Đang tải... (xem toàn văn)
Việc sử dụng mạng cục bộ vô tuyến xuất phát từ nhu cầu của quân đội mong muốn có được phương thức truyền thông tin đơn giản, dễ lắp đặt và bảo mật để sử dụng trong chiến tranh. Ngày nay việc ứng dụng mạng cục bộ vô tuyến vào đời sống xã hội trở nên phổ biến do chi phí ngày càng giảm, tính tiện lợi, khả năng di động, tốc độ ngày càng cao và ổn định không kém so với mạng có dây. Hầu hết các doanh nghiệp, bệnh viện, trường học… đều có thể triển khai các phân đoạn mạng vô tuyến giúp tiết kiệm thời gian triển khai cài đặt, chi phí và cho phép linh hoạt trong kết nối. Công nghệ truyền thông vô tuyến phát triển không ngừng, trong đó việc tạo ra những bộ Wireless Controller cho phép chúng ta có thể mở rộng và chuyển vùng trong mạng dễ dàng hơn. Tuy nhiên do đặc thù của mạng vô tuyến là thiếu ổn định do ảnh hưởng bởi môi trường như nhiễu, giao thoa, suy giảm tín hiệu và tính bảo mật kém nên việc thiết kế mạng không tốt sẽ làm giảm hiệu quả của mạng thậm trí mạng không hoạt động được. Việc nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến là cần thiết để mang lại hiệu quả to lớn trong việc triển khai mạng, giải quyết dễ dàng các vấn đề khi sử dụng mạng đặc biệt là vấn đề bảo mật thông tin. Trong quá trình làm đề tài “Nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến” tôi đã được sự hướng dẫn chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong khoa, trong trường, các nhân viên và lãnh đạo của công ty thông tin tín hiệu đường sắt Hà Nội và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn ThS. Vương Hoàng Nam Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới Thầy giáo hướng dẫn TS. Vương Hoàng Nam, Bộ môn Hệ thống Viễn thong, Khoa Điện tử Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội;Ông Hoàng Trọng Kiên , Bộ phận IT công ty Thông Tin Tín Hiệu Đường Sắt Hà Nội, cùng các thầy cô trong Khoa Điện tử Viễn thông và Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; đã có những giúp đỡ kịp thời cũng như những ý kiến quí báu giúp tôi hoàn thành đồ án này.
Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung Lời nói đầu Việc sử dụng mạng cục bộ vô tuyến xuất phát từ nhu cầu của quân đội mong muốn có được phương thức truyền thông tin đơn giản, dễ lắp đặt và bảo mật để sử dụng trong chiến tranh. Ngày nay việc ứng dụng mạng cục bộ vô tuyến vào đời sống xã hội trở nên phổ biến do chi phí ngày càng giảm, tính tiện lợi, khả năng di động, tốc độ ngày càng cao và ổn định không kém so với mạng có dây. Hầu hết các doanh nghiệp, bệnh viện, trường học… đều có thể triển khai các phân đoạn mạng vô tuyến giúp tiết kiệm thời gian triển khai cài đặt, chi phí và cho phép linh hoạt trong kết nối. Công nghệ truyền thông vô tuyến phát triển không ngừng, trong đó việc tạo ra những bộ Wireless Controller cho phép chúng ta có thể mở rộng và chuyển vùng trong mạng dễ dàng hơn. Tuy nhiên do đặc thù của mạng vô tuyến là thiếu ổn định do ảnh hưởng bởi môi trường như nhiễu, giao thoa, suy giảm tín hiệu và tính bảo mật kém nên việc thiết kế mạng không tốt sẽ làm giảm hiệu quả của mạng thậm trí mạng không hoạt động được. Việc nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến là cần thiết để mang lại hiệu quả to lớn trong việc triển khai mạng, giải quyết dễ dàng các vấn đề khi sử dụng mạng đặc biệt là vấn đề bảo mật thông tin. Trong quá trình làm đề tài “Nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến” tôi đã được sự hướng dẫn chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong khoa, trong trường, các nhân viên và lãnh đạo của công ty thông tin tín hiệu đường sắt Hà Nội và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn ThS. Vương Hoàng Nam Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới Thầy giáo hướng dẫn TS. Vương Hoàng Nam, Bộ môn Hệ thống Viễn thong, Khoa Điện tử Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội;Ông Hoàng Trọng Kiên , Bộ phận IT công ty Thông Tin Tín Hiệu Đường Sắt Hà Nội, cùng các thầy cô trong Khoa Điện tử Viễn thông và Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; đã có những giúp đỡ kịp thời cũng như những ý kiến quí báu giúp tôi hoàn thành đồ án này. Ngày 19 tháng 10 năm 2011 Trần Khắc Trung 1 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung Tóm tắt đồ án Mục đích của đồ án là nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến trên nền chuẩn IEEE 802.11a/b/g. Đồ án trình bày về công nghệ, thiết bị sử dụng, kiến trúc mạng, sự chuyển vùng, các kênh và việc sử dụng các kênh, các vấn đề về nhiễu, sự suy giảm tín hiệu, vấn đề bảo mật, phương pháp thiết kế một mạng cục bộ vô tuyến. Trên thực tế trong khóa thực tập, tại công ty thông tin tín hiệu đường sắt Hà nội tôi đã thiết kế thử nghiệm và tìm hiểu rất nhiều về mạng WLAN của công ty. Tiêu chí thiết kế mạng là tối ưu vùng phủ sóng, giảm nhiễu, bảo mật cao, nâng cấp dễ dàng và giảm chi phí Đồ án được trình bày trong 3 chương; trong đó: Chương 1: Giới thiệu chung; Chương 2: Nghiên cứu cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến; Chương 3: Thiết kế mạng cục bộ vô tuyến. Abstract The purpose of my thesis is to research and develop Wireless Local Area Network Infrastructure rely on IEEE 802.11a/b/g. The thesis presents technologies, devices, architectures, roaming, channels and ways of using channels, interference, signal reduction, securities as well as designing method for a Wireless Local Area Network. In practice during my internship course at the Compal corporation in China, I have designed a WLAN network for Compal’s office zone in China. Criteria of network design are coverage area optimum, interference reducing, high security, easy to upgrade and low cost, etc. My thesis includes 3 chapters, in which: Chapter 1: General Introduction; Chapter 2 : Research on Wirelees Local Area Network Infrastructure; Chapter 3: Design a Wireless Local Area Network. 2 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung Mục lục Lời nói đầu 1 Tóm tắt đồ án 2 Danh sách bảng biểu 5 GIỚI THIỆU CHUNG 8 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ HẠ TẦNG MẠNG CỤC BỘ VÔ TUYẾN 27 THIẾT KẾ MẠNG CỤC BỘ VÔ TUYẾN 70 3 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung Danh sách hình vẽ 4 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung Danh sách bảng biểu Danh sách các từ viết tắt Từ viết tắt Từ gốc tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt AAA Authentication, authorization and accounting Xác thực, cho phép và tính toán ACK Acknowledgment Báo nhận AES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến AP Access point Điểm truy cập ASK Amplitude Shift Keying Dịch khóa biên độ BPSK Binary Phase Shift Keying Dịch khóa pha nhị phân BS Base station Trạm cơ sở 5 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung BSS Basic service set Thiết lập dịch vụ cơ bản CCA Clear Channel Assessment Giám sát kênh rỗi CCK Complementary Code Keying Khóa mã bù CRC Cyclic Redundancy Code Mã vòng dư CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance Cảm nhận sóng mang/ tránh xung đột CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection Cảm nhận sóng mang/phát hiện xung đột CW Contention Window Cửa sổ tranh chấp DCF Distributed coordination function Chức năng tọa độ phân phối DIFS DCF Interframe Space Khoảng cách liên khung DCF DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức xác thực nâng cao ESS Extended Service Set Thiết lập dịch vụ mở rộng ETSI Euro Telecommunications Standard Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu FCC Federal Communications Commission Uỷ ban truyền thông liên bang Mỹ FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần số FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần IBSS Independent Basic Service set Thiết lập dịch vụ cơ bản độc lập IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ sư điện-điện tử IP Internet Protocol Giao thức internet ISM Industrial, Scientific and Medical Băng tần công nghiệp, khoa học và y tế IV Initialization Vector Vec tơ khởi tạo MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập môi trường MIMO Multi Input Multi Output Nhiều vào nhiều ra NAV Network Allocation Vector Véc tơ định vị mạng OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex Ghép kênh theo tần số trực giao PDA Personal Device Assistant Thiết bị hỗ trợ cá nhân PHY Physical Lớp vật lí PIFS PCF Interframe Spacing Khoảng cách liên khung PCF PSK Phase Shift Keying Dịch khóa pha QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ 6 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung QPSK Quard Phase Shift Keying Dịch khóa pha cầu phương RADIUS Remote Authentication Dial-In User Service Xác thực quay số từ xa trong phục vụ người dùng S/N Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm SFIS Short Interframe Spacing Khoảng cách giữa các khung ngắn UNII Unlicensed National Information Infrastructure Hạ tầng thông tin quốc tế không đang kí WECA Wireless Ethernet Compatibility Alliance Liên minh tương thích mạng cục bộ vô tuyến WIMAX Wideworld interoperability for microwave access Hệ thống truy cập sóng ngắn có tính tương tác toàn cầu WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ vô tuyến WMAN Wireless Metropolican Area Network Mạng vô tuyến đô thị WPAN Wireless Personal Area Network Mạng vô tuyến cá nhân Bluetooth WWAN Wireless Wide Area Network Mạng vô tuyến diện rộng 7 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Khái niệm về mạng vô tuyến Hình 1.1: Phân chia mạng vô tuyến Mạng vô tuyến cũng là mạng thông tin thông thường nhưng thay vì sử dụng dây cáp là sử dụng sóng vô tuyến hoặc tia hồng ngoại để truyền và trao đổi dữ liệu qua không gian. Mạng vô tuyến có ưu điểm là sự linh hoạt cao, khả năng kết nối di động, cài đặt và triển khai đơn giản, tính tương thích thiết bị ngày càng mạnh và khả năng nâng cấp thay đổi dễ dàng nhưng có nhược điểm là độ ổn định không cao, tốc độ 8 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung truyền dữ liệu thấp, tín hiệu bị suy giảm do nhiễu, tính bảo mật kém, giá thành thiết bị cao… Mạng vô tuyến được chia làm 4 nhóm chính là WPAN, WLAN, WMAN và WWAN. Sự phân chia này dựa vào vùng ứng dụng và khoảng cách phủ sóng tín hiệu: WPAN: Kết nối các thiết bị riêng rẽ với nhau trong khoảng cách dưới 10 m. Được biết đến là công nghệ bluetooth. WLAN: Phủ sóng trong môi trường một phòng hoặc một tòa nhà. Khoảng cách tín hiệu trong môi trường indoor là 30m và outdoor là 100m. Được biết đến là các chuẩn 802.11 ví dụ a,b,g,n…công nghệ WLAN thường được gọi là WIFI. WMAN: Mạng làm việc trong khoảng cách trên 5km dùng để kết nối người sử dụng với internet và được biết đến với chuẩn 802.16, còn được gọi là chuẩn Wimax . WWAN: Mạng diện rộng vô tuyến dùng trong cơ sở hạ tầng mạng di động cung cấp mạng kết nối vô tuyến trên một diện rộng như các mạng điện thoại… 1.2 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Hình 1.2: Vị trí của WLAN trong mô hình OSI 9 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung WLAN bản chất là mạng LAN nhưng thay vì kết nối có dây là kết nối bằng sóng vô tuyến hoặc tia hồng ngoại. WLAN dựa trên giao thức Ethernet với cơ chế đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột CSMA/CA để chia sẻ đường truyền. Đặc trưng của WLAN là ở lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lí trong mô hình OSI và trong lớp truy cập môi trường trong mô hình TCP/IP. Đặc tả của WLAN dựa trên các chuẩn 802.11(a, b,g, ) do tổ chức IEEE đưa ra. Ưu điểm: Dễ cấu hình và cài đặt mạng, tính linh động cao, nâng cấp dễ dàng, tiết kiệm chi phí, khả năng tương thích giữa các thiết bị ngày càng mạnh, công nghệ được nhiều tổ chức quan tâm và phát triển . Nhược điểm: Tốc độ và sự ổn định kém mạng có dây do chịu nhiều ảnh hưởng bởi đặc thù của môi trường như nhiễu, giao thoa…Vấn đề nữa của mạng không dây là khả năng bảo mật kém. Yêu cầu về chất lượng dịch vụ: Băng thông mạng, tỷ lệ mất gói, độ trễ các gói tin và độ ổn định của mạng. 1.3 Các chuẩn IEEE 802.11 thông dụng Kể từ thời kì đầu của mạng vô tuyến, đã có rất nhiều chuẩn và công nghệ được phát triển cho WLAN. Một trong những tổ chức chuyên về chuẩn hóa những công nghệ này là IEEE. Và các chuẩn vô tuyến WLAN được chuẩn hóa thành họ các chuẩn được đặt tên là 802.11. Tổ chức này đưa ra chuẩn 802.11 vào năm 1997, năm 1999 bổ xung thêm chuẩn a,b và năm 2003 đưa ra chuẩn g tương thích với chuẩn b. Hiện nay còn đang chuẩn hóa 802.11 n với kĩ thuật MIMO có tốc độ và khoảng cách phủ sóng rất lớn. Tính năng kĩ thuật của một số chuẩn thông dụng được mô tả dưới đây: 802.11 năm 1997 IEEE đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11, và cũng được biết với tên gọi WIFI (Wireless Fidelity) cho các mạng WLAN. Chuẩn 802.11 hỗ trợ ba phương pháp truyền tín hiệu, trong đó có bao gồm phương pháp truyền tín hiệu vô tuyến ở tần số 2.4Ghz, tốc độ truyền dữ liệu 2Mbps. Đây là chuẩn gốc cho các chuẩn sau này, sử dụng phương pháp trải phổ FHSS và DSSS. 10 [...]... công suất phát, kỹ thuật trải phổ, các kênh và khả năng bảo mật là cần thiết cho sự triển khai và thiết kế mạng WLAN hiệu quả cao Trong chương này đã trình bày khái niệm về mạng cục bộ vô tuyến, các kĩ thuật trong công nghệ WLAN, giải tần hoạt động và các kênh tần số được sử dụng và vấn đề gặp phải 26 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung Chương 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ HẠ TẦNG MẠNG CỤC BỘ VÔ TUYẾN 2.1... bị này bao gồm: PCMCIA và Compact Flash Cards Ethernet và Serial Converters USB Adapters PCI và ISA Adapters WLAN clients là các nút người dùng đầu cuối như máy tính để bàn có thêm card vô tuyến cắm vào cổng PCI hoặc cổng USB, máy tính xách tay hoặc các thiết bị cầm tay như PDA cần kết nối vô tuyến đến cơ sở hạ tầng mạng vô tuyến Điều quan trọng là 29 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung... với một số dải tần Dải tần số U-NII 5.1 5-5 .25GHz U-NII 5.2 5-5 .35GHz U-NII 5.47 0-5 .725GHz U-NII 5.72 5-5 .825GHz ISM 2.4GHz Giới hạn công suất ra 40mW 200mW 200mW 800mW 3 0-3 00mW Vùng sử dụng Indoor Indoor/outdoor Indoor/outdoor Outdoor Indoor/outdoor 1.8 Vai trò của mạng cục bộ vô tuyến WLAN 1.8.1 Vai trò truy cập Hình 1.12: Vai trò truy cập của mạng vô tuyến WLANs được triển khai đảm nhiệm vai trò của... điểm-đến-điểm, và cách thứ hai gọi là điểm-đến-đa điểm Các kết nối điểm-đến-điểm là kết nối vô tuyến giữa hai toà nhà Các kết nối point-to-point hầu hết thường là sử dụng an-ten bán định hướng hoặc định hướng cao tại mỗi cuối đường kết nối Kết nối Điểm-đến-Đa điểm là các kết nối vô tuyến giữa ba toà nhà trở lên, với một toà nhà là tâm điểm truy cập trong mạng Toà nhà trung tâm này cần xây dựng thành mạng. .. mức độ bảo mật cao Tóm tắt Kỹ thuật vô tuyến ra đời từ lâu, được sử dụng đầu tiên trong quân sự và phát triển nhanh chóng nhờ những ưu điểm như tính tiện lợi , linh hoạt, di động và dễ triển khai Nhu cầu sử dụng mạng vô tuyến ngày một ra tăng và có mặt hầu hết trong đời sống xã hội Có rất nhiều giải pháp cho mạng vô tuyến, nhiều tổ chức tham gia nghiên cứu phát triển công nghệ WLAN như IEEE, FCC, WECA…việc... cơ sở công nghiệp, như kho hàng và phân xưởng sản xuất, rất tiện lợi khi sử dụng mạng vô tuyến Trong công nghiệp, WLAN được áp dụng tại các hãng tàu khi phương tiện vừa đến cảng sẽ tự động kết nối vào mạng vô tuyến Cách nối mạng này cho phép các hãng tàu hoạt động có hiệu quả hơn trong việc quản lý cập nhật dữ liệu cho các máy chủ Hình 1.16: Văn phòng lưu động 1.9 Vấn đề thiết kế mạng 25 Mạng cục bộ. .. ra nhiễu lẫn nhau và gây nên giảm băng thông cho mục đích triển khai WLAN yêu cầu Bảng 1.2: Dải tần số không cần đăng kí sử dụng bởi IEEE 802.11 Dải tần số 240 0-2 500 MHz 5.1 5-5 .25 GHz 5.2 5-5 .35 GHz 5.47 0-5 .725GHz Tổng băng thông 100MHz 100MHz 100MHz 255MHz 20 Dải không đăng kí ISM U-NII U-NII U-NII Mạng cục bộ vô tuyến WLAN 5.72 5-5 .825GHz Trần Khắc Trung 100MHz U-NII Bảng 1.3: Giới hạn công suất đầu... sóng ở dạng bán cầu hoặc hình trụ Hình 2.10 : Đồ thị phương hướng của anten bán định hướng 32 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung Cách sử dụng : An-ten bán định hướng rất phù hợp cho các cầu nối có tầm ngắn và trung bình Ví dụ, hai toà nhà văn phòng đối diện nhau cần chia sẽ kết nối mạng là trường hợp tốt để thiết lập an-ten bán định hướng Tại không gian rộng lớn trong nhà, nếu máy phát được đặt... dụng để kết nối mạng tại những nơi không thể đi dây và mạng vô tuyến thông thường không hoạt động được Độ tăng ích an-ten càng cao, sóng càng truyền đi xa, sự tập trung của sóng phát càng dày đặc càng nhiều năng lượng được phân phối đến anten thu trong khoảng cách dài 33 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung 2.3 Kiến trúc mạng 2.3.1 Cấu trúc cơ bản Khi mô hình mạng có cấu trúc cơ bản, access point... dịch vụ cơ bản BSS Cấu trúc này sẽ bao gồm một access point và một hoặc nhiều các clients Thiết lập dịch vụ cơ bản sử dụng chế độ cơ sở hạ tầng (infrastructure mode) chế độ này đòi hỏi sử dụng một access point và tất cả các truyền thông vô tuyến đều qua access point và không cho phép truyền phát trực tiếp giữa các client Mỗi client vô tuyến phải sử dụng access point để liên lạc với client vô tuyến khác . Trung Tóm tắt đồ án Mục đích của đồ án là nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến trên nền chuẩn IEEE 802.11a/b/g. Đồ án trình bày về công nghệ, thiết bị sử dụng, kiến trúc mạng, . 2 Mạng cục bộ vô tuyến WLAN Trần Khắc Trung Mục lục Lời nói đầu 1 Tóm tắt đồ án 2 Danh sách bảng biểu 5 GIỚI THIỆU CHUNG 8 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ HẠ TẦNG MẠNG CỤC BỘ VÔ TUYẾN 27 THIẾT KẾ MẠNG CỤC BỘ. không tốt sẽ làm giảm hiệu quả của mạng thậm trí mạng không hoạt động được. Việc nghiên cứu và phát triển cơ sở hạ tầng mạng cục bộ vô tuyến là cần thiết để mang lại hiệu quả to lớn trong việc triển