Tải bản đầy đủ

Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

LỜI CAM ĐOAN
Luận văn này được hoàn thành sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu các nguồn
tài liệu đã học, sách báo chuyên ngành cũng như các thông tin trên Internet mà theo tôi là
hoàn toàn tin cậy. Tôi xin cam đoan luận văn này không giống với bất kỳ công trình nghiên
cứu hay luận văn nào trước đây mà tôi đã biết.
Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2013
Người thực hiện
Mai Duy Khánh

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

1


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, nhu cầu đi lại của con người ngày càng cao. Tuy nhiên cở sở hạ tầng, hệ
thống giao thông hiện nay chưa đáp ứng đủ nhu cầu đó. Hiện tượng ùn tắc, tai nạn xảy ra

khắp nơi. Cùng với sự tiến bộ của kỹ thuật truyền thông, nhiều ứng dụng, tiện ích được áp
dụng vào cơ sở hạ tầng và trong phương tiện giao thông, tối ưu hoá quản lý, điều hành
nhằm giảm thiểu ùn tắc, tai nạn, tăng cường năng lực vận tải hành khách. Hệ thống giao
thông thông minh (ITS- Intelligent Transport System) đã được ra đời trên nền tảng Công
nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần – DSRC (Delicated Short Range Communication)
để đáp ứng yêu cầu đó.
Được sự định hướng của thầy giáo TS. Đỗ Trọng Tuấn, em đã nhận đề tài: “Công nghệ
truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS”. Luận văn gồm 4
chương như sau:
 Chương I: Giới thiệu một số công nghệ không dây
 Chương 2: Cộng nghệ DSRC
 Chương 3: Hệ thống ITS
 Chương 4: Mô phỏng và kết luận
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của thầy Đỗ Trọng Tuấn, Bộ môn
Kĩ thuật thông tin, Khoa Điện tử viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.Trong
suốt thời gian thực hiện luận văn, mặc dù rất bận rộn trong công việc nhưng thầy vẫn dành
thời gian và tâm huyết trong việc hướng dẫn em.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô khoa Điện tử - Viễn Thông
trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu
tại trường để có thể hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 11 năm 2013
Học viên thực hiện

Mai Duy Khánh

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

2


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài:
Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS
Tác giả luận văn: Mai Duy Khánh

Khóa: CH2010B


Người hướng dẫn: TS. Đỗ Trọng Tuấn
1. Mục tiêu.
 Tìm hiểu công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần (DSRC).
 Ứng dụng trong hệ thống giao thông thông minh (ITS)
2. Phương pháp nghiên cứu.
 Khai thác những tài liệu hiện có về công nghệ DSRC và Hệ thống giao thông thông
minh hiện nay.
 Sử dụng những ứng dụng đã được thực hiện và thành công cả ở trong nước và trên
thế giới.
3. Nhiệm vụ của đề tài.
 Nghiên cứu tổng quan về công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần DSRC
 Nghiên cưú những ứng dụng của hệ thống giao thông thông minh ITS
4. Ý nghĩa của đề tài.
Với tình hình giao thông hiện nay, sử dụng hệ thống giao thông thông minh là một trong
những đòi hỏi cấp thiết cần được quan tâm, tìm hiểu. Hệ thống giao thông thông minh
là một trong những hệ thống an toàn và cần thiết cho chúng ta hiện nay.
Tại Việt Nam, hệ thống giao thông thông minh đã xuất hiện từ khá lâu nhưng còn nhỏ
lẻ và chưa hiệu quả. Vì tất cả những lý do trên mà em đã mạnh dạn bắt tay vào chọn đề
tài nghiên cứu: “Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong
hệ thống ITS”.

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

3


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

Luận văn gồm 4 chương như sau:
 Chương I: Giới thiệu một số công nghệ không dây
 Chương 2: Cộng nghệ DSRC
 Chương 3: Hệ thống ITS

 Chương 4: Mô phỏng và kết luận

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

4


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

Mục Lục
CHƯƠNG I .....................................................................................................................................7
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY ....................................................................................7

1. Zigbee ............................................................................................................. 7
2. Bluetooth ...................................................................................................... 10
3. NFC .............................................................................................................. 11
4. Công nghệ Wifi ............................................................................................ 18
CHƯƠNG II ..................................................................................................................................37
CÔNG NGHỆ DSRC...................................................................................................................37

1. Giới thiệu về DSRC ..................................................................................... 37
2. Các tầng DSRC ............................................................................................ 39
2.1.

Tầng vật lý ..............................................................................................................39

2.2.

Lớp MAC................................................................................................................42

2.3.

Lớp truy nhập môi trường (Medium access layer) .................................................45

2.4

Định tuyến ..............................................................................................................47

CHƯƠNG III ................................................................................................................................52
HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH (ITS) ...............................................................52

1. Khái quát ...................................................................................................... 52
1.1

Lịch sử ra đời và phát triển của ITS. ......................................................................52

1.2

Khái niệm về hệ thống giao thông thông minh. .....................................................53

2. Cấu trúc hệ thống giao thông thông minh (ITS) .......................................... 54
3. Ứng dụng hệ thống giao thông thông minh (ITS) ....................................... 70
3.1

Hệ thống quản lý giao thông (Traffic Management System). ................................70

3.2

Hệ thống giao thông thông minh ở Hồng Kông. ....................................................70

3.3

Hệ thống video phát hiện phương tiện. ..................................................................71

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

5


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS
3.4

Đèn giao thông thông minh. ...................................................................................72

3.5

Hệ thống bãi giữ xe thông minh. ............................................................................73

3.6

Ứng dụng ITS ở Việt Nam. ....................................................................................74

CHƯƠNG IV ................................................................................................................................82
MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN ...................................................................................................82

1. Chuẩn bị ....................................................................................................... 82
2. Mô phỏng DSRC bằng NS-2 ....................................................................... 83
3. Kết quả và đánh giá ...................................................................................... 87

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

6


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

CHƯƠNG I
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY

1. Zigbee
a. Tổng quan
Zigbee là một tiêu chuẩn được định nghĩa: là tập hợp các giao thức giao tiếp mạng không
dây khoảng cách ngắn có tốc độ truyền dữ liệu thấp.
Tín hiệu truyền trong giao thức Zigbee thực chất là tín hiệu radio. Zigbee được hỗ trợ trong
các dải tần số sau:
 Dải 868.3 Mhz: Chỉ một kênh tín hiệu .Trong dải này tốc độ truyền là 20kb/s.
 Dải 902 – 928 MHz: Có 10 kênh tín hiệu từ 1 - 10 với tốc độ truyền thường là
40kb/s.
 Dải 2,4 Ghz - 2,835 Ghz: có 16 kênh tín hiệu từ 11 - 26 với tốc độ truyền 250 kb/s.
Trong nhiều ứng dụng, người ta hay dùng giao thức Zigbee ở dải tần 2.4 GHz - 2,835 Ghz.
Đây là dải tần phổ biến và được hỗ trợ bởi nhiều thiết bị. Hơn nữa với Zigbee, dải tần này
có tới 16 kênh tín hiệu trong dải (mỗi kênh cách nhau 5MHz tần số) với tốc độ truyền lớn
nhất: 250kb/s.
Với những đặc điểm chính:
 Tốc độ truyền dữ liệu thấp 20-250Kbps
 Sử dụng công suất thấp, ít tiêu hao điện năng
 Thời gian sử dụng pin rất dài
 Cài đặt, bảo trì dễ dàng
 Độ tin cậy cao
 Có thể mở rộng đến 65000 node
 Chi phí đầu tư thấp

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

7


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

Zigbee là một giao thức được xây dựng theo chuẩn IEEE 802.15.4. Giao thức này được tạo
ra nhằm phục vụ cho những ứng dụng yêu cầu giá thành và công suất thấp nhưng phải có
khả năng linh động trong phạm vi rộng. Chuẩn Zigbee được phát triển và xúc tiến bởi hãng
Zigbee Alliance, với sự hỗ trợ từ hơn 200 công ty trên thế giới như: SIEMENS, ATMEL,
NI, NEC, TEXAS INSTRUMENTS, EPSON....
Về bản chất Zigbee cũng một chuẩn giao tiếp không dây như những chuẩn không dây khác:
UWB, Wi-Fi, IrDA, 3G, Bluetooth...nhưng nó mang những đặc tính kỹ thuật và đặc tính
vật lý riêng và do đó sẽ chỉ phù hợp với một mảng ứng dụng nhất định.

Hình 1 - Các ứng dụng không dây
Theo như hình trên có thể thấy rằng chuẩn Zigbee có đặc điểm là phạm vi hoạt động hẹp,
tốc độ truyền Zigbee thích hợp cho các sensor không dây và chuyên dùng cho các ứng dụng
giám sát, điều khiển.
b. Ưu điểm và nhược điểm của Zigbee
Để thấy được ưu điểm và nhược điểm của giao thức Zigbee có thể theo dõi bảng dưới đây:
Ưu điểm

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

Nhược điểm

8


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

* Giá thành thấp

* Lỗi ở một điểm chính có thể gây lỗi
hệ thống.

* Tiêu thụ công suất nhỏ

* Tốc độ truyền thấp

* Kiến trúc mạng linh hoạt

* Chưa có đầy đủ các thiết bị

* Được hỗ trợ bởi nhiều công ty

để phát triển

* Số lượng các nút lớn (65k)

Bảng 1 - Ưu và nhược điểm của Zigbee
Để cho rõ ràng hơn, ta hãy làm một phép so sánh giữa chuẩn Zigbee và một chuẩn không
dây cũng khá phổ biến khác:
Đặc tính

Zigbee

Tiêu thụ công suất

10mA

Bluetooth
100mA

Giá thành ( đầu 2005) 1,1 $

3$

Độ nhạy

-92dbm(0,63pW)

-62dbm(6,2pW)

Độ linh hoạt

65536 nút

7 nút

(trong sơ đồ sao)

(trong sơ đồ sao)

Độ an toàn

128 bit mã hóa

64/128 bit mã hóa

Vùng làm việc

Hiệu quả ở 10 - 75m Hiệu quả ở < 10m
Bảng 2 – Zigbee và Bluetooth

Có thể thấy rằng với những ứng dụng cho nhiều phần tử, yêu cầu độ linh hoạt cao, giá
thành thấp, tiêu thụ công suất nhỏ thì dùng chuẩn Zigbee là rất phù hợp.
c. Dải tần Zigbee.
Tín hiệu truyền trong giao thức Zigbee thực chất là tín hiệu radio. Zigbee được hỗ trợ trong
các dải tần số sau:

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

9


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

Hình 2 - Dải tần Zigbee
 Dải 868.3 Mhz: Chỉ một kênh tín hiệu .Trong dải này tốc độ truyền là 20kb/s.
 Dải 902 Mhz - 928 MHz: Có 10 kênh tín hiệu từ 1 - 10 với tốc độ truyền thường là
40kb/s.
 Dải 2.4 Ghz – 2.835 GHz: có 16 kênh tín hiệu từ 11 - 26 với tốc độ truyền 250 kb/s.
Trong nhiều ứng dụng, người ta hay dùng giao thức Zigbee ở dải tần 2.4 GHz – 2.835 Ghz.
Đây là dải tần phổ biến và được hỗ trợ bởi nhiều thiết bị. Hơn nữa với Zigbee, dải tần này
có tới 16 kênh tín hiệu trong dải (mỗi kênh cách nhau 5MHz tần số) với tốc độ truyền lớn
nhất: 250kb/s.

2. Bluetooth
a. Tổng quan
Bluetooth là một đặc tả công nghiệp cho truyền thông không dây tầm gần giữa các thiết bị
điện tử. Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách ngắn giữa các thiết
bị di động và cố định, tạo nên các mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area
Network-PANs).
Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mb/s. Bluetooth hỗ trợ tốc độ truyền tải
dữ liệu lên tới 720 Kbps trong phạm vi 10 m–100 m. Khác với kết nối hồng ngoại (IrDA),
kết nối Bluetooth là vô hướng và sử dụng giải tần 2,4 GHz.
b. Lịch sử phát triển
Đặc tả Bluetooth được phát triển đầu tiên bởi Ericsson (hiện nay là Sony Ericsson và
Ericsson Mobile Platforms), và sau đó được chuẩn hoá bởi Bluetooth Special Interest
Group (SIG). Chuẩn được phát hành vào ngày 20 tháng 5 năm 1999. Ngày nay được công
nhận bởi hơn 1800 công ty trên toàn thế giới. Được thành lập đầu tiên bởi Sony Ericsson,

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

10


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

IBM, Intel, Toshiba và Nokia, sau đó cùng có sự tham gia của nhiều công ty khác với tư
cách cộng tác hay hỗ trợ. Bluetooth có chuẩn là IEEE 802.15.1.
c. Ứng dụng
Bluetooth cho phép kết nối và trao đổi thông tin giữa các thiết bị như điện thoại di động,
điện thoại cố định, máy tính xách tay, PC, máy in, thiết bị định vị dùng GPS, máy ảnh số,
và video game console.
 Các ứng dụng nổi bật của Bluetooth gồm:
 Điều khiển và giao tiếp không giây giữa một điện thoại di động và tai nghe không
dây.
 Mạng không dây giữa các máy tính cá nhân trong một không gian hẹp đòi hỏi ít
băng thông.
 Giao tiếp không dây với các thiết bị vào ra của máy tính, chẳng hạn như chuột, bàn
phím và máy in.
 Truyền dữ liệu giữa các thiết bị dùng giao thức OBEX.
 Thay thế các giao tiếp nối tiếp dùng dây truyền thống giữa các thiết bị đo, thiết bị
định vị dùng GPS, thiết bị y tế, máy quét mã vạch, và các thiết bị điều khiển giao
thông.
 Thay thế các điều khiển dùng tia hồng ngoại.
 Gửi các mẩu quảng cáo nhỏ từ các pa-nô quảng cáo tới các thiết bị dùng Bluetooth
khác.
 Điều khiển từ xa cho các thiết bị trò chơi điện tử như Wii - Máy chơi trò chơi điện
tử thế hệ 7 của Nintendo và PlayStation 3 của Sony.
 Kết nối Internet cho PC hoặc PDA bằng cách dùng điện thoại di động thay modem.

3. NFC
a. Tổng quan
NFC (Near-Field Communications) là công nghệ kết nối không dây phạm vi tầm ngắn
trong khoảng cách 4 cm, sử dụng cảm ứng từ trường để thực hiện kết nối giữa các thiết bị
khi có sự tiếp xúc trực tiếp hay để gần nhau. NFC được phát triển dựa trên nguyên lý nhận

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

11


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

dạng bằng tín hiệu tần số vô tuyến (Radio-frequency identification - RFID), hoạt động ở
dải băng tần 13.56 MHz và tốc độ truyền tải dữ liệu tối đa 424 Kbps.
Do khoảng cách truyền dữ liệu khá ngắn nên giao dịch qua công nghệ NFC được xem là
an toàn.Thiết bị được trang bị NFC thường là điện thoại di động, có thể giao tiếp với các
thẻ thông minh, đầu đọc thẻ hoặc thiết bị NFC tương thích khác. Ngoài ra, NFC còn được
kết hợp nhiều công nghệ sử dụng trong các hệ thống công cộng như bán vé, thanh toán hóa
đơn…
b. Ứng dụng của NFC
Tuy có nhiều tác dụng nhưng việc sử dụng NFC được chia làm 4 nhóm: Touch and Go (ví
dụ như chạm vào để mở cửa), Touch and Confirm (bổ sung thêm một lớp bảo mật cho
thanh toán di động, chẳng hạn như nhập mã PIN để xác nhận thanh toán) hay Touch and
Connect (chia sẻ dữ liệu với một thiết bị khác) và Touch and Explore (khám phá những
dịch vụ được cung cấp)

Hình 3 - Điện thoại và Loa NFC

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

12


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

Hình 4 - Chạm để chơi Angry Birds

Kết nối Bluetooth và WiFi: NFC có thể được dùng để kích hoạt các kết nối không dây tốc
độ cao để mở rộng khả năng chia sẻ nội dung. NFC có thể thay thế quy trình ghép nối khá
rắc rối giữa các thiết bị Bluetooth hay quy trình thiết lập kết nối WiFi với mã PIN, chỉ với
việc để 2 thiết bị gần nhau để ghép nối hoặc kết nối vào mạng không dây.
Thương mại điện tử

Hình 5 - Ứng dụng của NFC trong thương mại điện tử

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

13


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

Vận chuyển công cộng: Có thể coi đây là 1 phần của thanh toán di động nhưng nó cũng
nên được đề cập riêng.
Mua vé: Bạn có thể mua bất cứ loại vé nào với điện thoại NFC, từ vé phim, vé ca nhạc, các
sân vận động hay thậm chí thay cho việc làm thủ tục ở sân bay.
Chìa khóa.
So sánh sản phẩm khi mua sắm.
Check-in và đánh giá về một địa điểm nào đó
Nhận diện hàng giả.
c. NFC so với các công nghệ khác

Hình 6 - NFC so với các mạng không dây khác

- Bluetooth: NFC có thể giống Bluetooth ở một vài mặt nào đó, chẳng hạn như chúng đều
là giao tiếp không dây với phạm vi ngắn, nó cũng giống RFID (Radio Frequency ID) trong
việc sử dụng các sóng radio để nhận diện. Tuy nhiên, NFC lại sở hữu những đặc tính rất
riêng tách biệt hẳn với Bluetooth và RFID.

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

14


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

NFC truyền tải dữ liệu ở những khoảng cách rất nhỏ so với phạm vi của Bluetooth, chẳng
hạn như tối đa chỉ từ 4-10cm so với 10m từ Bluetooth, trong khi công nghệ RFID thậm chí
còn có thể đạt đến mức độ nhận sóng tính bằng km trong một số trường hợp. Nhiều người
cho rằng khoảng cách này quá nhỏ và là hạn chế của NFC nhưng đây chính là ưu điểm của
nó, giới hạn 4-10cm được đặt ra nhằm tránh trình trạng chống chéo sóng trong khu vực
đông đúc cũng như hạn chế các tương tác mà người dùng không mong muốn.
Một nhân tố khác làm cho NFC khác biệt so với Bluetooth là nó kết nối với các thiết bị
khác nhanh hơn rất nhiều, kể cả Bluetooth 3.0 và 4.0 mới nhất. Thay vì phải thiết lập tay
để nhận diện 2 máy Bluetooth với nhau, 2 thiết bị NFC tự động hiểu và kết nối chỉ trong
1/10 giây. Trong thực tế, NFC cũng thường dùng để loại bỏ quá trình kết nối phức tạp giữa
2 thiết bị Bluetooth.
Cuối cùng, tốc độ cũng là điểm khác biệt giữa NFC và Bluetooth. NFC hoạt động ở tần số
radio băng tần ISM 13,56MHz và tốc độ chạy từ 106-424Kbps trong khi bằng tần của
Bluetooth là 2,4GHz nên tốc độ đạt 2.1Mb/s ở phiên bản 2.1 EDR. Đối với bản 3.0+HS thì
tốc độ tối đa Bluetooth lên tới 24Mbps.
- IrDA: là chuẩn liên lạc không dây tầm ngắn (<1 mét), truyền dữ liệu qua tia hồng ngoại.
Giao diện IrDA thường được dùng ở các máy tính và ĐTDĐ.
- Thẻ thông minh không tiếp xúc (contactless smart card) tích hợp trong chip để truyền dữ
liệu đến đầu đọc nhờ công nghệ RFID. Ví dụ, thẻ thông minh truyền dữ liệu qua chuẩn
ISO/IEC 14443 và FeliCa trong phạm vi khoảng 10cm.

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

15


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

d. Nguy cơ bảo mật

Hình 7 - NFC có mức độ bảo mật không cao

Mặc dù cự ly giao tiếp của NFC chỉ giới hạn trong một vài cm nhưng bản thân NFC không
mang tính bảo mật cao. Năm 2006, hai nhà nghiên cứu Ernst Haselsteiner và Klemens
Breitfuss đã mô tả những hình thức tấn công khác nhau nhằm vào NFC cũng như cách thức
khai thác khả năng phản khán của NFC trước các hành vi tấn công nhằm thiết lập mã bảo
mật riêng.
Để bảo vệ, NFC buộc phải sử dụng các giao thức mã hóa lớp cao như SSL nhằm thiết lập
một kênh giao tiếp an toàn giữa các thiết bị hỗ trợ. Để bảo mật, dữ liệu NFC sẽ cần phải có
sự kết hợp từ nhiều phía gồm nhà cung cấp dịch vụ - họ cần phải bảo vệ các thiết bị hỗ trợ
NFC với các giao thức mã hóa và xác thực; người dùng - họ cũng cần bảo vệ thiết bị và dữ
liệu cá nhân với mật khẩu hay chương trình chống virus; các nhà cung cấp ứng dụng và hỗ
trợ giao dịch - họ cần phải sử dụng các chương trình chống virus hay các giải pháp bảo mật
khác để ngăn chặn phần mềm gián điệp và mã độc từ các hệ thống phát tán.
Nghe trộm NFC: Tín hiệu RF dành cho quy trình truyền tải dữ liệu không dây có thể bắt
được bởi ăng-ten. Khoảng cách mà kẻ tấn công có thể khai thác và đánh cắp tín hiệu RF
phụ thuộc vào rất nhiều tham số nhưng thông thường nằm trong phạm vi vài m trở lại. Tuy
nhiên, NFC hỗ trợ 2 chế độ hoạt động là chủ động (active) và bị động (passive). Vì vậy,
Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

16


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

khả năng hacker có thể "nghe lén" tín hiệu RF bị tác động rất lớn bởi 2 chế độ này. Nếu
một thiết bị bị động không tạo ra trường RF của riêng nó thì sẽ khó có cơ hội cho hacker
bắt được tín hiệu RF hơn là một thiết bị chủ động.
Thay đổi dữ liệu NFC: Dữ liệu NFC có thể bị phá hủy dễ dàng bởi các thiết bị gây nhiễu
sóng RIFD. Hiện tại vẫn không có cách nào ngăn chặn hình thức tấn công này. Tuy nhiên,
nếu các thiết bị hỗ trợ NFC có thể kiểm tra trường tín hiệu RF khi đang gửi dữ liệu đi thì
chúng có thể phát hiện ra cuộc tấn công. Liệu hacker có cơ hội chỉnh sửa dữ liệu hay không?
Câu trả lời là rất khó. Để thay đổi dữ liệu đã truyền dẫn, hacker phải xử lý từng bit đơn của
tín hiệu RF.
Nguy cơ thất lạc: Nếu người dùng làm mất thẻ NFC hoặc điện thoại hỗ trợ NFC thì họ đã
"mở đường" cho người nhặt được khai thác chức năng của nó. Ví dụ, bạn sử dụng điện
thoại để giao dịch qua NFC, nếu bạn làm mất, người nhặt được có thể dùng điện thoại của
bạn để mua mọi thứ họ muốn. Như đã nói ở trên, bản thân NFC không có khả năng bảo
mật và nếu điện thoại của bạn được bảo vệ bởi mã PIN thì đây được xem như một yếu tố
xác nhận duy nhất. Vì vậy, để ngăn ngữa những nguy cơ khi làm mất thiết bị, người dùng
phải sử dụng những tính năng bảo mật nâng cao chứ không chỉ đơn thuần là mật mã mở
khóa máy hay mã PIN.
Loại hình NFC đang được ứng dụng hiện nay là thẻ nhận dạng NFC (NFC tag). Thẻ nhận
dạng NFC có vai trò tương tự mã vạch hay mã QR. Thẻ NFC thường chứa dữ liệu chỉ đọc
nhưng cũng có thể ghi đè được. Chúng có thể được tùy biến, mã hóa bởi nhà sản xuất hoặc
sử dụng những thông số riêng do NFC Forum cung cấp. Thẻ NFC có thể lưu trữ an toàn
các dữ liệu cá nhân như thông tin tài khoản tín dụng, tài khoản ghi nợ, dữ liệu ứng dụng,
mã số PIN, mạng lưới danh bạ, v.v.. NFC Forum đã phân ra 4 loại thẻ NFC trong đó mỗi
loại lại có tốc độ giao tiếp và khả năng được tùy biến, bộ nhớ, bảo mật và thời hạn sử dụng
khác nhau.
e. Thông số kỹ thuật của các thiết bị được hỗ trợ
NFC được phát triển dựa trên nhiều công nghệ không dây cự ly ngắn, khoảng cách thường
dưới 4 cm. NFC hoạt động theo tần số 13.56 MHz và tốc độ truyền tải khoảng từ 106 kbit/s
đến 848 kbit/s. NFC luôn yêu cầu một đối tượng khởi động và một đối tượng làm mục tiêu,
chúng ta có thể hiểu nôm na là một máy sẽ đóng vai trò chủ động và máy còn lại bị động.
Máy chủ động sẽ tạo ra một trường tần số vô tuyến (RF) để giao tiếp với máy bị động. Vì

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

17


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

vậy, đối tượng bị động của NFC rất đa dạng về hình thái từ các thẻ nhận dạng NFC, miếng
dán, card, v.v... Ngoài ra, NFC cũng cho phép kết nối giữa các thiết bị theo giao thức peerto-peer.
 Loại thẻ nhận dạng NFC hiện đang được cung cấp có bộ nhớ từ 96 đến 512 byte;
 NFC sử dụng cảm ứng từ giữa 2 ăng-ten lặp đặt trên mỗi mặt tiếp xúc và hoạt động
trên tần số 13.56 MHz;
 Trên lý thuyết thì cự ly hoạt động giữa 2 ăng-ten tối đa là 20 cm nhưng trên thực tế
chỉ khoảng 4 cm;
 NFC hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu theo các mức từ 106, 212, 424 đến 848 kbit/s;
Thiết bị hỗ trợ NFC có thể nhận và truyền dữ liệu trong cùng 1 lúc. Vì vậy, thiết bị có thể
nhận biết nhiễu loạn nếu tần số tín hiệu đầu thu không khớp với tần số tín hiệu đầu phát
khác. Hiện tại chúng ta thường dùng mã vạch (barcode) để làm việc này nhưng NFC giúp
mọi thứ nhanh hơn rất nhiều.
- Check-in và đánh giá về một địa điểm nào đó: Gần đây, Google đã bắt đầu dán những
nhãn NFC trên một số cửa hàng và nhà hàng tại Mỹ. Với điện thoại NFC, bạn chỉ cần chạm
nhẹ vào là đã tham khảo được thông tin, đánh giá, thức ăn hay hàng hóa bên trong. Những
bạn hay sử dụng Foursquare để checkin cũng được lợi, không cần mạng hay GPS nữa mà
chỉ cần chạm vào thẻ để checkin.
- Nhận diện hàng giả: Đây là công dụng mới nhất của NFC, một công ty có tên gọi Inside
Secure vừa cho ra mắt những tag nhằm xác thực sản phẩm là hàng giả hay hàng thật. Ví
dụ, bạn nhìn thấy một chiếc túi xách Prada mắc tiền trên người ngôi sao X nào đó, không
biết là hàng thật hay hàng giả, chỉ việc đưa điện thoại đến sát chiếc túi xách thì nó sẽ nhận
được ngay (tất nhiên là việc này chỉ thực hiện được trong tương lai, khi mà các túi xách
đều có chip NFC được nhúng sẵn).

4. Công nghệ Wifi
Wifi (Wireless Fidelity) là tên gọi mà các nhà sản xuất đặt cho một chuẩn kết nối không
dây (IEEE 802.11), công nghệ sử dụng sóng radio để thiết lập hệ thống kết nối mạng không
dây. Đây là công nghệ mạng được thương mại hoá tiên tiến nhất thế giới hiện nay.

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

18


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

a. Cấu tạo một mạng Wifi
Một mạng Internet không dây Wifi thường gồm ba bộ phận cơ bản:
 Điểm truy cập (Access Point – AP)
 Card giao tiếp mạng (Network Interface Card - NIC)
 Bộ phận thu phát, kết nối thông tin tại các nút mạng gọi là Wireless CPE (Customer
Premier Equipment).
Trong đó, Access Point đóng vai trò trung tâm của toàn mạng, là điểm phát và thu sóng,
trao đổi thông tin với tất cả các máy trạm trong mạng, cho phép duy trì kết nối hoặc ngăn
chặn các máy trạm tham gia vào mạng. Một Access Point có thể cho phép tới hàng nghìn
máy tính trong vùng phủ sóng truy cập mạng cùng lúc.
b. So sánh Wifi với các công nghệ không dây phổ biến khác

Công dụng

Tốc độ

Tầm
hoạt
động

từ 54 Mb/
giây đến
200
Mb/giây

100 m

Tiêu
Công
chí
nghệ

Wifi

Kết nối
Internet
không dây

Bluetooth

Truyền dữ
3Mb/giây
liệu giữa các
thiết bị di
động, kết
nối tai nghe
với điện
thoại.

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

30m

Năng
lượng
sử
dụng
ngốn
khá
nhhiều
điện

điện
năng
thấp

Ứng dụng

nối các thiết bị gia dụng
như TV, đầu DVD...
với máy tính
sử dụng trong gia đình,
văn phòng, quán cafe và
một số trung tâm thành
phố lớn
Điện thoại di động, máy
ảnh số, laptop, PC và
đầu máy chơi game...

19


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

Wibree

Zigbee

NFC

Gửi một
lượng dữ
liệu nhỏ
giữa hai
thiết bị
Truyền
thông tin tới
nhiều thiết
bị cùng lúc
(mesh
network)
thay vì chỉ
có hai thiết
bị tương tác
với nhau
truyền dữ
liệu

vài Kb/giây

đồng hồ, bộ cảm biến
game, thiết bị y tế

hệ thống tự động tại các
hộ gia đình như chiếu
sáng và sưởi ấm

256 Kb/
giây

từ 75m
đến vài
trăm m

cần ít
năng
lượng

vài Kb/
giây

vài cm

Điện thoại NFC dùng
để thanh toán hoá đơn
khi người sử dụng uống
cafe hay mua báo...
không kết nối máy in, máy
tiêu tốn ảnh, ổ cứng rời... với
quá
máy tính
nhiều
điện
Dect được hỗ trợ thêm
dịch vụ VoIP và radio
giúp nghe đài trên
Internet, tra cứu danh
bạ điện thoại trực tuyến

2Gb/giây
USB không kết nối với
máy tính mà
dây
không cần
dây cáp
Dect

cần ít
năng
lượng

thực hiện
100m
các cuộc gọi
bằng điện
thoại cố
định không
dây
Bảng 3 – Wifi và các chuẩn không dây khác

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

20


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

c. Những nét đặc trưng tiêu biểu của công nghệ Wifi
 Tính di động: có thể truy cập dữ liệu khi đang di chuyển, nâng cao hiệu quả truy
xuất dữ liệu.
 Tốc độ triển khai nhanh và dễ dàng: không gặp phải nhứng vấn đề về lắp đặt cáp
mạng.
 Tính mềm dẻo: có thể thiết lập những nhóm mạng nhỏ một cách nhanh chóng, việc
mở rộng mạng là dễ dàng vì môi trường mạng sẵn có ở mọi nơi; đây là nét hấp dẫn
nhất của công nghệ Wifi đối với các khách hàng như các nhà quản lý khách sạn, sân
bay, ga tàu lửa, thư viện hay quán cà phê...
 Chi phí: có thể giảm khi sử dụng công nghệ Wifi, thiết bị 802.11 có thể dùng để tạo
cầu nối không dây giữa hai toà nhà; để thiết lập một cầu nối không dây cần những
chi phí ban đầu như thiết bị ngoài trời, các điểm truy cập và những giao tiếp không
dây. Ngoài chi phí thiết yếu ban đầu, Wifi chỉ có chi phí hoạt động định kỳ hàng
tháng là không đáng kể. Hơn nữa, các liên kết không dây điểm rẻ hơn so với việc
thuê đường truyền của các công ty điện thoại.

Hình 8 - Ứng dụng của Wi-fi

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

21


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

d. Các chuẩn wifi
Về công nghệ, hiện nay Wi-Fi đã chứng nhận 3 chuẩn về mạng cục bộ không dây và 1
chuẩn về an ninh cho các loại mạng này, bao gồm:
 Chuẩn mạng 802.11a
 Chuần mạng 802.11b
 Chuẩn mạng 802.11g
 Chuẩn an ninh Wi-Fi Protected Access (WPA)
Một số chuẩn thông dụng như: 802.11b (cải tiến từ 802.11), 802.11a, 802.11g, 802.11n.

Hình 9 - Phạm vi của WLAN trong mô hình OSI

Hiện tồn tại các xác thực sau được đưa ra bởi Wi-Fi Alliance:

Chuẩn

Phân loại

Đặc điểm chính

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

Chú thích

22


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

IEEE 802.11

IEEE 802.11a

IEEE 801.11b

IEEE 802.11g

IEEE 8021.11n

IEEE 802.11d

Kết nối

Tần số: 2,4 GHz
Tốc độ tối đa: 2 mbps
Tầm hoạt động: không xác
định

Chuẩn lý
thuyết

Kết nối

Tần số: 5 GHz
Tốc độ tối đa: 54 mbps
Tầm hoạt động: 25-75 m

Xem thêm
802.11d và
802.11h

Kết nối

Tần số: 2,4 GHz
Tốc độ tối đa: 11 mbps
Tầm hoạt động: 35-100 m

Tương thích
với 802.11g

Tần số: 2,4 GHz
Tốc độ tối đa: 54 mbps
Tầm hoạt động: 25-75 m

Tương thích
ngược với
802.11b, xem
thêm 802.11d
và 802.11h

Kết nối

Tần số: 2,4 GHz
Tốc độ tối đa: 540 mbps
Tầm hoạt động: 50-125 m

Tương thích
ngược với
802.11b/g
Dự kiến sẽ
được thông
qua vào tháng
11/2008

Tính năng
bổ sung

Bật tính năng thay đổi tầng
MAC để phù hợp với các
yêu cầu ở những quốc gia
khác nhau

Hỗ trợ bởi một
số thiết bị
802.11a và
802.11a/g

Kết nối

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

23


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

IEEE 802.11h

WPA Enterprise

WPA Personal

WPA2 Enterprise

WPA2 Personal

EAP-TLS

EAPTTLS/MSCHAPv2

Tính năng
bổ sung

Chọn tần số động (dynamic
frequency selection: DFS)
và điều khiển truyền năng
lượng (transmit power
control: TPC) để hạn chế
việc xung đột với các thiết
bị dùng tần số 5 GHz khác

Hỗ trợ bởi một
số thiết bị
802.11a và
802.11a/g

Bảo mật

Sử dụng xác thực 802.1x với
chế độ mã hóa TKIP và một
máy chủ xác thực

Xem thêm
WPA2
Enterprise

Bảo mật

Sử dụng khóa chia sẻ với mã
hóa TKIP

Xem thêm
WPA2
Personal

Bảo mật

Nâng cấp của WPA
Enterprise với việc dùng mã
hóa AES

Dựa trên
802.11i

Bảo mật

Nâng cấp của WPA
Personal với việc dùng mã
hóa AES

Dựa trên
802.11i

Bảo mật

Extensible Authentication
Protocol Transport Layer
Security

Sử dụng cho
WPA
Enterprise

Bảo mật

EAP-Tunneled
TLS/Microsoft Challenge
Authentication Handshake
Protocol

Sử dụng cho
WPA/WPA2
Enterprise

Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

24


Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần và ứng dụng trong hệ thống ITS

EAP-SIM

WMM

Bảo mật

Multimedia

Một phiên bản của EAP cho
các dịch vụ điện thoại di
động nền GSM

Sử dụng cho
WPA/WPA2
Enterprise

Xác thực cho VoIP để quy
định cách thức ưu tiên băng
thông cho giọng nói hoặc
video

Một thành
phần của bản
thảo 802.11e
WLAN
Quality of
Service

Bảng 4 – Các chuẩn Wifi
e. Các chuẩn IEEE 802.11x
IEEE 802.11 chưa từng được ứng dụng thực tế và chỉ được xem là bước đệm để hình thành
nên kỷ nguyên Wi-Fi. Trên thực tế, cả 24 kí tự theo sau 802.11 đều được lên kế hoạch sử
dụng bởi Wi-Fi Alliance. Như ở bảng trên, các IEEE 802.11 được phân loại thành nhiều
nhóm, trong đó hầu như người dùng chỉ biết và quan tâm đến tiêu chuẩn phân loại theo
tính chất kết nối (IEEE 802.11a/b/g/n…).
f. Chuẩn IEEE 802.11b
Chuẩn này được đưa ra vào năm 1999, nó cải tiến từ chuẩn 802.11.


Cũng hoạt động ở dải tần 2.4Ghz nhưng chỉ sử dụng trải phổ trực tiếp DSSS.

 Tốc độ tại Access Point có thể lên tới 11Mbps (802.11b), 22Mbps (802.11b+).
 Các sản phẩm theo chuẩn 802.11b được kiểm tra và thử nghiệm bởi hiệp hội các
công ty Ethernet không dây (WECA) và được biết đến như là hiệp hội Wi-Fi, những
sản phẩm Wireless được WiFi kiểm tra nếu đạt thì sẽ mang nhãn hiệu này.
 Hiện nay IEEE 802.11b là một chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất cho Wireless LAN.
Vì dải tần số 2,4Ghz là dải tần số ISM (Industrial, Scientific and Medical: dải tần
vô tuyến dành cho công nghiệp, khoa học và y học, không cần xin phép) cũng được
sử dụng cho các chuẩn mạng không dây khác như là: Bluetooth và HomeRF, hai
chuẩn này không được phổ biến như là 801.11. Bluetooth được thiết kế sử dụng cho
thiết bị không dây mà không phải là Wireless LAN, nó được dùng cho mạng cá nhân
Mai Duy Khánh - ĐTVT1 – 2010B – ĐHBKHN

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×