP, tập trung hóa (thường nhạy cảm) quyết định xác thực và truy cập trong
các máy chủ đơn , và giúp AP có chi phí thấp, đỡ phức tạp. Chúng ta sẽ xem tại
mục 8.8 giao thức mới IEEE 802.11i xác định các khía cạnh an ninh của họ giao
thức 802.11 một cách chính xác

Hình 6.9 Quét chủ động và bị động

6.3.2 Giao thức MAC 802.11
Page 20


Khi một trạm không dây được kết hợp với một AP, nó có thể bắt đầu gửi và nhận
Khung dữ liệu tới và đi từ các điểm truy cập. Nhưng vì nhiều trạm có thể muốn
truyền khung dữ liệu cùng một lúc trên cùng một kênh, một giao thức đa truy nhập

là cần thiết để phối hợp trong truyền dẫn. Ở đây, một trạm hoặc là một trạm không
dây hoặc một AP. Như đã thảo luận ở Chương 5, phần 6.2.1, nói rộng rãi có ba lớp
của giao thức đa truy cập: phân vùng kênh (bao gồm cả CDMA), truy cập ngẫu
nhiên, và thay phiên nhau. Lấy cảm hứng từ sự thành công rất lớn của Ethernet và
giao thức truy cập ngẫu nhiên , các nhà thiết kế của 802.11 đã chọn một giao thức
truy cập ngẫu nhiên cho mạng LAN không dây 802.11. Giao thức truy cập ngẫu
nhiên này được gọi là CSMA tránh xung đột, hay ngắn gọn hơn là CSMA / CA.
Như với Ethernet của CSMA / CD, các "CSMA" trong CSMA / CA là viết tắt của "
nhận biết sóng mang đa truy cập," nghĩa là mỗi trạm sẽ nhận biết được kênh trước
khi truyền, và truyền lại nếu kênh bận. Mặc dù cả Ethernet và 802,11 sử dụng cảm
ứng truy cập ngẫu nhiên, nhưng hai giao thức MAC có sự khác biệt quan
trọng.Đầu tiên, thay vì sử dụng phát hiện va chạm, 802.11 sử dụng kỹ thuật va
tránh chạm .Thứ hai, vì tỷ lệ lỗi bit tương đối cao của các kênh không dây,802.11
(không giống như Ethernet) sử dụng link-layer nhận / truyền lại (ARQ). Chúng tôi
sẽ phân biệt tránh va chạm t và link-layer của 802.11 dưới đây.Nhớ lại từ mục 5.3.2
và 5.4.2 với thuật toán phát hiện va chạm của Ethernet, một trạm Ethernet theo dõi
các kênh khi nó truyền tải. Nếu trong khi truyền nó phát hiện có một trạm khác
cũng đang truyền, nó sẽ ngừng truyền dẫn của nó và cố gắng để truyền tải một lần
nữa sau khi chờ đợi một khoảng nhỏ thời gian ngẫu nhiên. Không giống như các
giao thức Ethernet 802.03 , giao thức MAC 802.11 không phát hiệnva chạm. Có
hai lý do quan trọng cho việc này:
• Khả năng phát hiện va chạm địi hỏi khả nằng gửi (tín hiệu riêng của trạm) và thu
(để xác định xem một trạm khác cũng đang truyền) tại cùng một thời gian. Bởi vì
cường độ của tín hiệu nhận được thường là rất nhỏ so với cường độ của tín hiệu
truyền tại các bộ chuyển đổi 802.11, rấ tốn kém để xây dựng phần cứng có thể phát
hiện một va chạm.• Quan trọng hơn, ngay cả khi các bộ chuyển đổi có thể truyền
tải và nghe cùng một lúc (Và có thể hủy bỏ truyền khi nó cảm nhận một kênh bận),
các bộ chuyển đổi
sẽ vẫn không thể phát hiện tất cả các va chạm, do vấn đề thiết bị đầu cuối ẩn và mờ
dần, như đã thảo luận trong Phần 6.2.Bởi vì các mạng LAN 802.11wireless khơng

sử dụng phát hiện va chạm, một khi một trạm bắt đầu truyền một frame, nó truyền
tải các khung trong tồn bộ; một khi một trạm được bắt đầu, khơng có quay trở
lại.Khi truyền tồn bộ khung hình (đặc biệt là khung dài) khi va chạm có thể làm
Page 21


suy giảm đáng kể hiệu suất của một giao thức đa truy cập. Để giảm khả năng va
chạm, 802.11 sử dụng một vài kĩ thuật số tranh va chạm, mà chúng ta sẽ thảo luận
ngắn gọn. Trước khi xem xét tránh va chạm chúng tôi đầu tiên sẽ cần phải kiểm tra
chương trình xác nhận tầng liên kết của 802.11. Nhớ lại từ Phần 6.2 rằng khi một
trạm trong một mạng LAN khơng dây sẽ gửi một khung hình, khung có thể khơng
đạt đến đích Trạm ngun vẹn trong một loạt các lý do. Để đối phó với cơ hội thất
bại không đáng kể này, các giao thức MAC 802.11 sử dụng xác nhận tầng liên kết.
Như thể hiện trong Hình 6.10, khi các trạm đích nhận một khung mà vượt qua các
CRC, nó chờ đợi một khoảng thời gian ngắn gọi là Short Inter-frame Space (SIFS)
và sau đó gửi lại một khung nhận. Nếu các trạm phát không nhận được một xác
nhận trong một khoảng thời gian nhất định, nó giả định rằng một lỗi có xảy ra và
truyền lại các khung hình, sử dụng giao thức CSMA / CA để truy cập kênh. Nếu
một xác nhận không nhận được sau một số cố định của việc truyền lại, trạm phát từ
bỏ và loại bỏ các khung. Sau khi thảo luận làm thế nào 802.11 sử dụng xác nhận
tầng liên kết , bây giờ chúng ta mô tả giao thức 802.11 CSMA / CA . Giả sử rằng
một trạm (trạm khơng dây hoặc một AP) có một khung để truyền.
1. Nếu ban đầu các trạm này cảm nhận được kênh nhàn rỗi, nó truyền tải khung
của nó sau một thời gian ngắn khoảng thời gian này được gọi là Distributed Interframe Space (DIFS)Hình 6.10.
2. Nếu khơng, các trạm chọn một giá trị lùi lại ngẫu nhiên bằng cách sử dụng hệ
nhị phân theo cấp số nhân lùi (như chúng ta gặp phải trong mục 5.3.2) và đếm
ngược giá trị này khi kênh được phát hiện nhàn rỗi. Trong khi kênh được xác nhận
bận rộn, giá trị đếm vẫn đóng băng
3. Khi bộ đếm đạt đến số không (lưu ý rằng điều này chỉ có thể xảy ra trong khi
các kênhđược xác nhận nhàn rỗi), các trạm truyền toàn bộ khung và sau đó chờ đợi

cho một sự xác nhận.

Page 22


Hình 6.10 802.11 sử dụng link-layer acknowledgments
4. Nếu một xác nhận được nhận, các đài phát biết rằng khung của nó đã nhận
được một cách chính xác tại trạm đích. Nếu trạm có khung khác để gửi, nó bắt đầu
giao thức CSMA / CA ở bước 2. Nếu sự xác nhận không được nhận, các trạm phát
reenters giai đoạn quay trở lại bước 2, với các giá trị ngẫu nhiên được chọn từ một
khoảng thời gian lớn hơ Nhớ lại CSMA / CD của Ethernet, giao thức đa truy cập
(Mục 5.3.2), một đài truyền bắt đầu ngay sau khi kênh được xác nhận nhàn rỗi. Với
CSMA / CA, tuy nhiên, các trạm cố truyền lại trong khi đếm ngược,ngay cả khi nó
cảm nhận kênhnhàn rỗi .Tại sao CSMA / CD và CDMA / CA có phương pháp tiếp
cận khác nhau như ở đây? Để trả lời câu hỏi này, chúng ta hãy xem xét một kịch
bản trong đó hai trạm mỗi trạm có một khung dữ liệu để truyền, nhưng không phải
ngay lập tức hai trạm xác nhận được rằng một trạm thứ ba đang truyền. Với
CSMA / CD của Ethernet, hai trạm sẽ truyền ngay sau khi chúng phát hiện ra trạm
thứ ba đã truyền xong. Điều này sẽ gây ra va chạm nhưng không phải là một vấn
đề nghiêm trọng trong CSMA / CD, vì cả hai trạm sẽ hủy truyền và do đó tránh
truyền vơ ích phần cịn lại của khung hình . Trong 802.11 tình hình là khá khác
nhau. Vì 802.11 khơng phát hiện ra một vụ va chạm và hủy bỏ truyền,một khung
chịu một vụ va chạm sẽ được truyền toàn bộ. Mục tiêu trong Do đó 802.11 là để
tránh va chạm bất cứ khi nào có thể. Trong 802.11, nếu hai trạm cảm kênh bận rộn,
Page 23


cả hai ngay lập tức nhập backoff ngẫu nhiên, hy vọng chọn các giá trị backoff khác
nhau. Nếu các giá trị này thực sự khác nhau, một khi kênh trở nên nhàn rỗi, một
trong hai trạm sẽ bắt đầu truyền trước khác, và (nếu hai trạm không bị ẩn bởi

nhau ) các "mất trạm" sẽ nghe tín hiệu "chiến thắng của trạm", đóng băng bộ đếm
của nó, và truyền lại cho đến khi trạm chiến thắng đã hoàn thành truyền dẫn của
nó. Theo cách này, một tốn kémva trạm được tránh. Tất nhiên, sự va chạm vẫn có
thể xảy ra với 802.11 trong kịch bản: Hai trạm có thể được ẩn bởi nhau, hoặc hai
trạm có thể lựa chọn các giá trị backoff ngẫu nhiên mà là gần đủ để truyền tải từ
trạm bắt đầu đầu tiên chưa đến trạm thứ hai. Nhớ lại rằng chúng ta
gặp phải vấn đề này trước đó trong cuộc thảo luận của chúng ta về các thuật toán
truy cập ngẫu nhiên trong trường hợp của hình 5.12.
Giải quyết trạm ẩn : RTS và CTS
Giao thức MAC 802.11 MAC cũng bao gồm một chương trình riêng (có thể điều
chỉnh)
giúp tránh va chạm ngay cả khi có sự hiện diện của trạm ẩn. Hãy tìm hiểu phuong
pháp này trong trường hợp hình 6.11, trong đó có hai trạm không dây và một điểm
truy cập. Cả hai trạm không dây đều nằm trong phạm vi của AP (vùng bao phủ là
vòng tròn mờ) và cả hai đã liên kết với AP.

Hình 6.11 : Ví dụ về trạm ẩn :H1 bị ẩn do H2 và ngược lại
Tuy nhiên, do bị mờ vùng tín hiệu của trạm khơng dây bị giới bởi bên trong các
vịng trịn mờ trong hình 6.11. Như vậy, mỗi trạm không dây được ẩn bởi trạm
khác, mặc dù không phải là ẩn từ AP.Bây giờ hãy xem xét tại sao các trạm ẩn có
thể có vấn đề. Giả sử Trạm H1 truyền một khung và khi đang truyền thì trạm H2
Page 24


muốn gửi một khung đến AP. H2 không nghe đường truyền từ H1, đầu tiên sẽ chờ
đợi một Khoảng thời gian DIFS và sau đó truyền khung, kết quả là bị va chạm. Các
kênh sẽ bị lãng phí trong tồn bộ thời gian của truyền H1 cũng như trong suốt Quá
trình truyền của H2. Để tránh vấn đề này giao thức IEEE 802.11 cho phép một
trạm để sử dụng Request to Send (RTS) và Clear to Send (CTS) kiểm soát khung
để dành quyền truy cập riêng vào kênh. Khi một người gửi muốn gửi một khung

dữ liệu, đầu tiên nó gửi một khung RTS tới AP, cho biết tổng thời gian cần thiết để
truyền khung dữ liệu và nhận biết khung (ACK). Khi AP nhận được khung RTS,
nó phản ứng bằng cách truyền một khung CTS. Khung CTS này phục vụ hai mục
đích: Nó cho phép người gửi gửi và cũng chỉ thị các trạm khác không gửi trong
khoảng thời gian này. Như vậy, trong hình 6.12, trước khi truyền một khung dữ
liệu, H1 đầu tiên phát một khung RTS Khung RTS, được nghe tất cả các trạm trong
vòng tròn của nó, bao gồm cả các AP. Các AP sau đó phản ứng với một khung
CTS, được nghe bởi tất cả các trạm trong phạm vi của nó, bao gồm cả H1 và H2.
Trạm H2, sau khi nghe các CTS, dừng truyền trong một khoảng thời gian quy định
trong khung CTS. Các khung RTS, CTS, DATA, và ACK được hiển thị
trong hình 6.12.

Page 25