01. introduction vi

Chương 1. Giới thiệu về Mạng Không Dây

(Introduction to Wireless Networks)

GV: TS. Trần Thị Minh Khoa

Email: [email protected]

• Điều kiện

– Điểm danh : 20%

– Bài tập + Tiểu luận(hoặc thuyết trình nhóm): 30%

– Kiểm tra giữa kz: 20%

– Kiểm tra cuối kz: 30%

• Tài liệu tham khảo

– [1]. Dharma Prakash Agrawal, Qing-An Zeng, Introduction to Wireless and

Mobile Systems, 3rd ed. , Cengage Learning, 2011

– [2]. Andreas F. Molisch, Wireless Communications, 2nd ed., Wiley, 2011

– [3]. William Stallings, Wireless Communications And Networks, 2e, Pearson

Prentice Hall, 2005

10/20/2015 – Department of Computer Science 2

Agenda

• Ôn tập

• Các thuật ngữ liên quan

• Phân loại mạng truyền thông (Communication Networks)

• CƠ BẢN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY

– Định nghĩa

– Các thành phần

– Mô hình truyền thông không dây

– Phân loại mạng không dây

– Ưu/Nhược điểm của mạng không dây

– Ứng dụng và Xu hướng của mạng không dây


Ôn tập • Mô hình OSI (Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở)



– Application: Tầng giao diện, tương tác trực tiếp với người dùng (vd:

web browser, mail user agent, web server, mail server,…)

– Presentation: Dịch dữ liệu từ tầng App thành dạng format chung

– Session: Kiểm soát các phiên hội thoại giữa các máy tính. Cung cấp cơ

chế nhận biết tên và chức năng về bảo mật thông tin khi truyền qua

mạng

– Transport: Vận chuyển và kiểm soát các gói tin (TCP/UDP) tới thiết bị

cuối, đảm bảo độ tin cậy



– Network: Định tuyến các gói tin thông qua các thiết bị định tuyến

(router) hoặc chuyển mạch (router) trong khi vẫn duy trì được chất

lượng dịch vụ

• Giao thức IP

– Data Link: Đảm bảo việc truyền các frame giữa 2 máy tính có đường

truyền vật l{ nối trực tiếp với nhau. Hỗ trợ cơ chế phát hiện và xử l{ lỗi

dữ liệu. Được chia thành 2 tầng con:

• MAC – Media Access Control: Điều khiển truy cập đường truyền

• LLC – Logical Link Control: Điều khiển liên kết logic



– Physical: Điều khiển việc truyền tải các bit trên đường truyền vật l{.

Định nghĩa các tín hiệu điện , trạng thái đường truyền, phương pháp

mã hóa dữ liệu, các loại đầu nối sử dụng,…

• Điều chế (modulation), hoặc biến đổi giữa biểu diễn dữ liệu số (digital data) của các

thiết bị người dùng và các tín hiệu tương ứng được truyền qua kênh truyền thông

(communication channel).


Ôn tập


Các thuật ngữ liên quan

• Communication – Truyền thông

– Việc truyền tín hiệu

– Những vấn đề cần quan tâm: mã hóa (encode), giao tiếp

(communnicate), tín hiệu (signal), ghép kênh (multiplexing),…

• Network – Mạng

– Mô hình/kiến trúc (topology), hạ tầng (infrastructure)

• Objects – Thực thể, đối tượng:

– Sender/Transmitter/Source

– Receiver/Destination

– Transceiver


Các thuật ngữ liên quan

• Information/Data/Signal

– Information: thông tin

– Data: dữ liệu ta có thể sử dụng

• (messages/segments/packets/frames/bits)

– Signal: tín hiệu là 1 hàm theo thời gian. Đại diện cho dữ liệu

hoặc dữ liệu được mã hóa bằng tín hiệu. Là thứ thực sự đi trên

đường truyền


Information Data Signal

Phân loại mạng truyền thông

• Signals – Analog, Digital

• Scale – LAN, MAN, WAN, Internet

• Transmission technology – Broadcast

– Poin-to-point

• Services – Single service

– Integrated service

• Transmission medium – Wired

– Wireless


Communication Networks

Information signals

Scale Services Transmission Technology

Transmission Medium

…

Digital, Analog

LAN, MAN, WAN, Internet

Single, Integrated

Broadcast, P2P

Wired, Wireless

CƠ BẢN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY (BASIC OF WIRELESS NETWORKS)


Định nghĩa


• Giới thiệu về Mạng không dây (Wireless Network)

– Wireless: vô tuyến, không dây dẫn

– Mạng sử dụng sóng điện từ (Electromagnectic Waves:

radio wave và/hoặc microwave) để duy trì kênh truyền

giữa các thiết bị

– Truyền thông vô tuyến (Wireless communication): việc

truyền tải thông tin không cần dây dẫn làm môi trường

truyền

Các thành phần trong Mạng không dây

• Wireless hosts:

– Là những thiết bị cuối trong hệ thống chạy các ứng dụng: laptop, PDA,

phone, desktop computer.

– Có hoặc không thể di chuyển.

• Wireless links:

– Hosts kết nối với trạm gốc (base station/BS) hoặc các host khác thông qua

liên kết truyền thông không dây (wireless communiction links)

– Các kỹ thuật liên kết không dây khác nhau sẽ khác nhau về tốc độ truyền

(transmission rate) và khoảng cách (distance) các gói tin có thể truyền đi

– (Figure 6.2)



• Base station (BS):

– Là thành phần quan trọng trong cơ sở hạ tầng (infrastructure)

của mạng không dây

– Chịu trách nhiệm gởi và nhận dữ liệu (packets) từ các host trong

mạng

– Chịu trách nhiệm truyền tải giữa các host “liên quan/associated”

trong mạng

– Vd: Cell towers trong mạng di dộng, access point trong wireless

LAN 802.11


Mô hình truyền thông không dây


Phân loại mạng không dây

• Ở cấp cao nhất, ta có thể phân loại mạng không dây

dựa vào 2 điều kiện sau:

– Các gói tin trong mạng đi qua 1 hoặc nhiều bước nhảy

(single-hop/multi-hop) để tới đích

– Có hoặc không có cơ sở hạ tầng (infrastructure-

based/infrastructure-less) (vd: base station) trong mạng


Infrastructure

Mobility

Scale

Application

Services

Access technology

Standardization

Bandwidth size


– Single-hop, infrastructure-based

• Có BS kết nối với mạng có dây lớn hơn (vd:Internet)

• Tất cả các giao tiếp giữa BS và wireless host đều thông qua 1 bước

• Chuẩn mạng 802.11 sử dụng trong lớp học, quán café, hoặc thư

viện; mạng di động; chuẩn mạng 802.16 WiMAX

– Single-hop, infrastructure-less

• Không có BS trong mạng

• Một trong những node trong mạng có thể kết hợp truyền tin với

các node khác

• Bluetooth, 802.11 ad-hoc


Infrastructure

Mobility

Scale

Application

Services

Access technology

Standardization

Bandwidth size


– Multi-hop, infrastructure-based

• Có BS kết nối với mạng có dây lớn hơn (vd:Internet)

• Để giao tiếp với BS, một số các wireless host có thể phải nhờ sự tiếp

sức từ các node khác

• Wireless sensor networks, wireless mesh networks

– Multi-hop, infrastructure-less

• Không có BS trong mạng

• Các nodes có thể phải nhờ sự tiếp sức từ một vài node khác trong

mạng để chuyển thông tin tới đích

• Các nodes có thể di chuyển và thay đổi kết nối giữa các nodes

• Mobile ad-hoc networks (MANETs), Vehicular ad-hoc network (VANET)


Infrastructure

Mobility

Scale

Application

Services

Access technology

Standardization

Bandwidth size


• HOẶC, ta có thể dựa vào 2 chỉ tiêu cơ bản để phân

loại mạng không dây:

– Phạm vi phủ sóng (Coverage)

– Giao thức báo hiệu (Signaling Protocol)


Infrastructure

Mobility

Scale

Application

Services

Access technology

Standardization

Bandwidth size

Phân loại mạng không dây – Phạm vi phủ sóng (Coverage)

• WPAN (Wireless Personal Area Network): Bluetooth (IEEE802.15.1),

Zigbee, RFID

• WLAN (Wireless Local Area Network): WiFi

• WMAN (Wireless Metropolitan Area Network): WiMAX

• WWAN (Wireless Wide Area Network): FSO – free space optics


Infrastructure

Mobility

Scale

Application

Services

Access technology

Standardization

Bandwidth size


• WPAN

– Mạng không dây cá nhân, được sử dụng để kết nối các

thiết bị trong phạm vi hẹp, băng thông nhỏ

– ví dụ: kết nối giữa máy tính cá nhân với tai nghe

(headphone), máy in, bàn phím, chuột; kết nối giữa tai

nghe với điện thoại di động…v.v.

– Các công nghệ thường được sử dụng là: Bluetooth, Zigbee,

UWB, RFID



• WLAN

– Là hệ thống mạng LAN không dây,

– Triển khai dựa trên các chuẩn đã được cải tiến từ IEEE 802.11, cụ thể

là IEEE 802.11g và IEEE 802.11n.

– Cung cấp khả năng kết nối lưu động, không cần cáp nối giữa các thiết

bị. Khả năng kết nối lưu động cho phép người sử dụng có thể kết nối

mạng khi di chuyển trong vùng phủ sóng của các điểm truy cập (access

point).

– Access point được kết nối cố định vào mạng Ethernet, trong đó có các

tài nguyên cần thiết cho người sử dụng như: máy chứa dữ liệu (file

server), máy in, kết nối internet…v.v



• WMAN

– Mạng không dây đô thị, được triển khai bởi các nhà cung cấp

dịch vụ truyền thông.

– Triển khai dựa trên chuẩn IEEE 802.16. Công nghệ được sử dụng

nhiều nhất là WiMAX. Băng tần sử dụng từ 2Ghz tới 11 Ghz.

Băng thông 40Mbps cho kết nối tầm nhìn thẳng (line of sight) cố

định và 15 Mbps cho kết nối không theo tầm nhìn thẳng, di

động.

– Thích hợp cho các vùng địa l{ hiểm trở, hoang vắng, vì không

phải triển khai hạ tầng cáp tốn kém



• WWAN

– Mạng diện rộng (WAN – wide area network) được sử dụng để

kết nối các mạng LAN lại với nhau

– Các công nghệ WWAN phổ biến hiện nay sử dụng công nghệ

truyền thông quang vô tuyến (FSO – free space optics)

– Điểm khác biệt quan trọng giữa WWAN với WLAN, WPAN, và

WMAN là WWAN thực hiện gộp nhiều kênh lại (ghép kênh -

multiplexing) và truyền trên 1 liên kết đơn.


Phân loại mạng không dây – Giao thức báo hiệu (Signaling Protocol)

• Mạng có sử dụng giao thức báo hiệu cung cấp bởi người quản l{

viễn thông cho hệ thống di động như mạng 3G

• Mạng không sử dụng giao thức báo hiệu như Ethernet, Internet là

ví dụ điển hình cho loại mạng này


Ưu điểm của mạng không dây

• Khả năng di động và sự tự do – cho phép truy cập ở

bất kz đâu

• Không bị hạn chế về không gian và vị trí kết nối

• Dễ lắp đặt và triển khai

• Chi phí thấp – không cần mua cáp, tiết kiệm thời gian

lắp đặt

• Dễ dàng mở rộng


Nhược điểm của mạng không dây

• Cường độ tín hiệu giảm, do:

– Bức xạ điện từ suy giảm khi chúng đi qua các vật cản

(vd:tường, đồi núi,…)

– Khoảng cách giữa các thiết bị truyền-nhận tăng làm suy

giảm tín hiệu đường truyền (path loss)

• Sự can thiệp từ các nguồn khác



• Sự truyền sóng đa đường (multipath propagation)

– Sóng điện từ thường không được truyền trực tiếp từ nơi

phát tới nơi nhận do tồn tại những vật cản

– Sóng nhận được chính là sự chồng chập của các sóng đến

từ hướng khác nhau bởi sự phản xạ, khúc xạ, tán xạ từ các

toà nhà, cây cối và các vật thể khác



• So với mạng có dây

– Thấp hơn về: bandwidth, transmission rate

– Cao hơn về: thời gian thiết lập kết nối, độ trễ đường

truyền

– Chất lượng dịch vụ (QoS), bảo mật: suy giảm

– Số lượng người dùng tăng tốc độ đường truyền giảm



• Các điều kiện hoạt động trên mạng có tính dễ thay

đổi, do

– Xung đột (Collision), Can thiệp (Interference) Mức độ

mất dữ liệu cao hơn

– Khoảng cách (Distance) tăng cường độ tín hiệu giảm

– Di chuyển (Mobility) mất kết nối và/hoặc thay đổi kênh

truyền thường xuyên



• Giới hạn về tài nguyên

– Pin, kỹ thuật, bộ nhớ, dung lượng

• Nguy cơ về sức khỏe

• Tần số khả dụng có giới hạn

– Tần số cần được quản l{ và sử dụng hợp l{


Ứng dụng của mạng không dây


Xu hướng


Xu hướng

• Cognitive Radio (CR)

– Công nghệ vô tuyến nhận thức

• Wireless Sensor Network

• Radio Frequency Identification (RFID)

– Nhận dạng tần số sóng vô tuyến

• Internet of Things (IoT)


Wireless Sensor Network


IoT


Cognitive Radio (CR)


Radio Frequency Identification (RFID)


01. introduction vi

Documents