CÔNG NGHỆ WI FI OFFLOAD CHO MẠNG DI ĐỘNG 3G 4G

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:
CÔNG NGHỆ WI-FI OFFLOAD CHO MẠNG 3G, 4G

Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Ngành
Lớp
Khoá

: T.S LÊ CHÍ QUỲNH
: TRƯƠNG QUỐC ĐẠT
: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
: D8 - DTVT1
: 2013 - 2018

HÀ NỘI – 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC


KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:
CÔNG NGHỆ WI-FI OFFLOAD CHO MẠNG 3G, 4G

Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Ngành
Lớp
Khoá

: T.S LÊ CHÍ QUỲNH
: TRƯƠNG QUỐC ĐẠT
: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
: D8 - DTVT1
: 2013 - 2018

HÀ NỘI – 2017


NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Giảng viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)


Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
3GPP

Third Generation Partnership
Project

Hiệp hội nghiên cứu di động
thế hệ thứ 3

A
AAA

ACK
AP

Authentication, Authorization,

and Accounting
Access Network Discovery and
Selection Function
Acknowledge
Access Point

Nhận thực, Ủy quyền và Thanh
toán
Chức năng lựa chọn và phát
hiện mạng truy cập
Báo nhận
Điểm truy nhập

AVP

Attribute value pair

Cặp giá trị thuộc tính

ANDSF

B
BPSK
BSS

Binary Phase Shift Keyin
Base Station System

Điều chế mã nhị phân
Tập dịch vụ cơ bản

C
CAPWAP
CCK
CG
CS
CSMA
CSMA/CD
CTS
CW

Control and Provisioning of
Wireless Access Point
Complementary Coded Keying
Control Gateway
Circuit Switch
Carrier Sense Multiple Access
Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detect
Clear to send
Contention Window

Điểm truy cập vô tuyến điều
khiển và dự phòng
Khóa mã bổ sung
Cổng điều khiển
Chuyển mạch kênh
Đa truy cập cảm nhận sóng
mạng
Đa truy cập cảm nhận sóng

mang phát hiện xung đột
Xóa để gửi
Cửa sổ xung đột

D
DCF
DIFS
DSMIPv6
DS

Distributed Coordination
Function
Distributed Coordinate Function
Interframe Space
Dual-Stack Mobile IP Protocol
Version 6
Distribution System

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

Chức năng kết hợp phân phối
Khoảng liên khung DCF
Giao thức IP di động kiến trúc
kép phiên bản 6
Hệ thống phân phối

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

DSSS

Direct Sequence Spread
Spectrum

Trải phổ chuỗi trực tiếp
E

EAP
EAP AKA
EAP SIM
EDCA
EPC
ePDG
ESS
E-UTRAN

Extensible Authentication
Protocol
EAP method for UMTS
Authentication and Key
Agreement
EAP method for GSM
Subscriber Identity Module
Enhanced Distributed Channel
Access
Evolved Packet Core
Evolved Packet Data Gateway
Electronic Switching System
Evolved UMTS Terrestrial

Radio Access Network

Giao thức xác thực mở rộng
EAP cho xác thực UMTS và
thỏa thuận khóa
EAP cho modul nhận dạng thuê
bao GSM
Truy cập kênh phân phối tiên
tiến
Lõi gói tiên tiến
Cổng dữ liệu gói tiên tiến
Tốc độ vật lý mở rộng
Hệ thống chuyển mạch điện tử
Phát triển hệ thống truy cập vô
tuyến UMTS

F
FTP

File Transfer Protocol

Giao thức truyền tập tin
G

GGSN
GPRS
GRE
GSM

Gateway GPRS Suppoort Node

General Packet Radio Service
Generic Routing Encapsulation
Global System for Mobile
Communication

Node hỗ trợ cổng GPRS
Dịch vụ vô tuyến gói chung
Bộ định tuyến dùng chung
Hệ thống toàn cầu cho thông
tin di động

H
HA
HCCA
HCF
HetNet
HLR
HBM

Home Agent
HCF Control Channel Access
Hybrid Coordination Function
Heterogeneous Network
Home Location Registry
Host Based Mobility

HSS
HTTP

Home Subscriber Server

Hypertext Transfer Protocol

Đại diện thường trú
Truy cập kênh điều khiển HCF
Chức năng kết hợp lai
Mạng không đồng nhất
Bộ ghi định vị thường trú
Di động dựa trên máy người
dùng
Server thuê bao thường trú
Giao thức truyền tải siêu văn
bản

I
IEEE
IETF

Institute of Electrical and
Electronics
Internet Engineering Task Force

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

Viện kỹ thuật điện và điện tử
Tổ chức nhiệm vụ kỹ thuật

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

Internet
Ip theo mạng di động

IFOM

IP Flow Mobility

IFS
IMS
IPsec
ISDN
ISMP

Interframe Spacing
IP Multimedia Subsystem
Internet Protocol Security
Integrated Service Digital
Network
Inter-system mobility policy

ISRP

Inter-system routing policy

ISM
I-WLAN

Industrial Scientific Medical
Interworking Wireless LAN

Khoảng liên khung
Phân hệ đa phương tiện IP
Bảo mật IP
Mạng số dịch vụ tích hợp
Chính sách di động giữa các hệ
thống
Chính sách định tuyến giữa các
hệ thống
Y tế khoa học công nghiệp
Mạng LAN vô tuyến liên kết

L
LAN
LTE

Local Area Network
Long Term Evolution

Mạng vùng nội hạt
Tiến hóa lâu dài
M

MAC
MAPCON
MIP
MNO

Media Access Control
Multiple-access PDN
connectivity

Mobile IP Protocol
Mobile Network Operator

Điều khiển truy cập môi trường
Kết nối nhiều điểm truy cập
PDN
Giao thức IP di động
Nhà khai thác mạng di động

N
NAV
NAS
NBM

Network Allocation Vector
Network access server
Network Based Mobility

Vector phân bổ mạng
Server truy nhập mạng
Mạng dựa trên tính di động

O
OFDM

Orthogonal Frequency Division
Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao

P
PC
PCEP

PDA
PDN GW
PLMN

Point Coordinator
Policy and Charging
Enforcement function
Point Coordination Function
Policyand Charging Rules
Function
Personal Digital Assistant
Packet Data Network Gateway
Public land mobile network

PMIP

Proxy Mobile Internet Protocol

PCF
PCRF

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

Bộ kết hợp điểm
Chức năng thực thi chính sách

và tính cước
Chức năng kết hợp điểm
Chức năng tính cước và thiết
lập chính sách
Hỗ trợ số cá nhân
Cổng mạng dữ liệu gói
Mạng di động mặt đất công
cộng
Giao thức Internet di động cấp

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp
phép
Q
QAM
QoS

Quadrature Amplitude
Modulation
Quality of Service

Điều chế biên độ cầu phương
Chất lượng dịch vụ
R

RAN
RADIUS
RF

RFC

Radio Access Network
Remote Authentication Dial In
User Service
Radio Frequency
Request For Comment

Mạng truy cập vô tuyến
Tính toán dịch vụ người sử
dụng quay số xác thực từ xa
Tần số vô tuyến
Tập những đề nghị cho yêu cầu
bình luận

S
SAE
SCTP
SMS
SR

System Architecture Evolution
core network for LTE
Stream Control Transmission
Protocol
Short Message Servive
Service router

Phát triển kiến trúc hệ thốngmạng lõi cho LTE
Giao thức truyền vận điều

khiển dòng
Dịch vụ nhắn tin
Dịch vụ định tuyến

T
TAL
TCP
TLS
TTG

Transparent Automatic Logon
Transmission Control Protocol
Transport Layer Security
Tunnel Termination Gateway

Đăng nhập tự động trong suốt
Giao thức điều khiển giao vận
Bảo mật lớp truyền tải
Cổng kết cuối đường hầm

U
UDP

User Datagram Protocol

UE
UMTS

User Equipment
Universal Mobile

Telecommunications System

Giao thức gói dữ liệu người sử
dụng
Thiết bị di động
Hệ thống thông tin di động
toàn cầu

W
WAG
WECA
WFA
WiFi
WISPr
WLAN

WLAN Access Gateway
Wireless Ethernet Compatibility
Alliance
WiFi Alliance
Wireless Fidelity
Wireless Internet Service
Provider Roaming
Wireless Local Area Network

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

Cổng truy cập WLAN
Liên minh tương thích Ethernet
không dây

Liên minh WiFi
Mạng wi-fi
Chuyển vùng nhà cung cấp
dịch vụ Internet không dây
Mạng cục bộ vô tuyến

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2. 2 Phân chia lưu lượng IP dựa trên sự giám sát của nhà mạng
Hình 2. 3 Sự chuyển động của lưu lượng IP
Hình 2. 4 Sự di chuyển của lưu lượng IP do nghẽn mạng
Hình 2. 5 Phân phối lưu lượng IP sau khi nghẽn mạng là quá tải
Hình 2. 6 Mô hình MAPCON
Hình 2. 7 Mô hình IFOM
Hình 2. 8 Chuyển giao luồng thoại được định nghĩa trong 3GPP TS 23.402
Hình 2. 9 Luồng thoại cho chuyển giao từ mạng truy cập LTE tới mạng truy cập
WiFi
Hình 2. 10 Một mô tả về cấu trúc gói tin dữ liệu RADIUS
Hình 2. 11 Bốn gói tin chính trong RADIUS
Hình 2. 12 Một gói tin Access-Request điển hình
Hình 2. 13 Gói tin Access-Accept điển hình
Hình 2. 14 Gói tin Access-Reject điển hình
Hình 2. 15 Gói tin Access-Reject điển hình
Hình 2. 16 Tổng quan về Diameter
Hình 2. 17 Thành phần Relay

Hình 2. 18 Thành phần PROXY
Hình 2. 19 Diameter Redirect Agent
Hình 2. 20 Thực thể Diameter Translation
Hình 2. 21 Ví dụ về lỗi giao thức và bản tin trả lời
Hình 2. 22 Ví dụ về lỗi ứng dụng bản tin trả lời
Hình 3. 1 Belair Networks GigXone cho Wi-Fi và dịch vụ tế bào nhỏ
Hình 3. 2 Kiến trúc Belair Networks "HetNet Mobility"
Hình 3. 3 Kiến trúc Cell Site Co-location
Hình 3. 4 Giải pháp Wifi Offload của Alcatel – Lucent sử dụng Gateway 7750 SR
Hình 3. 5 Mô hình ống mỏng với các đường hầm giữa UE và ePDG
Hình 3. 6 Mô hình ống dày với một đường hầm giữa AP và GW WLAN

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp
Hình 3. 7 Các giao thức đường hầm kết nối Alcatel-Lucent lightRadio WLAN
Gateway AP tới WLAN Gateway
Hình 3. 8 Giảm tải tế bào qua truy cập WiFi của Alcatel-Lucent

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

LỜI MỞ ĐẦU

Nhu cầu về lưu lượng mạng di động ngày càng tăng cao là một thách thức
lớn phải đối mặt của các nhà khai thác di động với nhu cầu về băng thông của băng
rộng di động cho người sử dụng. Hiện nay, lưu lượng dữ liệu di động toàn cầu được
dự báo sẽ tăng nhiều lần do sự gia tăng về số lượng thiết bị người dùng cũng như
chất lượng nội dung cần truyền tải(video, streaming…) trong khi tốc độ kết nối di
động tăng không đáng kể. Một số trong những hạn chế cơ bản phải đối mặt với các
nhà khai thác di động là sự khả dụng và khả năng của phổ tần 3G/4G được cấp phép
để đáp ứng nhu cầu băng rộng di động đang phát triển. Triển khai các tế bào nhỏ và
các công nghệ đầu vô tuyến từ xa sẽ giúp làm giảm bớt tắc nghẽn băng thông. Vì
vậy, chúng ta cần tìm ra và áp dụng các giải pháp hiệu quả về cả chi phí lẫn dung
lượng cao vẫn còn cần thiết để bổ sung cho các kiến trúc truy cập di động thế hệ
tương lai.
Khắc phục được hầu hết các nhược điểm trên, Wi-Fi đã nổi lên như như là
công nghệ lý tưởng để tăng dung lượng băng thông rộng di động và để phục vụ như
là một mở rộng của mạng truy nhập vô tuyến của nhà điều hành di động. Tiêu chuẩn
công nghiệp như 802.11u, Hotspot 2.0, và EAP-SIM cho phép chế độ kép 3G/4G và
Wi-Fi các máy khách dễ dàng và an toàn chuyển vùng giữa các giao diện 3G/4G và
Wi-Fi AP trên cơ sở ứng dụng hoặc thậm chí trên mỗi luồng cơ sở để nâng cao chất
lượng tổng thể của kinh nghiệm cho các khách hàng băng thông rộng di động.
Với mong muốn tìm hiểu phương pháp giảm tải lưu lượng cho mạng di động
hiệu quả em đã chọn đề tài đồ án tốt nghiệp của mình là Công nghệ Wifi Offload
mạng 3G, 4G. Nội dung đồ án của em gồm ba chương chính:
Chương I: Tổng quan
Chương II: Kiến trúc giải pháp Wi-Fi Offload
Chương III: Một số giải pháp Wi-Fi Offload
Trong thời gian thực hiện đồ án này, vì thời gian và kiến thức có hạn nên em
còn mắc nhiều sai sót nên kính mong quý thầy cô, hội đồng bảo vệ đồ án và toàn thể
các bạn đóng góp ý kiến để em tiếp tục tìm hiểu và hoàn thiện đề tài nghiên cứu của
mình.

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp
Em xin chân thành cảm ơn thầy các thầy cô trong khoa đã giúp đỡ em trong
hơn bốn năm học vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn thầy T.S Lê Chí Quỳnh đã tận
tình giúp đỡ trong kì thực tập vừa qua và đặc biệt là đã giúp em trong suốt quá trình
xây dựng và hoàn thành để đồ án có kết quả như ngày hôm nay.
Em xin chân thành cảm ơn!

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1. Bùng nổ lưu lượng
Hiện nay, dữ liệu di động đang ngày càng tăng với sự phát triển của các loại
hình dịch vụ liên quan đến video (video, video call, streaming..), chia sẻ xã hội hoặc
các dịch vụ điện toán đám mây… và ngày càng phổ biến hơn trong đối với người sử
dụng.

Hình 1. 1 Tỉ lệ lưu lượng của người dùng di động trong tháng
Theo thống kê của Cisco, chúng ta có thể thấy lưu lượng trung bình 1 tháng
của người dùng tăng hơn 3 lần từ năm 2013 đến năm 2015. Họ cũng dự đoán rằng
hơn 66.5% lưu lượng này có liên quan đến video (có hoặc không yêu cầu thời gian

thực).
Theo dự đoán từ các nhà phân tích từ Cisco cảnh báo rằng lưu lượng dữ liệu
di động toàn cầu dự kiến sẽ tăng mạnh trong những năm sắp tới.

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1. 2 Tổng lưu lượng dự đoán mỗi tháng trên toàn cầu
Theo bác cáo Cisco VNI Mobile vào năm 2014,tổng lưu lượng một tháng
vào năm 2013 là khoảng 1.5 EB (khoảng 1500 petabyte). Cisco cũng dự đoán tổng
lưu lượng một tháng vào năm 2017 (hiện nay) là 10.8 EB, tăng 7.2 lần so với năm
2013.
Cisco dự báo rằng lưu lượng dữ liệu di động toàn cầu dự kiến sẽ tăng lên
15.9 EB vào năm 2018, tức là 10.6 so với năm 2013 và tăng 1.5 lần so với hiện nay.
Như vậy, sự bùng nổ của lưu lượng di động là rất lớn. Hơn nữa, trong tương lai, với
sự phát triển không ngừng của thiết bị người dùng cũng như nhu cầu ngày càng tăng
của người sử dụng thì sự tăng trưởng của lưu lượng di động sẽ tiếp tục tăng mạnh
trong những năm sắp tới.
Như vậy, có thể nói phương pháp truy cập dữ liệu phổ biến nhất hiện nay là

mạng di động vô tuyến. Tuy nhiên với những số liệu kể trên và những dự báo cho
tương lai, mạng di động vô tuyến đang chịu áp lực rất lớn để đối phó với tình trạng
quá tải dữ liệu di động. Trước yêu cầu như trên, các công nghệ để giảm tải, phân tải
lưu lượng di động là vô cùng cần thiết.

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

2. Giới thiệu về Wi-Fi
Wi-Fi - Wireless Fidelity là tên gọi mà các nhà sản xuất đặt cho một chuẩn
kết nối không dây (IEEE 802.11), công nghệ sử dụng sóng radio để thiết lập hệ
thống kết nối mạng không dây. Đây là công nghệ mạng được thương mại hóa tiên
tiến nhất thế giới hiện nay. Công nghệ này hoạt động trong dải tần số ISM, cụ thể
hơn trong băng tần 2.4GHz và trong băng tần 5GHz. Lợi thế lớn của các băng tần
này là các băng tần không được cấp phép hoặc miễn phí cấp phép tất cả các nơi trên
thế giới. Hệ thống này hoạt động ở nhiều nơi như các sân bay, quán cafe, thư viện
hoặc khách sạn... Hệ thống cho phép truy cập Internet tại những khu vực có sóng
của hệ thống này, hoàn toàn không cần đến cáp nối. Ngoài các điểm kết nối công
cộng (hotspots), WiFi có thể được thiết lập ngay tại nhà riêng.
Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ Viện kỹ thuật điện và điện tử IEEE (Institute of
Electrical and Electronics Engineers). Viện này đưa ra nhiều chuẩn cho nhiều giao
thức kỹ thuật khác nhau, và sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng; 3
chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g.
Trong một mạng WiFi, máy tính và card mạng WiFi kết nối không dây đến
một bộ định tuyến không dây (router). Router được kết nối với Internet bằng một
modem, thường là modem DSL. Các tín hiệu không dây có thể mở rộng phạm vi

của một mạng không dây.
Mạng WiFi có thể được "mở", để ai cũng có thể sử dụng, hoặc "đóng" trong
trường hợp sử dụng một mật khẩu. Một khu vực bao phủ truy cập không dây thường
được gọi là một điểm nóng không dây.
WiFi là công nghệ được thiết kế để phục vụ cho các hệ thống máy tính nhẹ
của tương lai, đó là điện thoại di động và thiết kế để tiêu thụ điện năng tối thiểu.
PDA, máy tính xách tay, và các phụ kiện khác nhau được thiết kế để tương thích với
WiFi. Thậm chí còn có điện thoại được phát triển mà có thể chuyển đổi liền mạch từ
các mạng di động vào mạng WiFi mà không cần bỏ một cuộc gọi.

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

Ưu điểm của WiFi
•

Ethernet không dây: WiFi là sự thay thế Ethernet. WiFi và Ethernet, cả hai

•

mạng IEEE 802 chia sẻ một số thành phần cơ bản.
Mở rộng truy cập: WiFi mở rộng truy cập vào những nơi mà dây và cáp điện

không thể lắp đặt hoặc nơi mà chi phí quá cao để lắp đặt.
• Chi phí giảm: Như đã đề cập ở trên, sự vắng mặt của dây và cáp điện khiến
chi phí giảm. Điều này được thực hiện bởi sự kết hợp của các yếu tố, chi phí

tương đối thấp của các bộ định tuyến không dây, không cần đào hào, khoan
và các phương pháp khác có thể cần thiết để thực hiện các kết nối vật lý.
• Di động: Có dây buộc người sử dụng cố định tại một địa điểm. Với không
dây người sử dụng có thể tự do thay đổi vị trí mà không bị mất kết nối.
• Tính linh hoạt: Mở rộng truy cập, giảm chi phí, và tính di động tạo cơ hội
cho các ứng dụng mới cũng như khả năng của giải pháp sáng tạo mới cho các
ứng dụng.
Các mạng WLAN hoạt động dựa trên chuẩn 802.11, chuẩn này được xem là
chuẩn dùng cho các thiết bị di động có hỗ trợ không dây, phục vụ cho các thiết bị có
phạm vi hoạt động tầm trung bình.
Cho đến hiện nay, IEEE 802.11 gồm có 4 chuẩn trong họ 802.11 và 1 chuẩn
đang thử nghiệm:
•

802.11: Là chuẩn IEEE gốc của mạng không dây (hoạt động ở tần số

•

2.4GHz, tốc độ 1Mbps – 2Mbps).
802.11b: Phát triển vào năm 1999, hoạt động ở tần số 2.4GHz - 2.48GHz, tốc

độ từ 1Mpbs - 11Mbps.
• 802.11a: Phát triển vào năm 1999, hoạt động ở tần số 5GHz – 6GHz, tốc độ
•

54Mbps.
802.11g: Một chuẩn tương tự như chuẩn b nhưng có tốc độ cao hơn từ

20Mbps - 54Mbps, hiện đang phổ biến nhất.
• 802.11e: Là một chuẩn đang thử nghiệm, đây chỉ mới là phiên bản thử

nghiệm cung cấp đặc tính QoS (Quality of Service) và hỗ trợ Multimedia cho
gia đình và doanh nghiệp có môi trường mạng không dây.

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

•

Thực tế còn một vài chuẩn khác thuộc họ 802.11 là: IEEE 802.11F, IEEE
802.11h, IEEE 802.11j, IEEE 802.11d, IEEE 802.11s. Mỗi chuẩn được bổ
sung nhiều tính năng khác nhau.

3. Các thành phần và kiến trúc của WiFi
3.1. Các thành phần và kiến trúc
Tiêu chuẩn 802.11 xác định kiến trúc và một số thành phần tương tác với
nhau để đảm bảo giao tiếp mạng WLAN và di động một cách thích hợp.
Hình 1.3 mô tả các thành phần quan trọng nhất của kiến trúc được sử dụng phổ
biến, trong đó ba người sử dụng kết nối đến một điểm truy cập để có thể truy cập
Internet thông qua một mạng WLAN.

Hình 1. 3 : Kiến trúc WLAN 802.11 và các thành phần
BSS (tập dịch vụ cơ bản) là khối chính của mạng LAN 802.11. Trong BSS là
một nhóm các thành phần như các trạm có thể là các điểm truy cập, trạm khách
hoặc cả hai truyền thông với nhau ở cùng thời điểm.

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

Các điểm truy cập là thực thể bất kỳ cho phép truy cập đến hệ thống phân
phối (DS) qua môi trường không dây đối với các trạm khách được liên kết. Trạm
khách có thể là máy tính hoặc các thiết bị với một giao diện không dây.
Hệ thống phân phối là các thành phần để kết nối các BSS khác nhau và tích
hợp mạng LAN để tạo ra một thiết lập dịch vụ mở rộng (ESS), cho phép tạo ra các
mạng không dây có kích thước khác nhau và phức tạp như được mô tả trong hình
1.4.

Hình 1. 4 Hai BSS kết nối thông qua một hệ thống phân phối tạo thành một ESS
3.2. Lớp vật lý
Có một số khía cạnh có thể được xem xét về lớp vật lý của IEEE 802.11,
nhưng chúng ta sẽ tập trung vào kiến trúc, ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
(OFDM), định dạng khung và thông số kỹ thuật vật lý được mô tả trong tiêu chuẩn
IEEE 802.11- 2007 như sau:
Tiêu chuẩn này mô tả các kiểu điều chế và mã hóa như trải phổ chuỗi trực
tiếp (DSSS), khóa mã bổ sung (CCK), ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
(OFDM), và DSSS-OFDM để đạt được các tốc độ dữ liệu khác nhau. Các đặc tả vật
lý được trình bày cụ thể ở bên dưới gồm những phần sau:
Kiến trúc

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt

Đồ án tốt nghiệp

Kiến trúc của lớp vật lý bao gồm lớp con thủ tục hội tụ lớp vật lý (PLCP) và
lớp con phụ thuộc môi trường vật lý (PMD).
Lớp con đầu tiên được sử dụng để lớp MAC IEEE 802.11 hoạt động với sự phụ
thuộc ít nhất có thể vào lớp con PMD. Lớp MAC truyền thông với lớp con PLCP
thông qua điểm truy cập dịch vụ (SAP), qua đó các đơn vị dữ liệu giao thức MAC
(MPDU) được tiếp nhận. PMD cung cấp phương thức để gửi và nhận dữ liệu giữa
các trạm. Hình 1.5 mô tả kiến trúc lớp vật lý.

Hình 1. 5 Kiến trúc vật lý
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là kỹ thuật ghép kênh đa
sóng mang trong đó nhiều sóng mang con dung lượng thấp được kết hợp để đạt
được dung lượng cao hơn. Khái niệm quan trọng nhất về OFDM là các sóng mang
con trực giao và cách nhau khoảng tần số 1/T như là yêu cầu tối thiểu để đảm bảo
tính trực giao, trong đó T là chu kỳ của tín hiệu. Các sóng mang con OFDM được
trình bày trên Hình 1.6.

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1. 6 Tín hiệu OFDM
Dữ liệu truyền được chia thành các kênh song song, sử dụng một trong các
kênh này cho mỗi sóng mang con. Mỗi sóng mang con được điều chế bởi kỹ thuật

điều chế như QAM hoặc PSK.
Một trong những ưu điểm của OFDM là khả năng chống lại fading chọn lọc
theo tần số gây ra bởi nhiễu đa đường mà không cần sử dụng các bộ cân bằng phức
hợp và khả năng loại bỏ ISI vì tốc độ ký hiệu thấp (so với một tín hiệu sóng mang
đơn với dung lượng tương đương) và sử dụng khoảng bảo vệ giữa các ký hiệu.
Định dạng khung vật lý
Khung vật lý chủ yếu bao gồm phần tiêu đề chịu trách nhiệm về các vấn đề
định thời và đồng bộ; tín hiệu được đặc tả bởi tốc độ dữ liệu, dộ dài...; và dữ liệu là
một trường có độ dài thay đổi. Tín hiệu được điều chế và mã hoá bởi BPSK, tỷ lệ r
= 1/2, trong khi dữ liệu có tốc độ được chỉ thị trong trường con tốc độ trong tín
hiệu.
Định dạng khung vật lý được mô tả trên Hình 1.7.

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1. 7 Định dạng khung theo IEEE 802.11-2007
3.3. Lớp điều khiển truy cập môi trường (MAC)
Kiến trúc lớp MAC có thể được mô tả một cách dễ dàng như trên Hình 1.8.
Hình này mô tả các chức năng kết hợp điểm (PCF) và chức năng kết hợp lai (HCF)
qua các dịch vụ của chức năng kết hợp phân phối (DCF), không có các trạm chất
lượng dịch vụ (QoS), HCF không hiện diện và ở trong các trạm QoS, cả HCF và
DCF đều hiện diện. Đối với tất cả các trạm, PCF là một tính năng tuỳ chọn.

Hình 1. 8 Kiến trúc lớp MAC
DCF là phương pháp truy cập chính của lớp MAC chuẩn IEEE 802.11 được

gọi là CSMA/CA. Phương pháp truy cập này được thực hiện trong tất cả các trạm
và được sử dụng trong IBSS và các mạng hạ tầng.
PCF là phương pháp truy cập tùy chọn cho IEEE 802.11 mà chỉ được sử
dụng trong các mạng hạ tầng. Đặc điểm chính của phương pháp truy cập này là sử
dụng bộ kết hợp điểm (PC) tại các điểm truy cập của BSS nhằm xác định trạm để
truyền tải. PCF cung cấp các thông tin trong các khung quản lý báo hiệu để thiết lập
GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

vectơ phân bổ mạng (NAV) tại các trạm. Do đó, có thể có được sự điều khiển môi
trường truyền thông. PCF sử dụng cơ chế VCS.
Các khung quản lý báo hiệu được sử dụng bởi điểm truy cập để thông báo sự
hiện diện của nó và để truyền thông tin sẽ giúp các trạm làm việc tốt trong BSS. Nó
được gửi định kỳ và các thông tin trong khung này có thể được sử dụng cho các
mục đích khác nhau như các tốc độ dữ liệu khả dụng trong BSS, SSID và dấu thời
gian.
HCF là một cơ chế chức năng kết hợp chỉ được sử dụng trong các mạng
QoS. HCF được gọi là lai vì nó kết hợp các chức năng từ PCF và DCF với một số
cải tiến. HCF sử dụng hai phương pháp truy cập kênh. Truy cập kênh phân phối tiên
tiến (EDCA) và truy cập kênh điều khiển HCF (HCCA). Phương pháp đầu tiên là
truy cập kênh dựa trên tranh chấp và phương pháp thứ hai là truy cập kênh điều
khiển.
3.4. Chức năng kết hợp phân phối
Tiêu chuẩn IEEE 802.11 định nghĩa chức năng kết hợp phân phối dựa trên
giao thức CSMA/CA để chia sẻ môi trường không dây.
Các trạm nghe kênh trước khi truyền để xác định xem trạm khác có đang phát hay

không. Để giảm xác suất xung đột, trạm sử dụng một thời gian backoff ngẫu nhiên
trong điều kiện môi trường bận. Ngoài ra, trạm đích để xác nhận việc thu nhận gói
tin truyền thành công phát một xác nhận tích cực. Nếu không thu được xác nhận,
trạm phát định trình việc truyền dẫn lại.
Kỹ thuật truy cập khác được định nghĩa bởi DCF là cơ chế truy cập
RTS/CTS.
Cơ chế cảm nhận sóng mang
Cảm nhận sóng mang xác định xem môi trường là rỗi hay bận. 802.11 định
nghĩa hai kiểu chức năng cảm nhận sóng mang để xác định trạng thái của môi
trường: cảm nhận sóng mang vật lý được cung cấp bởi lớp vật lý và cảm nhận sóng
mang ảo được cung cấp bởi lớp MAC.

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

Cảm nhận sóng mang vật lý phát hiện sự tích cực ở giao diện vô tuyến.
Trước khi truyền một khung, các trạm cảm nhận môi trường và cố gắng truyền dẫn
nếu kênh được cảm nhận là rỗi hoặc ngừng truyền dẫn nếu kênh được cảm nhận là
bận. Kênh được cảm nhận là rỗi nếu cường độ của tín hiệu nhận được không vượt
quá ngưỡng CS, ngược lại, kênh được cảm nhận là bận.
Cảm nhận sóng mang ảo dựa trên vector phân bổ mạng (NAV). Trường thời
gian của các khung có thể được sử dụng như là một NAV để dành kênh cho một
khoảng thời gian cố định. Các trạm tính toán khoảng thời gian mà chúng kỳ vọng để
sử dụng kênh và thiết lập khoảng này tới NAV. Các trạm nhận được thông tin này,
trì hoãn trong việc truy cập môi trường đối với thời gian NAV. Khi bộ định thời
NAV hết hạn, chức năng cảm nhận sóng mang ảo chỉ thị rằng kênh là rỗi.

Bằng cách sử dụng cảm nhận sóng mang ảo, cơ chế RTS/CTS giải quyết
được vấn đề “thiết bị đầu cuối ẩn”.
Cảm nhận sóng mang vật lý làm việc kết hợp với trạng thái NAV. Trong suốt
thời gian đếm ngược NAV, cảm nhận sóng mang vật lý là off. Khi NAV đạt đến 0 thì
cảm nhận sóng mang vật lý xác định trạng thái rỗi hay bận của môi trường cho việc
truyền dẫn trong tương lai.
Khoảng liên khung
Thời gian giữa các khung, IFS, đóng vai trò quan trọng cung cấp các mức ưu
tiên khác nhau để truy cập vào môi trường truyền dẫn. Bằng cách sử dụng cảm nhận
sóng mang, một trạm xác định trạng thái của môi trường trong khoảng thời gian quy
định. Tiêu chuẩn IEEE 802.11-2007 xác định 5 IFS khác nhau, chúng ta chỉ xét 3
IFS trong số đó. Hình 1.9 cho thấy mối quan hệ giữa IFS.

GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1. 9 Mối quan hệ khoảng liên khung
Khi môi trường trở nên rỗi, khung có ưu tiên cao không phải chờ đợi lâu như
khung có ưu tiên thấp. Thay đổi khoảng thời gian giữa các khung có thể tạo ra các
mức ưu tiên khác nhau cho các loại lưu lượng khác nhau. Khoảng liên khung là một
lượng thời gian cố định, độc lập với tốc độ dữ liệu của trạm. Các giá trị IFS được
xác định bởi lớp vật lý. 3 IFS khác nhau là:
-Khoảng liên khung ngắn (SIFS)
SIFS là ngắn nhất trong các IFS cho IEEE 802.11-2007, nó được sử dụng cho
truyền dẫn ưu tiên cao như các khung ACK và các khung CTS. Khi truyền dẫn bắt
đầu sau một SIFS, môi trường trở nên bận, vì vậy các trạm đang chờ môi trường rỗi,

đối với khoảng liên khung dài hơn phải trì hoãn cho đến khi kết thúc truyền dẫn
hiện tại.
- Khoảng liên khung PCF (PIES)
Các PIFS được sử dụng bởi PCF để đạt được ưu tiên qua môi trường trong khi
không có xung đột. Các PIFS cũng sẽ được sử dụng bởi các trạm truyền khung
thông báo chuyển mạch kênh.
- Khoảng liên khung DCF (DIFS)
DIFS được sử dụng bởi DCF và là thời gian rỗi môi trường cực tiểu mà các trạm
nên đợi để truyền dẫn các khung dữ liệu và các khung quản lý.
Thời gian backoff ngẫu nhiên
GVHD: TS. Lê Chí Quỳnh

SVTH: Trương Quốc Đạt