Đánh giá và so sánh hiệu suất giao thức tầng MAC theo chuẩn IEEE802 11, IEEE802 15 4 và IEEE802 15 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VÕ VĂN HƯNG ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT GIAO THỨC TẦNG MAC THEO CHUẨN IEEE802.11, IEEE802.15.4 VÀ IEEE802.15.3 Ngành : Công nghệ thô

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VÕ VĂN HƯNG

ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT GIAO THỨC TẦNG MAC THEO CHUẨN IEEE802.11, IEEE802.15.4

VÀ IEEE802.15.3

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Hà Nội – 2009

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VÕ VĂN HƯNG

ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT GIAO THỨC TẦNG MAC THEO CHUẨN IEEE802.11, IEEE802.15.4

VÀ IEEE802.15.3

Ngành : Công nghệ thông tin Chuyên ngành : Truyền dữ liệu và Mạng máy tính

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH VIỆT

Hà Nội – 2009

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT GIAO THỨC TẦNG MAC THEO CHUẨN IEEE802.11, IEEE802.15.4

VÀ IEEE802.15.3” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu trong

luận văn là số liệu trung thực

Hà Nội, ngày 01 tháng 11 năm 2009

Võ Văn Hưng

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS TS Nguyễn Đình Việt giảng viên khoa Công nghệ Thông tin trường Đại học Công nghệ Hà Nội, Đại học Quốc gia Hà Nội - Người thầy đã hướng dẫn tôi trong suốt quá trình tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị trong khóa học K12 – chuyên ngành mạng đã ủng hộ và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp của tôi tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn

Hà nội, ngày 01 tháng 11 năm 2009

Võ Văn Hưng

MỤC LỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Error! Bookmark not defined 1.1 Mạng LAN không dây Error! Bookmark not defined

1.1.1 Lịch sử của WLAN Error! Bookmark not defined 1.1.2 Ưu, nhược điểm của WLAN: Error! Bookmark not defined 1.1.3 Một số ứng dụng của WLAN Error! Bookmark not defined 1.1.4 Nguyên nhân chính không sử dụng CSMA/CD trong WLAN Error!

Bookmark not defined.

1.2 Một số mạng không dây khác Error! Bookmark not defined

1.2.1 Mạng không dây 802.15.4 Error! Bookmark not defined 1.2.2 Mạng không dây 802.15.3 Error! Bookmark not defined.

1.3 Các vấn đề mà luận văn tập trung nghiên cứu và giải quyết Error!

Bookmark not defined

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG THEO CHUẨN IEEE

802.11 Error! Bookmark not defined 2.1 Kiến trúc giao thức mạng IEEE 802.11 Error! Bookmark not defined

2.1.1 Các thành phần kiến trúc của IEEE 802.11 Error! Bookmark not

defined.

2.1.2 Kiến trúc tầng MAC Error! Bookmark not defined 2.1.3 Cấu trúc khung Error! Bookmark not defined.

2.2 Lớp Vật lý Error! Bookmark not defined 2.3 Lớp MAC Error! Bookmark not defined

2.3.1 Giao thức CSMA/CA Error! Bookmark not defined 2.3.2 Giao thức CSMA/CA + ACK Error! Bookmark not defined 2.3.3 Giao thức CSMA/CA + ACK + RTS/CTSError! Bookmark not defined 2.3.4 Chức năng DCF, PCF Error! Bookmark not defined.

2.5 Một số chức năng quan trọng khác của tầng MACError! Bookmark not

defined

2.5.1 Phân mảnh và hợp nhất các mảnh Error! Bookmark not defined 2.5.2 Đồng bộ hóa Error! Bookmark not defined 2.5.3 Chuyển vùng Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG THEO CHUẨN IEEE 802.15.4 Error! Bookmark not defined 3.1 Các thành phần của IEEE 802.15.4 WPANError! Bookmark not defined 3.2 Tô-pô mạng sử dụng trong LR-WPAN Error! Bookmark not defined

3.2.1 Tô-pô mạng hình sao Error! Bookmark not defined 3.2.2 Tô-pô mạng ngang hàng Error! Bookmark not defined.

3.3 Kiến trúc của LR-WPAN Error! Bookmark not defined 3.4 Mô hình truyền dữ liệu Error! Bookmark not defined

3.4.1 Truyền dữ liệu đến Coordinator Error! Bookmark not defined 3.4.2 Truyền dữ liệu từ Coordinator Error! Bookmark not defined 3.4.3 Tryền dữ liệu trên các thiết bị ngang hàng Error! Bookmark not

defined.

3.5 Cấu trúc khung Error! Bookmark not defined

3.5.1 Cấu trúc chung của khung MAC Error! Bookmark not defined 3.5.2 Cấu trúc các kiểu khung Error! Bookmark not defined.

3.6 Điều khiển truy cập môi trường truyền Error! Bookmark not defined

3.6.1 Cấu trúc siêu khung Error! Bookmark not defined 3.6.2 Thuật toán CSMA/CA Error! Bookmark not defined.

3.7 Một số chức năng của tầng MAC Error! Bookmark not defined

3.7.1 Quét kênh Error! Bookmark not defined 3.7.2 Liên kết với Coordinator Error! Bookmark not defined 3.7.3 Ngắt liên kết với Coordinator Error! Bookmark not defined 3.7.4 Sự đồng bộ hóa Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 4: KIẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG THEO CHUẨN IEEE 802.15.3 Error! Bookmark not defined 4.1 Các thành phần của IEEE 802.15.4 WPANError! Bookmark not defined

4.1.1 Các thành phần của Piconet Error! Bookmark not defined.

4.2 Các phương pháp trao đổi dữ liệu giữa các DEV Error! Bookmark not

defined

4.3 Cấu trúc của khung MAC Error! Bookmark not defined

4.3.1 Cấu trúc chung Error! Bookmark not defined 4.3.2 Cấu trúc khung Beacon Error! Bookmark not defined 4.3.3 Cấu trúc các khung báo nhận Error! Bookmark not defined 4.3.4 Cấu trúc khung Lệnh Error! Bookmark not defined 4.3.5 Cấu trúc khung dữ liệu Error! Bookmark not defined.

4.4 Điều khiển truy cập môi trường truyền Error! Bookmark not defined

4.4.1 Cấu trúc siêu khung Error! Bookmark not defined 4.4.2 Interframe space (IFS) Error! Bookmark not defined 4.4.3 Truy cập kênh truyền Error! Bookmark not defined.

4.5 Một số chức năng của tầng MAC Error! Bookmark not defined

4.5.1 Quét kênh Error! Bookmark not defined 4.5.2 Khởi tạo Piconet Error! Bookmark not defined 4.5.3 Chuyển vùng PNC Error! Bookmark not defined 4.5.4 Dừng piconet Error! Bookmark not defined 4.5.5 Quá trình liên kết và phân tách với một piconetError! Bookmark not

defined.

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CÁC GIAO THỨC MAC 802.11, 802.15.4 VÀ 802.15.3 Error! Bookmark not defined 5.1 Giới thiệu về đánh giá hiệu suất giao thứcError! Bookmark not defined

5.1.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 5.1.2 Tầm quan trọng của đánh giá hiệu suấtError! Bookmark not defined 5.1.3 Một số độ đo hiệu suất Error! Bookmark not defined.

5.2 Mô phỏng bằng chương trình máy tính Error! Bookmark not defined

5.2.1 Khái niệm mô phỏng Error! Bookmark not defined 5.2.2 Nhu cầu sử dụng mô phỏng Error! Bookmark not defined.

5.3 Bộ mô phỏng mạng NS-2 (Network Simulator 2) Error! Bookmark not

defined

5.3.1 Giới thiệu bộ mô phỏng NS-2 Error! Bookmark not defined 5.3.2 Cấu trúc NS-2 Error! Bookmark not defined 5.3.2 Khả năng mô phỏng cho IEEE 802.11 trong NS-2 Error! Bookmark

not defined.

5.3.3 Khả năng mô phỏng cho IEEE 802.15.3 trong NS2 Error! Bookmark

not defined.

5.3.4 Khả năng mô phỏng cho IEEE 802.15.4 trong NS2 Error! Bookmark

not defined.

5.4 Thực nghiệm mô phỏng Error! Bookmark not defined

5.4.1 Thực nghiệm 1: Ảnh hưởng của RTS/CTS trong 802.11 Error!

Bookmark not defined.

5.4.2 Thực nghiệm 2 Error! Bookmark not defined 5.4.3 Thực nghiệm 3: Mô phỏng mạng hình sao Error! Bookmark not

defined.

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 12

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AODV Ad-hoc On-demand Distance Vector

AID Association Identifier

ATP Association Timeout Period

BER Bit Error Rate

BIFS Backoff Interframe Space

BLE Battery Life Extension

BSID Beacon Source Identifier

CAP Contention Access Period

CCA Clear Channel Assessment

CFP Contention-Free Period

CRC Cyclic Redundancy Check

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CTA Channel Time Allocation

CTAP Channel Time Allocation Period

DCF Distributed Coordination Function

DEVID Device Identifier

DIFS DCF Inter khung Spacing

Dly-ACK Delayed Acknowledgment

DME Device Management Entity

DSDV Destination-Sequenced Distance Vector

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum

ESS Extended Service Set

FCS Frame Check Sequence

FCSL Frame Convergence Sublayer

FFD Full-Function Device

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum

FTP File Transfer Protocol

GTS Guaranteed Time Slot

HTTP HyperText Transfer Protocol

ICV Integrity Check Value

IE Information Element

IEEE The Institute of Electrical and Electronics Engineers IFS Interframe Space

Imm-ACK Immediate Acknowledgment

IP Internet Protocol

IV Initialization Vector

LIFS Long Interframe Spacing

LLC Logical Link Control

LR-WPAN Low-rate Wireless Personal Area Network

MAC Medium Access Control

MAN Metropolitan Area Network

McstID Multicast Identifier

MCTA Management Channel Time Allocation

MIFS Minimum Interframe Space

MLME MAC Layer Management Entity

MLME-SAP MAC Layer Management Entity Service Access Point MMPDU MAC Management Protocol Data Unit

MPDU MAC Protocol Data Unit

MSDU MAC Service Data Unit

NAV Network Allocation Vector

PAN Personal Area Network

PCF Point Coordination Function

PER Packet Error Rate

PHY Physical layer

PLCP Physical Layer Convergence Protocol

PLME Physical Layer Management Entity

PLME-SAP Physical Layer Management Entity Service Access Point PMD Physical Medium Dependent

PNC Piconet Coordinator

PNCID Piconet Coordinator Identifier

RFD Reduced-Function Device

RIFS Retransmission Interframe Space

SFC Secure Frame Counter

SIFS Short Interframe Spacing

SrcID Source Identifier

SSCS Service-Specific Convergence Sublayer

TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol

TrgtID Target Identifier

UDP User Datagram Protocol

WEP Wired Equivalent Privacy

WPAN Wireless Personal Area Network

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

[1] Nguyễn Thúc Hải (1999), “Mạng máy tính và các hệ thống mở”, Nhà xuất

bản giáo dục, Hà Nội

[2] PGS.TS Vũ Duy Lợi (2002), “Mạng thông tin máy tính”, Nhà xuất bản Thế

giới, Hà Nội

[3] PGS.TS Nguyễn Đình Việt (2003), “Nghiên cứu phương pháp đánh giá và

cải thiện hiệu năng giao thức TCP cho mạng máy tính”, Luận án Tiến sỹ,

Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội

[4] PGS.TS Nguyễn Đình Việt (2008), bài giảng “Đánh giá hiệu năng mạng

máy tính”

Tiếng Anh

[5] Eitan Altman & Tania Jimenez (2003-2004), "Ns simulator for beginners",

lecture-node, France

[6] IEEE Std 802.15.4 (2006), Low Rate Wireless Personal Area Networks,

IEEE

[7] IEEE 802.11 (1999), Part 11: Wireless LAN medium access control (MAC)

and physical layer (PHY) specifications, IEEE

[8] IEEE Std 802.15.3 (Aug 2003), Wireless Medium Access Control (MAC)

and Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs), IEEE

[9] Jae Chung and Mark Claypool, “NS by Example”

[10] Kwan-Wu Chin, Darryn Lowe, “A Simulation Study of the IEEE 802.15.3

MAC”, Australia

[11] K Xu, M Gerla, S Bae (Nov 2002), “How Effective is the IEEE 802.11

RTS/CTS Handshake in Ad Hoc Networks?”, IEEE GLOBECOM '02, Vol

1, pp 17-21

[12] Ping Chung Ng, Soung Chang Liew, Senior Member, IEEE, “Throughput

Analysis of IEEE802.11 Multi-hop Ad hoc Networks” Print

TNET-00084-2005

[13] Stallings, Data and Computer Communications, Second Edition, MacMillan

[14] The ns Manual, January 20, 2007, the VINT Project

Nguồn Internet

[15] http://mailman.isi.edu

[16] http://www.isi.edu/nsnam

[17] http://www.isi.edu/vint

[18] http://standards.ieee.org/reading/ieee/interp/