ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VÕ VĂN HƢNG ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT GIAO THỨC TẦNG MAC THEO CHUẨN IEEE802.11, IEEE802.15.4 VÀ IEEE802.15.3 LUẬN VĂN THẠC SỸ Hà Nội 2009
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VÕ VĂN HƢNG ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT GIAO THỨC TẦNG MAC THEO CHUẨN IEEE802.11, IEEE802.15.4 VÀ IEEE802.15.3 Ngành : Công nghệ thông tin Chuyên ngành : Truyền dữ liệu và Mạng máy tính Mã số : 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH VIỆT Hà Nội 2009
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT GIAO THỨC TẦNG MAC THEO CHUẨN IEEE802.11, IEEE802.15.4 VÀ IEEE802.15.3 là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu trong luận văn là số liệu trung thực. Hà Nội, ngày 01 tháng 11 năm 2009 Võ Văn Hưng
LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Đình Việt giảng viên khoa Công nghệ Thông tin trường Đại học Công nghệ Hà Nội, Đại học Quốc gia Hà Nội - Người thầy đã hướng dẫn tôi trong suốt quá trình tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị trong khóa học K12 chuyên ngành mạng đã ủng hộ và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp của tôi tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn. Hà nội, ngày 01 tháng 11 năm 2009 Võ Văn Hưng
MỤC LỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT... 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ... Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG... Error! Bookmark not defined. 1.1. Mạng LAN không dây... Error! Bookmark not defined. 1.1.1. Lịch sử của WLAN... Error! Bookmark not defined. 1.1.2. Ưu, nhược điểm của WLAN:... Error! Bookmark not defined. 1.1.3. Một số ứng dụng của WLAN... Error! Bookmark not defined. 1.1.4. Nguyên nhân chính không sử dụng CSMA/CD trong WLAN Error! Bookmark not defined. 1.2. Một số mạng không dây khác... Error! Bookmark not defined. 1.2.1. Mạng không dây 802.15.4... Error! Bookmark not defined. 1.2.2. Mạng không dây 802.15.3... Error! Bookmark not defined. 1.3. Các vấn đề mà luận văn tập trung nghiên cứu và giải quyết... Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 2: KIẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG THEO CHUẨN IEEE 802.11... Error! Bookmark not defined. 2.1 Kiến trúc giao thức mạng IEEE 802.11... Error! Bookmark not defined. 2.1.1. Các thành phần kiến trúc của IEEE 802.11... Error! Bookmark not defined. 2.1.2 Kiến trúc tầng MAC... Error! Bookmark not defined. 2.1.3. Cấu trúc khung... Error! Bookmark not defined. 2.2 Lớp Vật lý... Error! Bookmark not defined. 2.3 Lớp MAC... Error! Bookmark not defined. 2.3.1. Giao thức CSMA/CA... Error! Bookmark not defined. 2.3.2 Giao thức CSMA/CA + ACK... Error! Bookmark not defined. 2.3.3. Giao thức CSMA/CA + ACK + RTS/CTSError! Bookmark not defined. 2.3.4. Chức năng DCF, PCF... Error! Bookmark not defined. 2.5 Một số chức năng quan trọng khác của tầng MACError! Bookmark not defined. 2.5.1 Phân mảnh và hợp nhất các mảnh... Error! Bookmark not defined. 2.5.2. Đồng bộ hóa... Error! Bookmark not defined. 2.5.3 Chuyển vùng... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3: KIẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG THEO CHUẨN IEEE 802.15.4... Error! Bookmark not defined. 3.1 Các thành phần của IEEE 802.15.4 WPANError! Bookmark not defined. 3.2 Tô-pô mạng sử dụng trong LR-WPAN... Error! Bookmark not defined. 3.2.1 Tô-pô mạng hình sao... Error! Bookmark not defined. 3.2.2 Tô-pô mạng ngang hàng... Error! Bookmark not defined. 3.3. Kiến trúc của LR-WPAN... Error! Bookmark not defined. 3.4 Mô hình truyền dữ liệu... Error! Bookmark not defined. 3.4.1 Truyền dữ liệu đến Coordinator.... Error! Bookmark not defined. 3.4.2 Truyền dữ liệu từ Coordinator... Error! Bookmark not defined. 3.4.3 Tryền dữ liệu trên các thiết bị ngang hàng... Error! Bookmark not defined. 3.5 Cấu trúc khung... Error! Bookmark not defined. 3.5.1 Cấu trúc chung của khung MAC... Error! Bookmark not defined. 3.5.2 Cấu trúc các kiểu khung... Error! Bookmark not defined. 3.6 Điều khiển truy cập môi trƣờng truyền... Error! Bookmark not defined. 3.6.1 Cấu trúc siêu khung... Error! Bookmark not defined. 3.6.2 Thuật toán CSMA/CA... Error! Bookmark not defined. 3.7. Một số chức năng của tầng MAC... Error! Bookmark not defined. 3.7.1 Quét kênh... Error! Bookmark not defined. 3.7.2 Liên kết với Coordinator... Error! Bookmark not defined. 3.7.3 Ngắt liên kết với Coordinator... Error! Bookmark not defined. 3.7.4 Sự đồng bộ hóa... Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 4: KIẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG THEO CHUẨN IEEE 802.15.3... Error! Bookmark not defined. 4.1 Các thành phần của IEEE 802.15.4 WPANError! Bookmark not defined. 4.1.1 Các thành phần của Piconet.... Error! Bookmark not defined. 4.2 Các phƣơng pháp trao đổi dữ liệu giữa các DEV.. Error! Bookmark not defined. 4.3 Cấu trúc của khung MAC... Error! Bookmark not defined. 4.3.1 Cấu trúc chung... Error! Bookmark not defined. 4.3.2 Cấu trúc khung Beacon... Error! Bookmark not defined. 4.3.3 Cấu trúc các khung báo nhận... Error! Bookmark not defined. 4.3.4 Cấu trúc khung Lệnh... Error! Bookmark not defined. 4.3.5 Cấu trúc khung dữ liệu... Error! Bookmark not defined.
4.4 Điều khiển truy cập môi trƣờng truyền... Error! Bookmark not defined. 4.4.1. Cấu trúc siêu khung... Error! Bookmark not defined. 4.4.2 Interframe space (IFS)... Error! Bookmark not defined. 4.4.3. Truy cập kênh truyền... Error! Bookmark not defined. 4.5 Một số chức năng của tầng MAC... Error! Bookmark not defined. 4.5.1 Quét kênh... Error! Bookmark not defined. 4.5.2 Khởi tạo Piconet... Error! Bookmark not defined. 4.5.3 Chuyển vùng PNC... Error! Bookmark not defined. 4.5.4 Dừng piconet... Error! Bookmark not defined. 4.5.5. Quá trình liên kết và phân tách với một piconeterror! Bookmark not defined. CHƢƠNG 5: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CÁC GIAO THỨC MAC 802.11, 802.15.4 VÀ 802.15.3... Error! Bookmark not defined. 5.1. Giới thiệu về đánh giá hiệu suất giao thứcerror! Bookmark not defined. 5.1.1 Khái niệm... Error! Bookmark not defined. 5.1.2 Tầm quan trọng của đánh giá hiệu suấterror! Bookmark not defined. 5.1.3 Một số độ đo hiệu suất... Error! Bookmark not defined. 5.2. Mô phỏng bằng chƣơng trình máy tính... Error! Bookmark not defined. 5.2.1 Khái niệm mô phỏng... Error! Bookmark not defined. 5.2.2 Nhu cầu sử dụng mô phỏng... Error! Bookmark not defined. 5.3. Bộ mô phỏng mạng NS-2 (Network Simulator 2). Error! Bookmark not defined. 5.3.1 Giới thiệu bộ mô phỏng NS-2... Error! Bookmark not defined. 5.3.2 Cấu trúc NS-2... Error! Bookmark not defined. 5.3.2. Khả năng mô phỏng cho IEEE 802.11 trong NS-2 Error! Bookmark not defined. 5.3.3 Khả năng mô phỏng cho IEEE 802.15.3 trong NS2 Error! Bookmark not defined. 5.3.4 Khả năng mô phỏng cho IEEE 802.15.4 trong NS2 Error! Bookmark not defined. 5.4 Thực nghiệm mô phỏng... Error! Bookmark not defined. 5.4.1 Thực nghiệm 1: Ảnh hưởng của RTS/CTS trong 802.11... Error! Bookmark not defined. 5.4.2 Thực nghiệm 2... Error! Bookmark not defined. 5.4.3 Thực nghiệm 3: Mô phỏng mạng hình sao.... Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN... Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO... 12
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt ACK AODV AID AP ATP BE BER BI BIFS BLE BO BSA BSID BSS CAP CBR CCA CF CFP CRC CSMA/CA CSMA/CD CTA CTAP CTS CW DA DCF DEV Nghĩa tiếng Anh ACKnowledgement Ad-hoc On-demand Distance Vector Association Identifier Access Point Association Timeout Period Backoff Exponent Bit Error Rate Beacon Interval Backoff Interframe Space Battery Life Extension Beacon Order Base Station Beacon Source Identifier Base Service Set Contention Access Period Constant Bit Rate Clear Channel Assessment Contention Free Contention-Free Period Cyclic Redundancy Check Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Channel Time Allocation Channel Time Allocation Period Clear To Send Congestion Window Destination Address Distributed Coordination Function Device
DEVID DIFS Dly-ACK DME DS DSDV DSSS ESS FCS FCSL FFD FH FHSS FTP GTS HTTP IBSS ICV IE IEEE IFS Imm-ACK IP IV LAN LIFS LLC LR-WPAN MAC MAN McstID MCTA MF MIFS Device Identifier DCF Inter khung Spacing Delayed Acknowledgment Device Management Entity Distribution System Destination-Sequenced Distance Vector Direct Sequence Spread Spectrum Extended Service Set Frame Check Sequence Frame Convergence Sublayer Full-Function Device Frequency Hopping Frequency Hopping Spread Spectrum File Transfer Protocol Guaranteed Time Slot HyperText Transfer Protocol Independent BSS Integrity Check Value Information Element The Institute of Electrical and Electronics Engineers Interframe Space Immediate Acknowledgment Internet Protocol Initialization Vector Local Area Network Long Interframe Spacing Logical Link Control Low-rate Wireless Personal Area Network Medium Access Control Metropolitan Area Network Multicast Identifier Management Channel Time Allocation More Fragment Minimum Interframe Space
MLME MLME-SAP MMPDU MPDU MSDU NAV NB NS PAN PC PCF PER PHY PLCP PLME PLME-SAP PMD PNC PNCID PNID PS RA RFD RIFS RTS SA SFC SIFS SO SrcID SSCS TA TCP/IP TrgtID MAC Layer Management Entity MAC Layer Management Entity Service Access Point MAC Management Protocol Data Unit MAC Protocol Data Unit MAC Service Data Unit Network Allocation Vector Number of Backoff Network Simutator Personal Area Network Point Coordinator Point Coordination Function Packet Error Rate Physical layer Physical Layer Convergence Protocol Physical Layer Management Entity Physical Layer Management Entity Service Access Point Physical Medium Dependent Piconet Coordinator Piconet Coordinator Identifier Piconet ID Power Save Receiver Address Reduced-Function Device Retransmission Interframe Space Request To Send Source Address Secure Frame Counter Short Interframe Spacing Superframe Order Source Identifier Service-Specific Convergence Sublayer Transmitter Address Transmission Control Protocol/Internet Protocol Target Identifier
UDP WAN WEP WLAN WPAN User Datagram Protocol Wide Area Network Wired Equivalent Privacy Wireless LAN Wireless Personal Area Network
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1]. Nguyễn Thúc Hải (1999), Mạng máy tính và các hệ thống mở, Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội. [2]. PGS.TS. Vũ Duy Lợi (2002), Mạng thông tin máy tính, Nhà xuất bản Thế giới, Hà Nội. [3]. PGS.TS. Nguyễn Đình Việt (2003), Nghiên cứu phương pháp đánh giá và cải thiện hiệu năng giao thức TCP cho mạng máy tính, Luận án Tiến sỹ, Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội. [4]. PGS.TS Nguyễn Đình Việt (2008), bài giảng Đánh giá hiệu năng mạng máy tính. Tiếng Anh [5]. Eitan Altman & Tania Jimenez (2003-2004), "Ns simulator for beginners", lecture-node, France. [6]. IEEE Std 802.15.4 (2006), Low Rate Wireless Personal Area Networks, IEEE. [7]. IEEE 802.11 (1999), Part 11: Wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications, IEEE. [8]. IEEE Std 802.15.3 (Aug. 2003), Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs), IEEE. [9]. Jae Chung and Mark Claypool, NS by Example. [10]. Kwan-Wu Chin, Darryn Lowe, A Simulation Study of the IEEE 802.15.3 MAC, Australia. [11]. K. Xu, M. Gerla, S. Bae (Nov. 2002), How Effective is the IEEE 802.11 RTS/CTS Handshake in Ad Hoc Networks?, IEEE GLOBECOM '02, Vol. 1, pp. 17-21.
[12]. Ping Chung Ng, Soung Chang Liew, Senior Member, IEEE, Throughput Analysis of IEEE802.11 Multi-hop Ad hoc Networks. Print TNET-00084-2005. [13]. Stallings, Data and Computer Communications, Second Edition, MacMillan [14]. The ns Manual, January 20, 2007, the VINT Project. Nguồn Internet [15]. http://mailman.isi.edu [16]. http://www.isi.edu/nsnam. [17]. http://www.isi.edu/vint. [18]. http://standards.ieee.org/reading/ieee/interp/