ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Hoàng Quang Hưng Mạng cảm nhận không dây (WSN) đặc điểm cấu hình
và thủ tục điều khiển thâm nhập môi trường (MAC)
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Điện tử - Viễn thông
HÀ NỘI - 2008
TÓM TẮT NỘI DUNG
Mạng LAN không dây là mạng trong đó các trạm được kết nối với nhau bằng
sóng radio hoặc hồng ngoại. WLAN hoạt động trên cơ sở tiêu chuẩn của IEEE 802.11
trong dải tần ISM. WLAN sử dụng sóng radio với các tín hiệu được điều chế theo kỹ
thuật trải phổ. Hoạt động của WLAN bao gồm 2 quá trình: Kiểm tra lớp vật lý (PHY)
và điều khiển thâm nhập môi trường MAC, hoạt động trong giao thức CSMA/CA.
Mạng WLAN cung cấp 2 chế độ cấu hình là Ad-hoc và Infrastructure, hỗ trợ đơn ô và
đa ô với tính năng di động.
Mạng cảm nhận không dây WSN cũng là mạng hoạt động với nhau nhờ sóng
radio. Nhưng trong đó, mỗi node mạng bao gồm đầy đủ các chức năng để cảm nhận,
thu thập, xử lý và truyền dữ liệu. Cấu hình cho mạng WSN cũng tương tự như WLAN
nhưng phức tạp hơn WLAN vì số lượng các node cũng như phạm vi hoạt động là khá
lớn. Các dạng cấu hình trong mạng WSN còn phải đáp ứng được các hàm kết nối của
từng dạng để đảm bảo mạng hoạt động. Thủ tục điều khiển thâm nhập môi trường
trong WSN cũng có phần giống với WLAN tuy nhiên do yêu cầu về tiết kiệm năng
lượng tối đa của các node, WSN đưa ra các giải pháp để giải quyết việc tiết kiệm năng
lượng bằng các chế độ lập lịch thức, ngủ cho mỗi quá trình truyền và nhận dữ liệu của
mỗi node.
MỤC LỤC
PHẦN 1
2.1.1.2 Phân lớp FHSS………………………………..…………..………….14
5
2.1.1.3 Phân lớp DSSS……………………………………………...………15
2.1.2 Lớp MAC của IEEE 802.11………………………………………...….15
2.1.2.1 Cơ chế CSMA……………..……...………………………………….16
2.1.2.2 Cơ chế RTS/CTS…….………………...…………………………….16
2.1.2.3 Khung dữ liệu MAC trong 802.11…………..………………..……...17
2.2 Giao thức mạng không dây……………………..……………………...17
2.3 Kiến trúc mạng không dây…………………………..…………………19
2.4 Phân bố địa chỉ IP…………………...………………………………….20
2.5 Thiết bị cho WLAN……………………...……………………………..21
2.5.1 Wireless Adaptor……………………………...………………………..21
2.5.2 Anten……………………………………………...…………………....23
2.5.2.1 Đặc điểm chung của anten………………..………...………………..23
2.5.2.2 Một số loại anten………..……………………………..…………….24
2.5.3 Điểm truy cập (AP)………………………………………….………...25
PHẦN 2
MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY (WSN)
Chương 1. Tổng quan về mạng cảm nhận không dây
1.1 Khái quát………………………………………………………….……27
1.2 Các thiết bị mạng cảm biến không dây………………………………...28
1.2.1 Bộ xử lý nhúng năng lượng thấp…………….…………………………29
1.2.2 Bộ nhớ và lưu trữ…………………………….…....……………………29
1.2.3 Máy thu phát bức xạ (radio)……………………………………………29
1.2.4 Cảm biến………………….…………………………………………….29
1.2.5 Hệ thống định vị địa lý…………………………………………………30
1.2.6 Nguồn năng lượng………………………………………………...........30
1.3 Ứng dụng của mạng cảm nhận không dây……………………………..31
1.3.1 Quan sát môi trường sinh thái……………………………………...…..31
2.5.3 Làm giảm tối thiểu năng lượng cực đại…………………………..…….46
2.5.4 Topo điều khiển dạng hình nón………………………………………...46
2.5.5 Cấu trúc trình duyệt mở rộng theo hình cây cục bộ nhỏ nhất...………...47
Chương 3. Đa truy cập và chế độ ngủ
3.1 Tổng quan………………………………………………………………48
3.2 Giao thức MAC truyền thống…………………………………………..48
3.2.1 Aloha và CSMA………………………………………………………..48
3.2.2 Vấn đề node ẩn node hiện……………...………………………………49
3.2.3 Đa truy cập tránh xung đột MACA và đặc tả 802.11…………………..50
3.2.4 IEEE 802.15.4 MAC……………...……………………………………54
3.3 Năng lượng hiệu quả trong giao thức MAC…..……………………….55
3.3.1 Quản lý năng lượng trong IEEE 802.11…………..…………………...55
3.3.2 Năng lượng cần cho đa truy cập và báo hiệu…………..………………55
7
3.3.3 Tối thiểu hoá chi trả năng lượng tiếp nhận rảnh rỗi………..……….….55
3.4 Kỹ thuật ngủ không đồng bộ…………………………………..….……56
3.4.1 Bức xạ thức dậy thứ 2……………………………………………...…..56
3.4.2 Lắng nghe năng lượng thấp / lấy mẫu đầu khung truyền……...………56
3.4.3 WiseMAC……………………………………………………………...57
3.4.4 Truyền/nhận- bắt đầu chu kỳ tiếp nhận………………………..………57
3.5 Kỹ thuật lập lịch ngủ…………………………………………………..58
3.5.1 Cảm ứng MAC (S-MAC)……………………………………………...58
3.5.2 MAC thời gian chờ (T-MAC)………………………………………….59
3.5.3 MAC hội tụ dữ liệu (D-MAC)…………………………………………60
3.5.4 Lập lịch ngủ có thời gian trễ hiệu quả………………………………….61
3.5.5 Lịch ngủ không đồng bộ…………………………………………..........61
CHỮ VIẾT TẮT
ACK :Acknowledge
AP :Access Point
FRTS :Future Request To Send
GPS :Global Positioning System
GTS :Guaranteed Time Slot
IEEE :Institute of Electrical and Electronic Engineering
LWIM :Low-Power Wireless Integrated Microsensor
9
LAN :Local Area Network
LMST :Local Minimum Spanning Tree Construction
LR-WPAN :Low-Rate Wireless Personal Area Networks
MECN :Minimum Energy Connected Network Construction
NAV :Network Allocation Vector
NIC :Network Interface Card
OSI :Open System Interconnection
PAMAS :Power Aware Medium Access with Signaling
PCMCIA :Personal Computer Memory Card International Association
Bên cạnh nhu cầu giao tiếp các thiết bị không dây, một nhu cầu ngày càng được
đòi hỏi lớn hơn là nhu cầu về cảm biến, giám sát, theo dõi điều khiển thông minh. Đặc
biệt trong các lĩnh vực quân sự (kích hoạt thiết bị, điều khiển tự động các thiết bị
robot), y tế (định vị, theo dõi tình trạng sức khoẻ bệnh nhân và báo động khẩn cấp tự
động), môi trường (giám sát lũ lụt, thiên tai…) và một vài lĩnh vực về đời sống khác
(nhà thông minh, điều khiển giao thông tự động tránh ùn tắc…). Để giải quyết nhu cầu
này, người ta phát triển hệ thống mạng cảm nhận không dây (WSN). WSN tạo ra môi
trường giao tiếp giữa các thiết bị thông minh, hay giữa các thiết bị thông minh với con
người hoặc các hệ thống viễn thông khác.
Cùng với những ưu điểm mà WSN mang lại, còn những mặt hạn chế khả năng
hoạt động của mạng. Đó chính là: mạng WSN có thể hiểu đơn giản là mạng liên kết
các node bằng sóng vô tuyến trong đó các node mạng thường là các thiết bị đơn giản,
gọn nhẹ, rẻ tiền, có số lượng lớn và phân bố khá rộng. Lưu lượng dữ liệu lưu thông
trong WSN là thấp và không liên tục, thông thường thời gian 1 node mạng ở trạng thái
nghỉ lớn hơn trạng thái hoạt động rất nhiều, do vậy cần có giải pháp tiết kiệm năng
lượng tối đa. Không những vậy, các node mạng của WSN đôi khi còn phải hoạt động
trong môi trường khắc nghiệt, được bố trí ngẫu nhiên nên có thể di chuyển làm thay
đổi cấu hình mạng. Vì vậy đòi hỏi các node mạng còn có khả năng tự động cấu hình và
thích nghi. Cuối cùng là những khó khăn về vấn đề bảo mật và an ninh bởi khả năng
hoạt động tự động của các node mạng.
Khoá luận này, bên cạnh việc nêu lên đặc điểm cấu hình và hoạt động của
WLAN, tập trung chính vào đặc điểm cấu hình và thủ tục điều khiển thâm nhập môi
trường của mạng WSN. Với kiến thức còn hạn hẹp, thời gian nghiên cứu không dài và
tài liệu tham khảo có chưa nhiều, do vậy khoá luận không tránh khỏi những sai sót.
Vậy kính mong các thầy cùng các bạn sinh viên quan tâm chia sẻ đóng góp ý kiến để
khoá luận được hoàn thiện.
Em xin chân thành cám ơn!
2
PHẦN 1
MẠNG LAN KHÔNG DÂY (WIRELESS LAN HAY WLAN)
cập thông tin với thời gian thực ở bất cứ nơi đâu trong phạm vi hoạt động. Sự di động
hỗ trợ một cách hiệu quả các dịch vụ mà mạng có dây không thể làm được. Việc cài
đặt và thiết lập một hệ thống WLAN không cần đến các đường cáp, đầu tư ban đầu
cho phần cứng WLAN có thể cao hơn của LAN, nhưng chi phí cho cài đặt và thời gian
tồn tại có thể thấp hơn một cách đáng kể.
WLAN có 2 ứng dụng chủ yếu:
- Kết nối giữa các toà nhà
- Kết nối mạng không dây và có dây (wireless – wire)
Tất cả WLAN hoạt động trên dải tần số không đăng ký ở gần tốc độ mạng
Ethernet (100Mbps) sử dụng giao thức sóng mạng radio hoặc hồng ngoại.
Phần lớn các thiết bị này đều có thể truyền thông tin trên 1000 feet giữa các máy
tính trên môi trường hoạt động và chi phí sử dụng trong phạm vi từ 150$ - 800$.
1.3 . WLAN trên cơ sở Radio
Sự thuận lợi của sóng radio trong kết nối là chúng truyền qua tường và các vật
cản khác mà suy giảm yếu. Thậm chí, qua nhiều bức tường tách rời người sử dụng và
server hoặc cầu không dây, mạng vẫn có thể duy trì kết nối. Tuy nhiên, khi có nhiều
thiết bị như trong y học, công nghiệp cùng hoạt động với một tần số radio theo WLAN
sẽ gây ra tạp nhiễu. Vì vậy, người ta đã đưa ra luật và phương pháp để giải quyết vấn
đề này.
- Dải ISM
- WLAN dải hẹp
- WLAN dải rộng
1.3.1 . Dải ISM
FCC (Federal Communications Commission) cho phép các sản phẩm mạng
không dây hoạt động trong dải công nghiệp, khoa học và y học (Industrial, Scientific,
Medical – ISM). FCC cho phép người sử dụng thực hiện các sản phẩm thoả mãn
những yêu cầu, ví dụ hoạt động với máy phát 1W công suất đầu ra.
Điều này càng có lợi khi di chuyển thường xuyên, vì khi đó có thể tránh được
giấy tờ phức tạp vì đăng ký lại sản phẩm ở vị trí mới. Ngoài ra, còn nhiều dải tần số
cao hơn, hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn.
Trải phổ là gì? Điều chế trải phổ là trải công suất tín hiệu trên một dải rộng tần
số. Điều này trái với yêu cầu duy trì thông tần số, nhưng quá trình trải tạo nhiều tín
hiệu dữ liệu bị ảnh hưởng của tạp nhiễu điện so với kỹ thuật điều chế radio thường. Sự
5
truyền và tạp nhiễu điện khác dải thông hẹp, sẽ chỉ nhiễu với phần nhỏ của tín hiệu trải
phổ, kết quả là ít nhiễu hơn và ít lỗi hơn khi thu tín hiệu dải điều chế. Sự điều biến trải
phổ sử dụng một trong hai phương pháp để trải tín hiệu trên vùng rộng: Trải phổ chuỗi
trực tiếp (DSSS) và trải phổ nhảy tần (FHSS).
1.3.3.1 . Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)
Trải phổ chuỗi trực tiếp kết hợp tín hiệu dữ liệu ở trạm gửi đi với dữ liệu có tốc
độ bit tuần tự cao hơn, có liên quan tới mã chip (cũng được xem là hệ số xử lý
processing gain). Tín hiệu dữ liệu được chồng lên sóng mạng. Trong thời gian này,
một sự lan truyền hoặc một mã chip được sử dụng để tạo ra các bit dư thừa được
truyền. Do đó tín hiệu xuất hiện ở dưới công suất dải băng nhiễu tới máy thu không
định hướng. Mã chip được áp dụng tới từng bit của dữ liệu. Một trong những lợi thế
của việc sử dụng mã lan truyền là một hoặc cao hơn một bit trong chip bị lỗi trong thời
gian truyền, kỹ thuật này được áp dụng cho sóng radio để khôi phục dữ liệu gốc mà
không cần sự truyền lại. Tỷ lệ dữ liệu trên bề rộng của mã lan truyền được gọi là độ
tăng ích xử lý. Hệ số xử lý cao tăng tính chống nhiễu của tín hiệu. Hệ số xử lý nhỏ
nhất theo FCC là 10, và hầu hết các sản phẩm hoạt động trên 20.
Với DSSS, luồng dữ liệu gốc được nhân lên bởi việc trải “mã chip”. Quá trình
này bị phá vỡ mỗi bit dữ liệu trong nhiễu “dãy bit” hoặc chip được đại diện là 0 hoặc 1
trong một mẫu thiết lập và truyền các chip này trên dải tần số rộng hơn so với dải
thông thường của luồng dữ liệu. Khi đó máy thu “ có cùng khoá mã chip” sẽ thu được
dải truyền của chip. Quá trình ngược lại thông qua việc “ giải mã” và tập hợp lại luồng
dữ liệu gốc. Thay cho việc sử dụng tín hiệu riêng lẻ của thời gian bất kỳ qui định cho
quá trình truyền ( giống như một quá trình truyền thông radio thông thường), tín hiệu
hẹp mà luồng dữ liệu sẽ “nhảy qua” (giống FHSS). Luồng dữ liệu trong hệ thống
DSSS được gửi trong phạm vi rộng trong dải. Khi trình tự chip lớn hơn sẽ có dải
truyền rộng hơn trên tín hiệu gốc được trải ra.
“nghe” tín hiệu đến thời gian thích hợp và tần số chính xác. Qui tắc FCC yêu cầu các
nhà sản xuất sử dụng tần số 75 hoặc hơn cho mỗi kênh truyền với thời gian dừng đều
đặn lớn nhất (thời gian ở từng tần số riêng) là 40ms. Nếu sóng radio bắt gặp nhiễu trên
tần số nào đó, nó sẽ truyền lại tín hiệu ở bước nhảy tiếp theo trên một tần số khác.
Kỹ thuật nhảy tần giảm bớt nhiễu bởi vì sự truyền từ hệ thống dải hẹp sẽ làm ảnh
hưởng tới tín hiệu trải phổ khi nó sử dụng tần số của tín hiệu dải hẹp. Do đó, toàn bộ
nhiễu sẽ thấp, dẫn tới có ít hoặc không có bit lỗi.
Sự hoạt động của sóng radio có thể sử dụng trong cùng dải tần số và không bị
nhiễu, chúng sử dụng từng mẫu nhảy khác nhau. Trong khi một sóng radio đang truyền
ở cùng một thời gian được xem như một vùng quan sát trực giao. Một số nhà cung cấp
cho phép người dùng lựa chọn kênh (mã nhảy riêng biệt) để sóng radio hoạt động trên
7
đó, tất cả người sử dụng trong cùng một mạng cục bộ phải sử dụng cùng mã. Điều này
đem đến khả năng cho Wlan hoạt động lẫn nhau trong cùng một dải tần số mà không
nhiễu, miễn là gán chúng vào miền quan sát trực giao với mã lan truyền. Yêu cầu FCC
cho tần số truyền khác nhau cho phép sóng radio nhảy tần số để có kênh không nhiễu.
Giải pháp FH giảm độ nhạy với nhiễu từ các bộ phát radio khác và nguồn tạp
nhiễu trong dải 2.4 GHz, bởi vì tần số phát là dịch chuyển cố định từ dải 1 MHz đến
tần số tiếp theo. Nhiễu chỉ được xem như một phần nhỏ trong toàn bộ thông lượng
trong một môi trường có nhiều nhiễu.
Bảo mật
Giải pháp có độ an toàn cao, và là giải pháp tốt cho các ứng dụng trong quân đội
và qui định bắt buộc. Sự thay đổi tự nhiên cố định của những hệ thống này làm cho rất
khó để ngăn chặn hoặc tắc nghẽn. Để ngăn chặn tín hiệu, người xâm nhập vào phải
biết được cả quá trình truyền tần số hiện hành và mẫu nhảy để bức chế tần số tiếp theo
mà hệ thống sẽ nhảy qua. Thông tin giống nhau phải được nhận biết bởi một người nào
đó bị tắc nghẽn khi truyền, trừ khi tắc nghẽn trong toàn bộ dải 2.4 GHz.
1.4 . WLAN trên cơ sở ánh sáng hồng ngoại
Ánh sáng hồng ngoại là một trong những cách thức sử dụng sóng radio cho sự
liên kết WLAN. Bước sóng của ánh sáng hồng ngoại trong dải từ 0.75 đến 1.000 µm,
Khi sử dụng ánh sáng hồng ngoại trong Wlan, độ cao tối đa có thể là điểm phản
xạ. Kỹ thuật này sử dụng giao thức chiều sóng mang để phân chia truy cập từ độ cao
tối đa.
Wlan dùng ánh sáng hồng ngoại khuếch tán làm việc cũng tương đương như
trước, vì vậy sẽ hoạt động nhanh. Tốc độ dữ liệu tiêu biểu là 1-4 Mbps người bình
thường có thể gửi sử dụng tia sáng và mã Morse. Giá cho những loại card không giây
trong phạm vi từ 200$ -500$ mỗi cái.
Các trạm ánh sáng hồng ngoại khuếch tán bị giới hạn trong các khoảng cách,
điển hình 30-50 feet ở mức thấp hơn độ cao tối đa, phạm vi nhỏ bé giữa các trạm. Độ
cao tối đa là 10 feet sẽ giới hạn quanh phạm vi 40 feet. Để mở rộng phạm vi hoạt
động, có thể sử dụng điểm truy cập hồng ngoại để kết nối giữa các ô qua đường dây
chính.
1.4.2 . Kỹ thuật hồng ngoại điểm - điểm
Một số sản phẩm hồng ngoại hoạt động dạng điểm-điểm là các thiết bị trực tiếp
duy trì kết nối với các thiết bị khác. 2 sản phẩm rất khác nhau trong loại này là các
thiết bị “điểm và chùm” chuyển đổi trực tiếp các tệp giữa các máy tính với các thiết bị
ngoại vi và hệ thống với ánh sáng hồng ngoại điểm - điểm.
1.4.2.1 Kết nối hồng ngoại điểm và chùm
9
Kết nối hồng ngoại “điểm và chùm” thực chất không phải là WLAN, nhưng
chúng cung cấp kết nối nối tiếp không dây giữa máy tính và thiết bị ngoại vi bằng cách
thay thế các cáp riêng lẻ bằng chùm ánh sáng. Kỹ thuật này làm cho việc chuyển đổi
các tệp được dễ dàng giữa các máy tính xách tay và trạm làm việc trên bàn.
1.4.2.2 Hệ thống Lan hồng ngoại điểm - điểm.
InfraLAN bao gồm đúng một cặp chuyển đổi, một quá trình truyền và một quá
trình nhận. InfraLAN thay thế cho mạng Token Ring với ánh sáng hồng ngoại để có
thể đạt đến khoảng cách 75 feet.
Những thuận lợi của việc sử dụng InfraLAN là hiệu suất cao và sự an toàn. Bởi
vì chùm tia hồng ngoại hội tụ, hệ thống có thể làm phù hợp yêu cầu thực thi. Tín hiệu
điện không bị nhiễu với tần số cao của ánh sáng hồng ngoại. Bất lợi của phương pháp
1.6 . Cấu hình đơn ô, đa ô trong WLAN
1.6.1 . Đơn ô (single cell WLAN)
Sử dụng với một phòng làm việc nhỏ hay nhà máy. WLAN đơn ô yêu cầu NIC
không dây để liên kết với mạng, không cần thiết AP. Có thể dễ dàng tạo một mạng
WLAN với 2 hoặc nhiều hơn bộ tiếp hợp PCMCIA trong phạm vi hoạt động, với chế
độ Ad hoc cho người sử dụng.
Vùng bao phủ bởi các trạm trong mạng ngang hàng được gọi là vùng dịch vụ cơ
bản (Basic Service Area). BSA bao phủ khoảng chừng 150feet tiêu biểu cho môi
trường phòng làm việc, WLAN đơn ô sóng radio như BSA có thể hỗ trợ 6-25 người sử
dụng mà vẫn có thể truy cập mạng ở mức độ chấp nhận được.
1.6.2 . Liên kết đơn ô
- Các ô được kết nối với Lan thông qua cầu không dây (wireless bridging). Cầu
có thể được lắp đặt back to back với một điểm truy cập liên kết với hàng loạt
mạng.
- Các ô được kết nối với một Ethernet LAN thông qua một điểm truy cập ( cầu
có dây). Điểm truy cập kết nối bộ khung của Ethernet Lan có dây thông qua
cáp đơn. Chức năng của AP giống như cầu nối giữa Lan có dây và ô. Các
trạm trong ô của các ô liên kết khác có thể truy cập đến tất cả các phương
tiện của LAN có dây.
1.6.3 . Đa ô
Nếu việc thiết lập mạng yêu cầu phạm vi lớn hơn, có thể sử dụng hệ thống cầu
nội hạt không dây (điểm truy cập) và mạng chính có dây tạo ra cấu hình đa ô. Điều này
cho phép người sử dụng không dây từ các ô khác nhau truyền thông với nhau, cũng
cho phép người dùng không dây truy cập tới tài nguyên của mạng có dây.
Như vậy cấu hình này có thể bao phủ với phạm vi lớn hơn như các tầng của một
toà nhà, khu công trường hay bệnh viện.
Trong các môi trường này, máy tính xách tay với bộ tiếp hợp LAN không dây
cũng có thể hoạt động trong vùng bao phủ để duy trì sự tồn tại một liên kết đến mạng
xương sống. Tiêu biểu là mỗi điểm truy cập sử dụng một mã lan truyền hoặc một tần
số khác nhau.
mạng LAN truyền thống:
- WLAN làm việc cho hiệu suất công việc cao nhờ tính mềm dẻo trong việc di
chuyển dễ dàng.
13
- WLAN có thể hoạt động riêng biệt trong phạm vi một toà nhà, cơ quan hay
khuôn viên trường học.
- WLAN có thể tồn tại sau một vụ thiên tai như động đất.
- Tiết kiệm chi phí và thời gian ở những nơi khó khăn với việc nối cáp.
- WLAN không gây hại đến sức khoẻ con người. Công suất phát của các thiết
bị có độ an toàn cho sức khoẻ con người (dưới 36dB) theo chuẩn 802.11b.
1.7.2. Nhược điểm
- Tốc độ truyền dữ liệu thấp: 1, 2, 11 Mbps và cao nhất là 54 Mbps vẫn còn
kém nhiều so với mạng Ethernet với tốc độ 100Mbps.
- Giá thành thiết bị và chi phí ban đầu cao.
- Thiếu các chuẩn chung. Do tất cả các sản phẩm không dây phải tuân theo
những qui định quốc gia về giới hạn tần số để tránh ảnh hưởng nhiễu lẫn
nhau. Vì thế phải mất thời gian dài để đưa ra các giải pháp toàn cầu.
Giới hạn khoảng cách truyền dữ liệu xa bị hạn chế do môi trường truyền dễ bị
ảnh hưởng bởi các nhiễu tồn tại.
Chương 2.
CÁC CHUẨN VÀ THIẾT BỊ CỦA WLAN 2.1. Chuẩn IEEE 802.11
Trong tất cả các tiêu chuẩn 802.x, tiêu chuẩn 802.11 chỉ rõ sự hoạt động của lớp
truy cập môi trường MAC và lớp vật lý.
- Lớp MAC chỉ ra các dịch vụ MAC và các giao thức khác.
Khung vật lý của 802.11 dùng FHSS:
SYN SFD PLW PSF HEC Payload
- SYN (Synchronization): có độ dài 80bit có chức năng đồng bộ.
- SFD: gồm 16bit dùng để đồng bộ ở đầu khung, được biểu diễn:
00011000100010011
15
- PLW (độ dài từ): chỉ độ dài dữ liệu, tính bằng byte gồm 32 bit CRC nằm ở
cuối dữ liệu.
- PSF (trường thông báo): Hiển thị tốc độ có thể là 1 hoặc 2 Mbps.
- HEC (Header Error Check): dùng chuẩn CRC 16 của ITU-T.
- Payload: dữ liệu của khung vật lý PLCP, có độ dài tuỳ ý.
2.1.1.3. Phân lớp DSSS
Ta biết rằng trong không gian luôn tồn tại các sóng điện từ từ những nguồn khác
như các hệ thống phát thanh, truyền hình… Biên độ của chúng tạo thành các nhiễu
nền. Nên khi sử dụng kỹ thuật trải phổ DSSS, tín hiệu được phân bố trên các băng tần
rộng nên năng lượng trải ra thay vì tập trung tạo dải băng tần hẹp. Kết quả là với công
suất phát tín hiệu, DSSS có mức phát thấp hơn nhiều nền.
Trong nguyên tắc thu phát vô tuyến trong băng tần hẹp, mức phát tín hiệu phải
lớn hơn mức nhiễu nền để đầu thu có thể loại bỏ được nhiễu và tách tín hiệu ban đầu.
Nếu tại đầu thu có tồn tại một mức tín hiệu khác với biên độ tương đương thì DSSS
không thể tách tín hiệu này ra. Đây là hiện tượng nhiễu xuyên kênh.
Khung vật lý của 802.11 dùng DSSS cùng dải tần số 2.4 GHz. Sử dụng phương
thức điều chế DBPSK với tốc độ 1 Mbps và dùng DQPSK với tốc độ 2 Mbps:
SYN SFD Signal Service Length HEC Payload
- SYN: gồm 128 bit có chức năng đồng bộ.
- SFD: gồm 16 bit để đồng bộ ở đầu khung, được biểu diễn:
01010000110010101
- Signal: cho tới nay mới chỉ dùng 2 giá trị để chỉ tốc độ của dữ liệu là 0x0A
tương ứng với tốc độ 1 Mbps (DBPSK), 0x14 tương ứng với tốc độ 2 Mbps
nhỏ. Dò tìm sự xung đột, như nó có được trong Ethernet, không thể sử dụng cho
những sự truyền tần số sóng vô tuyến của 802.11.
2.1.2.2. Cơ chế RTS/CTS.
Cơ chế này cũng có chức năng tránh xung đột trên đường truyền. Giả sử có dữ
liệu qua điểm truy cập muốn được gửi đi tới một nút mạng không dây nào đó thì điểm
truy cập sẽ gửi khung RTS tới nút không dây để thông báo trong khoảng thời gian xác
định sẽ có dữ liệu được gửi tới và nút không dây sẽ đáp lại bằng khung CTS để báo
rằng chúng đã sẵn sàng nhận dữ liệu từ AP trong khoảng thời gian xác định đó rồi mới
giao tiếp với các nút khác nữa. Các nút khác muốn truyền dữ liệu sẽ lắng nghe tác vụ
Copyright: Tài liệu đại học ©