LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
THỰC TRẠNG
THỰC TRẠNG
VỀ XU HƯỚNG
VỀ XU HƯỚNG
PHÁT TRIỂN MẠNG THÔNG TIN
PHÁT TRIỂN MẠNG THÔNG TIN
DI ĐỘNG 4G
DI ĐỘNG 4G

Lời mở
đầu
Ngày nay, với những tiến bộ vượt bậc của công nghệ máy tính đã giúp việc
trao đổi thông tin ngày càng dễ dàng thuận tiện hơn. Công nghệ mạng LAN ra đời
đã phát triển rộng rãi trên thế giới, nhưng hạn chế của nó là việc sử dụng các loại
dây cáp (cáp đồng trục, cáp xoắn ) đôi khi gây khó khặn cho việc kết nối. Vì vậy sự
ra đời của công nghệ mạng không dây (WLAN) là một xu hướng tất yếu đáp ứng
việc liên kết với quy mô phức tạp và khả năng truyền thông di động
Khả năng truyền thông di động được dựa trên cơ sở thông tin vô tuyến, đã trải
qua sự phát triển mạnh trong những thập niên trước (như GSM, GPRS, AMT-
2000…). Sự phát triển những tốc độ truyền bit dữ liệu cao hơn dẫn đến sự hình
thành các hệ thống không dây và các giải pháp mạng mới. Sự tiến bộ của môi
trường không dây và yêu cầu về khả năng di động tốt hơn tạo nên sự thay thế các
kết nối cố định tới mạng và đưa ra các giải pháp về mạng PAN. PAN là một giải
pháp mạng giúp mở rộng môi trường cá nhân đáp ứng các dịch vụ trong công việc
hay giải trí, do việc kết nối mạng thực hiện sự phục vụ đa người dùng ngoài ra có
thể sử dụng các thiết bị trong vùng không gian bao phủ mỗi tế bào và cung cấp khả
năng truyền thông trong không gian đó với thế giới bên ngoài. Điều này cũng làm
khái niệm thiết bị đầu cuối được thay thế bởi khái niêm người dùng và không gian
cục bộ của họ. PAN là một thành viên trong nhóm GIMCV.

Chương 1
Tổng quan về thông tin di động và hệ thống
thông tin di động 4G
1.1 Tổng quan về thông tin di động
Thông tin di động dựa trên nền tảng mạng không dây phát triển theo biểu đồ
số mũ trong thập niên qua với những cơ sở hạ tầng và các ứng dụng rộng rãi như
thiết bị vô tuyến, máy tính sách tay v v Những thiết bị này ngày càng trở nên quan
trọng trong cuộc sống của chúng ta. Một ví dụ cụ thể: người dùng có thể kiểm tra
email và truy cập mạng Internet nhờ các thiết bị di động của họ. Từ những thiết bị
như máy tính sách tay, họ có thể tìm kiếm thông tin trong mạng Internet tại các địa
điểm khác nhau như sân bay, nhà ga hay những nơi công cộng khác. Các khách du
lịch có thể sử dụng các thiết bị đầu cuối GPS đặt trong nhà hay trong ô tô để định vị
và thiết lập bản đồ đường đi. Những hồ sơ, dữ liệu hoặc các thông tin khác có thể
được trao đổi bởi các máy tính sách tay thông qua mạng LAN không dây (WLAN).
Không chỉ các thiết bị di động trở nên nhỏ hơn, rẻ hơn, tiện lợi hơn, mà các
ứng dụng của nó cũng trở nên mạnh hơn và được áp dụng rộng rãi hơn.
Theo khuynh hướng này thì hầu hết các kết nối những thiết bị vô tuyến được
thực hiện thông qua các nhà cung cấp dịch vụ cố định dựa trên cơ sở hạ tầng mạng
cá nhân và các MSC trong mạng tế bào như vậy các máy tính sách tay có thể nối tới
Internet không dây thông qua các điểm truy cập.
Mặc dù những mạng có cơ sở hạ tầng đã cung cấp một lượng lớn các dịch vụ
mạng cho các thiết bị di động nhưng nó mất rất nhiều thời gian để thiết lập cơ sở hạ
tầng mạng thích hợp với các dịch vụ của mạng di động và tất nhiên là giá thành để
thiết lập cơ sở hạ tầng này là rất cao. Hơn nữa, thời điểm thiết lập là bất kỳ lúc nào
khi có yêu cầu từ một thiết bị di động truy cập mạng mằm trong vùng phủ sóng.
Việc cung cấp các dịch vụ kết nối mạng đã đặt ra yêu cầu cần phải có một mạng di
động đặc biệt.
Để giải quyết vấn đề đó, sự phát triển của công nghệ và các chuẩn ra đời nhằm
thay thế các chuyển giao kết nối mới với việc cho phép những thiết bị di động nằm
trong cự li truyền dẫn có thể kết nối với nhau thông qua việc tự động thiết lập một

giá thiết bị được rẻ hơn 4 đến 10 lần một trạm có chức năng tương đương của hệ
thống 2 hoặc 3G. Một môi trường truyền dẫn IP không dây sẽ làm giảm bớt cho quá
trình bảo trì mạng.
Hệ thống 4G còn được ưu việt hơn với tốc độ truyền dẫn Utrahight lên tới
100Mbps nhanh hơn 50 lần so với tốc độ truyền dẫn của mạng 3G. Điều này cho
phép truyền các dịch vụ không dây với dải thông cao, người dùng có thể xem TV,
nghe nhạc, truy cập mạng, hay thực hiện truyền các luồng hình ảnh thời gian thực
và các ứng dụng đa phương tiện khác kể cả khi đang ở nhà, trong văn phòng hay
nơi công cộng.
4G có khả năng hỗ trợ việc người dùng truy nhập thông tin hoặc giao tiếp với
người dùng khác vào bất kỳ thời điểm nào, ở bất cứ đâu và sử dụng bất kỳ thiết bị
di động nào.
Mạng Ad hoc là một phần quan trọng trong hệ thống 4G được thiết lập động
bởi các nút mạng di động tuỳ ý mà không cần sử dụng cơ sở hạ tầng mạng hiện hữu
hay quản lý tập trung. Mạng này cho phép các nút không dây tồn tại độc lập, cung
cấp một phạm vi nối mạng rộng hơn và khả năng sử lý lớn hơn. Các nút cũng có thể
kết nối tới các mạng cố định thông qua một thiết bi trung gian có cổng dành riêng.
Thiết bị đầu cuối của mạng 4G cho phép hỗ trợ thông minh với khả năng định
vị và tìm kiếm dịch vụ theo yều cầu người dùng ngay cả khi người đó đang chuyển
động tại bất cứ thời điểm nào
Tất cả các lợi thế này làm cho mạng Ad hoc trở nên lôi cuốn trong thế hệ
mạng di động tương lai.
Chương 2
WLAN
2.1 Giới thiệu WLAN
Dựa trên quan điểm nêu trên, thì hiển nhiên những cơ sở hạ tầng WLAN sẽ
đóng một vai trò quan trọng trong tương lai gần như một sự bổ sung cho thế hệ
mạng hiện tại hoặc là kế hoạch cho những mạng tế bào. Tuy nhiên đó không phải là
tất cả khi chúng ta cho rằng WLAN là sự hỗ trợ duy nhất cho những mạng truy cập
tế bào. Trong trường hợp này, việc được đề cập đến đó là các thao tác về cáp, việc

chức năng:
•
Trải phổ nhảy tần (FH).
•
Định hướng nối tiếp trực tiếp (DS).
•
Hồng ngoại.
Lớp liên kết dữ liệu 802.2
MAC
DSSS
PHY
PHSS
PHY
IR
PHY
Hình 2.1: Lớp giao thức
Hệ thống được cấu thành từ các thành phần:
•
Trạm (STA): là nơi truyền thông, thông thường là trạm lưu động.
•
Điểm truy cập (AP): là điểm trung tâm đặc biệt của trạm mà thông thường
nó được thực hiện ở một kênh cố định và là một vị trí cố định. Điểm này có
thể được nhìn thấy nhờ sự phối hợp bên trong của nhóm STAs
•
Cổng kết nối (PO): là một điểm truy cập đặc biệt, giúp liên kết chuẩn IEEE
802.11 WLANs và chuẩn 802.x của mạng LANs. Vì vậy nó đưa ra sự hợp
nhất logic giữa hai kiểu kiến trúc mạng trên.
Tất cả các yếu tố này giúp thực hiện nên cấu trúc giao thức ở hình 4.1 nhưng
chúng lai thực hiện các chức năng khác nhau.
2.2.1.1 Cấu trúc hệ thống

•
Bảo mật.
•
Đơn vị dữ liệu MAC phân phối tới các lớp cao hơn ( lớp IEEE
802.2)
Những dịch vụ của DS:
•
Kết hợp và phân tách;
•
Phân phối;
•
Hợp nhất;
•
Tái kết hợp;
Các SS được cung cấp bởi tất cả các trạm bao gồm AP, các chuẩn tuân theo
IEEE 802.11, trong khi các DSS được cung cấp bởi DS.
Những dịch vụ này liên quan trực tiếp tới mô hình tham khảo IEEE 802.11,
được chỉ ra trong hình 2.3. Khi lớp con MAC được giới thiệu, thì việc sử dụng
những dịch vụ này sẽ được mô tả rõ hơn.
Cuối cùng mô hình tham khảo IEEE 802.11 cho thấy rằng cả lớp MAC và lớp
vật lý đều chứa hai thực thể quản lý: thực thể quản lí lớp con MAC (MLME) và
thực thể quản lý lớp PHY (PLME). Những thực thể này cung cấp các giao diện
quản lý dịch vụ, và kéo theo chức năng quản lý lớp.
2.2.1.3 Lớp vật lý
Như đã mô tả trong hình 2.3, lớp PHY được chia thành hai lớp con. Lớp đầu
tiên là lớp con phụ thuộc vào môi trường vật lý (PMD), với các sóng mang được
điều chế và mã hoá. Lớp thứ hai là lớp giao thức hội tụ lớp vật lý (PLCP), với chức
năng đặc biệt, hỗ trợ PHY SAP thông thường và cung cấp kênh báo hiệu rỗi.
MAC_SAP
Lớp con MAC

sinh từ địa chỉ trạm nguồn.
sau:
Bảng 2.2 PHY đặc biệt
Khuôn dạng khung MAC được chỉ ra ở hình 4.4 và bao gồm các thành phần
•
Tiêu đề MAC, bao gồm thông tin điều khiển khung, khoảng thời gian, địa chỉ
và thông tin điều khiển nối tiếp;
•
Phần thân khung có kích thước biến đổi chứa đựng thông tin đặc trưng về
kiểu khung;
•
Chuỗi khiểm tra khung (FCS) chứa một CRC 32bit của IEEE
•
Việc nhận biết 4 trường địa chỉ trong khuôn dạng khung MAC rất quan
trọng. Những trường này được sử dụng để xác định BSS (BSS-ID), địa chỉ
nguồn, địa chỉ đích, địa chỉ nơi nhận, địa chỉ nơi thu.
2.2.1.5 Cấu trúc MAC
Cấu trúc MAC (hình 4.5) cung cấp chức năng kết hợp điểm (PCF) thông qua
các chức năng kết hợp phân bố (DCF). Phương pháp truy cập cơ bản của MAC
theo chuần IEEE 802.11 là một DCF sử dụng đa truy nhập có cảm nhận đường
truyền với khả năng tránh lỗi (CMSA/CA). DCF được thực hiện trong tất cả các
STA, sử dụng cho cả IBSS và cơ sở hạ tầng của cấu hình mạng. IEEE 802.11
MAC có thể hợp nhất một một phương pháp truy cập gọi là PCF, chỉ được sử
dụng trong cơ sở hạ tầng của cấu hình mạng. PCF cho biết sự mở rộng của hàm
MAC và cung cấp trễ đường truyền thấp hơn để hỗ trợ các dịch vụ giới hạn về
thời gian.
Hình 2.4 Định dạng khung MAC
Hình 2.5 Cấu trúc MAC
Phương pháp truy cập căn bản: DCF
Giao thức truy cập đường truyền cơ bản (DCF) cho phép chia sẻ tài nguyên

•
Sau mỗi quá trình truyền;
•
Sau mỗi quá trình chuyển tiếp;
Khi nhận thành công một khung, giao thức MAC IEEE 802.11 yêu cầu nơi
nhận phát đi bản tin ACK để chứng thực (hình 2.8). Vì vậy một khung ACK sẽ
được truyền bởi bất cứ tram đích nào khi nó nhận thành công một khung truyền
đơn điểm (unicas), tuy nhiên trạm đích sẽ không gửi lại ACK nếu như nó nhận
được bản tin quảng bá từ nơi gửi.
Trên thực tế cơ chế cảm nhận đường truyền ảo đạt được bởi việc phân phối
thông tin sắp sử dụng đường truyền. Việc trao đổi các khung yêu cầu gửi (RTS)
và xoá yêu cầu gửi (CTS) trước khi truyền khung dữ liệu thực sự là một cách
thông tin chiếm dụng đường truyền. Khung RTS và CTS chứa các thông tin về
trường địa chỉ ID, nó liên quan tới đường truyền dự trữ để truyền khung dữ liệu
thực sự và khung ACK gửi lại. Tất cả các STA kể cả STA nguồn (phát bản tin
RTS) và STA đích (phát bản tin CTS) đều được biết sự chiếm dữ đường truyền.
Hình 2.8 CSMA/CA +ACK
Cuối cùng, cơ chế cảm nhận đường truyền ảo được sử dụng trong véc tơ
định vị mạng (NAV). NAV duy trì một sự dự đoán trước đường truyền dựa trên
khoảng thời gian được xác nhận trong khung RTS/CTS trước khi truyền dữ liệu
thực sự. Vì thế các STA nhận một khung hợp lệ sẽ cập nhật NAVcủa chúng với
các thông tin nhận được về trường ID. Bằng cách này, STA sẽ lưu trữ các thông
tin về đường truyền và thông tin về lớp vật lý. Cũng giống như thông tin được
chứa trong khung ACK và được sử dụng khi dữ liệu bị phân đoạn (hình 2.9).
Các khung RTS/CTS luôn ngắn hơn các khung khác là cơ chế để giảm bớt
tranh chấp. Điều này sẽ chỉ đúng nếu dữ liệu dài hơn RTS/CTS. Trong trường hợp
khác, nó có thể truyền dữ liệu mà không cần truyền RTS/CTS dưới sự điều khiển
một tham số gọi là ngưỡng RTS.
Trong hình 2.9, short interframe space (SIFS) là một trong bốn khung rỗng
có thể (IMS), nó được mô tả như sau:

sắp xếp bởi một PC tích cực. CF-sắp xếp của các STA và một PC không sử dụng
RTS/CTS trong CPF. Khi được sắp xếp bởi PC, một CP-pollable của STA chỉ có
thể truyền duy nhất một đơn vị dữ liệu giao thức MAC (MPDU) tới bất kỳ nơi nào (
không cứ chỉ trong PC) và có thể đi kềm với thông tin về khung đã nhận được từ
một PC đang sử dụng liên quan tới dữ liệu khung. Hình 2.10 mô tả rõ quá trình này.
Điều quan trọng cần chú ý ở đây là CFP là biến và kết thúc với một khung CF-
end truyền bởi AP.
Hình 2.10 phương thức truy cập PCF.
2.2.1.6 Khả năng kết hợp
Trước khi một STA được cho phép gửi một dữ liệu thông báo qua một AP,
nó sẽ liên hệ với AP đó. Dịch vụ này cần thiết sau khi STA được bật lên và khi
vào vùng BSS.
STA cần có thông tin đồng bộ hoá từ AP (hoặc từ các STA khác trong một
số trường hợp đặc biệt) liên quan đến dịch vụ kết hợp. Để thu nhận thông tin đồng
bộ hoá này, STA sẽ kiểm tra tất cả các kênh bởi một hay nhiều cách sau (phu
thuộc vào giá trị của tham số của chế độ quét):
•
Quét bị động, STA sẽ quét những tín hiệu báo hiệu để tập hợp thông tin
đồng bộ hoá và để hiểu thông tin báo hiệu đó đến từ một BSS hay từ một
IBSS.
•
Quét tích cực, STA sẽ truyền nhưng khung tham dò chứa thông tin tập
hợp các dịch vụ mong muốn (SS-ID) và đợi một thông tin trả lời từ các
BSS trong vùng của nó. Sự đáp lại thông tin của khung thăm dò được gửi
từ AP của một BSS hay từ một STA mà tại đó phát đi thông tin báo hiệu
cuối cùng trong một IBSS.
Nói chung các khung báo hiệu và khung thăm dò chứa đựng thông tin để kết
nối một mạng mới. Sau đó STA chọn BSS (mà BSS đóthoả mãn yêu cầu về SS-
ID) và gửi bản tin yêu cầu kết hợp (nhờ việc đặt giá trị tương ứng trong trường
điều khiển của khung MAC) để lựa chọn BSS và đợi khung thông tin trả lời tương

giảm sự chuyển tiếp thông tin như đã nêu ra ở trên trong trường hợp giới hạn kênh
tiếp nhận có khả năng dài hơn khung thông tin.
Các MPDU là kết quả từ việc phân chia của một MSDU được gửi đi một
cách độc lập, mỗi một MPDU sẽ được nhận biết (hình 2.12). STA phát không
được phép truyền các khung thông tin mới tới khi một trong các điều kiện sau đây
xảy ra:
•
Nó nhận được một ACK
•
Nó quyết định rằng khung thông tin đã truyền được truyền lại quá nhiều lần
và sau đó nó loại bỏ toàn bộ khung.
2.2.1.9 Cơ chế đồng bộ
Để đảm bảo đồng bộ giữa các STA khác nhau trong cùng một BSS, một AP
sẽ truyền một bản tin báo hiệu nơi mà thời gian nhận định là thời gian thực. Việc
này ngăn chặn sự mất đồng bộ của các STA. Bản tin báo hiệu chỉ bị trễ nếu một
trạm đang truyền dữ liệu.
2.2.1.10 Di động
STA có thể thay đổi nơi nó kết nối là các BSS bằng cách sử dụng quá trình
quét tích cực hay thụ động và chức năng hợp nhất. Trên thực tế một STA được kết
nối đến một BSS, nếu nó thấy chất lượng kết nối kém thì nó sẽ kiểm tra môi
trường truyền dẫn để tìm ra một kết nối tin cậy hơn. Nếu như việc tìm kiếm thành
công nó có thể quyết định kết nối kéo theo yêu cầu tập gộp thành một AP mới.
Nếu bản tin trả lời là thành công, STA sẽ kèm theo một AP mới với dạng DS.
Thông thường AP cũ được thông báo nhờ DS. Hay nói một cách khác nếu bản tin
trả lời thất bại, STA sẽ cố gắng tìm kiếm một BSS mới.
Hình 2.12 Quá trình truyền với sự phân tách khung thông tin.
2.2.1.11 Khả năng lưu trữ
Trong một cơ sở hạ tầng mạng, AP là trung tâm của hệ thống quản lý. Nếu
một STA muốn ngừng chuyển mạch vô tuyến vào một thời điểm nào đó, nó sẽ
cảnh báo AP thông qua trường điều khiển trong khung. Trong trường hợp này, AP

các tốc độ cơ bản nhất định trong khi đó dữ liệu được trao đổi giữa các STA ở
những tốc độ cao hơn khi chúng được hỗ trợ bởi các quá trình này.
2.3 HIPERLAN-2
2.3.1 Giới thiệu
Phần này đưa ra một cách tổng quan của chuẩn ETSI BRAN HIPERLAN,
đặc biệt là phần 2[9]. Sự mô tả ngắn gọn của mô hình kiến trúc và giao thức của
hệ thống được cung cấp, sau đó tập trung tìm hiểu sâu về lớp MAC và lớp điều
khiển kết nối dữ liệu DLC.
2.3.2 Cấu trúc chung của HIPERLAN
Nhóm BRAN chủ yếu có 4 tiêu chuẩn khác nhau. Một cách tóm tắt, chúng ta
cho rằng ở đây chuẩn loại 1 của HIPERLAN cung cấp một mạng WLAN tốc độ
cao, và chuẩn loại 2 của HIPERLAN được ứng dụng để thiết lập truy cập nhanh
tới mạng cơ sở IP, UMTS và ATM. Hình 2.15 chỉ rõ điều này.
Hình 2.15 Nhóm BRAN
Cấu trúc giao thức của HIPERLAN có một vài điểm khác nhau giữa loại 1
và loại 2. HIPERLAN loại 1 cung cấp một phương pháp truy cập gọi là sự nhượng
bộ- trong quá trình truy cập song song cùng mức ưu tiên (EY-NPMA) mà nó được
hình thành từ một CSMA/CA với 3 thủ tục: giải pháp quyền ưu tiên, loại bỏ và
khả năng thực thi.
Chồng giao thức của ETSI BRAN HIPERLAN-2 bao gồm 2 lớp, mỗi lớp
trong số chúng phân chia thành các vùng sử dụng và lớp điều khiển sử dụng (hình
2.16). Phần sử dụng bao gồm các hàm liên quan đến sự truyền dữ liệu qua các kết
nối, trong khi chức năng điều khiển bao gồm các hàm liên quan tới quá trình điều
khiển, thiết lập, giải phóng và thay đổi kết nối.
Hình 2.16 Kiểu giao thức sử dụng trong HIPERLAN-2.
Ba lớp cơ bản của mạng HIPERLAN loại 2 là PHY, DLC và lớp quy tụ
(LC)- một phần của DLC.
Lớp PHY cung cấp một chức năng truyền dữ liệu cơ bản bằng phương pháp
modem với băng thông dải gốc và một phần RF. Khuôn dạng truyền trong lớp vật
lý với phần tiêu đề và phần dữ liệu. Phương pháp điều chế được chọn cho lớp vật