Nghiên cứu về ứng dụng của kỹ thuật điều chế OFDM trong chuẩn IEEE 802 1

NHIÊM VU ĐỒ ÁN
••

Nghiên cứu về ứng dụng của kỹ thuật điều chế OFDM trong chuẩn IEEE
802.1 lẩ
nội dung nghiên cứu gồm 4 chuong:
Chuơng 1: Tổng quan về WLAẩ
Chuơng 2: Chuẩn IEEE 802.1 lẩ
Chuơng 3: Tìm hiểu về kỹ thuật OFDM
Chuơng 4: ứng dụng OFDM trong chuẩn IEEE 802.1 lẩ


LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đồ án là kết quả nghiên cứu của riêng em, không sao chép
nội dung của các đồ án khác.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Xuân Nam


DANH MUC HÌNH VẼ



DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1. Một số phương pháp điều chế và mã hoá dùng trong 802.1 la..............48
Bảng 4.2. Các kỹ thuật điều chế với các tốc độ tương ứng....................................49

THUÂT NGỮ VIẾT TAT

Tên viết tắt Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

Adhoc

Ad hoc network

Mạng độc lập ngang hàng

BER

Bit Error Rate

Tỷ số lỗi bit

BSS

Basic Service Set

Bộ dịch vụ cơ sở

CSMA
CSMA/CA

Carrier Sense Multiple Access
CSMA with Collision

Đa truy nhập cảm ứng sóng mang
CSMA tránh xung đột

FEC

Advoidance
Forward Error Correction

Sửa lỗi tiến

FHSS

Frequency Division Duplexing

Song công phân chia theo tần số

GSM

Global System for Mobile

Hệ thống thông tin toàn cầu cho

communication

điện thoại di động

Hiper LAN High Performance LAN

LAN chất lượng cao

IBSS
LAN

Independed Basic Service Set
Local Area Network

Bộ dịch vụ cơ sở độc lập
Mạng cục bộ

LOS

Line of Sight

Tuyến trong tầm nhìn thẳng

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi trường

MAN
MIMO

Metropolian Area Network
Multiple Inputs Multiple Outputs

Mạng khu vực đô thị
Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

OFDM

Orthogonal Frequency Division

Ghép kênh phân chia theo tần số

OFDMA

Multiplexing
OFDM Access

trực giao
Đa truy nhập p hân chia theo tần
số trực giao

PDA

Personal Digital Assistance

Thiết bị hỗ trợ cá nhân kỹ thuật số

PMP

Point to multipoint

Điểm - Đa điểm

QoS
SNR

Quality of Service
Signal to Noise Ratio

Chất lượng dịch vụ
Tỷ số tín/ tạp

WLAN

Wkeless Local Area Network

Mạng vô tuyến cục bộ

MỞ ĐẦU
Hiện nay, WLAN đang phát triển rất nhanh và có xu hướng thay thế dần cho
mạng LAN có dây truyền thống. Các vấn đề đặt ra đối với mạng máy tính không dây


nói chung và WLAN nói riêng đang thu hút rất nhiều nghiên cứu, bởi vì WLAN được
coi như một trong những thành phần nền tảng của các hệ thống thông tin di động thế
hệ tiếp theo như 3G và 4G.
Tuy nhiên, trong WLAN vẫn tồn tại nhược điểm là tốc độ truyền dữ liệu chưa
thể so sánh với mạng LAN có dây và mức độ bảo mật chưa cao. Đe cải thiện tốc độ
truyền dữ liệu trong WLAN, người ta đã và đang nghiên cứu áp dụng những kỹ thuật
tiên tiến. Đặc biệt, kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao (OFDM) đang được coi là
một kỹ thuật tiềm năng cho phép tăng tốc độ truyền cho WLAN nhằm đạt được tốc độ
của mạng LAN có dây. Dự báo trong tương lai không xa, với OFDM, các WLAN sẽ
đạt và thậm chí có thể vượt xa tốc độ của mạng LAN có dây truyền thống.
Những tiến bộ về áp dụng kỹ thuật OFDM trong lĩnh vực mạng WLAN được
thực tế hoá trong các chuẩn công nghiệp đã được IEEE thông qua như IEEE 802.1 la
và IEEE 802.1 lg với tốc độ truyền dữ liệu cực đại đạt được là 54 Mbps. Hiện nay,
nhóm cộng tác IEEE 802.1 lẩ đang tập trung nghiên cứu áp dụng MIMO-OFDM vào
WLAẩ để đạt được tốc độ dữ liệu tới 500 Mbps hoặc hơn nữa.

Xuất phát từ những lý do, cùng với sự định hướng của cô giáo hướng dẫn, em
đã chọn đề tài “ẩ ghiên cứu ứng dụng của kỹ thuật OFDM trong chuẩn IEEE 802.
llẩ”
Thái Nguyên, tháng 05 năm 2013.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Xuân Nam

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ WLAN
WLAẩ là một hệ thống số liệu linh hoạt được thực hiện trên sự mở rộng của
mạng LAẩ hữu tuyến. Mạng WLAẩ sử dụng sóng YÔ tuyến để truyền và nhận dữ
liệu, tối thiểu hóa việc kết nối sử dụng dây dẫn, vì vậy WLAẩ kết hợp được việc kết
nối truyền số liệu với tính di động của người sử dụng. Sử dụng băng tần ISM 2,4GHz.


Vùng phủ sóng của WLAẩ trong phạm vi khuôn viên trường đại học hoặc toà nhà văn
phòng.
Sự ra đời của các cầu nối WLAẩ đã đem lại nhiều lợi ích về khả năng di động
và khai thác mạng linh hoạt. Với mạng WLAẩ, người dùng có thể truy nhập các thông
tin dùng chung mà không cần.
1.1.

Lịch sử ra đời và phát triển mạng WLAN.
Công nghệ WLAẩ lần đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990, khi những nhà

sản xuất giới thiệu những sản phẩm hoạt động trong băng tần 900Mhz. ẩ hững giải
pháp này (không được thống nhất giữa các nhà sản xuất) cung cấp tốc độ truyền dữ
liệu lMbps, thấp hơn nhiều so với tốc độ 10Mbps của hầu hết các mạng sử dụng cáp.
Năm 1992, những nhả sản xuất bắt đầu bán những sản phẩm WLAẩ sử dụng
băng tần 2.4Ghz. Mặc dù những sản phẩm này đã có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn
nhưng chúng vẫn là những giải pháp riêng của mỗi nhả sản xuất không được công bố

rộng rãi. Sự cần thiết cho việc hoạt động thống nhất giữa các thiết bị ở những dải tần
số khác nhau dẫn đến một số tổ chức bắt đầu phát triển ra những chuẩn mạng không
dây chung.
Năm 1997, viện kỹ thuật điện và điện tử Hoa Kỳ (Institute of Electrical and
Electronics Engineers (IEEE) ) đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11, và cũng
được biết với tên gọi Wi-Fi (Wireless Fidelity) cho các mạng WLAẩ . 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.
Năm 1999, IEEE thông qua hai sự bổ sung cho chuẩn 802.11 là các chuẩn
802.1 la và 802.11b và những thiết bị WLAẩ dựa trên chuẩn 802.11b đã nhanh chãng
trở thành công nghệ không dây vượt trội. Các thiết bị WLAẩ
802.1

lb truyền phát ở tần số 2.4Ghz, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu có thể

lên tới 1 lMbps. IEEE 802.1 lb được tạo ra nhằm cung cấp những đặc điểm về
tính hiệu dụng, thông lượng và bảo mật để so sánh với mạng có dây.
Năm 2003, IEEE công bố thêm một sự cải tiến là chuẩn 802.1 lg mà có thể
truyền nhận thông tin ở cả hai dãy tần 2.4Ghz và 5Ghz và có thể nâng tốc độ truyền
dữ liệu lên đến 54Mbps. Thêm vào đó, những sản phẩm áp dụng 802. llg cũng có thể
tương thích ngược với các thiết bị chuẩn 802.11b. Hiện nay chuẩn


802.1

lg đã đạt đến tốc độ 108Mbps.

Tháng 7/2007, Wi-Fi Alliance đã đưa ra bản dự thảo draft 2.0 với chuẩn
802.1

lẩ cho các thông số cơ bản đối với các thiết bị tuân theo chuẩn này, có

thể hoạt động ở hai dải tần 2.4Ghz và 5Ghz. Đáp ứng được nhu cầu về thông
lượng cao tốc độ theo lý thuyết có thể lên đến 600Mbps, thể hiện sự vượt trội
so với các chuẩn khác đã có và chuẩn 802.1 lẩ certified đã chính thức thông
qua vào 15/9/2009.
1.2.

Phân loại mạng WLAN.

Dựa trên phương thức truyền dữ liệu. Có thể phân chia mạng WLAẩ thành các
loại như sau :
Mạng WLAẩ sử dụng sóng radio làm phương tiện truyền dẫn. Mạng WLAẩ
dạng này có thể sử dụng công nghệ CDMA, DSSS, FSSS, OFDM để truyền dẫn tín
hiệu. Đối với mạng này, phạm vi truyền dẫn rộng hơn, tuy nhiên ta cần phải quan tâm
tới kỹ thuật chống nhiễu và vấn đề an ninh mạng.
Mạng WLAẩ thứ hai là mạng WLAẩ sử dụng tia hồng ngoại làm phương tiện
truyền dẫn .Mạng này chỉ sử dụng trong phạm vi diện tích hẹp không bị che chắn, như
sử dụng trong phạm vi một căn phòng, một tòa nhà...w...Đặc điểm của mô hình mạng
kiểu này là truyền dẫn tín hiệu trung thực và bảo mật mạng tốt.
1.3.

Mô hình mạng WLAN.

Mạng WLAẩ gồm 3 mô hình mạng sau:
• Mô hình mạng độc lập (IBSS) hay còn gọi là mạng Ad hoc.
• Mô hình mạng cơ sở (BSS).
• Mô hình mạng mở rộng(ESS).
1.3.1.

Mô hình độc lập ỢBSS) hay còn gọi là mạng Ad hoc.

Cấu hình mạng WLAN đơn giản nhất là mạng WLAN độc lập (hoặc ngang
hàng) nếỉ các PC với các card giao tiếp không dây. Khách hàng không dây giao tiếp
trực tiếp với nhau mà không có việc sử dụng một AP không dây hoặc mạng có dây.


Hình 1.1. Một mạng ngang hàng không dây (IBSS).
Bất kỳ thời điểm nào khi các nút di động (máy tính có hỗ trợ card mạng không
dây) tập trung lại trong một không gian nhỏ, nằm trong phạm vi của nhau sẽ hình
thành nên kết nối ngang cấp (peer-to-peer) giữa chúng hoặc chủng thiết lập một mạng
độc lập. Ở đây, các nút di động có card mạng wừeless thì chủng có thể ừao đểỉ thông
tin trực tiếp với nhau mà không yêu cầu sụ quản trị hoặc sự định cấu hình trước.
Vì các mạng Ad hoc này có thề thực hiện nhanh và dễ dàng nên chúng thường
được thiết lập mà không cần một công cụ hay kỹ năng đặc biệt nào vì vậy nó rất thích
hợp để sử dụng trong các hội nghị thương mại hoặc trong các nhóm làm việc tạm thời
Tuy nhiên chúng có thể có những nhược điểm về vùng phủ sóng bị giới hạn, mọi
người sử dụng đều phải liên hệ được với nhau.

Hình 1.2. Mạng WLAN độc lập(IBSS).
1.3.2.

Mạng không dây cơ sở.

Với mô hình mạng này thì các thiết bị di động (máy tính có hễ trợ card mạng
không dây) khỉ đang nằm trong vùng phủ sóng của một cell có thể giao tiếp với các
điểm truy nhập AP có gắn với mạng đường trục hữu tuyến. AP đóng vai trò điều khiển
cell và điều khiển lưu lượng tới mạng. Các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp
với nhau mà giao tiếp với các AP. Các cell có thể chồng lấn lên nhau khoảng 10-15 %
cho phép các trạm di động có thể di chuyển mà không bị mất kết nối vô tuyến và cung

cấp vùng phủ sóng với chi phí thấp nhất.
Việc thiết lập một điểm truy cập mở rộng phạm vi của một mạng, phạm vi các
thiết bị liên lạc được mở rộng gấp đôi. Khi điểm truy cập được nối tới mạng nếỉ dây,
mỗi khách hảng sẽ truy cập tới các tài nguyên phục vô cũng như tới các khách hàng
khác. Mỗi điểm truy cập điều tiết nhiều khách hàng, số khách hàng cụ thể phụ thuộc
vào số lượng và đặc tính truyền. Nhiều ứng dụng thực tế với một điểm truy cập phục
vô từ 15 đến 50 thiết bị khách hàng.


Hình 1.3. Khách hảng và điểm truy nhập.
Tuy nhiên các điểm truy cập có một phạm vi hữu hạn, trong nhà là 152,4m và
khi truy cập ngoài trời là 304,8m. Trong phạm vi lởn hơn như kho hàng, hoặc khu vực
cơ quan cần thiết phải lặp đặt nhiều điểm truy cập hơn. Việc xác định vị trí điểm truy
cập dựa trên phương pháp khảo sát vị trí. Môc đích sẽ phủ lên vùng phủ sóng bằng
các cell phủ sóng chồng lấp nhau đẻ các khách hàng di chuyền khắp vùng mà không
mất liên lạc với mạng.

Hình 1.4. Nhiều điểm truy cập và roaming.
Trong mạng WLAN cơ sở hạ tầng, nhiều điểm truy cập liên kết mạng WLAN
với mạng nối dây và cho phép các người dùng chia sẻ các tài nguyên mạng một cách
hiệu quả. Các điểm truy cập không chỉ cung cấp cách truyền thông với mạng nối dây
mà còn chuyển tiếp lưu thông mạng không dây trong khu vực lân cận một cách tức
thời. Nhiều điểm truy cập cung cấp phạm vỉ không dây cho toàn bộ tòa nhà hoặc khu
vực cơ quan. Các trạm di động sẽ chọn AP tốt nhất để kết nối. Một điểm truy nhập
nằm ở trung tâm có thể điều khiển và phân phối truy nhập cho các nút tranh chấp,
cung cấp truy nhập phù hợp với mạng đường trục, ấn đinh các địa chỉ và các mức ưu


tiên, giám sát lưu lượng mạng, quản lý chuyển đỉ các gói và duy trì theo dõi cấu hình
mạng.

Tuy nhiên giao thức đa truy nhập tập trung không cho phép các nút di động
truyền trực tiếp tới nút khác nằm ưong cùng vùng với điểm truy nhập như trong cấu
hình mạng WLAN độc lập. Trong trường hợp này, mỗi gói sẽ phải được phát đi 2 lần
(từ nút phát gếc và sau đó là điểm truy nhập) trước khỉ nó tói nút đích, quá trình này
sẽ lầm giảm hiệu quả truyền dẫn và tăng trễ truyền dẫn.
AP

Người dùng A Người dủng B

Người dùng c

Hình 1.5. Khách hàng truy cập vào mạng theo mô hình cơ sở.
1.3,3.

Mô hình mạng mở rộng (Extended Service Set).

Đê giải quyết các vấn đề đặc biệt về topology, nhà thiết kế mạng chọn cách sử
dụng các điểm mở rộng (Extension Point-EP) để làm tăng các điểm truy cập của
mạng. Cách nhìn và chức năng của các điểm mở rộng giống như các điểm truy cập,
nhưng chúng không được nối dây tới mạng nối dây như là các AP. Chức năng của EP
nhằm mở rộng phạm vỉ của mạng bằng cách làm trễ tín hiệu từ một khách hàng đến
một AP hoặc EP khác. Các EP được nối tiếp nhau để truyền tin từ một AP đến các
khách hàng rộng khắp, như một đoàn người chuyển nước từ người này đến người
khác đến một đám cháy.

Hình 1.6. Cách sử dụng của một điếm mở rộng.
Một loại thiết bị mạng WLAN cần được xem xét nữa là anten định hướng. Giả
sử có một mạng WLAN trong tòa nhà A của bạn, và bạn muốn mở rộng nó tới một tòa
nhà B, cách đó 1,609 km. Một giải pháp là sẽ lắp đặt một anten định hướng trên mỗi
tòa nhà, các anten hướng về nhau. Anten tại tòa nhà A được nối tới mạng nối dây qua

một điểm truy cập. Tương tự, anten tại tòa nhà B được nối tới một điểm truy cập trong
tòa nhà đỏ, mà cho phép kết nối mạng WLAN thuận tiện nhất.

Hình ỉ .7. Cách sử dụng anten định hướng.
Mạng 802.1 IN mở rộng phạm vi di động tới một phạm vi bất kì thông qua
ESS. Một ESS là một tập hợp các ĐSS nơi mà các access point giao tiếp với nhau để
chuyển lưu lượng từ một BSS này đến một BSS khác để làm cho việc di chuyển dễ
dàng của các ừạm giữa các BSS, Access Point thực hiện việc giao tiếp thông qua hệ
thống phân phối.
Hệ thống phân phối là một lớp mỏng trong mỗi access point mà nó xác định
đích đến cho một lưu lượng được nhận từ một BSS. Hệ thống phân phối được tiếp
sóng trở lại một đích trong cùng một BSS, chuyển tiếp trên hệ thống phân phối tới
một access point khác, hoặc gửi tới một mạng có dây tới đích không nằm trong ESS.
Các thông tin nhận bởi access point từ hệ thống phân phối được truyền tới BSS sẽ
được nhận bởi trạm đích.

Hình 1.8. Mô hình mạng WLAN mở rộng (ESS),
1.4.

Hoạt động của mạng WLAN.

Truy cập internet không dây gồm 4 thành phần là: đường truyền tốc độ cao,
cổng mạng, một mạng không dây và người dùng mạng. Người dùng sẽ kết nối với
mạng không dây thông qua cổng mạng, và sau đó là chạy trình duyệt internet. Với
một số đặc điểm của các thành phần như sau:


• Đường truyền tốc độ cao là sự kết nối internet băng thông rộng. Việc kết nếỉ

này sẽ nhanh hơn so với dịch vô kết nối quay số.
• Cổng mạng có nhiệm vô là ngăn chặn những truy nhập trái phép vào mạng
không dây của bạn bên cạnh đó nó cũng cung cấp những công cụ quản lý rất tốt như
thẩm quyền, kiềm tra mạng và các dịch vô khác như in ấn thông qua ỈP.
• Mạng LAN không dây là một hệ thống kết nối máy tính của bạn với các
thiết bị khác bằng sóng vô tuyến thay vì cáp hoặc dây dẫn.
• Người dùng sử dụng một máy tính với một adapter không dây, là những
phương tiện để họ truy cập mạng không dây. Adapter không dây có thể được tích hợp
sẵn, hoặc là một thiết bị rời sẽ được cắm vào máy tính.
• Sóng vô tuyến được truyền từ các anten và các router, và được nhận bởi các
bộ nhận WLAN như các máy tính, điện thoại di dộng được trang bị card. Khi các thiết
bị này nhận được tín hiệu thì các card sẽ đọc tín hiệu và tạo kết nối không dây. Một
khi một kết nối được thiết lập giữa người dùng và mạng thì người dùng sẽ được nhắc
nhở bằng một màn hình đăng nhập nếu đó là mạng thuê bao.
1.5.

Các tiêu chuẩn mạng WLAN.

Nhìn lại quá trình hình thành và phát triển của các chuẩn Wi-Fi. Giúp ta hiểu
rõ các đặc điểm của từng chuẩn, chúng ta sẽ có cái nhìn rõ ràng hơn về nguyên lý hoạt
động và đặc trưng kỹ thuật của từng chuẩn, quá trình hình thành và phát triển của các
chuẩn mạng không dây được trải qua các giai đoạn như sau:
802.11
ẩ ăm 1997, viện kỹ thuật điện và điện tử đưa ra chuẩn mạng nội bộ không dây
(WLAẩ ) đầu tiên được gọi là 802.11 theo tên của nhỏm giám sát sự phát triển của
chuẩn này. Lúc này, 802.11 sử dụng tần số 2,4GHz và dùng kỹ thuật trải phổ trực tiếp
nhưng chỉ hỗ trợ băng thông tối đa là 2Mbps tốc độ khá chậm cho hầu hết các ứng
dụng. Vì lý do đó, các sản phẩm chuẩn không dây này không còn được sản xuất nữa.
802.11b
Từ tháng 6 năm 1999, IEEE bắt đầu mở rộng chuẩn 802.11 ban đầu và tạo ra

các đặc tả kỹ thuật cho 802.11b. Chuẩn 802.11b hỗ trợ băng thông lên đến 1 lMbps,
ngang với tốc độ ethemet thời bấy giờ. Đây là chuẩn WLAẩ đầu tiên được chấp nhận
trên thị trường sử dụng tần số 2,4 GHz. Chuẩn 802.1 lb sử dụng kỹ thuật điều chế


khóa mã bù (Complementary Code Keying-CCK) và dùng kỹ thuật trải phổ trực tiếp
giống như chuẩn 802.11 nguyên bản. Với lợi thế về tần số (băng tần nghiệp dư ISM
2,4GHz), các hãng sản xuất sử dụng tần số này để giảm chi phí sản xuất.
ẩ hưng khi đấy, tình trạng "lộn xộn" lại xảy ra, 802.1 lb có thể bị nhiễu do lò vi
sóng, điện thoại và các dụng cụ khác cùng sử dụng tần số 2,4GHz. Tuy nhiên, bằng
cách lắp đặt 802.11b ở khoảng cách họp lý sẽ dễ dàng tránh được nhiễu. Ưu điểm của
802.11b là giá thấp, tầm phủ sóng tốt và không dễ bị che khuất, ẩ hược điểm của
802.11b là tốc độ thấp và có thể bị nhiễu bởi các thiết bị gia dụng.
802.11a
Song hành với 802.11b, IEEE tiếp tục đưa ra chuẩn mở rộng thứ hai cũng dựa
vào 802.11 đầu tiên 802.1 la. Chuẩn 802.1 la sử dụng tần số 5GHz, tốc độ 54Mbps
tránh được can nhiễu từ các thiết bị dân dụng. Đồng thời, chuẩn 802.1 la cũng sử dụng
kỹ thuật trải phổ khác với chuẩn 802.11b kỹ thuật trải phổ theo phương pháp họp
kênh phân chia tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division MultiplexingOFDM). Đây được coi là kỹ thuật trội hơn so với trải phổ trực tiếp (DSSS). Do chi
phí cao hơn, 802.1 la thường chỉ được sử dụng trong các mạng doanh nghiệp, ngược
lại 802.1 lb thích họp hơn cho nhu cầu gia đình.
Tuy nhiên, do tần số cao hơn tần số của chuẩn 802.1 lb nên tín hiện của
802.1

la gặp nhiều khó khăn hơn khi xuyên tường và các vật cản khác. Do

802.1

la và 802.11b sử dụng tần số khác nhau, hai công nghệ này không

tương thích với nhau. Một vài hãng sản xuất bắt đầu cho ra đời sản phẩm "lai"
802.1

la/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 của 802.1 la là tốc độ nhanh, tránh xuyên nhiễu bởi các thiết bị khác,
ẩ hược điểm của 802.1 la là giá thành cao, tầm phủ sóng ngắn hơn và dễ bị che khuất.
802.11g
ẩ ăm 2002 và 2003, các sản phẩm WLAẩ hỗ trợ chuẩn mới hơn được gọi là
802.1 lg nổi lên trên thị trường, chuẩn này cố gắng kết hợp tốt nhất 802.1 la và
802.11b. Chuẩn 802. llg hỗ trợ băng thông 54Mbps và sử dụng tần số 2.4Ghz cho
phạm vi phủ sóng lớn hơn và tương thích ngược với 802.b.


Tháng 7/2003, IEEE phê chuẩn 802.1 lg. Chuẩn này cũng sử dụng phương
thức điều chế OFDM tương tự 802.1 la nhưng lại dùng tần số 2,4GHz giống với
chuẩn 802.1 lb. Điều thú vị là chuẩn này vẫn đạt tốc độ 54Mbps và có khả năng tương
thích ngược với chuẩn 802.1 lb đang phổ biến.
Ưu điểm của chuẩn 802.1 lg là tốc độ nhanh cho tầm phủ sóng tốt, không dễ
bị che khuất nhưng cần khắc phục nhược điểm là giá thành cao hơn 802.11b, có thể bị
nhiễu bởi các thiết bị gia dụng.
802.1 IN
Do tính tiện dụng, linh hoạt và dễ triển khai mạng WLAẩ ngày càng thâm
nhập sâu hơn vào đời sống con người để phục vô nhu cầu trao đổi thông tin và giải trí.
Với nhu cầu ngày càng lớn thì tốc độ của các chuẩn hiện tại như
802.1

la/g vẫn chưa thỏa mãn hết nhu cầu người sử dụng, thấy được điều đó

để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao đó, IEEE đã hình thành các nhóm làm việc
để nghiên cứu và phát triển chuẩn wifi mới nhất trong danh môc Wi-Fi là
802.1 lẩ . Chuẩn 802.llẩ được thiết kế để cải thiện tính năng của 802.llg về
tổng băng thông được hỗ trợ bằng cách tận dụng nhiều tín hiệu không dây và
anten (gọi là công nghệ MIMO). Chuẩn 802.1 lẩ cũng cho tầm phủ sóng tốt
hơn các chuẩn wifi trước đó nhờ tăng cường độ tín hiệu. Các thiết bị 802.llẩ sẽ
tương thích ngược với 802.1 lg.
Ưu điểm của 802.1 lẩ là tốc độ nhanh, vùng phủ sóng rộng, trở kháng lớn hơn để
chống nhiễu từ các tác động của môi trường, ẩ hược điểm của
802.1

lẩ là giá cao hơn 802.1 lg, sử dụng nhiều luồng tín hiệu có thể gây

nhiễu với các thiết bị 802.1 lb/g kế cận.
1.6.

An ninh trên mạng WLAN.
1.6.1.

Tổng quan về an ninh trên mạng WLAN.

Đối với mạng LAẩ hữu tuyến muốn kết nối được ta cần phải truy cập theo
đường truyền bằng dây cáp, phải kết nối một PC vào một cổng mạng, một người nào
đó muốn truy cập vào mạng phải là thành viên của mạng, nghĩa là phải có các công cụ
truy cập như password, account. Với mạng không dây (hay vô tuyến) sử dụng sóng vô
tuyến truyền trong không gian và xuyên qua các vật liệu


xung quanh như các tòã nhà và như vậy sự bao phủ là không giới hạn ở bên trong và
ngoài các tòa nhà. Sóng vô tuyến có thể xuất hiện khắp mọi nơi ưên đường phố, từ các

mạng LAẩ này, và như vậy ai đó cũng có thể truy cập nhờ thiết bị thích hợp. Do đó
mạng không dây của một công ty cũng có thể bị truy cập trái phép từ bên ngoài tòa
nhà công ty của họ.

C4v(HỉvP
PCr
/•N Client

Hình 1.9. Truy cập trái phép mạng không dây.
Đê cung cấp mức bảo mật tốỉ thiểu cho mạng WLAẩ thì cần hai thành
phần:
• Cách thức để xác định ai có quyền sử dụng WLAN yêu cầu này được thỏa
mãn bằng cơ chế xác thực (authentication).
• Một phương thức để cung cấp tính riêng tư cho các dữ liệu không dây yêu
cầu này được thỏa mãn bằng một thuật toán mã hóa (encryption).
1.6.2.

Bảo mật trên mạng WLAN.


WLAN ra đời tiếp tục nảy sinh một vài vấn đề liên quan đến bảo mật. vào
tháng 9/1999 WEP là một chuẩn cho các PC không dây. WEP được dùng ưong lóp vật
lí và lóp liên kết dữ liệu, ẩ ó được thiết kết để cung cấp một sự bảo mật trong WLAầ .
Ở đó WEP sẽ cung cấp sự bảo mật bằng cách mã hóa dữ liệu trong lúc truyền từ nơi
này đến nơi khác. Không giống như LAẩ là những mạng được xây dựng trong các tòa
nhà, chúng đã được bảo vệ. Các WLAẩ có nhiều nguy cơ bị tấn công hơn do sử dụng
sóng vô tuyến rất dễ bị ngăn cản. Một lí do khác nữa là khỉ người sử dụng khóa dùng
chung để bảo mật họ không thay đổi khóa đùng chung ưong một tháng hay một năm,
việc dùng một khóa mã trong thời gian dàicó thể bị những kẻ xấu đánh cắp được và
khi truy nhập trái phép có thể gây nguy hiểm cho người dủng. ẩ gày nay thì các tập

đoàn sử dụng một mạng riêng ảo (virtual private network) để gửi và nhận những
thông tin quan trọng.
Công nghệ VPẩ cung cấp phương tiện để bảo mật truyền dữ liệu giữa hai thiết
bị mạng qua một môi trường truyền dữ liệu không an toàn, công nghệ VPẩ đã được sử
dụng thành công trong các mạng cố dây đặc biệt là khỉ sử dụng internet như một
phương tiện vật lý, thành công này của VPẩ trong các mạng có dây và bảo mật hạn
chế cố hữu củã mạng không dây đã thúc đẩy phát triển để triển khai nó trong trường
hợp mạng không dây. VPẩ sẽ mã hóa dữ liệu để tránh các hacker khái đánh cắp dữ
liệu trong lúc gửi. Để sử dụng VPẩ thì hai người dùng phải sử dụng củng chung một
giao thức xác nhận, nếu không nó sẽ không làm việc. Giao thức xác nhận sẽ đảm bảo
các người sử dụng truy cập một cách an toàn đến thông tin.
ẩ goài ra cũng còn có một vài cách khác để bảo vệ máy tính của bạn khỉ truy
cập mạng không dây đó là thay đổi những thông tin mặc định trên router không dây, lí
do là nhiều hacker có thể truy cập vào các thông tin mặc định của router từ các điểm
truy cập có kết nối WLAẩ mà ta đang sử dụng, ẩ goàỉ ra nên tạo một password đủ
mạnh trên máy tính kết nối không dây để ngăn cản nhũng truy cập trái phép vào
những dữ liệu nhạy cảm. Một cách nữa là sử dựng tường lửa. Các bức tường lửa sẽ
giám sát và giới hạn vào và ra trên máy tính.

a c Ii#r1l eanneelivily 11 ỊỊ
VPN wireless
Hình 1.10. Các thiết lập bảo mật trong mạng không dây.

©

Ã

©
©

Fire

Packer filmringlpori. blocking to
protect enterprise networks from wireless
Intruders

Authentica
Encryp

Mutual authentication
between c lierii devices,
users and the network (6d2.l*
EAP.TLS
certHlcales)
Aiithorirmgusing
network
access


Các thiết lập bảo mật mạng không dây gồm có:
• Device Authorization: Các client không dây có thể bị chặn theo địa chỉ phần
cứng của họ (ví dụ như địa chỉ MAC). EAS duy trì một cơ sở dữ liệu của các client
không dây được cho phép và các AP riêng biệt khóa hay lưu thông lưu lượng phù hợp.
• Encryption: WLAN cũng hỗ trợ WEP, 3DES và chuẩn sử dụng mã hóa để
tránh người truy nhập trộm các khóa WEP có thể tạo nên trên một người sử dụng.
• Authentication: WLAẩ hỗ trợ ủy quyền lẫn nhau để bảo đảm chỉ có các
client không dây được ủy quyền mới được truy nhập vào mạng.
• Firewall: EAS hợp nhất packet filtering và port blocking firewall dựa trên
các chuỗi IP. Việc cấu hình từ trước cho phép các loại lưu lượng chung được enable
hay disable.

• VPẩ : EAS bao gồm một VPẩ server cho phép các client không dây thiết lập
các session VPẩ vững chắc trên mạng.
1.7.

So sánh mạng LAN hữu tuyến và mạng LAN vô tuyến WLAN.

Mạng không dây không dùng cáp kết nối, thay vào đó chúng sử dụng sóng
radio tương tự như điện thoại không dây. Với sự phát triển ngày càng nhanh chãng
của mạng WLAN người sử dụng đang ngày càng thấy rõ được những ưu thế vượt bậc
của mạng không dây như khả năng di động và sự tiện lợi, người dùng không bị hạn
chế về không gian và vị trí kết nối. Những ưu và nhược điểm của mạng không dây so
với mạng LAN hữu tuyến sẽ được xem xét bao gồm một số khía cạnh cơ bản sau:
1.7.1.

Phạm vi ứng dụng và tốc độ truyền dữ liệu.

Mạng có dây:
• Có thể ứng dụng trong tất cả các mô hình mạng nhỏ, trung bình, lớn, rất
lớn.
• Gặp khó khăn ở những nơi xa xôi, địa hình phức tạp, những nơi không ổn
định, khó kéo dây, đường truyền.
Mạng không dây:
• Chủ yếu là trong mô hình mạng nhỏ và trung bình, với những mô hình lớn
phải kết họp với mạng có dây.
• Có thể triển khai ở những nơi không thuận tiện về địa hình, không ổn định,
không triển khai mạng có dây được.


• Tuy nhiên tốc độ của mạng không dây (l-125Mbps) là rất chậm so với mạng
sử dụng cáp (lOOMbps đến hàng Gbps). Nhưng cùng với sự phát triển nhanh chãng

của khoa học công nghệ đặc biệt trong lĩnh vực vô tuyến, viễn thông thì vấn đề này
đang ngày càng được giải quyết triệt để, khi ngày càng có nhiều những chuẩn mới
được nghiên cứu với tốc độ ngày càng cao và khắc phục nhược điểm cố hữu của mạng
không dây.
1.7.2.

Độ tin cậy và độ phức tạp về kỹ thuật

Mạng có dây:
• Khả năng chịu ảnh hưởng khách quan bên ngoài như thời tiết, khí hậu tốt.
• Chịu nhiều cuộc tấn công đa dạng, phức tạp, nguy hiểm của những kẻ phá
hoại vô tình hay cố ý.
• ít nguy cơ ảnh hưởng đến sức kháe của con người.
• Độ phức tạp kỹ thuật tùy thuộc từng loại mạng cụ thể.
Mạng không dây:
• Bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như môi trường truyền sóng, can
nhiễu do thời tiết. Yì sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông nên việc bị nhiễu, tín
hiệu bị giảm do tác động của các thiết bị khác (lò vi sóng...w....) là không tránh khái.
Làm giảm đáng kể hiệu quả hoạt động của mạng.
• Bảo mật: Môi trường kết nối không dây là không khí nên khả năng bị tấn
công của người dùng là rất cao.Với nhiều cuộc tấn công đa dạng, phức tạp, nguy hiểm
của những kẻ phá hoại vô tĩnh và cố tình, nguy cơ cao hơn mạng có dây.
• Còn đang tiếp tục phân tích về khả năng ảnh hưởng đến sức kháe con
người.
• Độ phức tạp kỹ thuật cũng tùy thuộc từng loại mạng cụ thể.
• Xu hướng tạo khả năng thiết lập các thông số truyền sóng YÔ tuyến của
thiết bị ngày càng đơn giản hơn.
1.7.3.

Lắp đặt triển khai và tính linh hoạt, khả năng thay đỗi.

Mạng có dây:
Yới mạng dùng cáp phải tốn thêm chi phí, nhiều thời gian và có thể gặp khó
khăn trong việc triển khai hệ thống cáp ở nhiều nơi trong tòa nhà.


Yì là hệ thống kết nối cố định nên tính linh hoạt kém, khó thay đổi, nâng cấp,
phát triển.
Mạng không dây:
• Lắp đặt, triển khai dễ dàng, đơn giản, nhanh chãng. Khả năng mở rộng
mạng không dây có thể đáp ứng tức thì khi gia tăng số lượng người dùng. Với hệ
thống mạng dùng cáp cần phải gắn thêm cáp. Việc thiết lập hệ thống mạng không dây
ban đầu chỉ cần ít nhất một điểm truy cập.
• Sự tiện lợi: Mạng không dây cũng như hệ thống mạng thông thường. Nó
cho phép người dùng truy xuất tài nguyên mạng ở bất kỳ nơi đâu trong khu vực được
triển khai (nhà hay văn phòng). Với sự gia tăng số người sử dụng máy tính có lắp card
wifi , đó là một điều rất thuận lợi.
• Vì là hệ thống kết nối di động nên rất linh hoạt, dễ dàng thay đổi, nâng cấp,
phát triển. Với sự phát triển của các mạng không dây công cộng, người dùng có thể
truy cập Internet ở bất cứ đâu. Chẳng hạn ở các quán Cafe, người dùng có thể truy cập
internet không dây miễn phí.
• Hiệu quả: Người dùng có thể duy trì kết nối mạng khi họ đi từ nơi này đến
nơi khác.
1.8.

Kết luận

Sau khi kết thúc chương I, chúng ta đã có được cái nhìn tổng quan về mạng
không dây WLAN. Giúp cho chúng ta hiểu được phần nào các ưu điểm nổi bật của
mạng không dây WLAN về tốc độ, khả năng lết nối mạng tại các địa hình phức tạp,

độ linh hoạt cao, triển khai nhanh chãng. Nó đã không ngừng phát triển lên để đáp
ứng nhu cầu của người dung.

CHƯƠNG 2: CHUẲN IEEE 802.11N
2.1.

Giới thiệu chung.

Dù ra đời khá lâu và có nhiều công nghệ cạnh tranh nhưng Wi~Fi vẫn là một
công nghệ thu hút được nhiều sự chú ý của người dùng bởi tính phổ biến và tiện dụng
của nó. Với kỹ thuật và công nghệ luôn được cập nhật và cải tiến, WiFi tiếp tục tiến
lên một tầm cao mới 802.1 IN, bắt đầu phát triển từ năm 2002 nhưng bị chậm trễ do 2
đối thủ cạnh tranh Boardcom và Atheros sử dụng các công nghệ khác nhau và cả 2
đều từ chối ngồi lại với nhau để tìm hướng đi chung cho vấn đề này. Chuẩn Wi-Fi mới


nhất trong danh môc là 802.llẩ. Wi-Fi Alliance thông qua bản dự thảo draft 2.0 của
802.1 lẩ vào tháng 7/2007 và thông qua chuẩn 802.1 lẩ chính thức vào ngày
15/9/2009.
Khà nâng
tương thĩcn
ngược

Sản phám
tổt cỏng ty
uy tin

(J ấWf

Wi n thể hê mởi

802 11«

Fi IB

C E RT IF IED *

sản phẩm đả được
kiẻm đinh

Hình 2.1. Chứng chỉ kiểm định chuẩn 802.1 lẩ .
2.2.

Đặc trimg kĩ thuật chuẩn IEEE 802.1IN.

2,2.1,

Đặc điểm cơ bản của chuẩn 802.1IN.

Một trong những điều mong đợi nhất của người dùng thiết bị đầu cuối WiFi
không gì khác ngoài tốc độ và tầm phủ sóng. Theo đặc tả kỹ thuật 802.1 lả được thiết
kế để cải thiện tính năng của 802.1 lg về tổng băng thông được hỗ trợ bằng cách tận
dụng nhiều tín hiệu không dây và anten.
802.1 lẩ cũng cho tầm phủ sóng tốt hơn các chuẩn Wi-Fi trước đó nhờ tăng
cường độ tín hiệu chuẩn 802.1 lẩ có tốc độ lý thuyết lên đến 600Mbps (cao hơn 10 lần
chuẩn 802.1 lg) và vùng phủ sóng rộng khoảng 250m (cao hơn chuẩn
802.1

lg gần 2 lần, 140m). Hai đặc điểm then chốt này giúp việc sử dụng các

ứng dụng trong môi trường mạng Wi-Fi được cải tiến đáng kể, phục vô tốt cho

nhu cầu giải trí đa phương tiện, nhiều người dùng có thể xem phim chất lượng
cao (HD, Full HD, Full HD 3D...), gọi điện thoại qua mạng internet (VoIP), tải
tập tin dung lượng lớn đồng thời mà chất lượng dịch vô và độ tin cậy vẫn luôn
đạt mức cao.
802.1 lẩ có tốc độ nhanh hơn nhiều so với phiên bản trước đây (802.1 lg có tốc
độ 54Mbps). Chính vì vậy, mà 802.1 lả (còn có tên là “Wireless-ẩ ”) đã xuất hiện
trong các sản phẩm không dây suốt 6 năm liền. Trong thời gian đó, các sản phẩm tích


hợp 802.1 lẩ được gán thêm cái tên “Draft ẩ Giờ thì cái tên “Wi-Fi Draft ẩ” không còn
nữa mà thay vào đó là tên chính thức “Wi-Fi Certified ẩ ”. Theo Hiệp hội Wi-Fi
Alliance, hầu hết các thiết bị không dây đều có thể nâng cấp lên phiên bản WỈ~FỈ
certified n thông qua việc nâng cấp firmware.
Chuẩn 802.1 lẩ xây dựng trên các chuẩn 802.11 trước đó bằng cách thêm vào
anten MIMO, các kênh 40 MHz và sự kết hợp khung trên lớp MAC. Công nghệ
MIMO sử dụng nhiều anten để gửi nhiều thông tin hơn khỉ sử dụng một anten. ẩ ó
cung cấp sự phân tập anten và ghép kênh không gian cho 802.1 lẩ.
Ưu điểm của 802.1 lẩ là tốc độ nhanh nhất, vùng phủ sóng tốt nhất, trở kháng
lớn hơn để chống nhiễu từ các tác động của môi trường.
a hược điểm của 802.lia là giá cao hơn 802.1 lg, sử dụng nhiều luồng tín hiệu
có thể gây nhiễu với các thiết bị 802.1 lb/g kế cận.

Hình 2.2. Tổc độ của chuẩn 802.1 lẩ được so sánh với các chuẩn trước đố.
Bên cạnh đó, chuẩn 802.1 lẩ vẫn đảm bảo khả năng tương thích ngược với các
sản phẩm trước đó, chẳng hạn, nếu sản phẩm Wi-Fi chuẩn n sử dụng đồng thời hai tần
số 2,4GHz và 5GHz thi sẽ tương thích ngược với các sản phẩm chuẩn 802.1 la/b/g.
Chuẩn 802.1 lẩ đã được IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) phê
duyệt đưa vào sử dụng chính thức và cũng đã được Hiệp hội Wi-Fi kiểm định và cấp
chứng nhận cho các sản phẩm đạt chuẩn.
2.2.2.

Một số cải tiến về công nghệ của chuẩn 802.11N.

So với các chuẩn trước, đặc tả kỹ thuật của 802.1 lẩ "thoáng" hơn nhiều, có
nhiều chế độ tùy chọn, nhiều cấu hình để có thể cho ra sản phẩm có các mức tốc độ
tối đa khác nhau, (trước đây, tất cả các sản phẩm 802.11b phải có tốc độ llMbps, 802.1
la và 802.11g phải có tốc độ 54Mbps). Điều này vạch ra ranh giới về hiệu năng trên


mỗi thiết bị 802.1 lẩ , các nhà sản xuất có thể tăng hoặc điều chinh khả năng hỗ trợ
ứng dụng, mức giá...w...ứng với mỗi tùy chọn, trên lý thuyết 802.1 lẩ có thể hỗ trợ tốc
độ lên đến 600Mbps, nhưng phần cứng WLAẩ (Wireless Local Area ẩ etwork) không
nhất thiết phải áp dụng tất cả các tùy chọn có một số cải tiến như sau:
Hỗ trợ một OFDM tốt hon.
Trong phiên bản 802.1 lẩ dự thảo (draft), yêu cầu đầu tiên là phải sử dụng
phương pháp ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM-Orthogonal Frequency
Division Multiplexing ) dựa trên các cải tiến từ các chuẩn 802.11a/g, sử dụng mã hóa
tối đa và băng thông rộng, tức là sử dụng tốc độ mã hóa lớn nhất cao hơn và nhịp độ
dải thông rộng hơn. ẩ hững thay đổi này giúp tăng tốc độ lên gấp nhiều lần so với
chuẩn 802.1 la và 802.1 lg trước đây.
Chuẩn 802.llẩ đã được IEEE phê chuẩn đưa vào sử dụng chính thức và cũng
đã được hiệp hội wifi kiểm định và cấp chứng nhận cho các sản phẩm đạt chuẩn.
Chứng nhận chuẩn Wi-Fi 802.llẩ là bước cập nhật thêm một số tính năng tùy chọn cho
802.1 lẩ dự thảo 2.0 (draft 2.0 ) được Wi-Fi Alliance bắt đầu từ hồi tháng 6/2007.


Công nghệ MEMO.
Một công nghệ mói luôn gắn liền với các cải tiến để nâng cao chất lượng dịch
vô và Wi~Fi 802.1 lả cũng vậy. Môc tiêu chính của công nghệ này là tăng tốc độ và
tầm phủ sóng cho các thiết bị bằng cách kết hợp các công nghệ vượt trội và tiên tiến

nhất.
Hình 2.3. Các
tính năng tùy chọn trong chương trình cấp
chứng nhận Wi~Fi
Spatial
Spatial!
Cõng n g h ê M I M O
MIMO là công nghệ bắt buộc phải (Multiple
có VớiSpatial
đặc tảStream)
kỹ thuật được phê chuẩn, MIMO là
công nghệ bắt buộc phải có trong các
sản phẩm Wi-Fi 802.1 lẩ. MIMO có thề làm
_ Space-time Block Coding
g (STBC)
tăng tốc độ lên nhiều lần thông qua kỹ thuật đa phân chia theo đkhông gian (spatial
Thũng
(STĐC)
multiplexing).
nhiều chuỗi dữ liệu nhỏ
hơn và phát
(■Chia
PI một chuỗi dữ liệu thành
ìuợng:
HiỄU nang
nhiều chuỗi nhỏ song song đồng thời trong
cùng
kênh.
. HT Duplicate
Modemột

________________
thiic
ẩ goài(ĩộ
ra,tlữ
MIMO
còn
giúp
cải
thiện
phạm
vi
phủ
sóng
và
độ
tin
cậy (giảm
đáp
ửng
ttìt tỉ lệ
cậy: Két ỉ
yẽ-u
câu
Cao ky Unrat nang cao hieu năng
cóthédl
lễỉ) của thiết■Fì
bị thông
quađui)
một
kỹ thuật được gọi là phân tập truyỂndứllỆ

không gian (spatial
Aggregation (A-MPDU & A-MSDUQ
AC K_____________________
diversity). Kết hợp với công. Block
nghệ
MIMO là 2 kỹ thuật (tùy chọn): Mãu hóa dữ liệu
Short Guard

Interval
STBC (Space Time Block Coding)
giúp cải thiện việc thu/phát tín hiệu trên nhiều
Tủcđộ dữlieu:
anten và chế độ duplicate (MCS 32). Cho phép gửi thêm gói tin tương tự cùng lúc lên

mỗi kênh 20MHz khỉ thiết bị hoạt động ở chế độ 40MHz ,giúp tăng độ tin cậy cho
thiết bị phát. Các tín hiệu từ mỗi kênh phát có thể đến kênh thu thông qua một đường
duy nhất, cho phép ghép kênh không gian, kỹ