Đánh giá và so sánh hiệu suất giao thức tầng MAC theo chuẩn IEEE802 11, IEEE802 15 4 và IEEE802 15 3

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 liệu 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” công trình nghiên cứu cá nhân Các số liệu luận văn 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 hướng dẫn suốt trình hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn anh chị khóa học K12 – chuyên ngành mạng ủng hộ giúp đỡ hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp tạo điều kiện để hoàn thành luận văn Hà nội, ngày 01 tháng 11 năm 2009 Võ Văn Hưng MỤC LỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 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 WLAN Error! Bookmark not defined 1.1.2 Ưu, nhược điểm WLAN: Error! Bookmark not defined 1.1.3 Một số ứng dụng WLAN Error! Bookmark not defined 1.1.4 Nguyên nhân không sử dụng CSMA/CD 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 giải .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 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 DCF, PCF Error! Bookmark not defined 2.5 Một số chức quan trọng khác tầng MACError! Bookmark not defined 2.5.1 Phân mảnh hợp mảnh Error! Bookmark not defined 2.5.2 Đồng 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 IEEE 802.15.4 WPANError! Bookmark not defined 3.2 Tô-pô mạng sử dụng LR-WPAN Error! Bookmark not defined 3.2.1 Tô-pô mạng hình Error! Bookmark not defined 3.2.2 Tô-pô mạng ngang hàng Error! Bookmark not defined 3.3 Kiến trúc LR-WPAN Error! Bookmark not defined 3.4 Mô hình truyền liệu Error! Bookmark not defined 3.4.1 Truyền liệu đến Coordinator Error! Bookmark not defined 3.4.2 Truyền liệu từ Coordinator Error! Bookmark not defined 3.4.3 Tryền liệu thiết bị ngang hàng Error! Bookmark not defined 3.5 Cấu trúc khung Error! Bookmark not defined 3.5.1 Cấu trúc chung khung MAC Error! Bookmark not defined 3.5.2 Cấu trúc 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 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 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 IEEE 802.15.4 WPANError! Bookmark not defined 4.1.1 Các thành phần Piconet Error! Bookmark not defined 4.2 Các phƣơng pháp trao đổi liệu DEV Error! Bookmark not defined 4.3 Cấu trúc 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 khung báo nhận Error! Bookmark not defined 4.3.4 Cấu trúc khung Lệnh Error! Bookmark not defined 4.3.5 Cấu trúc khung 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 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 phân tách với 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 đánh giá hiệu suất giao thứcError! Bookmark not defined 5.1.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 5.1.2 Tầm quan trọng đánh giá hiệu suấtError! Bookmark not defined 5.1.3 Một số độ đo hiệu suất Error! Bookmark not defined 5.2 Mô chƣơng trình máy tính Error! Bookmark not defined 5.2.1 Khái niệm mô Error! Bookmark not defined 5.2.2 Nhu cầu sử dụng mô Error! Bookmark not defined 5.3 Bộ mô mạng NS-2 (Network Simulator 2) Error! Bookmark not defined 5.3.1 Giới thiệu mô NS-2 Error! Bookmark not defined 5.3.2 Cấu trúc NS-2 Error! Bookmark not defined 5.3.2 Khả mô cho IEEE 802.11 NS-2 Error! Bookmark not defined 5.3.3 Khả mô cho IEEE 802.15.3 NS2 Error! Bookmark not defined 5.3.4 Khả mô cho IEEE 802.15.4 NS2 Error! Bookmark not defined 5.4 Thực nghiệm mô Error! Bookmark not defined 5.4.1 Thực nghiệm 1: Ảnh hưởng RTS/CTS 802.11 Error! Bookmark not defined 5.4.2 Thực nghiệm Error! Bookmark not defined 5.4.3 Thực nghiệm 3: Mô mạng hình Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 12 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh ACK ACKnowledgement AODV Ad-hoc On-demand Distance Vector AID Association Identifier AP ATP BE BER BI BIFS BLE BO BSA BSID 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 BSS CAP Base Service Set Contention Access Period CBR CCA CF CFP CRC CSMA/CA CSMA/CD CTA CTAP 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 CTS Clear To Send CW Congestion Window DA Destination Address DCF DEV Distributed Coordination Function Device DEVID Device Identifier DIFS Dly-ACK DME DCF Inter khung Spacing Delayed Acknowledgment Device Management Entity DS Distribution System 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 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] [2] [3] [4] Nguyễn Thúc Hải (1999), “Mạng máy tính hệ thống mở”, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội PGS.TS Vũ Duy Lợi (2002), “Mạng thông tin máy tính”, Nhà xuất Thế giới, Hà Nội PGS.TS Nguyễn Đình Việt (2003), “Nghiên cứu phương pháp đánh giá cải thiện hiệu giao thức TCP cho mạng máy tính”, Luận án Tiến sỹ, Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội PGS.TS Nguyễn Đình Việt (2008), giảng “Đánh giá hiệu 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-000842005 [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/ [...]... “Mạng máy tính và các hệ thống mở”, Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội PGS.TS Vũ Duy Lợi (2002), “Mạng thông tin máy tính”, Nhà xuất bản Thế giới, Hà Nội PGS.TS Nguyễn Đình Việt (20 03) , “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 PGS.TS Nguyễn Đình Việt (2008), bài giảng Đánh giá hiệu năng mạng... (20 03- 20 04) , "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 20 03) , Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal... 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-000 842 005 [ 13] Stallings, Data and Computer Communications, Second Edition, MacMillan [ 14] The... 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... 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] [2] [3] [4] ... IEEE802. 11 Multi-hop Ad hoc Networks” Print TNET-000 842 005 [ 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/ ... 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 liệu Mạng máy tính Mã số : 60 48 15 LUẬN... 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 công trình nghiên cứu cá nhân Các số liệu luận... defined 4. 5 .4 Dừng piconet Error! Bookmark not defined 4. 5.5 Quá trình liên kết phân tách với piconetError! Bookmark not defined CHƢƠNG 5: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CÁC GIAO THỨC MAC 802 .11, 802 .15. 4