ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Bùi Minh Đức ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN TRÊN CÁC MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG HỖN HỢP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Bùi Minh Đức ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN TRÊN CÁC MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG HỖN HỢP KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hƣớng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hoài Sơn HÀ NỘI - 2010 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trƣờng Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt 4 năm học qua để em có đủ kiến thức hoàn thành khóa luận này. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Hoài Sơn – ngƣời đã nhiệt tình động viên, giúp đỡ em trong quá trình định hình, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận này. Em xin cảm ơn sự nhiệt tình chia sẻ kinh nghiệm, đóng góp ý kiến của các anh, chị và các bạn trong nhóm nghiên cứu của thầy Nguyễn Hoài Sơn trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận này. Xin gửi lời cảm ơn thiết tha nhất tới những ngƣời thân trong gia đình đã tạo điều kiện và động viên cho con/em rất nhiều trong quá trình hoàn thành khóa luận này. Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành khóa luận này với tất cả nỗ lực của bản thân, xong luận văn sẽ khó tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô tận tình chỉ bảo cho em những sai lầm cần khắc phục của mình. Một lần nữa em xin gửi tới tất cả mọi ngƣời lời cảm ơn chân thành nhất. Hà Nội, tháng 05 năm 2010 Sinh viên Bùi Minh Đức TÓM TẮT Khóa luận tìm hiểu một số giải pháp hỗ trợ chuyển giao dọc đồng thời kết hợp băng thông các đƣờng truyền. Mục đích chính của khóa luận là đánh giá các giải pháp tìm hiểu ở các khía cạnh nhƣ việc hỗ trợ cho quá trình chuyển giao dọc cũng nhƣ việc tận dụng băng thông các đƣờng truyền. Để đánh giá các giải pháp tìm hiểu khóa luận tiến hành thiết lập môi trƣờng thí nghiệm, đƣa ra các kịch bản thí nghiệm đo đạt và đánh giá các giải pháp đó trong nhiều kịch bản khác nhau nhằm đƣa ra đƣợc cái nhìn thực tế cho các giải pháp đó. Từ các kết quả đo đạt đƣợc trong quá trình thực nghiệm khóa luận cũng tiến hành so sánh, lập biểu đồ để chỉ ra những ƣu nhƣợc điểm của từng giải pháp so sánh chúng với nhau khi áp dụng thực tế. Để thuận tiện cho quá trình kiểm tra đánh giá, khóa luận cũng tiến hành mô tả chi tiết quá trình làm thí nghiệm, các bƣớc, thao tác thực hiện khi tiến hành các thí nghiệm cần thiết. Mục Lục Phần Mở Đầu 1 CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN 4 1.1. Tổng quan về mạng không dây 4 1.2. Mobile IP và việc hỗ trợ di động 6 1.3. Tổng quan về chuyển giao 12 1.4. Chuyển giao dọc và vấn đề kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền 17 1.4.1 Chuyển giao dọc trong mạng không dây di động 17 1.4.2 Vấn đề kết hợp băng thông các đƣờng truyền 20 CHƢƠNG 2 – CÁC GIẢI PHÁP CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN 22 2.1. Giải pháp hỗ trợ chuyển giao dọc đồng thời kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền. 22 2.2. Giải thuật DC(Distribution Counter). 25 2.3. Giải thuật lập lịch cho gói tin hỗ trợ cho chuyển giao dọc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền. 28 CHƢƠNG 3 – ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP BẰNG THỰC NGHIỆM 32 3.1. Mục tiêu đánh giá 32 3.2. Hệ thống thí nghiệm 33 3.3. Các kịch bản thí nghiệm 34 3.3.1. Kịch bản thí nghiệm đánh giá các giải pháp về hỗ trợ chuyển giao dọc 34 3.3.2. Kịch bản thí nghiệm đánh giá các giải pháp về việc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền 36 3.4. Tiến hành thí nghiệm 38 3.4.1. Thiết lập hệ thống thí nghiệm 38 3.4.2. Thực hiện các thí nghiệm. 39 CHƢƠNG 4 – KẾT QUẢ TRIỂN KHAI VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP 40 4.1. Kết quả triển khai thí nghiệm 40 4.1.1. Kết quả các thí nghiệm đánh giá việc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền40 4.1.2. Kết quả đánh giá các giải pháp với việc chuyển giao dọc 44 4.2. Đánh giá các giải pháp dựa trên thực tiễn 46 4.2.1. Giải thuật chia đều 46 4.1.2. Giải thuật lập lịch động 47 4.1.3. Giải thuật DC 47 CHƢƠNG 5 – KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 49 Kết luận 49 PHỤ LỤC 50 1. Cầu hình địa chỉ IP và định tuyến cho các máy 50 2. Cầu hình hạn chế băng thông và độ trễ cho từng kết nối. 52 3. Cài đặt ftp-server và ftp-client ở CN và MN 53 CHÚ THÍCH CÁC THUẬT NGỮ LIÊN QUAN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 Hình 1: Định tuyến tam giác trong Mobile IP 10 Hình 2: Định tuyến mobile IPv6 11 Hình 3: một ví dụ về chuyển giao cứng 13 Hình 4: một ví dụ về chuyển giao mềm. 13 Hình 5: một ví dụ về chuyển giao ngang. 14 Hình 6: Một ví dụ về chuyển giao dọc 15 Hình 7: Hệ thống mạng 4G 18 Hình 8: Mô hình mạng đề xuất 22 Hình 9: sử dụng DC đánh giá khả năng chuyển gói tin của kết nối 26 Hình 10: Mô hình lập lich kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền 28 Hình 11: Hoạt động của giải thuật lập lịch động 29 Hình 12: Lƣu đồ trao đổi gói tin giữa Mobile Agent và Mobile Node 30 Hình 13: Mô hình hệ thống thí nghiệm 33 Hình 14:Bố trí thí nghiệm hỗ trợ chuyển giao dọc 35 Hình 15: Bố trí thí nghiệm hỗ trợ kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền 37 Hình 16 : Biểu đồ so sánh các giải thuật khi sử dụng 1 đƣờng truyền có dây và một đƣờng truyền không dây. 41 Hình 17: Đồ thị so sánh các giải pháp khí sử dụng 2 đƣờng truyền có dây. 42 Hình 18: so sánh 3 giải thuật khi sử dụng 2 đƣờng truyền có cùng băng thông. 43 Hình 19: Biểu đồ so sánh 3 giải thuật khi sử dụng 3 đƣờng truyền cùng một lúc 44 Hình 20: biểu đồ miêu tả giải thuật chia đều với việc hỗ trợ chuyển giao dọc 45 Hình 21: giải thuật lập lịch động với chuyển giao dọc. 45 Hình 22 giải thuật DC với chuyển giao dọc 46 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Dạng đầy đủ 1. GSM Global System for Mobile Communications 2. MN Mobile Node 3. HA Home Agent 4. CN Correspondent Node 5. FA Foreign Agent 6. 3G 3 th Generation 7. 4G 4 th Generation 8. IPv4 Internet Protocol version 4 9. IPv6 Internet Protocol version 6 10. HoA Home of Address 11. CoA Care of Address 12. WLAN Wireless LAN 13. GPRS General Packet Radio Service 14. CDMA Code Division Multiple Access 15. WLAN Wireless Local Area Network 1 Phần Mở Đầu Với sự hỗ trợ của các công nghệ mạng không dây ngƣời sử dụng đầu cuối ngày này không còn bị bó buộc với dây dẫn vật lý để có thể kết nốivới mà thay vào đó, họ có thể dùng song vô tuyến, hồng ngoại… Điều này giúp cho ngƣời dùng có thể kết nối với nhau ngay cả ở những nơi không thể sử dụng dây dẫn vật lý và quan trọng hơn là họ có thể di chuyển trong khi vẫn đang tiến hành trao đổi thông tin. Việc giải quyết các bài toán liên quan đến các vấn đề các nút mạng di chuyển trong khi vẫn đang kết nối chính vì thế ngày càng trở lên quan trọng với sự gia tăng mạnh mẽ của số lƣợng ngƣời dùng đầu cuối di động và nhu cầu đƣợc duy trì các phiên ứng dụng trong khi ngƣời dùng thay đổi địa điểm truy cập Internet. Các thiết bị đầu cuối càng ngày càng đƣợc trang bị nhiều giao diện mạng cùng với đó là sự xuất hiện của nhiều công nghệ mạng không dây khác nhau. Hơn nữa, sự phát triển của mạng 4G[5] trong tƣơng lai sẽ cung cấp một môi trƣờng phủ sóng chồng chéo hỗn hợp của nhiều mạng không dây sử dụng các công nghệ mạng khác nhau, cung cấp các dịch vụ khác nhau. Những điều kiện trên làm nảy sinh yêu cầu chuyển giao giữa các mạng không dây khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu dịch vụ của các ứng dụng trên thiết bị di động. Bên cạnh đó là yêu cầu về duy trì các kết nối vào Internet trong quá trình di chuyển thiết bị từ vị trí này sang vị trí khác; từ vùng mạng này sang vùng mạng khác. Giao thức IP ban đầu chƣa giải quyết đƣợc vấn đề này, do đó yêu cầu cần thiết là phải đƣa ra giải pháp hỗ trợ chuyển giao cho thiết bị của ngƣời dùng sử dụng giao thức IP hiện tại. Mặt khác, các ứng dụng yêu cầu băng thông truyền tải lớn nhƣ các ứng dụng thời gian thực, truyền tin đa phƣơng tiện,…xuất hiện ngày càng nhiều với băng thông yêu cầu ngày càng cao. Việc sử dụng một đƣờng truyền duy nhất tại một thời điểm cho tất cả các ứng dụng trên thiết bị không những làm giảm khả năng đáp ứng băng thông mà còn sử dụng một cách không tối ƣu các tài nguyên về đƣờng truyền ra Internet của thiết bị. Từ đó vấn đề đƣa ra cần giải quyết là làm sao kết hợp đƣợc băng thông của nhiều đƣờng truyền khác nhau tại cùng một thời điểm để làm tăng khả năng đáp ứng băng thông cho các ứng dụng trên thiết bị di động và giảm thiểu khả năng kết nối bị gián đoạn khi tín hiệu của một trong các đƣờng truyền bị mất. 2 Đã có nhiều giải pháp đƣợc đƣa ra để tối ƣu hóa việc chuyển giao dọc kết hợp với băng thông nhiều đƣờng truyền nhằm tận dụng đƣợc tối đa băng thông của các đƣờng truyền cũng nhƣ hỗ trợ tốt cho quá trình chuyển giao dọc. Với các vấn đề nêu trên, đề tài này sẽ tập trung giải quyết hai vấn đề chính: Thứ nhất, tìm hiểu các giải pháp tối ƣu hóa chuyển giao dọc kết hợp với băng thông nhiều đƣờng truyền. Trong phần này sẽ đi sâu để tìm hiểu cách thức, ý tƣởng, khả năng triển khai cũng nhƣ hiệu năng lý thuyết của từng giải pháp sẽ tìm hiểu . Thứ hai, Đánh giá các giải pháp tối ƣu hóa chuyển giao dọc kết hợp với băng thông nhiều đƣờng truyền về mặt tận dụng băng thông các đƣờng truyền cũng nhƣ khẳ năng hỗ trợ chuyển giao dọc trong thực tế. Để thực hiện đƣợc hai nhiệm vụ trên khóa luận sẽ tiến hành việc xem xét và đánh giá các giải pháp qua thực tế thí nghiệm. Bằng cách mô tả chi tiết quá trình thí nghiệm cũng nhƣ các kịch bản thực hiện, tiến hành đo đạt các thông số nhằm đảm bảo có đƣợc cái nhìn chính xác nhất khi so sánh các giải pháp trong thực tế mà quan trọng nhất là so sánh các giải pháp về việc hỗ trợ chuyển giao dọc và hiệu quả sử dụng khi kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền. Nội dung khóa luận sẽ đƣợc trình bày dƣới 5 chƣơng:  Chƣơng 1 trình bày tổng quan về mạng không dây, vấn đề kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền, bên cạnh đó là vấn đề chuyển giao dọc, ý nghĩa tầm quan trọng của chuyển giao dọc và kết hợp băng thông trong mạng không dây  Chƣơng 2 sẽ giới thiệu về các giải pháp tối ƣu hóa việc chuyển giao dọc và kết hợp băng thông cũng nhƣ đƣa ra cái nhìn tổng quan về các giải pháp đó  Chƣơng 3 sẽ đƣa ra chi tiết quá trình thí nghiệm, các kịch bản thí nghiệm cũng nhƣ cách thức đo đạt và đánh giá, đồng thời cũng nêu mục đích của thí nghiệm tiến hành .  Chƣơng thứ 4 sẽ trình bày về kết quả thí nghiệm thu đƣợc đồng thời đánh giá các giải pháp tối ƣu hóa chuyển giao dọc với kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền qua thực tế thí nghiệm. [...]... với các giải pháp trƣớc đó trong việc hỗ trợ chuyển giao dọc và kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền:  Đồng thời đạt đƣợc hai mục đích chính là hỗ trợ chuyển giao dọc giữa các giao di n mạng sử dụng các công nghệ mạng khác nhau và kết hợp đƣợc băng thông của nhiều đƣờng truyền tồn tại trên các giao di n mạng khác nhau Các giải pháp đƣa ra trƣớc đây chỉ tập trung giải quyết một trong hai vấn đề nêu trên. .. trong mạng ad-hoc có kết nối WiMAX ra ngoài Internet có thể chia sẻ kết nối Internet cho các máy tính khác trong mạng thông qua giao di n bluetooth của nó 21 CHƢƠNG 2 – CÁC GIẢI PHÁP CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN 2.1 Giải pháp hỗ trợ chuyển giao dọc đồng thời kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền Giải pháp này đƣợc trình bày trong luận văn của Nguyễn Tiến Đạt (k50MTT) Giải pháp. .. tính khả dụng của các kết nối tốt hơn và đồng thời tăng băng thông cho các kết nối hiện có Chƣơng tiếp theo của đề tài sẽ trình bày chi tiết hơn về vấn đề chuyển giao dọc và sử dụng kết hợp băng thông của các đƣờng truyền khác nhau cho mục đích vừa trình bày 16 1.4 Chuyển giao dọc và vấn đề kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền 1.4.1 Chuyển giao dọc trong mạng không dây di động Chuyển giao là một vấn... tin theo các giao di n mạng đang sử dụng Trong giới hạn khóa luận này ta tạm gọi giải pháp này là giải pháp chia đều Khi sử dụng nhiều đƣờng truyền đồng thời tới MN còn làm tăng khả năng duy trì các kết nối của MN bằng cách hỗ trợ chuyển giao giữa các giao di n mạng khác nhau của MN Giả sử ban đầu MN kết nối tới một CN sử dụng giao di n mạng WLAN, tuy nhiên sau đó giao di n mạng này không hoạt động vì... lƣợng FA bằng với số lƣợng các liên kết mạng đang kết nối tới các giao di n mạng của nó Hình 8: Mô hình mạng đề xuất Bài toán kết hợp băng thông của các đƣờng truyền không dây đƣợc giải quyết dựa vào giải pháp BAG trong một luận văn khác Tuy nhiên, điểm khác biệt của giải pháp so với BAG là không sử dụng tới proxy làm thay đổi khá nhiều kiến trúc ban đầu của mạng Thay vào đó, giải pháp sử dụng HA của MN... trƣờng mạng với nhiều công nghệ mạng khác nhau nhƣng không giải quyết cho mọi bài toán đặt ra 1.4.2 Vấn đề kết hợp băng thông các đƣờng truyền Các thiết bị di động đƣợc trang bị nhiều giao di n mạng để truy cập vào mạng Internet đang ngày một phổ biến, trong khi đó các mạng không dây cũng đang phủ sóng chồng chéo lên nhau ngày một nhiều Đặc biệt trong tƣơng lai với sự phát triển của công nghệ mạng di động. .. mạng không dây là vấn đề bảo mật Trong thời gian qua các nhà nghiên cứu tập trung khá nhiều trên khái niệm hỗ trợ di động cho mạng không dây và vấn đề kết hợp các đƣờng truyền khác nhau cho việc duy trì kết nối và chất lƣợng dịch vụ của kết nối Dƣới góc độ của đề tài này khái niệm mạng không dây tập trung chủ yếu vào công nghệ mạng không dây dựa trên mạng IP (chuyển mạch gói), không tập trung về các. .. tính toán di động Số lƣợng của các nghiên cứu trong lĩnh vực ứng dụng Mobile-IP và các nghiên cứu về hỗ trợ di động cho mạng không dây đang chứng minh cho ý nghĩa của tính di động trong mạng không dây hiện nay 11 1.3 Tổng quan về chuyển giao Chuyển giao (handoff, handover) là một thuật ngữ đƣợc dùng nhiều trong các hệ thống thông tin di động nhƣ GSM, CDMA,UTMS,WLAN, Chuyển giao là quá trình chuyển một... hay không Do đó hai khái niệm này không mâu thuẫn với khái niệm chuyển giao ngang và chuyển giao dọc, những khái niệm đƣợc đƣa ra dựa trên việc xem xét công nghệ mạng giữa các mạng mà thiết bị chuyển giao qua lại 13 Chuyển giao ngang là việc chuyển giao kết nối giữa các mạng khác nhau sử dụng cùng một công nghệ mạng, ví dụ chuyển giao từ mạng 802.11a tới 802.11a, từ 802.11b tới 802.11b,…Việc chuyển giao. .. nối và các phiên truyền dữ liệu ở tần trên Việc chuyển giao còn đem lại tính an toàn cho các phiên truyền ứng dụng trong trƣờng hợp một giao di n mạng nào đó đột nhiên mất tín hiệu thì phiên kết nối hay truyền dữ liệu có thể đƣợc duy trì bởi một giao di n mạng khác khả dụng hơn 15 Khái niệm chuyển giao ngang và chuyển giao dọc không mâu thuẫn với hai khái niệm chuyển giao cứng và chuyển giao mềm Trong . ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN TRÊN CÁC MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG HỖN HỢP KHÓA LUẬN. đánh giá việc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền4 0 4.1.2. Kết quả đánh giá các giải pháp với việc chuyển giao dọc 44 4.2. Đánh giá các giải pháp dựa trên