Chương 1 giới thiệu tổng quan về tam quan trong và thách thức mang mesh không dây và các ứng dụng multicast, các định nghĩa của thiết kế liên tầng và kỹ thuật mã mạng cũng như các công trình liên quan. Trong chương 2 trình bày các nội dung về công nghệ mạng mesh không dây và các phương pháp multicast truyền thống. Chương 3 trình bay chi tiết các kỹ thuật thiết kế liên tầng và kỹ thuật mã mạng tuyến tính. Trong chương 4, tác giả luận văn đề xuất phương pháp mới để tăng hiệu năng cho các ứng dụng multicast trong mang mesh không dây.
Chương này cũng trình bay các kết quả mô phỏng bằng bộ mô phỏng mạng NS-2. Tác giả đưa ra kết quả so sánh hiệu năng của phương pháp mới với các phương pháp đã có. Phần kết luận đưa ra tổng kết các kết quả luận văn đã đạt được và một số hướng nghiên cứu tiếp theo. CÔNG NGHỆ MẠNG MESH KHÔNG DAY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP MULTICAST 2.1 Công nghệ mạng mesh không dây WMN Các mang mesh không dây là tập hợp các node có định và di động kết nối thông qua các liên kết không dây để tạo nên một mạng không dây đa chặng (multihop).
Trong khi các mang không day truyền thống như WLAN, WMAN, mạng tế bào cần có một thiết bị trung tâm (điểm truy cập hoặc trạm cơ sở) cho truyền thông không dây, mạng WMN không cần một thiết bị trung tâm như vậy. Trong mạng WMN, mỗi node đóng vai trò là máy khách và router. Nó chuyên tiếp các gói tin tới các node khác khi node nguồn và node đích cách nhau nhiều hơn một chặng. Mạng WMN có khả năng tự-cấu hình và tự-tổ chức.
Khi một node tham gia vào mạng hay đời đi khỏi mang, mạng có khả năng cấu hình lại để thích nghỉ với những thay đổi trong mạng. Thiết lập mạng là tự động và trong suốt đối với người dùng. Khi thêm một node vào mang, node nay sẽ tự động tìm các router không dây khác và đường tới mạng có dây. Các router không dây trong mạng cũng tự cấu hình lại cho phù hợp.
Vi lý do này mà mạng WMN có thé dé dang mở rộng.1 Kiến trúc của mạng WMN Mạng WMN bao gồm hai loại node: mesh router và mesh client. Mesh router có chức năng định tuyến các gói tin trong mạng. Chúng có một số giao điện không dây có thé có công nghệ giống nhau hoặc khác nhau. Hơn nữa chúng có chức năng của gate/bridge làm cho mạng có khả năng tích hợp với các mạng không dây đã có như mạng tế bào, Wi-Fi, Wi-MAX, mạng cảm biến (sensor network).
Mesh client là các thiết bị không dây như laptop, máy tính để bàn, PDA, Pocket PC, điện thoại cầm tay được trang bị một card giao diện mạng không dây (NIC) và có thé kết nối trực tiếp tới các mesh router. Các máy khách không có NIC không dây có thé truy cập vào mang bằng cách kết nối với các mesh router thông qua Ethernet. Có 3 loại kiến trúc mạng WMN: mang infrastructure mesh, mạng client mesh va mang mesh lai. Mang Infrastructure mesh Trong kiến trúc này các mesh router hình thành nên mang mesh cung cấp đường backbone cho các máy client và có khả năng tích hợp các mạng không dây đã có như mạng Wi-Max, Wi-Fi, mạng tế bào, mang cảm biến.
Các client có thé kết nối với mạng WMN thông qua kết nối có dây hoặc không dây. Wireless Mesh Backhone , Mesh Router ~ ~ yok P ` vith Gateway >3. Wired Clients Ƒ ` ' ` ý Đụ 3 ae ì Mesh Router ‘ “—. Pi ` To Meshpeace Router x with Gatewny/Brid i Sle + = \ a with Gateway/Bridge x Te.
Wireless Clients Ệ BB ⁄ ‘gee q Fi N ` _ with Gateway/Bridge with Galeway/Bridge, Mesh Router : oe =| ae ` \ | :. ae a yt _ KẾ _ ẢccessPoint _ _— ( ) Networks E Ñ = Rase Station — Gu\ ` ⁄ Rase Station ag Cellular — WiMAX Networks Networks Hinh 2-1 Mang Infrastructure mesh Mang client mesh Trong mang client mesh, các client kết nối trực tiếp với nhau và hình thành nên mạng ngang hàng. Không cần có mesh router trong kiến trúc này. Các client có chức năng của cả các router như định tuyên và tự câu hình.
Mạng mesh lai Mạng mesh lai là kết hợp của kiến trúc infrastruture mesh và client mesh. Các mesh router cung cấp đường backbone cho kết nối tới các mạng không dây khác. Các client khong dây có thể truy cập tới mạng WMN bằng việc kết nối trực tiếp tới các mesh router hoặc các client khác. 10 ae = 4 = ~ 0 Se hl ~ - X - ` `.
Mesh Client, "X%ỐỎ X4 >w \ ` / \ ` \ ` / H \ ` ` t 1 ' \ > i sf / “ \ ee ee) -—~ xứ “ “ Jf / ` - về eel ¬. Mesh Client Hinh 2-2. Mang client mesh P Mesh Router ~~ with IP Gateway f t ` t Me a ! § # et1 z ` Router sửMesh Router # z Mesh with Gateway/Bridge | ie Sarg re S5 vớ ee 7 ` ! E with Gateway/Bridge Se 7 > _Ể= ‘ \ Pe + Wi-Fi, Wi-MAX, = Mesh Router `. Mesh Raocler - Mesh Router \ Sensor Networks, )† ws r vẽ Ms X \ Conventional Clients “Cellular Networks, ete.
` ca ‘ § ~“ a Bà 1 iene Wireless Mesh Clients Hinh 2-3. Mang mesh lai 2.2 Cac lợi ich của mang WMN Ngày nay các kết nối Internet băng thông rộng sử dung day cáp hay các đường thuê bao số (DSL). Tuy nhiên, một số lượng lớn dân số (đặc biệt ở các vùng nông thôn, các thành phố lớn, thậm chí ở các nước đã phát triển) không có cơ sở hạ tang băng thông rộng cần thiết (dây cáp vô tuyến hay dây cáp điện thoại chất lượng tốt) để kết nôi Internet. Hơn nữa việc cải đặt các cơ sở hạ tang yêu câu (đặc biệt là việc cai đặt 11 các dây cáp mới) là cực kỳ đắt đặc biệt là đối với các nhà cung cấp dịch vụ Internet ISP.
Các mạng WMN cung cấp công nghệ truy cập Internet băng thông rộng với rất nhiêu lợi ích: Đầu tư ban đầu thấp: Vì không cần cài đặt cáp, kinh phí đầu tư ban đầu giảm đi đáng kế. Một mạng WMN cơ bản cung cấp một vùng phủ tối thiểu có thé được sử dụng dé phục vụ các khách hàng đầu tiên; khi số khách hàng tăng lên, mạng có thể được nâng cấp lên. Ngoài ra, các sóng radio 802.11 đã trở nên khá rẻ nhưng các sóng radio vẫn là một trong những phần đắt nhất của một mạng. Trong khi đó, mỗi node trong mạng mesh hoạt động vừa như một client vừa như một repeater, như vậy sẽ tiết kiệm được sô các radio cân thiệt.
Độ phủ khách hàng cao: Vì khả năng định tuyến đa chặng của mạng, client không cần phải kết nối trực tiếp với một trạm cơ sở đơn miễn là một client có kết nối tới bat kỳ một client khác, nó có thé truy cập tới Internet. Người ta đã chỉ ra rằng, đặc biệt đối với các trường hợp có vật cản lớn (tòa nhà cao tang hay cây cối), một mạng WMN có thé tăng độ phủ của mang lên đáng ké so với một giải pháp điểm-tới-nhiều điểm (ví dụ IEEE 802. Dễ dàng và đơn giản: Các router được cau hình tự động, nên việc cài đặt là đơn giản. Thêm một khách hàng mới tới vào một mạng WMN đã ton tại có thé chỉ mat vài giờ đồng hỗ thay vì vài tháng khi cài đặt các dây mới cho cáp hay DSL.
Tin cậy: Đặc trưng của topo mesh và định tuyến adhoc làm cho mang có khả năng đối phó được với những thay đổi của điều kiện môi trường và lỗi xảy ra ở các node. Đặc biệt nếu đa gateway được sử dụng, tất cả các điểm- lỗi đơn bị loại bỏ. Một giao thức định tuyến có thê định tuyến lại nhanh chóng xung quanh điểm hoặc node bị lỗi, và trong trường hợp gateway lỗi, nó có thê phân phối lại các node cho gateway gần nhất. Năng lượng: Các node của một mạng mesh — ngoại trừ những node duy trì một đường up-link với Internet - có thể được xây dựng với yêu cầu năng lượng thấp.
Tích hợp: Mang WMN có thé dé dàng tích hợp với các công nghệ mạng đã có (mạng tế bao, mang Wi-Fi, Wi-MAX, mạng cảm biến) 12 2.2 Các phương pháp multicast truyền thống Việc triển khai các thuật toán định tuyến multicast trong một mạng lớn là một công việc phức tạp. Luận văn sẽ trình bày một số thuật toán định tuyến multicast truyền thống, bắt đầu từ thuật toán đơn giản nhất như “flooding” (trút đổ) hoặc “spanning trees” (cây khung) trước khi mô tả “reverse path forwarding” (chuyền tiếp đường ngược), “Steiner trees,” (cây Steiner) hoặc “shared trees” (cây chia sẻ) và “per- souce trees” (cây mỗi nguồn).1 Phương pháp định tuyến “Trút đỗ” Có một số biến dang của thuật toán trút đỗ, nhưng tat cả chúng cùng chia sẻ một nguyên lý chung. Một node trong mạng sẽ nhận một gói tin được gửi tới một đích multicast. Đầu tiên nó sẽ cố găng xác xác định rằng đây có phải là lần đầu tiên nhận một gói tin nhất định hay không.
Nếu là lần đầu tiên, nó sẽ gửi một bản sao của gói tin trên tất cả các giao diện (ngoại trừ giao diện đến), dam bảo rang gói tin thực sự đang đến tất cả các đích đến trong mạng. Thuật toán trút đồ được sử dụng chủ yêu khi cần tính chất robustness của mang. Nó không phụ thuộc vào bắt cứ loại bảng định tuyến nảo, và ích lợi của nó là ít xảy ra lỗi truyền vì gói tin sẽ được nhận bởi tất cả các đích vì sẽ tồn tại ít nhất một đường. Nhưng thuật toán này cần cả tài nguyên về bộ nhớ vì nó cần một điểm vào cho mỗi gói tin va tài nguyên truyên thông vì nó sử dụng tat cả các đường có san.
Nhược điêm của thuật toán trút đô: e Thuật toán này rat lãng phí băng thông. Trong khi một thông điệp chỉ có một đích đến thì nó được gửi tới tất cả các host. Điều này làm tăng tải cực đại của mạng. e Các thông điệp bị nhân bản trong mạng cũng làm tang tải lên băng thông mạng cũng như tăng độ phức tạp xử lý trong việc.2 Phương pháp định tuyến “Cây khung” Một giải pháp hiệu quả hơn trút đồ là kỹ thuật “cây khung”.
Cây khung là cây nối tất cả các đỉnh với nhau (các đỉnh bao gồm các router và các host). Cây khung được xây dựng ở thời điểm ban đầu khi khởi tạo mạng. Đầu tiên chọn ra một router 13 “chính”, router này trở thành trung tâm của mang, sau đó bởi việc tao ra các liên két dựa trên đường ngắn nhất giữa các router khác và trung tâm.