Trang 1 PHÙNG MINH QUÂNGIAO THỨC QUẢN LÝ TOPOLOGY TRONG MẠNG KHÔNG DÂY NGANG HÀNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Trang 2 TRƯỜNG ẠI HỌC ĐBÁCH KHOA HÀ ỘIN PHÙNG MINH QUÂN Tr
phïng minh qu©n BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHÙNG MINH QUÂN GIAO THC QUN Lí TOPOLOGY CÔNG NGHệ THÔNG TIN TRONG MẠNG KHÔNG DÂY NGANG HÀNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KHãA 2006 - 2008 Hµ Néi - 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204940261000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHÙNG MINH QUÂN GIAO THỨC QUẢN LÝ TOPOLOGY TRONG MẠNG KHƠNG DÂY NGANG HÀNG Chun ngành: Cơng nghệ thơng tin Luận văn thạc sĩ khoa học Ngời hớng dẫn khoa häc: TS Võ Tuyến Trinh Hµ Néi - 2008 Giao thức quản lý topology mạng không dây ngang hàng NHỮNG LỜI ĐẦU TIÊN Với dòng chữ này, xin dành để gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới cô giáo, tiến sĩ Vũ Tuyết Trinh - người tận tình hướng dẫn, bảo tạo cho điều kiện tốt từ bắt đầu hoàn thành cơng việc Đồng thời, xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới tập thể thầy cô giáo Khoa Công nghệ Thông tin - Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình giảng dạy tạo cho môi trường học tập nghiên cứu đầy đủ thuận tiện suốt năm học vừa qua Xin cảm ơn tất người thân yêu gia đình tơi tồn thể bạn bè, người mỉm cười động viên vấp phải khó khăn, bế tắc Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn tiến sĩ Phùng Minh Hoàng (School of Computing and Communications - Faculty of Engineering and IT - University of Technology, Sydney), thạc sĩ Vũ Bội Hằng (Ngân hàng Công Thương Việt Nam), người đem đến cho lời khuyên vô bổ ích để giúp tháo gỡ khó khăn, vướng mắc trình làm luận văn Phùng Minh Quân - Luận văn cao học Giao thức quản lý topology mạng khơng dây ngang hàng MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Mạng P2P 1.1.1 Mạng P2P có dây .4 1.1.2 Mạng P2P không dây – Mạng tùy biến không dây 1.2 Bài toán quản lý topology cho mạng không dây P2P .8 1.2.1 Phát biểu toán .8 1.2.2 Các phương pháp tiếp cận tốn quản lý topology cho mạng khơng dây tùy biến 1.2.3 Vị trí giao thức quản lý topology tầng giao thức mạng tùy biến10 CHƯƠNG - QUẢN LÝ KẾT NỐI CỦA CÁC NÚT MẠNG LÂN CẬN 14 2.1 Giới thiệu 14 2.2 Mơ hình hóa hệ thống .14 2.3 Một số thuật toán 16 2.3.1 Thuật toán dựa tính cơng 17 2.3.2 Thuật tốn dựa tính phổ biến file .20 2.3.3 Thuật toán dựa mức lượng nút mạng 24 2.4 Vấn đề triển khai thuật toán .27 2.5 Khuyến nghị việc sử dụng thuật toán 28 CHƯƠNG - QUẢN LÝ VIỆC BẬT TẮT NÚT MẠNG 30 3.1 Giới thiệu 30 3.2 Phân loại 31 3.3 Một số giao thức bật tắt không đồng 32 3.3.1 Giao thức RAW .32 3.3.2 Giao thức AWP 40 3.3.3 Giao thức CAW .43 Phùng Minh Quân - Luận văn cao học Giao thức quản lý topology mạng không dây ngang hàng 3.4 Khuyến nghị việc sử dụng giao thức 53 CHƯƠNG - MỘT SỐ ỨNG DỤNG 55 4.1 Giới thiệu 55 4.2 Ứng dụng khắc phục thảm họa 55 4.2.1 Yêu cầu 55 4.2.2 Giải pháp 56 4.2.3 Lựa chọn giao thức quản lý topology 57 4.3 Ứng dụng giám sát theo dõi .59 4.3.1 Yêu cầu 59 4.3.2 Giải pháp 59 4.3.3 Lựa chọn giao thức quản lý topology 60 4.4 Ứng dụng chia sẻ file khu vực đông người 61 4.4.1 Yêu cầu 61 4.4.2 Giải pháp 61 4.4.3 Lựa chọn giao thức quản lý topology 62 KẾT LUẬN .63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .64 Phùng Minh Quân - Luận văn cao học Giao thức quản lý topology mạng không dây ngang hàng DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình mạng P2P Hình 1.2: Mạng tùy biến khơng dây Hình 1.3: Mục đích giải tốn quản lý topology cho mạng tùy biến không dây Hình 1.4: Vị trí giao thức quản lý topology tầng giao thức 11 Hình 1.5: Quan hệ lớp routing lớp quản lý topology 12 Hình 1.6: Quan hệ lớp quản lý topology vả lớp MAC 13 Hình 2.1: Mạng khơng dây tùy biến mật độ lớn 14 Hình 2.2: Tính bất đối xứng tập liền kề 16 Hình 2.3: Sự phụ thuộc xác suất download file vào thứ hạng file 22 Hình 3.1: Xác suất để có nút tập chuyển tiếp nút s trạng thái hoạt động nút s hoạt động 35 Hình 3.2: Các trường thông tin cần lưu trữ nút mạng lân cận giao thức AWP 36 Hình 3.3: Sự phụ thuộc tỷ lệ gói tin gửi thành công với tỷ lệ phần trăm thời gian hoạt động nút 37 Hình 3.4: Sự phụ thuộc độ trễ gói tin với tỷ lệ phần trăm thời gian hoạt động nút 38 Hình 3.5: Năng lượng tiêu thụ mạng theo thời gian 38 Hình 3.6: Tổng lượng tiêu thụ mạng 300 s 39 Hình 3.7: Thiết kế (7:3:1) lịch bật tắt 40 Hình 3.8: Cấu trúc time frame 41 Hình 3.9: Ví dụ minh họa nút lân cận nhận message thông báo (Dù đồng hồ bị lệch nhau) 41 Hình 3.10: Các trường thông tin cần lưu trữ nút mạng lân cận giao thức AWP 42 Hình 3.11: Tỷ lệ phần trăm lượng dùng cho việc điều khiển giao thức CAW 52 Hình 4.1: Quá trình gửi message báo động mạng sensor phát dấu hiệu bất thường 60 Phùng Minh Quân - Luận văn cao học Giao thức quản lý topology mạng không dây ngang hàng DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các tham số mơ hình giả lập 18 Bảng 2.2: Tỷ lệ yêu cầu download file thành công áp dụng thuật tốn dựa tính cơng 19 Bảng 2.3: Độ trễ sử dụng thuật tốn dựa tính cơng (tính theo giây) 20 Bảng 2.4: Tỷ lệ yêu cầu download file thực thành cơng sử dụng thuật tốn dựa độ phổ biến 23 Bảng 2.5: Độ trễ sử dụng thuật toán dựa độ phổ biến 24 Bảng 2.6: Tỷ lệ yêu cầu download file thực thành cơng sử dụng thuật tốn dựa mức lượng 26 Bảng 2.7: Độ trễ sử dụng thuật toán dựa mức lượng 26 Bảng 2.8: Đề xuất sử dụng thuật toán xây dựng tập liền kề 29 Bảng 3.1: Các tham số sử dụng mơ hình giả lập AWP, CAW .50 Bảng 3.2: Tỷ lệ yêu cầu download file thực thành công CAW AWP 53 Bảng 3.3: Độ trễ CAW AWP 53 Bảng 3.4: Đề xuất sử dụng thuật toán bật tắt nút mạng 54 Phùng Minh Quân - Luận văn cao học Giao thức quản lý topology mạng không dây ngang hàng MỞ ĐẦU Sự phát triển công nghệ mạng ngang hàng (Peer to peer – P2P), công nghệ kết nối, lưu trữ thiết bị không dây tạo nên hướng nghiên cứu cho ứng dụng mạng, ứng dụng mạng không dây ngang hàng (wireless P2P) Mạng không dây P2P cho phép nút mạng kết nối trực tiếp với cách sử dụng thu phát không dây (wireless transceiver) mà không cần sở hạ tầng cố định Đây đặc tính riêng biệt mạng khơng dây P2P so với mạng không dây truyền thống mạng chia (cellular networks) mạng WLAN, nút mạng (ví dụ thuê bao điện thoại di động) giao tiếp với thông qua trạm vô tuyến sở (base station) điểm truy cập (access point) Mạng không dây P2P mong đợi tạo nên cách mạng thông tin không dây vài năm tới cách kết hợp với mơ hình mạng truyền thống Internet, mạng chia ơ, truyền thơng vệ tinh Theo đó, thiết bị cầm tay đủ chủng loại (như điện thoại di động, PDA, máy tính xách tay, ) thiết bị cố định (base station, access point) kết nối với tạo thành mạng kết nối tồn cầu khắp nơi Hiện nay, với tính linh động triển khai, mạng không dây P2P áp dụng số lĩnh vực chia sẻ liệu âm hình ảnh, cứu hộ khôi phục sau thảm họa, giám sát phát bất thường khu vực quân sự, thu thập thông tin mơi trường sinh thái, v.v Tuy nhiên, mơ hình mạng không dây P2P gặp phải số thách thức lớn là: • Topology mạng thường xun thay đổi: Do nút mạng thiết bị không dây nên chúng chuyển động tự do, tham gia Phùng Minh Quân - Luận văn cao học Giao thức quản lý topology mạng không dây ngang hàng hay rời khỏi mạng cách tùy ý Vì vậy, nút mạng cần phải có chế xác định xem thân kết nối với nút mạng • Năng lượng nút mạng bị cạn kiệt: Các nút mạng không dây thường hoạt động nguồn lượng pin acquy Vì vậy, khơng quản lý cách hiệu lượng nhanh chóng bị cạn kiệt Nhận thức khó khăn trên, có nhiều hướng nghiên cứu hình thành thu hút nhiều nhóm nhà khoa học giới [7] Tuy nhiên, nghiên cứu tập trung vào việc đưa giao thức quản lý topology để đáp ứng cho mục đích ứng dụng cụ thể ràng buộc cụ thể Xuất phát từ thực trạng đó, với mục đích hệ thống hóa đưa khuyến nghị việc lựa chọn giao thức quản lý topology cho ứng dụng không dây cách phù hợp, luận văn tiến hành phân tích, so sánh, đánh giá số giao thức quản lý topology tiêu biểu, từ đề xuất số tiêu chí để lựa chọn giao thức cho ứng dụng khơng dây cụ thể Ngồi phần giới thiệu kết luận Luận văn chia thành chương sau Chương – Tổng quan Giới thiệu cách tổng quan đời phát triển mạng không dây P2P, phương pháp tiếp cận tốn quản lý topology cho mạng khơng dây P2P, vị trí giao thức quản lý topology tầng giao thức Chương – Quản lý kết nối nút mạng lân cận Chương phân tích đánh giá số thuật tốn quản lý kết nối nút mạng với nút mạng lân cận Thơng qua luận văn đề xuất việc áp dụng thuật tốn theo mục đích ứng dụng ràng buộc cụ thể Phùng Minh Quân - Luận văn cao học Giao thức quản lý topology mạng không dây ngang hàng Chương – Quản lý việc bật tắt nút mạng Chương phân tích đánh giá số giao thức bật tắt nút mạng nhằm tiết kiệm lượng cho nút mạng đề xuất việc áp dụng giao thức theo mục tiêu ràng buộc cụ thể Chương – Một số ví dụ ứng dụng Chương đưa số kịch ứng dụng để minh họa cho việc lựa chọn giao thức quản lý topology phân tích chương chương Phần Kết luận trình bày tổng hợp kết thực luận văn phương hướng nghiên cứu nội dung luận văn Mặc dù cố gắng hết sức, thầy giáo, gia đình bạn bè tạo điều kiện thuận lợi để học tập nghiên cứu, luận văn hẳn không tránh khỏi có nhiều sai sót Rất mong đóng góp ý kiến, nhận xét để tơi hồn thiện kết làm việc Phùng Minh Quân - Luận văn cao học