Mạng cảm nhận không dây (WSN) đặc điểm cấu hình và thủ tục điều khiển thâm nhập môi trường (MAC)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Hoàng Quang Hưng Mạng cảm nhận không dây (WSN) đặc điểm cấu hình và thủ tục điều khiển thâm nhập môi trường (MAC) KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện tử - Viễn thông HÀ NỘI - 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Hoàng Quang Hưng Mạng cảm nhận không dây (WSN) đặc điểm cấu hình và thủ tục điều khiển thâm nhập môi trường (MAC) KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện tử - Viễn thông Cán bộ hướng dẫn: PGS-TS Vương Đạo Vy Cán bộ đồng hướng dẫn: HÀ NỘI - 2008 TÓM TẮT NỘI DUNG Mạng LAN không dây là mạng trong đó các trạm được kết nối với nhau bằng sóng radio hoặc hồng ngoại. WLAN hoạt động trên cơ sở tiêu chuẩn của IEEE 802.11 trong dải tần ISM. WLAN sử dụng sóng radio với các tín hiệu được điều chế theo kỹ thuật trải phổ. Hoạt động của WLAN bao gồm 2 quá trình: Kiểm tra lớp vật lý (PHY) và điều khiển thâm nhập môi trường MAC, hoạt động trong giao thức CSMA/CA. Mạng WLAN cung cấp 2 chế độ cấu hình là Ad-hoc và Infrastructure, hỗ trợ đơn ô và đa ô với tính năng di động. Mạng cảm nhận không dây WSN cũng là mạng hoạt động với nhau nhờ sóng radio. Nhưng trong đó, mỗi node mạng bao gồm đầy đủ các chức năng để cảm nhận, thu thập, xử lý và truyền dữ liệu. Cấu hình cho mạng WSN cũng tương tự như WLAN nhưng phức tạp hơn WLAN vì số lượng các node cũng như phạm vi hoạt động là khá lớn. Các dạng cấu hình trong mạng WSN còn phải đáp ứng được các hàm kết nối của từng dạng để đảm bảo mạng hoạt động. Thủ tục điều khiển thâm nhập môi trường trong WSN cũng có phần giống với WLAN tuy nhiên do yêu cầu về tiết kiệm năng lượng tối đa của các node, WSN đưa ra các giải pháp để giải quyết việc tiết kiệm năng lượng bằng các chế độ lập lịch thức, ngủ cho mỗi quá trình truyền và nhận dữ liệu của mỗi node. MỤC LỤC PHẦN 1 MẠNG LAN KHÔNG DÂY (WLAN) Chương 1. Tổng quan về WLAN 1.1. Giới thiệu chung……………………………………………………...….2 1.2. Lợi ích và ứng dụng của WLAN………………...………………............2 1.3. WLAN trên cơ sở radio……………………………………………...…..3 1.3.1 Dải ISM…………………………………………………………...……..3 1.3.2 Điều biến dải hẹp………………………………………………...………4 1.3.3 Điều biến trải phổ……………………………………………...………...4 1.3.3.1Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)…………..…………………...……..…5 1.3.3.2Trải phổ nhảy tần (FHSS)………………………………..…...……...….6 1.4 WLAN trên cơ sở hồng ngoại…………………………………...………7 1.4.1 Kỹ thuật WLAN dùng ánh sáng hồng ngoại khuếch tán………...………8 1.4.2 Kỹ thuật hồng ngoại điểm-điểm………………………………...……….8 1.4.2.1Kết nối hồng ngoại điểm-chùm…………..………………………......….8 1.4.2.2Hệ thống LAN hồng ngoại điểm-điểm………………………………….9 1.5 Chế độ hoạt động Ad-hoc và Infrastructure………………………..........9 1.5.1 Chế độ Infrastructure…………………………………………………….9 1.5.2 Chế độ Ad-hoc………………………………………………………….10 1.6 Cấu hình đơn ô, đa ô trong WLAN……………………………...……..11 1.6.1 Đơn ô (single cell WLAN)...………………………………………...…11 1.6.2 Liên kết đơn ô……………………………………………………..........11 1.6.3 Đa ô……………..…………………………………………………..….11 1.6.4 Chồng lấp các ô……………………………………………...…………12 1.7 Ưu nhược điểm của LAN không dây…………………..………………12 1.7.1 Ưu điểm………………………………………………...………………12 1.7.2 Nhược điểm………………………………………………...…………..13 Chương 2. Các chuẩn và thiết bị của WLAN 2.1 Chuẩn IEEE 802.11……………………………………………...…......13 2.1.1 Lớp vật lý của IEEE 802.11………………………………...………….14 2.1.1.1 Phân lớp hồng ngoại…….…………………….……...………………14 2.1.1.2 Phân lớp FHSS………………………………..…………..………….14 5 2.1.1.3 Phân lớp DSSS……………………………………………...………15 2.1.2 Lớp MAC của IEEE 802.11………………………………………...….15 2.1.2.1 Cơ chế CSMA……………..……...………………………………….16 2.1.2.2 Cơ chế RTS/CTS…….………………...…………………………….16 2.1.2.3 Khung dữ liệu MAC trong 802.11…………..………………..……...17 2.2 Giao thức mạng không dây……………………..……………………...17 2.3 Kiến trúc mạng không dây…………………………..…………………19 2.4 Phân bố địa chỉ IP…………………...………………………………….20 2.5 Thiết bị cho WLAN……………………...……………………………..21 2.5.1 Wireless Adaptor……………………………...………………………..21 2.5.2 Anten……………………………………………...…………………....23 2.5.2.1 Đặc điểm chung của anten………………..………...………………..23 2.5.2.2 Một số loại anten………..……………………………..…………….24 2.5.3 Điểm truy cập (AP)………………………………………….………...25 PHẦN 2 MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY (WSN) Chương 1. Tổng quan về mạng cảm nhận không dây 1.1 Khái quát………………………………………………………….……27 1.2 Các thiết bị mạng cảm biến không dây………………………………...28 1.2.1 Bộ xử lý nhúng năng lượng thấp…………….…………………………29 1.2.2 Bộ nhớ và lưu trữ…………………………….…....……………………29 1.2.3 Máy thu phát bức xạ (radio)……………………………………………29 1.2.4 Cảm biến………………….…………………………………………….29 1.2.5 Hệ thống định vị địa lý…………………………………………………30 1.2.6 Nguồn năng lượng………………………………………………...........30 1.3 Ứng dụng của mạng cảm nhận không dây……………………………..31 1.3.1 Quan sát môi trường sinh thái……………………………………...…..31 1.3.2 Theo dõi trong quân sự và tìm kiếm mục tiêu………………………….31 1.3.3 Quan sát địa chấn và cấu trúc……………………………………..........31 1.3.4 Công nghiệp và thương mại mạng cảm nhận……………………..........32 1.4 Thách thức thiết kế chính…………………………...………………….32 1.4.1 Thời gian sống mở rộng………………………………..………………33 1.4.2 Đáp ứng……………………………………………………...…………33 1.4.3 Sức mạnh……………………………………………………………….33 6 1.4.4 Bổ trợ…………………………………………………………………...33 1.4.5 Mở rộng phạm vi……………………………………………………….34 1.4.6 Tính không đồng nhất………...………………………………………...34 1.4.7 Tự cấu hình………………………...…………………………………...34 1.4.8 Tự đánh giá và thích nghi……………...……………………………….35 1.4.9 Thiết kế hệ thống…………………………...…………………………..35 1.4.10 An ninh và bảo mật……………………………..………..…………...35 Chương 2. Triển khai mạng 2.1 Tổng quan…………………………………………...………………….36 2.2 Triển khai có cấu trúc hay triển khai ngẫu nhiên………...…………….37 2.3 Topo mạng…………………………………………….……..…………38 2.3.1 Single hop dạng sao………………………………….………..………..39 2.3.2 Multi hop dạng lưới và ô……………………………….………..……..39 2.3.3 Cụm (cluster) phân cấp 2 tầng………………..………….……………..39 2.4 Kết nối trong dạng sơ đồ ngẫu nhiên……………..……….……………39 2.4.1 Kết nối trong G(n,R)…………………………………..….…………….41 2.4.2 Tính đơn điệu của G(n,R)………………………………...…………….42 2.4.3 Kết nối trong G(n,K)………………………………………...…………42 2.4.4 Kết nối và truyền tin trong G(n,p,R)……………………………...……43 2.5 Kết nối sử dụng điều khiển năng lượng……………………………..….43 2.5.1 Năng lượng nhỏ nhất để kết nối cấu trúc mạng…………..…...….…….44 2.5.2 Cài đặt năng lượng chung nhỏ nhất…………………………..………...45 2.5.3 Làm giảm tối thiểu năng lượng cực đại…………………………..…….46 2.5.4 Topo điều khiển dạng hình nón………………………………………...46 2.5.5 Cấu trúc trình duyệt mở rộng theo hình cây cục bộ nhỏ nhất...………...47 Chương 3. Đa truy cập và chế độ ngủ 3.1 Tổng quan………………………………………………………………48 3.2 Giao thức MAC truyền thống…………………………………………..48 3.2.1 Aloha và CSMA………………………………………………………..48 3.2.2 Vấn đề node ẩn node hiện……………...………………………………49 3.2.3 Đa truy cập tránh xung đột MACA và đặc tả 802.11…………………..50 3.2.4 IEEE 802.15.4 MAC……………...……………………………………54 3.3 Năng lượng hiệu quả trong giao thức MAC…..……………………….55 3.3.1 Quản lý năng lượng trong IEEE 802.11…………..…………………...55 3.3.2 Năng lượng cần cho đa truy cập và báo hiệu…………..………………55 7 3.3.3 Tối thiểu hoá chi trả năng lượng tiếp nhận rảnh rỗi………..……….….55 3.4 Kỹ thuật ngủ không đồng bộ…………………………………..….……56 3.4.1 Bức xạ thức dậy thứ 2……………………………………………...…..56 3.4.2 Lắng nghe năng lượng thấp / lấy mẫu đầu khung truyền……...………56 3.4.3 WiseMAC……………………………………………………………...57 3.4.4 Truyền/nhận- bắt đầu chu kỳ tiếp nhận………………………..………57 3.5 Kỹ thuật lập lịch ngủ…………………………………………………..58 3.5.1 Cảm ứng MAC (S-MAC)……………………………………………...58 3.5.2 MAC thời gian chờ (T-MAC)………………………………………….59 3.5.3 MAC hội tụ dữ liệu (D-MAC)…………………………………………60 3.5.4 Lập lịch ngủ có thời gian trễ hiệu quả………………………………….61 3.5.5 Lịch ngủ không đồng bộ…………………………………………..........61 CHỮ VIẾT TẮT ACK :Acknowledge AP :Access Point BPP :Base Band Processor CAP :Contention Access Period CBTC :Cone-Based Topology Control CFP :Collision-Free Period COWPOW :Minimum Common Power Setting CSMA/CA :Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance CSMA/CD :Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection CTS :Clear To Send D-MAC :Data-gathering MAC DCF :Distributed Coordination Function DESS :Delay Efficient Sleep Scheduling DIFS :Distributed Inter-Frame Spacing DSSS :Direct Sequence Spread Spectrum FHSS :Frequency Hopping Spread Spectrum FCC :Federal Communication Commission FRTS :Future Request To Send GPS :Global Positioning System GTS :Guaranteed Time Slot IEEE :Institute of Electrical and Electronic Engineering LWIM :Low-Power Wireless Integrated Microsensor 9 LAN :Local Area Network LMST :Local Minimum Spanning Tree Construction LR-WPAN :Low-Rate Wireless Personal Area Networks MECN :Minimum Energy Connected Network Construction NAV :Network Allocation Vector NIC :Network Interface Card OSI :Open System Interconnection PAMAS :Power Aware Medium Access with Signaling PCMCIA :Personal Computer Memory Card International Association PCF :Point Coordination Function PHY :Physical RICER :Receiver Initiated Cycle Reception RTS :Request To Send S-MAC :Sensor MAC T-MAC :Timeout MAC TICER :Transmitter Initiated Cycle Reception WEP :Wired Equivalent Privacy WINS :Wireless Integrated Networked Sensors WLAN :Wireless Local Area Network WSN :Wireless Sensor Network 1 MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghệ thông tin bùng nổ theo từng ngày, nhu cầu sử dụng các hệ thống thông tin ngày càng cao. Do vậy đòi hỏi kỹ thuật thu thập, xử lý và truyền dữ liệu chính xác và nhanh chóng. Để đáp ứng được nhu cầu đó, điều bắt buộc là phải phát triển một hệ thống truyền thông không dây kết hợp với sự đa dạng hoá các loại hình dịch vụ. WLAN chính là một giải pháp chọn lựa bởi khả năng linh động trong kết nối của nó. Bên cạnh nhu cầu giao tiếp các thiết bị không dây, một nhu cầu ngày càng được đòi hỏi lớn hơn là nhu cầu về cảm biến, giám sát, theo dõi điều khiển thông minh. Đặc biệt trong các lĩnh vực quân sự (kích hoạt thiết bị, điều khiển tự động các thiết bị robot), y tế (định vị, theo dõi tình trạng sức khoẻ bệnh nhân và báo động khẩn cấp tự động), môi trường (giám sát lũ lụt, thiên tai…) và một vài lĩnh vực về đời sống khác (nhà thông minh, điều khiển giao thông tự động tránh ùn tắc…). Để giải quyết nhu cầu này, người ta phát triển hệ thống mạng cảm nhận không dây (WSN). WSN tạo ra môi trường giao tiếp giữa các thiết bị thông minh, hay giữa các thiết bị thông minh với con người hoặc các hệ thống viễn thông khác. Cùng với những ưu điểm mà WSN mang lại, còn những mặt hạn chế khả năng hoạt động của mạng. Đó chính là: mạng WSN có thể hiểu đơn giản là mạng liên kết các node bằng sóng vô tuyến trong đó các node mạng thường là các thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, rẻ tiền, có số lượng lớn và phân bố khá rộng. Lưu lượng dữ liệu lưu thông trong WSN là thấp và không liên tục, thông thường thời gian 1 node mạng ở trạng thái nghỉ lớn hơn trạng thái hoạt động rất nhiều, do vậy cần có giải pháp tiết kiệm năng lượng tối đa. Không những vậy, các node mạng của WSN đôi khi còn phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, được bố trí ngẫu nhiên nên có thể di chuyển làm thay đổi cấu hình mạng. Vì vậy đòi hỏi các node mạng còn có khả năng tự động cấu hình và thích nghi. Cuối cùng là những khó khăn về vấn đề bảo mật và an ninh bởi khả năng hoạt động tự động của các node mạng. Khoá luận này, bên cạnh việc nêu lên đặc điểm cấu hình và hoạt động của WLAN, tập trung chính vào đặc điểm cấu hình và thủ tục điều khiển thâm nhập môi trường của mạng WSN. Với kiến thức còn hạn hẹp, thời gian nghiên cứu không dài và tài liệu tham khảo có chưa nhiều, do vậy khoá luận không tránh khỏi những sai sót. Vậy kính mong các thầy cùng các bạn sinh viên quan tâm chia sẻ đóng góp ý kiến để khoá luận được hoàn thiện. Em xin chân thành cám ơn! 2 PHẦN 1 MẠNG LAN KHÔNG DÂY (WIRELESS LAN HAY WLAN) Chương 1. TỔNG QUAN VỀ WLAN 1.1 . Giới thiệu chung Mạng LAN không dây về cơ bản giống với mạng LAN có dây. Tuy nhiên, trong khi mạng LAN có dây có lưu lượng mạng của các kênh thông qua dây cáp đồng trục hoặc cáp quang thì WLAN sử dụng dải tần số radio để gửi lưu lượng truyền thông trong không gian. Mạng WLAN cũng có thể sử dụng tia hồng ngoại nhưng với những giới hạn khoảng cách ngắn. Mạng LAN không dây có thể dùng cho máy tính xách tay hoặc máy để bàn, hoặc PDA để truy cập nội hạt mà không phải kết nối bằng dây. Do vậy, WLAN thường được cài đặt trong những vùng khó lắp đặt hoặc những nơi có nhiều người sử dụng máy tính xách tay hay PDA di động. Mỗi điểm truy cập có một máy phát và một máy thu, một anten và một bộ phận hoạt động như Bridge (cầu). Một điểm truy cập có thể phục vụ một số người sử dụng, nhưng khi có nhiều người cùng kết nối, liên kết trở nên chậm. Người dùng có “bộ tiếp hợp không dây” bên trong máy tính có thể truy cập bất cứ ở đâu trong phạm vi hoạt động kể từ điểm truy cập, vì tín hiệu radio không dây có thể xuyên qua hầu hết tường hay sàn nhà. Ngoài khoảng cách ra, tốc độ truyền dữ liệu còn phụ thuộc cả vào các vật cản trên đường đi của tín hiệu. Độ rộng tần số trong chuẩn 802.11 qui định ở tốc độ cao truyền gần hơn. Nếu dùng mô hình Ad hoc, một số trạm làm việc bị che khuất so với các trạm khác sẽ mất khoảng 40% hiệu suất mạng. Nếu dùng mô hình điểm giao dịch thì chỉ cần thấy nhau giữa điểm giao dịch và từng trạm làm việc, tránh được vấn đề trên. 1.2 . Tiện ích và ứng dụng của WLAN Với WLAN, người sử dụng có thể truy cập những thông tin dùng chung và người quản trị mạng có thể thiết lập hoặc mở rộng mạng mà không phải lắp đặt thêm thiết bị hoặc di chuyển đường dây. Hệ thống WLAN di động cung cấp cho người dùng truy 3 cập thông tin với thời gian thực ở bất cứ nơi đâu trong phạm vi hoạt động. Sự di động hỗ trợ một cách hiệu quả các dịch vụ mà mạng có dây không thể làm được. Việc cài đặt và thiết lập một hệ thống WLAN không cần đến các đường cáp, đầu tư ban đầu cho phần cứng WLAN có thể cao hơn của LAN, nhưng chi phí cho cài đặt và thời gian tồn tại có thể thấp hơn một cách đáng kể. WLAN có 2 ứng dụng chủ yếu: - Kết nối giữa các toà nhà - Kết nối mạng không dây và có dây (wireless – wire) Tất cả WLAN hoạt động trên dải tần số không đăng ký ở gần tốc độ mạng Ethernet (100Mbps) sử dụng giao thức sóng mạng radio hoặc hồng ngoại. Phần lớn các thiết bị này đều có thể truyền thông tin trên 1000 feet giữa các máy tính trên môi trường hoạt động và chi phí sử dụng trong phạm vi từ 150$ - 800$. 1.3 . WLAN trên cơ sở Radio Sự thuận lợi của sóng radio trong kết nối là chúng truyền qua tường và các vật cản khác mà suy giảm yếu. Thậm chí, qua nhiều bức tường tách rời người sử dụng và server hoặc cầu không dây, mạng vẫn có thể duy trì kết nối. Tuy nhiên, khi có nhiều thiết bị như trong y học, công nghiệp cùng hoạt động với một tần số radio theo WLAN sẽ gây ra tạp nhiễu. Vì vậy, người ta đã đưa ra luật và phương pháp để giải quyết vấn đề này. - Dải ISM - WLAN dải hẹp - WLAN dải rộng 1.3.1 . Dải ISM FCC (Federal Communications Commission) cho phép các sản phẩm mạng không dây hoạt động trong dải công nghiệp, khoa học và y học (Industrial, Scientific, Medical – ISM). FCC cho phép người sử dụng thực hiện các sản phẩm thoả mãn những yêu cầu, ví dụ hoạt động với máy phát 1W công suất đầu ra. Điều này càng có lợi khi di chuyển thường xuyên, vì khi đó có thể tránh được giấy tờ phức tạp vì đăng ký lại sản phẩm ở vị trí mới. Ngoài ra, còn nhiều dải tần số cao hơn, hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn. 4 Dải tần số ISM 2.4 GHz là dải không đăng ký có hiệu lực ở mọi nơi. Nhưng các nhà sản xuất phát triển các sản phẩm trong dải 902 MHz vì cho rằng dải này tiết kiệm hơn. 1.3.2 . Điều biến dải hẹp Những hệ thống radio như TV sóng radio FM và AM sử dụng điều biến dải hẹp. Những hệ thống này tập trung tất cả các công suất phát sóng trong một dải hẹp tần số, tạo ra hiệu quả sử dụng phổ radio. Khi hệ thống khác sử dụng cùng tần số, sẽ gây ra rất nhiều nhiễu làm hỏng nhiều tín hiệu. Để tránh nhiễu, FCC yêu cầu người sử dụng hệ thống dải hẹp đạt được toạ độ hoạt động chính xác của sóng radio. Những sản phẩm dải hẹp có nhiều ưu điểm vì hoạt động không có nhiễu. Nếu nhiễu xảy ra, FCC sẽ giải quyết vấn đề đó. Điều này làm cho điều chế dải hẹp tốt với những kết nối kéo dài vượt kích thước địa lý của vùng trung tâm. 1.3.3 . Điều biến trải phổ Điều biến trải phổ có rất nhiều tính năng, quan trọng nhất là: - Chống lại nhiễu vô tình hay cố ý, đây là một tính năng quan trọng cho thông tin ở vùng bị tắc nghẽn như ở các thành phố. - Có khả năng loại trừ hay giảm bớt ảnh hưởng của truyền sóng nhiều tia gây trở ngại rất lớn trong thông tin đô thị. - Có khả năng dùng chung ba lĩnh vực: công nghiệp, khoa học và y học (dải ISM) với công suất đến 1W ở các băng tần sau: 902-928 MHz, 2.4-2.4835 GHz và 5.725-5.85 GHz (theo tiêu chuẩn FCC). - Nhờ sử dụng các mã trải phổ giả ngẫu nhiên nên khó bắt trộm tín hiệu. Ở các hệ thống thông tin thông thường, độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế càng tốn ít độ rộng băng tần càng tốt. Ở các hệ thống thông tin trải phổ, độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát. Khi có một người sử dụng băng tần SS (Spread Spectrum) sẽ không hiệu quả, tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, họ có thể dùng chung một băng tần SS và hệ thống trở nên có hiệu quả mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ. Trải phổ là gì? Điều chế trải phổ là trải công suất tín hiệu trên một dải rộng tần số. Điều này trái với yêu cầu duy trì thông tần số, nhưng quá trình trải tạo nhiều tín hiệu dữ liệu bị ảnh hưởng của tạp nhiễu điện so với kỹ thuật điều chế radio thường. Sự 5 truyền và tạp nhiễu điện khác dải thông hẹp, sẽ chỉ nhiễu với phần nhỏ của tín hiệu trải phổ, kết quả là ít nhiễu hơn và ít lỗi hơn khi thu tín hiệu dải điều chế. Sự điều biến trải phổ sử dụng một trong hai phương pháp để trải tín hiệu trên vùng rộng: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) và trải phổ nhảy tần (FHSS). 1.3.3.1 . Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) Trải phổ chuỗi trực tiếp kết hợp tín hiệu dữ liệu ở trạm gửi đi với dữ liệu có tốc độ bit tuần tự cao hơn, có liên quan tới mã chip (cũng được xem là hệ số xử lý processing gain). Tín hiệu dữ liệu được chồng lên sóng mạng. Trong thời gian này, một sự lan truyền hoặc một mã chip được sử dụng để tạo ra các bit dư thừa được truyền. Do đó tín hiệu xuất hiện ở dưới công suất dải băng nhiễu tới máy thu không định hướng. Mã chip được áp dụng tới từng bit của dữ liệu. Một trong những lợi thế của việc sử dụng mã lan truyền là một hoặc cao hơn một bit trong chip bị lỗi trong thời gian truyền, kỹ thuật này được áp dụng cho sóng radio để khôi phục dữ liệu gốc mà không cần sự truyền lại. Tỷ lệ dữ liệu trên bề rộng của mã lan truyền được gọi là độ tăng ích xử lý. Hệ số xử lý cao tăng tính chống nhiễu của tín hiệu. Hệ số xử lý nhỏ nhất theo FCC là 10, và hầu hết các sản phẩm hoạt động trên 20. Với DSSS, luồng dữ liệu gốc được nhân lên bởi việc trải “mã chip”. Quá trình này bị phá vỡ mỗi bit dữ liệu trong nhiễu “dãy bit” hoặc chip được đại diện là 0 hoặc 1 trong một mẫu thiết lập và truyền các chip này trên dải tần số rộng hơn so với dải thông thường của luồng dữ liệu. Khi đó máy thu “ có cùng khoá mã chip” sẽ thu được dải truyền của chip. Quá trình ngược lại thông qua việc “ giải mã” và tập hợp lại luồng dữ liệu gốc. Thay cho việc sử dụng tín hiệu riêng lẻ của thời gian bất kỳ qui định cho quá trình truyền ( giống như một quá trình truyền thông radio thông thường), tín hiệu hẹp mà luồng dữ liệu sẽ “nhảy qua” (giống FHSS). Luồng dữ liệu trong hệ thống DSSS được gửi trong phạm vi rộng trong dải. Khi trình tự chip lớn hơn sẽ có dải truyền rộng hơn trên tín hiệu gốc được trải ra. Bảo mật Quá trình trải rộng tín hiệu trên dải truyền trực tiếp có lợi cho vấn đề bảo mật. Việc ứng dụng của mã chip không chỉ trải luồng bit gốc, mà còn tạo nên dãy tuần tự mã hoá. Điều này đảm bảo độ an toàn lớn hơn. “Người xâm phạm” trước tiên phải thiết lập phạm vi tần số được sử dụng cho quá trình truyền, và sau đó thiết lập mã chip được sử dụng để trải dữ liệu để “giải mã” luồng dữ liệu gốc. Với DSSS, biên độ phát là nhỏ để trong thực tế nó được xem giống như tạp nhiễu trong phổ radio. 6 Ứng dụng của mã chip tạo nên tín hiệu có độ rộng khoảng chừng 11MHz. Việc sử dụng dải rộng trong kỹ thuật trải phổ cung cấp phạm vi miễn dịch với nhiễu. Các nguồn nhiễu sẽ chỉ gây nhiễu một phần nhỏ của tín hiệu. Nếu điều đó xảy ra, tín hiệu gốc có thể được thu lại nhờ hệ thống mã hoá. Sự thay đổi tỷ lệ Hệ thống DSSS sử dụng cực đại là 11 kênh. Trong đó có 3 kênh không chồng lấp lên nhau: 1, 6, 11. Sự liên quan này có nghĩa là sự thực hiện có thể chỉ có 3 kênh. Các Acess Point chồng lấp trong vùng bao phủ qui đinh. 1.3.3.2 Trải phổ nhảy tần (FHSS) FHSS tương tự sự truyền radio FM, được mang bởi dải hẹp mà có thể thay đổi tần số. Tiêu chuẩn 802.11 cung cấp 22 mẫu nhảy và dịch tần số trong dải 2.4 GHz ISM. Mỗi kênh là 1 MHz và tín hiệu phải dịch tần số hoặc nhảy ở tốc độ nhảy cố định. FH là quá trình bằng cách phát thu sóng radio trên một tần số với chu kỳ ngắn của thời gian (được gọi là thời gian tồn tại) và khi đó sẽ thay đổi hoặc nhảy đến tần số khác. Kỹ thuật FHSS tạo ra trong dải ISM là 78 kênh độc lập. Mỗi một phần mười của giây, tín hiệu lại truyền từ một tần số này sang một tần số khác. Sự lựa chọn các kênh dựa trên cơ sở thuật toán bước nhảy giả ngẫu nhiên. FHSS làm việc giống như tên ngụ ý của nó. Nó mang tín hiệu dữ liệu để điều chế với tín hiệu sóng mang mà nhảy từ tần số này sang tần số khác giống như một hàm của thời gian trên một dải tần số rộng. Ví dụ như nhảy qua tần số sóng mang trên dải 2.4 GHz giữa 2.4 GHz và 2.483 GHz. Mã nhảy quyết định tần số radio sẽ truyền theo thứ tự. Để thu được tín hiệu một cách chính xác, máy thu phải đặt cùng một mã nhảy và “nghe” tín hiệu đến thời gian thích hợp và tần số chính xác. Qui tắc FCC yêu cầu các nhà sản xuất sử dụng tần số 75 hoặc hơn cho mỗi kênh truyền với thời gian dừng đều đặn lớn nhất (thời gian ở từng tần số riêng) là 40ms. Nếu sóng radio bắt gặp nhiễu trên tần số nào đó, nó sẽ truyền lại tín hiệu ở bước nhảy tiếp theo trên một tần số khác. Kỹ thuật nhảy tần giảm bớt nhiễu bởi vì sự truyền từ hệ thống dải hẹp sẽ làm ảnh hưởng tới tín hiệu trải phổ khi nó sử dụng tần số của tín hiệu dải hẹp. Do đó, toàn bộ nhiễu sẽ thấp, dẫn tới có ít hoặc không có bit lỗi. Sự hoạt động của sóng radio có thể sử dụng trong cùng dải tần số và không bị nhiễu, chúng sử dụng từng mẫu nhảy khác nhau. Trong khi một sóng radio đang truyền ở cùng một thời gian được xem như một vùng quan sát trực giao. Một số nhà cung cấp cho phép người dùng lựa chọn kênh (mã nhảy riêng biệt) để sóng radio hoạt động trên 7 đó, tất cả người sử dụng trong cùng một mạng cục bộ phải sử dụng cùng mã. Điều này đem đến khả năng cho Wlan hoạt động lẫn nhau trong cùng một dải tần số mà không nhiễu, miễn là gán chúng vào miền quan sát trực giao với mã lan truyền. Yêu cầu FCC cho tần số truyền khác nhau cho phép sóng radio nhảy tần số để có kênh không nhiễu. Giải pháp FH giảm độ nhạy với nhiễu từ các bộ phát radio khác và nguồn tạp nhiễu trong dải 2.4 GHz, bởi vì tần số phát là dịch chuyển cố định từ dải 1 MHz đến tần số tiếp theo. Nhiễu chỉ được xem như một phần nhỏ trong toàn bộ thông lượng trong một môi trường có nhiều nhiễu. Bảo mật Giải pháp có độ an toàn cao, và là giải pháp tốt cho các ứng dụng trong quân đội và qui định bắt buộc. Sự thay đổi tự nhiên cố định của những hệ thống này làm cho rất khó để ngăn chặn hoặc tắc nghẽn. Để ngăn chặn tín hiệu, người xâm nhập vào phải biết được cả quá trình truyền tần số hiện hành và mẫu nhảy để bức chế tần số tiếp theo mà hệ thống sẽ nhảy qua. Thông tin giống nhau phải được nhận biết bởi một người nào đó bị tắc nghẽn khi truyền, trừ khi tắc nghẽn trong toàn bộ dải 2.4 GHz. 1.4 . WLAN trên cơ sở ánh sáng hồng ngoại Ánh sáng hồng ngoại là một trong những cách thức sử dụng sóng radio cho sự liên kết WLAN. Bước sóng của ánh sáng hồng ngoại trong dải từ 0.75 đến 1.000 µm, là dải dài hơn ( tần số thấp hơn) quang phổ màu nhưng ngắn hơn ( tần số cao hơn) sóng radio. Dưới mọi trạng thái của ánh sáng, ánh sáng hồng ngoại không nhìn thấy được bằng mắt thường. Sản phẩm WLAN dùng ánh sáng hồng ngoại hoạt động quanh bước sóng 820nm vì không trung xuất hiện tắt dần ít nhất tại điểm ở trong phổ hồng ngoại. So với sóng radio, ánh sáng hồng ngoại cho sự an toàn và tín hiệu mức độ cao hơn. Nhưng LAN này đảm