DSpace at VNU: Ảnh hưởng của giao thức IEEE 802.11x lên các mô hình lưu thông trong mạng WIRELESS LAN tài liệu, giáo án,...
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ DƢƠNG THỊ QUỲNH THU ẢNH HƢỞNG CỦA GIAO THỨC IEEE 802.11x LÊN CÁC MƠ HÌNH LƢU THƠNG TRONG MẠNG WIRELESS LAN LUẬN VĂN THẠC SỸ HÀ NỘI - 2005 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ DƢƠNG THỊ QUỲNH THU ẢNH HƢỞNG CỦA GIAO THỨC IEEE 802.11x LÊN CÁC MƠ HÌNH LƢU THƠNG TRONG MẠNG WIRELESS LAN Ngành: Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Vô tuyến Điện tử Thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SỸ Người hướng dẫn khoa học: GS NGUYỄN ĐÌNH THƠNG HÀ NỘI - 2005 HÀ NỘI - 2005 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu thân hướng dẫn GS Nguyễn Đình Thơng - University of Technology Sydney, Australia Nếu có sai phạm, tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Dương Thị Quỳnh Thu LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Giáo sư Nguyễn Đình Thơng - University of Technology Sydney (UTS), Australia, người thầy hướng dẫn tận tình hướng dẫn bảo kiến thức cho tơi suốt q trình làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Trịnh Anh Vũ, Khoa Điện tử Viễn thơng, trường Đại Học Cơng Nghệ Chính thầy người giúp đỡ động viên nhiều việc hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy môn Thông tin vô tuyến: GS.TSKH Phan Anh, PGS Nguyễn Viết Kính , người bên cạnh trực tiếp hướng dẫn dìu dắt tơi suốt thời gian qua Tôi muốn gửi lời cám ơn đến bạn đồng nghiệp phòng Sự đóng góp, quan tâm tạo điều kiện họ giúp tơi nhiều q trình thực luận văn Tôi xin cám ơn thầy cô giáo giảng dạy bảo cho suốt gần ba năm học vừa qua, giúp bạn lớp có kết ngày hơm Cuối cùng, tự đáy lòng mình, tơi xin gửi lòng biết ơn chân thành tới gia đình tôi, người bên cạnh ủng hộ khuyến khích tơi suốt thời gian vừa qua Họ nguồn động viên vơ tận tơi sống Hà Nội, tháng 12 năm 2005 Dƣơng Thị Quỳnh Thu MỤC LỤC Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử phát triển WLAN 1.2 Mơ hình lƣu thơng mạng 11 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ IEEE 802.11 2.1 Các đặc tính mạng WLAN .14 2.1.1 Ưu điểm 14 2.1.2 Những hạn chế mạng WLAN .14 2.2 Các thành phần vật lý mạng WLAN 15 2.3 Kiến trúc mạng WLAN 802.11 theo quan điểm logic .17 2.3.1 Mạng độc lập IBSS 18 2.3.2 Cấu trúc mạng BSS 18 2.3.3 Nhóm dịch vụ mở rộng ESS 19 2.4 Các lớp IEEE 802.11 20 2.4.1 Lớp vật lý .21 2.4.2 IEEE 802.11 MAC 25 2.5 Tổng kết chƣơng 27 CHƢƠNG 3: LỚP CON MAC VÀ GIAO THỨC TRÁNH XUNG ĐỘT CSMA/CA 3.1 Chức lớp MAC 28 3.2 Các khoảng liên khung IFS 29 3.3 Chức phối hợp phân bố DCF 30 3.3.1 Các chế phát sóng mang 31 3.3.2 Phân đoạn ghép đoạn 33 3.3.3 Phương thức truy nhập CSMA/CA 35 3.4 Chức phối hợp điểm PCF 38 3.5 Các khuôn dạng khung MAC 41 3.5.1 Khuôn dạng khung MAC tổng quát 41 3.5.2 Một số định dạng khung chung 45 3.6 Tổng kết chƣơng 47 CHƢƠNG 4: MƠ HÌNH PHÂN BỐ INTER-ARRIVAL TIME 4.1 Mơ hình mạng mơ 48 4.2 Hoạt động giao thức MAC CSMA/CA .49 4.3 Phân bố Inter-arival time mạng WLAN 54 4.3.1 Xây dựng mơ hình tốn học .54 4.3.2 Kết .57 4.4 Tổng kết chƣơng 59 CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG MẠNG VỚI NS-2 5.1 Phần mềm mô mạng NS-2 60 5.1.1 Giới thiệu 60 5.1.2 Kiến trúc NS-2 .60 5.1.3 Hỗ trợ NS-2 IEEE 802.11 64 5.2 Mơ hình mạng thông số mô 67 5.3 Kết mô .69 5.4 Đánh giá 74 5.5 Tổng kết chƣơng 76 KẾT LUẬN .77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Phụ lục 1: Cài đặt chạy NS-2 82 Phụ lục 2: Một số chƣơng trình mơ NS-2 85 CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên tiếng Anh Ý nghĩa ACK Acknowledgement Khung biên nhận Ad-hoc Ad-hoc Mạng ngang hàng AP Access Point Điểm truy nhập BC Backoff Counter Bộ đếm lùi chế DCF BSS Basic Service Set Nhóm dịch vụ CFP Contention Free Perior Chu kỳ không tranh chấp CP Contention Perior Chu kỳ tranh chấp CSMA/ CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột CSMA/ CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang dò xung đột CTS Clear to Send Bản tin sẵn sàng nhận CW Contention Window Cửa sổ tranh chấp DCF Distributed Coordination Function Chức phối hợp phân bố DIFS DCF Inter Frame Space Khoảng thời gian liên khung DCF DS Distributtion System Hệ thống phân phối DSDV Destination Sequenced Distance Vector Giao thức định tuyến DSDV DSR Dynamic Source Routing Giao thức định tuyến DSR DSSS Direct Sequency Spread Spectrum Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp ESS Extended Service Set Nhóm dịch vụ mở rộng FHSS Frequency Hopping Spread Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số Spectrum IBSS Independent Basic Service Set Nhóm dịch vụ độc lập IFS Inter Frame Space Khoảng thời gian liên khung LAN Local Area Network Mạng cục có dây MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy nhập môi trường MPDU MAC Protocol Data Unit Đơn vị liệu giao thức MAC NAM Network Animator Công cụ đồ họa kèm với NS-2 NAV Network Allocation Vector Vectơ cấp phát mạng NS-2 Network Simulator-2 Phần mềm mô mạng NS-2 OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao PC Point Coordinator Bộ phối hợp điểm PCF Point Coordination Function Chức phối hợp điểm PIFS PCF Inter Frame Space Khoảng thời gian liên khung PCF RTS Request to Send Khung yêu cầu gửi SIFS Short Inter Frame Space Khoảng thời gian liên khung ngắn TCP Transmission Control Protocol Giao thức TCP WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục vô tuyến DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 So sánh IEEE 802 với mơ hình OSI 10 Hình 1.2 Dải băng ISM 11 Hình 2.1 Các thành phần vật lý mạng WLAN .17 Hình 2.2 Cấu hình mạng Ad-hoc mạng BSS 18 Hình 2.3 Cấu trúc mạng mở rộng ESS 20 Hình 2.4 Vị trí IEEE 802.11 WLAN hệ thống tiêu chuẩn IEEE 21 Hình 2.5 Kế hoạch phân chia tần số IEEE 802.11 DSSS 24 Hình 2.6 Một ví dụ vấn đề trạm ẩn 26 Hình 3.1 Các chức lớp MAC 28 Hình 3.2: Cơ chế cảm nhận sóng mang ảo với thủ tục RTS/CTS 32 Hình 3.3 Phân đoạn khung liệu MAC 34 Hình 3.4 Chuỗi bùng nổ đoạn .35 Hình 3.5 Cửa sổ tranh chấp CW 35 Hình 3.6 Thủ tục truy nhập DCF 36 Hình 3.7 Thuật toán quay lui ngẫu nhiên DCF 38 Hình 3.8 Chu kỳ luân phiên PCF DCF 39 Hình 3.9 Thủ tục truyền khung PC Station chế độ PCF 41 Hình 3.10 Định dạng liệu khung MAC 42 Hình 4.1 Mơ hình mạng BSS .48 Hình 4.2 Phương thức truy nhập CSMA/CA 49 Hình 4.3 Thủ tục tranh chấp kênh với Backoff Counter 50 Hình 4.4 Sơ đồ truyền gói trạm nguồn trạm đích theo thời gian 54 Hình 4.5 Các khoảng Inter-arival time 55 10 Hình 4.6 Phân bố Inter-arrival time trạm sở 58 Hình 5.1 Kiến trúc NS-2 góc độ người sử dụng 61 Hình 5.2 Tổng quan kiến trúc NS 62 Hình 5.3 Sơ đồ khối Mobilenode với định tuyến DSDV 65 Hình 5.4 Mơ hình mạng mô NS-2 .67 Hình 5.5 Mơ với trường hợp 10 nút mạng 70 Hình 5.6 Mơ với trường hợp 40 nút mạng 71 Hình 5.7 Minh hoạ đoạn trace file 72 Hình 5.8 Mơ hình phân bố Inter-arrival time (mô với 10 nút) 73 Hình 5.9 Mơ hình phân bố Inter-arrival time (mơ với 40 nút) 73 Hình 5.10 Mơ hình phân bố Inter-arrival time (theo tính tốn lý thuyết) 74 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] LÊ NGỌC GIAO, PHAN HÀ TRUNG, "Công nghệ WLAN ứng dụng Internet không dây", NXB Bưu điện, 2004 [2] TỐNG VĂN ON, "Mạng máy tính", tập 1,2, NXB Thống Kê, 2004 Tiếng Anh [3] "IEEE standard for Wireless LAN - Medium Access Control and Physical Layer Specification", P802.11 November 1997 [4] "Network Simulator", URL: http://www.isi.edu/nsnam/ns/ [5] "Ns Tutorial", URL: http://www.isi.edu/nsnam/ns/tutorial/index.html [6] "WLANs and WPANs", Research Center Com, 34351 Access and Home Network, March 7, 2003 [7] ATONIO GRILO, MARIO NUNES, "Performance Evaluation of IEEE 802.11e", INESC/IST, R Alves Redol, Nº9, 1000 Lisboa, Portugal [8] DAVID C WANG, Ph D, "Wireless LAN IEEE 802.11", URL: http://www.sss-mag.com/pdf/80211p.pdf [9] D T NGUYEN, "Self-Similar Models for Packet Network Traffic", University of Technology Sydney (UTS), 2005 (Lecture Notes) [10] D.T NGUYEN, "IEEE 802.11 MAC Protocol", School of Engineering, University of Tasmania- Australia, 2004, (Lecture Notes) [11] EITAN ALTMAN, TANIA JIMENEZ, "NS Simulator Course for Beginners", Lecture Notes, Sept 2002 , Univ de Los Andes, Venezuela and ESSI, Sopia-Antipolis, France Merida, 12 [12] EITAN ALTMAN, TANIA JIMENEZ, "NS simulator for beginners", Lecture Noté, 2003-2004, Univ de Los Andes, Merida, Venezuela and ESSI, Sopia-Antipolis, France [13] G.I PAPADIMITRIOU, M S OBAIDAT, P NICOPOLITIDIS, "Wireless Networks", John Wiley and Sons ltd, West Sussex PO19 8SQ, England [14] JAE CHUNG, MARK CKAYPOOL, "NS by Example", Worceste Polytechnic Institute Computer Science URL: http://nile.wpi.edu/NS/ [15] M H MANSHAEI, G R CANTIENI, C.BARAKAT, T TURLETTI, "Performance Analysis of the IEEE 802.11 MAC and Physical Layer Protocol", Institute National de Recherche en Informatique et Automatique (INRIA), 2004 router des Lucioles, Sophia-Atipolis, France 06920 [16] MARC GREIS, "Tutorial for the Network Simulator - NS", URL: http:// [17] MICHAEL A.GALLO, WILLIAM M.HANCOCK, "Computer Communication and Networking Technologies", ISBN: 0-534-37780-7, BROOKS/COLE, 511 Forest Lodge Road, CA 93950 USA [18] O.TICKOO and B.SIKDAR, "On the impact of IEEE 802.11 MAC on Traffic Characteristics", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol 21, no 2, pp.189-203, February 2003 [19] O'REILLY, "802.11 Wireless Networks", The Definitive Guide - ISBN: 0596-00183-5 Matthew S.Gast [20] PABLO RENNER, "A Technical Tutorial on the IEEE 802.11 Protocol", Breeze COM 1997 [21] PEJIMAN ROSHAN, JONATHAN LEARY, "802.11 Wireless LAN Fundamentals", Cisco Press, 800 East 96th Street Indianapolis, IN 46240 USA [22] VILLY B.IVERSEN, "Teletraffic Engineering and Networks Planning", COM Course 34340, Januarry 2005 13 [23] Y.TAY and K.CHUA, " A capacity analysis for the IEEE 802.11 MAC Protocol", Wireless Networ, vol 7, pp 159-171, Mar 2001 [24] P ANDREAS STEFFN, JEAN FREDERIC WAGEN, "Wirless IEEE 802.11", Swisscom Serminar - Access Technology, Information and Communication Technologies Network (ICTnet) [25] PABLO BRENNER, "IEEE 802.11 A Technical Overview", Breeze Com [26] URL: http://www.palowireless.com/i802_11/tutorials.asp ... THỊ QUỲNH THU ẢNH HƢỞNG CỦA GIAO THỨC IEEE 802.11x LÊN CÁC MƠ HÌNH LƢU THƠNG TRONG MẠNG WIRELESS LAN Ngành: Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Vô tuyến Điện tử Thông tin liên... Transmission Control Protocol Giao thức TCP WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục vô tuyến DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 So sánh IEEE 802 với mơ hình OSI 10 Hình 1.2 Dải băng... 11 Hình 2.1 Các thành phần vật lý mạng WLAN .17 Hình 2.2 Cấu hình mạng Ad-hoc mạng BSS 18 Hình 2.3 Cấu trúc mạng mở rộng ESS