Archive for January 4, 2011

Kiến trúc chung của chuẩn IEEE 802.11


IEEE 802.11 là một chuẩn hình thành bởi một lớp vật lý và một lớp địa chỉ MAC. Qua lớp này, chuẩn được giao tiếp với dữ liệu lớp LLC IEEE 802.2. Cấu trúc giao thức được miêu tả trong hình 1, lớp vật lý thực hiện một trong ba chức năng:

•  Trải phổ nhảy tần (FH-frequency hopping).

•  Trải phổ trình tự trực tiếp (DS-direct sequence).

•  Hồng ngoại (IR-Infrared).

 

 

Hình: 1 Lớp giao thức

Hệ thống được cấu thành từ các thành phần:

  • Trạm (STA-Station): là nơi truyền thông, thông thường là trạm lưu động.
  • Điểm truy cập (AP-Access point): là trạm trung tâm đặc biệt làm nhiệm vụ điều hành lưu lượng, trạm này thường hoạt động ở một kênh cố định và một vị trí cố định. Điểm truy cập có thể được nhìn thấy nhờ sự phối hợp bên trong của một nhóm trạm.
  • Cổng kết nối (PO-Portal): là một điểm truy cập đặc biệt, giúp liên kết chuẩn IEEE 802.11 WLANs và chuẩn 802.x của mạng LANs. Vì vậy cổng kết nối đưa ra sự hợp nhất về mặt logic giữa hai kiểu kiến trúc mạng trên.

Tất cả các trạm, điểm truy cập, cổng kết nối tạo ra cấu trúc giao thức ở hình 1 nhưng chúng lại thực hiện các chức năng khác nhau.

Advertisements

Comments off

Mô hình và mô phỏng mạng theo IEEE 802.11p


Trong nghiên cứu và phát triển, mô phỏng thường được sử dụng để điều tra và đánh giá các hệ thống vẫn chưa có thật trên thực tế, hoặc để xác định hoạt động của một hệ thống theo các tham số khác nhau. Trong trường hợp truyền thông vehicle-to-X, các mô hình mô phỏng đều sử dụng các tham số tương ứng với chuẩn IEEE 802.11p. NS-2 là một chương trình mô phỏng được sử dụng rộng rãi. Chương trình NS-2 hỗ trợ các mô phỏng của mạng không dây tuân theo chuẩn IEEE 802.11. Tuy nhiên, các mô hình mô phỏng thường bị hạn chế và thiếu sót về mặt chính xác, mở rộng, cấu trúc, sự rõ ràng của quá trình mô phỏng. Chen et al. (2007) đã đề xuất cách khắc phục các vấn đề trên. Chức năng và cấu trúc tổng quan được minh họa trong Hình 7.4.

Trong phương pháp này, mỗi khối chức năng của các lớp MAC và PHY được thực hiện  thành từng module tách biệt với chức năng rõ ràng, giao diện hợp lý và theo cấu trúc tuần tự. Trong lớp MAC các khối chính và các modle chính là: các khung dữ liệu truyền-nhận, sự kết hợp của truyền khung dữ liệu và nhận khung dữ liệu, quản lý các thủ tục backoff,quản lý trạng thái kênh vật lý,và quản lý trạng thái kênh ảo. Một số chức năng bổ sung được mở rộng trong mô phỏng đó là: xử lý các khung dữ liệu quản lý, hỗ trợ đa kênh hoặc hỗ trợ chất lượng dịch vụ dựa theo EDCA.

Một khung dữ liệu được chuyển đến lớp MAC được truyền là lần đầu tiên giải quyết bởi khối phối hợp truyền thông (transmission coordination). Ở đây, tất cả các quy trình trước khi kênh được truy cập được mô hình, như chờ đợi cho các không gian liên khung, chờ đợi cho đúng số lượng backoff khe cắm (phối hợp cụ thể của khối quản lý backoff – backoff manager) hoặc thực hiện trước RTS / CTS trao đổi. Ngoài ra, sự truyền lại được điều khiển bởi khối phối hợp truyền thông (transmission coordination). Sau đó, khi kết thúc truy cập kênh  khối phối hợp truyền thông (transmission coordination) chuyển tiếp khung đến khối truyền thông (transmission)tương tác với các lớp vật lý (physical layer). Khối truyền thông (transmission) cũng nhận các khung dữ liệu điều khiển từ khối phối hợp tiếp nhận (reception coordination) và quản lý khung dữ liệu (nếu có). Khi tiếp nhận gói tin thì khối tiếp nhận (reception) được thông báo bởi lớp vật lý mỗi khi có khung dữ liệu đến. Đầu tiên nó kiểm tra trình tự điều khiển khung dữ liệu (frame control sequence check) để xác định khung dữ liệu đã được nhận là chính xác, trong mô phỏng, thông tin này được cung cấp bởi lớp vật lý (physical layer) phụ thuộc vào điều kiện tiếp nhận khung dữ liệu. Tiếp theo, nó tiếp tục boc tách địa chỉ rồi chuyển tiếp các gói tin đến khối phối hợp tiếp nhận. Trong trường hợp của khung dữ liệu bị lỗi thì thực hiện các hành động tiếp được thực hiện (sử dụng IFS mở rộng). Khối phối hợp tiếp nhận truyền CTS và ACK đến khối truyền dẫn ngay khi một đáp ứng RTS và khung dữ liệu đến. Khối phối hợp tiếp nhận (reception coordination) cũng báo hiệu CTS và ACK chấp nhận đến khối phối hợp truyền dẫn (transmission coordination). Cuối cùng kênh trạng thái (được quản lý bởi khối quản lý trạng thái kênh – channel state manager) nhận được trạng thái vật lý từ lớp vật lý, cũng như thông tin trường thời gian (duration field) của khung dữ liệu nhận được và giữ kênh ở trạng thái bận bằng NAV (network allocation vector)

Comments off

IEEE 802.11p chuẩn truy nhập mạng không dây dùng cho các phương tiện chuyển động.


Chuẩn 802.11p được phát triển dựa trên chuẩn 802.11a. Chuẩn 802.11p được bổ sung một số chức năng để truyền thông vehicle-to-X như sau: môi trường truyền dữ liệu luôn luôn thay đổi, cách thức truyền thông tin như trong mạng Ad-hoc, độ trễ nhỏ và hoạt động trong khoảng tần số dành riêng.

Lớp truy nhập môi trường (Medium access layer)

Điểm khác biệt cơ bản giữa chuẩn 802.11p và các chuẩn wifi 802.11 khác đó là khả năng truyền thông bên ngoài phạm vi của các dịch vụ cơ bản đã được thiết lập để cho phép truyền thông trong mạng Ad-hoc có tính di động cao. Đối với các chuẩn WiFi 802.11 thì phải mất thời gian khá dài để hình thành kết nối khi nhận khung thông tin đầu tiên, điều này là không thể chấp nhận được trong trường hợp muốn hình thành kết nối trao đổi thông tin giữa 2 xe đang chuyển động ngược chiều nhau. Các lớp MAC/PHY trong 802.11p cũng không hỗ trợ điều này, nhưng bù lại chúng được cung cấp bởi một trạm quản lý (Station management entity SME) hoặc được dung cấp bởi giao thức cấp cao hơn. Trong trường hợp cần truyền thông vehicle-to-X thì sử dụng các giao thức của chuẩn IEEE 1609 (IEEE 2006) sẽ có các thủ tục cần thiết. Chuẩn IEEE 802.11p có thêm phương thức truyền thông bên ngoài một điểm dịch vụ cơ bản (BSS-Basic service set) do đó chuẩn IEEE 802.11p có thể truyền thông trong những chuyển động không biết trước của xe cộ.

 

Truyền thông tin bên ngoài của một BSS làm giảm các chức năng của lớp MAC đối với các nhu cầu cơ bản. Tất cả các định dạng khung dữ liệu không cần thiết được loại bỏ và chỉ có một  lượng nhỏ khung dữ liệu cần thiết vẫn còn: dữ liệu được truyền bằng cách sử dụng các định dạng khung dữ liệu QoS cho phép ưu tiên các khung dữ liệu của một gói dữ liệu dựa vào các kĩ thuât EDCA được trình bày trong phần sau. Các khung dữ liệu unicast được ghi nhận(đánh dấu) và có thể được truyền đến trước khi thiết lập tùy chọn khung dữ liệu theo kiểu RTS/CTS. Khái niệm khung dữ liệu quản lý đặc biệt được đưa ra, đó là khung dữ liệu thông tin và định thời (timing and information frame). Khung dữ liệu này có chức năng “gợi ý” một cách nhanh chóng các đơn vị bên lề đường được phép quảng cáo thông tin về các dịch vụ. Những thông tin có thể chứa nhãn thời gian và  thông tin đồng bộ hóa thời gian, hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu hoặc thông tin bằng cách phối hợp cáctrạm tăng cường (EDCA), và có khả năng công bố dịch vụ của các lớp cao hơn (ví dụ như quy định trong IEEE 1609)

 

Hình 7.3 Sơ đồ truy nhập kênh phân phối mở rộng. Phỏng Hình 4 của tiêu chuẩn IEEE sử dụng thử cho truy cập không dây trong môi trường xe cộ (WAVE- Wireless Access in Vehicular Environments) – Hoạt động đa kênh.

Một khía cạnh quan trọng trong truyền thông liên xe cộ an toàn là ưu tiên các thông điệp quan trọng về an toàn và thông tin quan trong về thời gian, các thông tin này phải được thông báo đến các phương tiện xung quanh để chúng biết đến vụ va chạm. Do đó IEEE 802.11p có thêm chức năng truy nhập kênh phân phối mở rộng (EDCA-enhanced distributed channel access) (Truy nhập kênh phân phối mở rộng- được sửa đổi dựa trên chuẩn 802.11e) có khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ tốt (QoS-quality of service). Các quy tắc của truy cập trung gian được quy định bởi việc sử dụng EDCA để thay DCF, EDCA xác định bốn cấp độ truy nhập (AC – access categories) khác nhau. Ứng dụng tạo ra các bản tin sẽ gán cho mỗi khung dữ liệu một trong bốn cấp độ truy nhập tùy thuộc vào tầm quan trọng và khẩn cấp của nội dung khung dữ liệu. Mỗi cấp độ truy nhập (AC) được xác định bởi một chỉ số cấp độ truy nhập (ACI – access category index), chỉ số cấp độ truy nhập này được giữ ở hàng đợi khung dữ liệu của riêng từng cấp độ truy nhập. Lớp truy nhập trung gian có vai trò thiết lập các chỉ số cấp độ truy nhập trên. Hình 7.3 đưa ra một kiến trúc tổng quan của EDCA trong truyền thông vehicle-to-X: có hai loại kênh là các kênh điều khiển (CCH-control channel) và các kênh dịch vụ (SCH- service channel), mỗi kênh có bốn hàng đợi riêng biệt, mỗi hàng đợi lại có các tham số như trong Bảng 7.1. Số AIFSN (arbitration inter frame space number) thay thế DIFS cố định đã quy định tại các DCF. Thời điểm môi trường truyền tin được cảm nhận nhàn rỗi trước khi nó có thể được truy cập phải vượt quá thời gian một SIFS bởi khe thời gian AIFSN. Ngoài ra, giá trị CWmin và CWmax là các thông số riêng của từng AC. Phân tích các giá trị đưa ra trong bảng 7.1, các khung dữ liệu gửi với ACI=3 thì có cơ hội cao để truy nhập môi trường sớm hơn do có giá trị AIFSN thấp hơn và CW thấp hơn trong trường hợp backoff. Tóm lại, khung dữ liệu với có ACI = 0 có quyền truy cập thường xuyên, ACI = 1 được dự kiến cho nền trước giao thông nền, ACI=2 và ACI=3 được dự trữ cho các thông tin ưu tiên. ví dụ: cảnh báo an toàn khi cần thiết. Tuy nhiên, không có ưu tiên chính xác: tranh chấp giữa các mục truy cập được giải quyết trong nội bộ, chỉ các khung dữ liệu có thời gian chờ thấp nhất mới thật sự tranh chấp môi trường truyền dẫn với các trạm khác. Lưu ý rằng xung đột ‘nội bộ’ có thể xảy ra, trong trường hợp này, khung dữ liệu có mục truy nhập cao hơn (có ACI thấp hơn) được ưa tiên.

 

Để truyền thông vehicle-to-X chuẩn IEEE 1609 bản sử dụng thử nghiệm (IEEE 2006) được phát triển cung cấp các dịch vụ cần thiết trên một lớp cao hơn trong giới hạn tải của khung dữ liệu IEEE 802.11p; Sau đây đưa ra một số khía cạnh tổng quan của IEEE 1609:

  • IEEE 1609.1 định nghĩa quản lý tài nguyên là cho phép đa ứng dụng chạy trên các đơn vị bên lề đường để giao tiếp với các đơn vị được gắn trên nhiều phương tiện. Nó phục vụ trên lớp ứng dụng.
  • IEEE 1609.2 định nghĩa dịch vụ bảo mật cho các giao tiếp vehicle-to-X như chứng thực và mã hóa các thông điệp trạm.
  • IEEE 1609.3 quy định cụ thể các dịch vụ mạng cho truyền thông vehicle-to-X truyền thông, trong đó có một stack và giao thức cụ thể để handle WAVE shortmessages (WSM).
  • IEEE 1609.4 định nghĩa cách các hoạt động của nhiều kênh khác nhau được tổ chức và có một mối quan hệ với cơ chế EDCA mô tả ở trên.

Comments (2) »

Đặc điểm chung của các chuẩn mạng Wi-Fi


Kiến trúc

Chuẩn 802.11 cũng như các chuẩn khác trong họ IEEE 802, nó tập trung vào 2 tầng thấp nhất trong mô hình OSI – là tầng vật lý (tiếng Anh: physical) và tầng liên kết dữ liệu (tiếng Anh: datalink). Do đó, tất cả hệ thống mạng theo chuẩn 802 đều có 2 thành phần chính là MAC (Media Access Control) và PHY (Physical). MAC là một tập hợp các luật định nghĩa việc truy xuất và gửi dữ liệu, còn chi tiết của việc truyền dẫn và và thu nhận dữ liệu là nhiệm vụ của PHY.

Tầng MAC

Mạng wireless cho phép người truy cập mạng di động – và tầng MAC là nơi hiện thực tính năng này. Do đó, khác với đặc tả của chuẩn IEEE 802 về tầng MAC của các mạng có dây truyền thống – tầng MAC của chuẩn 802.11 sẽ có thêm nhiều tính năng phức tạp hơn nhiều.

Tầng PHY

Do tính đặc thù của mạng không dây là tầng PHY dựa trên sóng vô tuyến nên trong tầng PHY sẽ có nhiều vấn đề và kỹ thuật hiện thực khác hơn nhiều so với mạng có dây.

Các thiết bị dùng trong mạng không dây

Access Point: Access Point (điểm truy cập) cung cấp 1 ngõ truy cập cho client khi muốn kết nối vào WLAN. Đây là 1 thiết bị thuộc dạng bán song công (tiếng Anh: half-duplex), hoạt động tương đương như một Switch Ethernet thông minh.

Wireless Bridge: Wireless bridge (birdge không dây) cung cấp 1 kết nối giữa 2 segment LAN có dây, và nó được sử dụng cả trong mô hình điểm-điểm lẫn điểm-đa điểm. Nó là một thiết bị hoạt động ở tầng 2 theo kiểu half-duplex.

Ăngten: Ăngten (antenna) là một thiết bị dùng để chuyển đổi tín hiệu cao tần trên đường truyền thành sóng truyền trong không khí. Dải sóng điện từ phát ra từ antenna được gọi là beam hay lobe. Có 3 loại RF antenna phổ biến là omni-directional (truyền tín hiệu theo mọi hướng), semi-directional (truyền tín hiệu theo một hướng), và highly-directional (truyền tín hiệu điểm-điểm). Mỗi loại lại có nhiều kiểu antenna khác nhau, mỗi kiểu có những tính chất và công dụng khác nhau. Các antenna có độ lợi lớn cho vùng phủ sóng rộng hơn antenna có độ lợi thấp với cùng một mức công suất.

<Sưu tầm>

Comments off

Tìm hiểu về các chuẩn Wi-Fi


Trong lúc Hiệp hội Wi-Fi (Wi-Fi Alliance), các tổ chức và các nhà sản xuất đang cùng bàn thảo để cho ra đời các đặc tả kỹ thuật cuối cùng cho chuẩn 802.11n đầy hứa hẹn, chúng ta cùng nhìn lại quá trình hình thành và phát triển của các chuẩn Wi-Fi. Hiểu rõ các đặc điểm của từng chuẩn, chúng ta sẽ có cái nhìn rõ ràng hơn, để chọn lựa cho mình một sản phẩm phù hợp hơn với nhu cầu sử dụng và túi tiền. Sau đây là các chuẩn Wi-Fi đã có:

802.11

Năm 1997, Viện kỹ sư điện và điện tử (IEEE- Institute of Electrical and Electronics Engineers) đưa ra chuẩn mạng nội bộ không dây (WLAN) đầu tiên – được gọi là 802.11 theo tên của nhóm giám sát sự phát triển của chuẩn này. Lúc này, 802.11 sử dụng tần số 2,4GHz và dùng kỹ thuật trải phổ trực tiếp (Direct-Sequence Spread Spectrum-DSSS) nhưng chỉ hỗ trợ băng thông tối đa là 2Mbps – tốc độ khá chậm cho hầu hết các ứng dụng. Vì lý do đó, các sản phẩm chuẩn không dây này không còn được sản xuất nữa.

802.11b

Từ tháng 6 năm 1999, IEEE bắt đầu mở rộng chuẩn 802.11 ban đầu và tạo ra các đặc tả kỹ thuật cho 802.11b. Chuẩn 802.11b hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps, ngang với tốc độ Ethernet thời bấy giờ. Đây là chuẩn WLAN đầu tiên được chấp nhận trên thị trường, sử dụng tần số 2,4 GHz. Chuẩn 802.11b sử dụng kỹ thuật điều chế khóa mã bù (Complementary Code Keying – CCK) và dùng kỹ thuật trải phổ trực tiếp giống như chuẩn 802.11 nguyên bản. Với lợi thế về tần số (băng tần nghiệp dư ISM 2,4GHz), các hãng sản xuất sử dụng tần số này để giảm chi phí sản xuất.

Nhưng 802.11b có thể bị nhiễu do lò vi sóng, điện thoại và các dụng cụ khác cùng sử dụng tần số 2,4GHz. Tuy nhiên, bằng cách lắp đặt 802.11b ở khoảng cách hợp lý sẽ dễ dàng tránh được nhiễu.

Ưu điểm của 802.11b là giá thấp, tầm phủ sóng tốt và không dễ bị che khuất. Nhược điểm của 802.11b là tốc độ thấp; có thể bị nhiễu bởi các thiết bị gia dụng.

802.11a

Song hành với 802.11b, IEEE tiếp tục đưa ra chuẩn mở rộng thứ hai cũng dựa vào 802.11 đầu tiên – 802.11a. Chuẩn 802.11a sử dụng tần số 5GHz, tốc độ 54Mbps tránh được can nhiễu từ các thiết bị dân dụng. Đồng thời, chuẩn 802.11a cũng sử dụng kỹ thuật trải phổ khác với chuẩn 802.11b – kỹ thuật trải phổ theo phương pháp đa phân chia tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiplexing-OFDM). Đây được coi là kỹ thuật trội hơn so với trải phổ trực tiếp (DSSS). Do chi phí cao hơn, 802.11a thường chỉ được sử dụng trong các mạng doanh nghiệp, ngược lại, 802.11b thích hợp hơn cho nhu cầu gia đình. Tuy nhiên, do tần số cao hơn tần số của chuẩn 802.11b nên tín hiện của 802.11a gặp nhiều khó khăn hơn khi xuyên tường và các vật cản khác.

Do 802.11a và 802.11b sử dụng tần số khác nhau, hai công nghệ này không tương thích với nhau.

Ưu điểm của 802.11a là tốc độ nhanh; tránh xuyên nhiễu bởi các thiết bị khác. Nhược điểm của 802.11a là giá thành cao; tầm phủ sóng ngắn hơn và dễ bị che khuất.

802.11g

Năm 2002 và 2003, các sản phẩm WLAN hỗ trợ chuẩn mới hơn được gọi là 802.11g nổi lên trên thị trường; chuẩn này cố gắng kết hợp tốt nhất 802.11a và 802.11b. 802.11g hỗ trợ băng thông 54Mbps và sử dụng tần số 2,4GHz cho phạm vi phủ sóng lớn hơn. 802.11g tương thích ngược với 802.11b, nghĩa là các điểm truy cập (access point -AP) 802.11g sẽ làm việc với card mạng Wi-Fi chuẩn 802.11b

Tháng 7/2003, IEEE phê chuẩn 802.11g. Chuẩn này cũng sử dụng phương thức điều chế OFDM tương tự 802.11a nhưng lại dùng tần số 2,4GHz giống với chuẩn 802.11b. Điều thú vị là chuẩn này vẫn đạt tốc độ 54Mbps và có khả năng tương thích ngược với chuẩn 802.11b đang phổ biến.

Ưu điểm của 802.11g là tốc độ nhanh, tầm phủ sóng tốt và không dễ bị che khuất. Nhược điểm của 802.11g là giá cao hơn 802.11b; có thể bị nhiễu bởi các thiết bị gia dụng.

802.11n

Chuẩn Wi-Fi mới nhất trong danh mục Wi-Fi là 802.11n. 802.11n được thiết kế để cải thiện tính năng của 802.11g về tổng băng thông được hỗ trợ bằng cách tận dụng nhiều tín hiệu không dây và anten (gọi là công nghệ MIMO-multiple-input and multiple-output). Khi chuẩn này hoàn thành, 802.11n sẽ hỗ trợ tốc độ lên đến 100Mbps. 802.11n cũng cho tầm phủ sóng tốt hơn các chuẩn Wi-Fi trước đó nhờ tăng cường độ tín hiệu. Các thiết bị 802.11n sẽ tương thích ngược với 802.11g.

Ưu điểm của 802.11n là tốc độ nhanh nhất, vùng phủ sóng tốt nhất; trở kháng lớn hơn để chống nhiễu từ các tác động của môi trường. Nhược điểm của 802.11n là chưa được phê chuẩn cuối cùng; giá cao hơn 802.11g; sử dụng nhiều luồng tín hiệu có thể gây nhiễu với các thiết bị 802.11b/g kế cận.

Các đặc điểm kỹ thuật của IEEE 802.11
802.11a 802.11b 802.11g 802.11n
Năm phê chuẩn Tháng 7/1999 Tháng 7/1999 Tháng 6/2003 Chưa
Tốc độ tối đa 54Mbps 11Mbps 54Mbps 300Mbps hay cao hơn
Điều chế OFDM DSSS hay CCK DSSS hay CCK hay OFDM DSSS hay CCK hay OFDM
Dải tần số trung tần (RF) 5GHz 2,4GHZ 2,4GHZ 2,4GHz hay 5GHz
Spatial Stream 1 1 1 1, 2, 3 hay 4
Độ rộng băng thông 20MHz 20MHz 20MHz 20 MHz hay 40 MHz

<Sưu tầm>

Comments off