Giao thức IPv6 cho mạng cảm nhận

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY VÀ CÁC KHUNG GIAO THỨC I TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY (WSN) Định nghĩa Cấu trúc WSN 2.1 Node cảm biến 2.2 Sensornet Ứng dụng WSN II MÔ HÌNH OSI………… III MÔ HÌNH TCP/IP IV KHUNG GIAO THỨC IPv4 V KHUNG GIAO THỨC IPv6 VI TẠI SAO PHẢI KẾT HỢP SENSORNET VÀ IPv6 CHƢƠNG II: IPv6 TRÊN KIẾN TRÚC WSN 10 I KIẾN TRÚC INTERNET MỞ RỘNG 10 Các thành phần mạng 10 Kiến trúc nhiều lớp 10 Sự kết hợp liên mạng 11 Triển khai IPv6 Sensornet 11 II TRÁNH LIÊN KẾT CẠNH TRANH 11 Các giả định truyền thống 11 Liên kết IP Phạm vi sóng radio 12 III ĐÁNH ĐỊA CHỈ IPv6 VÀ MÔ HÌNH TIỀN TỐ 12 Định danh giao diện (IID) 12 Tiền tố định tuyến toàn cầu 13 IV TỔNG KẾT 13 CHƢƠNG III: NÉN HEADER VÀ PHÁT TRIỂN LỚP MẠNG IPv6 ÁP DỤNG CHO SENSORNET 14 I ĐIỀU CHỈNH 14 Đối phó với datagram IPv6 lớn 14 Chuyển phát datagram IPv6 14 2.1 Header dạng ngăn xếp 14 2.2 Chuyển tiếp lớp lớp 15 Nén datagram IPv6 16 3.1 Tổng quát số loại nén 16 3.2 Nén Header IPv6 17 3.3 Nén Next Header 17 Tổng kết 18 II CẤU HÌNH VÀ QUẢN LÝ 18 Cấu hình số lƣợng lớn node 18 Phát láng giềng (Neighbor Discovery - ND) 18 2.1 Bối cảnh 18 2.2 Tìm kiếm Router 19 2.3 Tìm kiếm láng giềng 20 Tự động cấu hình địa 20 3.1 Bối cảnh 20 3.2 Staless (SLAAC) 20 3.3 Stateful (DHCPv6) 21 Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 1/38 Thông điệp Thông tin Thông điệp Lỗi ICMPv6 21 Tổng kết 21 III CHUYỂN TIẾP 22 Chuyển tiếp Datagram với Năng lƣợng-hiệu 22 Chuyển tiếp Unicast 22 2.1 Bối cảnh 22 2.2 Phục hồi Hop-by-Hop 22 2.3 Streaming 23 2.4 Kiểm soát tắc nghẽn 24 3.1 Truyền thông Multicast 24 3.2 Trickle dựa Multicast 24 Tổng kết 25 IV ĐỊNH TUYẾN 25 Bối cảnh 25 Các tuyến đƣờng mặc định 25 2.1 Khám phá tuyến đƣờng tiềm 25 2.2 Quản lý Bảng định tuyến 25 2.3 Lựa chọn tuyến đƣờng mặc định 26 2.4 Duy trì quán tuyến đƣờng 26 Tuyến đƣờng Host 27 3.1 Kiến thức tuyến đƣờng Host 27 3.2 Định tuyến biên giới 28 Tổng kết 28 V TỔNG KẾT 28 CHƢƠNG IV: NÉN HEADER CỦA IPV6 ÁP DỤNG CHO WSN 29 I GIỚI THIỆU 29 II BỐI CẢNH CỦA VẤN ĐỀ 29 III ĐỊNH DẠNG HEADER IPv6 ĐƢỢC NÉN XUỐNG BYTE 30 Địa Unicast toàn cầu 31 13-bit địa ngắn 31 VI NÉN HEADER VÀ THUẬT TOÁN MỞ RỘNG 31 Sơ đồ nén 40 byte thành byte 32 Mã nén 40 byte thành byte 33 Sơ đồ giải nén byte thành 40 byte 35 Mã giải nén byte thành 40 byte 36 VII NHẬN XÉT VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 37 Nhận xét 37 Hƣớng phát triển 37 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 2/38 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em học hỏi kiến thức quí báu từ thầy, cô giáo Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng suốt bốn năm đại học, đặc biệt thời gian làm đồ án Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy Nguyễn Trọng Thể - Khoa công nghệ thông tin – Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng tận tình bảo định hướng cho em nghiên cứu đề tài Thầy cho em lời khuyên quan trọng suốt trình hoàn thành đồ án Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình bạn bè tạo điều kiện thuận lợi, động viên giúp đỡ em suốt thời gian học tập, trình nghiên cứu, hoàn thành đồ án Do hạn chế thời gian thực tập, tài liệu trình độ thân, đồ án em tránh khỏi thiếu sót, mong thầy cô góp ý sửa chữa để đồ án tốt nghiệp em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 3/38 MỞ ĐẦU Trong nhiều thập kỷ qua, hình thành sở hạ tầng thông tin liên lạc khắp nơi - Internet Sự thành công to lớn chế end-to-end nguyên tắc thiết kế kiến trúc IP giúp cho Internet có vị trí ngày Cơ chế end-to-end đơn giản, đồng thời khả nhân rộng tốt Còn lớp kiến trúc IP sử dụng phân tầng với khả cung cấp lớp Ưu điểm kiến trúc mạng phân tầng: quản lý đơn giản, thúc đẩy đổi tiến hóa nhanh chóng Với phát triển mạnh mẽ nhiều công nghệ mới, kiến trúc có quy mô rộng khắp => minh chứng cho thành công kiến trúc Và đây, mạng cảm nhận không dây (sensornet) lên sóng nghiên cứu mạnh mẽ phát triển giới vật lý kỹ thuật số Nhưng đặc điểm khác với thiết bị IP truyền thống, đẩy vấn đề kết nối mạng đến nấc thang Khi gắn sensornet vào không gian vật lý mang nhiều thách thức: nhớ, khả tính toán giao tiếp, nguồn lượng hạn chế Nhiều nghiên cứu lĩnh vực lập luận rằng: "nhiều học kinh nghiệm từ Internet thiết kế mạng di động áp dụng cho thiết kế ứng dụng sensornet mạng lưới cảm nhận có đủ thủ tục để xem xét lại cấu tổng thể ứng dụng dịch vụ" Kiến trúc Internet tránh nhiều lý sau: • Nguồn lực khó khăn làm ảnh hưởng đến việc cho kiến trúc nhiều lớp • Một số lượng lớn thiết bị, đồng thời chúng không cần giám sát việc triển khai, ngăn cản phụ thuộc vào giao tiếp quảng bá cấu hình thời cần thiết để triển khai vận hành thiết bị mạng • Thuật toán định vị xử lý bên mạng yêu cầu phải linh hoạt có tính mở rộng • Không giống mạng truyền thống, node cảm biến không cần danh tính (ví dụ, địa chỉ) • Mạng lưới truyền thống thiết kế để chứa loạt ứng dụng Trong khi, sensornet đặc dụng với nhiệm vụ cảm biến Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 4/38 Hiện có tiến đáng kể nhiều lĩnh vực, bao gồm: giao thức liên kết với lượng thấp dựa lắng nghe truyền thông với thời gian đồng bộ, giao thức mạng cung cấp truyền thông n-1, 1-n n-n; kiểm soát tắc nghẽn Hop-by-Hop kiểm soát dòng; giao thức vận chuyển liên quan đến chuyển giao đáng tin cậy cho liệu nhỏ lớn Trong đồ án này, triển khai IPv6 dựa kiến trúc mạng sensornet Căn vào phân tích đồ án này, em tin kiến trúc truyền thông cho sensornet nên giữ “eo hẹp” lớp mạng IPv6 cung cấp kiến trúc: phân lớp, đánh địa chỉ, định dạng Header, cấu hình, quản lý, chuyển tiếp, định tuyến cung cấp cấu trúc cần thiết cho việc thiết kế thực tất layer dạng ngăn xếp Trong đồ án này, em cho thấy làm để triển khai IPv6 với kiến trúc mạng sensornet sử dụng hiệu hiệu suất, lượng, độ tin cậy cao với kiến trúc Đố án bao gồm chương sau: + Chương I: Cho ta nhìn tổng quan sensornet, ưu, nhược điểm Đồng thời, giới thiệu mô hình OSI, TCP/IP; khung giao thức IPv4, IPv6 Từ cho ta biết lý nên triển khai IPv6 dựa kiến trúc sensornet + Chương II: Mô tả thành phần vật lý mạng, thiết bị biên định tuyến, thiết bị định tuyến biên giới kết nối IP Đồng thời, trình bày tổng quan IPv6 dựa kiến trúc sensornet, mà trì giao thức lớp phân tách chức kiến trúc Internet, nêu rõ lý cạnh tranh LAN phù hợp với khó khăn thách thức sensornet Chương này, mô tả đánh địa IPv6 cấu trúc tiền tố, tận dụng không gian lớn địa IPv6 để giảm lưu lượng thông tin yêu cầu nhớ việc gán địa + Chương III: Phát triển lớp mạng IPv6 hoàn chỉnh cho sensornet bao gồm cấu hình quản lý, chuyển tiếp định tuyến Sử dụng kiến trúc chế thực hiện, lớp mạng cung cấp cách tiếp cận phân phát datagram với “nỗ lực cao nhất” node sensornet thiết bị IP khác Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 5/38 CHƢƠNG I: MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY VÀ CÁC KHUNG GIAO THỨC I TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY (WSN) Định nghĩa WSN hiểu đơn giản mạng liên kết node với sóng radio, node mạng thường thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp có số lượng lớn, phân bố cách hệ thống diện tích rộng (phạm vi hoạt động rộng), sử dụng nguồn lượng hạn chế hoạt động môi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ cao ) Cấu trúc WSN 2.1 Node cảm biến: cấu tạo thành phần: vi điều khiển, sensor, phát radio Ngoài ra, có cổng kết nối với máy tính a Vi điều khiển: bao gồm: CPU; nhớ ROM, RAM; phận chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ngược lại b Sensor: để cảm nhận giới bên ngoài, sau chuyển liệu qua phận chuyển đổi để xử lý c Bộ phát radio: node cảm biến thành phần quan trọng WSN, việc thiết kế node cảm biến cho tiết kiệm tối đa nguồn lượng vấn đề quan trọng hàng đầu 2.2 Sensornet Hình 1.1.1 Phân bố node cảm biến trường cảm biến Như hình 1.1.1, sensornet bao gồm nhiều node cảm biến phân bố trường cảm biến Các node có khả thu thập liệu thực tế, sau chọn đường (thường theo phương pháp đa bước nhảy) để chuyển Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 6/38 liệu thu thập node gốc Node gốc liên lạc với node quản lý nhiệm vụ thông qua Internet vệ tinh Việc thiết kế sensornet Hình 1.1.1 phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Khả chịu lỗi Môi trƣờng hoạt động Khả mở rộng Các phƣơng tiện truyền dẫn Giá thành sản xuất Cấu hình sensornet Tích hợp phần cứng Sự tiêu thụ lƣợng Những thách thức WSN Để WSN thực trở nên rộng khắp ứng dụng, số thách thức trở ngại cần vượt qua: Vấn đề lượng Năng lực xử lý, tính toán Bộ nhớ lưu trữ Sự thích ứng với môi trường Ngoài ra, có số thách thức trở ngại thứ yếu như: vấn đề mở rộng mạng, giá thành node,… Ứng dụng WSN - Trong lĩnh vực an ninh - Trong lĩnh vực môi trường - Trong lĩnh vực gia đình - Trong lĩnh vực y tế II MÔ HÌNH OSI………… Mô hình OSI gồm có lớp: Application, Presentation, Session, Transport, Network, Data Link Physical Hình 1.2.1 Mô hình OSI Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 7/38 III MÔ HÌNH TCP/IP TCP/IP xem giản lược mô hình OSI với bốn lớp sau: Application,Transport, Internet, Network Interface Mô hình OSI mô hình lý thuyết, TCP/IP xem mô hình biến thể OSI phù hợp với thực tế Hình 1.3.1 Mối quan hệ mô hình OSI tiêu chuẩn TCP/IP IV KHUNG GIAO THỨC IPv4 Hình 1.4.1 Header IPv4 V KHUNG GIAO THỨC IPv6 Hình 1.5.1 Cấu trúc Header Ipv6 Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 8/38 + Version (4 bit): chức trường giống IPv4 Nó chứa giá trị cho Ipv6 thay cho Ipv4 + Traffic Class (8 bit): trường thay cho trường Type of Service (ToS) Header IPv4 Nó sử dụng để biểu diễn mức ưu tiên gói tin + Flow Label (20 bit): Router nhận gói tin dòng mới, Flow Label xử lý thông tin Header IPv6, định tuyến Header lưu trữ kết nhớ cache + Payload Length (16 bit): trường thay trường Total Length Header IPv4 Nó chứa số byte tải trọng gói liệu + Next Header (8 bit): rõ Header theo sau Ipv6 Header nằm vị trí đầu trường Data Trường tương tự trường Protocol IPv4 + Hop Limit (8 bit): Chỉ rõ số Hop tối đa mà gói tin qua, tương tự trường TTL (Time To Live) Ipv4 + Source Address (128 bit): chứa địa IP thiết bị khởi tạo datagram + Destination Address (128 bit): chứa địa đích node nhận gói tin IPv6 VI TẠI SAO PHẢI KẾT HỢP SENSORNET VÀ IPv6 + Sensornet có thay đổi đáng kể thập kỷ qua + Sự đời IEEE 802.15.4 thiết kế đặc biệt cho mạng lượng thấp + IPv6 có nhiều chức hỗ trợ mạng lượng thấp Do tiến đáng kể ba lĩnh vực, thời điểm để áp dụng IPv6 dựa kiến trúc sensornet Có thể nói việc triển khai IPv6 sensornet hiệu so sánh với IPv4 Mặc dù, IPv6 nhiều chức bổ sung nhiều vấn đề quan trọng cần hỗ trợ IPv6 sensornet Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 9/38 CHƢƠNG II: IPv6 TRÊN KIẾN TRÚC WSN I KIẾN TRÚC INTERNET MỞ RỘNG Trong hình 2.1.1, mạng Internet mở rộng kết nối với Sensornet giống mạng IP khác, cách sử dụng Router Hình 2.1.1 Kiến trúc Internet mở rộng Các thành phần mạng Một mạng IEEE 802.15.4 (thường gọi PAN - Personal Area Network), bao gồm: giao diện giống PAN ID; sau sử dụng chế truy cập môi trường CSMA; tiếp đến, trì chế liên kết cách linh hoạt lớp liên kết Một subnet IEEE 802.15.4 gồm thiết bị cuối, thiết bị chuyển tiếp (có thể có không) Giao tiếp với thiết bị IP bên sensornet thông qua nhiều Router biên giới Kiến trúc nhiều lớp Mô hình giao thức lớp IP có nghĩa giao tiếp ngang chế cung cấp lớp Hướng “hẹp” kiến trúc lớp mạng IPv6 Lớp mạng gồm có ba thành phần: (i) Cấu hình phát hiện, (ii) Chuyển tiếp, (iii) Định tuyến Hình 2.1.2: Kiến trúc phần mềm IPv6 cho Sensornet Các kiến trúc cho sensornet bảo tồn giao thức lớp cấu trúc phân lớp kiến trúc IPv6 truyền thống Lớp mạng đại diện cho "eo hẹp" kiến trúc Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 10/38 2.4 Kiểm soát tắc nghẽn Nguyên nhân tắc nghẽn mạng do: chiếm lĩnh hành đợi chuyển tiếp cạnh tranh kênh truyền Phát tắc nghẽn theo cách: + Bộ chuyển tiếp phát tắc nghẽn không nhận xác nhận từ Hop đích tổn hao liên kết không dây Trong trường hợp chuyển tiếp phải giảm lan truyền để tránh cạnh tranh va chạm mở rộng + Bộ chuyển tiếp phát tắc nghẽn cách giám sát chiếm dụng hàng đợi, tắc nghẽn hàng đợi đầy Chuyển tiếp multicast 3.1 Truyền thông Multicast Các phương pháp truyền thống tạo phân phối Multicast, làm việc tốt topo mạng tương đối tĩnh Node di động liên kết không dây thường làm việc trì phân phối multicast tốn khó khăn Để hỗ trợ IP multicast mạng ad-hoc chế loang Ở dạng bản, tất node phạm vi nhận tất datagram multicast Node chuyển tiếp nhận datagram tiếp tục chuyển tiếp datagram datagram lớp bên thành viên với nhóm multicast Do vậy, Router không cần phải trì phân phối thành viên nhóm multicast 3.2 Trickle dựa Multicast Trickle cung cấp chuyển tiếp hiệu quả, phân phát tin cậy thông qua thuộc tính Chuyển tiếp thông điệp multicast xem vấn đề thống trạng thái, nơi mà tất node có thông điệp multicast Một node tiếp nhận số thứ tự cũ láng giềng thông điệp multicast nhất, chuyển tiếp xếp việc truyền lại thông điệp multicast sau đợt quảng bá Thông điệp multicast ghi đè lên thông điệp multicast cũ Bằng cách thực thi kênh chuyển tiếp nhất, chuyển tiếp multicast hỗ trợ lượng hiệu đáng tin cậy với trạng thái chuyển tiếp tối thiểu Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 24/38 Tổng kết Trong phần này, trình bày việc thiết kế chuyển tiếp với lượng hiệu cho datagram unicast multicast Bộ chuyển tiếp unicast sử dụng truyền lại Hop-by-Hop, Streaming, kiểm soát tắc nghẽn để chuyển tiếp lượng hiệu với end-to-end tỉ lệ thành công cao Bộ chuyển tiếp multicast sử dụng thuật toán Trickle để đạt hiệu lượng nhận biết mật độ loang Sự tương tác chuyển tiếp định tuyến hỗ trợ để nâng cao thực giao thức định tuyến tiết kiệm lượng Phần sau, nói giao thức định tuyến hiệu cho sensornet IV ĐỊNH TUYẾN Bối cảnh Giao thức định tuyến có trách nhiệm phát tuyến đường tới điểm đích Giao thức định tuyến thường rơi vào loại: Vector khoảng cách trạng thái liên kết Các tuyến đƣờng mặc định Phần này, mô tả cách thức giao thức định tuyến lựa chọn trì tuyến đường mặc định 2.1 Khám phá tuyến đƣờng tiềm Router sử dụng thông điệp Quảng bá Router để thông báo diện Router cho phép node khám phá Router láng giềng Để phát node nhanh chóng, Router truyền tải thông điệp Trưng cầu Router để yêu cầu thông điệp Quảng bá Router từ node láng giềng 2.2 Quản lý Bảng định tuyến Gồm thao tác: + Chèn vào bảng định tuyến + Thúc đẩy bảng định tuyến + Loại bỏ khỏi bảng định tuyến Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 25/38 Hình 3.4.1 Quản lý bảng định tuyến 2.3 Lựa chọn tuyến đƣờng mặc định Router thường lựa chọn mục đầu bảng định tuyến để sử dụng tuyến đường mặc định Tuy nhiên, Router chọn mục khác hai lý do: + Để hỗ trợ tái định tuyến cố gắng truyền liên tục mục đầu không thành công + Để thăm dò ứng cử viên khác, làm tăng tin cậy tỷ lệ liên kết thành công, tìm kiếm ứng cử viên để thúc đẩy bảng định Trong số trường hợp, vòng lặp định tuyến (số Hop hành ≤ số Hop mục) xảy Việc ngẫu nhiên lựa chọn mục tái định tuyến giúp giảm thiểu xuất vòng lặp định tuyến Hình 3.4.2 Tái định tuyến Thỉnh thoảng, Router cấu hình tuyến đường mặc định với mục khác để tiếp tục tìm kiếm tuyến đường với chi phí tương tự thấp hơn, ứng cử viên hàng đầu hoạt động tốt Vì lấy ngẫu nhiên thông điệp để sử dụng tuyến đường mặc định, định tuyến cấu hình mặc định tuyến có Hop toàn Hop hình vẽ: Hình 3.4.3 Cập nhật ước tính liên kết chất lượng Router (a) hình chuyển tiếp datagram theo hai liên kết khác 2.4 Duy trì quán tuyến đƣờng Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 26/38 Thông tin định tuyến trở nên không phù hợp thay đổi chưa truyền đến node khác mạng (1) Router phát vòng lặp định tuyến cách sử dụng thông tin số Hop Router biên giới Chuyển tiếp thông điệp với số Hop > số Hop hành node cho ta biết không thống khả xảy vòng lặp định tuyến, hình 3.4.4 Hình 3.4.4 Phát vòng lặp định tuyến (2) Các Router phát đường dẫn không hiệu cải thiện đường dẫn cách quan sát khác biệt đáng kể chi phí quảng cáo đường dẫn Trong hai trường hợp, Router phản ứng cách đặt lại thời điểm Quảng bá Router để nhanh chóng cập nhật thông tin định tuyến cho node láng giềng Tuyến đƣờng Host Các tuyến đường mặc định cung cấp khả tiếp cận node sensornet đến Router biên giới thiết bị IP khác kết nối với mạng IP Các node sensornet báo cáo tuyến đường mặc định chúng tới Router biên giới gần Router biên giới sau đảo ngược tuyến đường để hình thành tuyến đường Host cho node sensornet Các node sensornet trì trạng thái cho tuyến đường host, mà thực Router 3.1 Kiến thức tuyến đƣờng Host Các node sensornet cung cấp thông tin tuyến đường mặc định chúng cách gửi định kỳ thông điệp ghi-tuyến đường tới Router biên giới sử dụng tuyến đường mặc định chúng Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 27/38 Thông điệp ghi-tuyến đường chứa danh sách node chuyển tiếp thông điệp Mỗi node chuyển tiếp thông điệp gắn địa vào danh sách 3.2 Định tuyến biên giới Sử dụng thông tin tuyến đường mặc định cung cấp node sensornet, Router biên giới tạo bao trùm cho toàn mạng sử dụng để tạo tuyến đường Host trở lại cho node Khi Router biên giới nhận datagram, tra cứu bao trùm để xác định tuyến đường đến đích Nếu tuyến đường hợp lệ có sẵn cho node đó, Router biên giới tạo “lỗi không tiếp cận Host ICMP” Nếu đích đến phạm vi sóng radio, Router biên giới chuyển tiếp datagram bình thường Nếu đích đến phải qua nhiều Hop, Router biên giới chèn tiêu đề định tuyến có chứa danh sách địa gói tin để đến đích cuối Các node chuyển tiếp gói tin cách xử lý tiêu đề định tuyến để xác định đích đến Hop cho gói tin Tổng kết Trong phần này, trình bày giao thức định tuyến đường sở thiết kế cho khó khăn điển hình tài nguyên khối lượng công việc sensornet Giao thức định đường sở tập trung trạng thái Router biên giới để giảm thiểu yêu cầu tài nguyên node sensornet V TỔNG KẾT Như vậy, chương III phát triển lớp mạng IPv6 hoàn chỉnh cho sensornet bao gồm cấu hình quản lý, chuyển tiếp định tuyến Sử dụng kiến trúc chế thực hiện, lớp mạng cung cấp cách tiếp cận phân phát datagram với “nỗ lực cao nhất” node sensornet thiết bị IP khác Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 28/38 CHƢƠNG IV: NÉN HEADER CỦA IPV6 ÁP DỤNG CHO WSN I GIỚI THIỆU Với quy mô tăng trưởng nhanh chóng dấu hiệu cho thấy khả WSN kết nối với hay nhiều mạng lưới toàn cầu Nếu điều xảy ra, việc hưởng lợi từ IP có sẵn nhiều, nơi can thiệp tất node phải liên quan đến địa IP Khi IPv4 khỏi ứng dụng không gian toàn cầu mình, địa IP coi hữu hiệu mạng cảm biến Trong bối cảnh đó, 6LoWPAN (Mạng cá nhân không dây lượng thấp) có ý nghĩa Phần ứng dụng đưa chế nén header làm cho overhead tối thiểu giả định phù hợp để tiết kiệm tính toán lượng, cung cấp nhiều byte cho liệu II BỐI CẢNH CỦA VẤN ĐỀ Giao thức IEEE 802.15.4 quy định kích thước gói tin tối đa 127 byte Lớp Physical áp đặt overhead tối đa 25 byte, lại 102 byte cho lớp kiểm soát truy cập phương tiện truyền thông (media) Bảo mật lớp link trường hợp tối đa 21 byte, lại 81 byte Hơn nữa, Header IPv6 40 byte, lại 41 byte cho giao thức lớp Tiếp sau, sử dụng byte cho UDP, 33 byte cho liệu ứng dụng Tình hình này, rõ ràng phải nhấn mạnh nhu cầu nén Header phân mảnh Sử dụng phân mảnh kết hợp mảnh dẫn đến lãng phí không cần thiết lực tính toán lượng Vì vậy, để tránh sử dụng phân mảnh kết hợp mảnh tiêu tốn lượng Nén Header đưa cách giải hợp lý để giảm tiêu tốn lượng cách lược bỏ giảm thiểu số tính định IPv6 Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 29/38 III ĐỊNH DẠNG HEADER IPv6 ĐƢỢC NÉN XUỐNG BYTE +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | UnR |T| SO| N |L| HL | SA | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |D| DA | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Trong đó: * UnR: UnReserved : bit: Hiện tại, không sử dụng bit mà để sử dụng tương lai định cho giá trị ngẫu nhiên * T: Traffic Class: bit T=0: Không ưu tiên T=1: Độ ưu tiên cao * SO: Security Option: bit SO=00: Không bảo mật SO=01: Chứng thực SO=10: Mật mã SO=11: Để dành * N: Next Header: bit N=00: Không có Header N=01: Header UDP N=10: Header Định tuyến N=11: Sử dụng tương lai * L: Loose Source Routing: bit: thiết lập để xác định gói tin gửi Header Định tuyến mở rộng * HL: Hop Limit: bit : có tối đa 255 Hop thực Nếu số không đủ tương lai, bit UnReserved sử dụng * SA: Source Address: 13 bit: Địa nguồn nén xuống 13 bit * D: Destination Address Type: bit D=0: Unicast D=1: Multicast Nó xác định xem địa đích Anycast hay Multicast * DA: Destination Address: 13 bit: Địa đích nén xuống 13 bit IV ĐÁNH ĐỊA CHỈ Phần xác định mô hình đánh địa địa nén IPv6 Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 30/38 Địa Unicast toàn cầu P: bit tiền tố 6LoWPAN Trường địa địa 6LoWPAN, thiết lập 11111b SA: 13-bit địa ngắn 13-bit địa ngắn Các node mạng có địa 13-bit Ngoài ra, 256 địa dành riêng cho máy mạng 6LoWPAN Các địa ngắn định tiền tố 5-bit 11111b VI NÉN HEADER VÀ THUẬT TOÁN MỞ RỘNG Phần trình bày làm để nén Header IPv6 có kích thước 40 byte thành định dạng byte nén làm để định dạng byte nén thành Header 40 byte đầy đủ Thuật toán lược bỏ số trường, giả định phổ biến cho truyền thông 6LoWPAN: Version 6; Flow Label 0; Payload Length suy từ lớp thấp từ Header IEEE 802.15.4; Hop Limit đặt giá trị tốt node nguồn; 128 bit địa IPv6 giảm xuống 13-bit địa Mô hình đánh địa giải Phần IV; Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 31/38 Sơ đồ nén 40 byte thành byte Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 32/38 Mã nén 40 byte thành byte { V = 40_octets_Header[1-4]; if(V == 0100b) 6_octets_Header[1-7] = 0x00h; if (traffic class != 0000 0000) 6_octets_Header[8] =0x01h; else 6_octets_Header[8] =0x00h; // Bỏ qua Flow Label P = 40_octets_Header[32-47]; if(P< 0x0080h && P> 0x00h ) Tiếp tục; Loại bỏ liệu; else H = 40_octets_Header[48-55]; while (tồn next Header) { if(H == 17) 6octet[10-11] = 0x01h; else if (H == 59) 6octet[10-11] = 0x00h; else if (H== 51) 6octet[8-9] = 0x0h; else if (H==50) 6octet[8-9] = 0x10h; else if (H==43) 6_octets_Header[12] = 0x01h; Else Đi đến Next Header có; } if (6octet[8-9] != 10 && 6octet[8-9] != 0x01h) 6octet[8-9] = 0x00h; Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 33/38 if (6octet[12] != 0x01h) 6octet[12] = 0; L = 40_octets_Header[56-63]; if( L < 0x00ffh && L > 0x0001h) 6_octets_Header[13-20] = L; Else Loại bỏ gói tin; 6_octets_Header[21-32] = SA ; 6_octets_Header[33] = or 1; 6_octet_Header[34-46] = DA; } Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 34/38 Sơ đồ giải nén byte thành 40 byte Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 35/38 Mã giải nén byte thành 40 byte Expansion6to40 (Header_6_initial[48], Header_40_final[320]) { Header_40_final[1-4]