DSpace at VNU: Nghiên cứu về tối ưu hóa việc chuyển giao dọc giữa các môi trường mạng không dây di động khác nhau

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ LÊ QUỲNH HOA NGHIÊNCỨU VỀ TỐI ƢU HỐ VIỆC CHUYỂN GIAO DỌC GIỮA CÁC MÔI TRƢỜNG MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG KHÁC NHAU LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ QUỲNH HOA NGHIÊNCỨU VỀ TỐI ƢU HỐ VIỆC CHUYỂN GIAO DỌC GIỮA CÁC MƠI TRƢỜNG MẠNG KHƠNG DÂY DI ĐỘNG KHÁC NHAU Ngành: Cơng nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu mạng máy tính Mã số: 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Nguyễn Hoài Sơn HÀ NỘI – 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu tối ưu hố việc chuyển giao dọc mơi trường mạng không dây di động khác nhau” thực hướng dẫn TS Nguyễn Hoài Sơn thuộc Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Mọi trích dẫn tài liệu tham khảo mà tơi sử dụng có ghi rõ nguồn gốc Tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm lời cam đoan Hà nội, ngày 14 tháng năm 2010 Lê Quỳnh Hoa LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn cô giáo, thầy giáo Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội truyền đạt kiến thức quý báu cho thời gian học tập, nghiên cứu trường Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Hồi Sơn, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi để tơi hồn thành luận văn Tôi xin cảm ơn bạn sinh viên, học viên, nghiên cứu sinh nhóm nghiên cứu thầy Nguyễn Hoài Sơn chia sẻ với kinh nghiệm học tập giúp đỡ trình làm luận văn Đặc biệt, xin cảm ơn bạn Nguyễn Tiến Đạt nhóm nghiên cứu hỗ trợ tích cực cho tơi suốt q trình nghiên cứu luận văn Mặc dù luận văn hoàn thành với tất cố gắng thân, luận văn tránh khỏi sai sót, hạn chế Kính mong nhận nhận xét, góp ý thầy giáo bạn để tơi khắc phục thiếu sót Hà nội, tháng năm 2010 Học viên Lê Quỳnh Hoa TÓM TẮT Luận văn bao gồm hai phần Phần thứ giới thiệu tổng quan mạng không dây, mạng không dây di động vấn đề nó, vấn đề chuyển giao dọc mạng không dây di động, đồng thời trình bày số nghiên cứu liên quan đến vấn đề chuyển giao dọc việc kết hợp băng thông nhiều đường truyền thiết bị đầu cuối trang bị nhiều loại giao diện mạng Từ nghiên cứu liên quan đó, luận văn đưa nhận xét, đánh giá giải pháp mà tác giả đề xuất Phần thứ hai đề xuất giải pháp nhằm lập lịch nhằm thúc đẩy trình truyền tải tập tin đến thiết bị đầu cuối mơ hình chuyển dao dọc kết hợp băng thơng nhiều đường truyền Bài tốn đặt ra, giải pháp để thực toán công việc triển khai thực thi giải pháp trình bày phần thứ hai luận văn MỤC LỤC CHƢƠNG - TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 4 1.1 Mạng không dây Error! Bookmark not defined 1.2 Giao thức Mobile IP Error! Bookmark not defined 1.2.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 1.2.2 Các thành phần Mobile IP Error! Bookmark not defined 1.2.3 Cơ chế hoạt động Mobile IP Error! Bookmark not defined 1.2.4 Các cải tiến Mobile IP Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 2: CHUYỂN GIAO DỌC TRONG MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNGError! Bookm 2.1 Các khái niệm chuyển giao: Error! Bookmark not defined 2.1.1 Chuyển giao cứng: Error! Bookmark not defined 2.1.2 Chuyển giao mềm: Error! Bookmark not defined 2.1.3 Chuyển giao ngang: Error! Bookmark not defined 2.1.4 Chuyển giao dọc: Error! Bookmark not defined 2.2 Chuyển giao dọc mạng không dây di động Error! Bookmark not defined 2.2.1 Sự cần thiết chuyển giao dọc Error! Bookmark not defined 2.2.2 Các bước trình chuyển giao dọc: Error! Bookmark not defined 2.2.3 Các nghiên cứu liên quan Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: GIẢI PHÁP LẬP LỊCH TRONG MƠ HÌNH MẠNG HỖ TRỢ CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN TRONG MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG Error! Bookmark not defined 3.1 Đề xuất giải pháp Error! Bookmark not defined 3.1.1 Bài toán cần giải Error! Bookmark not defined 3.1.2 Ý tưởng đề xuất để giải toán Error! Bookmark not defined 3.2 Hoạt động giải thuật Error! Bookmark not defined 3.3 Triển khai thực thi giải pháp Error! Bookmark not defined 3.3.1 Các yêu cầu cần thiết Error! Bookmark not defined 3.3.2 Thiết kế kiến trúc chương trình mơ giải thuậtError! Bookmark not defined 3.4 Nhận xét, đánh giá giải pháp Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC TẾ VÀ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁError! Bookm 4.1 Triển khai chương trình mơ thực tế Error! Bookmark not defined 4.2 Thí nghiệm kết đạt Error! Bookmark not defined 4.2.1 Bố trí thí nghiệm Error! Bookmark not defined 4.2.2 Mơ tả thí nghiệm Error! Bookmark not defined 4.2.3 Kết đạt Error! Bookmark not defined 4.3 Nhận xét đánh giá chương trình Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined CHÚ THÍCH Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 DANH MỤC HÌNH STT Tên danh mục hình Trang Hình Bảng ánh xạ IP cố định IP tạm thời nút mạng 12 Hình Danh sánh nút khách 12 Hình Hoạt động giao thức Mobile IP 15 Hình Định tuyến tam giác 16 Hình Chuyển giao mềm chuyển giao cứng 20 Hình Một ví dụ chuyển giao ngang 20 Hình Một ví dụ chuyển giao dọc 21 Hình Kiến trúc OMNICon 24 Hình Mơ hình hỗ trợ sử dụng nhiều đường truyền giải pháp BAG 26 Hình 10 Hình 11 Sử dụng DC để đánh giá khả chuyển tải gói tin kết nối Kiến trúc mạng hỗ trợ chuyển giao dọc kết hợ băng thông nhiều đuờng truyền 28 32 Hình 12 Mơ hình lập lịch kết hợp băng thơng nhiều đường truyền 33 Hình 13 Hoạt động giải thuật 36 Hình 14 Hoạt động giải thuật Mobile Node 37 Hình 15 Hoạt động giải thuật Mobile Agent 38 Hình 16 Kiến trúc chương trình 39 Hình 17 Bố trí thí nghiệm 40 Hình 18 Kết thí nghiệm 45 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Thuật ngữ Mô tả CN Correspondent Node CoA Care of Address FA Foreign Agent GPRS General Packet Radio Service HA Home Agent HoA Home of Address IPv4 Internet Protocol version IPv6 Internet Protocol version UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems WLAN Wireless LAN 3G 3th Generation 4G 4th Generation PHẦN MỞ ĐẦU Với hỗ trợ công nghệ mạng không dây, người sử dụng đầu cuối ngày không bị bó buộc với dây dẫn vật lý cáp mạng để kết nối vào Internet mà thay vào đó, họ dùng sóng vơ tuyến, hồng ngoại hay vệ tinh v.v… Điều giúp cho người dùng có nhiều hội để truy cập vào Internet nơi sử dụng dây dẫn vật lý quan trọng họ di chuyển trao đổi thơng tin Việc giải tốn liên quan đến vấn đề nút mạng di chuyển kết nối với Internet ngày trở nên quan trọng gia tăng mạnh mẽ số lượng người dùng đầu cuối di động ước muốn trì phiên ứng dụng người dùng thay đổi địa điểm truy cập vào Internet Mạng Internet gắn bó chặt chẽ với giao thức TCP/IP mà đó, thiết bị đầu cuối tham gia cấp phát địa IP Điều có nghĩa nút mạng di chuyển từ nơi sang nơi khác, khơng thể trì kết nối sẵn có với mạng Internet Điều dẫn đến thực tế phiên truyền liệu thiết bị đầu cuối Internet bị gián đoạn Mobile IP[1] mở rộng giao thức IP truyền thống, khuyến nghị IETF[2] đặc tả RFC 3344 Mobile IP đời vào năm 1999 giúp cho người dùng với thiết bị đầu cuối trì đựợc kết nối với mạng Internet di chuyển từ nơi sang nơi khác mà không cần phải thay đổi địa IP Để làm điều đó, Mobile IP cho phép nút mạng khỏi mạng nhà mang thêm địa IP tạm trú Đây địa nhận dạng nút mạng mạng khách mà lưu trú Từ đây, gói tin gửi đến cho nút mạng chuyển tiếp đến địa IP tạm trú Bằng cách đó, nút mạng khỏi mạng nhà trì phiên truyền liệu mà thay đổi địa IP cố định Sự phát triển mạnh mẽ Internet động lực cho nhiều cơng nghệ khơng dây đời 802.11, Bluetooth, GPRS, CDMA2000, UMTS v.v… Bên cạnh đó, ngành công nghiệp sản xuất thiết bị đầu cuối giới đạt nhiều thành tựu đáng kể năm qua Một thiết bị đầu cuối trang bị nhiều loại giao diện mạng, điều giúp cho nút mạng có nhiều hội để kết nối vào Internet hơn, thời điểm nút mạng tìm sóng cơng nghệ mạng thích hợp với giao diện mà có Đã có nhiều nghiên cứu liên quan [3] đến việc sử dụng công nghệ mạng không dây trang bị thiết bị đầu cuối đời Tuy nhiên, hầu hết nghiên cứu đề cập đến việc sử dụng giao diện đơn lẻ thời điểm cho yêu cầu kết nối ứng dụng Như đề cập phần trên, với hỗ trợ Mobile IP, nút mạng trì kết nối di chuyển phạm vi vùng phủ sóng mạng không dây Tuy nhiên, Mobile IP cho phép nút mạng di chuyển qua lại vùng phủ sóng cơng nghệ mạng, ví dụ từ mạng WLAN sang mạng WLAN khác Trong thực tế, người sử dụng đầu cuối lại muốn di chuyển từ vùng phủ sóng cơng nghệ mạng sang vùng phủ sóng cơng nghệ mạng khác, ví dụ từ mạng WLAN sang mạng GPRS ngược lại Lúc đó, Mobile IP khơng thể đáp ứng mong muốn người sử dụng Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, nhiều nhà nghiên cứu đề xuất giải pháp [4][5] để hỗ trợ người sử dụng với thiết bị cầm tay di chuyển qua lại mạng khác Đó tốn chuyển giao dọc Chuyển giao dọc cho phép nút mạng kết hợp băng thơng đường truyền mà có để truyền tải ứng dụng tải tập tin từ nút mạng khác qua mạng Internet Tuy nhiên, việc kết hợp băng thông nhiều đường truyền lại đặt toán mới, làm để gói tin chuyển đến cho nút mạng nhiều đường truyền khả dụng khác mà có cách nhanh chóng Với toán đặt ra, luận văn tập trung giải vấn đề: xây dựng giải pháp lập lịch để chuyển gói tin gửi đến cho nút mạng thông qua nhiều đường truyền khác Mục đích tốn nhằm làm tăng tốc độ truyền tải ứng dụng nút mạng trang bị nhiều loại giao diện mạng khác giao diện có tín hiệu từ nhà cung cấp mạng tương ứng Điều nhằm tận dụng băng thông đường truyền khả dụng, đồng thời làm tăng tính an tồn cho việc truyền tải ứng dụng có giao diện mạng tín hiệu, giao diện lại đảm nhiệm cơng việc truyền tải gói tin Chương trình mơ thực thi giải pháp viết ngơn ngữ lập trình C sử dụng Hệ điều hành Linux 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: Hồng Anh, “Tích hợp WLAN mạng thông tin di động”, nguồn http://www.tapchibcvt.gov.vn/Uploaded/admin/WLAN.pdf Nguyễn Tiến Đạt (2009), khoá luận “Tối ưu hoá việc kết hợp băng thông nhiều đường truyền chuyển giao dọc mạng không dây di động hỗn hợp”, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà nội Nguyễn Văn Tam (2006), “Mạng máy tính nâng cao”, Viện Công nghệ thông tin Tài liệu tiếng Anh: C Perkins (1996), “IP Mobility Support”, IBM Dagang Li (2008), “A Fast Adaptation Mechanism forTCP Vertical Handover”, nguồn http://ieeexplore.ieee.org Fengping Li (2004), “A study of mobility in WLAN”, nguồn http://www.tml.tkk.fi/Studies/T-110.551/2004/papers/Li.pdf Helen J.Wang, Randy H Katz, Jochen Giese (1998), “Policy-Enabled Handoff Across Heterogeneous Wireless Network”, U.C Berkeley, nguồn http://portal.acm.org/citation.cfm?id=837517 Kameswari Chebrolu, Ramesh Rao (2006), “Bandwidth Aggregation for Real-Time Applications in Heterogeneous Wireless Networks”, nguồn citeseerx.ist.psu.edu Laila Daniel (2008), “TCP performance with vertical handoff”, Univesity of Helsinki, nguồn https://oa.doria.fi/handle/10024/46907 10 LIU Gan (2007), “A scheduling algorithm for maximum throughput based on the link condition in heterogeneous network”, nguồn http://www.informatics.org.cn/doc/ucit200703/ucit20070304.pdf 11 11 Mark Stemm and Randy H Katz (1998), “Vertical Handoffs in Wireless Overlay Networks”, University of California at Berkeley, nguồn http://portal.acm.org/citation.cfm?id=295138 12 Matei A Zaharia (2007), “Fast and Optimal Scheduling over Multiple Network Interfaces”, nguồn http://www.acm.org/src/Matei/matei.html 13 P Kim (2009), “A Packet Distribution Scheme for Bandwidth Aggregation on Network Mobility”, nguồn http://tools.ietf.org/html/draft-pskim-mext-multipathdistribution-00 14 Srikant Sharma (2004), “A Mobile IP-based vertical handoff system for Wireless LAN and GPRS links” , Stony Brook University, nguồn http://www.ecsl.cs.sunysb.edu/tr/handoff.pdf 12 ... thiệu tổng quan mạng không dây, mạng không dây di động vấn đề nó, vấn đề chuyển giao dọc mạng khơng dây di động, đồng thời trình bày số nghiên cứu liên quan đến vấn đề chuyển giao dọc việc kết hợp...2 LÊ QUỲNH HOA NGHIÊNCỨU VỀ TỐI ƢU HOÁ VIỆC CHUYỂN GIAO DỌC GIỮA CÁC MÔI TRƢỜNG MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG KHÁC NHAU Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu mạng máy tính Mã số:... ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn Nghiên cứu tối ưu hoá việc chuyển giao dọc môi trường mạng không dây di động khác nhau thực hướng dẫn TS Nguyễn Hoài Sơn thuộc Trường Đại học Cơng nghệ - Đại học