Lời mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn được trình bày trong ba chương: Chƣơng I: “Tổng quan về phân lớp 802.11 MAC trong các mạng không dây” Chƣơng II: “Phân tích nguyên nhân của sự không công bằng luồng trong các mạng Ad Hoc không dây” Chƣơng III: “Giải pháp cải thiện sự công bằng trong các mạng Ad Hoc không dây” TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHÂN LỚP 802.11 MAC TRONG CÁC MẠNG KHÔNG DÂY 1. Giới thiệu mô hình trong các mạng LAN không dây Hai mô hình cơ bản sử dụng cho mạng LAN không dây là Ad Hoc và mạng cơ sở hạ tầng. Hai mô hình này có sự khác biệt nhau rõ ràng về giới hạn không gian sử dụng, cách quản lý mạng, kiến trúc mạng. Ad Hoc (IBSS- Independent Basic Service Set) Tập dịch vụ cơ bản không có cơ sở hạ tầng còn gọi là mạng Ad Hoc.
Ad Hoc là mô hình mạng mà trong đó chỉ bao gồm các máy trạm, không có Access Point (AP). Mỗi thiết bị kết nối trực tiếp với các thiết bị khác trong mạng. Mô hình này rất thích hợp cho việc kết nối một nhóm nhỏ các thiết bị và không cần phải giao tiếp với các hệ thống mạng khác. Mô hình dịch vụ cơ bản không có cơ sở hạ tầng Định tuyến trong mạng Ad Hoc được xử lý bởi giao thức định tuyến Ad Hoc, cài đặt ở tầng mạng.
Trong giao thức định tuyến này, các nút mạng có chức năng như là router, chúng có khả năng khám phá và duy trì đường đi đến các nút mạng khác Giao thức định tuyến Ad Hoc được chia làm 2 loại: sử dụng bảng định tuyến và thiết lập đường đi theo yêu cầu của nút mạng nguồn. Bảng định tuyến lưu trữ thông tin về đường đi giữa hai máy và duy trì tính chất “mới” của TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4 thông tin định tuyến phát định kỳ trong mạng. Các giao thức sử dụng bảng định tuyến bao gồm: DSDV (Destination- Sequenced Distance Vector Routing), CGSR (Clusterhead Gateway Switch Routing), WRP (Wireless Routing Protocol). Vấn đề chủ yếu đặt ra với giao thức kiểu này là: cập nhật bảng và số lượng các đường đi cần lưu trữ.
Việc cập nhật thường xuyên dẫn đến tiêu hao nhiều năng lượng của các node và sinh ra nhiều gói tin định tuyến làm tăng tải mạng, nếu cập nhật không thường xuyên trong tình huống các nút mạng di chuyển nhanh sẽ dẫn đến định tuyến sai, do các thông tin đã cũ. Sử dụng giao thức “thiết lập đường đi theo yêu cầu nút nguồn” sẽ chỉ thiết lập đường đi khi cần thiết. Khi một máy muốn truyền tin nó gửi gói tin “khám phá đường đi” đến đích. Đường đi được thiết lập và duy trì cho đến khi hai máy tính không muốn sử dụng hoặc không thể truy cập được qua kết nối đó.
Một số giao thức kiểu này là: AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing), DSR (Distance Source Routing), TORA (Temporally- Ordered Routing Algorithm), ABR (Associativity Based Routing), SSR (Signal Stability Routing). Giao thức loại này có điểm lợi là các nút mạng không phải duy trì thường xuyên đường đi đến các nút mạng khác. Nhược điểm là khi có nhu cầu gửi, các nút mạng phải đợi một thời gian để đường đi được thiết lập, do đó tăng độ trễ gói tin. Tập dịch vụ cơ sở hạ tầng (IBSS - Infrastructure Basic Service Set) Tập dịch vụ cơ sở hạ tầng là một mô hình mở rộng của một mạng Wireless LAN (WLAN) đã có bằng cách sử dụng AP.
AP đóng vai trò vừa là cầu nối của mạng WLAN với các mạng khác vừa là trung tâm điều khiển sự trao đổi thông tin trong mạng. Các AP sử dụng kĩ thuật “thăm dò” để điều khiển việc truyền thông trong một BSS, kỹ thuật này thường được gọi là PCF (Point Coordination Function), có nghĩa là thực hiện chức năng điều khiển truy cập tập trung. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 5 Distribution System Hình 1. Mô hình mạng cơ sở hạ tầng 1.
Tập dịch vụ mở rộng (ESS - Extended Service Set) Tiêu chuẩn 802.11 mở rộng phạm vi di động tới một phạm vi bất kỳ thông qua ESS. Một ESS là một tập hợp của các tập dịch vụ cơ sở hạ tầng nơi mà các AP giao tiếp với nhau để chuyển lưu lượng từ một BSS tới một BSS khác để làm cho việc di chuyển dễ dàng của các trạm giữa các BSS. Tập hợp dịch vụ mở rộng TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Mô tả chức năng phân lớp MAC 1.
Kiến trúc MAC Phân lớp MAC nằm trong lớp liên kết dữ liệu của mô hình OSI. Phân lớp MAC xác định cách thức truyền các khung dữ liệu trên môi trường truyền dẫn bằng cách kết hợp một địa chỉ vật lý cho mỗi thiết bị, xác định tôpô mạng và thăm dò đường truyền. Kiến trúc phân lớp MAC bao gồm hai khối chức năng: Khối chức năng DCF (Distributed Coordination Function là chức năng phối hợp phân tán) và khối chức năng PCF (Point Coordination Function là chức năng phối hợp điểm). Mô hình OSI và kiến trúc phân lớp MAC Các phương thức điều khiển truy cập tới các hệ thống WLAN có thể là ngẫu nhiên hoặc được sắp xếp.
Hoạt động của hệ thống WLAN có thể tập trung, phân tán hoặc là kết hợp cả hai. Khi hoạt động của hệ thống là ngẫu nhiên, nó được gọi là DCF. Khi hoạt động của mạng được điều khiển, nó được gọi là PCF. Chức năng phối hợp phân tán (DCF) DCF là phương pháp truy nhập theo chuẩn 802.11 cho phép tất cả các trạm trong một WLAN tranh chấp nhau nhằm dành quyền truy nhập vào môi trường truyền dẫn không dây có tính chất chia sẻ nhờ sử dụng giao thức TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 7 CSMA/CA.
DCF sẽ được thực hiện trong tất cả các trạm, thay cho việc sử dụng cả IBSS và cấu hình mạng cơ sở hạ tầng. DCF cho phép hoạt động độc lập của các thiết bị dữ liệu vô tuyến. Trong một hệ thống dựa trên sự tranh chấp DCF, các thiết bị trao đổi thông tin yêu cầu một cách ngẫu nhiên các dịch vụ từ các kênh bên trong một hệ thống trao đổi thông tin. Bởi vì các yêu cầu trao đổi thông tin xảy ra một cách ngẫu nhiên, nên hai hay nhiều thiết bị có thể yêu cầu các dịch vụ một cách đồng thời.
Điều khiển truy cập của một phiên DCF thường bao gồm việc yêu cầu các thiết bị phán đoán các hoạt động trước khi truyền và lắng nghe các dịch vụ nó yêu cầu có bị xung đột. Nếu thiết bị yêu cầu không nhận được một phản hồi cho yêu cầu của nó, nó sẽ trì hoãn trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi truy cập lại. Một cải tiến của phương thức có thể sử dụng trong nhiều trường hợp khác nhau để giúp làm giảm tối thiểu các xung đột ở trạm truyền và nhận trao đổi các khung điều khiển ngắn [ yêu cầu gửi (RTS) và sẵn sàng để nhận (CTS) các khung] sau khi xác định môi trường đang rỗi và sau mọi sự trì hoãn hoặc backoff (thời gian chờ đợi trong một khoảng thời gian nhất định), trước khi truyền dữ liệu. Các mô hình mạng BSS (trong mô hình này chỉ có duy nhất một AP và các máy trạm), ESS (đây là mô hình mở rộng của BSS cho phép có nhiều AP và các máy trạm), IBSS (mô hình này không có AP mà chỉ có các máy trạm kết nối trực tiếp với nhau) đều có thể sử dụng được chế độ DCF.
Chức năng phối hợp điểm (PCF) PCF là chế độ hoạt động của các thiết bị vô tuyến được điều khiển trong chế độ cơ sở hạ tầng. Trong một hệ thống được điều khiển, các thiết bị trao đổi thông tin đợi cho đến khi nhận được một thông tin phản hồi trước khi chúng truyền bất kỳ một thông tin nào. Bởi vì việc trao đổi thông tin giữa các thiết bị được điều khiển bởi một thiết bị trung tâm nên ít có xung đột xảy ra. Để xác nhận dữ liệu truyền đã được nhận thành công, thông tin thăm dò sẽ có chứa thông tin về trạng thái của các gói tin mà đã được nhận.
Nếu thiết bị gửi không nhận một sự xác nhận của việc truyền trong gói tin thăm dò, nó sẽ truyền lại dữ liệu. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 8 Ưu điểm của PCF là đảm bảo được một khoảng thời gian trễ xác định vì vậy các ứng dụng yêu cầu về QoS (như các ứng dụng thoại hay truyền hình thời gian thực,…) có thể sử dụng trên nền chế độ truyền dẫn này. Khi sử dụng PCF, AP sẽ đảm nhiệm chức năng thực hiện thuật toán thăm dò do đó các mạng Ad Hoc không thể sử dụng chế độ này. PCF phải được sử dụng kết hợp với DCF.
Có thể để kết hợp các lợi ích của DCF và PCF thành một hệ thống tốt hơn. Sự kết hợp dựa trên các khoảng thời gian đặc trưng được chỉ định trong DCF và PCF. Bằng việc kết hợp các quá trình này, có thể đảm bảo việc truyền dữ liệu dịch vụ thời gian thực và cho phép truy cập ngẫu nhiên.3 Sự cùng tồn tại của DCF và PCF DCF và PCF sẽ cùng tồn tại theo một cách mà cho phép cả hai hoạt động đồng thời trong phạm vi cùng BSS. Khi một PC đang hoạt động trong một BSS, hai phương thức truy cập luân phiên, với một chu kỳ không xung đột (CFP -Contension Free Period) đi theo sau bởi một chu kỳ xung đột (CP - Contension Period).
Phân mảnh Quá trình phân chia một đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC (MSDU - MAC service data unit) hay một đơn vị dữ liệu giao thức quản lý MAC (MMPDU - MAC management protocol data unit) vào trong các khung MAC cấp nhỏ hơn, các đơn vị dữ liệu giao thức MAC (MPDU-MAC protocol data units), được gọi là phân đoạn. Phân đoạn tạo ra các MPDU nhỏ hơn độ dài MSDU hay MMPDU gốc để tăng thêm độ tin cậy, bằng việc tăng dần khả năng truyền thành công của MSDU hay MMPDU trong trường hợp ở nơi mà kênh đặc trưng hạn chế tiếp nhận độ tin cậy với các khung dài. Phân đoạn được hoàn thành tại mỗi thiết bị truyền tức thời. Quá trình kết hợp lại MPDU thành một MSDU hoặc MMPDU đã được định nghĩa khi ghép phân đoạn.
Ghép phân đoạn đã hoàn thành tại mỗi nơi nhận trực tiếp. Chỉ các MPDU với một địa chỉ nơi nhận duy nhất sẽ được phân đoạn. Các khung broadcast/multicast sẽ không được phân đoạn ngay cả khi độ dài của chúng vượt quá giới hạn phân đoạn. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.