Đặng Thanh Bình

Chương 1

Giới thiệu về Mạng không dây

Nội dung

• Ôn tập

• Mạng và truyền thông

• Cơ bản về mạng không dây

• Lịch sử của truyền thông vô tuyến

• Các tổ chức phát triển chuẩn mạng

• Mạng không dây cho tương lai

Mô hình OSI

Mô hình TCP/IP

MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG

Các thuật ngữ liên quan

Truyền thông - Communication

• Truyền thông là quá trình truyền tải thông tintừ thực thể này đến thực thể khác.

• Một thực thể là gì?

– Thực thể truyền thông tin: Sender /Transmitter

– Thực thể nhận thông tin: Receiver

– Transceiver

Communication và Network

• Communication – Truyền thông

– Việc truyền tín hiệu

– Những vấn đề quan tâm: Mã hóa, giao tiếp, sự toànvẹn của tín hiệu, ghép kênh (Multiplexing), …

• Network – Mạng

– Mô hình (topology), kiến trúc để kết nối các thiết bị

• Mạng của các hệ truyền thông

Communication và Network

Signal = Function of Time

• Tín hiệu là 1 hàm theo thời gian. Trục nằmngang đại diện cho thời gian, trục đứng đại diệncho cường độ tín hiệu

• Tín hiệu đại diện cho dữ liệu HOẶC Dữ liệu đượcmã hóa bằng tín hiệu

• Tín hiệu là thứ thực sự đi trên đường truyền

• Cần phải hiểu về tín hiệu để có thể chọn loại tínhiệu phù hợp để thể hiện dữ liệu

Phân loại mạng truyền thông

CƠ BẢN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY

Định nghĩa

• Định nghĩa Wireless Networks:– Wireless: vô tuyến, không dùng dây dẫn

– Mạng sử dụng Sóng điện từ - Electromagnetic Waves (radiowave và/hoặc microwave) để duy trì kênh truyền giữa cácthiết bị

– Truyền thông vô tuyến là việc truyền tải thông tin qua 1khoảng cách mà không cần dây dẫn làm môi trường truyền

Mô hình truyền thông không dây digital

Phân loại Mạng không dây

• Dựa trên các yếu tố sau

– Infrastructure

– Mobility

– Scale of network

– Application

– Services

– Access technology

– Standardization

– Bandwith size

Phân loại Mạng không dây

• Dựa trên kiến trúc (infrastructure)

–Mạng có kiến trúc

• Sử dụng các node và gateway có dây và không dây

• Mỗi node chính có 1 vai trò được định nghĩa trước trongmạng

• Mạng tế bào (cellular network) là mạng có kiến trúc

• WLAN dùng access point cũng thuộc dạng này

–Mạng không có kiến trúc (ad hoc networks)

• Không có sự sắp xếp trước

• Một tập hợp ngẫu nhiên các node độc lập với nhau tạothành 1 mạng.

Phân loại Mạng không dây

Phân loại Mạng không dây

• Dựa trên chuẩn– 3GPP: WCDMA, HSDPA, LTE

– 3GPP2: CDMA2000, EV-DO, UMB

– IEEE: IEEE 802.11, IEEE 802.16

Phân loại Mạng không dây

• Dựa trên sự di động (Mobility)

– Phân biệt Fixed, Portability , Mobility

• Khởi đầu, Internet và mạng điện thoại được thiết kế chocác thiết bị đầu cuối cố định - fixed (static)– Điểm kết nối vào mạng phải cố định

• Portability (tính di chuyển được) đồng nghĩa với việc thayđổi điểm kết nối vào mạng được thực hiện chỉ khi thiết bịoffline

• Mobility (tính di động) đồng nghĩa với việc thay đổi điểmkết nối vào mạng có thể được thực hiện khi thiết bị vẫnonline

Phân loại Mạng không dây

• Dựa trên sự di động (Mobility)

– Mạng không dây cố định

• Người dùng đã kết nối được xem như ở yên 1 chỗ

– Mạng không dây di động

• Một phần trong các thiết bị không dây là di động

• VD: Cellular network, Mobile Ad-hoc network (MANET)

Phân loại Mạng không dây

• Dựa trên phạm vi (scope)

– Body Area Networks

• VD: Cảm biến được gắn vào người

– Personal Area Networks

• VD: Home Networking, Bluetooth và ZigBee

– Local Area Networks

• VD: Wireless LAN, WiFi

– Metropolitan Area Networks (Mạng đô thị)

• VD: WiMAX

– Wide Area Networks

• VD: Cellular và Satellite networks

Phân loại Mạng không dây

• Dựa trên phạm vi

Phân loại Mạng không dây

• Dựa trên loại tín hiệu (Signal)

– Liên tục (Continuous) hay tương tự (Analog): Lấy tấtcả giá trị biên độ (amplitude) có thể có

• Mạng cellular thế hệ cũ

• Sử dụng điều chế tương tự

– Số (Digital) hay Rời rạc (Discrete) : chỉ lấy 1 tập hợpgiá trị cường độ nhất định

• Mạng 2G và các thế hệ sau đó

• Điều chế số

Phân loại Mạng không dây

• Dựa trên loại tín hiệu (Signal)

Phân loại Mạng không dây

• Dựa trên độ rộng của băng thông (channelbandwidth)

– Band là quãng tần số được sử dụng cho kênhtruyền.

– Narrowband wireless network

• Mạng băng hẹp

– Broadband wireless network

• Mạng băng rộng

• VD: UWB, WiMax, LTE,..

ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA MẠNG KHÔNG DÂY

Ưu điểm của Mạng không dây

• Tính di động (Mobility)

– Tự do di chuyển mà không bị cản trở, ràng buộc bởidây dẫn

– Cho phép các công ty triển khai các mô hình làm việcphù hợp và phát huy khả năng của nguồn nhân lực

– Cho phép các nhân công làm việc theo nhóm lưu trữvà truy cập dữ liệu và tài nguyên trên mạng

• Tính đáng tin cậy (reliability)

– Nguyên nhân phổ biến của việc lỗi truy cập mạngtrên mạng có dây là lỗi liên quan đến dây dẫn

Ưu điểm của Mạng không dây

• Cài đặt dễ dàng và chi phí thấp

– Sử dụng cáp trong các tòa nhà cũ có thể khó khăn,triển khai chậm và đắt tiền

• Khả năng phục hồi sau thảm họa (Disasterrecovery)

– Khi có thảm họa xảy ra, nhà quản lý có thể tái lập hệthống nhanh chóng hơn so với mạng có dây

Nhược điểm của Mạng không dây

• Xung đột (interference) cao hơn và tính đáng tincậy thấp hơn

– Tia hồng ngoại (infrared) : bị tác động bởi ánh sángmặt trời, các nguồn sinh nhiệt và các vật cản vật lý

– Tín hiệu radio : bị chặn bởi các vật cản, bị can thiệpbởi các thiết bị điện

– Môi trường phát sóng bị xung đột về mặt tự nhiên

– Hiện tượng tự xung đột (multipath)

Nhược điểm của Mạng không dây

• So với mạng có dây

– Thấp hơn về: bandwidth, transmission rate

– Chất lượng dịch vụ - QoS (Quality of Service) – suygiảm

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

– Số lượng người dùng tăng thường dẫn đến tốc độtruyền giảm xuống mức rất thấp

Nhược điểm của Mạng không dây

• Các điều kiện hoạt động trên mạng có tính dễthay đổi

– Mức độ mất dữ liệu cao hơn do xung đột(interference)

– Cường độ năng lượng nhận được tỉ lệ nghịch vớikhoảng cách

– Việc di chuyển của người dùng dẫn đến việc mất kếtnối và/hoặc thay đổi kênh truyền thường xuyên

Nhược điểm của Mạng không dây

• Giới hạn về tài nguyên

– pin, năng lực tính toán, bộ nhớ, dung lượng đĩa

• Nguy cơ về sức khỏe

• Phổ tần số khả dụng có giới hạn

– Tần số cần được quản lý và sử dụng hợp lý

Nhược điểm của Mạng không dây

• Khả năng bảo mật kém hơn trên mạng có dây

– Ai cũng có thể truy cập vào môi trường không dây

– Trạm cơ sở có thể bị giả mạo

• Đường truyền bao giờ cũng là đường truyềndùng chung

– Cần phải có các cơ chế truy cập an toàn vào hệthống

Ứng dụng của Mạng không dây

GSM, UMTS

TETRA, ...

LỊCH SỬ TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN

Semaphore

Lịch sử truyền thông vô tuyến

• Sử dụng ánh sáng, cờ (semaphore), khói, âmthanh,…– 150 BC, tín hiệu khói (Hy Lạp)

– 1794, điện báo quang học (optical telegraph –semaphore), Claude Chappe

• Sóng điện từ bắt đầu được phát hiện:– 1831, Faraday trình diễn về cảm ứng điện từ

– J. Maxwell (1831-79): lý thuyết về trường điện từ,hàm sóng (1864)

– H. Hertz (1857-94): trình diễn về việc truyền sóngđiện qua không gian (1886)

Lịch sử truyền thông vô tuyến

• 1895, Guglielmo Marconi– Trình diễn về điện báo vô tuyến– Truyền bằng sóng dài, cần mức năng lượng

phát cao (> 200kw)

• 1907, Kết nối qua Đại Tây Dương– Trạm phát sóng lớn (anten cao 30 đến 100m)

• 1915, Truyền tín hiệu thoại vô tuyến NewYork - San Francisco

• 1920, Marconi phát hiện sóng ngắn– Phản xạ tại tầng ionosphere– Sender và receiver nhỏ hơn, phát minh ra

ống chân không (vacuum tube) năm 1906,Lee DeForest và Robert von Lieben

Lịch sử truyền thông vô tuyến

• 1928 Thử nghiệm phát sóng TV

• 1933 Điều tần(E. H. Armstrong)

• 1946 Dịch vụ điện thoại di động công cộng đầu tiền ở 25thành phố thuộc nước Mỹ (1 antenna cho 1 thành phố)

• 1976 Bell Mobile Phone service cho TP. New York

• 1979 NMT chạy ở băng tần 450MHz (Scandinavi)

• 1982 Bắt đầu xây dựng chuẩn GSM

• 1983 Cung cấp dịch vụ AMPS (Advanced Mobile PhoneSystem, analog)

• 1992 Triển khai GSM

• 2002 Triển khai UMTS

• 2012 Triển khai LTE

Lịch sử truyền thông vô tuyến

cellular phones satelliteswireless LANcordless

phones

1992:

GSM

1994:

DCS 1800

2001:

UMTS/IMT-2000

CDMA-2000 (USA)

1987:

CT1+

1982:

Inmarsat-A

1992:

Inmarsat-B

Inmarsat-M

1998:

Iridium

1989:

CT 2

1991:

DECT 199x:

proprietary

1997:

IEEE 802.11

1999:

802.11b, Bluetooth

1988:

Inmarsat-C

analog

digital

1991:

D-AMPS

1991:

CDMA

1981:

NMT 450

1986:

NMT 900

1980:

CT0

1984:

CT1

1983:

AMPS

1993:

PDC

2000:

GPRS2000:

IEEE 802.11a,g

2005:

VoIP-DECT

2010

LTE

2009:

IEEE 802.11n

2010

UMA

Từ viết tắt

• NMT: Nordic Mobile Telephone

• DECT: Digital Enhanced Cordless Telecom.

• DCS: Digital Cellular System

• CT: Cordless Telephone

• PDC: Pacific Digital Cellular

• UMTS: Universal Mobile Telecom. System

• LTE: Long Term Evolution

• UMA: Universal Mobile Access

CÁC TỔ CHỨC PHÁT TRIỂN CHUẨN

Chuẩn mạng không dây

Tổ chức ITU

• ITU (International Telecommunication Union) làmột tổ chức của UN với cấu trúc sau

3GPP & 3GPP2 là gì?

• 3rd Generation Partnership Project (3GPP) là sựhợp tác giữa nhiều tổ chức viễn thông.

– Mục tiêu của 3GPP là xây dựng 1 phiên bản 3G củahệ thống điện thoại di động toàn cầu Global Systemfor Mobile Communications (GSM) theo đặc tả củadự án International Mobile Telecommunications-2000 của ITU.

• 3rd Generation Partnership Project 2 (3GPP2),xây dựng 1 chuẩn 3G khác dựa trên chuẩn IS-95(CDMA), thường được gọi là CDMA2000.

Các đối tác của 3GPP & 3GPP2

• 3GPP có 6 đối tác chính, liệt kê dưới đây

IEEE là gì?

• Viện các kỹ sư điện và điện tử - Institute ofElectrical and Electronics Engineers (IEEE, đọc làI-Triple-E) là một tổ chức phi lợi nhuận có mụctiêu phát triển các công nghệ mới

• IEEE là một trong những tổ chức định chuẩnhàng đầu. IEEE thực hiện chức năng chuẩn hóacác công nghệ thông qua IEEE StandardsAssociation (IEEE-SA).

IEEE là gì?

• Các chuẩn của IEEE có liên quan đến nhiềungành công nghệ: năng lượng, y sinh học và ytế, công nghệ thông tin (IT), viễn thông, vậnchuyển, công nghệ nano, hàng không, ….

• Năm 2005, IEEE có gần 900 chuẩn còn hoạtđộng, với 500 chuẩn đang phát triển.

• Các chuẩn IEEE nổi tiếng nhất là nhóm chuẩnIEEE 802 LAN/MAN, trong đó có chuẩn IEEE802.3 Ethernet và chuẩn IEEE 802.11 WirelessNetworking

CÁC XU HƯỚNG HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAI

Chúng ta đang đi về đâu?

Các mạng vô tuyến hiện tại

Cognitive Radio

• Cognitive Radio (CR) là một công nghệ mạng vôtuyến thông minh có thể tự động phát hiện cácchannel rỗi, thay đổi các tham số truyền dẫnnhằm truyền đồng thời được nhiều hơn

• Một số công nghệ:

– Adaptive Radio: hệ thống tự động theo dõi và thíchứng để tối ưu hóa hiệu năng

– Software Defined Radio (SDR): các phần cứng cổđiển: mixer, modulator and amplifier được thay thếbằng phần mềm.

Cognitive Radio

Sensor Network

RFID

Internet of Things (IoT)