Chapter II Các tiêu chuẩn của mạng WLAN.doc

Chương II. Các tiêu chuẩn của mạng WLAN ................................................................... 2

2.1 Giới thiệu về các tiêu chuẩn ................................................................................... 2

2.2 Tiêu chuẩn IEEE 802.11 ......................................................................................... 3

2.2.1 Kiến trúc mạng IEEE 802.11 ........................................................................... 4

2.2.2 Mô hình tham chiếu IEEE 802.11 cơ sở .......................................................... 5

2.3 Lớp vật lý IEEE 802.11 .......................................................................................... 6

2.3.1 Các khuôn dạng gói dữ liệu chung ................................................................... 6

2.3.2 Lớp vật lý DSSS .............................................................................................. 6

2.3.3 Lớp vật lý FHSS .............................................................................................. 8

2.3.4 Lớp vật lý hồng ngoại ....................................................................................... 9

2.4 Lớp điều khiển truy nhập môi trường IEEE 802.11 ............................................ 11

2.4.1 Đơn vị dữ liệu giao thức MAC 802.11 tổng quát .......................................... 12

2.4.2 Các khoảng trống liên khung .......................................................................... 12

2.4.3 Chức năng phối hợp phân tán ......................................................................... 13

2.4.4 Chức năng phối hợp điểm .............................................................................. 20

2.4.5 Kết hợp và tái kết hợp .................................................................................... 21

2.4.6 Nhận thực và bảo mật ..................................................................................... 22

2.4.7 Đồng bộ hoá .................................................................................................... 23

2.4.8 Quản lý công suất ........................................................................................... 23

2.4.9 Quá trình phân mảnh gói ................................................................................ 24

2.5 Tiêu chuẩn HIPERLAN Type I ............................................................................. 25

2.5.1 Lớp vật lý ........................................................................................................ 26

2.5.2 So sánh các đặc tính kỹ thuật giữa IEEE 802.11 và HIPERLAN ................ 28

2.5.3 Lớp điều khiển truy nhập môi trường HIPERLAN Type I .......................... 28

2.5.4 Chuyển tiếp nội bộ ......................................................................................... 30

2.5.5 Nút ẩn ............................................................................................................. 31

2.5.6 Chất lượng dịch vụ ......................................................................................... 32

2.5.7 Quản lý công suất ........................................................................................... 32

2.5.8 An ninh ............................................................................................................ 32

2.6 Chuẩn WLIF OpenAir ........................................................................................... 32

2.7 Chuẩn HomeRF SWAP ......................................................................................... 33

2.7.1 Cấu hình mạng ................................................................................................ 34

2.7.2 Ứng dụng ........................................................................................................ 34

2.8 Chuẩn Bluetooth .................................................................................................... 34

2.8.1 Tính cần thiết của chuẩn Bluetooth ............................................................... 35

2.8.2 Các đặc tả kỹ thuật Bluetooth ........................................................................ 35

2.8.3 Các kiểu kết nối .............................................................................................. 35

2.8.4 Sửa lỗi ............................................................................................................. 37

2.8.5 Nhận thực và bảo mật ..................................................................................... 37

2.8.6 Tiêu thụ công suất ........................................................................................... 37

2.8.7 Các phát triển trong tương lai ......................................................................... 37

2.9 Các chuẩn W3C và WAP ....................................................................................... 38

2.9.1 W3C ................................................................................................................ 38

2.9.2 Diễn đàn WAP-WAP Forum .......................................................................... 38

2.10 Chuẩn kết hợp dữ liệu hồng ngoại ...................................................................... 39

2.11 Tổng kết ............................................................................................................... 40

1

Chương II. Các tiêu chuẩn của mạng WLAN

2.1 Giới thiệu về các tiêu chuẩn

Năm 1990, Viện các kỹ sư điện và điện tử IEEE đã thành lập một uỷ ban để

phát triển tiêu chuẩn cho các mạng WLAN hoạt động ở tốc độ từ 1 đến 2 Mbps.

Năm 1992, Viện các tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu thành lập một hiệp hội để

xây dựng tiêu chuẩn WLAN dùng cho các mạng LAN vô tuyến (HIPERLAN)

hoạt động trong phạm vi tốc độ khoảng 20 Mbps. Gần đây các chuẩn xây dựng

cho mạng WLAN phục vụ cho các ứng dụng đặc biệt trong phạm vi một toà nhà

đã và đang được phát triển. Khác với các chuẩn này, quá trình phát triển chuẩn

IEEE 802.11 đã bị ảnh hưởng mạnh bởi các sản phẩm của mạng WLAN có mặt

trên thị trường. Vì vậy, mặc dù cần khá nhiều thời gian để hoàn thiện các tiêu

chuẩn (do có khá nhiều các đề xuất mang nặng tính cạnh tranh từ phía các nhà

cung cấp thiết bị), nó vẫn là tiêu chuẩn phổ biến nhất cho đến nay. Phần này trình

bày về các chuẩn của mạng WLAN trong đó tập trung vào chuẩn 802.11.

Họ tiêu chuẩn 802.11 do IEEE phát triển định nghĩa giao diện vô tuyến giữa

trạm vô tuyến và trạm gốc hay giữa hai trạm vô tuyến với nhau. Các tiêu chuẩn

IEEE 802.11 cung cấp tốc độ truyền dẫn 2 Mbps. Họ tiêu chuẩn 802.11 có nhiều

phần mở rộng trong đó ba tiêu chuẩn 802.11b, 802.11a, 802.11g là quan trọng

nhất.

Tiêu chuẩn IEEE 802.11b hay Wi-Fi là phần mở rộng của tiêu chuẩn 802.11

cho phép tốc độ truyền dẫn 11 Mbps (cũng có thể là 1,2 và 5,5 Mbps) trong băng

tần 2,4 GHz. IEEE 802.11b sử dụng phương pháp trải phổ trực tiếp DSSS.

IEEE 802.11g cung cấp tốc độ lớn hơn 20 Mbps trong băng tần 2,4 GHz.

Chuẩn này có thể mở rộng tốc độ của 802.11b lên tối đa 54 Mbps trong cùng băng

tần nhưng chỉ truyền trong khoảng cách ngắn. Do khả năng tương thích sau này,

các card vô tuyến 802.11 giao tiếp trực tiếp với một điểm truy nhập 802.11g (và

ngược lại) với tốc độ 11 Mbps hoặc thấp hơn tuỳ thuộc vào dải truyền sóng.

Chuẩn IEEE 802.11a áp dụng cho các mạng LAN vô tuyến và cung cấp tốc

độ lên tới 54 Mbps trong băng tần 5 GHz. Chuẩn 802.11a không tương thích với

các mạng sử dụng 802.11b hoặc 802.11g, như vậy một người sử dụng được trang

bị card giao diện vô tuyến 802.11b hoặc 802.11g không thể giao tiếp được với

điểm truy nhập sử dụng chuẩn 802.11a.

Chuẩn HIPERLAN Type I giống như chuẩn 802.11, chuẩn này phục vụ cho

cả các mạng độc lập và các mạng có cấu hình cơ sở. HIPERLAN Type I hoạt

động ở băng tần 5,15 đến 5,3 GHz (băng tần được chia thành 5 kênh tần số) với

mức công suất đỉnh thấp khoảng 1W. Tốc độ dữ liệu vô tuyến tối đa có thể hỗ trợ

là khoảng 23,5 Mbps và chuẩn này cũng hỗ trợ cho các người dùng di động ở tốc

đọ thấp (khoảng 1,4 m/s) . Ngoài HIPERLAN Type I còn có chuẩn HIPERLAN

Type II, các đặc tính của chuẩn này được cho trên Bảng 2.1.

2

Chuẩn OpenAir được phát triển và hoàn thiện vào năm 1996 bởi diễn đàn

tương hỗ các mạng WLAN WLIF (Wireless LAN Interoperability Forum), chuẩn

này cho phép tốc độ dữ liệu vô tuyến 1,6 Mbps đối với mỗi mẫu nhảy tần. Với 15

mẫu độc lập, tốc độ dữ liệu tổng cộng lên đến 24 Mbps (15x1,6 Mbps).

Chuẩn Tần số Tốc độ Ghép

kênh

Ghi chú

IEEE 802.11 900 MHz 2 Mbps FHSS,

DSSS

IEEE 802.11b 2,4 GHz

900 MHz

11 Mbps FHSS

DSSS

Sử dụng phổ biến

nhất

IEEE 802.11a 5 GHz 54 Mbps OFDM Mới hơn, nhanh hơn,

sử dụng tần số cao

hơn

IEEE 802.11e 5 GHz UNII 54 Mbps OFDM

IEEE 802.11g 2,4 GHz ISM 54 Mbps DSSS

FHSS

Nhanh hơn và tương

thích với 802.11b

IEEE 802.11h OFDM

IEEE 802.11i 5 GHz UNII 54 Mbps OFDM

IEEE/ETSI

802.11j

OFDM

GMSK

ETSI

HIPERLAN

5,15-5,3 GHz 23,5 Mbps

GMSK

ETSI

HIPERLAN 2

17,1-17,3 GHz 54 Mbps Dùng cho voice/video

SIG Bluetooth 2,4 GHz 1 Mbps FHSS Dùng cho mạng cá

nhân (PAN)

Home RF 2,4 GHz 10 Mbps FHSS QoS, mật mã tốt

OpenAir 1,6 Mbps FHSS

LAN hồng

ngoại

350.000 GHz 4 Mbps Chỉ dùng trong phòng,

không ảnh hưởng tới

sức khoẻ

Bảng 2.1 Tóm tắt các tiêu chuẩn WLAN

2.2 Tiêu chuẩn IEEE 802.11

Tiêu chuẩn IEEE 802.11 cho các mạng WLAN do Uỷ ban 802 các tiêu chuẩn

cho các mạng LAN và MAN (LMSC – 802 Local and Metropolitan Area

Networks Standards Comittee) trực thuộc Hội đồng chuyên ban về máy tính trong

IEEE đưa ra. Chuẩn này phát triển từ 6 phiên bản phác thảo và bản cuối cùng

được phê chuẩn vào năm 1997. Chuẩn 802.11 cho phép nhiều nhà cung cấp phát

triển các sản phẩm mạng LAN tương hỗ với nhau sử dụng trong băng tần ISM 2,4

3

GHz. Quá trình tiêu chuẩn hoá vẫn đang tiếp tục đề đạt được chứng chỉ tiêu chuẩn

ISO/IEC và tiêu chuẩn IEEE.

Tiêu chuẩn IEEE 802.11 xác định kết nối vô tuyến cho các nút cố định, cầm

tay, và các nút di động trong một khu vực địa lý nhất định. Đặc biệt, chuẩn này

xác định một giao diện giữa người dùng vô tuyến và điểm truy nhập vô tuyến,

cũng như giữa các người dùng vô tuyến. Như ở bất cứ tiêu chuẩn IEEE 802.x nào

như 802.3 (CSMA) và 802.5 (token ring), chuẩn 802.11 định nghĩa cả lớp vật lý

(PHY) và lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC). Tuy nhiên, lớp MAC

802.11 cũng thực hiện các chức năng liên quan đến các giao thức lớp cao hơn (ví

dụ như quá trình phân mảnh, khôi phục lỗi, quản lý di động, và bảo vệ công suất).

Các chức năng này cho phép lớp MAC 802.11 che khuất các đặc tính của lớp vật

lý vô tuyến PHY đối với các lớp cao hơn.

2.2.1 Kiến trúc mạng IEEE 802.11

Bộ dịch vụ cơ sở BSS (Basic Service Set) là một khối cơ sở của mạng

WLAN và bao gồm 2 hay nhiều nút di động (gọi là các trạm hoặc STA). Hình 2.1

và 2.2 minh hoạ khái niệm của một BSS khi áp dụng vào các mạng WLAN độc

lập và cơ sở.

Nút di động Nút di động

Nút di động Nút di động

Bộ dịch vụ cơ sở

Hình 2.1: Các bộ dịch vụ cơ sở trong mạng độc lập

Mỗi BSS có một nhận dạng gọi là BSSID thường ứng với địa chỉ MAC của

thành phần vô tuyến của card giao diện mạng. Vùng phủ vô tuyến giữa các thành

viên của một BSS có thể truyền thông với nhau được gọi là vùng dịch vụ cơ sở

BSA. Một mạng WLAN độc lập chỉ bao gồm một BSS và được gọi là BSS độc

lập (IBSS). Hệ thống phân bố DS kết nối hai hay nhiều BSS với nhau thường sử

dụng một mạng đường trục hữu tuyến, vì thế nó cho phép các nút di động có thể

truy nhập vào các tài nguyên mạng cố định. Một mạng WLAN bao gồm một tập

hợp các BSS và DS được gọi là tập dịch vụ mở rộng ESS. Giống như BSS, ESS

cũng có một nhận dạng duy nhất gọi là ESSID. Việc xác định một ESSID chung

cho phép nút di động được chuyển mạng từ BSS này tới BSS khác.

4