DSpace at VNU: Nghiên cứu về tối ưu hóa việc chuyển giao dọc giữa các môi trường mạng không dây di động khác nhau

Phần thứ nhất giới thiệu tổng quan về mạng không dây, mạng không dây di động và các vấn đề nó, vấn đề chuyển giao dọc trong mạng không dây di động, đồng thời trình bày một số nghiên cứu

ĐẠI

HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LÊ QUỲNH HOA

NGHIÊNCỨU VỀ TỐI ƯU HOÁ VIỆC CHUYỂN GIAO DỌC GIỮA CÁC MÔI TRƯỜNG MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG KHÁC NHAU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LÊ QUỲNH HOA

NGHIÊNCỨU VỀ TỐI ƯU HOÁ VIỆC CHUYỂN GIAO DỌC GIỮA CÁC MÔI TRƯỜNG MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG KHÁC NHAU

Ngành: Công nghệ thông tin

Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính

Mã số: 60 48 15

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Nguyễn Hoài Sơn

HÀ NỘI – 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu về tối ưu hoá việc chuyển giao dọc giữa các môi trường mạng không dây di động khác nhau” là do tôi thực hiện dưới sự

hướng dẫn của TS Nguyễn Hoài Sơn thuộc Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Mọi trích dẫn và tài liệu tham khảo mà tôi sử dụng đều có ghi rõ nguồn gốc

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan trên

Hà nội, ngày 14 tháng 1 năm 2010

Lê Quỳnh Hoa

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn các cô giáo, thầy giáo ở Trường Đại học Công nghệ

- Đại học Quốc gia Hà nội đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong thời gian tôi học tập, nghiên cứu tại trường Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Hoài Sơn, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Tôi xin cảm ơn các bạn sinh viên, học viên, nghiên cứu sinh trong nhóm nghiên cứu của thầy Nguyễn Hoài Sơn đã chia sẻ với tôi những kinh nghiệm học tập và giúp

đỡ tôi trong quá trình làm luận văn Đặc biệt, xin cảm ơn bạn Nguyễn Tiến Đạt trong nhóm nghiên cứu đã hỗ trợ tích cực cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu luận văn này

Mặc dù luận văn này đã được hoàn thành với tất cả sự cố gắng của bản thân, nhưng luận văn không thể tránh khỏi những sai sót, hạn chế Kính mong nhận được sự nhận xét, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để tôi có thể khắc phục những thiếu sót của mình

Hà nội, tháng 1 năm 2010

Học viên

Lê Quỳnh Hoa

TÓM TẮT

Luận văn này bao gồm hai phần chính

Phần thứ nhất giới thiệu tổng quan về mạng không dây, mạng không dây di động và các vấn đề nó, vấn đề chuyển giao dọc trong mạng không dây di động, đồng thời trình bày một số nghiên cứu liên quan đến các vấn đề chuyển giao dọc và việc kết hợp băng thông của nhiều đường truyền khi một thiết bị đầu cuối được trang bị nhiều hơn một loại giao diện mạng Từ các nghiên cứu liên quan đó, luận văn đưa ra những nhận xét, đánh giá các giải pháp mà các tác giả đã đề xuất

Phần thứ hai đề xuất một giải pháp nhằm lập lịch nhằm thúc đẩy quá trình truyền tải các tập tin đến các thiết bị đầu cuối trong mô hình chuyển dao dọc kết hợp băng thông của nhiều đường truyền Bài toán đặt ra, giải pháp để thực hiện bài toán cũng như công việc triển khai thực thi giải pháp cũng sẽ được trình bày trong phần thứ hai của luận văn này

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined.

1.1 Mạng không dây Error! Bookmark not defined

1.2 Giao thức Mobile IP Error! Bookmark not defined

1.2.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined

1.2.2 Các thành phần của Mobile IP Error! Bookmark not defined

1.2.3 Cơ chế hoạt động của Mobile IP Error! Bookmark not defined

1.2.4 Các cải tiến của Mobile IP Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 2: CHUYỂN GIAO DỌC TRONG MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNGError! Bookmark not defined.

2.1 Các khái niệm chuyển giao: Error! Bookmark not defined

2.1.1 Chuyển giao cứng: Error! Bookmark not defined

2.1.2 Chuyển giao mềm: Error! Bookmark not defined

2.1.3 Chuyển giao ngang: Error! Bookmark not defined

2.1.4 Chuyển giao dọc: Error! Bookmark not defined

2.2 Chuyển giao dọc trong mạng không dây di động Error! Bookmark not defined

2.2.1 Sự cần thiết của chuyển giao dọc Error! Bookmark not defined

2.2.2 Các bước cơ bản của quá trình chuyển giao dọc: Error! Bookmark not defined

2.2.3 Các nghiên cứu liên quan Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP LẬP LỊCH TRONG MÔ HÌNH MẠNG HỖ TRỢ

CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG NHIỀU ĐƯỜNG TRUYỀN

TRONG MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG Error! Bookmark not defined.

3.1 Đề xuất giải pháp Error! Bookmark not defined

3.1.1 Bài toán cần giải quyết Error! Bookmark not defined

3.1.2 Ý tưởng đề xuất để giải quyết bài toán Error! Bookmark not defined

3.2 Hoạt động của giải thuật Error! Bookmark not defined

3.3 Triển khai thực thi giải pháp Error! Bookmark not defined

3.3.1 Các yêu cầu cần thiết Error! Bookmark not defined

3.3.2 Thiết kế kiến trúc cơ bản của chương trình mô phỏng giải thuậtError! Bookmark not defined

3.4 Nhận xét, đánh giá giải pháp Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC TẾ VÀ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁError! Bookmark not defined.

4.1 Triển khai chương trình mô phỏng thực tế Error! Bookmark not defined

4.2 Thí nghiệm và kết quả đạt được Error! Bookmark not defined

4.2.1 Bố trí thí nghiệm Error! Bookmark not defined

4.2.2 Mô tả thí nghiệm Error! Bookmark not defined

4.2.3 Kết quả đạt được Error! Bookmark not defined

4.3 Nhận xét đánh giá chương trình Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.

CHÚ THÍCH Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO 10

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Bảng ánh xạ giữa IP cố định và IP tạm thời của các nút mạng 12

Hình 3 Hoạt động của giao thức Mobile IP 15

Hình 5 Chuyển giao mềm và chuyển giao cứng 20

Hình 9 Mô hình hỗ trợ sử dụng nhiều đường truyền trong giải pháp BAG 26

Hình 10 Sử dụng DC để đánh giá khả năng chuyển tải gói tin của các kết

Hình 11 Kiến trúc mạng hỗ trợ chuyển giao dọc và kết hợ băng thông nhiều

Hình 12 Mô hình lập lịch kết hợp băng thông nhiều đường truyền 33

Hình 14 Hoạt động của giải thuật ở Mobile Node 37

Hình 15 Hoạt động của giải thuật ở Mobile Agent 38

Hình 16 Kiến trúc cơ bản của chương trình 39

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GPRS General Packet Radio Service

IPv4 Internet Protocol version 4

IPv6 Internet Protocol version 6

UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems

PHẦN MỞ ĐẦU

Với sự hỗ trợ của các công nghệ mạng không dây, người sử dụng đầu cuối ngày nay không còn bị bó buộc với dây dẫn vật lý như cáp mạng để có thể kết nối vào Internet

mà thay vào đó, họ có thể dùng sóng vô tuyến, hồng ngoại hay vệ tinh v.v… Điều này giúp cho người dùng có nhiều cơ hội hơn để truy cập vào Internet ngay cả ở những nơi không thể sử dụng dây dẫn vật lý và quan trọng hơn cả là họ có thể di chuyển trong khi vẫn đang trao đổi thông tin Việc giải quyết các bài toán liên quan đến vấn đề các nút mạng di chuyển trong khi vẫn đang kết nối với Internet chính vì thế ngày càng trở nên quan trọng bởi sự gia tăng mạnh mẽ của số lượng người dùng đầu cuối di động và ước muốn được duy trì các phiên ứng dụng trong khi người dùng thay đổi địa điểm truy cập vào Internet

Mạng Internet gắn bó chặt chẽ với giao thức TCP/IP mà trong đó, mỗi thiết bị đầu cuối khi tham gia đều được cấp phát một địa chỉ IP duy nhất Điều đó có nghĩa là khi nút mạng đó di chuyển từ nơi này sang nơi khác, nó không thể duy trì kết nối sẵn có với mạng Internet Điều này dẫn đến một thực tế là các phiên truyền dữ liệu giữa thiết bị đầu cuối và Internet bị gián đoạn

Mobile IP[1] là sự mở rộng của giao thức IP truyền thống, được khuyến nghị bởi IETF[2] và được đặc tả trong RFC 3344 Mobile IP ra đời vào năm 1999 giúp cho một người dùng với thiết bị đầu cuối có thể duy trì đựợc kết nối của mình với mạng Internet trong khi di chuyển từ nơi này sang nơi khác mà không cần phải thay đổi địa chỉ IP của mình Để làm được điều đó, Mobile IP cho phép một nút mạng khi ra khỏi mạng nhà của

nó sẽ mang thêm một địa chỉ IP tạm trú Đây là địa chỉ nhận dạng nút mạng ở trong mạng khách mà nó đang lưu trú Từ đây, các gói tin gửi đến cho nút mạng sẽ được chuyển tiếp đến địa chỉ IP tạm trú này Bằng cách đó, một nút mạng khi ra khỏi mạng nhà vẫn có thể duy trì được các phiên truyền dữ liệu mà không phải thay đổi địa chỉ IP cố định của mình

Sự phát triển mạnh mẽ của Internet là động lực chính cho nhiều công nghệ không dây ra đời như 802.11, Bluetooth, GPRS, CDMA2000, UMTS v.v… Bên cạnh đó, ngành công nghiệp sản xuất các thiết bị đầu cuối trên thế giới cũng đạt được nhiều thành tựu đáng kể trong những năm qua Một thiết bị đầu cuối giờ đây có thể được trang bị nhiều hơn một loại giao diện mạng, điều đó giúp cho một nút mạng có nhiều cơ hội để kết nối

vào Internet hơn, bởi vì tại một thời điểm nào đó nút mạng có thể tìm được sóng của một công nghệ mạng thích hợp với một trong các giao diện mà nó có Đã có nhiều nghiên cứu liên quan [3] đến việc sử dụng các công nghệ mạng không dây được trang bị tại các thiết

bị đầu cuối ra đời Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này đều đề cập đến việc sử dụng một giao diện đơn lẻ nào đó tại một thời điểm cho các yêu cầu kết nối của các ứng dụng

Như đã đề cập ở phần trên, với sự hỗ trợ của Mobile IP, các nút mạng giờ đây đã

có thể duy trì được các kết nối của mình trong khi đang di chuyển trong phạm vi các vùng phủ sóng của các mạng không dây Tuy nhiên, Mobile IP chỉ cho phép các nút mạng di chuyển qua lại giữa các vùng phủ sóng của cùng một công nghệ mạng, ví dụ như

từ mạng WLAN này sang mạng WLAN khác Trong thực tế, đôi khi người sử dụng đầu cuối lại muốn di chuyển từ vùng phủ sóng của công nghệ mạng này sang vùng phủ sóng của công nghệ mạng khác, ví dụ như từ mạng WLAN sang mạng GPRS và ngược lại Lúc đó, Mobile IP không thể đáp ứng được mong muốn của người sử dụng Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, nhiều nhà nghiên cứu đã đề xuất các giải pháp [4][5] để hỗ trợ người

sử dụng với các thiết bị cầm tay của mình di chuyển qua lại giữa các mạng khác nhau Đó chính là bài toán chuyển giao dọc Chuyển giao dọc cho phép các nút mạng có thể kết hợp băng thông của các đường truyền mà nó có để truyền tải một ứng dụng nào đó như là tải một tập tin từ một nút mạng khác qua mạng Internet Tuy nhiên, việc kết hợp băng thông nhiều đường truyền lại đặt ra một bài toán mới, làm thế nào để các gói tin được chuyển đến cho một nút mạng trên nhiều đường truyền khả dụng khác nhau mà nó có một cách nhanh chóng nhất

Với bài toán đặt ra, luận văn này tập trung giải quyết vấn đề: xây dựng một giải pháp lập lịch để chuyển các gói tin gửi đến cho một nút mạng thông qua nhiều đường truyền khác nhau Mục đích của bài toán là nhằm làm tăng tốc độ truyền tải các ứng dụng của một nút mạng khi nó được trang bị nhiều loại giao diện mạng khác nhau và các giao diện này đang có tín hiệu từ các nhà cung cấp mạng tương ứng Điều này nhằm tận dụng băng thông của các đường truyền khả dụng, đồng thời làm tăng tính an toàn cho việc truyền tải các ứng dụng vì nếu có một giao diện mạng nào đó mất tín hiệu, các giao diện còn lại sẽ đảm nhiệm công việc truyền tải các gói tin Chương trình mô phỏng thực thi giải pháp được viết bằng ngôn ngữ lập trình C và sử dụng Hệ điều hành Linux

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt:

1 Hoàng Anh, “Tích hợp WLAN và mạng thông tin di động”, nguồn

http://www.tapchibcvt.gov.vn/Uploaded/admin/WLAN.pdf

2 Nguyễn Tiến Đạt (2009), khoá luận “Tối ưu hoá việc kết hợp băng thông nhiều đường truyền trong chuyển giao dọc trên các mạng không dây di động hỗn hợp”, Trường Đại

học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà nội

3 Nguyễn Văn Tam (2006), “Mạng máy tính nâng cao”, Viện Công nghệ thông tin

Tài liệu tiếng Anh:

4 C Perkins (1996), “IP Mobility Support”, IBM

5 Dagang Li (2008), “A Fast Adaptation Mechanism forTCP Vertical Handover”, nguồn

http://ieeexplore.ieee.org

6 Fengping Li (2004), “A study of mobility in WLAN”, nguồn

http://www.tml.tkk.fi/Studies/T-110.551/2004/papers/Li.pdf

7 Helen J.Wang, Randy H Katz, Jochen Giese (1998), “Policy-Enabled Handoff Across

Heterogeneous Wireless Network”, U.C Berkeley, nguồn

http://portal.acm.org/citation.cfm?id=837517

8 Kameswari Chebrolu, Ramesh Rao (2006), “Bandwidth Aggregation for Real-Time

Applications in Heterogeneous Wireless Networks”, nguồn citeseerx.ist.psu.edu

9 Laila Daniel (2008), “TCP performance with vertical handoff”, Univesity of Helsinki,

nguồn https://oa.doria.fi/handle/10024/46907

10 LIU Gan (2007), “A scheduling algorithm for maximum throughput based on the link

condition in heterogeneous network”, nguồn

http://www.informatics.org.cn/doc/ucit200703/ucit20070304.pdf

11 Mark Stemm and Randy H Katz (1998),“Vertical Handoffs in Wireless Overlay

Networks”, University of California at Berkeley, nguồn

http://portal.acm.org/citation.cfm?id=295138

12 Matei A Zaharia (2007), “Fast and Optimal Scheduling over Multiple Network

Interfaces”, nguồn http://www.acm.org/src/Matei/matei.html

13 P Kim (2009), “A Packet Distribution Scheme for Bandwidth Aggregation on Network Mobility”, nguồn

http://tools.ietf.org/html/draft-pskim-mext-multipath-distribution-00

14 Srikant Sharma (2004), “A Mobile IP-based vertical handoff system for Wireless LAN

and GPRS links” , Stony Brook University, nguồn

http://www.ecsl.cs.sunysb.edu/tr/handoff.pdf