Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng tại khoa nn – đhtn

1 Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Lời mở đầu Wifi - Wireless Fidelity tên gọi mà nhà sản xuất đặt cho chuẩn kết nối không dây (IEEE 802.11), công nghệ sử dụng sóng radio để thiết lập hệ thống kết nối mạng không dây Đây công nghệ mạng đƣợc thƣơng mại hóa tiên tiến giới Một mạng Internet không dây thƣờng gồm ba phận bản: điểm truy cập (Access Point - AP); card giao tiếp mạng (Network Interface Card - NIC); phận thu phát, kết nối thông tin nút mạng gọi Wireless CPE (Customer Premier Equipment) Trong đó, Access Point đóng vai trị trung tâm tồn mạng, điểm phát thu sóng, trao đổi thơng tin với tất máy trạm mạng, cho phép trì kết nối ngăn chặn máy trạm tham gia vào mạng Một Access Point cho phép tới hàng nghìn máy tính vùng phủ sóng truy cập mạng lúc Tuy nhiên, hệ thống mạng không dây tờn tại nhiều hạn chế : - Sóng mạng khơng dây thực chất sóng radio, thƣờng yếu dần khoảng cách trạm phát máy tính kết nối cách xa Sóng Wi-Fi bị yếu gặp vùng nhiễu vật cản Thông thƣờng thiết bị truy nhập Wi-Fi đƣợc trang bị hệ thống an-ten đa hƣớng (omni-directional antennas) Các an-ten đƣợc thiết kế để truyền nhận sóng từ hƣớng thời điểm Nếu điểm phát sóng (Access Point - AP) giao tiếp với ngƣời dùng (user) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN vị trí cụ thể, nguồn nhiễu xung quanh ảnh hƣởng đến khả truyền sóng, từ làm giảm tốc độ truyền nhƣ độ ổn định kết nối - Trong mơi trƣờng văn phịng với nhiều vách ngăn thiết bị phát từ gây nhiễu, mức độ phủ sóng khả trì kết nối AP giảm, làm giảm hiệu suất truyền liệu Và hệ phần lớn doanh nghiệp tồn hệ thống cáp mạng kết nối đến bàn làm việc, nhằm đảm bảo trình làm việc khơng bị gián đoạn Chính vậy, hệ thống mạng không dây thƣờng không đƣợc nhiều doanh nghiệp lƣ̣a chọn làm phƣơng tiện kết nối quy trình hoạt động Mợt giải pháp đƣợc đƣa nhằm kh ắc phục hạn chế mạng không dây xây dựng hệ thống mạng lƣới không dây (Wireless Mesh network ) nhằm nâng cao hiệu suất mạng tăng tính linh hoạt mạng cục 1- Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2.1 Đối tƣợng Nghiên cƣ́u tổng quan về kiến trúc hệ thớng mạng lƣới khơng dây Bài tốn đặt gateway mạng lƣới khơng dây Tìm hiểu vấn đề mạng không dây để triển khai nâng cấp lên hệ thống mạng lƣới khơng dây Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN 2.2 Phạm vi nghiên cƣ́u Hệ thống mạng không dây và hệ thống mạng lƣới không dây 3- Hƣớng nghiên cƣ́u luận văn Tìm hiểu chi tiết hệ thống mạng lƣới không dây Cách thức triển khai hệ thống 4- Phƣơng pháp nghiên cƣ́u Thu thập, phân tích tổng hợp tài liệu, thơng tin có liên quan đến luận văn 5- Ý nghĩa khoa học đề tài - Là tài liệu tham khảo lĩnh vực mạng lƣới không dây - Thử nghiệm ứng dụng việc triển khai tại Khoa Ngoại ngƣ̃ – Đại học Thái Nguyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN CHƢƠNG KIẾN TRÚC CỦA MẠNG LƢỚI KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu mạng lƣới không dây Khái niệm mạng hình lƣới (Mesh Network) nói chung đƣợc sử dụng số lĩnh vực ngành công nghệ thông tin Kỹ thuật mạng hình lƣới cách thức truyền tải liệu, âm câu lệnh nút xử lý, cho phép truyền tải liên tục tự xác định lại cấu hình xung quanh đƣờng bị che chắn cách “nhảy” từ nút sang nút khác thiết lập đƣợc kết nối Mạng lƣới có khả tự hàn gắn tạo mạng có độ tin cậy cao; hoạt động có nút bị lỗi chất lƣợng kết nối mạng Trong lĩnh vực mạng không dây, mạng lƣới đƣợc áp dụng để nới rộng phạm vi phủ sóng mạng khơng dây truyền thống Các nút mạng truyền thông trực tiếp với nút khác tham gia mạng lƣới Nếu nút kết nối với nút lận cận khác có kết nối với tồn mạng Mạng WMN chuyển tiếp liệu gói thơng qua chặng vơ tuyến Mỗi nút lƣới hoạt động giống nhƣ điểm chuyển tiếp hay router với nút lƣới khác mạng Mạng WMN đƣợc dùng mơ hình nhƣ mạng truy nhập công cộng mạng không dây thành phố nơi mà điểm truy cập nút lƣới mạng Mạng (Internet) Gateway Mesh Router AP Station ` Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Hình 1.1: Mô hì nh mạng lưới không dây Sự tin cậy hiệu mạng tiêu chí mạng WMN, đặc biệt mơi trƣờng kênh vô tuyến Tính di động nút mạng thƣờng không đƣợc xem xét đến Những nút cố định nằm đế đèn, hay gắn liền nhà cửa, v.v… , nơi đƣợc cung cấp lƣợng đầy đủ Nhƣ vậy, giao thức định tuyến đƣợc tối ƣu theo tin cậy hiệu mạng Các giao thức định tuyến đƣợc mở rộng để sử dụng tham số định tuyến đặc biệt Và chí chúng nằm lớp để truy cập tốt thông tin lớp MAC lớp vật lý Các nút mắt lƣới có nhiều giao diện vơ tuyến để gia tăng khả mạng mắt lƣới không dây Các giao diện vô tuyến giảm thiểu suy giảm thơng lƣợng gói nhận chuyển tiếp nút mắt lƣới với giao diện vơ tuyến Điều sử dụng nhiều kênh Dung lƣợng tuỳ biến mạng WMN giới hạn nhƣng cài đặt đơn giản tính mềm dẻo ƣu điểm mạng Gần thiết bị khách hàng ngày đóng vai trò nhƣ nút mắt lƣới Điều mở rộng mạng WMN vùng mạng tuỳ biến không dây cổ điển Có kiểu mạng WMN, : WMN hạ tầng, WMN khách hàng, WMN lai ghép WMN hạ tầng bao gồm thiết bị chuyên dụng hạ tầng mạng, nhƣ điểm truy nhập hay chuyển tiếp Các thiết bị khách hàng không tham gia vào việc định tuyến nút lƣới Thay vào , chúng kết nối vào điểm truy nhập công nghệ truy nhập vô tuyến truyền thống WMN khách hàng bao gồm thiết bị khách hàng nhƣ máy tính xách tay Các thiết bị khách hàng tham gia vào việc định tuyến nút lƣới Hơn chúng thực chức nhƣ thiết bị hạ tầng WMN lai ghép bao gồm hai loại thiết bị Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Các mạng mesh không dây tập hợp node cố định di động kết nối thông qua liên kết không dây để tạo nên mạng không dây đa chặng (multihop) Trong mạng không dây truyền thống nhƣ WLAN, WAN, mạng tế bào cần có thiết bị trung tâm (điểm truy cập trạm sở) cho truyền thông không dây, mạng WMN không cần thiết bị trung tâm nhƣ Trong mạng WMN, node đóng vai trị máy khách router Nó chuyển tiếp gói tin tới node khác máy nguồn máy đích cách nhiều chặng Mạng WMN có khả tự cấu hình tự tổ chức Khi node tham gia vào mạng hay dời khỏi mạng, mạng có khả cấu hình lại để thích nghi với thay đổi mạng Thiết lập mạng tự động suốt ngƣời dùng Khi thêm node vào mạng, node tự động tìm router khơng dây khác đƣờng tới mạng có dây Các router khơng dây mạng tự cấu hình lại cho phù hợp Vì lý mà mạng WMN dễ dàng mở rộng Các lợi ích mạng WMN Ngày kết nối Internet băng thông rộng sử dụng dây cáp hay đƣờng thuê bao số (DSL) Tuy nhiên, số lƣợng lớn dân số (đặc biệt vùng nông thôn, thành phố lớn, chí nƣớc phát triển) khơng có sở hạ tầng băng thơng rộng cần thiết (dây cáp vô tuyến hay dây cáp điện thoại chất lƣợng tốt) để kết nối Internet Hơn việc cài đặt sở hạ tầng yêu cầu (đặc biệt việc cài đặt dây cáp mới) đắt đặc biệt nhà cung cấp dịch vụ Internet ISP Các mạng WMN cung cấp công nghệ truy cập Internet băng thông rộng với nhiều lợi ích: Đầu tư ban đầu thấp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Vì khơng cần cài đặt cáp, kinh phí đầu tƣ ban đầu giảm đáng kể Một mạng WMN cung cấp vùng phủ tối thiểu đƣợc sử dụng để phục vụ khách hàng đầu tiên; số khách hàng tăng lên, mạng đƣợc nâng cấp lên Ngồi ra, sóng radio 802.11 trở nên rẻ nhƣng sóng radio phần đắt mạng Trong đó, node mạng mesh hoạt động vừa nhƣ client vừa nhƣ repeater, nhƣ tiết kiệm đƣợc số radio cần thiết Độ phủ khách hàng cao Vì khả định tuyến đa chặng mạng, client không cần phải kết nối trực tiếp với trạm sở đơn miễn client có kết nối tới client khác, truy cập tới Internet Ngƣời ta rằng, đặc biệt trƣờng hợp có vật cản lớn (tịa nhà cao tầng hay cối), mạng WMN tăng độ phủ mạng lên đáng kể so với giải pháp điểm-tới-nhiều điểm (ví dụ IEEE 802.16) Dễ dàng đơn giản Các router đƣợc cấu hình tự động, nên việc cài đặt đơn giản Thêm khác hàng tới vào mạng WMN tồn vài đồng hồ thay vài tháng cài đặt dây cho cáp hay DSL Tin cậy Đặc trƣng topo mesh định tuyến adhoc làm cho mạng có khả đối phó đƣợc với thay đổi điều kiện môi trƣờng lỗi xảy node Đặc biệt đa gateway đƣợc sử dụng, tất điểm lỗi đơn bị loại bỏ Một giao thức định tuyến định tuyến lại nhanh chóng xung quanh điểm node bị lỗi, trƣờng hợp gateway lỗi, phân phối lại node cho gateway gần Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Năng lượng Các node mạng mesh – ngoại trừ node trì đƣờng up-link với Internet - đƣợc xây dựng với yêu cầu lƣợng thấp Tích hợp Mạng WMN dễ dàng tích hợp với cơng nghệ mạng có (mạng tế bào, mạng Wi-Fi, Wi-MAX, mạng cảm biến) 1.2 Kiến trúc mạng lƣới không dây Kiến trúc của mạng lƣới bƣớc để hƣớng tới việc cung cấp chi phí hiệu động cao khu vực phủ sóng cụ thể Kiến trúc lƣới trì cƣờng độ tín hiệu cách phá vỡ khoảng cách xa vào loạt bƣớc nhảy ngắn Mạng lƣới khơng dây có cấu trúc liên kết tƣơng đối ổn định, ngoại trừ cho thất bại thƣờng xuyên nút, bổ sung nút Giao thức truyền thông nút yếu tố kỹ thuật cốt lõi mạng Mạng có khả tự phục hồi tốt nhƣ tìm đƣợc đƣờng tối ƣu hay không nhờ vào giao thức truyền liệu nút xử lý mạng Có số kỹ thuật đƣợc đề xuất làm giao thức truyền thông cho mạng lƣới nhƣ: AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector), PWRP (Predictive Wireless Routing Protocol), OLSR (Optimized Link State Routing Protocol), TORA (Temporally-Ordered Routing Algorithm), Mạng Mesh thƣờng sử dụng sơ đồ kết nối dạng “ từ ngƣời sử dụng đến ngƣời sử dụng” (peer to peer) “ thông tin đa chiều – vừa gửi vừa nhận” (many to many) Để cập nhật tối ƣu hóa kết nối liên tục theo thời gian lý thuyết, mạng Mesh cho phép tất thiết bị mạng hoạt động nhƣ router lặp repeater tất thuê bao Do đó, thêm bƣớc nhảy từ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN định tuyến đến định tuyến trƣớc đạt đến điểm backhaul để kết nối tới mạng lớn Mạng Mesh đƣợc triển khai với hai cấu hình: dạng mesh tồn phần dạng mesh phần Trong mạng Mesh toàn phần, nút đƣợc kết nối trực tiếp với nút khác; đó, cấu hình Mesh phần, nút đƣợc kết nối trực tiếp tới số nút khác Mạng WMN bao gồm hai loại node: mesh router mesh client Mesh router: Có chức định tuyến gói tin mạng Chúng có số giao diện khơng dây có cơng nghệ giống khác Hơn chúng có chức gate/bridge làm cho mạng có khả tích hợp với mạng khơng dây có nhƣ mạng tế bào, Wi-Fi, Wi-MAX, mạng cảm biến (sensor network) Mesh client: Là thiết bị không dây nhƣ laptop, máy tính để bàn, PDA, Pocket PC, điện thoại cầm tay đƣợc trang bị card giao diện mạng khơng dây (NIC) kết nối trực tiếp tới mesh router Các máy khách NIC khơng dây truy cập vào mạng cách kết nối với mesh router thông qua Ethernet Có loại kiến trúc mạng WMN: mạng infrastructure mesh, mạng client mesh mạng mesh lai Mạng Infrastructure mesh Trong kiến trúc mesh router hình thành nên mạng mesh cung cấp đƣờng backbone cho máy client có khả tích hợp mạng khơng dây có nhƣ mạng Wi-Max, Wi-Fi, mạng tế bào, mạng cảm biến Các client kết nối với mạng WMN thơng qua kết nối có dây khơng dây Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Hình 1.2: Mạng Infrastructure mesh Mạng client mesh Trong mạng client mesh, client kết nối trực tiếp với hình thành nên mạng ngang hàng Khơng cần có mesh router kiến trúc Các client có chức router nhƣ định tuyến tự cấu hình Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 55 Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN R1 chƣa có thơng tin địa R3 lúc này, router R1 gắn ID vào danh sách router trung gian đƣợc đính kèm yêu cầu R2 chuyển tiếp yêu cầu đến router khác Khi R3 nhận đƣợc yêu cầu đƣợc gửi đến từ R1, nhận biết địa trùng với địa đích đến Vì đƣờng dẫn từ R2 đến R3 đƣợc tìm thấy Để giúp cho router nguồn (R2) router trung gian (R1) thiết lập đƣờng dẫn, router R3 gửi thông điệp trả lời R2 trƣờng hợp đƣờng dẫn hai chiều Quá trình đƣợc thực dễ dàng ID router trung gian nằm gói yêu cầu đƣợc gửi đến R3 Những router trung gian sau xây dựng cho bảng định tuyến chúng nhận đƣợc trả lời từ router R3 Vì vậy, đƣờng dẫn từ R2 đến R3 đƣợc thiết lập Trong trình tìm đƣờng, router trì danh sách ID router trung gian u cầu tìm kiếm gần thời điểm để tránh phải xử lý yêu cầu tìm kiếm (lặp) Yêu cầu tìm kiếm bị bỏ qua trƣờng hợp chúng đƣợc xử lý gần thời điểm đƣợc xác định yêu cầu lặp Khi router nhận đƣợc yêu cầu nhận ID nằm sẵn danh sách router trung gian u cầu u cầu bị bỏ qua Thiết lập tại Khoa Ngoại ngữ – Đại học Thái Nguyên Do khuôn viên hẹp nên vấn đề khoảng cách giƣ̃a các router đƣợc đảm bảo dù vị trí tòa nhà Để thuận tiện cho việc lắp đặt , bố trí 03 router đặt trung tâm tầng và ở giƣ̃a khu vƣ̣c hành lang giƣ̃a tầng tầng (do trƣớc thiết kế LAN đã thiết kế sẵn các node chờ tại nhƣ̃ng vị trí đó ) Trong 03 router, có router 01 đƣợc nới vào hệ thớng Lan của Khoa và trung chuyển dƣ̃ liệu qua lại giƣ̃a 02 router còn lại Q trình cài đặt thơng số kỹ thuật cho router đƣợc mô tả chi tiết hình ảnh nhƣ sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 56 Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Hình 3.3: Giao diện quản lý Switch Cisco Catalyst Express 500 Hình 3.4: Quản lý node mạng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 57 Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Hình 3.5: Thiết lập node chờ 12 để kết nối đến router R1 Hình 3.6: Kích hoạt node chờ 12 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 58 Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Sau thiết lập thông số kỹ thuật tại Switch CE 500 để kết nối đến router R 1, ta tiến hành thiết lập thông số cho 03 modem Linksys Wireless-N ADSL2+Gateway WAG160N Hình 3.7: Cấu hì nh modem WAG 160N thành router 3.3 Kết luận Do Khoa Ngoại ngƣ̃ mới thành lập , khuôn viên hoạt động đ ƣợc bố trí phạm vi hẹp nên việc triển khai mạng WMN không bao quát đƣợc hết vấn đề liên quan đến hệ thống Wireless Mesh Network Tại Khoa Ngoại ngữ, việc kết hợp hệ thống WMN với hệ thống mạng sẵn có t hông qua 03 router đã đảm bảo đƣợc mọi yêu cầu thiết yếu về công việc , học tập cán giáo viên sinh viên Khoa Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 59 Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Do điều kiện vật chất còn thiếu , việc triển khai hệ thống WMN tại Khoa chƣa đƣợc sƣ̉ dụng cá c trang thiết bị hạ tầng mạng hiện đại , chủ yếu đƣa thiết bị sẵn có thơng dụng thị trƣờng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 60 Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN KẾT LUẬN Luận văn “Nghiên cƣ́u kiến trúc mạng lƣới không dây, áp dụng – triển khai tại Khoa Ngoại ngƣ̃ – Đại học Thái Nguyên” chủ yếu sâu tìm hiểu kiến trúc sở hạ tầng mạng WLAN – WIMAX, mạng sở để hình thành phát triển lên mạng Wireless Mesh Network Trong khuôn khổ luận văn, việc nghiên cứu dừng lại mức phân tích về giao thƣ́c các mô hì nh sở hạ tầng của mạng lƣới khơng dây Vì Wireless Mesh Network khái niệm mẻ Việt Nam điều kiện công tác của bản thân nên luận văn chỉ mới khai thác đƣợc điểm chung bản của hệ thống WMN Tuy nhiên , với sƣ̣ cố gắng và nhất là đƣợc sƣ̣ chỉ bảo tận tình PGS.TS Nguyễn Văn Tam , luận văn đã hoàn thành và đã nêu lên đƣợc vấn đề chính nhƣ sau:  Kiến trúc hệ thống Wireless Mesh Network  Kiến trúc sở của hệ thống mạng Wlan và WiMax  Giải đƣợc toán kết hợp WMN hệ thống mạng Khoa Ngoại ngữ – Đại học Thái Nguyên Do thời gian , trình độ chun mơn b ản thân có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, rất mong đƣợc Hội đồng Khoa học góp ý và chỉ bảo thêm để thân nâng cao đƣợc trì nh độ chun mơn , hồn thiện luận văn đƣợc tốt góp phần phục vụ tớt cho cơng việc sau này Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 61 Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Skanda N Muthaiah and Catherine P Rosenberg: Single Gateway Placement in Wireless Mesh Networks [2] Danny Ng: Wireless Mesh Network Technical Overview [3] Auerbach Publications: Wireless Mesh Networks [4] George Aggelou: Wireless Mesh Networking With 802.16, 802.11 and ZigBEE [5] BASAVARAJ PATIL,YOUSUF SAIFULLAH, IP in wireless Network, Prentice Hall PTR, January 2003 [6] www.alliedtelesyn.com/media/pdf/wireless_lan_basics_wp_b.pdf [7] Tara M Swaminatha, Charles R Elden (2003), Wireles Security and Privacy [8] Tra cƣ́u thông tin mạng qua google tại www.google.com.vn [9] Tham khảo các trang web : www.quantrimang.com.vn www.soft.vnn.vn www.vn-zoom.com www.apricot.net Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên xin đƣợc trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giảng dạy môn chuyên đề sau đại học, nhƣ q trình thực tập viết, hồn thiện luận văn Đặc biệt, xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Tam giúp đỡ, bảo tơi q trình thực luận văn Nhân dịp này, xin chân thành cảm ơn lãnh đạo đồng nghiệp Khoa Ngoại ngữ - Đại học Thái Nguyên giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi q trình học tập, cơng tác để tơi hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp, hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học Thời gian thực luận văn, dù thân cố gắng nhiều học tập nghiên cứu Tuy nhiên luận văn không tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận đƣợc bảo góp ý q thầy bạn bè đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn./ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết tìm hiểu, nghiên cứu Các số liệu, kết luận văn trung thực Tài liệu sử dụng, trích dẫn luận văn trung thực chƣa công bố cơng trình nghiên cứu khác Học viên Nguyễn Đức Quỳnh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN MỤC LỤC CHƢƠNG KIẾN TRÚC CỦA MẠNG LƢỚI KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu mạng lƣới không dây 1.2 Kiến trúc mạng lƣới không dây 1.3 Vấn đề đặt Gateway mạng lƣới không dây 13 1.4 Kết luận 15 CHƢƠNG NGHIÊN CƢ́U KIẾN TRÚC MẠNG WLAN – WIMAX 16 2.1 Đặt vấn đề 16 2.2 Kiến trúc mạng Wlan 16 2.2.1 Mạng WLAN theo chuẩn 802.11 16 2.2.2 Mạng WLAN có sở hạ tầng 17 2.2.3 Mạng adhoc 17 2.2.4 Kiến trúc giao thức mạng WLAN theo chuẩn 802.11 18 2.2.4.1 Lớp vật lý 19 2.2.4.2 Lớp điều khiển truy cập môi trƣờng truyền MAC 24 2.2.4.3 Lớp quản lý tầng MAC 32 2.3 Kiến trúc mạng Wimax 34 2.3.1 Mô hì nh tham chiếu mạng Wimax 34 2.3.2 Lớp MAC 35 2.3.2.1 Lớp hội tụ MAC 35 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN 2.3.2.2 Lớp phần chung MAC 36 2.3.2.3 Lớp bảo mật 41 2.3.3 Lớp vật lý 41 2.3.3.1 Đặc tả WirelessMAN-SC PHY 41 2.3.3.2 Đặc tả PHY WirelessMAN-Sca 42 2.3.3.3 Đặc tả PHY WirelessMAN-OFDM 43 2.3.3.4 Đặc tả PHY WirelessMAN- OFDMA 48 2.4 Kết luận 51 CHƢƠNG TRIỂN KHAI – ỨNG DỤNG TẠI KHOA NGOẠI NGỮ – ĐHTN 52 3.1 Mô hì nh mạng lƣới không dây tại Khoa Ngoại ngƣ̃ – Đại học Thái Nguyên 53 3.2 Bài toán kết hợp hệ thống mạng WMN với hệ thống mạng sẵn có Khoa Ngoại ngƣ̃ 54 3.3 Kết luận 58 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT WMN IEEE Wireless Mesh network Institute of Electrical and Electronics Engineers Mạng lƣới không dây Viện kỹ sƣ điện điện tử AP Access Point Điểm truy nhập NIC Network Interface Card Thiết bị giao tiếp mạng CPE Customer Premier Equipment MAC Media Access Control Địa Vật lý card mạng Wireless local area network Mạng không dây WAN Wide area network Mạng diện rộng DSL Digital Subcriber Line Kênh thuê bao số WLAN Bộ phận thu phát, kết nối thông tin tại các nút mạng AODV Ad-hoc On Demand Distance Vector Giao thức định tuyến PWRP Predictive Wireless Routing Protocol OLSR QoS BS Giao thức định tuyến không dây Optimized Link State Routing Giao thức định tuyến trạng Protocol thái liên kết tối ƣu Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ Base Station Trạm sở Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN ISM WECA PLCP Industrial, Scientific Medical khoa học và y tế Wireless Ethernet Compatibility Tổ chức cấp phép dải tần Alliance Mỹ Physical Layer Convergence Protocol PMD Physical Medium Dependent CCA Clear Channel Assessment FHSS Dải tần dành cho công nghiệp, Frequency Hopping Spread Spectrum Tầng giao thƣ́c vật lý Tầng phụ thuộc môi trƣờng truyền Đánh giá kênh truyền rỗi Kỹ thuật trải phổ nhảy tần Direct Sequence Spread Spectrum Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp Carier Sense Multiple Access/ Giao thức điều khiển truy cập Collision Detect mạng Carier Sense Multiple Access/ Giao thức điều khiển truy cập Collision Avoidance mạng DCF Distributed Coordination Function Chức cộng phân tán PCF Point Coordination Function DSSS CSMA/CD CSMA/CA OFDMA OFDM Chức điều khiển tập trung Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo Multiple Access tần số trực giao Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Multiplexing số trực giao DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mơ hì nh mạng lƣới không dây Hình 1.2: Mạng Infrastructure mesh 10 Hình 1.3: Mạng client mesh 11 Hình 1.4: Mạng mesh lai 11 Hình 1.5: Mạng WMN với nút mạng đƣợc sắp xếp ngẫu nhiên 14 Hình2.1:mơ hì nh mạng WLAN 17 Hình2.2: Mơ hì nh phân lớp WLAN theo chuẩn 802.11 19 Hình 2.3: Các kênh và dải tần số hoạt động 23 Hình 2.4: Các kênh không xung đột khu vực 23 Hình 2.5: Chƣ́c cộng phân tán DCF 27 Hình 2.6: Hiện tƣợng đầu cuối ẩn 28 Hình2.7: Hiện tƣợng trạm ći lợ 28 Hình2.8: Cơ chế RTS/CTS giải vấn đề trạm cuối ẩn 29 Hình 2.9: Cơ chế RTS/CTS giải vấn đề trạm cuối lộ 30 Hình2.10: PCF sƣ̉ dụng việc hỏi vòng 30 Hình 2.11: Mơ hì nh tham chiếu 35 Hình 2.12: Các định dạng MAC PDU 37 Hình 2.13: Cấu trúc Symbol OFDM 45 Hình 2.14: Dạng hình brick wall 45 Hình 2.15: Cấu Trúc khung 47 Hình 2.16: Cấu trúc thời gian symbol OFDMA 49 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn viii Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Hình 2.17: Mơ tả tần số OFDMA (ví dụ với lƣợc đồ kênh con) 49 Hình 2.18: Phân bố thời gian-khung TDD (chỉ với miền bắt buộc) 50 Hình 2.19: Định dạng TC PDU 51 Hình 3.1: Sơ đồ kiến trúc hạ tầng mạng Khoa Ngoại ngƣ̃ 53 Hình 3.2: Vị trí đặt 03 router 54 Hình 3.3: Giao diện quản lý Switch Cisco Catalyst Express 500 56 Hình 3.4: Quản lý node mạng 56 Hình 3.5: Thiết lập node chờ 12 để kết nối đến router R1 57 Hình 3.6: Kích hoạt node chờ 12 57 Hình 3.7: Cấu hì nh modem WAG 160N thành router 58 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN CHƢƠNG KIẾN TRÚC CỦA MẠNG LƢỚI KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu mạng lƣới khơng dây Khái niệm mạng hình lƣới... Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nguyễn Đức Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN Các mạng mesh không dây tập hợp node... Quỳnh - Nghiên cứu kiến trúc mạng lưới không dây triển khai ứng dụng Khoa NN – ĐHTN định tuyến đến định tuyến trƣớc đạt đến điểm backhaul để kết nối tới mạng lớn Mạng Mesh đƣợc triển khai với