WLAN – Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây

CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU

1.1 WLAN Và Cuộc Sống Hôm Nay.
WLAN – Wireless Local Area Network - Mạng cục bộ không dây. Thoạt nghe có
vẻ giới hạn và không phù hợp với quá trình toàn cầu hoá ngày hôm nay. Song sự thực nó
rất khác xa những điều trên.
Hôm nay và có lẽ trong tương lai mạng cục bộ không dây vẫn là chủ đề quan
trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin, truyền thông và đang được áp dụng rộng rãi
trong cuộc sống. Thật vậy, WLAN đang dần thay thế LAN có dây truyền thống trong các
công ty, doanh nghiệp, một nhóm các hộ gia đình… mà dây truyền không thể triển khai,
vấn đề thẩm mỹ, kinh tế lâu dài.
WLAN kết hợp với Internet cho chúng ta những lợi ích to lớn: giáo dục, công
nghiệp sản xuất, nâng cao dân trí, y tế, quốc phòng… Kết nối mọi người với nhau. Đơn
giản là WLAN linh động, luôn sẵn sàng kết nối toàn cầu, với những chuẩn đã được thị
trường quốc tế chấp nhận rộng rãi như: IEEE 802.11, Bluetooth, HomeRF
Với những lợi ích to lớn và độ linh hoạt cao trong triển khai thì công nghệ không
dây cũng như mạng cục bộ không dây sẽ là quá trình tất yếu cho sự phát triển của truyền
thông toàn cầu, cũng như tại Việt Nam.

1.2 Mục Đích Của Luận Văn.
Từ những lợi ích to lớn của mạng cục bộ không dây mà tôi đã quyết định viết
luận văn cũng như sẽ là lĩnh vực nghề nghiệp sau này. Với sự phát triển như vũ bão cũng
như yêu cầu cao của công nghệ không dây, tôi hy vọng sẽ có nhiều cơ hội học hỏi cho bản
thân, cũng như đóng góp cho cộng đồng..
Mục đích chính của luận văn là nguyên cứu hoạt động của giao thức CSMA/CA
của IEEE 802.11 bằng phần mềm Matlab. Đồng thời đưa ra các thông tin hữu ích và các
vấn đề kỹ thuật liên quan. Ví dụ như phương pháp xem xét mạng WLAN tổng quát, các
công nghệ và chuẩn WLAN tiêu biểu. Từ đó chọn ra chuẩn IEEE 802.11 để nguyên cứu:

1

Các quy định, đặc tả kỹ thuật, cấu trúc … của chuẩn này và giao thức quan trọng nhất :
Giao thức CSMA/CA – giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột. Từ
đó mô phỏng CSMA/CA trong mạng BSS bằng phần mềm Matlab, các kết quả thu được
dùng để phân tích lưu lượng trong mạng WLAN theo chuẩn IEEE 802.11. Đây là phương
pháp hữu ích cho các kỹ sư viễn thông trong việc đánh giá mạng

1.3 Tổ Chức Của Luận Văn Tôt Nghiệp.
Chương 2: Tổng quát về mạng WLAN, các khía cạnh xem xét, các công nghệ và
chuẩn WLAN tiêu biểu.
Chương 3: Chuẩn IEEE 802.11 các đặc tả kỹ thuật, phương thức hoạt động, quy
định đối với mạng cục bộ không dây WLAN.
Chương 4: Mô phỏng hoạt động của giao thức CSMA/CA – Giao thức đa truy
nhập cảm nhận sóng mang dò xung đột, đối với mạng BSS.
Chương 5: Đánh giá về luận văn, và những vấn đề liên quan.

2


CHƯƠNG 2
CÁC CÔNG NGHỆ LAN KHÔNG DÂY

2.1 Các Phương Diện Xem Xét.
2.1.1 Ứng dụng.
Các công nghệ mạng cục bộ không dây (WLAN) đang được thực hiện giống như
là sự mở rộng hoặc là sự thay đổi với mạng cục bộ có dây (LAN). Sử dụng nhiều loại
công nghệ, từ Radio băng hẹp, trải phổ, và hồng ngoại, LANs không dây truyền và nhận
dữ liệu qua không khí. Giảm thiểu hoá kết nối có dây. Các thiết bị không dây liên kết tới
Access Point đã được kết nối tới LAN có dây để có thể sử dụng tài nguyên trên mạng một

cách tối đa như máy in, thiết bị ngoại vi, các Bộ định tuyến trong Internet
2.1.2 Công nghệ.
Có một vài công nghệ để lựa chọn khi chúng ta dùng giải pháp mạng LAN không
dây, mỗi chúng có những ưu thế và hạn chế riêng. Phần lớn LAN không dây sử dụng kỹ
thuật trải phổ, một kỹ thuật tần số Radio băng rộng (Wideband) đã được phát triển trong
quân sự cho các sử dụng: tin cậy, an toàn, hệ thống truyền thông nhiệm vụ khẩn cấp… Để
đạt được những lợi ích trên, tín hiệu được trải trên một giải thông đã có và tương tự như
nền ồn nhiễu
Có 2 loại kỹ thuật trải phổ Radio: frequency hopping - nhảy tần số và direct
sequence - chuỗi trực tiếp. Trải phổ frequency hopping (FHSS) được dùng trong sóng
mạng hẹp và sự thay đổi tần số trong một mẫu chỉ được biết bởi máy phát và máy nhận.

3


Hình 2.1 Kỹ thuật nhảy tần số.
Trải phổ Direct-sequence (DSSS) tạo ra một mẫu bit thừa cho một số bit thông
tin. Và đòi hỏi băng thônng phải đáp ứng truyền chúng, các mẫu bit thừa này gọi là “chip”
hoặc “chipping code”, và được dùng tại các trạm thu để khôi phục tín hiệu gốc
Phương pháp này cho phép không phải truyền lại tín hiệu ngay cả khi có một
hoặc nhiều bit trong Chip đó bị hư hỏng trong quá trình truyền dẫn. Mà vẫn có thể khôi
phục được tín hiệu gốc nhờ kỹ thuật thông kê gắn vào Radio.

4


Hình 2.2 Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp.
Một số kỹ thuật khác dùng cho LAN không dây như sóng hồng ngoại (IR), cái mà
sử dụng tần số rất cao. Kỹ thuật này chỉ được sử dụng trong truyền thông trong môi
trường nhà. Do băng thông thấp và rất dễ bị ảnh hưởng của môi trường bên ngoài. Vì vậy

kỹ thuật tia hồng ngoại chỉ được truyền trong phạm vi nhỏ và không được sử dụng rộng
rãi
2.1.3 Vận hành.
LAN không dây dùng sóng điện từ (Radio hay hồng ngoại) để trao đổi thông tin
từ 1 điểm tới các điểm khác nên không tin cậy như trong kết nối có dây. Sóng Radio
thường được hiểu là sóng mang Radio, bởi vì chúng thực hiện chức năng đơn giản của
phân phát năng lượng tới các máy thu ở xa. Dữ liệu truyền đi sẽ được chèn vào trong sóng
mang Radio, và chúng được thu tách chính xác tại máy thu cuối. Quá trình này gọi là
“Điều chế sóng mang”

5


Đa sóng mang có thể tồn tại trong cùng không gian tại cùng thời điềm mà có thể
không gây nhiễu với nhau, nếu như các sóng Radio được truyền trên các tần số khác
nhau. Để mà thu được dữ liệu, máy thu Radio điều chỉnh đến tần số Radio cần và loại bỏ
các kênh tần số khác
Trong một cấu hình LAN không dây điển hình, thiết bị thu nhận gọi là Access
Point nối với mạng có dây tù vùng cố định dùng cáp nối chuẩn. Tối ưu hoá, Access Point
nhận, lưu vào bộ đệm, và truyền dữ liệu giữa LAN không dây và cơ sở hạ tầng mạng có
dây. Một Access Point riêng lẻ có thể hỗ trợ một nhóm nhỏ các người dùng và thực hiện
chức năng trong phạm vi nhỏ hơn 50m. Người dùng truy nhập LAN không dây thông qua
bộ tương thích . Các bộ tương thích này cung cấp một giao diện giữa hệ thống vận hành
mạng Client (NOS) và không khí thông qua Antenna.
2.1.4 Topologies.
LAN không dây có thể đơn giản hoặc phức tạp. Dạng đơn giản nhất của cấu hình
bao gồm 2 PC được gán Card tương thích không dây, chúng thiết lập 1 mạng bất kể khi
nào chúng nằm trong tầm ảnh hưởng của nhau. Gọi là mạng ngang hàng không đòi hỏi sự
quản lý. Trong trường hợp này thì các trạm khách hàng chỉ truy cập duy nhất vào tài
nguyên của các trạm khách hàng khác mà không được truy cập vào Server trung tâm.

Sử dụng Access Point có thể mở rộng khả năng vận hành của mạng không dây
hiệu quả. Khi mà Access Point được nối với mạng có dây thì các Client truy cập vào tài
nguyên của Server như là các Client khác. Mỗi Access Point có thể hỗ trợ nhiều Client
phụ thuộc vào bản chất tự nhiên của quá trình truyền dẫn, trong một số trường hợp mỗi
Access Point có thể hỗ trợ tới 50 trạm khách hàng

6


BSS

IBSS
Hình 2.3 Cấu trúc mạng BSS và IBSS

Cấu trúc mạng IBSS và BSS chỉ có thể hoạt động trong những phạm vi nhỏ hẹp.
Tuy nhiên ta có thể xây dựng mạng không dây có phạm vi lớn hơn bằng cách liên kết
nhiều mạng BSS lại với nhau gọi là ESS. Một cấu trúc mạng ESS được tạo ra bằng cách
kết nối các mạng BSS với nhau qua hệ thống phân phối DS (Distribution System). DS có
nhiều kiểu cấu trúc khác nhau song thông thường là cấu trúc đường trục để chuyển tiếp
các gói tin giữa các BSS. Tất cả các trạm ở trong cùng một ESS có thể liên lạc với nhau.
Để làm được điều này , các điểm truy nhập AP đóng vai trò như những cầu nối và việc
liên lạc trực tiếp giữa các trạm trong ESS đòi hỏi mạng xương sống kết nối lớp 2

Hình 2.4 Mạng đường trục trong ESS.
2.1.5 Quản lý mạng.
Thiết lập và quản lý các mạng LAN không dây điển hình thường dựa trên những
công cụ Windows. Các công cụ này có khả năng cấu hình, quản lý từ xa, và giải quyết các
trục trặc kỹ thuật, đơn giản hoá các công việc nhà quản lý mạng. Hệ thống quản lý mạng
không dây thường có 5 chức năng cơ bản sau.
• Chỉ thị truyền thông: nằm trên Taskbar của Windows, cung cấp cho người dùng di

động thông tin thời gian thực trên cấp độ chất lượng truyền thông giữa trạm không dây
và điểm truy nhập AP gần nhất.

7


• Chuẩn đoán liên kết: đo chất lượng tín hiệu, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, và số gói nhận
thành công
• Giám sát vùng: Đảm bảo sự thay thế tối ưu của các điểm truy nhập AP hoạt động.
Công cụ quản lý này cho biết mức độ chất lượng truyền thông thay đổi khi cài đặt các
điểm truy nhập AP.
• Lựa chọn tần số: quản lý lựa chọn kênh RF. thường cho phép người dùng lựa chọn tới
8 kênh RF khác nhau trên dải tần 2.4 GHz
• Quản lý bảng kiểm soát truy nhập: cho phép nhà quản trị mạng tăng mức độ an toàn
bằng việc ngăn không cho truy nhập một Computer nào đó.

2.2 HomeRF.
HomeRF là một công nghệ không dây trong phạm vi một gia đình hay ngôi nhà.
Là một lựa chọn lý tưởng cho người dùng cá nhân trong tương lai cho việc kết nối các
thiết bị trong gia đình. Điều kiện đầu tiên để có Home RF là phải có một máy tính trung
tâm được nối Internet qua capble modem, xDSL hoặc đường ISDN. Tất nhiên máy tính
này đựơc gắn một thiết bị trung tâm thu phát tín hiệu trong môi trường không dây.
Các thiết bị trong nhà sẽ được điều khiển bởi tín hiệu phát ra từ thiết bị trung tâm
không dây. Và như vậy yêu cầu đặt ra trong hệ thống RF là các thiết bị như điện thoại
Cordless, thiết bị cầm tay… phải nằm trong phạm vi hoạt động của thiết bị trung tâm.
Hình trên là một số ứng dụng chính của Home RF.

Hình 2.5 HomeRF và mô hình OSI.

8

• Lớp MAC
Lớp MAC của Home RF được thiết kế để tối ưu hoá cho môi trường trong nhà và
mang cả lưu lượng thoại và lưu lượng dữ liệu … với các đặc tính sau:
- Hỗ trợ tốt cả Voice và dữ liệu bằng cách dùng cả kỹ thuật TDMA và
CSMA/CA
- Hỗ trợ 4 kết nối âm thanh chất lượng cao.
- Thông lượng dữ liệu cao: 1,6 Mb/s
- Dữ liệu an toàn.
• Lớp PHY
Đặc tả lớp vật lý của Home RF phần lớn là phù hợp với IEEE 802.11 FH, đã
được sửa đổi để giảm chi phí và phù hợp với môi trường ứng dụng.
- Truyền công suất lên tới + 24 dBm
- Bộ thu tốt với 2FSK
- Mode lựa chọn truyền công suất thấp: 0 – 4 dBm cho thiết bị di động.

2.3 Bluetooth.
Bluetooth là một công nghệ không dây mới ,đã có rất nhiều định nghĩa khác nhau
về Bluetooth. Đơn giản nhất chúng ta có thể hiểu là một thuật ngữ để mô tả một giao thức
truyền thông phạm vi ngắn (khoảng 10m) giữa các thiết bị không dây, bằng cách dùng kỹ
thuật nhảy tần số. Với Bluetooth chúng ta có thể tiết kiệm công suất, giảm độ phức tạp,
giảm giá thành… tín hiệu để truyền trong Bluetooth là sóng Radio, sóng Radio trong
Bluetooth có công suất nhỏ vì vậy không cần phải đăng ký sử dụng tần số ISM tại dải tần
hoạt động là 2.4GHz. Bluetooth có thể tránh được nhiễu từ các tín hiệu xung quanh bằng
cách dùng phương pháp nhảy tần số nhanh

2.4 IEEE 802.11.
IEEE là một tổ chức quốc tế chuyên cho phát triển mạng máy tính, truyền thông,
công nghệ điện, điện tử với mạng LAN. Cho ra đời các chuẩn có tên gọi là dự án 802 :

802.3; 802.4; 802.5; 802.11.

9


Trong đó 802.11 là chuẩn cho mạng cục bộ không dây, có nhiệm vụ định nghĩa
các các đặc tả tầng vật lý PHY, tầng MAC và phần dưới của tầng liên kết dữ liệu
Hình sau minh hoạ giữa mô hình tham chiếu OSI và chuẩn 802.11

Hình 2.6 IEEE 802.11 và mô hình OSI.

Các chuẩn IEEE 802.11:
• 802.11a : Là một chuẩn cho WLAN, dải băng 5 GHz, tốc độ dữ liệu tối đa
là 54Mbps, phê chuẩn năm 1999
• 802.11b : Là một chuẩn cho WLAN hoạt động trên dải tần 2.4GHz (chuẩn
này còn gọi là Wi-Fi ). tốc độ dữ liệu tối đa là 11 Mbps, phê chuẩn 1999

10


• 802.11e : Phát triển cho 802.21 MAC để tăng chất lượng dịch vụ QoS,
tăng khả năng và hiệu quả cho các ứng dụng triển khải qua mạng không dây 802.11
như voice, dữ liệu, và audio.
• 802.11h : Cải thiện lớp MAC và PHY 802.11 để tăng khả năng quản lý
mạng, mở rộng điều khiển cho công suất truyền dẫn và phổ tín hiệu trong dải băng 5
GHz. Đồng thời phù hợp với chuẩn ở một số nước châu âu.
• 802.11i : Tăng cường phương thức xác nhận và độ an toàn chuẩn 802.11

CHƯƠNG 3
IEEE 802.11 WLAN – Wireless Local Area Network

Chương này bao gồm các chủ đề sau:
Tổng quan về Topologies của WLAN

11


802.11 Phương thức truy nhập môi truờng
802.11 Vận hành lớp MAC
802.11 Định dạng các khung
802.11 WLAN ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc sông, và đang được triển
khai trong các mạng quan trọng. Bởi vì chúng đơn giản để triển khai và rất dễ để sử dụng.
Từ khía cạnh của người dùng, các tính năng của WLAN cũng tương tự như cách chia sẻ
trong Ethernet LAN thông thường. Trớ trêu thay, kiến trúc WLAN là rất đa dạng, song lại
vô cùng đơn gỉan. Trở ngại lớn nhất đối với WLAN là không kiểm soát được môi trường
như trong mạng LAN có dây. Đơn giản WLAN sử dụng môi trường không khí để truyền
tín hiệu
802.11 phải phối hợp một cách cẩn thận các thủ tục truy nhập môi trường với các
mạng, sao cho sự truy cập ở các trạm là công bằng. 802.11 không sừ dụng kỹ thuật dò
xung đột-đa truy nhập cảm nhận sóng mang (CSMA-CD) của mạng LAN có dây
Bảng 3.1 Các chuẩn vật lý 802.11

3.1

Tổng Quan Về Wlan 802.11 Topologies

Các mạng 802.11 rất linh động cho thiết kế. Bạn có nhiều lựa chọn để triển khai 3
loại Topologies WLAN
•

Cấu trúc dịch vụ độc lập - IBSS

•

Cấu trúc dịch vụ cơ bản - BSS

•

Cấu trúc dịch vụ mở rộng - ESS

12


Một cấu trúc dịch vụ một tập hợp các thiết bị logical. WLANs cung cấp truy cập
mạng bằng các tín hiệu broadcasting thông qua tần số sóng mang (RF) Radio không dây.
Một trạm nhận phải nằm trong phạm vi của một số các trạm phát. Trạm phát báo cho biết
sự truyền dẫn của chung với bộ nhận dạng dịch vụ (SSID – service set identifier). Các
người dùng sử dụng SSID để lọc các tín hiệu nhận được và định vị tín hiệu nào mà chúng
cần nghe
3.1.1 IBSS Mạng dịch vụ độc lập.
Một IBSS bao gồm một nhóm các trạm 802.11 truyền thông trực tiếp với nhau.
Một IBSS cũng có thể gọi là một mạng ad-hoc, bởi vì chúng đều là peer-to-peer WLAN.
Hình 3.1 minh hoạ 2 trạm được gán card giao diện mạng 802.11 (NIC) trong IBSS truyền
thông với nhau.

Mai

Lan

Tuấn

Hình 3.1 Cấu trúc hình học mạng IBSS.

Ad Hoc/IBSS
ADHOC/IBSS : là một mạng được tạo ra khi các thiết bị người dùng thiết lập một
mạng độc lập không chứa một điểm truy nhập gốc Access Point. Những mạng này không
có kế hoạch định trước hoặc điều tra phạm vi vùng, vì vậy các mạng Adhoc thường rất
nhỏ và trải rộng cần thiết đủ để truyền thông tin cần được chia sẻ. Không giống như một
mạng mở rộng ESS, ở đây các khách hàng liên kết trực tiếp với nhau, cái mà tạo ra duy
nhất một BSS không có giao diện tới một LAN có dây. ( Không có hệ thống phân phối để

13


mà cần thiết bao trùm các BSS để tạo nên ESS). Adhoc không có giới hạn chuẩn chung
như số thiết bị có thể có trong IBSS. Tuy nhiên bởi vì tất cả các thiết bị đều là khách
hàng, thông thường, chắc chắn một số thành viên của IBSS không thể trao đổi trực tiếp
với nhau bởi vấn đề trạm ẩn . Bất chấp các vấn đề trên, không có phương thức cho tính
năng chuyển tiếp trong một IBSS.
Bởi vì không có Access Point trong mạng IBSS, Timing được điều khiển một
cách phân tán.
3.1.2 BSS - Mạng Dịch Vụ Cơ Bản

AP

LAN

MAI

TUẤN

Hình 3.2 Cấu trúc hình học mạng BSS.
Một BSS là một nhóm các trạm truyền thông với nhau, trong đó phải có một trạm
đặc biệt gọi là Điểm truy cập (Access Point AP). AP là điểm trung tâm của truyền thông
cho tất cẩ các trạm còn lại trong BSS. Các trạm con không truyền thông trực tiếp với
nhau, mà chúng liên lạc với AP, và AP này sẽ chuyển khung đến trạm đích. AP thường
được gắn với Uplink Port dùng để kết nối BSS với mạng cố định.
3.1.3 ESS – Mạng dịch vụ mở rộng.

14


AP 2

TÙNG

Mạng
có dây
DS
AP 1

LAN

MAI

TUẤN

Hình 3.3 Cấu trúc hình học mạng ESS.
Nhiều mạng cơ sở BSS có thể được kết nối thông qua giao diện Uplink. Trong thế
giới 802.11, giao diện Uplink kết nối BSS tới hệ thống phân phối (DS). Sự kết nối đó tạo
thành mạng ESS. Hình 3.3 minh hoạ thực tế sự triển khai của một ESS. Sự liên kết lên tới

DS không bắt buộc phải thông qua kết nối có dây. Kỹ thuật 802.11 có khả năng cho phép
kết nối đó là không dây. Hiện này phần lớn đường liên kết đó là Ethernet có dây.

3.2 802.11 Phương Thức Truy Nhập Môi Trường.
3.2.1 Giao thức CSMA/CA

15


So sánh với CSMA/CD (Đa truy nhập cảm nhận sóng mang dò xung đột) ở trong
cuộc gọi hội nghị. Mỗi đại biểu muốn nói phải đợi cho đến lúc mọi người dùng nói. Khi
mà đường dây là rỗi, đại biểu đó có thể có gắng để nói. Nều 2 người cùng bắt đầu nói
cùng một thời điểm , họ phải dừng và làm lại lần nữa
CSMA/CA chặt chẽ hơn CSMA/CD. Cũng tại một cuộc gọi hội nghị như trên.
CSMA/CA có một số thay đổi về quy định như sau so với CSMA/CD
•
Trước khi một người muốn nói, người đó phải chỉ ra mình nói trong
bao lâu. Điều đó cung cấp cho các người tiềm năng khác một ý tưởng là họ phải
đợi trong bao lâu trước khi họ có cơ hội được nói.
•
Các người khác không thể nói cho đến khi khoảng thời gian tuyên bố
của người nói trước chạy hết.
•
Các người này không nhận biết được âm thanh của họ có được nghe
không trong khi họ đang nói, trừ khi họ nhận được xác nhận
•
Khi 2 người tình cờ bắt đầu nói cùng thời điểm, họ không nhận biết
họ đang nói “chen” nhau. Những ngưòi nói này sẽ xác định được “nói chen” trên
bởi vì họ sẽ không nhận được thông tin xác nhận lại là âm thanh của họ được nghe
•

Các người này đợi một khoảng thời gian trước khi cố gắng nói lại

Như các bạn đã thấy, CSMA/CA có những luật lệ nghiêm ngặt hơn CSMA/CD.
những quy tắc này giúp tránh xung đột. Sự tránh xung đột này là chìa khoá của mạng
không dây bởi vì không có phương thức dò xung đột rõ ràng. CSMA/CA hoàn toàn nhận
ra xung đột khi mà một trạm phát không nhận được xác nhận mong đợi
Sự thực hiện CSMA/CA trong 802.11 là bắt buộc trong chức năng phối hợp phân
phối (DCF). Để mà diễn tả CSMA/CD làm việc, thật quan trọng để miêu tả một số thành
phần CSMA/CA 802.11 trước tiên
•

Carrier sense : cảm nhận sóng mang.

•

DCF : Chức năng phối hợp phân bố

•

Acknowledgment frames – Khung Xác Nhận

16


•

Request to Send/Clear to Send (RTS/CTS) medium reservation

Thêm vào đó, 2 phương thức liên quan đến truy cập môi trường 802.11 nhưng

không được quy định trực tiếp vào CSMA/CA
•

Frame fragmentation – Phân Mảnh Khung

•

Point coordination function (PCF) - Chức Năng Phối Hợp Điểm

3.2.1.1 Cảm nhận sóng mang.
Một trạm muốn truyền trong môi trường không dây phải cảm nhận môi trường là
sử dụng hay không. Nếu môi trường đang được dùng, thì trạm đó phải hoãn khung truyền
dẫn cho môi trường là rỗi. Trạm xác định trạng thái của môi trường thông qua 2 phương
pháp
•

Kiểm tra lớp 1- vật lý (PHY) để xem có sóng mang hiện thời không

•

Sử dụng chức năng cảm nhận sóng mang ảo, Vectơ cấp phát mạng

(NAV)
Một trạm có thể kiểm tra PHY và dò xem môi trường đó có đáp ứng hay không
“Kênh có rỗi hay không”. Nhưng trong một số trường hợp, môi trường vẫn còn đặt trước
bởi một số trạm khác thông qua NAV. NAV là bộ định thời gian (Timer) và được cập
nhật bởi khung dữ liệu truyền trong môi trường. Ví dụ trong một mạng cơ sở hạ tầng
BSS, giả định Mai đang gửi một khung tới Tuấn. Bởi vì môi trường không dây là một môi
trường chia sẻ băng rộng cơ bản, Lan nhận khung. Khung 802.11 chứa trường khoảng
thời gian(Duration Field). Giá trị trưòng này đủ lớn để bao trùm toàn bộ quá trình truyền

dẫn và xác nhận mong đợi. Lan cập nhật NAV của mình bằng giá trị duration kia và
không cố gắng truyền lại cho đến khi NAV của mình giảm đến 0.

17


Bản Tin Gửi Tới
Tuấn
Duration =10 ms

AP
Bản Tin

Bản Tin

TUẤN

MAI
LAN

Cập nhập
NAV= 10ms

Hình 3.4 Quá trình cảm nhận NAV.
Chú ý rằng các trạm chỉ cập nhật NAV khi mà giá trị trường duration nhận được
lớn hơn gía trị hiện thời trong NAV của chúng. Sử dụng ví dụ trên, nếu Lan có NAV = 10
ms, cô ta sẽ không cập nhật NAV của cô, nếu cô nhận được khung có trường Duration là
5 ms. Cô ta cập nhật NAV của mình nếu cô ta nhận được khung với Duration là 20 ms.

3.2.1.2 DCF – Distributed CoOrdination Functions

18


Tổ chức IEEE rằng buộc phương thức truy nhập cho mạng 802.11 là DCF, một
phương thức truy nhập môi trường dựa trên phương pháp truy nhập CSMA/CA. Để mô tả
sự vận hành DCF, trước tiên chúng ta phải định nghĩa một số khái niệm, Hình 3.5 chỉ ra
Time line cho miêu tả trong Hình 3.4

Hình 3.5 Time line trong truy cập kênh.
Trong vận hành DCF, một trạm muốn truyền một khung phải đợi một khoảng
thời gian đặc biệt sau khi môi trường là rỗi. Gía trị thời gian này gọi là khoảng liên khung
DCF (DIFS). Một khi khoảng thời gian DIFS trôi đi, môi trường có hiệu lực cho các trạm
truy cập tranh chấp.
Trong Hình 3.5, Lan và Tuấn có thể muốn truyền khung khi truyền dẫn của Mai
hoàn thành. Cả 2 trạm có thể có giá trị NAV bằng nhau, và cả hai sẽ cảm nhận vật lý khi
môi trường là rỗi. Sẽ có xác suất cao cả 2 trạm cùng cố gắng truyền khi môi trường là rỗi,
là nguyên nhân của sự xung đột. Để tránh tình huống này, DCF dùng bộ đếm lùi ngẫu
nhiên – Backoff Counter.
Thuật toán đếm lùi ngẫu nhiên sẽ lựa chọn ngẫu nhiên một giá trị từ 0 đến gía trị
cửa sổ tranh chấp (CW Contention Window). Giá trị mặc định của CW quy định bởi nhà
sản xuất và NIC. Khoảng giá trị cho đếm lùi ngẫu nhiên bắt đầu từ khe thời gian thứ 0
tăng lên đến giá trị lớn nhất, CWmin – CWmax. Trong ví dụ này cho rằng CWmin = 7 và
CWmax = 255. Hình 3.6 minh hoạ giá trị CWmin và CWmax cho đếm lùi ngẫu nhiên.

19


Hình 3.6 Thuật toán quay lui ngẫu nhiên trong DCF.
Một trạm lựa chọn ngẫu nhiên giá trị từ 0 đến giá trị hiện thời của cửa sổ xung

đột (Contention Window - CW) . Giá trị ngẫu nhiên này là số khe thời gian 802.11 mà
một trạm phải đợi trong suốt môi trường rỗi của CW trước khi nó có thể truyền. Một khe
thời gian là một giá trị thời gian nhận được từ Lớp vật lý dựa trên đặc tính RF của BSS.
Quay trở lại ví dụ trên, Lan đã sẵn sàng cho truyền. NAV của cô ấy đã giảm về 0
và lớp vật lý chỉ ra môi trường là rỗi. Lan lựa chọn giá trị thời gian quay lui ngẫu nhiên từ
0 đến CW (Trong trường hợp này CW=7) và đợi hết số khe thời gian trên trước khi quá
trình truyền diễn ra. Hình 3.7 minh hoạ quá trình trên, với giá trị quay lui ngẫu nhiên là 4
khe thời gian.

20


Hình 3.7 Truyền dẫn khung sau qua trình Backoff.
Một khi 4 khe thời gian trôi qua, Lan có thể truyền. Nhưng chuyện gì xảy ra nếu
trạm Tuấn có thời gian quay lui ngẫu nhiên là 2 khe thời gian ? Lan lắng nghe trường thời
gian mới từ khung Tuấn khi anh ta bắt đầu quá trình truyền của anh ta, và Lan cập nhập
NAV của mình với giá trị mới. Lan phải đợi NAV của mình giảm về 0 và PHY được ghi
nhận là đang rỗi trước khi tiếp tục quá trình quay lui của mình. (Trong ví dụ này, Lan phải
đợi thêm 2 khe thời gian nữa trước khi cố gắng truyền).
Giả định rằng Lan có thể hoãn truyền dẫn đến 4 khe thời gian, Cô ta truyền
khung. Làm sao để Lan biết được khung của mình đã tới đích? Đặc tính kỹ thuật 802.11
yêu cầu rằng các trạm nhận phải gửi khung xác nhận tới nơi gửi khung. Khung xác nhận
cho phép trạm gửi xác định gián tiếp có xung đột trên đường truyền hay không. Nếu như
trạm gửi không nhận được khung xác nhận, nó sẽ cho rằng có xung đột xảy ra trên đường
truyền. Trạm gửi sẽ cập nhật giá trị bộ đếm mới lại lần nữa, giá trị CW tăng gấp đôi, và
bắt đầu chu trình truy cập môi trường lần nữa. Hình 3.8 tổng quát hoá các bước một trạm
DCF phải làm lại để truyền được khung

21

Hình 3.8 Thủ tục truy nhập DCF.
3.2.1.3 Khung xác nhận.
Một trạm nhận được khung không lỗi sẽ xác nhận khung đó với trạm gửi bằng
cách gửi 1 khung xác nhận tới trạm gửi đó. Biết rằng trạm nhận có thể truy cập môi
trường và truyền khung xác nhận. Thừa nhận khung xác nhận có thể bị trì hoãn do xung
đột môi trường. Quá trình truyền dẫn của khung xác nhận là một trường hợp đặc biệt.
Khung xác nhận được phép bỏ qua quá trình quay lui ngẫu nhiên, và chỉ phải đợi một
khoảng thời gian ngắn sau khi khung đã được nhận để truyền xác nhận. Khoảng thời gian
ngắn của trạm nhận đợi gọi là khoảng cách liên khung ngắn (SIFS Sort Inter Frame Space
- SIFS) khoảng thời gian SIFS ngắn hơn khoảng thời gian DIFS là 2 khe thời gian. Nó
đảm bảo trạm nhận có cơ hội tốt nhất để truyền trong môi trường trước khi các trạm khác
có thể tranh kênh và truyền tin.
Truyền dẫn từ Lan cho Tuấn, Lan bị hoãn “cố gắng truyền dẫn” của mình tới 4
khe thời gian. Môi trường vẫn đang còn rỗi, vì vậy cô ta truyền khung của mình tới Tuấn,

22


như mô tả trong Hình 3.9. Trạm AP nhận khung và đợi khoảng thời gian SIFS trước khi
đáp ứng lại bằng khung xác nhận.

AP

Bản Tin

ACK

TUẤN

MAI
LAN

SIFS

DIFS

Bản tin của
Mai

Bản Tin
Lan

AP xác nhận

TIME

Hình 3.9 Quá trình truyền dẫn và xác nhận khung.
Giả định rằng Lan chưa bao giờ nhận được khung xác nhận, cô ta sẽ tăng gấp đôi
cửa sổ xung đột của mình lên tới 15 và quay lại quá trình quay lui. Khi mà mọi cố gắng
truy cập môi trường thất bại, trạm trong 802.11 tăng độ lớn bộ đếm lại lên. CW tiếp tục
tăng gấp đôi cho đến khi nó bằng CWmax (Giá trị cửa sổ xung đột lớn nhất cho phép) .
Lớp MAC tiếp tục cố gắng truyền lại khung, nhưng một khi giá trị bộ đếm lại tăng đến

23


gía trị cho phép thì trạm Lan giữ nguyên giá trị này trước khi khởi động lại quá trình tranh
kênh truyền.
Bằng việc chọn các khoảng ngẫu nhiên tăng theo hàm mũ khi xung đột liên tiếp

xảy ra, thuật toán này đảm bảo thời gian trì hoãn thấp khi chỉ có vài trạm xung đột, nhưng
cũng đảm bảo rằng sự xung đột sẽ được giải quyết trong khoảng thời gian hợp lý khi có
nhiều trạm xung đột. Điều này làm tăng độ ổn định của giao thức truy nhập khi lưu lượng
lớn.
3.2.1.4 Vấn đề trạm ẩn và giải pháp RTS/CTS
Lan có thể không truy cập được môi trường bởi một số trạm khác cũng bên trong
phạm vi hoạt động của AP nhưng bên ngoài phạm vi Trạm Lan. Hình 3.10 minh hoạ
trường hợp này.

Hình 3.10 Vấn đề trạm ẩn.

24


Lan và Tuấn đều nằm bên trong phạm vi của nhau và của AP. Nhưng không ai
trong phạm vi hoạt động của Tùng. Tùng nằm trong phạm vi của AP và cố gắng truyền
trên môi trường rỗi. Tình huống này gọi là vấn đề trạm ẩn gây ra bởi Tùng mà Lan và
Tuấn không biết.
Lan cố gắng đặt trước kênh truyền bằng cách sử dụng khung điều khiển đặc biệt
là khung RTS. Khung RTS được gửi tới AP và chỉ ra cho AP và tất cả các trạm khác
trong phạm vi của Lan, khoảng thời gian cần thiết cho quá trình trao đổi thông tin của
Lan. Trao đổi thông tin bao gồm khung đầu tiên Lan muốn truyền cho đến khung xác
nhận mong đợi.

Hình 3.11 Đặt trước kênh với RTS/CTS

25