Công nghệ và dịch vụ Wi-fi

I.Giới thiệu
 
Hiện nay các nhu cầu về dịch vụ di động không chỉ dừng lại ở dịch vụ thoại truyền thống mà còn có sự phát triển nhanh và mạnh các nhu cầu về dịch vụ số liệu di động đặc biệt là dịch vụ truy cập Internet di động, khiến cho nhà sản xuất và khai thác mạng phải tìm kiếm các kiến trúc mạng mới trên cơ sở kiến trúc hạ tầng truyền thống để giảm giá thành và đơn giản hoá việc xây dựng các mạng đa dịch vụ, đa phương tiện.

Các mạng 2G đã phục vụ khá tốt nhu cầu thoại thông thường và một số ứng dụng thế hệ 2 như SMS hay truy nhập Internet bằng công nghệ WAP. Nhưng khi người sử dụng đòi hỏi các dịch vụ như điện thoại video hay truy cập Internet tốc độ cao thì chúng hoàn toàn không thể đáp ứng được. Bên cạnh đó, các hệ thống thông tin di động hiện nay là các hệ thống băng hẹp chỉ cung cấp được chất lượng thông tin hạn chế, nhất là đối với nhu cầu truyền số liệu nhưng giá cước cao.

Sự phát triển của các thiết bị di động công nghệ cao như máy tính xách tay laptop, máy tính bỏ túi palmtop, thiết bị hỗ trợ kĩ thuật số cá nhân PDA…càng thúc đẩy nhu cầu truyền dữ liệu di động trong khi đó mạng điện thoại di động thế hệ thứ ba (3G) vốn được coi là giải pháp của tương lai cho các dịch vụ truyền thông đa phương tiện di động lại chưa sẵn sàng nhập cuộc. Bối cảnh này đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi một lớp mạng di  động không dây mới. Đó là mạng cục bộ vô tuyến WLAN (Wireless Local Area Network). Mạng WLAN sẽ đáp ứng kịp thời nhu cầu về truyền số liệu không dây tốc độ cao với giá thành hạ và độ linh hoạt cao, triển khai nhanh chóng. Các công nghệ Wi-fi dựa trên chuẩn IEEE 802.11b xây dựng cho WLAN được là chìa khoá giúp các nước đang phát triển đi tắt đón đầu, đuổi kịp các nước phát triển trong lĩnh vực công nghệ thông tin.  Nhận thức rõ được sự phát triển tất yếu của công nghệ Wi-fi, ở Việt Nam công ty VDC đã chủ động triển khai  điểm nóng (hotspot) truy cập dịch vụ Wi-fi tại những khu trung tâm và sắp tới VDC sẽ đăng ký để được có tên trên bản đồ Wi-fi thế giới. Sự kiện này chứng tỏ Việt Nam đang thực sự hoà nhập và phát triển cùng với những tiến bộ mang tính đột phá

của nền công nghệ cao thế giới. 
 
TỔNG QUAN VỀ WLAN
 
Mạng WLAN là một hệ thống truyền thông số liệu linh hoạt được thực hiện trên sự mở rộng của mạng LAN hữu tuyến. Mạng WLAN sử dụng sóng vô tuyến để truyền và nhận dữ liệu, tối thiểu hoá việc kết nối sử dụng dây dẫn, vì vậy WLAN kết hợp được việc kết nối truyền số liệu với tính di động của người sử dụng. Sử dụng băng tần ISM 2,4 GHz. Vùng phủ sóng của WLAN trong phạm vi khuôn viên trường đại học hoặc toà nhà văn phòng. 
Sự ra đời của các cầu nối WLAN đã đem lại nhiều lợi ích về khả năng di động và khai thác mạng linh hoạt. Với mạng WLAN, người dùng có thể truy cập các thông tin dùng chung mà không cần tìm chỗ cắm thiết bị và các nhà quản lý mạng có thể thiết lập hoặc làm tăng thêm mạng lưới mà không cần lắp đặt hoặc di chuyển hệ thống dây. WLAN còn cho năng suất lưu lượng tăng, thuận tiện, lợi thế về chi phí so với các hệ thống mạng hữu tuyến truyền thống. Mạng WLAN có các ưu điểm:
– Tính di động làm tăng hiệu quả và dịch vụ
– Nhanh chóng và đơn giản trong lắp đặt
– Giảm giá thành khi vận hành

– Khả năng nâng cấp

CẤU HÌNH MẠNG WLAN
Mạng WLAN thường có hai loại cấu hình cơ bản sau:

– Mạng WLAN độc lập hay còn gọi là mạng Ad Hoc (hình 1): các nút di động (máy tính laptop) tập trung lại trong một không gian nhỏ để hình thành nên kết nối ngang cấp (peer-to-peer) giữa chúng. Các nút di động trao đổi thông tin trực tiếp với nhau thông qua các bộ biến đổi vô tuyến, không cần phải quản trị mạng. Vì các mạng ad-hoc này có thể thực hiện nhanh và dễ dàng nên chúng thường được thiết lập mà không cần một công cụ hay kỹ năng đặc biệt nào vì vậy nó rất thích hợp để sử dụng trong các hội nghị thương mại hoặc trong các nhóm làm việc tạm thời. Tuy nhiên chúng có thể có những nhược
điểm về vùng phủ sóng bị giới hạn, mọi người sử dụng đều phải nghe được lẫn nhau.

– Mạng WLAN cơ sở (hình 2): bao gồm các điểm truy nhập AP (Access Point) gắn với mạng đường trục hữu tuyến và giao tiếp với các thiết bị di động trong vùng phủ sóng của một cell. AP đóng vai trò điều khiển cell và điều khiển lưu lượng tới mạng. Các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với nhau mà giao tiếp với các AP.Các cell có thể chồng lấn lên nhau khoảng 10-15 % cho phép các trạm di động có thể di chuyển mà không bị mất kết nối vô tuyến và cung cấp vùng phủ sóng với chi phí thấp nhất. Các trạm di động sẽ chọn AP tốt nhất để kết nối. Một điểm truy nhập nằm ở trung tâm có thể điều
khiển và phân phối truy nhập cho các nút tranh chấp, cung cấp truy nhập phù hợp với mạng đường trục, ấn định các địa chỉ và các mức ưu tiên, giám sát lưu lượng mạng, quản lý chuyển đi các gói và duy trì theo dõi cấu hình mạng. Tuy nhiên giao thức đa truy nhập tập trung không cho phép các nút di động truyền trực tiếp tới nút khác nằm trong cùng vùng với điểm truy nhập như trong cấu hình mạng WLAN độc lập. Trong trường hợp này, mỗi gói sẽ phải được phát đi 2 lần (từ nút phát gốc và sau đó là điểm truy nhập) trước khi nó tới nút đích, quá trình này sẽ làm giảm hiệu quả truyền dẫn và tăng trễ truyền

dẫn.

Các tiêu chuẩn WLAN

Tần số vô tuyến  được sử dụng  để truyền dẫn là yếu tố rất quang trọng  đối với mạng WLAN. WLAN được cấp phát băng tần ISM trong 3 dải tần số không cần đăng ký sử dụng sau: 902 MHz, 2.4 GHz, and 5 GHz. Hiện nay có một số các tiêu chuẩn WLAN phố biến trên thế giới sử dụng 3 dải tần số này như chỉ ra trong bảng 1.

 

Tiêu chuẩn phổ biến nhất hiện nay là IEEE 802.11b. Tiêu chuẩn 802.11b được Hiệp hội kỹ sư điện và điện tử (IEEE) đưa ra vào tháng 9 năm 1999. Mạng WLAN IEEE 802.11b tốc độ cao hoạt động ở băng tần 2.4 GHz và có thể cung cấp tốc độ truyền dẫn lên tới 11 Mbps. IEE 802.11b chỉ xác định hai lớp cuối của mô hình tham chiếu OSI: lớp vật lý (PHY) và lớp liên kết số liệu (phân lớp điều khiển truy nhập MAC) (Hình 3).

                

CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG IEEE 802.11B

Mạng IEEE 802.11b bao gồm các thành phần sau đây tương tác với nhau (hình 4): 

– Bộ dịch vụ cơ sở BSS: là khối kiến trúc cơ bản nhất trong mạng WLAN 802.11b. Hình 4 chỉ ra 2 BSS, mỗi BSS có 2 trạm STA thành phần. 
– Hệ thống phân phối DS: là thành phần kiến trúc để liên kết giữa các BSS. 
– Điểm truy nhập AP: là một trạm STA ngoài việc hoạt động như một trạm bình thường còn cung cấp truy nhập tới hệ thống phân phối DS bằng cách cung cấp các dịch vụ hệ thống phân phối DSS.

 

– Bộ dịch vụ mở rộng ESS: là một bộ gồm nhiều BSS liên kết với nhau và có thể tích hợp với mạng LAN dưới dạng một BSS độc lập. 

LỚP VẬT LÝ CỦA IEEE 802.11b

Lớp vật lý đề cập đến giao diện vật lý giữa các thiết bị và việc truyền các bit thô trên kênh truyền thông. IEEE 802.11b cung cấp 3 loại tốc độ: tốc độ cơ bản (1 Mbit/s) sử dụng điều chế chuyển pha nhị phân vi sai DBPSK, tốc độ mở rộng (2 Mbit/s) sử dụng điều chế chuyển pha cầu phương vi sai DQPSK và tốc độ nâng cao (5.5 Mbps và 11 Mbit/s) sử dụng điều chế khoá mã bổ sung CCK. 

Ngoài ra IEEE 802.11b còn định nghĩa việc dịch chuyển tốc  độ tự  động, cho phép  điều chỉnh tự động tốc độ truyền trong
các  điều kiện có nhiễu, tức là các thiết bị sẽ truyền  ở các tốc  độ thấp hơn (1, 2, 5.5 Mbps) trong  điều kiện có nhiễu và thiết bị di chuyển sang vùng truyền dẫn tốc độ cao hơn thì kết nối sẽ tự động nâng tốc độ lên. 

Lớp vật lý của IEEE 802.11b chia thành 2 phần: giao thức hội tụ lớp vật lý (PLCP) và phân lớp phụ thuộc môi trường vật lý (PMD). PMD thực hiện việc mã hoá và giải mã vô tuyến cong PLCP trình bày giao diện chung để phân lớp MAC và cung cấp việc cảm ứng sóng mang và ấn định kênh rỗi (CCA).

PHÂN LỚP ĐIỂU KHIỂN TRUY NHẬP MAC CỦA IEEE 802.11b 

Phân lớp MAC (Medium Access Control) làm chức năng giao diện giữa lớp vật lý và thiết bị ở lớp trên. Phân lớp MAC xác định một cơ chế truy nhập cơ bản (dựa trên đa truy nhập cảm ứng sóng mang CSMA) cho các nút di động để truy nhập vào môi trường vô tuyến. Hai chức năng chính của lớp MAC là kiểm tra dư lỗi chu trình CRC và phân mảnh gói (Packet Fragmentation). Mỗi gói tin sẽ được tính toán và được gán và một giá trị CRC để đảm bảo rằng gói tin sẽ không bị sai khi trong quá trình truyền dẫn. Việc phân mảnh gói sẽ cắt các gói tin lớn thành các gói nhỏ hơn để truyền trong không gian. Việc này sẽ mang lại hai lợi ích: thứ nhất là giảm yêu cầu phát lại vì gói càng lớn thì khả năng gói bị sai càng lớn, lợi ích thứ hai là trong trường hợp gói bị sai thì các nút chỉ cần truyền lại một gói nhỏ, do đó việc truyền lại sẽ nhanh hơn. 

DỊCH VỤ WIFI@VNN CỦA VDC

Dịch vụ Wifi@VNN của VDC được triển khai dựa trên công nghệ vô tuyến Wi-Fi theo tiêu chuẩn IEEE 802.11b, cung cấp cho người dùng khả năng truy cập Internet tốc độ cao sử dụng máy tính cá nhân laplop có trang bị thêm card Wi-Fi. Người dùng có thể sử dụng Wi-Fi tại các hotspot. Hotspot là các điểm truy nhập Internet không dây nơi có lắp đặt các AP, có thể là sân bay, nhà ga, khách sạn… 
Để sử dụng Wi-Fi cần 3 yếu tố:
– Kết nối băng thông rộng từ các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP)
– Một điểm hotspot với ít nhất 1 AP được lắp đặt
– Một card Wi-Fi dành cho máy tính xách tay hoặc máy tính để bàn để kết nối với các AP
Các đặc đIểm của dịch vụ WiFi@VNN do VDC cung cấp
 Bán kính phủ song của mỗi Hotspot nhỏ hơn 300 m
– Tần số sử dụng: 2.4 GHz (băng tần ISM), độ rộng băng thông là 22 MHz

– Công suất phát nhỏ hơn 100 mW
– Tốc độ truy cập là 11 Mbit/s (chia sẻ băng thông)
– Phương thức bảo mật là dùng giao thức bảo mật tương  đương hữu tuyến WEP (Wire Equivalent Protocol)  
– Hệ thống quản lý: hoạt động theo giao thức RADIUS (AAA)
– Phương thức tính cước: tính cước theo thời gian, theo dung lượng hoặc suất cước đồng loạt (flat rate).

Cấu hình hệ thống Wi-Fi 
Hình 5 chỉ ra cấu hình đầy đủ hệ thống Wi-Fi. Vùng phủ sóng của các AP tạo ra một điểm nóng hotspot, người dùng với các thiết bị như laptop được trang bị card wi-fi có thể truy nhập vào mạng thông qua giao tiếp với AP. Các AP tại một điểm nóng được tập trung về switch và kết nối với mạng thông qua bộ  định tuyến (router). Các router  được nối vào mạng hữu tuyến bằng một phương thức truyền dẫn nào đó tuỳ thuộc nhà cung cấp dịch vụ.  

Trong phương án triển khai của mình, VDC đã lựa chọn phương thức truyền dẫn SHDSL (Single-pair High-Speed Digital Subscriber Line). Giải pháp SHDSL sử dụng truyền dữ liệu cân bằng với tốc độ có thể đạt từ 192 Kbit/s tới 2.3 Mbit/s trên một đôi cáp đơn. Thêm vào đó, tín hiệu SHDSL
có khả năng truyền dẫn xa hơn so với các kết nối sử dụng công nghệ ADSL và SDSL, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ thoả mãn nhu cầu các khách hàng ở xa. Sử dụng công nghệ này, tại mỗi điểm
truy cập hotspot phải có một bộ  định tuyến SHDSL, cung cấp truyền dẫn băng thông rộng ra Internet. 

Đối với hệ thống Wi-Fi: môi trường truyền dẫn là môi trường sóng, truyền tin theo chuẩn 802.11b. Thực chất đây có thể coi là môi trường phát quảng bá (broadcast), tất cả các máy trạm (client) đứng vào vùng phủ sóng đều có thể bắt được tín hiệu, các AP ít có khả năng điều khiển được truy nhập. Giải pháp được đưa ra là sử dụng thiết bị cổng thuê bao. Thiết bị này sẽ đứng chặn tại đường ra của các AP đi Internet, môi trường sóng sẽ luôn được các AP cung cấp cho bất cứ một máy trạm nào đứng trong môi trường truyền sóng. Nhưng khi người sử dụng truy nhập vào môi trường sóng của một AP thì ngay lập tức cổng thuê bao sẽ tiến hành việc nhận thực thuê bao.  Người sử dụng sẽ được điều khiển tự động truy nhập vào một trang Web nhận thực đã được xây dựng tích hợp trên các cổng thuê bao. Tại đây, username/password (tên người sử dụng/mật khẩu) sẽ được yêu cầu nhập vào. Cổng thuê bao liên lạc với AAA Server tập trung tại trung tâm quản lý điều

hành mạng theo giao thức RADIUS để lấy thông tin về khách hàng trong hệ thống cơ sở dữ liệu.

 
Nếu nhận thực thành công thì người sử dụng mới được phép thông qua Subscriber Gateway đi ra Internet, và thông tin tính cước sẽ được cổng thuê bao gửi về AAA Server. Cổng thuê bao còn có khả năng điều khiển truy nhập theo thời gian thực, cho phép cung cấp các loại dịch vụ đa dạng. Dựa theo mô hình mạng được xây dựng và phương án kỹ thuật của hệ thống RADIUS và tính cước thì yêu cầu đối với điạ chỉ IP đấu nối tới các router SHDSL bắt buộc phải là địa chỉ thuộc dải IP công cộng (Public_IP) và phải được cấp tĩnh do hệ thống các hotspot sẽ được kết nối về trung tâm qua Internet do đó các địa chỉ này phải được hiểu trên Internet. Vì các cổng thuê bao phải tiến hành trao đổi thông tin AAA với RADIUS server đặt tại trung tâm quản lý mạng nên các địa chỉ đấu nối tới các SHDSL router phải được cấp tĩnh, không thay đổi sau mỗi lần hệ thống khởi động lại.
Theo thiết kế, có 2 trung tâm mạng là 75 Đinh Tiên Hoàng, Hà Nội và 125 Hai Bà Trưng, TP. Hồ Chí Minh. (Trong trường hợp cần triển khai nhanh những điểm sử dụng Wireless Bridge, VDC 292 Tây Sơn có thể được sử dụng thành một trung tâm). 
Theo kỹ thuật đấu nối SHDSL, tại trung tâm sẽ kết nối tới DSLAM bằng một đường Fast Ethernet, kết nối này được thực hiện trên Switch trung tâm. Kết nối đi Internet được điều khiển bởi hai cổng thuê bao chạy song song phân tải. Do hệ thống wireless, có đặc điểm là băng thông lớn, môi trường đa truy nhập nên cần thiết phải có phương pháp bảo vệ hợp lý  để tránh các hình thức tấn công vào mạng VNN. Phương pháp bảo vệ thích hợp nhất là sử dụng bức tưởng lửa (firewall) tại hai điểm trung tâm theo mô hình như trên.
 

 

MỘT SỐ HƯỚNG PHÁT TRIỂN WI-FI DỰA TRÊN CƠ SỞ HẠ TẦNG HIỆN CÓ 
Sau đây trình bày 2 hướng phát triển đề nghị cho Wi-Fi, kết hợp với việc tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có: 
– Thực hiện chuyển mạng (roaming) giữa các nhà cung cấp dịch vụ Wi-Fi
–  Kết hợp Wi-Fi và mạng GPRS. 
Roaming giữa các nhà cung cấp dịch vụ Wi-Fi
Dịch vụ roaming cho phép khách hàng của một nhà cung cấp dịch vụ Wi-Fi có thể truy cập các dịch vụ họ đã đăng ký thông qua mạng của một nhà cung cấp dịch vụ Wi-Fi khác bằng cách sử dụng các thông tin nhận thực như ở mạng nhà của họ. Dịch vụ roaming được miêu tả trong hợp đồng roaming giữa các nhà cung cấp dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ mạng nhà của thuê bao sẽ tính cước thuê bao, và nhà cung cấp dịch vụ mạng khách sẽ tính cước nhà cung cấp dịch vụ mạng nhà. 

Để thực hiện roaming, cần thiết lập một mạng giữa các nhà cung cấp dịch vụ. Đó là do máy chủ Roaming RADIUS ở mạng khách phải có khả năng kết nối với máy chủ roaming RADIUS của mạng nhà vì máy chủ ở mạng nhà luôn chịu trách nhiệm nhận thực thuê bao cho dù thuê bao có thực hiện roaming hay không. Trong hình 7 là toàn cảnh mạng roaming, trong đó GRX là giải pháp cho mạng giữa các nhà cung cấp dịch vụ do hiệp hội GSM (GSMA) đề nghị.
 

     

Hiện nay ở Việt Nam chỉ có VDC là nhà cung cấp dịch vụ Wi-fi. Trong tương lai, khi nhu cầu truy cập Internet di động tăng lên, cùng với ưu điểm về sự nhanh chóng và đơn giản trong triển khai, vốn đầu tư không lớn, dịch vụ Wi-Fi có tiềm năng phát triển và sẽ có nhiều nhà cung cấp dịch vụ cùng cung cấp dịch vụ này. Khi đó việc cung cấp roaming sẽ tạo ra sự thuận tiện rất lớn cho khách hàng khi chỉ cần đăng ký sử dụng với một nhà cung cấp dịch vụ và có thể sử dụng dịch vụ ở nhiều
khu vực đồng thời đem lại lợi nhuận cho các nhà khai thác. 

Kết hợp Wi-Fi và mạng GPRS

Trong khi Wi-Fi cung cấp dịch vụ số liệu tốc độ cao nhưng chỉ trong những vùng bán kính giới hạn thì GPRS cung cấp dịch vụ độ bảo mật cao, có tính di động trên vùng rộng mà không thể thực hiện được với WLAN. Điều này có nghĩa là sự tích hợp Wi-Fi/GPRS là rất cần thiết để cho phép người dùng truy nhập các dịch vụ số liệu vô tuyến một cách liên tục, tận dụng được ưu điểm về tốc độ cao của Wi-Fi ở những nơi có dịch vụ và sẽ chuyển sang dùng GPRS khi người dùng di chuyển hoặc
đang  ở những vùng không có phủ sóng của Wi-Fi. Có hai phương thức chính  để tích hợp Wi-fi/GPRS như sau:

Kết hợp chặt

Mạng Wifi  được kết hợp chặt  được minh hoạ trong hình 8. Mạng kết hợp chặt sử dụng các tài nguyên của hệ thống GPRS sẵn có cho hoạt động mạng, cung cấp chức năng AAA, bảo mật và các chức năng khác, các chức năng này được tích hợp vào hệ thống Wifi, người dùng Wifi sẽ truy nhập được hầu hết các dịch vụ GPRS. Chức năng hoạt  động tương tác GIF (GPRS Interworking Function) được dùng để giao tiếp với mạng Wifi. Tất cả lưu lượng sẽ được định tuyến qua node hỗ trợ GPRS phục vụ SGSN. 

Kết hợp lỏng

Hình 9 là mô hình mạng wifi được kết hợp lỏng. Cơ chế kết hợp lỏng sẽ được dựa trên Mobile IP. Đối với mạng Wifi chỉ cần thay đổi nhỏ với thành phần bổ sung để hoạt động tính cước theo thoả thuận và hỗ trợ lẫn nhau giữa Wi-Fi và GPRS. Người dùng sẽ nhận được hoá đơn tính cước kết hợp của cả hai mạng
Trong hệ thống kết hợp lỏng mạng Internet đóng vai trò là mạng đường trục. Ưu điểm của mô hình này là mạng Wifi và GPRS có thể được thiết kế độc lập.

KẾT LUẬN
Mạng WLAN sẽ đáp ứng kịp thời nhu cầu truyền số liệu không dây tốc độ cao với giá thành hạ và độ linh hoạt cao, triển khai nhanh chóng. Với những ưu điểm về tốc độ, giá thành, khả năng nâng cấp cũng như phát triển trong tương lai, dịch vụ Wi-Fi hứa hẹn sự thành công trong thời gian tới khi việc sử dụng các thiết bị di động công nghệ cao trở nên phố biến hơn. 

Tác giả Khánh Thuận  (Nguồn TCBCVT)

About Tony Nguyễn
Tôi tên Tony tự Tèo trú tại thôn Tám, Trảng Thanh tỉnh Thừa Thiên. Thưở thiếu thời trí tuệ tôi thường thường, tuy thế tính tình thật thà thẳng thắng, thích thi thơ ...

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: