Nghiên cứu các giải pháp đảm bảo an ninh an toàn cho mạng không dây

  • 105 trang
  • file .pdf
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN ĐỨC DŨNG
NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN NINH
AN TOÀN CHO MẠNG KHÔNG DÂY
Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Mã số: 60.48.15
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Hồ Văn Hƣơng
Hà Nội - 2009
1
MỤC LỤC
Mục lục Trang
Danh mục các chữ viết tắt .......................................................................................................... 3
Danh mục các bảng ..................................................................................................................... 5
Danh mục các hình vẽ ................................................................................................................. 6
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 8
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY ...................................... 10
1.1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÁC CÔNG NGHỆ ỨNG
DỤNG TRONG MẠNG KHÔNG DÂY ............................................................... 10
1.1.1. Sự phát triển của mạng không dây ..................................................................10
1.1.2. Các công nghệ ứng dụng trong mạng không dây .........................................19
1.1.3. Các kỹ thuật điều chế trải phổ ..........................................................................20
1.2. MÔ HÌNH MẠNG WLAN ............................................................................. 23
1.2.1. Giới thiệu .............................................................................................................23
1.2.2. Ƣu điểm của mạng WLAN ...............................................................................23
1.2.3. Hoạt động của mạng WLAN ............................................................................24
1.2.4. Các mô hình của mạng WLAN ........................................................................24
1.2.5. Cự ly truyền sóng, tốc độ truyền dữ liệu ........................................................25
1.3. CHUẨN IEEE 802.11 CHO MẠNG WLAN .................................................. 25
1.3.1. Giới thiệu .............................................................................................................25
1.3.2. Nhóm lớp vật lý PHY ........................................................................................27
1.3.3. Nhóm lớp liên kết dữ liệu MAC ......................................................................28
1.3.4. Các kiến trúc cơ bản của chuẩn 802.11 ..........................................................28
1.3.5. Các quá trình cơ bản diễn ra trong mô hình Infrastructure ........................30
1.4. KẾT CHƢƠNG .............................................................................................. 32
CHƢƠNG 2: MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN NINH AN TOÀN CHO
MẠNG KHÔNG DÂY ............................................................................................ 33
2.1. THỰC TRẠNG MẤT AN NINH AN TOÀN CỦA MẠNG KHÔNG DÂY ... 33
2.1.1. Khái niệm an ninh an toàn thông tin ...............................................................33
2.1.2. Đánh giá vấn đề an toàn, bảo mật hệ thống ...................................................33
2.1.3. Các nguy cơ mất an ninh an toàn trong mạng không dây ..........................35
2
2.2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MẬT MÃ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC ĐẢM BẢO
AN TOÀN VÀ BẢO MẬT MẠNG KHÔNG DÂY .............................................. 41
2.2.1. Giới thiệu chung .................................................................................................41
2.2.2. Hệ mật mã khóa đối xứng .................................................................................41
2.2.3. Hệ mật mã khóa công khai ...............................................................................42
2.3. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN NINH AN TOÀN CHO
MẠNG WLAN ...................................................................................................... 44
2.3.1. Phƣơng pháp bảo mật dựa trên WEP ..............................................................44
2.3.2. Phƣơng pháp bảo mật dựa trên TKIP .............................................................53
2.3.3. Phƣơng pháp bảo mật dựa trên AES-CCMP .................................................61
2.4. KẾT CHƢƠNG .............................................................................................. 72
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP, PHÁT TRIỂN ỨNG
DỤNG ĐẢM BẢO AN NINH AN TOÀN CHO MẠNG WLAN NGÀNH CÔNG
AN ............................................................................................................................ 74
3.1. PHÂN TÍCH YÊU CẦU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP .......................................... 74
3.1.1. Giới thiệu .............................................................................................................74
3.1.2. Thực trạng và các yêu cầu đặt ra đối với mạng WLAN ngành công an ...74
3.1.3. Đề xuất giải pháp đảm bảo an ninh cho mạng WLAN ngành công an .....75
3.2. THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG ..................................................... 83
3.2.1. Thiết kế ứng dụng ...............................................................................................83
3.2.2. Lập trình ứng dụng .............................................................................................83
3.3. MỘT SỐ TÍNH NĂNG ĐẠT ĐƢỢC CỦA CHƢƠNG TRÌNH .................... 101
3.4. KẾT CHƢƠNG ............................................................................................ 103
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 105
3
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Từ gốc Nghĩa tiếng Việt
AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mã hóa tiên tiến
AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động
tiên tiến
AP Access Point Điểm truy cập
BS Base Station Trạm cơ sở
BSS Basic Service Set Tập dịch vụ cơ bản
CCM Counter Mode - CBC MAC Mode mã hóa CBC
CCMP Counter Mode - CBC MAC Protocol Giao thức mã hóa CCM
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra dƣ thừa vòng
DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ dãy trực tiếp
ESS Extended Service Set Tập dịch vụ mở rộng
FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM Group Special Mobile Nhóm đặc trách di động
HSCSD High Speed Circuit Switched Data Dữ liệu chuyển mạch tốc độ
cao
IBSS Independent Basic Service Set Tập dịch vụ cơ bản độc lập
ICV Integrity Check Value Giá trị kiểm tra tính toàn vẹn
IEEE Institute of Electrical and Electronics Viện Công nghệ điện và điện
Engineers tử
IETF Internet Engineering Task Force Hiệp hội kỹ sƣ tham gia phát
triển về internet
IMTS Improved Mobile Telephone System Hệ thống điện thoại di động cải
tiến
MAC Message Authentication Code Mã chứng thực gói tin
(cryptographic community use)
MIC Message Integrity Code Mã toàn vẹn gói tin
MPDU MAC Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức MAC
MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di
động
4
MSDU MAC Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC
MTS Mobile Telephone System Hệ thống điện thoại di động
NMT Nordic Mobile Telephony Hệ thống điện thoại di động
Bắc Âu
OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần
Multiplexing số trực giao
PAN Personal Area Network Mạng vùng cá nhân
PBX Private Brach Exchange Tổng đài nhánh riêng
PHS Personal Handy-phone System Hệ thống điện thoại cầm tay cá
nhân
PSTN Packet Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch
gói
RF Radio Frequency Tần số sóng vô tuyến
SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin ngắn
STA Wireless Station Thiết bị có hỗ trợ mạng không
dây
TACS Total Access Communication System Hệ thống truyền thông truy cập
hoàn toàn
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
TKIP Temporal Key Integrity Protocol Giao thức tích hợp khóa tạm
thời
WEP Wired Equivalent Privacy Bảo mật tƣơng đƣơng mạng
hữu tuyến
WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây
WPA Wi-Fi Protected Access Truy cập mạng Wifi an toàn
5
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Những điểm yếu của WEP
Bảng 2.2: Cách khắc phục điểm yếu của WEP
Bảng 3.1: Các mode của WPA và WPA2
6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hoạt động của DSSS
Hình 1.2: Mô hình nhảy tần CABED
Hình 1.3: Phƣơng thức điều chế OFDM
Hình 1.4: Mô hình mạng Ad-hoc (hay mạng ngang hàng)
Hình 1.5: Mô hình Infrastructure Mode
Hình 1.6: Linksys Wireless Router
Hình 1.7: Compaq 802.11b PCI card
Hình 1.8: Chuẩn 802.11 trong mô hình OSI.
Hình 1.9: Mô hình một BSS
Hình 1.10: Mô hình ESS
Hình 2.1: Phần mềm bắt gói tin Ethereal
Hình 2.2: Phần mềm thu thập thông tin hệ thống mạng không dây NetStumbler
Hình 2.3: Mô tả quá trình tấn công DOS tầng liên kết dữ liệu
Hình 2.4: Mô tả quá trình tấn công theo kiểu chèn ép
Hình 2.5: Mô tả quá trình tấn công theo kiểu thu hút
Hình 2.6: Mô hình hệ mật mã khóa đối xứng
Hình 2.7: Mô hình hệ mật mã khóa công khai
Hình 2.8: Quá trình chứng thực diễn ra trong WEP
Hình 2.9: Định dạng của gói tin chứng thực
Hình 2.10: Mã hóa chuỗi
Hình 2.11: Sự kết hợp của IV với khóa
Hình 2.12: Thêm ICV
Hình 2.13: Thêm IV và KeyID
Hình 2.14: Tạo và so sánh giá trị MAC (hoặc MIC).
Hình 2.15: Quá trình tạo khóa để mã.
Hình 2.16: Quá trình xử lý ở bên phát.
Hình 2.17: Quá trình xử lý ở bên thu.
Hình 2.18: Quá trình hoạt động của ECB Mode.
Hình 2.19: Ví dụ về Counter Mode.
Hình 2.20: Quá trình xử lý gói tin trong CCMP.
Hình 2.21: Trình tự xử lý một MPDU.
Hình 2.22: CCMP Header.
Hình 2.23: Mã hóa và giải mã.
Hình 2.24: Bên trong khối mã hóa CCMP.
Hình 2.25: MPDU sau quá trình mã (CH=CCMP Header).
Hình 2.26: Định dạng của khối đầu tiên để đƣa vào CBC-MAC.
Hình 2.27: Thành phần của khối đầu tiên để đƣa vào CBC-MAC.
7
Hình 2.28: Kết hợp số đếm Ctr trong CCMP AES Counter Mode.
Hình 3.1: Mô hình tổng thể mạng máy tính BCA
Hình 3.2: Kết hợp các phƣơng án mã hóa
Hình 3.3: Giải pháp đảm bảo an ninh mạng WLAN ngành công an
Hình 3.4: Mô hình triển khai mạng WPA (WPA2) Enterprise Mode
Hình 3.5: Các Module chính của chƣơng trình
Hình 3.6: Thiết kế cửa sổ chính của chƣơng trình
Hình 3.7: Thiết kế Form mã hóa
Hình 3.8: Thiết kế Form giải mã
Hình 3.9: Chọn ngƣời nhận mail trong danh sách
Hình 3.10: Thiết kế Form gửi thƣ
8
MỞ ĐẦU
Cuộc sống của con ngƣời ngày nay thực sự đã bƣớc sang một kỷ nguyên mới,
một kỷ nguyên của khoa học công nghệ và truyền thông. Trong đó không thể không kể
đến sự ra đời và phát triển của mạng Internet, nó đã tác động mạnh mẽ đến đời sống
của chúng ta. Thông qua đó con ngƣời trên toàn thế giới xích lại gần nhau hơn, đơn
giản chỉ với một cái click chuột, ta đã có thể liên lạc với một ngƣời cách xa ta đến
hàng ngàn dặm.
Cùng với các công nghệ mới thúc đẩy sự phát triển của mạng Internet thì mạng
không dây cũng đã có một chuyển biến mạnh mẽ, trong đó có mạng WLAN. Các thiết
bị trong mạng này kết nối với nhau không phải bằng các phƣơng tiện truyền dẫn hữu
tuyến mà là bằng sóng vô tuyến. Ích lợi mà mạng này mang lại là khả năng thiết lập
kết nối tới các thiết bị không phụ thuộc vào hạ tầng dây dẫn. Cũng nhờ vào đặc điểm
của mạng không dây mà chi phí cho việc lắp đặt, duy trì, bảo dƣỡng hay thay đổi
đƣờng dây đã đƣợc giảm đi rất nhiều, đồng thời, tính linh hoạt đƣợc áp dụng một cách
khá hiệu quả, ở bất cứ đâu trong phạm vi phủ sóng của thiết bị, ta đều có thể kết nối
vào mạng.
Trong những năm gần đây, giới công nghệ thông tin đã chứng kiến sự bùng nổ
của nền công nghiệp mạng không dây. Khả năng liên lạc không dây đã gần nhƣ tất yếu
trong các thiết bị cầm tay, máy tính xách tay, điện thoại di động và các thiết bị số khác.
Với các tính năng ƣu việt về vùng phục vụ kết nối linh động, khả năng triển
khai nhanh chóng, giá thành ngày càng giảm, mạng WLAN đã trở thành một trong
những giải pháp cạnh tranh có thể thay thế mạng Ethernet LAN truyền thống. Tuy
nhiên, sự tiện lợi của mạng không dây cũng đặt ra một thử thách lớn về bảo đảm an
ninh an toàn cho mạng không dây đối với các nhà quản trị mạng. Ƣu thế về sự tiện lợi
của kết nối không dây có thể bị giảm sút do những khó khăn nảy sinh trong bảo mật
mạng.
Vấn đề này càng ngày càng trở nên cấp thiết và cần nhận đƣợc sự quan tâm từ
nhiều phía. Vì những lý đó cùng với niềm đam mê thực sự về những tiện lợi mà mạng
không dây mang lại đã khiến tôi quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu các giải pháp
đảm bảo an ninh an toàn cho mạng không dây” làm luận văn tốt nghiệp với mong
muốn có thể tìm hiểu, nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp để đảm bảo an ninh cho
mạng không dây trong đơn vị. Toàn bộ luận văn đƣợc chia làm 3 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan về mạng không dây
Trình bày tổng quan về các loại mạng không dây và các kỹ thuật đƣợc ứng
dụng trong mạng không dây, sau đó tập trung trình bày về mạng WLAN và chuẩn của
mạng WLAN cũng nhƣ những gì diễn ra trong quá trình thiết lập kết nối với một hệ
thống WLAN đơn giản (chƣa có chứng thực và mã hóa).
Chƣơng 2: Một số giải pháp đảm bảo an ninh an toàn cho mạng không dây
9
Trình bày thực trạng mất an ninh an toàn của mạng không dây, các kiểu tấn
công trong mạng không dây, các giao thức bảo mật trong mạng không dây, các kỹ
thuật mật mã ứng dụng để bảo mật mạng không dây và một số giải pháp cho việc đảm
bảo an ninh an toàn cho mạng WLAN.
Chƣơng 3: Nghiên cứu, đề xuất giải pháp, phát triển ứng dụng đảm bảo an
ninh an toàn cho mạng WLAN ngành công an
Mục đích của chƣơng này là nghiên cứu thực trạng yêu cầu đặt ra đối với mạng
WLAN ngành công an từ đó đề xuất giải pháp, phát triển ứng dụng nhằm đảm bảo an
ninh an toàn cho mạng WLAN ngành công an phục vụ tốt các mặt công tác nghiệp vụ
của lực lƣợng công an.
Trong quá trình làm luận văn không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong sự
đóng góp ý kiến của các thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè.
10
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY
1.1. Tổng quan về mạng không dây và các công nghệ ứng dụng trong mạng
không dây
1.1.1. Sự phát triển của mạng không dây
1.1.1.1. Giới thiệu
Mặc dù mạng không dây đã có lịch sử hơn một thế kỷ, truyền dẫn không dây
đƣợc sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền thông chỉ trong 15 – 20 năm gần đây.
Hiện nay lĩnh vực truyền thông không dây là một trong những phần phát triển nhanh
nhất của ngành công nghiệp viễn thông. Các hệ thống truyền thông không dây nhƣ là
điện thoại tổ ong, điện thoại cố định không dây và điện thoại vệ tinh cũng nhƣ là
WLAN đƣợc sử dụng phổ biến và trở thành công cụ thiết yếu trong cuộc sống hàng
ngày của nhiều ngƣời, cả những ngƣời chuyên nghiệp và không chuyên. Sự phổ biến
của các hệ thống truyền thông không dây là do các lợi ích của nó so với các hệ thống
có dây. Những lợi ích quan trọng nhất của hệ thống không dây là tính di động và sự
tiết kiệm chi phí.
Có thể nói truyền dẫn không dây đã bắt đầu từ xa xƣa trong lịch sử nhân loại.
Ngay từ thời cổ đại, con ngƣời đã sử dụng các phƣơng pháp truyền thông thô sơ có thể
đƣợc xem là truyền thông không dây. Ví dụ nhƣ là dùng tín hiệu khói, phản chiếu ánh
sáng, cờ hiệu, lửa, ... Ngƣời Hy Lạp cổ đại đã sử dụng một hệ thống liên lạc bao gồm
một tập hợp các trạm quan sát trên các đỉnh đồi, mỗi một trạm có thể nhìn thấy đƣợc
trạm láng giềng của mình. Khi nhận một thông báo từ một trạm láng giềng, ngƣời ở
trạm phát lại thông báo để chuyển tiếp nó đến trạm láng giềng tiếp theo. Sử dụng hệ
thống này các thông báo đƣợc trao đổi giữa các cặp trạm ở xa từ một trạm khác. Hệ
thống này cũng đã đƣợc dùng bởi các nền văn minh khác.
Tuy nhiên, nhƣ là chúng ta hiểu về mạng không dây ngày nay sẽ là hợp logic
hơn khi cho rằng nguồn gốc của mạng không dây bắt đầu cùng với sự truyền sóng vô
tuyến lần đầu tiên. Việc này xảy ra vào năm 1895, một vài năm sau khi có một khám
phá quan trọng khác: sự phát minh ra điện thoại. Trong năm này, Guglielmo Marconi
đã thực hiện truyền dẫn không dây sóng vô tuyến giữa đảo Wight và một tàu kéo cách
xa nhau 18 dặm. Sáu năm sau đó, Marconi truyền thành công một tín hiệu sóng vô
tuyến băng qua Đại Tây Dƣơng từ Cornwall tới Newfoundland và trong năm 1902 sự
truyền thông hai chiều đầu tiên băng qua Đại Tây Dƣơng đƣợc thiết lập. Trong suốt
những năm tiếp theo với những hoạt động tiên phong của Marconi, sự truyền dẫn dựa
trên sóng vô tuyến tiếp tục đƣợc phát triển. Hệ thống điện thoại dựa trên sóng vô tuyến
đầu tiên có từ sau năm 1915, khi mà cuộc đàm thoại dựa trên sóng vô tuyến đầu tiên
đƣợc thiết lập giữa các con tàu.
1.1.1.2. Hệ thống điện thoại di động ban đầu
11
Trong năm 1946, hệ thống điện thoại di động công cộng đầu tiên còn đƣợc gọi
là MTS đƣợc giới thiệu tại 25 thành phố ở nƣớc Mỹ. Do những hạn chế về công nghệ,
các máy thu phát di động của MTS rất lớn và chỉ có thể đƣợc mang theo bằng cách
chuyên chở bằng xe. Vì vậy, nó đƣợc sử dụng cho hệ thống điện thoại di động trên xe
ô tô. MTS là một hệ thống tƣơng tự, điều đó có nghĩa rằng nó xử lý thông tin tiếng nói
nhƣ một dạng sóng liên tục. Dạng sóng này sau đó đƣợc sử dụng để điều biến/khử điều
biến sóng mang RF. Hệ thống này là bán song công, có nghĩa là tại một thời điểm cụ
thể ngƣời dùng chỉ có thể nói hoặc lắng nghe. Để chuyển giữa hai chế độ, ngƣời sử
dụng phải ấn một nút riêng biệt trên thiết bị đầu cuối.
Sự hạn chế chủ yếu của hệ thống MTS là điều khiển bằng tay các cuộc gọi và
trên thực tế một số lƣợng rất hạn chế các kênh là sẵn dùng: Trong phần lớn các trƣờng
hợp, hệ thống cung cấp sự hỗ trợ cho 3 kênh, điều đó có nghĩa là chỉ 3 cuộc đàm thoại
có thể đƣợc phục vụ tại cùng một thời điểm trong một vùng cụ thể.
Một sự cải tiến của hệ thống MTS đƣợc gọi là IMTS, đƣợc đƣa vào hoạt động
trong những năm 1960. IMTS sử dụng chuyển mạch cuộc gọi tự động và hỗ trợ truyền
song công hoàn toàn, vì vậy loại bỏ đƣợc việc làm trung gian của ngƣời điều hành
tổng đài trong một cuộc gọi và sự cần thiết phải có nút bấm để thực hiện cuộc nói
chuyện. Hơn nữa, hệ thống IMTS sử dụng 23 kênh.
1.1.1.3. Hệ thống điện thoại tế bào tương tự
Hệ thống IMTS sử dụng quang phổ kém hiệu quả, vì vậy khả năng cung cấp
nhỏ. Hơn thế nữa, thực tế là công suất của máy phát BS lớn gây giao thoa đến các hệ
thống gần kề cộng với vấn đề về khả năng hạn chế nhanh làm cho hệ thống không thực
tế. Một giải pháp cho vấn đề này đƣợc tìm kiếm trong suốt những năm 1950 và 1960
bởi các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm AT&T Bell, thông qua việc sử dụng khái
niệm tế bào đã dẫn đến một cuộc cách mạng trong phạm vi hệ thống điện thoại di động
một vài thập niên sau đó.
Theo đề xuất đầu tiên vào năm 1947 bởi D.H. Ring, khái niệm tế bào thay thế
các BS phủ sóng cao bằng một số các trạm phủ sóng thấp. Vùng phủ sóng của mỗi BS
đƣợc gọi là một “tế bào”. Nhƣ vậy, vùng vận hành của hệ thống đƣợc phân chia thành
một tập hợp gần kề các tế bào không bao phủ nhau. Phổ sẵn dùng đƣợc phân chia
thành các kênh và mỗi tế bào sử dụng tập hợp các kênh riêng của chính nó. Các tế bào
lân cận sử dụng tập hợp các kênh khác nhau để tránh sự giao thoa và tập hợp các kênh
giống nhau nhƣ vậy đƣợc sử dụng lại tại các tế bào cách xa từ một tế bào khác. Khái
niệm này đƣợc biết đến nhƣ là việc sử dụng lại tần số và cho phép một kênh nào đó có
thể đƣợc sử dụng trong nhiều hơn một tế bào vì vậy tăng hiệu quả của việc trải phổ.
Mỗi BS đƣợc kết nối qua các dây tới một thiết bị là MSC. Các MSC đƣợc liên kết với
nhau qua các dây trực tiếp hoặc là thông qua một MSC ở mức thứ hai. Các MSC ở
mức hai có thể đƣợc liên kết với nhau qua một MSC ở mức thứ ba và cứ tiếp tục nhƣ
thế... Các MSC cũng chịu trách nhiệm về việc gán tập hợp các kênh tới các tế bào khác
nhau.
12
Mức độ bao phủ của các máy phát đối với mỗi tế bào thấp dẫn tới sự cần thiết
phải hỗ trợ ngƣời sử dụng di chuyển giữa các tế bào để không làm suy biến đáng kể tín
hiệu của các cuộc gọi đang diễn ra. Tuy nhiên, vấn đề này ngày nay đƣợc nhận biết
nhƣ là sự chuyển giao, không thể giải quyết đƣợc ngay tại thời điểm khái niệm tế bào
đƣợc đề xuất mà phải đợi cho đến khi có sự phát triển của bộ vi xử lý, các thiết bị điện
tử có khả năng điều khiển từ xa tần số sóng vô tuyến và các trung tâm chuyển mạch.
Thế hệ đầu tiên của các hệ thống di động (hệ thống 1G) đƣợc thiết kế vào cuối
những năm 1960, do những trì hoãn để điều chỉnh nên việc triển khai hệ thống này bắt
đầu vào đầu những năm 1980. Những hệ thống này có thể đƣợc xem nhƣ là sự phát
triển tiếp theo của các hệ thống MTS/IMTS bởi vì chúng cũng là hệ thống tƣơng tự.
Cuộc thử nghiệm dịch vụ đầu tiên của hệ thống di động tƣơng tự hoạt động đầy đủ
đƣợc triển khai ở Chicago vào năm 1978. Hệ thống tƣơng tự thƣơng mại đầu tiên ở
Mỹ là AMPS đi vào hoạt động vào năm 1982 chỉ cho phép truyền giọng nói. Các hệ
thống giống nhƣ AMPS cũng đƣợc sử dụng ở nhiều nơi khác trên thế giới, nhƣ là
TACS ở Vƣơng quốc Anh, Ý, Tây Ban Nha, Áo, Ireland, MCS-L1 ở Nhật Bản và
NMT ở vài quốc gia khác. Hệ thống AMPS vẫn còn đƣợc phổ biến ở nƣớc Mỹ nhƣng
ngày nay các hệ thống tƣơng tự ít khi đƣợc sử dụng ở những nơi khác. Tất cả những
chuẩn này đều sử dụng điều biến tần số cho tiếng nói và thực hiện các quyết định
chuyển giao cho di động tại các trạm BS cơ sở dựa vào khả năng nhận đƣợc tại các BS
ở gần di động. Phổ sẵn dùng trong phạm vi mỗi tế bào đƣợc phân chia vào một số
kênh và mỗi cuộc gọi đƣợc gán cho một cặp kênh. Sự truyền thông bên trong phần có
dây của hệ thống cũng đƣợc kết nối với mạng PSTN, sử dụng một mạng chuyển mạch
gói.
1.1.1.4. Hệ thống điện thoại tế bào số
Các hệ thống tế bào tƣơng tự là bƣớc đi đầu tiên cho ngành công nghiệp điện
thoại di động. Mặc dù với thành công quan trọng của chúng, chúng vẫn có một số bất
lợi là sự thực thi của hệ thống bị giới hạn. Những bất lợi này đã đƣợc làm giảm bớt bởi
thế hệ thứ hai của các hệ thống tế bào (các hệ thống 2G), các hệ thống điển hình cho
dữ liệu số. Hệ thống này thực hiện bằng cách chuyển các tín hiệu giọng nói qua một bộ
biến đổi tín hiệu tƣơng tự thành tín hiệu số (bộ biến đổi A/D) và sử dụng dòng bit kết
quả để điều biến sóng mang RF. Tại nơi nhận tín hiệu, quy trình ngƣợc lại đƣợc thực
hiện.
So với các hệ thống tƣơng tự, các hệ thống số hóa có một số lợi thế sau:
+ Lƣu lƣợng đƣợc số hóa có thể đƣợc mã hóa dễ dàng để cung cấp sự riêng tƣ
và bảo mật. Các tín hiệu đã đƣợc mã hóa không thể bị chặn và nghe lỏm bởi những
ngƣời tham gia trái phép (ít nhất họ cũng phải có những thiết bị rất mạnh). Khả năng
mã hóa không thể thực hiện đƣợc trong các hệ thống tƣơng tự, trong các hệ thống này
hầu hết thời gian truyền dữ liệu không có bất kỳ sự bảo vệ nào. Nhƣ vậy, cả cuộc đàm
thoại và tín hiệu báo hiệu mạng có thể dễ dàng bị chặn. Trên thực tế, đây là một vấn đề
quan trọng trong hệ thống 1G bởi vì có rất nhiều trƣờng hợp những ngƣời nghe trộm
13
bắt đƣợc số định danh của ngƣời dùng và sử dụng chúng bất hợp pháp để thực hiện các
cuộc gọi.
+ Sự biểu diễn dữ liệu tƣơng tự làm cho các hệ thống 1G dễ bị nhiễu, dẫn tới
chất lƣợng của các cuộc gọi biến thiên ở mức độ cao. Trong các hệ thống số, có thể áp
dụng các kỹ thuật phát hiện lỗi và sửa lỗi dòng bít âm thanh. Những kỹ thuật này làm
cho tín hiệu đƣợc truyền đi mạnh hơn nhiều bởi phía đầu thu có thể phát hiện và sửa
lỗi bít. Nhƣ vậy, những kỹ thuật này dẫn tới làm sạch các tín hiệu mà ít hoặc không
làm thay đổi tín hiệu, tất nhiên điều này làm cho chất lƣợng cuộc gọi tốt hơn. Hơn nữa,
dữ liệu số có thể đƣợc nén làm tăng hiệu quả của việc sử dụng phổ.
+ Trong các hệ thống tƣơng tự, mỗi sóng mang RF đƣợc dành cho một ngƣời
dùng đơn lẻ bất kể ngƣời sử dụng đó có đang hoạt động (đang nói) hay không hoạt
động (không làm gì trong cuộc gọi). Trong các hệ thống số, mỗi sóng mang RF đƣợc
chia sẻ bởi nhiều hơn một ngƣời sử dụng bằng cách sử dụng các khe thời gian khác
nhau hoặc các mã khác nhau cho mỗi ngƣời sử dụng. Các khe hoặc mã chỉ đƣợc gán
cho ngƣời sử dụng khi họ có tải (hoặc là giọng nói hoặc là dữ liệu) gửi đi.
Một số hệ thống 2G đã đƣợc triển khai ở nhiều nơi khác nhau trên thế giới. Hầu
hết các hệ thống này bao gồm sự hỗ trợ cho dịch vụ nhắn tin, nhƣ là SMS đƣợc nhiều
ngƣời biết đến và một số các dịch vụ khác nhƣ sự nhận biết ngƣời gọi. Các hệ thống
2G cũng có thể gửi dữ liệu, mặc dù với tốc độ rất thấp (khoảng 10kbps). Tuy nhiên,
gần đây những ngƣời điều hành đang đề nghị nâng cấp cho các hệ thống 2G của họ.
Việc nâng cấp này đƣợc biết đến nhƣ là giải pháp 2.5G hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn.
1.1.1.4.1. GSM
Ở khắp Châu Âu, một phần phổ mới trong tầm khoảng 900 MHz đƣợc tạo ra có
thể dùng đƣợc cho các hệ thống 2G. Tiếp theo sau đó là sự phân phối tần số ở dải 1800
MHz. Hoạt động của hệ thống 2G tại Châu Âu đƣợc bắt đầu vào năm 1982 với sự hình
thành của một nhóm nghiên cứu nhằm mục đích chỉ rõ một chuẩn liên minh Châu Âu
chung. Tên của nhóm nghiên cứu này là GSM, sau đó đổi tên thành hệ thống truyền
thông di động toàn cầu. Kết quả của chuẩn chung là GSM đƣợc hình thành từ tên ban
đầu của nhóm nghiên cứu. Ngày nay, công nghệ 2G đƣợc ƣa chuộng nhiều nhất, vào
năm 1999 cứ mỗi tuần lại có thêm một triệu ngƣời thuê bao mới. Tính phổ biến của hệ
thống này không phải chỉ do hiệu suất của nó mà cũng bởi trên thực tế chỉ có 2G là
chuẩn của Châu Âu. Điều này có thể đƣợc coi nhƣ là một lợi thế bởi vì nó làm đơn giản
hóa sự di chuyển của các thuê bao di động giữa các tổng đài và các nƣớc khác nhau.
Việc triển khai hệ thống GSM thƣơng mại đầu tiên đƣợc thực hiện vào năm 1992
và sử dụng dải tần 900 MHz. Hệ thống sử dụng dải tần 1800 MHz đƣợc biết đến nhƣ là
DCS 1800 nhƣng hệ thống này về bản chất vẫn là GMS. GMS cũng có thể hoạt động
trong dải tần 1900 MHz đã đƣợc sử dụng ở Mỹ cho vài mạng số và trong dải tần 450
MHz để cung cấp một đƣờng dẫn di trú từ chuẩn NMT 1G (chuẩn sử dụng dải tần 450
MHz) tới các hệ thống 2G.
14
GSM định nghĩa một số các kênh tần số, đƣợc tổ chức vào trong các khung và
lần lƣợt đƣợc phân chia vào các khe thời gian. Các khe này đƣợc sử dụng để xây dựng
cả kênh cho tải ngƣời dùng và kênh cho các thao tác điều khiển nhƣ điều khiển chuyển
giao, đăng ký, thiết lập cuộc gọi, … Tải ngƣời dùng có thể là thoại hoặc là dữ liệu tốc
độ thấp, khoảng 14.4 kbps.
1.1.1.4.2. HSCSD và GPRS
Lợi thế khác của GSM là sự hỗ trợ của nó cho vài công nghệ mở rộng để đạt
đƣợc tốc độ cao hơn cho các ứng dụng dữ liệu. Hai công nghệ đó là HSCSD và GPRS.
HSCSD là một sự nâng cấp đơn giản từ GSM. Trái ngƣợc với GSM, nó đƣa ra nhiều
hơn một khe thời gian trên khung tới một ngƣời dùng vì thế tốc độ dữ liệu gia tăng.
HSCSD cho phép một điện thoại sử dụng hai, ba hoặc bốn khe thời gian trên khung để
đạt đƣợc tốc độ tƣơng ứng 28.8, 43.2 và 57.6 kbps. Hỗ trợ cho mối liên kết bất đối
xứng cũng đƣợc cung cấp, nghĩa là tốc độ truyền về có thể khác so với tốc độ truyền
đi. Một vấn đề của HSCSD là trên thực tế nó làm giảm bớt tuổi thọ của pin bởi vì việc
sử dụng nhiều khe thời gian làm cho các thiết bị đầu cuối tiêu tốn nhiều thời gian hơn
trong các chế độ phát và thu. Tuy nhiên, bởi vì thực tế các yêu cầu nhận về dùng ít hơn
đáng kể so với yêu cầu phát đi. HSCSD có thể hiệu quả cho việc duyệt web bởi đòi hỏi
tải xuống nhiều hơn tải lên.
Sự hoạt động của GPRS dựa trên nguyên lý tƣơng tự nhƣ của HSCSD: phân
phối nhiều khe thời gian bên trong một khung. Tuy nhiên, sự khác biệt là GPRS là
chuyển mạch gói, trong khi GSM và HSCSD là chuyển mạch kênh. Điều này có nghĩa
là một thiết bị đầu cuối GSM hoặc HSCSD duyệt Internet tại tốc độ 14.4 kbps chiếm
giữ một mạch GSM/HSCSD 14.4 kbps trong toàn bộ khoảng thời gian kết nối, mặc dù
thực tế là hầu hết thời gian đƣợc dùng cho việc đọc những trang Web (tải xuống) hơn
là việc gửi thông tin đi (tải lên). Bởi vậy, dung lƣợng hệ thống bị bỏ phí đáng kể.
GPRS sử dụng dải tần theo yêu cầu (trong trƣờng hợp của ví dụ trên, chỉ khi ngƣời sử
dụng tải xuống một trang mới). Trong GPRS, một liên kết 14.4 kbps đơn có thể đƣợc
chia sẻ bởi nhiều hơn một ngƣời sử dụng, tất nhiên các ngƣời dùng không thể cố gắng
đồng thời sử dụng mối liên kết tại tốc độ này. Từng ngƣời sử dụng đƣợc gán cho một
kết nối tốc độ rất thấp, các kết nối này có thể trong thời gian ngắn sử dụng dung lƣợng
bổ sung để cung cấp các trang Web. Các thiết bị đầu cuối GPRS hỗ trợ sự đa dạng về
tốc độ, trong phạm vi từ 14.4 đến 115.2 kbps, trong cả cấu hình đối xứng và bất đối
xứng.
1.1.1.4.3. D-AMPS
Trái ngƣợc với Châu Âu, nơi mà GSM chỉ là chuẩn 2G đƣợc triển khai, thì
trong khi đó ở Mỹ có nhiều hơn một hệ thống 2G đang đƣợc sử dụng. Vào năm 1993,
một hệ thống dựa trên cơ sở khe thời gian đƣợc biết đến là IS-54 đã đƣợc triển khai, hệ
thống này đã cung cấp năng suất hệ thống cao gấp ba lần AMPS. Một sự cải tiến của
IS-54 là IS-136 đƣợc giới thiệu vào năm 1996 và đã hỗ trợ thêm những đặc tính bổ
sung. Những chuẩn này cũng đƣợc biết đến nhƣ là họ AMPS số (D-AMPS). D-AMPS
15
cũng hỗ trợ dữ liệu tốc độ thấp, với phạm vi điển hình khoảng 3 kbps. Tƣơng tự nhƣ
HSCSD và GPRS trong GSM, sự cải tiến của D-AMPS dành cho dữ liệu, D-AMPS+
đƣa ra đề nghị tăng tốc độ trong khoảng từ 9.6 đến 19.2 kbps. Có thể thấy là khoảng
tốc độ này là nhỏ hơn so với khoảng tốc độ đƣợc hỗ trợ bởi sự mở rộng của GSM.
Cuối cùng, một mở rộng khác đƣa ra khả năng để gửi dữ liệu là dữ liệu gói kỹ thuật số
di động (CDPD). Đây là chuyển mạch gói phủ lên cả AMPS và D-AMPS, cung cấp
tốc độ giống với D-AMPS+. Lợi thế của nó là rẻ hơn so với D-AMPS+ và đó là cách
duy nhất để đƣa ra hỗ trợ dữ liệu trong mạng AMPS tƣơng tự.
1.1.1.4.4. IS-95
Trong năm 1993, IS-95, một hệ thống 2G khác cũng đƣợc biết đến nhƣ là
cdmaOne đã đƣợc tiêu chuẩn hóa và hệ thống thƣơng mại đầu tiên đƣợc triển khai tại
phía nam Hàn Quốc và Hồng Kông vào năm 1995, sau đó đƣợc triển khai tại Mỹ vào
năm 1996. IS-95 sử dụng cơ chế CDMA. Trong IS-95, có nhiều di động trong một tế
bào mà tín hiệu của nó đƣợc phân biệt bởi sự phân bố chúng với các mã khác nhau,
đồng thời sử dụng một kênh tần số. Nhƣ vậy, các tế bào láng giềng có thể sử dụng
cùng một tần số, không giống với tất cả các chuẩn khác đƣợc thảo luận cho đến lúc
này. IS-95 không tƣơng thích với IS-136 và việc triển khai IS-95 tại nƣớc Mỹ đã đƣợc
bắt đầu vào năm 1995. Cả IS-95 và IS-136 hoạt động trong cùng dải tần với AMPS.
IS-95 đƣợc thiết kế để hỗ trợ các thiết bị đầu cuối phƣơng thức kép có thể hoạt động
dƣới mạng IS-95 hoặc mạng AMPS. IS-95 hỗ trợ tải dữ liệu tại các tốc độ 4.8 và 14.4
kbps. Một sự mở rộng của IS-95, đƣợc biết đến nhƣ là IS-95b hay cdmaTwo, đƣa ra hỗ
trợ cho 115.2 kbps bằng việc cho phép mỗi điện thoại sử dụng tám mã khác nhau để
thực hiện đồng thời tám truyền dẫn.
1.1.1.5. Điện thoại cố định không dây
Điện thoại cố định không dây xuất hiện lần đầu tiên vào những năm 1970 và
sau đó đã trải qua sự phát triển đáng kể. Ban đầu chúng đƣợc thiết kế để cung cấp tính
lƣu động trong vùng bao phủ nhỏ, nhƣ là nhà ở hay văn phòng. Điện thoại cố định
không dây gồm có một máy thu phát cầm tay, liên lạc với một BS kết nối tới mạng
PSTN. Nhƣ vậy, điện thoại cố định không dây nhắm mục đích chủ yếu là thay thế kết
nối có dây của điện thoại thông thƣờng bằng một kết nối không dây.
Điện thoại cố định không dây ban đầu là hệ thống tƣơng tự. Kết quả thực tế là
chất lƣợng cuộc gọi kém. Tình trạng này đã đƣợc thay đổi với sự giới thiệu của điện
thoại cố định không dây số thế hệ thứ nhất, chúng cung cấp chất lƣợng thoại ngang
bằng nhƣ với điện thoại có dây.
Mặc dù điện thoại cố định không dây số thế hệ thứ nhất đã rất thành công
nhƣng nó thiếu một số tính năng hữu ích thí dụ nhƣ khả năng để cho máy thu phát cầm
tay sử dụng đƣợc bên ngoài nhà ở hoặc văn phòng. Tính năng này đã đƣợc cung cấp
bởi điện thoại cố định không dây số thế hệ thứ hai. Chúng cũng đƣợc xem nhƣ là các
hệ thống điểm điện thoại và cho phép ngƣời dùng sử dụng máy thu phát cầm tay
không dây của họ ở các nơi nhƣ là nhà ga tàu hỏa, đƣờng phố đông đúc… Những lợi
16
thế của hệ thống điểm điện thoại hơn điện thoại tế bào là đáng kể trong những khu vực
nơi mà các tế bào BS không thể tới đƣợc (nhƣ những ga đƣờng ngầm).
Sự tiến hóa của điện thoại cố định không dây số dẫn đến hệ thống DECT. Đây
là một chuẩn điện thoại cố định không dây ở Châu Âu cung cấp sự hỗ trợ cho tính di
động. Đặc biệt, một tòa nhà có thể đƣợc trang bị với nhiều BS DECT đƣợc kết nối tới
một PBX. Trong một môi trƣờng nhƣ vậy, một ngƣời sử dụng mang một máy thu phát
cầm tay không dây DECT có thể di chuyển từ vùng phủ sóng của một BS đến vùng
phủ sóng của BS khác mà không có sự phá vỡ cuộc gọi. Điều này có thể thực hiện
đƣợc là do DECT cung cấp sự hỗ trợ cho việc chuyển giao cuộc gọi giữa các BS. Theo
hƣớng này, DECT có thể đƣợc xem nhƣ là một hệ thống tế bào. DECT chỉ đƣợc sử
dụng phổ biến ở Châu Âu, hệ thống này cũng hỗ trợ dịch vụ dịch vụ điểm điện thoại.
Một chuẩn tƣơng tự nhƣ DECT đang đƣợc sử dụng tại Nhật Bản. Chuẩn này
đƣợc biết đến nhƣ là PHS. Nó cũng hỗ trợ việc chuyển giao giữa các BS. Cả DECT và
PHS đều hỗ trợ kết nối 32 kbps hai chiều, sử dụng TDMA để truy cập môi trƣờng
truyền thông và hoạt động trong dải tần 1900 MHz.
1.1.1.6. Các hệ thống dữ liệu không dây
Họ hệ thống điện thoại tế bào đƣợc định hƣớng chủ yếu hƣớng với mục đích
truyền thoại. Tuy nhiên, khi các hệ thống dữ liệu không dây đƣợc sử dụng cho việc
truyền dữ liệu chúng đã đƣợc số hóa từ khi bắt đầu. Đặc điểm của những hệ thống này
là sự truyền theo loạt: thiết bị đầu cuối giữ nguyên tình trạng nhàn rỗi trừ khi có một
gói tin đƣợc truyền. Hệ thống dữ liệu không dây đầu tiên đƣợc phát triển vào năm
1971 tại trƣờng đại học Hawaii dƣới công trình nghiên cứu ALOHANET. Ý tƣởng của
công trình là đề xuất truyền thông hai chiều giữa các máy tính nằm trải khắp bốn hòn
đảo và một máy tính trung tâm trên đảo Oahu mà không sử dụng đƣờng dây điện thoại.
ALOHA dùng một cấu trúc hình sao với máy tính trung tâm đóng vai trò nhƣ một hub.
Bất kỳ hai máy tính nào có thể liên lạc với nhau bằng cách chuyển tiếp tín hiệu truyền
của chúng thông qua hub. Hiệu suất của mạng này là thấp, tuy nhiên lợi thế của hệ
thống là tính đơn giản của nó. Dẫu cho tính di động không phải là một phần của
ALOHA, nhƣng ALOHA là cơ sở cho các hệ thống dữ liệu không dây di động ngày nay.
1.1.1.6.1. WLAN
WLAN đƣợc sử dụng để cung cấp dữ liệu tốc độ cao trong phạm vi một vùng
tƣơng đối nhỏ, ví dụ nhƣ một tòa nhà hoặc một công sở nhỏ. WLAN bắt đầu phát triển
vào giữa những năm 1980 và đƣợc khởi sự bởi quyết định của Ủy ban truyền thông liên
bang Mỹ (FCC) cho phép sử dụng đăng ký miễn phí dải tần của các ngành công nghiệp,
khoa học và y học (ISM). Tuy nhiên, những dải tần này có khả năng phải chịu sự giao
thoa đáng kể, vì vậy FCC đặt một giới hạn năng lƣợng cho mỗi đơn vị dải tần đối với hệ
thống dùng băng thông ISM. Từ quyết định này của FCC, đã có sự phát triển đáng kể
trong phạm vi của WLAN. Tuy nhiên, trong những năm đầu, việc thiếu những chuẩn
chung làm cho sự xuất hiện của nhiều sản phẩm giữ độc quyền dẫn đến thị trƣờng bị
phân chia thành nhiều phần không tƣơng thích.
17
Sự cố gắng đầu tiên để định nghĩa một chuẩn đƣợc thực hiện vào cuối những
năm 1980 bởi nhóm làm việc IEEE 802.4, nhóm này chịu trách nhiệm về sự phát triển
của phƣơng pháp truy cập kênh truyền mã thông báo. Nhóm đã nhận thấy rằng truyền
mã thông báo là một phƣơng pháp không có hiệu quả để điều khiển mạng không dây
và đề xuất phát triển một chuẩn thay thế. Kết quả là, ủy ban chấp hành của dự án IEEE
802 quyết định thành lập nhóm làm việc IEEE 802.11, nhóm đã chịu trách nhiệm từ sự
định nghĩa chuẩn tầng phụ MAC và chuẩn tầng vật lý cho WLAN. Chuẩn 802.11 đầu
tiên cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 2 Mbps sử dụng truyền trải phổ trong dải tần ISM
hoặc truyền hồng ngoại. Vào tháng 9 năm 1999, hai phần bổ sung cho chuẩn chính
đƣợc chấp thuận bởi uỷ ban chuẩn IEEE. Chuẩn đầu tiên 802.11b, mở rộng sự thực thi
của lớp vật lý 2.4 GHz hiện hành, với tốc độ dữ liệu có khả năng lên tới 11 Mbps.
Chuẩn thứ hai, 802.11a nhắm mục đích cung cấp một tầng vật lý mới tốc độ dữ liệu
cao hơn (từ 20 đến 54 Mbps) trong dải tần ISM 5GHz. Tất cả những biến thể này sử
dụng cùng giao thức điều khiển truy nhập môi trƣờng (MAC) là giao thức điều khiển
truy nhập môi trƣờng không dây nền tảng phân tán (DFWMAC). Đây là một giao thức
thuộc về họ của các giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang đã đƣợc biến đổi cho
môi trƣờng không dây. IEEE 802.11 thƣờng đƣợc đề cập tới nhƣ là Ethernet không
dây và có thể hoạt động ở trong chế độ ad hoc hoặc chế độ tập trung. Một mạng
WLAN ở chế độ ad hoc là một mạng ngang hàng đƣợc thiết lập để phục vụ yêu cầu
tạm thời. Không cần thiết phải đƣa ra cơ sở hạ tầng mạng và sự điều khiển mạng là
phân tán dọc theo các nút mạng. Cơ sở hạ tầng WLAN sử dụng trục xƣơng sống không
dây hoặc có dây tốc độ cao. Trong một cấu trúc mạng, các nút di động truy cập kênh
không dây dƣới sự phối hợp của một BS tới một mạng xƣơng sống cố định.
Ngoài chuẩn IEEE 802.11, một chuẩn WLAN khác, mạng cục bộ vô tuyến
Châu Âu hiệu suất cao (HIPERLAN), đã đƣợc phát triển bởi nhóm RES10 của viện
tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) nhƣ là chuẩn Pan-European cho các mạng
WLAN tốc độ cao. Chuẩn HIPERLAN 1 bao phủ cả tầng MAC và tầng vật lý, cung
cấp tốc độ dữ liệu giữa khoảng 2 và 25 Mbps bằng việc sử dụng điều biến sóng vô
tuyến dải hẹp trong dải tần 5.2 GHz. HIPERLAN 1 cũng sử dụng giao thức giống nhƣ
CSMA. Mặc dù trên thực tế nó cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn so với đa số biến thể
802.11 nhƣng nó ít phổ biến hơn so với 802.11 do gần đây nền tảng cần cài đặt lớn
hơn nhiều. Cũng giống nhƣ IEEE 802.11, HIPERLAN 1 có thể hoạt động trong chế độ
ad hoc hoặc với sự giám sát của BS cung cấp sự truy nhập tới mạng xƣơng sống có dây.
1.1.1.6.2. Mạng ATM không dây (WATM)
Vào năm 1996, diễn đàn ATM đã chấp thuận một nhóm nghiên cứu dành cho
WATM. WATM nhắm tới kết hợp các lợi thế tự do di chuyển của mạng không dây với
sự dồn kênh thống kê (sự phân phối băng thông linh hoạt) và đảm bảo chất lƣợng dịch
vụ đƣợc hỗ trợ bởi mạng ATM truyền thống. Các đặc tính phân phối băng thông linh
hoạt và đảm bảo chất lƣợng dịch vụ là cần thiết để hỗ trợ các ứng dụng đa phƣơng tiện
qua môi trƣờng không dây. Các đặc tính này không đƣợc hỗ trợ trong các mạng LAN
18
truyền thống bởi vì trên thực tế điều này đƣợc tạo ra cho sự truyền tải dữ liệu không
đồng bộ.
Một nỗ lực nhằm phát triển hệ thống WLAN cung cấp các khả năng của WATM
là HIPERLAN 2. Đây là một hệ thống hƣớng kết nối tƣơng thích với ATM, sử dụng gói
tin kích thƣớc cố định và cung cấp sự truy nhập không dây tốc độ cao (lên tới 54 Mbps
tại tầng vật lý) đến các loại mạng. Bản chất tính hƣớng kết nối của hệ thống hỗ trợ các
ứng dụng cần phải đảm bảo chất lƣợng dịch vụ.
1.1.1.6.3. PAN
Mạng PAN là bƣớc kế tiếp ở dƣới mạng LAN và các ứng dụng đích yêu cầu
truyền thông trong phạm vi thông rất ngắn (điển hình là trong phạm vi một vài mét).
Nghiên cứu ban đầu về mạng PAN đƣợc thực hiện vào năm 1996. Tuy nhiên, nỗ lực
đầu tiên để định nghĩa một chuẩn cho mạng PAN bắt đầu từ dự án Ericsson vào năm
1994. Dự án này có tên là Bluetooth, nhằm mục đích tìm kiếm một giải pháp cho
truyền thông không dây giữa điện thoại di động và các phụ kiện có liên quan. Hiện giờ
nó là một chuẩn công nghiệp mở đƣợc chấp nhận bởi hơn 100 công ty và nhiều sản
phẩm Bluetooth đã bắt đầu xuất hiện trên thị trƣờng. Phiên bản gần đây nhất đƣợc phát
hành vào năm 2001. Bluetooth hoạt động trong dải tần ISM 2.4 MHz, nó hỗ trợ các
kênh thoại 64 kbps và các kênh dữ liệu không đồng bộ với tốc độ lên tới 721 kbps.
Phạm vi hoạt động đƣợc hỗ trợ là 10m (tại công suất truyền 1mW) và 100m (tại công
suất truyền 1mW).
Một dự án PAN khác là HomeRF, phiên bản mới nhất đƣợc phát hành vào năm
2001. Phiên bản này cung cấp kết nối thoại 32 kbps và tốc độ dữ liệu lên tới 10 Mbps.
HomeRF cũng hoạt động trong dải tần 2.4 MHz và phạm vi hỗ trợ khoảng chừng 50m.
Tuy nhiên, Bluetooth dƣờng nhƣ có nhiều phát triển công nghiệp hơn HomeRF.
Trong năm 1999, IEEE cũng đã hợp nhất vùng tiêu chuẩn hóa PAN với sự hình
thành của nhóm làm việc 802.15. Vì thực tế Bluetooth và HomeRF có trƣớc sáng kiến
của IEEE, mục đích của nhóm làm việc 802.15 sẽ thực hiện đƣợc khả năng tƣơng tác
giữa các dự án này.
1.1.1.7. Các hệ thống truyền thông vệ tinh
Kỷ nguyên của các hệ thống vệ tinh bắt đầu vào năm 1957 với sự phóng tàu
Sputnik của Liên bang Soviet. Tuy nhiên, khả năng truyền thông của Sputnik còn rất
hạn chế. Vệ tinh truyền thông thực sự đầu tiên là AT&T Telstar 1, nó đƣợc phóng
thành công bởi NASA vào năm 1962. Telstar 1 đƣợc tăng cƣờng vào năm 1963 bởi vệ
tinh kế vị của nó, Telstar 2. Từ thời đại của vệ tinh Telstar đến nay, truyền thông vệ
tinh đã có đƣợc một sự phát triển to lớn cung cấp các dịch vụ nhƣ dữ liệu, phân
trang, thoại, TV broadcasting, truy cập Internet và một số dịch vụ di động.
Các quỹ đạo của vệ tinh thuộc về ba loại khác nhau. Theo thứ tự tăng của độ
cao có các loại quỹ đạo tròn nhƣ Quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO), Quỹ đạo Trái
Đất tầm trung (MEO) và Quỹ đạo Trái Đất đồng bộ (GEO) tại những khoảng cách
tƣơng ứng trong phạm vi 100 - 1000 km, 5000 - 15000 km và xấp xỉ 36000 km.
19
Hiện cũng có những vệ tinh sử dụng các quỹ đạo hình elip, và những cố gắng để
kết hợp đặc tính trễ trong truyền tải thấp của hệ thống LEO và tính chất ổn định của
hệ thống GEO.
Khuynh hƣớng ngày nay là sử dụng quỹ đạo LEO, nó cho phép trễ truyền tải
nhỏ, xây dựng đơn giản và các đơn vị di động mặt đất gọn nhẹ. Một số các hệ
thống LEO đã xuất hiện nhƣ Globalstar và Iridium, chúng cung cấp các dịch vụ
thoại và dữ liệu với tốc độ lên tới 10 kbps.
1.1.2. Các công nghệ ứng dụng trong mạng không dây
1.1.2.1. Công nghệ sử dụng ánh sáng hồng ngoại
Sử dụng ánh sáng hồng ngoại là một cách thay thế các sóng vô tuyến để kết nối
các thiết bị không dây, bƣớc sóng hồng ngoại từ khoảng 0.75 - 1000 micromet. Ánh
sáng hồng ngoại không truyền qua đƣợc các vật chắn sáng, không trong suốt. Về hiệu
suất, ánh sáng hồng ngoại có độ rộng băng tần lớn, làm cho tín hiệu có thể truyền dữ
liệu với tốc độ rất cao, tuy nhiên ánh sáng hồng ngoại không thích hợp nhƣ sóng vô
tuyến cho các ứng dụng di động do vùng phủ sóng hạn chế. Phạm vi phủ sóng của nó
khoảng 10 m, đây là một phạm vi quá nhỏ. Vì vậy mà nó thƣờng ứng dụng cho các
điện thoại di động, máy tính có cổng hồng ngoại trao đổi thông tin với nhau với điều
kiện là đặt sát gần nhau.
1.1.2.2. Công nghệ Bluetooth
Bluetooth còn gọi là IEEE 802.15.1 là một chuẩn công nghiệp cho mạng vùng
cá nhân sử dụng kết nối dữ liệu không dây (Wireless Personal Area Network).
Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau
trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial,
Scientific, Medical) trong dãy tần 2.40- 2.48 GHz. Đây là dãy băng tần không cần đăng
ký đƣợc dành riêng để dùng cho các thiết bị không dây trong công nghiệp, khoa học, y
tế.
Mạng Bluetooth sử dụng phƣơng thức FHSS. Trong mạng Bluetooth, các phần
tử có thể kết nối với nhau theo kiểu Ad hoc ngang hàng hoặc theo kiểu tập trung, có 1
máy xử lý chính và có tối đa là 7 máy có thể kết nối vào. Khoảng cách chuẩn để kết nối
giữa 2 đầu là 10 m, nó có thể truyền qua tƣờng, qua các đồ đạc vì công nghệ này không
đòi hỏi đƣờng truyền phải là tầm nhìn thẳng (LOS - Light of Sight). Tốc độ dữ liệu tối
đa là 740 Kbps.
1.1.2.3. Công nghệ HomeRF
Công nghệ này cũng giống nhƣ công nghệ Bluetooth, hoạt động ở dải tần 2.4
GHz, tổng băng thông tối đa là 1.6 Mbps và 650Kbps cho mỗi ngƣời dùng. HomeRF
cũng dùng phƣơng thức điều chế FHSS. Điểm khác so với Bluetooth là công nghệ
HomeRF hƣớng tới thị trƣờng nhiều hơn. Việc bổ sung chuẩn SWAP - Standard
Wireless Access Protocol cho HomeRF cung cấp thêm khả năng quản lý các ứng dụng
đa phƣơng tiện một cách hiệu quả hơn.
1.1.2.4. Công nghệ HyperLAN