Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu đánh giá hiệu suất hoạt động của mạng không dây theo tiêu chuẩn IEEE 802 15 bằng phương pháp mô phỏng máy tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TẠ HỮU TRUNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG KHÔNG DÂY THEO TIÊU CHUẨN IEEE 802.15 BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG MÁY TÍNH Ngành: Cơng nghệ thông tin Mã số: 1.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN VĂN TAM Hà Nội – 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 MC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU 12 Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY THEO CHUẨN IEEE 802.15 14 Tổng quan mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 14 1.1 Các ứng dụng mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 14 1.1.1 Ứng dụng gia đình cơng sở 15 1.1.2 Ứng dụng ngành công nghiệp 16 1.1.3 Ứng dụng buổi hội thảo 18 1.1.4 Ứng dụng Y khoa 18 1.2 Tiêu chuẩn mạng không dây IEEE 802.15 So sánh, đánh giá định tính chuẩn 19 1.3 Kết luận 23 Chương ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CHUẨN IEEE 802.15.3 24 2.1 Tổng quan hệ thống mạng không dây IEEE 802.15.3 24 2.2 Tầng vật lý 24 2.3 Tầng điều khiển truy nhập MAC 28 2.3.1 Điều khiển truy nhập 30 2.3.1.1 Tổ chức kênh 31 2.3.1.2 Phương thức lựa chọn trạm điều khiển Piconet 33 2.4 Kết luận 38 Chương ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CHUẨN IEEE 802.15.4 40 Tổng quan mạng không dây IEEE 802.15.4 40 3.1 Phương thức kết nối 41 3.2 Kiến trúc chuẩn IEEE 802.15.4 44 Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 Khoa Công NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 3.2.1 Tng vật lý 44 3.2.2 Tầng điều khiển truy nhập 49 3.3 Điều khiển truy nhập mạng 53 3.3.1 khuôn dạng khung 53 3.3.1.1 Khuôn dạng khung “Beacon” 54 3.3.1.2 Khuôn dạng khung liệu 54 3.3.1.3 Khuôn dạng khung xác nhận 55 3.3.1.4 Khuôn dạng khung lệnh MAC 56 3.3.2 Khuôn dạng siêu khung 57 3.3.3 Truyền liệu 58 3.3.4 Cơ chế kiểu xác thực 60 3.3.4.1 Cơ chế thực CSMA – CA 60 3.3.4.2 Xác nhận khung 63 3.3.4.3 Xác định liệu 64 3.4 Tiêu thụ lượng 64 3.5 An ninh mạng 64 3.6 Kết luận 65 Chương MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT HOẠT ĐỘNG CỦA CHUẨN IEEE 802.15.4 66 4.1 Hệ mô NS2 66 4.1.1 Kiến trúc NS2 67 4.1.2 Môi trường mô 68 4.1.3 Ngữ cảnh mô 69 4.1.4 Mẫu lưu lượng 70 4.1.5 File trace 70 4.2 Triển khai mô kết 71 Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 4.2.1 Mục đích mơ 71 4.2.2 Mơ hình thơng số mơ 71 4.2.2.1 Mơ hình 71 4.2.2.2 Các thông số mô 72 4.2.3 Phương pháp định tuyến Zigbee 73 4.2.4 Thiết lập mô 75 4.2.5 Kết mô 76 4.2.6 Kết luận 85 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ACK ACL Acknowledgement Access control list AES Advanced encryption standard ASN.1 AWGN Abstract Syntax Notation Number Additive White Gaussian Noise AV Audio-Video BE Backoff exponent BER BI Bit Error Rate Beacon Interval BO Beacon Order BOS BP BPSK Binary Object Score Beacon Period Binary Phase Shift Key BSN Beacon Sequence Number BBST CAP CC Beacon Period Start Time Contention Access Period Connection Context CCA Clear Channel Assessment CCM CFP CID CK Counter with CBC-MAC Content Free Period Cluster Identifier Connection Key CLH Cluster Header CRC CSMA-CA CTA Cyclic Redundancy Check Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Channel Time Allocation CTAP Channel Time Allocation Period CTR CTS CW Counter Mode Clear to send Contention Window (Length) DN Data Notification DNTS Data Notification Time Slot Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 DRD Dual Role Device DRR Distance Report Request DSN Data Sequence Number DSSS ED Direct Sequence Spread Spectrum Energy Detection EIRP Effective Isotropic Radiated Power EMC Electromagnetic Compatibility ERP Effective Radiated Power EVM FCC FCS Error Vector Magnitude Federal Communication Commission Frame Check Sequence FFD FH FHSS FS Full-Function Device Frequency Hopping Frequency Hopping Spread Spectrum Full Speed FSK GTS IE IFS Fixed Symmetric Key Guaranteed Time Slot Information Element Inter-frame Space or Spacing ISM Industrial, Scientific and Medical ISO LDS LAN Isochronous Least Distance Square Location Area Network LIFS Long Inter-frame Spacing LLC LQ LQI Logical Link Control Link Quality Link Quality Indication LPDU LR-WPAN LLC Protocol Data Unit Low Rate-Wireless Personal Area Network LSB MAC Least Significant Bit Medium Access Control MCPS MCPS-SAP MAC Common Part Sublayer MCPS-Sublayer Access Point MFR Mac Footer Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 MHR Mac Header MIC Message Integrity Code MLME MAC Sublayer Management Entity MLME-SAP MSB MLME-Sublayer Access Point Most Significant Bit MSC Message Sequence Chart MS-CTA Micro Schedule – CTA MPDU MAC Protocol Data Unit MSDU MSTA NAK MAC Service Data Unit Micro Schedule Slot Time Allocation Negative Acknowledgment NB OFDM OOB O-QPSK Number of Backoff (Periods) Orthogonal Frequency Division Multiplexing Out of Band Offset Quadrature Phase Shift Keying OSI Otcl PAL PAN Open System Interconnection Object Tool Command Language Programming Application Layer Personal Area Network PANPC Personal Area Network Computer PC PCA PD-SAP Personal Computer Prioritized Contention Access PHY Data Service Access Point PDU Protocol Data Unit PER PHR PHY Packet Error Rate PHY Header Physical Layer PK PIB Public Key Cryptography PAN Information Base PICS PLME Protocol Implementation Conformance Statement Physical Layer Management Entity PLME-SAP PN PLME-Service Access Point Pseudo Random Noise PNC Piconet coordinator Tạ Hữu Trung – Líp K9T3 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không d©y theo chuÈn IEEE 802.15 POS Personal Operating Space PPDU PHY Protocol Data Unit PRF Pulse Repetition Frequency PSC PSD PBC Selection Counter Power Spectral Density PSDU PHY Service Data Unit PSR PNC selection request PPM Parts Per Million RF RFD RSSI Radio Frequency Reduced Function Device Received Signal Strength Indication RTS RX SAP SD Request to send Receive or Receiver Service Access Point Superframe Duration SDL SNR SDU SFD Specification and Description Language Signal to Noise Ratio Service Data Unit Start of Frame Delimiter SHR Synchronization Header SIFS SO SPDU Short Interframe Spacing Superframe Order SSCS Protocol Data Unit SRD Short Range Device SSCS TDMA TRX Service Specific Convergence Sublayer Time Division Multi Access Transceiver TX USB Transmit or Transmitter Universal Serial Bus UWB WLAN Ultra Wide Band Wireless Local Area Network WPAN WUSB Wireless Personal Area Network Wireless USB Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 Khoa Công NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 DANH SCH HÌNH VẼ Hình vẽ 1.1 – Các kết nối gia đình cơng sở 13 Hình vẽ 1.2: Ứng dụng mạng khơng dây gia đình 16 Hình 1.3: Ứng dụng mạng khơng dây sử dụng chuẩn IEEE 802.15 ngành công nghiệp, dịch vụ an toàn 17 Hình 1.4: Ứng dụng chuẩn IEEE 802.15 trình xử lý bệnh viện 18 Hình 1.5: Tổ chức chuẩn IEEE 802.15 19 Hình 1.6: Tốc độ liệu không gian sử dụng 20 Hình 1.7: Mơ hình bẩy lớp ISO-OSI mơ hình chuẩn IEEE 802.15 21 Hình 1.8: Một mạng khơng dây theo chuẩn IEEE 802.15 gồm nút Hình trịn biểu diễn phạm vi hoạt động nút Các nút nằm phạm vi hoạt động truyền thơng trực tiếp cho 22 Hình 2.1: Phương thức kết nối 24 Hình 2.2: Kiến trúc chuẩn IEEE 802.15.3 25 Hình 2.3: FCC mask for indoor and outdoor communications 27 Hình 2.4: Mỗi ký hiệu tập xung 25 Hình 2.5: Thứ tự xung: 12 xung ký hiệu 28 Hình 2.6: Dải phổ lớp vật lý theo đề xuất MB-OFDM 28 Hình 2.7: Trao đổi liệu tin trạm điều khiển trạm làm việc 30 Hình 2.8: Truyền thơng Piconet 30 Hình 2.9: Kiến trúc siêu khung 31 Hình 2.10: Thủ tục truyền 32 Hình 2.11: Khơng gian Piconet IEEE 802.15.3 33 Hình 2.12: Thủ tục lựa chọn PNC 37 Hình 3.1: Phương thức kết nối theo kiểu hình ngang hàng 37 Hình 3.2: Kết hợp phương thức kết nối hình ngang hàng 41 Hình 3.3: Mạng có kiến trúc hình 42 Hình 3.4: Kiến trúc chuẩn IEEE 802.15.4 44 Tạ Hữu Trung – Líp K9T3 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuÈn IEEE 802.15 Hình 3.5: Các thành phần kết nối chuẩn IEEE 802.15.4 45 Hình 3.6: Chức trải phổ chuỗi trực tiếp 47 Hình 3.7: Các thành phần giao diện phân lớp MAC 49 Hình 3.8: Trình tự tin 50 Hình 3.9: Quá trình liên kết với PAN 51 Hình 3.10: Quá trình phân tách khỏi PAN 52 Hình 3.11: Cấu trúc khung “Beacon” 53 Hình 3.12: Cấu trúc khung liệu 55 Hình 3.13: Cấu trúc khung lệnh MAC 56 Hình 3.14: Cấu trúc khung xác nhận 56 Hình 3.15: Cấu trúc siêu khung 57 Hình 3.16: Truyền liệu tới trạm điều khiển mạng sử dụng “Beacon” 59 Hình 3.17: Truyền liệu tới trạm điều khiển mạng khơng sử dụng “Beacon” 60 Hình 3.18: Truyền liệu từ trạm điều khiển tới trạm làm việc sử dụng “Beacon” 60 Hình 3.19: Truyền liệu từ tràm điều khiển tới trạm làm việc khơng có “Beacon” 60 Hình 3.20: Thuật tốn CSMA – CA 63 Hình 4.1: Kết thực NAM 66 Hình 4.2: NS góc nhìn người dụng 68 Hình 4.3: Các Modul chức IEEE 802.15.4 72 Hình 4.4: Kiến trúc lớp ZigBee 73 Hình 4.5: Trình tự trình liên kết mạng đơn liên cung 74 Hình 4.6: Trình tự trình liên kết mạng đa liên cung 74 Hình 4.7: AODV chuẩn IEEE 802.15.4 …77 Hình 4.8: Kết nối hình có sử dụng khung “Beacon” 77 Hình 4.9: Kết nối ngang hàng có cấu trúc hình sử dụng khung “Beacon” 78 Hình 4.10: Phân bố trạm 79 Hình 4.11: So sánh IEEE 802.15.4 IEEE 802.11 – Packet delivery ratio 80 Hình 4.12: So sánh IEEE 802.15.4 IEEE 802.11: RTS/ CTS Overhead 81 Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 10 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 thông điệp RREP khởi tạo nút trung gian, thêm vào bảng định tuyến tạm nút dịng tương ứng với đường Các dịng xóa bỏ sau khoảng thời gian xác định 4.2.4 Thiết lập mô Ngữ cảnh: Xét ngữ cảnh mơ ví dụ khơng gian có diện tích 50 x 50 m2, phương thức kết nối trạm dạng hình sao, Phương thức kết nối ngang hàng có sử dụng “beacon”, khoảng cách từ trạm tới trạm điều khiển không 10 m Để đơn giản, giả thiết topo mạng tĩnh, có nghĩa nút khơng chuyển động Mơ hình truyền thơng: Các kết nối truyền TCP (Transmission Control Protocol) / CBR (Constant Bit Rate) / Poisson thiết lập nút Môi trường mô phỏng: Môi trường mô sử dụng NS – 2.28 chạy hệ điều hành Linux Redhat 9.0 Bộ mô NS – 2.28 hỗ trợ vài mơ hình mạng khơng dây, ví dụ như: mạng thực theo chuẩn IEEE 802.11, IEEE 802.15 WPAN Như ta biết chuẩn IEEE 802.15 bao gồm phân lớp IEEE 802.15.1, IEEE 802.15.3, IEEE 802.15.4, phân lớp mục đích chúng khác Do mà phương pháp điều khiển truy nhập mạng tầng MAC, đặc tính tầng vật lý khác Hiện nay, phiên NS – 2.28 dừng lại mức hỗ trợ mô chuẩn IEEE 802.15.4 Giao thức định tuyến sử dụng ZBR (ZigBee) Thời gian thực mô khoảng 900 giây Mơ thực máy tính để bàn với Intel Pentium IV processor, 1.8GHz, 256RAM, Linux Red Hat 9.0, NS - 2.28 Tạ Hữu Trung Líp K9T3 76 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuÈn IEEE 802.15 4.2.5 Kết mô (1) Mô 1: Mô mạng PAN sử dụng giao thức định tuyến AODV Trong ví dụ này, ta thực mơ với 25 nút mạng diện tích 50x50 m2, sử dụng mơ hình truyền thơng FTP/ CBR/ Poisson, luồng liệu thực truyền từ nút 19  6, 10   2, khoảng cách nút 10 m thời gian thực khoảng 900s Kết thực mơ tả hình 4.7: Hình 4.7 – AODV chuẩn IEEE 802.15.4 (2) Mô 2: Mô mạng mạng PAN sử dụng phương thức kết nối hình chế độ sử dụng khung “Beacon” Các thông số kết thực mô thể hỡnh 4.8: Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 77 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 Hình 4.8 – Kết nối hình có sử dụng khung “Beacon” Mơ hình mơ bao gồm trạm, thực diện tích 50x50 m2, khoảng cách trạm 10 m, kết nối truyền thông FTP/ CBR/ Possion, Chế độ sử dụng khung “Beacon” ( Beacon order: 3, superframe order: 3) (3) Mô 3: Mô tả mạng PAN sử dụng phương thức kết ni ngang hng cú cu trỳc hỡnh cõy Tạ Hữu Trung – Líp K9T3 78 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không d©y theo chn IEEE 802.15 Hình 4.9: Kết nối ngang hàng có cấu trúc hình sử dung khung beacon Mơ hình mơ bao gồm 11 trạm, trạm điều khiển PAN, trạm điều khiển, trạm làm việc, hoạt động diện tích 50x50 m2, khoảng cách trạm 10m, sử dụng kết nối truyền thông FTP/ CBR/ Possion, chế độ sử dụng khung “Beacon” (Beacon order: 3, Superframe Order: 3) Hình 4.9 mơ tả hoạt động mạng ngang hàng có cấu trúc hình (4) Mơ 4: So sánh thể IEEE 802.15.4 IEEE 802.11 (Kết so sánh định lượng tham khảo từ [15] ) Mô thực với 101 nút, diện tích 80x80 m2, khoảng cách trạm m Hình 4.10 phân b cỏc trm Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 79 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 Hình 4.10 – Hình ảnh phân bố trạm IEEE 802.15.4 trao đổi liệu tốc độ: 250 kbps dải thơng 2.4 GHz Cịn tốc độ trao đổi liệu IEEE 802.11 Mbps Mơ hình truyền thơng có tốc độ gói trung bình: 0.1 pps, 0.2 pps, pps, 5pps, 10 pps Có hai phương thức kết nối sử dụng phần này: Thứ ngang hàng (peer – to - peer), 64  62, 63  61, 99  85, 87  97, 88  98, 100  96 Thứ hai phương thức kết nối hình sao: Từ nút 64, 62, 63, 61, 99, 85, 87, 97, 88, 98, 100 86 đến nút Kết thực mô thể hình 4.11: Packet Delivery Ratio (%) Com paring IEEE 802.15.4 w ith IEEE 802.11 100 90 80 70 60 50 40 IEEE 802.11 IEEE 802.15.4 P IEEE 802.15.4 S 0.1 0.2 Traffic Load (pkts/sec) 10 P: Peer to peer S: Star Hình 4.11 – So sánh IEEE 802.15.4 802.11 – Packet delivery ratio Như ta thấy, phương thức kết nối ngang hàng, tỉ lệ truyền gói theo chuẩn IEEE 802.11 giảm chậm từ 99.53% 98.65% tốc độ truyền gói tăng từ 0.1 pps đến 10 pps Nhưng với chuẩn IEEE 802.15.4 tỉ lệ truyền gói lại giảm từ 98.51% xuống 78.26% tốc độ truyền gói tăng từ 0.1 pps tới 10 pps Trong phương thức kết nối hình sao, kết thể đường IEEE 802.15.4 S, tỉ lệ truyền gói giảm từ 95.40% 55.26% tốc độ truyền gói tăng từ 0.1 pps ti 10 pps Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 80 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 Nói chung, chuẩn 802.15.4 trì tỉ lệ truyền gói cao tốc độ truyền gói lên tới pps (95.70% cho IEEE 802.15.4 P, 87.58 % cho IEEE 802.15.4 S) Nhưng tỉ lệ giảm nhanh tốc độ truyền tăng cao Sự khác tỉ lệ truyền IEEE 802.15.4 IEEE 802.11 xuất phát từ thực tế chuẩn IEEE 802.11 sử dụng chế RTS/ CTS cịn IEEE 802.15.4 khơng sử dụng Điều chứng tỏ hữu ích chế RTS/ CTS tốc độ truyền gói tăng, rõ ràng đắt so với ứng dụng LR – WPAN Chúng ta nhìn thấy tỉ lệ gói (RTS/ CTS) gói liệu Poisson đoạn [2.02, 2.78] chuẩn IEEE 802.11 khơng có IEEE 802.15.4, tỉ lệ truyền gói tăng nhỏ 4% lên tới pps, chí điều kiện “condition – free” tỉ lệ lớn 2.0 Bởi gói RTS/ CTS sử dụng để truyền gói điều khiển khác ví dụ gói AODV (Hình 4.12) (RTS + CTS) Pkts per Poission Packet Comparing IEEE 802.15.4 with 802.11: RTS/ CTS Overhead 2.5 IEEE 802.11 1.5 IEEE 802.15.4 0.5 0.1 0.2 10 Trafic load (pkts/sec) Hình 4.12 – So sánh IEEE 802.15.4 với IEEE 802.11: RTS/ CTS Overhead Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 81 Khoa Công NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 (5) Mụ 4: Bước trễ Mô sử dụng phương thức kết nối mạng, khoảng cách truyền, dải thông, tốc độ liệu, phương thức truyền giống mơ Hình 4.13 kết mơ Qua ta nhận thấy thời gian trễ IEEE 802.11 thấp so với IEEE 802.15.4 Tuy nhiên kết thực IEEE 802.11 hoạt động tốc độ truyền liệu 2Mbps IEEE 802.15.4 hoạt động tốc độ truyền 250kbps Nếu đưa thông số tốc độ truyền liệu giống thời gian trễ IEEE 802.11 gấp khoảng 3.3 lần IEEE 802.15.4 Hop Delay (sec) 0.025 0.02 0.015 IEEE 802.11 IEEE 802.15.4 P 0.01 IEEE 802.15.4 S 0.005 0.1 0.2 10 Traffic Load (pkts/sec) Hình 4.13 – So sánh bước trễ IEEE 802.15.4 IEEE 802.11 (6) Mô 5: Hiệu suất truyền Phần thực mô để đánh giá hiệu suất truyền điều kiện trạm điều khiển khác thứ tự “beacon” khác nhau, sử dụng phương thức kết nối mạng, khoảng cách truyền, dải thông, tốc độ liệu, phương thức truyền giống mô Nhưng khác Trạm trạm điều khiển PAN, thể mầu xám Chúng ta có 73 Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 82 Khoa Công NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 trm iu khiển 100 trạm làm việc, mô chạy chế độ cố định, với tỉ lệ phần trăm “beacon” trạm điều khiển (0%, 25%, 50%, 75%, 100%), thứ tự “beacon” thay đổi với giá trị (0, 1, 2, 3, 4, 5, 10), tốc độ truyền gói cố định pps Thủ tục liên kết mô tả tập lệnh mô sau: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: 10: 11: 12: 13: 14: 15: 16: 17: 18: 19: 20: 21: 22: 23: 24: Quét kênh Nếu điều phối viên khơng tìm thấy Liên kết bị fail Khác: Khơng có điều phối viên cho phép liên kết Liên kết bị fail Khác Lựa chọn điều phối viên có tiềm tàng Gửi yêu cầu liên kết tới điều phối viên Đợi tín hiệu ACK Nếu không nhận ACK Liên kết bị fail Khác Gửi yêu cầu liệu tới điều phối viên Đợi tín hiệu ACK Nếu không nhận ACK Liên kết bị fail khác Đợi tín hiệu trả lời liên kết Nếu trả lời liên kết không nhận Liên kết bị fail Nếu khác liện kết không chấp nhận Liên kết bị fail Khác Liên kết thành cơng Nếu có nhiều trạm làm việc không sử dụng “Beacon” xung quanh, trạm điều khiển cố gắng gửi khung “beacon”, sử dụng CSMA-CA không xẻ rãnh đến trạm yêu cầu “beacon”, “beacon” gần xung đột vi Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 83 Khoa Công NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 cỏc trm làm việc Tình trạng cải thiện trạm làm việc xung quanh có sử dụng “Beacon”, trạm làm việc tiếp tục thơng báo giống thường lệ chí yêu cầu “beacon” nhận Dĩ nhiên, “beacon” gửi với tần số cao, xung đột tăng lên, điều làm giảm hiệu suất truyền Nói chung, trạm điều khiển không sử dụng “Beacon” gần tác động đến bước thủ tục liên kết, trạm điều khiển có sử dụng “beacon” tác động đến tồn bước Điều thể rõ kết mô (Bảng 4.2) ta thấy rõ trạm điều khiển có sử dụng “beacon” lựa chọn tốt Bảng 4.2: DISTRIBUTION OF ASSOCIATION ATTEMPTS (EXPRESS IN NUMBER OF DEVICES) attempt attempts attempts attempts 0% Beaconing Coordinator 54 30 14 25% Beaconing Coordinator 71 16 13 - 50% Beaconing Coordinator 79 15 75% Beaconing Coordinator 85 11 - 100% Beaconing Coordinator 87 11 - Bảng 4.2 hầu hết trạm thành công lần dự định truyền lần đầu tiên, phần nhỏ thiết bị cố gắng lần thứ 2, thứ 3, thiết bị cố gắng lần thứ Liên kết phần cấu trúc hình mạng ngang hàng, hiệu cấu trúc hình có liên quan trực tiếp đến hiệu liên kết, cấu trúc hình cấu trúc hữu ích sử dụng lớp mạng, đặc biệt dùng cho mục đích định tuyến Cấu hình thay đổi thực suốt thủ tục này, ví dụ lựa chọn kênh, định danh cho PAN, xỏc nh Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 84 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 chế độ cho phép sử dụng khung “beacon” chế độ không cho phép sử dụng khung “beacon”, lựa chọn thứ tự khung “beacon” thứ tự siêu khung chế độ cho phép sử dụng “beacon”, có địa 16 bit trạm, thiết lập lựa chọn BatterryLifeExtention nhiều lựa chọn khác lớp MAC Như vậy, ta thấy IEEE 802.15.4 có đặc điểm tự cấu hình hình thành mạng hiệu 4.2.6 Kết luận Chương luận văn giới thiệu cơng cụ mạnh để mơ mạng, NS-2 Nhờ sử dụng công cụ mà ta khẳng định thêm lần ý nghĩa tầm quan trọng chuẩn IEEE 802.15 đặc biệt chuẩn IEEE 802.15.4 lĩnh vực công nghiệp sống Hơn nữa, thông qua kết mô ta đánh giá hệ thống nào, trường hợp thích hợp với mơi trường PAN Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 85 Khoa Công Nghệ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 KT LUN Mng cá nhân không dây dựa chuẩn IEEE 802.15 sản phẩm sống đại, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao người Do mà năm gần đây, vấn đề công nghệ không dây ứng dụng mạng gia đình giành quan tâm nhiều cộng đồng nghiên cứu Bên cạnh vấn đề giao thức định tuyến, giao thức truy cập kênh, cấu trúc siêu khung, phương thức điều khiển truy nhập, nhiều vấn đề đề xuất giải quyết, ví dụ phương thức để làm giảm công suất tiêu thụ, vấn đề an ninh mạng … Luận văn giúp người đọc có nhìn tổng quát mạng cá nhân không dây vấn đề liên quan tập trung nghiên cứu Luận văn trình bày giới thiệu chuẩn IEEE 802.15 bao gồm phần tổng quan so sánh định tính chuẩn, ứng dụng sống Sau luận văn sâu vào trình bày chuẩn IEEE 802.15.3 chuẩn dựa UWB – công nghệ băng thông cực rộng, tầm ngắn, tốc độ cao cho phép đạt tới 480 Mbps vòng m Và chuẩn IEEE 802.15.4 chuẩn có tốc độ truyền liệu thấp, công suất tiêu thụ thấp 250 kbps ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp Bên cạnh đó, phần trình bày tóm tắt luận văn tốn khơng thời gian q trình thực Đó việc tìm hiểu, đánh giá cơng cụ mô chuẩn IEEE 802.15.3 802.15.4 với mô NS2 hệ điều hành Linux Do thêi gian có hạn, luận văn khơng thể tránh khỏi hạn chế thiếu sót định Ngữ cảnh mơ luận văn cịn hạn chế, chưa đánh giá rõ ứng dụng sử dụng thực tế Ngồi ra, mơ chuẩn IEEE 802.15.3 chưa thực Các vấn đề điều khiển truy nhập, tiêu thụ lượng cng nờn c nghiờn cu cn thn Tạ Hữu Trung – Líp K9T3 86 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không d©y theo chuÈn IEEE 802.15 vấn đề quan trọng mạng ad-hoc phạm vi nhỏ thiết bị hầu hết thiết bị mang theo người, bị hạn chế nguồn nuôi (dùng pin) Cần có mơ tốt giải thích chứng minh mơ hình tính tốn để có kết luận rõ ràng xác Trong tương lai, tập trung nghiên cứu nhiều sâu cách điều khiển truy nhập mạng không dây IEEE 802.15.3 cụ thể công nghệ USB không dây thực mô phỏng, đánh giá hiệu suất hoạt động vấn đề cn liờn qua khỏc ca mng ny Tạ Hữu Trung – Líp K9T3 87 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuÈn IEEE 802.15 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh: [1] Agere Systems, Inc., Hewlett-Packard Company, Intel Corporation, Microsoft Corporation, NEC Corporation, Koninklijke Philips Electronics N.V., Samsung Electronics Co., Ltd Availabe from http://www.usb.org (2005), “Wireless Universal Serial Bus Specification” [2] Anna Hac, University of Hawaii at manoa, Honolulu, USA “Wireless sensor network Designs” [3] Andrew D Parker, (July 14th, 2004), “A Guide For the Clueless: IEEE 802.15.4 Standard for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LRWPAN)” [4] Archana Bharathidasan, Vijay Anand Sai Ponduru, “Sensor Networks: An Overview”, Department of Computer Science, University of California, Davis, CA 95616 [5] C E Perkins and E.M Royer, Feb 1999) “Ad hoc on-demand distance vector routing”, proceedings of IEEE Workshop on Mobile Computing Systems and Applications [6] IEEE 802.15 Web site: http://ieee802.org/15/pub/ [7] IEEE std 802.15.3, (2003), “Information technology -Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks Specific requirements – Part 15.3: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs)” [8] IEEE published by The Institude of Electrical and and Electronics Engineer, Inc (Oct 2005), “802.15.4, IEEE standard for Information technology” [9] IEEE P802.15 Working Group for WPANs, (Mar 2004), “Multi-band OFDM Physical Layer Proposal for IEEE 802.15 Task Group 3a,” [10] IEEE-SA Standards Board, Sponsor LAN/MAN Standards Committee, of the IEEE Computer Society (Approved 12 May 2003), “IEEE Standard for Information technology, Telecommunications and information exchange between systems,Local and metropolitan area networks Specific requirements Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer Tạ Hữu Trung – Líp K9T3 88 Khoa C«ng NghƯ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuÈn IEEE 802.15 (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LRWPANs)” [11] IEEE 802.15.4/D18, Draft Standard, (Feb, 2003), “Low Rate Wireless Personal Area networks” [12] Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc 345 East 47 th street, New York, NY 10017, USA (2003), “IEEE project 802 Wireless Personal Area Network Working Group 802.15” [13] Jasson Ellis – Sr Manager, Marketing and Business Development Vice chairma IEEE 802.15.4, Available from www.staccatocommunications.com (7 June 2005), “Wireless Connectivity World” [14] Joe Decuir, MCCI, joe@mcci.com Com-19 jdecuir@ieee.org “Progress on Ultra Wide band” Seattle Chair, [15] Janliang Zheng and Myung J Lee “A comprehensive Performance Study of IEEE 802.15.4” [16] LAN MAN Standards Committee of the IEEE Computer Society, IEEE Standard for 802.15.3 (2003), Wireless LAN Medium Access Control (MAC) specifications” [17] Moe Z Win and Robert A Scholtz, (Apr 2000), "Ultra-Wide Bandwidth Time-Hopping Spread-Spectrum Impulse Radio for Wireless Multiple-Access Communications", IEEE Transactions on Communications, vol 48, pp 679 689 [18] Marc Greis, “Tutorial for www.isi.edu/nsnam/ns/tutorial/ the simulator NS”, available from [19] Robert F.Heile, PhD Chair, IEEE 802.15, (2004), “Ultra-Wideband in Singapore” [20] University of Southern www.isi.edu/nsnam/ns/ California “Network Simulator (NS-2)”, [21] Weidong Wang, Chang – Keun Seo, and Sang – Jo Woo, Availabe from http://multinet.inha.ac.kr, “Power aware Multi-hop Packet – Relay MAC protocol in UWB Based WPANs” [22] www.mash.cs.berkeley.edu/ns/, “Network Simulator (NS-2)” Tạ Hữu Trung Lớp K9T3 89 Khoa Công Nghệ Th«ng Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tr-ờng đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 [23] Yuefeng Zhou, David I Laurenson, Stephen McLaughlin - School of Engineering & Electronics, University of Edinburgh - Edinburgh, EH9 3JL, UK “A Novel Piconet Coordinator Selection Method for IEEE802.15.3Based WPAN” [24] Sinem Coleri Ergen Email: csinem@eecs.berkeley.edu September 10, 2004 “ZigBee/IEEE 802.15.4 Summary” [25] ZigbeeTM Alliance, (2004), “wireless Control That simply Works” T¹ Hữu Trung Lớp K9T3 90 Khoa Công Nghệ Thông Tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802. 15 Chng 3: ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CHUẨN IEEE 802. 15. 4 Không giống chuẩn IEEE 802. 15. 3, Chuẩn IEEE 802. 15. 4 tập chung... suất hoạt động mạng không dây theo chuẩn IEEE 802. 15 1.2 Chuẩn không dây IEEE 802. 15, so sánh, đánh giá định tính chuẩn IEEE 802. 15 nhóm làm việc 15 IEEE 802, nhóm xác định chuẩn mạng cá nhân sử... đại học công nghệ Hiệu suất hoạt động mạng không d©y theo chuÈn IEEE 802. 15 Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY THEO CHUẨN IEEE 802. 15 Tổng quan mạng không dây theo chuẩn IEEE 802. 15 Trong năm gần