Tim hieuvemang wlans_wpans_vamangthongtindidong4g

557 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
557
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
3
Actions
Shares
0
Downloads
33
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Tim hieuvemang wlans_wpans_vamangthongtindidong4g

  1. 1. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G ®¹i häc quèc gia hµ néi tr−êng ®¹i häc c«ng nghÖ khoa ®iÖn tö - viÔn th«ng KHO¸ LUËN TèT NGHIÖPT×m hiÓ u vÒ WLANs, WPANs vµ xu h−íng ph¸t triÓn th«ng tin di ®éng 4G Ng−êi thùc hiÖn: L−u ThÞ Thu HiÒn Gi¸o viªn h−íng dÉn: Th.S NguyÔn Phi Hïng 1§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  2. 2. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Hµ Néi 6/2005 Tóm tắt Ngày nay xu thế phát triển của công nghệ đã đưa ra các giải pháp tối ưu vềmạng và khả năng cung cấp các ứng dụng từ hệ thống mạng càng tăng cao, đặcbiệt là các mạng không dây. Với những thiết bị đầu cuối di động như điện thoại,máy tính sách tay v..v..,người dùng có thể thực hiện các kết nối vô tuyến thôngqua các nhà cung cấp dịch vụ. Với tính năng ưu việt, và các ứng dụng đã được áp dụng rộng rãi của mạngWLAN ( mạng LAN không dây), em đã đi sâu tìm hiểu về đặc tính và các khảnăng đang được sử dụng trong truyền thông của WLAN. Từ khả năng truyền thông di động dựa trên cơ sở thông tin vô tuyến và sựtiến bộ của môi trường không dây đã đưa ra giải pháp mạng PAN giúp mở rộngmôi trường cá nhân đáp ứng các dịch vụ trong công việc hay giải trí, có khả năngthực hiện kết nối mạng phục vụ đa người dùng. Chính các tính năng nổi trội vàkhả năng ứng dụng của PAN mà đặc biệt là B-PAN mà em nghiên cứu trong bảnkhoá luận đã cho thấy được ý nghĩa của giải pháp mạng PAN trong truyền thông. Cùng với khả năng truyền thông di động ngày càng được mở rộng nhờ sựphát triển của thông tin vô tuyến thì các hệ thống di động mới ra đời và được ápdụng rộng rãi trên toàn thế giới. Hiện nay, Việt Nam đang sử dụng hệ thống thôngtin di động thế hệ 2.5G trong khi mạng tế bào di động 3G đã trở nên phổ biến vàchuẩn bị được thay thế bởi một thế hệ mạng có khả năng khắc phục tất cả cácnhược điểm của 3G, bao gồm một lượng lớn mạng truy cập, cung cấp kết nối tấtcả các người dùng ở bất kỳ đâu, tại bất kỳ thời điểm nào. Đó chính là thông tin diđộng thế hệ 4G. Với tất cả các lợi thế và ưu điểm đã làm cho 4G trở thành thế hệmạng không dây lôi cuốn trong tương lai. Chính vì vậy em đã chọn đề tài Tìm hiểu về WLANs, WPANs và xuhướng phát triển thông tin di động 4G để nghiên cứu sâu về các giải pháp mạngkhông dây với hi vọng 4G sẽ là một hệ thống di động tối ưu trong tương lai gần,và mô hình thực thi 4G tại Việt Nam trở thành hiện thực. 2§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  3. 3. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Mục lục TrangLời mở đầu........................................................................................................... 1CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ HỆTHỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G ............................................................... 31.1 Tổng quan về thông tin di động ................................................................... 31.2 Thông tin di động thế hệ 4............................................................................ 4CHƯƠNG 2: WLAN.......................................................................................... 72.1 Giới thiệu WLAN .......................................................................................... 72.2 Chuẩn IEEE 802.11....................................................................................... 7 2.2.1 Kiến trúc chung IEEE 802.11................................................................. 8 2.2.1.1 Cấu trúc hệ thống ........................................................................... 9 2.2.1.2 Đặc tính cơ bản của hệ thống......................................................... 9 2.2.1.3 Lớp vật lý ....................................................................................... 11 2.2.1.4 Lớp MAC ....................................................................................... 12 2.2.1.5 Cấu trúc MAC ................................................................................ 13 2.2.1.6 Khả năng kết hợp ........................................................................... 18 2.2.1.7 Chứng thực và bảo mật .................................................................. 19 2.2.1.8 Phân đoạn ....................................................................................... 20 2.2.1.9 Cơ chế đồng bộ .............................................................................. 20 2.2.1.10 Di động ........................................................................................ 21 2.2.1.11 Khả năng lưu trữ .......................................................................... 21 2.2.1.12 Khả năng hỗ trợ............................................................................ 232.3 HIPERLAN-2 ................................................................................................ 23 2.3.1 Giới thiệu ............................................................................................... 23 2.3.2 Cấu trúc chung của HIPERLAN ............................................................ 23 2.3.3 Cấu trúc hệ thống HIPERLAN-2............................................................ 25 2.3.4 Đặc tính cơ bản của hệ thống ................................................................. 26 2.3.5 Lớp vật lý................................................................................................ 27 2.3.6 Lớp DCL................................................................................................. 27 2.3.6.1 Lớp MAC ....................................................................................... 31 2.3.6.2 Thao tác MAC................................................................................ 31 3 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  4. 4. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G 2.3.6.3 Khung MAC................................................................................... 32 2.3.6.4 Địa chỉ MAC .................................................................................. 33 2.3.6.5 Truy cập tới RCH........................................................................... 33 2.3.7 Các DCL khác ........................................................................................ 33 2.3.8 Handover................................................................................................. 36 2.3.9 CL ........................................................................................................... 38 2.3.10 Hỗ trợ QoS trong HIPERLAN-2 .......................................................... 382.4 MMAC-PC..................................................................................................... 392.5 Triển khai cơ sở hạ tầng IEEE 802.11......................................................... 41 2.5.1 Băng ISM và phân bố kênh .................................................................... 41 2.5.2 Tín hiệu, nhiễu và vùng phủ sóng........................................................... 44 2.5.3 Tín hiệu và nhiễu trong băng tần ISM.................................................... 44 2.5.4 Vùng phủ sóng........................................................................................ 46 2.5.5 IEEE 802.11 cho không gian tự do......................................................... 48CHƯƠNG 3: WPANs ......................................................................................... 503.1 Giới thiêu........................................................................................................ 503.2 Một số khái niệm ........................................................................................... 523.3 Tổng quan Bluetooth..................................................................................... 53 3.3.1 Cấu trúc Bluetooth.................................................................................. 53 3.3.2 Mô hình tham chiếu giao thức Bluetooth ............................................... 54 3.3.3 Tổng quan về giao thức lõi Bluetooth .................................................... 56 3.3.3.1 Lớp radio Bluetooth ....................................................................... 56 3.3.3.2 Lớp dải gốc..................................................................................... 56 3.3.3.3 Lớp giao thức quản lý kết nối (LMP) ............................................ 66 3.3.3.4 Lớp điều khiển giao thức kết nối và giao thức thích nghi ............. 66 3.3.3.5 Lớp giao thức phát hiện dịch vụ (SDP) ......................................... 673.4 PAN................................................................................................................. 68 3.4.1 Nguyên lý cấu trúc.................................................................................. 68 3.4.2 Giao diện ................................................................................................ 71 3.4.3 Giao tiếp với mạng bên ngoài................................................................. 713.5 Mạng Ad Hoc................................................................................................. 713.6 Bảo mật........................................................................................................... 723.7 Những ứng dụng chính và khả năng hình thành mạng............................. 723.8 Các thiết bị trong hệ thống........................................................................... 73 4 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  5. 5. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G3.9 Những thách thức đối với PAN và những vấn đề mở rộng....................... 743.10 B-PAN........................................................................................................... 753.11 WLAN và WPAN ........................................................................................ 763.12 Tóm lại.......................................................................................................... 78CHƯƠNG 4: SỰ HÌNH THÀNH HỆ THỐNG THÔNG TINDI ĐỘNG 4G ....................................................................................................... 794.1 Giới thiệu........................................................................................................ 794.2 WAL ............................................................................................................... 794.3 Cấu trúc WAL ............................................................................................... 804.4 Dịch vụ báo hiệu WAL ................................................................................. 81 4.4.1 Một vài định nghĩa.................................................................................. 82 4.4.1.1 Hoạt động của WAL ...................................................................... 82 4.4.1.2 Khuôn dạng tiêu đề WAL .............................................................. 82 4.4.1.3 Thủ tục đăng ký.............................................................................. 83 4.4.2 Sự thiết lập association ........................................................................... 86 4.4.3 Dữ liệu .................................................................................................... 88 4.4.4 Thủ tục tái thiết lập sự kết hợp ............................................................... 89 4.4.5 Danh sách PDU....................................................................................... 91Kết luận ................................................................................................................ 94 5 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  6. 6. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Lời mở đầu Ngày nay, với những tiến bộ vượt bậc của công nghệ máy tính đã giúp việctrao đổi thông tin ngày càng dễ dàng thuận tiện hơn. Công nghệ mạng LAN ra đờiđã phát triển rộng rãi trên thế giới, nhưng hạn chế của nó là việc sử dụng các loạidây cáp (cáp đồng trục, cáp xoắn..) đôi khi gây khó khặn cho việc kết nối. Vì vậy sựra đời của công nghệ mạng không dây (WLAN) là một xu hướng tất yếu đáp ứngviệc 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 trảiqua 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 hìnhthành các hệ thống không dây và các giải pháp mạng mới. Sự tiến bộ của môitrường không dây và yêu cầu về khả năng di động tốt hơn tạo nên sự thay thế cáckết nối cố định tới mạng và đưa ra các giải pháp về mạng PAN. PAN là một giảipháp mạng giúp mở rộng môi trường cá nhân đáp ứng các dịch vụ trong công việchay giải trí, do việc kết nối mạng thực hiện sự phục vụ đa người dùng ngoài ra cóthể sử dụng các thiết bị trong vùng không gian bao phủ mỗi tế bào và cung cấp khảnăng truyền thông trong không gian đó với thế giới bên ngoài. Điều này cũng làmkhái niệm thiết bị đầu cuối được thay thế bởi khái niêm người dùng và không giancục bộ của họ. PAN là một thành viên trong nhóm GIMCV. Cùng với sự phát triển của thông tin vô tuyến, thì trong mỗi thập niên có mộthệ thống di động mới phát triển và được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Khi thế hệ2G hiện hữu, việc xuất hiện mạng tế bào di động 3G thì đó chỉ là một trong nhữngthay đổi nhỏ về công nghệ từ phía cơ sở hạ tầng IP di động. Tuy nhiên hệ thông tindi động 3G sẽ đáp ứng được việc thực hiện đa phương tiện hay nói khác đi là cơ sởhạ tầng IP không đủ năng lực. Để khắc phục các nhược điểm này, thế hệ 4G đãđược định nghĩa. Với một số chuẩn mới được đưa ra thì hệ thống 4G trở nên dễ hiểubởi khái niệm các mạng không đồng nhất, bao gồm một số lớn mạng truy cập vớimột nguyên tắc chung là giao thức IP, cung cấp kết nối tất cả các người dùng ở bấtkỳ đâu tại bất cứ thời điểm nào. 6 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  7. 7. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Nôi dung bản khoá luận được trình bày trên 90 trang và được bố cục thành 4chương gồm những phần lớn sau: - Tổng quan về sự phát triển của thông tin di động và hệ thống thông tin di động thế hệ 4G - Các ưu điểm và các ứng dụng rộng rãi của WLAN - Giải pháp về mạng WPAN và các đặc tính nổi bật của B-PAN - Sự hình thành hệ thống thông tin di động 4G - Kết luận Để có được bản khoá luận hoàn thiện như hôm nay, em đã nhận được rất nhiềusự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô giáo, bạn bè và người thân trong gia đình. Trước hết, em xin gửi tới thầy giáo ThS Phạm Phi Hùng đã tận tình chỉ bảo,hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian làm khoá luận lời chúc sức khoẻ vàlòng biết ơn sâu sắc. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáotrong trường đặc biệt là các thầy cô giáo khoa Điện Tử-Viễn Thông đã cho emnhiều kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập tại khoa. Cảm ơn gia đình, và bạn bè đã dành nhiều sự giúp đỡ cho em trong thời gianthực hiện khoá luận. Hà Nội ngày 05 tháng 06 năm 2005 Sinh viên Lưu Thị Thu Hiền 7 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  8. 8. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Chương 1 Tổng quan về thông tin di động và hệ thống thông tin di động 4G1.1 Tổng quan về thông tin di động Thông tin di động dựa trên nền tảng mạng không dây phát triển theo biểu đồsố mũ trong thập niên qua với những cơ sở hạ tầng và các ứng dụng rộng rãi nhưthiết bị vô tuyến, máy tính sách tay v..v.. Những thiết bị này ngày càng trở nên quantrọng trong cuộc sống của chúng ta. Một ví dụ cụ thể: người dùng có thể kiểm traemail và truy cập mạng Internet nhờ các thiết bị di động của họ. Từ những thiết bịnhư máy tính sách tay, họ có thể tìm kiếm thông tin trong mạng Internet tại các địađiểm khác nhau như sân bay, nhà ga hay những nơi công cộng khác. Các khách dulịch có thể sử dụng các thiết bị đầu cuối GPS đặt trong nhà hay trong ô tô để định vịvà thiết lập bản đồ đường đi. Những hồ sơ, dữ liệu hoặc các thông tin khác có thểđược 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 cácứng 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 đượcthực hiện thông qua các nhà cung cấp dịch vụ cố định dựa trên cơ sở hạ tầng mạngcá nhân và các MSC trong mạng tế bào như vậy các máy tính sách tay có thể nối tớiInternet 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 vụmạng cho các thiết bị di động nhưng nó mất rất nhiều thời gian để thiết lập cơ sở hạtầng mạng thích hợp với các dịch vụ của mạng di động và tất nhiên là giá thành đểthiết lập cơ sở hạ tầng này là rất cao. Hơn nữa, thời điểm thiết lập là bất kỳ lúc nàokhi 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 diđộng đặc biệt. 8 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  9. 9. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Để giải quyết vấn đề đó, sự phát triển của công nghệ và các chuẩn ra đời nhằmthay thế các chuyển giao kết nối mới với việc cho phép những thiết bị di động nằmtrong cự li truyền dẫn có thể kết nối với nhau thông qua việc tự động thiết lập mộtmạng di động đặc biệt với tính linh hoạt cao. Đây là khả năng thiết lập mạng động. Trong khi mạng không dây tiếp tục phát triển thì khả năng đặc biệt này trở nênquan trọng hơn. Với các giải pháp công nghệ mà có thể là sử dụng các lớp khácnhau, các giải thuật và các nghi thức cần cho thao tác cầu hình mạng, tất cả đã thúcđẩy hình thành cấu trúc mạng di động 4G.1.2 Thông tin di động thế hệ 4 4G là một mạng toàn cầu tích hợp dựa được xây dựng theo mô hình hệ thốngmở. Việc tích hợp các mạng không dây khác nhau cho phép truyền đa phương tiệndữ liệu, tiếng nói, đa dịch vụ trên nền tảng IP (đây chính là tiêu điểm chính của 4G).Cùng với sự sử dụng dải thông utrahight lên tới 100Mbps, những dịch vụ đaphương tiện được hỗ trợ một cách hiệu quả. Hình 1.1 minh hoạ những thành phầnbên trong cấu trúc mạng 4G. 9 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  10. 10. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Hình 1.1Cấu trúc mạng di động 4G 4G được tích hợp những topo và các nền tảng mạng khác nhau. Trong hình 1.1sự hợp nhất nhiều kiểu mạng được chồng lên những ranh giới mạng khác nhau. Cóhai kiểu hợp nhất: đó là sự hợp nhất những mạng không dây hỗn hợp với đặc trưngtruyền đạt không dây của mạng LAN, WAN, PAN cũng như những mạng di độngđặc biệt khác. Sự hợp nhất thứ hai bao gồm sự tích hợp của những mạng không dâyvà mạng cố đinh (như Internet và PSTN). 4G được bắt đầu với giả thiết rằng mạng trong tương lai sẽ sử dụng kỹ thuậtchuyển mạch gói (đây sự phát triển từ những giao thức đang được sử dụng trongmạng Internet hiện tại). Mạng di động 4G dựa trên nền tảng IP có những lợi thế cơbản bởi vì IP thích hợp và độc lập với công nghệ truy cập vùng phủ sóng. Điều đócó nghĩa là mạng 4G được thiết kế và có thể phát triển độc lập từ những mạng truycập. Việc sử dụng một lõi mạng trên nền tảng IP cũng có nghĩa thoả mãn đa dịchvụ như tiếng nói dữ liệu hay được hỗ trợ bởi việc sử dụng một tập hợp VoIP vớinhững giao thức như MEGACOP, MGCP, H.323 và SCTP. Sự phát triển này giúpđơn giản hoá việc bảo trì các mạng riêng biệt nhau. Hệ thống 4G được chờ đợi vì có giá thành rẻ hơn và đơn giản hơn. Trước hết,giá thiết bị được rẻ hơn 4 đến 10 lần một trạm có chức năng tương đương của hệthống 2 hoặc 3G. Một môi trường truyền dẫn IP không dây sẽ làm giảm bớt cho quátrình bảo trì mạng. Hệ thống 4G còn được ưu việt hơn với tốc độ truyền dẫn Utrahight lên tới100Mbps nhanh hơn 50 lần so với tốc độ truyền dẫn của mạng 3G. Điều này chophép 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 thựcvà các ứng dụng đa phương tiện khác kể cả khi đang ở nhà, trong văn phòng haynơi công cộng. 4G có khả năng hỗ trợ việc người dùng truy nhập thông tin hoặc giao tiếp vớingười dùng khác vào bất kỳ thời điểm nào, ở bất cứ đâu và sử dụng bất kỳ thiết bịdi động nào. Mạng Ad hoc là một phần quan trọng trong hệ thống 4G được thiết lập độngbởi các nút mạng di động tuỳ ý mà không cần sử dụng cơ sở hạ tầng mạng hiện hữu 10 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  11. 11. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4Ghay quản lý tập trung. Mạng này cho phép các nút không dây tồn tại độc lập, cungcấp một phạm vi nối mạng rộng hơn và khả năng sử lý lớn hơn. Các nút cũng có thểkết 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 địnhvị và tìm kiếm dịch vụ theo yều cầu người dùng ngay cả khi người đó đang chuyểnđộng tại bất cứ thời điểm nào.. Tất cả các lợi thế này làm cho mạng Ad hoc trở nên lôi cuốn trong thế hệmạng di động tương lai. 11 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  12. 12. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Chương 2 WLAN2.1 Giới thiệu WLAN Dựa trên quan điểm nêu trên, thì hiển nhiên những cơ sở hạ tầng WLAN sẽđóng một vai trò quan trọng trong tương lai gần như một sự bổ sung cho thế hệmạng hiện tại hoặc là kế hoạch cho những mạng tế bào. Tuy nhiên đó không phải làtất cả khi chúng ta cho rằng WLAN là sự hỗ trợ duy nhất cho những mạng truy cậptế bào. Trong trường hợp này, việc được đề cập đến đó là các thao tác về cáp, việcđối mặt với giá thành quá cao của cơ sở hạ tầng hệ phân phối đa điểm cục bộ(LMDS), xem xét về việc cung cấp dịch vụ thoại và dữ liệu tới các khu vực nôngthôn và việc kết hợp sử dụng các thiết bị của mạng WLAN với thiết bị truy cậpkhông dây cố định (FWA) với giá thấp. Chương này giới thiệu chi tiết về mạng WLAN và những đặc trưng chính của3 hệ thống không dây IEEE 802.11, HIPERLAN và MMAC. Ba hệ thông này tiêu biểu cho chuẩn hoá trong hệ thống mạng của Mỹ, ChâuÂu và Nhật bản.2.2 Chuẩn IEEE 802.11 Năm 1990, IEEE hình thành một ủy ban để phát triển chuẩn không dây chomạng LAN, vận hành ở 1 và 2Mbps. Điều quan trọng nhất dẫn đến sự tồn tại củacác mạng LAN khác nhau là được thiết kế bởi các nhà sản xuất khác nhau, chuẩnđầu tiên được đưa ra cách đây 7 năm. Hệ thống IEEE 802.11 thứ 2 được phê duyệtvào năm 1997 cho phép mạng làm việc ở những tốc độ dữ liệu 1 và 2Mbps. Vàonăm 1999, một chuẩn với tốc độ 10Mbps xuất hiện và vượt qua ngưỡng chuẩn củahệ thống IEEE 802.11 thứ 3. Như vậy IEEE 802.11 b được sinh ra cho phép hoạtđộng ở những tốc độ dữ liệu 5.5Mbps và 11Mbps. Song song với quá trình này, mộtnhóm các nhà sản xuất thứ hai đang làm việc về một chuẩn với băng thông 5GHz.Chuẩn này được biết như là IEEE 802.11a, cho phép mạng hoạt động ở tốc độ 6, 12, 12 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  13. 13. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G24Mbps và định nghĩa 9, 18, 36, 54Mbps như nhưng tuỳ chọn của hệ thống thứ 4này. Hiện nay, chuẩn IEEE 802.11do nhóm G đề ra thậm trí còn cao hơn tốc độhiện thời cho các mạng theo chuẩn 11b. Những mạng này sẽ cung cấp một dụnglượng tối đa với tốc độ 20Mbps. Cuối cùng việc thiết lập chuẩn chính của uỷ banIEEE 802.11 kéo theo sự phát triển của MAC với 11e đạt chuẩn chất lượng của dịchvụ và 11i cho tính bảo mật, cùng với sự nâng cao về tốc độ của chuẩn hiện tại 11G.2.2.1 Kiến trúc chung IEEE 802.11 IEEE 802.11 là một chuẩn hình thành bởi một lớp vật lý và một lớp địa chỉMAC. Qua lớp này, chuẩn được giao tiếp với chuẩn dữ liệu lớp LLC IEEE 802.2.Cấu trúc giao thức được miêu tả trong hình 4.1 nơi lớp vật lý thực hiện một trong bachức năng: • Trải phổ nhảy tần (FH). • Định hướng nối tiếp trực tiếp (DS). • Hồng ngoại. Lớp liên kết dữ liệu 802.2 MAC DSSS PHSS IR PHY PHY 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 13 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  14. 14. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G • 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 nhưngchúng lai thực hiện các chức năng khác nhau.2.2.1.1 Cấu trúc hệ thống Với một cấu hình trạm và một điểm truy cập ta có thể tạo ra một tập dịch vụcơ bản (BSS), nó bao gồm các khối chính của chuẩn IEEE 802.11 WLAN. Một BBS đơn giản nhất bao gồm hai trạm giao tiếp trực tiếp với nhau. Phươngthức này thường được tham chiếu tới một mạng đặc biệt bởi vì IEEE 802.11 WLANtiêu biểu này được tạo ra khi cần cho những mục đích đặc biệt (như sự chuyển dữliệu từ máy tính cá nhân này sang máy tính cá nhân khác. Kiểu IEEE 802.11WLAN cơ bản này được gọi là BSS độc lập (IBSS) Thành phần thứ hai trong cơ sở hạ tầng của BSS bao gồm một AP (là mộtSTA đặc biệt) đóng vai trò phối hợp của BSS. Thay vì tồn tại độc lập, các BSS có thể được kết nối với nhau thông qua mạngcơ sở, mạng đó được gọi là hệ phân phối (DS). Toàn bộ WLAN (bao gồm nhiềuBSS và một DS) truyền thông với nhau nhờ IEEE 802.11, giống như một mạngkhông dây đơn được gọi là ESS (thiết lập dịch vụ mở rộng, như được chỉ ra tronghình 4.2. Việc kết hợp giữa một STA và một BSS riêng biệt sẽ được thiết lập thành hệthống tự động.2.2.1.2 Đặc tính cơ bản của hệ thống Một số đặc tính cơ bản của IEEE 802.11 được đưa ra trong bảng 2.1. Đó là một trong nhưng tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá về IEEE 802.11 màkhông cần đến DS (ví dụ: nó không chỉ rõ DS cần phải thuộc lớp liên kết dữ liệuhay lớp mạng). Thay vào đó IEEE 802.11 xác định một tập các dịch vụ liên quanđến các thành phần khác nhau của kiến trúc mạng. Các dịch vụ này này được phânchia thành các phần trong STA, gọi chung là dịch vụ trạm (SS) và tới DS được gọilà dịch vụ phần bổ hệ thống (DSS). Cả hai loại dịch vụ được sử dụng bởi lớp conMAC IEEE 802.11. 14 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  15. 15. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Hình 2.2 một ESS Bảng 2.1 Những dịch vụ của STA: • Chứng thực và không chứng thực; • 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 theoIEEE 802.11, trong khi các DSS được cung cấp bởi DS. 15 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  16. 16. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G 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 dụngnhững 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 lớpvật lý đều chứa hai thực thể quản lý: thực thể quản lí lớp con MAC (MLME) vàthực thể quản lý lớp PHY (PLME). Những thực thể này cung cấp các giao diệnquản 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 đầutiên là lớp con phụ thuộc vào môi trường vật lý (PMD), với các sóng mang đượcđiều chế và mã hoá. Lớp thứ hai là lớp giao thức hội tụ lớp vật lý (PLCP), với chứcnăng đặc biệt, hỗ trợ PHY SAP thông thường và cung cấp kênh báo hiệu rỗi. MAC_SAP Thực thể quản lý lớp con MAC Lớp con MAC MLME_SAP PHY_SAP MLME_PLME_SAP Thực thể quản lý Lớp con PLCP trạm PMD_SAP Thực thể quản lý Lớp con PHY PLME_SAP Lớp con PMD Hình 2.3 lớp giao thức Mô hình này được thiết kế với mục tiêu thực hiện, với cùng một lớp MAC,một PHY lựa chọn giữa FH, DH hoặc IR (được miêu tả trong bảng 2.2). 16 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  17. 17. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Một sự mô tả chi tiết hơn của những khía cạnh liên quan tới lớp vật lý, ngườiđọc có thể xem phần [ 5,6 ]2.2.1.4 Lớp MAC Lớp địa chỉ MAC chịu trách nhiệm cung cấp cho các dịch vụ sau: • Dịch vụ dữ liệu không đồng bộ, cung cấp cho các thực thể chuẩn IEEE 802.2 với khả năng trao đổi các MSDU; • Các dịch vụ bảo mật, với chuẩn IEEE 802.11cung cấp bởi dịch vụ chứng thực và cơ chế wired-equivalent privacy(WEP); • Sắp xếp MSDU, cho tập hợp các MSDU nhận được tại giao diện dịch vụ MAC của một trạm bất kỳ, là sự thay đổi thứ tự phân phối của các MSDU quảng bá và truyền thông đa điểm, liên quan tới các MSDU trực tiếp, phát sinh từ địa chỉ trạm nguồn. Bảng 2.2 PHY đặc biệt Khuôn dạng khung MAC được chỉ ra ở hình 4.4 và bao gồm các thành phầnsau: • 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 17 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  18. 18. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G • 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 18§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  19. 19. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Phương pháp truy cập căn bản: DCF Giao thức truy cập đường truyền cơ bản (DCF) cho phép chia sẻ tài nguyêngiữa các STA thông qua việc sử dụng CSMA/CA. Trong giao thức này, trước khitruyền, STA sẽ biết được trạng thái đường truyền. Nếu như đường truyền rỗi trongkhoảng thời gian xác định, gọi là không gian phân bố liên khung (DIFS), STAthực hiện sự phân bổ dữ liệu của nó. Nói cách khác nếu đường truyền bận vì STAkhác đang phát, thì nó sẽ dừng quá trinh truyền và sau đó thực hiện giải thuậtbackoff trong của sổ tranh chấp (CW). Việc thực hiện này của giao thứcCSMA/CA được phác thảo trong hình 2.6 Hình 2.6 Giao thức CSMA Cơ chế backoff sử dụng trong DCF là riêng biệt và thời gian của một DIFSđược chia thành các khe thời gian, khoảng thời gian phụ thuộc vào môi trường vậtlý được sử dụng (cố định theo một phương pháp mà trạm có thể phát hiện ra sựtruyền tin của trạm khác). Thuật toán backoff dựa theo sự chuyển đổi số mũ nhịphân: với mỗi quá trình truyền, giá trị của khoảng thời gian giữa hai lần truyền tinđược tạo ra là ngẫu nhiên, biến đổi trong khoảng (0,CW). Giá trị CW phụ thuộcvào số lần gói tin được truyền đi, sự truyền tin đầu tiên nó sẽ tạo ra giá trị CWmin(cửa sổ tranh chấp tối thiểu) và được liên tiếp tăng lên tới giá trị cực đại CWmax,như trong hình 2.7. Trong ví dụ này CWmin là 7 và CWmax là 63. Giá trị của haitham số này phụ thuộc vào lớp vật lý đã được định nghĩa trong chuẩn. 19§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  20. 20. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Hình 2.7 ví dụ về sự tăng theo luật số mũ của CW. Thuật toán số mũ backoff được kích hoạt mỗi khi một trong các lí do sauxuất hiện: • Khi STA nhận thấy đường truyền bận; • 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 nơinhận phát đi bản tin ACK để chứng thực (hình 2.8). Vì vậy một khung ACK sẽđược truyền bởi bất cứ tram đích nào khi nó nhận thành công một khung truyềnđơn điểm (unicas), tuy nhiên trạm đích sẽ không gửi lại ACK nếu như nó nhậnđược bản tin quảng bá từ nơi gửi. Trên thực tế cơ chế cảm nhận đường truyền ảo đạt được bởi việc phân phốithông 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 cáchthông tin chiếm dụng đường truyền. Khung RTS và CTS chứa các thông tin vềtrường địa chỉ ID, nó liên quan tới đường truyền dự trữ để truyền khung dữ liệuthực sự và khung ACK gửi lại. Tất cả các STA kể cả STA nguồn (phát bản tinRTS) và STA đích (phát bản tin CTS) đều được biết sự chiếm dữ đường truyền. 20§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  21. 21. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G 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 rỗngcó thể (IMS), nó được mô tả như sau: • SIFS là khoảng thời gian ngắn nhất, được mượn để phân chia sự truyền thuộc về một giao tiếp đơn (RTS-CTS hoặc DATA-ACK) . Giá trị này là cố định và được tính theo cách mà trạm phát có thể chuyển sang chế độ nhận và có khả năng giải mã các khung đầu vào. • PCF IFS (PIFS) được sử dụng bởi AP để gia tăng khả năng truy nhập tới đường truyền trước tất cả các trạm khác. Giá trị của nó được tính toán bởi SIFS cộng với một khe thời gian. 21§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  22. 22. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G • IFS phân bố (DIFS) là thời gian sử dụng của một STA khi khởi động một quá trình truyền mới. Giá trị của nó được tính bởi PIFS cộng với một khe thời gian. • IFS mở rộng (EIFS) là IFS dài nhất được sử dụng bởi một STA nhận một khung có khoảng thời gian không được xác nhận. Việc này sẽ ngăn chặn sự đụng độ giữa các STA không nhận được thông tin RTS/CTS. Hình 2.9 quá trình hạn chế đường truyền. PCF tuỳ chọn Tuỳ chọn PCF được thực hiện để cung cấp sự truyền dẫn khung không chanhchấp do đó hỗ trợ các dịch vụ giới hạn thời gian như truyền dữ liệu và thoại khôngđồng bộ. Cơ chế này dựa trên point coordinator (PC) với quyền ưu tiên cao hơn cácSTA khác. Nếu muốn truyền, nó phải đợi một khoảng thời gian PIFS ngắn hơnDIFS. Các STA khác phải tuân theo những quy tắc truy nhập đường truyền của PCFbởi việc thiết lập NAV của chúng tại thời điểm bắt đầu chu kỳ không chanh chấp(CFP). Các tính chất hoạt động của PCF giống như tất cả STA khác là có khả nănghoạt động đúng đắn trong một BSS cụ thể. Và việc truy cập điểm tới BSS có khảnăng nhận tất cả các khung gửi dưới sự điều khiển của PCF. Nó cũng là lựa chọncho một STA để có thể đáp ứng tuần tự chanh chấp (CF-poll) nhận được từ một PC.Một STA mà có thể đáp ứng các CF được tham chiếu đến các CF và có thể yêu cầusắp xếp bởi một PC tích cực. CF-sắp xếp của các STA và một PC không sử dụngRTS/CTS trong CPF. Khi được sắp xếp bởi PC, một CP-pollable của STA chỉ cóthể truyền duy nhất một đơn vị dữ liệu giao thức MAC (MPDU) tới bất kỳ nơi nào ( 22 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  23. 23. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4Gkhông cứ chỉ trong PC) và có thể đi kềm với thông tin về khung đã nhận được từmột 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. 23 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  24. 24. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Nói chung các khung báo hiệu và khung thăm dò chứa đựng thông tin để kếtnối 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 trườngđiều khiển của khung MAC) để lựa chọn BSS và đợi khung thông tin trả lời tươngứng. Nếu không có BSS nào thoả mãn những yêu cầu đó, STA phải khởi độngmột IBSS với những tính chất của chính STA đó. Hình 2.11 đưa ra một ví dụ vềquét tích cực của một ESS. Hai chức năng khác có thể được kéo theo đó là tập hợp và phân tách. Sự hợpnhất lại có thể được đưa ra nếu một STA muốn di chuyển từ AP này sang AP kháchoặc nếu một STA muốn thay đổi những thuộc tính tập hợp trong khi nó đã hợpnhất với cùng một AP như thế. Dịch vụ phân tách được đưa ra khi một kết hợp bịhuỷ bỏ. Hình 2.11 Ví dụ về quá trình tập hợp thành một BSS.2.2.1.7 Chứng thực và bảo mật IEEE 802.11 cung cấp khả năng điều khiển truy nhập mạng LAN thông quachức năng chứng thực. Khả năng này được cung cấp bởi một STA để nhận biết sựtruyền thông của nó tới các STA khác trong một BSS hay IBSS. Có hai phương thức chứng thực: Chứng thực hệ thống mở: là kỹ thuật mặc định. Một khung truyền bởi STAsẽ cần đến dịch vụ chứng thực, và một khung mang thông tin trả lời sẽ được 24§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  25. 25. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4Gtruyền từ một STA có liên quan. Đây chính là kết quả của quá trình chứng thực.Nếu quá trình thành công thì các STA đã giao tiếp với nhau sẽ được xác nhận. Chứng nhận chia sẻ mã dùng chung. Đây là kỹ thuật an toàn nhất. Nó baogồm một tập hợp các quá trình thực hiện sử dụng chung một chìa khoá bí mậtthông qua một kênh an toàn khác với các quá trình đã được sử dụng bởi IEEE802.11. Chia sẻ mã xác nhận là yêu cầu sử dụng của cơ chế WEP. STA sử dụng giảithuật WEP để tạo ra sự trao đổi thông tin một cách bảo mật. Nó mượn một từ mãbí mật 40 bít và chỉ mã hoá dung lượng tối đa của khung dữ liệu. WEP sử dụnggiải thuật phân chia (RC4) từ an toàn dữ liệu RSA.2.2.1.8 Phân đoạn Quá trình phân chia của một MSDU thành các khung thông tin MAC nhỏhơn, MPDUs được gọi là phân mảnh. Quá trình phân đoạn tạo ra các MPDUngắn hơn chiều dài thực của MDSU để tăng thêm sự tin cậy và như vậy sẽ làmgiảm sự chuyển tiếp thông tin như đã nêu ra ở trên trong trường hợp giới hạn kênhtiếp nhận có khả năng dài hơn khung thông tin. Các MPDU là kết quả từ việc phân chia của một MSDU được gửi đi mộtcách độc lập, mỗi một MPDU sẽ được nhận biết (hình 2.12). STA phát khôngđược phép truyền các khung thông tin mới tới khi một trong các điều kiện sau đâyxảy 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 APsẽ truyền một bản tin báo hiệu nơi mà thời gian nhận định là thời gian thực. Việcnày ngăn chặn sự mất đồng bộ của các STA. Bản tin báo hiệu chỉ bị trễ nếu mộttrạm đang truyền dữ liệu. 25§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  26. 26. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G2.2.1.10 Di động STA có thể thay đổi nơi nó kết nối là các BSS bằng cách sử dụng quá trìnhquét tích cực hay thụ động và chức năng hợp nhất. Trên thực tế một STA được kếtnối đến một BSS, nếu nó thấy chất lượng kết nối kém thì nó sẽ kiểm tra môitrường truyền dẫn để tìm ra một kết nối tin cậy hơn. Nếu như việc tìm kiếm thànhcông 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 tintrả 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. Nếumột STA muốn ngừng chuyển mạch vô tuyến vào một thời điểm nào đó, nó sẽcảnh báo AP thông qua trường điều khiển trong khung. Trong trường hợp này, APsẽ lưu trữ tạm thời các khung vào các STA trong chế độ tiết kiệm năng lượng (PS)và sau đó, trong suốt quá trình truyền của bản tin báo hiệu, AP sẽ truyền một bảnđồ chỉ thi tuyến truyền (TIM) chứa thông tin định vị về các STA có bộ đệmkhung. Vì vậy, STA sẽ nghe ngóng bản tin báo hiệu sau khi chúng được gửi đi. Nếunhư có một vài khung có bộ đệm, chúng sẽ yêu cầu một gói tin từ AP với mộtkhung có mức độ ưu tiên (PS-poll) và kiểm tra sự sắp xếp về quá trình nhận dữliệu. Nếu không có những khung có bộ đệm, các STA sẽ trở lại trạng thái khônghoạt động. Đây là trường hợp truyền đơn điểm. 26§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  27. 27. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Trong trường hợp khác, trong việc truyền thông tin đa điểm/ quảng bá, mộtTIM đặc biệt gọi là TIM phân phối (DTIM) gồm nhiều TIM sau khi AP truyền đinhững gói quảng bá. Cơ chế PS được chỉ rõ trong hình 2.13 Trong chế độ ad hoc, mỗi STA có thể truyền một khung báo hiệu. Sau mỗikhoảng thời gian giữa hai bản tin, mỗi STA sẽ canh tranh để truyền những bản tinbáo hiệu với thuật toán backoff. Chỉ có một STA được truyền và các STA khác sẽhuỷ bỏ bản tin báo hiệu của chúng và tự điều chỉnh thời gian so với thời gian chứatrong bản tin báo hiệu được truyền. Cơ chế PS giống như đã mô tả ở phần trướcviệc mô tả sớm hơn, nhưng trongtrường hợp nàymột TIM đặc biệt được sử dụng, goi là TIM ad hoc (ATIM).ATIM được truyền trong cửa sổ ATIM, trong tất cả các trạm bao gồm cả quá trìnhthực hiện trong PS. Các ATIM là những khung truyền đơn điểm được báo nhậnbởi trạm thu. Sau quá trình này trạm nhận phải được đưa vào trạng thái kích hoạtvà được thông báo trên toàn mạng. Cơ chế được mô tả trong hình 4.14 Hình 2.13 Cơ chế PS trong một cơ sơ hạ tầng BSS Hình 2.14 Cơ chế PS trong một mạng Ad hoc 27§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  28. 28. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G2.2.1.12 Khả năng hỗ trợ Cả trong chuẩn IEEE 802.11 và những chuẩn mở rộng của nó( IEEE 802.11avà IEEE 802.11b), ở đó cung cấp các khả năng truyền dữ liệu tại các tốc độ bítkhác nhau. Để hỗ trợ cho tuỳ chọn này, một tập hợp những tốc độ cơ bản và cáctiến trình thao tác đã được định nghĩa. Tất cả các khung điều khiển đều tồn tại ởcác tốc độ cơ bản nhất định trong khi đó dữ liệu được trao đổi giữa các STA ởnhững tốc độ cao hơn khi chúng được hỗ trợ bởi các quá trình này.2.3 HIPERLAN-22.3.1 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 củahệ thống được cung cấp, sau đó tập trung tìm hiểu sâu về lớp MAC và lớp điềukhiển 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 tacho rằng ở đây chuẩn loại 1 của HIPERLAN cung cấp một mạng WLAN tốc độcao, và chuẩn loại 2 của HIPERLAN được ứng dụng để thiết lập truy cập nhanhtới mạng cơ sở IP, UMTS và ATM. Hình 2.15 chỉ rõ điều này. Hình 2.15 Nhóm BRAN 28§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  29. 29. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Cấu trúc giao thức của HIPERLAN có một vài điểm khác nhau giữa loại 1và loại 2. HIPERLAN loại 1 cung cấp một phương pháp truy cập gọi là sự nhượngbộ- trong quá trình truy cập song song cùng mức ưu tiên (EY-NPMA) mà nó đượchình thành từ một CSMA/CA với 3 thủ tục: giải pháp quyền ưu tiên, loại bỏ vàkhả năng thực thi. Chồng giao thức của ETSI BRAN HIPERLAN-2 bao gồm 2 lớp, mỗi lớptrong số chúng phân chia thành các vùng sử dụng và lớp điều khiển sử dụng (hình2.16). Phần sử dụng bao gồm các hàm liên quan đến sự truyền dữ liệu qua các kếtnối, trong khi chức năng điều khiển bao gồm các hàm liên quan tới quá trình điềukhiển, 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 phápmodem với băng thông dải gốc và một phần RF. Khuôn dạng truyền trong lớp vậtlý với phần tiêu đề và phần dữ liệu. Phương pháp điều chế được chọn cho lớp vậtlý là OFDM. OFDM được chọn vì nó đáp ứng tốt trên phân kênh tốc độ cao. 29§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  30. 30. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Lớp DCL gồm có điều khiển lỗi (EC), điều khiển kết nối vô tuyến (RCL) vàchức năng MAC. Lớp DCL được phân chia thành dữ liệu và chức năng điềukhiển. Phần chuyên chở dữ liệu người dùng điều khiển gói dữ liệu tới từ điểm truycập dịch vụ người dùng của các lớp cao hơn (U-SAP). Phần chuyên chở dữ liệungười dùng cũng chứa EC -EC thực hiện một nghi thức yêu cầu lặp lại tự động(ARQ). DLC là giao thức kết nối định hướng và mỗi kết nối DLC một EC riêngbiệt được tạo ra. Việc này cho phép thưc hiện điều khiển lỗi cho các kết nối khácnhau ( phụ thuộc vào lớp dịch vụ. Phần điều khiển chứa chức năng RLC, chứcnăng này cung cấp một dịch vụ chuyên chở tới điều khiển kết nối DLC (DCC),điều khiển môi trường truyền dẫn sóng vô tuyến (RRC), và chức năng điều khiểntập gộp (ACF). Cuối cùng CL cũng được phân chia vào trong phần dữ liệu truyền và phầnđiều khiển. Phần dữ liệu truyền cung cấp sự thích nghi của dữ liệu người dùng vàkhuôn dang lớp (DLC-SDU). Nếu giao thức mạng lớp trên cao hơn giao thứcmạng lớp ATM thì nó cũng sẽ chứa chức năng phân chia từng đoạn và kết hợp(SAR) giúp chuyển đổi các gói tin lớp cao hơn (SDUs) với độ dài biến đổi thànhcác gói có độ dài cố định được sử dụng trong DLC. Chức năng SAR là một phầnquan trọng của CL vì nó có thể tạo ra sự tương thích và khả năng thực hiện giữaDLC và lớp PHY mà không phụ thuộc vào sự cố định của mạng HIPERLAN-2.Phần điều khiển của CL có thể sử dụng để điều khiển các chức năng trong DLC (ví dụ như khi thay đổi các tham số CL tại thời gian hợp nhất).2.3.3 Cấu trúc hệ thống HIPERLAN-2 Hệ thống cấu trúc theo kiểu tập trung (CM) mặc dù kết nối giữa hai hoặcnhiều tổng đài lưu động như hình 2.17. Trên thực tế, kiểu kết nối trực tiếp (DM)có thể được thiết lập giữa hai hay nhiều tổng đài lưu động giúp chúng có khả năngtrao đổi thông tin trực tiếp. Hai thành phần chính trong hệ thống tập trung này đó là: • Thiết bị đầu cuối di động (MT): có khả năng kết nối tới các thiết bị khác nếu cần, và tới những tài nguyên ngoài mạng. 30§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  31. 31. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G • AP: có thể kết hợp với các MT khác trong vùng của nó và điều khiển một hay nhiều sector. Mô hình giao thức của nó khác với giao thức của các MT với MAC và RLC khác nhau.2.3.4 Đặc tính cơ bản của hệ thống Một số đặc tính cơ bản của hệ thống HIPERLAN-2 được mô tả trong bảng2.3. Sự hợp nhất của HIPERLAN thành một trong những mạng cố định nhờ cómặt của CL, nó được cấu tạo từ phần chung (CP). CP giúp phân chia thành từngđoạn và hợp nhất theo từng lớp mạng, và dịch vụ (SSCS). Trong phần này mô hình tham khảo giao thức HIPERLAN được khảo sát chitiết hơn. Hình2.17 Cấu trúc tập trung mạng HIPERLAN-2 Bảng2.3 Tính năng cơ bản của HIPERLAN-2 31§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  32. 32. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G2.3.5 Lớp vật lý Khuôn dạng khung truyền cơ bản trên lớp vật lý là một burst bao gồm phầntiêu đề và phần dữ liệu (nơi mà DLC-SDU được truyền đi). Như đã nhắc đến, lớpvật lý của HIPERLAN được điều chế OFDM và những đặc điểm chính của nóđược tổng kết trong bảng 2.4. Bảng2.4 Thông số lớp PHY2.3.6 Lớp DCL Lớp DCL là sự liên kết lơgic giữa một AP và các MT hợp nhất của nó. LớpDCL thực hiện dịch vụ liên quan đến các nhân tố như đặc tính của mỗi kết nối(QoS), chất lượng kênh truyền, số lượng thiết bị đầu cuối và việc chia sẻ tàinguyên với mạng truy cập khác trong cùng một vùng. DCL hoạt động trong mộtkết nối cơ bản, và cung cấp những tính năng của nó để duy trì QoS trong kênh ảocơ bản. Điều này phụ thuộc vào kiểu dịch vụ được yêu cầu, chất lượng kênh, dunglượng và cách sử dụng. Lớp DLC có thể bổ xung các trạng thái khác nha như: sửalỗi phía trước (FEC), ARQ, điều khiển luồng để tối ưu hoá dịch vụ cung cấp vàbảo trì QoS. Hai khái niệm chính của lớp DCL đó là kênh logic và kênh vận chuyển. Một kênh logic là giới hạn chung cho bất kỳ luồng dữ liệu nào. Một tập hợpnhững kiểu kênh lôgic được định nghĩa cho nhiều loại dữ liệu theo yêu cầu bởilớp DCL. Mỗi kiểu kênh logic được định nghĩa bởi kiểu thông tin mà nó vậnchuyển và ý nghĩa của các giá trị trong bản tin tương ứng. Kênh logic có thể được 32§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  33. 33. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4Gnhìn nhận như những kết nối logic giữa những thực thể logic, và vì vậy nhữngkênh logic được sử dụng khi có nội dung của bản tin thông báo tham chiếu tới.Tên của kênh logic bao gồm 4 kí tự. Lớp DCL của HIPERLAN-2 định nghĩa cáckệnh logic sau: 1. Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): nó vận chuyển thông tin kênhđiều khiển quảng bá liên quan tới toàn bộ các tế bào vô tuyến. 2. Kênh điều khiển khung (FCCH): dành cho tuyến xuống, nó mô tả cấutrúc khung MAC. Cấu trúc này được đưa ra bởi resuorce grant messages (RGs). 3. Kênh phản hồi truy cập ngẫu nhiên (RFCH): dành cho tuyến xuống,nó đưa ra thông tin về các MT ( mà các MT này đã sử dụng RCH trong khungMAC trước đó) và kết quả truy cập của chúng. Nó được truyền một lần trên mộtkhung MAC trong một sector. 4. Kênh quảng bá RLC (RBCH): dành cho tuyến xuống, nó vận chuyểnthông tin điều khiển quảng bá liên quan tới toàn bộ tế bào radio. Thông tin đượctruyền bởi RBCH được phân loại như sau: • Bản tin RLC quảng bá; • Gán MAC-ID cho một không kết hợp; • Thông tin ID lớp hội tụ; • Mã hoá. RBCH chỉ được truyền khi thật sự cần thiết. 5. Kênh điều khiển dành riêng (DCCH): truyền bản tin RLC trong quátrình kết nối lên trên trực tiếp. Một DCCH được thiết lập tuyệt đối trong thời gianhợp nhất của một MT. 6. Kênh quảng bá người dùng (UBCH): dành cho tuyến xuống, nótruyền dữ liệu quảng bá từ CL. UBCH được truyền trong quá trình phát lặp haykhông xác định kiểu và có thể kết hợphoặc phân tách thành các LCCH. 7. Kênh đa người dùng (UMCH): dành cho tuyến xuống, được dùng đểtruyền dữ liệu người dùng theo phương pháp điểm-đa điểm. UMCH được truyềntrong chế độ không báo nhận. 33§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  34. 34. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G 8. Kênh dữ liệu người dùng (UDCH): thực hiện truyền dữ liệu hai chiều,nó được sử dụng để trao đổi dữ liệu giữa các AP và các MT trong CM hoặc giữacác MT trong DM. UDCH có thể kết hợp hoặc không kết hợp thành các LCCH. 9. Kênh điều khiển kết nối (LCCH): thực hiện truyền dữ liệu hai chiều,nó được dùng để thay đổi thông tin phản hồi ARQ và loại bỏ bản tin cả trong CMvà DM. LCCH cũng được sử dụng để truyền những thông báo yêu cầu tài nguyên(RRs) theo tuyến lên (chỉ trong CM) và những thông báo loại bỏ cho một UBCHsử dụng kiểu phát lặp. Các LCCH có hoặc không thể kết hợp với cácUDCH/UBCH. 10. Kênh điều khiển hợp nhất (ASCH): dành cho tuyến lên, trong trườnghợp này các MT không thể hợp nhất thành một AP sẽ truyền một thông tin hợpnhất mới và yêu cầu một handover Những kênh logic được hình thành trong các kênh vận chuyển khác nhau.Những kênh chuyên trở này đưa ra các yếu tố cơ bản cho việc xây dựng các đơnvị dữ liệu giao thức (PDU) và mô tả khuông dạng của các bản tin (độ dài, cáctham số mô tả tương ứng). Tuy nhiên nội dung của bản tin thông báo và các thamsố của nó tuỳ thuộc vào các kênh logic. Các kênh vận chuyển được đặt tên vàđươc viết tắt với ba kí tự. Sau đây là các kênh chuyên trở được định nghĩa tronglớp DCL: 1. Kênh quảng bá (BCH): dành cho tuyến xuống, nó chứa 15 byte thông tin về tế bào radio như một sự nhận diện của AP và mức ưu tiên truyền hiện thời của nó. 2. Kênh khung (FCH): dành cho tuyến xuống, độ dài của kênh là bội số của 27 octet. Nó chứa sự mô tả cách tài nguyên được cấp phát và có thể cũng chứa thông tin về phần khung rỗng. 3. Kênh phản hồi truy nhập (ACH): dành cho tuyến xuống, chiều dài của nó là 9 octet. Nó chứa thông tin về yêu cầu truy nhập của các RCH trước đó. 4. Kênh vận chuyển dài (LCH): là kênh kết nối hai chiều, chiều dài của nó là 54 octet. Nó được dùng để truyền DLC user PDUs ( U-PDUs của 54 byte với 48 byte trong tải). 34§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  35. 35. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G 5. Kênh vận chuyển ngắn (SCH): kết nối hai chiều, chiều dài của kênh là 9 octet. Nó được sử dụng để thay đổi DCL điều khiển các PDU (9 byte C-PDU). 6. Kênh ngẫu nhiên (RCH): dành cho tuyến xuống, độ dài 9 octet. Nó được sử dụng để gửi các thông tin điều khiển khi không có SCH nào được cấp. Nó mang dữ liệu RRs cũng như ASCH và DCCH. Hình 2.18-2.20 cho thấy bản đồ sự chuyển đổi của những kênh logic thànhnhững kênh vận chuyển trong kiểu tập trung và kiểu trực tiếp. Hình 2.18 Ánh xạ giữa kênh logic và kênh vận chuyển trong tuyến xuống. Hình 2.19 Ánh xạ giữa kênh logic và kênh vận chuyển trong tuyến lên. Hình 2.20 Ánh xạ giữa kênh logic và kênh vận chuyển trong kết nối trực tiếp. 35§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  36. 36. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G2.3.6.1 Lớp MAC Giao thức MAC dựa trên cơ sở TDMA/TDD và các khung cho biết một chukỳ lặp lại của 2ms. Các AP điều khiển phân phối tài nguyên và hầu như xác địnhrõ nếu hai MT có thể trao đổi thông tin trực tiếp. Một AP cần biết trạng thái bộđệm của mình và các bộ đệm khác bên trong các MT và việc phân phối tài nguyênmà RG đã vận chuyển. Các MT có thể yêu cầu tài nguyên, (thuật ngữ là dunglượng truyền), và sử dụng RRs (nơi có sự nhận định về trạng thái những bộ đệmAP). Việc chọn lựa này các MT có thể yêu cầu dung lượng cố định trên nhiềukhung.2.3.6.2 Thao tác MAC Giao thức MAC kéo theo những yếu tố sau: • Một bộ lập lịch, tập trung bên trong AP giúp xác định sự hợp thành của khung MAC. Nó tuân theo các quy tắc của mỗi kênh chuyên chở mà nó quản lý. Để xắp xếp hình thành khung, nó sử dụng các thông tin có trong RRs( mà các RR này được truyền bởi MT) và trạng thái của bộ đệm truyền dẫn tuyến xuống. • Một tiến trình trong Aps và trong MTs( nhận và truyền PDUs theo khung MAC) được định nghĩa bởi AP. • Một tiến trình chuyển đổi những kênh logic thành những kênh chuyên chở. • Những thực thể MAC trao đổi thông tin điều khiển giống như trong FCCH và yêu cầu tài nguyên hay sự phản hồi cho kênh chanh chấp. Giao thức MAC cung cấp sự nhận biết lỗi đặc biệt trong quá trình kết nối lêntrên với các RRs và việc loại bỏ các PDU. Sự nhận biết này gồm các trường haibit. Bít đầu tiên (được gọi là bit chứa lí do lỗi ) chứa tổng số lỗi bên trong cácBCH và FCH hay LCH. Bit thứ hai (gọi là bit chất lượng kênh truyền) chứa chấtlượng toàn bộ kênh truyền. 36§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  37. 37. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Thao tác AP MAC Một trong các quá trình thực hiện truyền thông tin từ các AP là việc tính toánsự hợp thành khung; các kênh BCH, FCH và ACH cũng được chuẩn bị và đượctruyền. Chúng có khả năng truyền ( với tuyến xuống), nhận và sử lý các PDU tớitừ các MT chấp nhận kết nối hiện thời và sự hợp thành khung (với tuyến lên). Quátrình này được thực hiện cả trong CM và DM (thực tế thì AP cũng có thể đượckéo theo trong quá trình kết nối trực tiếp). Cuối cùng các AP nhận và sử lý cácPDU được truyền bởi các MT trong RCH và các ACH đáp ứng. Thao tác MT MAC Các MT nhận và sử lý BCH và FCH, và có khả năng ước lượng cấu khunghiện thời. Chúng cũng có khả năng truyền (trong quá trình truyền xuống dưới),nhận, sử lý các PDU tới từ các MT chấp nhận kết nối hiện thời và sự hợp thànhkhung (trong quá trình truyền lên trên) theo quy luật. Quá trình này được thựchiện trong cả CM và DM. Cuối cùng chúng có thể truy nhập tới RCH, kết cấukhung và ACH.2.3.6.3 Khung MAC Cấu trúc khung MAC được chỉ trong hình 2.21. Hai hay nhiều hơn STA kếtnối trực tiếp ở bất kì đâu, dữ liệu của chúng phải được truyền trong pha kiên kếttrực tiếp (DIL) mà nó sẽ hình thành. Chúng ta chú ý rằng khoảng thời gian củaBCH cố định trong khi những kênh khác thì thời gian sống được đáp ứng độngbởi sự phụ thuộc của AP vào tình trạng kênh truyền. Hình 2.21 cấu trúc khung MAC cơ bản 37§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  38. 38. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G2.3.6.4 Địa chỉ MAC Mỗi MT có sự liên hệ với MAC-ID, đây là địa chỉ duy nhất cho một AP và được gán tại thời điểm hợp nhất. MAC-ID được mã hoá với 8 bit, giá trị 0 và 254- 255 được dự trữ cho mục đích đặc biệt. Cũng giống như trong MT, mỗi kết nối cũng được định địa chỉ với một kết nối DLC-ID, địa chỉ này được mã hoá 6 bit. Trong kiểu tập trung, một DLCC-ID và MAC-IDs của AP và MT xác định phương thức truyền thông của chúng. Khi đó trong kiểu trực tiếp DLCC-ID và MAC-IDs của MT thì xác định kết nối của chúng. Network identifer (NET-ID) xác định APs cùng thuộc một mạng của một quá trình truyền tin nhất định. 2.3.6.5 Truy cập tới RCH Mỗi MT quản lý một của sổ tranh chấp CWa, là số lượng sự chuyển tiếp bởi MT. Quá trình truyền tin đầu tiên, a có giá trị bằng 0. CWa điều khiển sự truy cập tới RCH và kích thước của nó được tính như sau: 1. Lần truyền đầu tiên: a=0, CWa =n 2. Quá trình truyền: a ≥1, CWa =256 nếu 2a ≥256; CWa = 2a nếu n< 2a ≤256; CWa = n nếu n ≥ 2a CWa được tạo bởi giá trị max(2a, n) RCHs, và mỗi giá trị được tăng lên từ 1 đến CWa.Trong quá trình truyền của nó, mỗi MT chọn ngẫu nhiên số r trong khoảng từ 1 tới CWa và bắt đầu đếm từ r RCHs. MT chỉ có thể truy cập vào r th RCH. Cuối cùng nếu nó nhận được ACK với hồi tiếp dương, nó sẽ thiết lập lại từ a tới 0. 2.3.7 Các DCL khác Hầu hết các dịch vụ DCL được thực hiện bởi RLC và những thực thể EC. Trong một số trường hợp đặc biệt, RLC thực hiện quyền điều khiển của lớp DCl. Nó bao gồm 3 nhân tố, mỗi nhân tố có chức năng hoạt động khác nhau. Các thực thể báo hiệu này là điều khiển kết nối DLC (DCC), RRC và ACF. Điều khiển kết nối DLC đang được đặc biệt hoá trong quá trình đưa ra báo hiệu thích hợp cần thiết để thiết lập hoặc huỷ bỏ kết nối. Chức năng thiết lập kết 38§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  39. 39. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4Gnối bắt đầu khi có yêu cầu, các yêu cầu này được xuất phát từ MT là chủ yếu.Trong suốt quá trình này, các đặc tính kết nối được sử dụng. Nếu AP chấp nhậnyêu cầu của MT, một bản tin xác nhận được gửi trở lại. DCC cũng hỗ trợ chứcnăng báo hiệu giải phóng và khả năng sửa đổi kết nối được thiết lập. ACF hỗ trợ tất cả các chức năng liên quan tới sự trao đổi thông tin về dunglượng kết nối và sự kết hợp của MT với AP tương ứng. Nếu MT tìm thấy AP thíchhợp nhất để liên kết (quyết định này dựa vào những phép đo tín hiệu của MT), nósẽ yêu cầu một MAC-ID từ AP đó. Quá trình được tiếp tục với sự trao đổi thôngtin trong lớp PHY, lớp quy tụ, chức năng chứng thực và mã hoá. Sự mã hoá bắtđàu với một chìa khoá trao đổi để đảm bảo an toàn giữa các phần. HIPERLAN-2hỗ trợ cả hai tiêu chuẩn :mã hoá dữ liệu và giải thuật mã hoá 3-DES. Các yếu tốnhư: thủ tục chứng nhận,bản tin tóm lược (MD5), mã xác nhận hasbased(HMAC), rivest, Shamir, thuật toán Adleman (RSA) cũng được hỗ trợ. Sau khi sựhợp nhất được hoàn thành, MT sẽ đòi hỏi một hoặc nhiều kết nối người dùngDLC. Việc phân tách có thể làm theo hai cách: explicitly hay implicitly. Dạng củanó là MT khởi đầu và xuất hiện khi MT không có yêu cầu giao tiếp từ hệ thốngmạng, đây là một tình trạng đặc biệt sảy ra sau một thời gian dài MT ngừng hoạtđộng. Quá trình điều khiển tài nguyên sóng vô tuyến kéo theo bốn chức năngchính: handover, lựa chọn tần số động (DFS), MT sống và nguồn nuôi quá trìnhsử lý. Handover chính là MT khởi đầu, nó yêu cầu chất lượng những phép đo củamối liên kết từ các MT khác để quyết định hoạt động của handover (quá trìnhhandover được mô tả chi tiết trong mục 4.3.8) Lựa chọn tần số động là quá trình tự gán các tần số cho mỗi AP trong truyềnthông. Những thủ tục này tính đến cả vấn đề nhiễu từ các AP và những phép đoMT hợp nhất của chúng. MT sống cung cấp AP với khả năng cấu hình lại nếu bất kỳ một MT hợpnhất nào không truyền phát được. Một bộ đệm thời gian có thể được thiết lập đểgiới hạn thời gian tạm nghỉ của các MT. Nếu không có sự phản hồi nào từ MT tớiAP, một quá trình phân tách bắt đầu. 39§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  40. 40. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Nguồn nuôi được sử dụng để xác nhận tín hiệu dành riêng cho quá trình điềukhiển năng lượng truyền và định nghĩa trạng thái nghỉ của MTs Thực thể điều khiển lỗi của HIPERLAN-2 hỗ trợ ba chế độ hoạt động khácnhau: • Chế độ báo nhận. • Chế độ phát lặp. • Chế độ không báo nhận. Chế độ báo nhận cung cấp sự truyền đáng tin cậy sử dụng quá trình chuyểntruyền lại để khắc phục tuyến kết nối chất lượng kém. Sự chuyển tiếp này dựa trênsự báo nhận từ máy thu. Giao thức ARQ được sử dụng ở đây là sự lặp lại có chọnlọc (SR) và EC chấp nhận kích thước của cửa sổ truyền sẽ được sử dụng, việc nàytuỳ thuộc vào yêu cầu của mỗi kết nối. Để hỗ trợ QoS cho ứng dụng giới hạn thờigian (tiếng nói, hình ảnh thời gian thực), EC cũng có thể sử dụng một cơ chế loạibỏ để loại bỏ LCHs đã quá thời gian sống. Hình 2.22 minh hoạ dữ liệu và điềukhiển luồng trong chế độ báo nhận. Hình 4.22 Luồng điều khiển và dữ liệu trong kiểu xác nhận. Chế độ phát lặp cũng cung cấp một quá trình truyền đáng tin cậy bởi việc lặplại LCHs. Trong chế độ này, nơi phát sẽ truyền liên tiếp các LCH mới và đượcchấp nhận để tạo ra sự lặp lại trong mỗi LCH. Nơi thu không cung cấp bản tinphản hồi nào. Kiểu phát lặp được sử dụng cho sự truyền của UBCH. Hình 2.23minh hoạ luồng dữ liệu và điều khiển luồng trong chế độ phát lặp. 40§¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  41. 41. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G Hình 2.23 Luồng dữ liệu và luồng điều khiển trong kiểu phát lặp Cuối cùng, chế độ không báo nhận cung cấp quá trình truyền không tin cậy. Trong chế độ này, dữ liệu chỉ được truyền từ nơi phát tới nơi thu. Không có điều khiển phát lại ARQ hoặc thông báo loại bỏ nào được hỗ trợ. Kiểu không xác nhận được sử dụng cho quá trình truyền của UMCH, DCCH trong LCH, và RBCH trong LCH, nhưng cũng có thể được sử dụng cho UDCH (UDCH trong một kết nối nhất định có thể được gửi trong chế độ báo nhận hoặc không báo nhận. Hình 2.24 minh hoạ việc điều khiển luồng và dữ liệu trong chế độ không báo nhận. Hình 2.24 Luồng dữ liệu và điều khiển trong kiểu không xác nhận2.3.8 Handover Khả năng handover được hỗ trợ cho HIPERLAN-2 chính là MT khởi đầu. Tuynhiên có một AP-khởi đầu cho handover trong trường hợp một AP muốn giảm tảicủa nó để tăng khả năng thực hiện hoặc cho các mục đích khác. Hoạt động này sẽkhông thực hiện nếu MT không đủ dung lượng cho một quá trình handover. MThandover có thể thức hiện theo 3 cách khác nhau:chuyển giao khu vực, chuyển giaosóng vô tuyến và chuyển giao mạng. Chuyển giao khu vực là quá trình xảy ra khi một MT di chuyển từ một sectornày tới sector khác. Điều này có nghĩa là MT làm việc trong một tế bào sectorzised.MT yêu cầu chuyển giao theo sector cũ. Nếu việc truyền thông giữa sector cũ và 41 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  42. 42. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4GMT khả thi, MT sẽ thay đổi tới sector mới; nói một cách khác nó sẽ phải gửi mộtyêu cầu cho sector mới và chuyển tới đó. Trong cả hai trường hợp, AP cần phải trảlời với một bản tin ACK. Handover radio (intra-IP) yêu cầu một môi trường nhiều bộ phát trên một tếbào. Nó có thể xuất hiện khi một MT hợp nhất di chuyển từ vùng biên của một APtruyền (APT) tới vùng biên của một AP khác, khi chúng cùng thuộc một AP. Hệ sốcủa toàn bộ quá trình tính từ MT khởi đầu và MT thông báo cho AP về hoạt độnghandover. Trong trường hợp MT bị trả về vùng cũ, nó vẫn phải thông báo cho APhợp nhất. Quá trình truyền thông giữa hai thực thể này được thực hiện thông quaAPT cũ, cho tới khi AP nhận được bản tin về handover. Ngoại trừ bản tin này, MTphải gửi một yêu cầu để thông tin tới AP đích. Quá trình handover sẽ không kếtthúc cho đến khi MT nhận được thông tin đầy đủ về handover radio. Handover mạng (inter-AP) là quá trình phức tạp nhất bởi vì nó kéo theo chứcnăng lớp cao hơn. Nó xuất hiện trong khi một MT kết hợp di chuyển từ AP này tớiAP khác. Loại handover này về cơ bản giúp hỗ trợ quy trình báo hiệu như handoverradio nhưng cũng bao gồm một cơ chế an toàn để khẳng định MT đó thực sự tạo ramột handover mạng từ AP cũ thành AP mới. Loại handover này có thể yêu cầu giaothức báo hiệu đặc biệt ở các lớp cao hơn để duy trì sự hợp nhất với những tính chấttrên và để đảm bảo tận dụng kết nối được thiết lập. Một handover radio và mạngđược minh hoạ trong hình 2.25. Hình 2.25 Quy trình handover mạng và radio 42 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  43. 43. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4G2.3.9 CL CL có hai chức năng chính. Chức năng đầu tiên đó là thích nghi những yêucầu dịch vụ lớp cao hơn tới chức năng của lớp DCL. Chức năng thứ hai là sửa đổidữ liệu truyền trong mỗi đơn vị (gói) , vì vậy các thông tin đó được chấp nhận khitới các lớp cao hơn hay thấp hơn. Cho đến lúc này có hai kiểu định nghĩa CL. Mộtlà tế bào cơ sở và được sử dụng cho kết nối với mạng ATM, trong khi gói cơ bảnkhác được sử dụng cho kết nối với mạng cố định. Lớp quy tụ được phân chia thànhhai phần chính đó là CP và SSCS. Mục đích chung của các phần này là sẽ phânchia, hợp nhất những gói đi qua nó và thêm một vài bit dư thừa để tạo sự tươngthích với những khuôn dạng gói của lớp khác. Mỗi lớp con sẽ tạo ra sự thích nghitrong quá trình truyền tin để giao tiếp với mạng cố định. Cho đến lúc này, chỉ cógiao diện Ethernet được nói rõ.2.3.10 Hỗ trợ QoS trong HIPERLAN-2 Một vấn đề hết sức quan trọng, trong quá trình mạng hoạt động, mỗi kháchhàng có thể sử dụng mạng vào nhiều kiểu truyền tin khác nhau. Tuy nhiên phươngthức này cần phát triển mỗi ngày cùng với yêu cầu sử dụng dịch vụ tốt hơn. Mỗimột luồng truyền dẫn khác nhau thì yêu cầu sự nghiên cứu khác nhau, dựa vào dảithông, thời gian trễ, hoặc tỉ lệ bit lỗi của chúng để ngăn ngừa các dịch vụ khôngđáp ứng được. Để giải quyết vấn đề này, những chức năng đặc biệt củaHIPERLAN-2 đưa ra các vấn đề sau: HIPERLAN-2 hỗ trợ QoS theo nhiều cách khác nhau. Điều này có thể đượctập trung vào ba điểm chính trong kiến trúc HIPERLAN-2 hiện thời. Đầu tiên, kết nối định hướng tự nhiên của HIPERLAN-2 tạo ra kết nối dễ dàngđể thực hiện trợ giúp cho nhiều kết nối QoS khác nhau. Dữ liệu được truyền giữaAP và MT ngay sau khi quá trình kết nối hoàn thành. Quá trình này yêu cầu chứcnăng báo hiệu mà nó liên quan đến phần điều khiển kết nối người dùng DCL củaRLC. Đa số các kết nối được hỗ trợ là hai chiều và kết nối điểm-điểm. và kết nốiđiểm – đa điểm cũng được hỗ trợ trong kết nối đơn hướng từ AP đến MT. Tính năng chính của hỗ trợ QoS là ánh xạ lên các RLC PDUs. Quá trình nàydiễn ra trong suốt quy trình thiết lập kết nối, khi tính chất của mỗi kết nối đangđược thoả thuận giữa AP và MT. DLC cung cấp hai kiểu thiết lập đó là: quy trình 43 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền
  44. 44. WLAN, WPAN và bước phát triển đến hệ thống thông tin di động 4Gthiết lập kết nối người dùng DLC với AP (DUC) và quy trình kết nối MT-ngườidùng (DUC). Trong cả hai quy trình này, AP quyết định có hay không thiết lập kếtnối cuối cùng. Ánh xạ của QoS yêu cầu có thể dễ dàng được thực hiện bên trongkhung dữ liệu mang thông tin thiết lập kết nối. Số lượng thuộc tính trao đổi đượcgiới hạn bởi kích cỡ của LCH. Điểm cuối cùng của QoS trong hoạt động của HIPERLAN-2 là các khả năngkhác nhau của SSCS. Giả thiết Ethernet SSCS là tiêu chuẩn có thể được sử dụng ởbên dưới IPv6, những khả năng đó nâng cao hiệu suất của QoS. Điều này có thể đạtđược khi sử dụng quyền ưu tiên của QoS theo chuẩn 802.1( nó được hỗ trợ bởiEthernet SSCS). Theo chuẩn này, 8 mức ưu tiên khác nhau được đưa ra. Nhữngquyền ưu tiên này được ánh xạ tới hàng đợi và thông tin về quyền ưu tiên đượcmang ở phần tiêu đề vừa được chèn vào trong khung IEEE 802.3. Tiêu đề này giúpphân biệt kiểu dữ liệu truyền, trong khi mỗi kiểu được gán một số đặc biệt. AP vàMT sử dụng chuẩn IEEE802.1p trong khi các chuẩn hỗ trợ thông thường là sự phốihợp tốt nhất.2.4 MMAC-PC MMAC-PC thay thế cho hệ thống thông tin truy cập di động đa phương tiện.Mục đích chính của những hệ thống MMAC là cung cấp truyền tin tốc độ cao củathông tin đa phương tiện chất lượng cao vào bất kỳ thời điểm nào và tại bất cứ đâuvới sự liên kết tới mạng cáp quang. Vị trí của MMAC được chỉ ra ở hình 2.26 44 §¹i häc C«ng NghÖ - §HQGHN Lưu Thị Thu Hiền

×