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


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.


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
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

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


4

CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về mạng không dây
Ngày nay, việc kết nối các thiết bị đầu cuối với nhau nhƣ máy tính để bàn, máy tính
xách tay, máy in , máy quét hay các thiết bị cá nhân khác nhằm chi sẻ các tài nguyên, dữ
liệu giữa chúng đang ngày càng phổ biến. Công nghệ không dây sử dụng sóng điện tử để
truyền thông tin qua lại từ điểm này tới điểm khác, công nghệ này có thể ứng dụng cho
máy tính và các thiết bị khác nhƣ điện thoại di động hay thiết bị gia dụng… có thể kết nối
với nhau. Sau khi IEEE[4] định nghĩa các chuẩn 802.11 cho mạng không dây vào những
năm 1990, mạng không dây dựa trên nền tảng IP có điều kiện phát triển rộng rãi cho các

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 công
nghệ mạng chuyển mạch kênh.

6

1.2. Mobile IP và việc hỗ trợ di động
Khi kết nối Internet ngày càng trở nên phổ biến thì tính di động là một nhân tố
quan trọng không thể thiếu của mạng không dây. Tính di động cho phép ngƣời dùng duy

7

Cả 2 cơ chế này đều khó có thể chấp nhận vì những hạn chế của nó . Với cơ chế 1
thì sẽ không thể thực hiện việc duy trì các kết nối ở tầng cao hơn. Còn cơ chế thứ 2 thì rõ
ràng sẽ làm phức tạp vấn đề lên rất nhiều. Vì vậy yêu cầu là có một giao thức mới có khả
năng mở rộng và dễ dàng khi một node di động trong mạng internet. Giao thức Mobile IP
là giao thức của IETF giúp cho các thiết bị di động có thể di chuyển từ mạng này sang
mạng khác mà vẫn giữ nguyên đƣợc các kết nối hiện có.
Là một sự mở rộng của giao thức IP, Mobile IP [1] cung cấp cho Mobile Node khả
năng duy trì các kết nối của nó khi di chuyển giữa các vùng mạng mà vẫn giữ nguyên địa
chỉ IP của nó. Mobile IP hỗ trợ tính di động cho tầng IP và nó hoàn toàn trong suốt đối
với các ứng dụng ở tầng cao hơn. Là một chuẩn kết nối đƣợc đề xuất trong rfc 3344,
Mobile IP có các thành phần cơ bản nhƣ sau
 Mobile Node(MN): một host hoặc một router có thể di chuyển trong mạng
Internet mà vẫn giữ nguyên đƣợc các phiên kết nối của nó
 Home agent (HA): một router ở home network của MN nơi lƣu trữ danh
sách các mobile node đƣợc đăng kí. HA sẽ nhận các gói tin đến mobile
node và gửi chúng đến mobile node khi mobile node đi ra khỏi mạng
thƣờng trú. HA cũng lƣu trữ các thông tin về vị trí hiện tại của MN
 Foreign Agent( FA): Một router ở mạng tạm trú của MN. Nó cung cấp các
dịch vụ định tuyến cho moblie node trong khi mobile node đó vẫn đƣợc
đăng kí ở mạng tạm trú này. FA sẽ nhận gói tin từ HA đƣợc yêu cầu gửi
đến cho MN đến với MN. Các gói tin từ MN đi ra vẫn đƣợc định tuyến nhƣ
các gói tin bình thƣờng khác.
 Care of Address(CoA): là một địa chỉ IP dùng để xác định vị trí hiện thời
(mạng tạm trú hiện thời) của MN.
 Collocated CoA : một địa chỉ IP ngoài đƣợc gán tạm thời cho MN.
 Correspondent Node (CN); là một node đang có kết nối tới MN.
 Home address : một địa chỉ cố định đƣợc cấp cho mỗi node.
 Tunnel : là đƣờng hầm dùng để chuyển dữ liệu từ HA đến FA trong trƣờng

request và reply.
 Khi một node xác định nó đang ở forgein network nó sẽ nhận đƣợc một Coa
từ forgein network đó. Đia chỉ CoA có thể đạt đƣợc bằng cách thông qua
gói tin quảng bá của FA hoặc bằng một vài cơ chế khác nhƣ
DHCP(colocated CoA).
 Mobile node tiến hành điều khiển bằng cách đăng kí địa chỉ CoA với home
agent có thể bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp qua FA.
 Các gói tin gửi tới Home address của mobile node sẽ đƣợc HA cắt ra gửi
qua quá trình tunnling tới địa chỉ CoA của Mobile node. Điểm cuối nhận
gói tin này (địa chỉ CoA) có thê là FA hoặc là mobile node tùy theo phƣơng
9

thức đăng kí vời FA , cuối cùng gói tin này đƣợc chuyển tới cho mbile
node.
 Ngƣợc lại các gói tin gửi từ mobile node sẽ đƣợc định tuyến thông thƣờng
mà không cần phải đi qua HA.
 Khi không ở trong mạng thƣờng trú mobile IP sử dụng giao thức đƣờng
ngầm để làm ẩn home address từ sự xen vào của các router giữa HA và FA.
Đƣờng ngầm này kêt thúc bởi địa chỉ CoA của mobile node. Địa chỉ CoA
phải có thể nhận các gói tin IP nhƣ bình thƣờng Tại CoA gói tin ban đầu
đƣợc lấy ra từ đƣờng hầm và phân phối tới cho mobile node.
Moblie IP cung cấp 2 cơ chế khác nhau để Moblie Node có đƣợc địa chỉ CoA
(collocated Address)
 Địa chỉ CoA đạt đƣợc thông qua gói tin quảng bá của FA. Trong trƣờng hợp
này thì CoA chính là 1 trong các địa chỉ của FA do vậy FA đóng vài trò là
điểm cuối trong đƣờng hầm sẽ tiến hành mở gói và lấy gói dữ liệu bên trong
gửi cho mobile node. Cơ chế này có ƣu điểm là đồng thời cho phép nhiều
node sử dung chung một CoA. Điều này làm tiết kiệm không gian địa chỉ
IPV4.
 Địa chỉ CoA đạt đƣợc bằng một vài cơ chế bên ngoài nhƣ là dhcp . trong

hƣớng 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. 12

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 phiên truyền ứng dụng từ một đƣờng liên kết cũ sang một đƣờng liên kết mới
khi liên kết mới đó khả dụng. Chuyển giao cho phép một thiết bị cuối đang thực hiện việc
trao đổi thông tin thay đổi điểm truy cập mạng mà vẫn đảm bảo duy trì quá trình trao đổi
thông tin đó. Ta có thể lấy một ví dụ trong mạng điện thoại di động GSM, chuyển giao sẽ
xảy ra khi một thuê bao di động đang kết nối hay truyền dữ liệu di chuyển từ vùng phủ
sóng của trạm này sang vùng phủ sóng của một trạm khác mà vẫn duy trì đƣợc kết nối
hay việc truyền dữ liệu đó.
Việc di chuyển của các nút mạng có thể xảy ra giữa các vùng phủ sóng khác nhau
của cùng một công nghệ mạng hoặc giữa các vùng phủ sóng của các công nghệ mạng
khác nhau. Tùy vào cơ chế chuyển giao mà ngƣời ta chia ra thành các loại chuyển giao
khác nhau. Một số khái niệm chuyển giao phổ biến hay đƣợc nhắc đến bao gồm: Chuyển
giao cứng (hard handoff) và chuyển giao mềm (softhandoff); chuyển giao ngang
(horizontal handoff) và chuyển giao dọc (vertical handoff).
Chuyển giao cứng là cơ chế chuyển giao mà ở đó các kết nối đang có sẽ bị ngắt

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 này diễn ra khi thiết bị di chuyển qua lại giữa vùng phủ sóng
của các Access Point trong cùng một WLAN hoặc trong tƣơng lai là việc di chuyển giữa
vùng phủ sóng của các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau nhƣng sử dụng chung một công
nghệ mạng. Hình 5: một ví dụ về chuyển giao ngang.
Chuyển giao ngang bao gồm ba giai đoạn chính đó là : theo dõi chất lƣợng đƣờng
truyền, ra quyết định chuyển giao và thực hiện chuyển giao.
Trong suốt quá trình liên lạc, cái thiết bị đầu cuối luôn đo năng lƣợng thì trạm phát
sóng ( ví dụ nhƣ một Access Point) mà nó kết nối và các trạm xung quanh. Dựa trên một
chính sách nào đó nếu giá trị đo đƣợc nhỏ hơn một một ngƣỡng đã đƣợc quy định trƣớc
thì thiết bị cuối sẽ ra quyết định chuyển giao phiên làm việc của thiết bị cuối sang trạm
phát sóng mà nó cho là tốt nhất (dựa trên một chính sách nào đó đƣợc thực hiện). Thiết bị
đầu cuối này sẽ thiết lập kênh truyền ở mạng mới, các kênh truyền dành cho nó ở mạng
cũ sẽ đƣợc giải phóng.

15

Chuyển giao dọc là việc chuyển giao giữa các vùng phủ sóng sử dụng các công
nghệ mạng khác nhau hoặc không cùng một nhà cung cấp mạng Ví dụ nhƣ một thiết bị
cá nhân PDA đƣợc trang bị cả hai loại giao diện mạng sử dụng công nghệ mạng WLAN
và GPRS. Ngƣời dùng PDA đang sử dụng giao diện WLAN truy cập vào mạng Internet.
Khi ngƣời dùng di chuyển từ vùng phủ sóng WLAN sang vùng phủ sóng GPRS và cƣờng
độ sóng WLAN giảm dần tới mực nhỏ hơn một ngƣỡng cho phép nào đó, một cơ chế chế
chuyển giao dọc sẽ đƣợc thực hiện ở tầng liên kết nhằm duy trì các ứng dụng đang thực
hiện ở cá tầng phía trên. Tuy nhiên, để có thể thực hiện việc chuyển giao dọc thì cần phải
có các cơ chế hỗ trợ phù hợp dọc giữa các mạng mà Mobile Node di chuyển qua lại. Dƣới

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.

17

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 đề vô cùng quan trọng, là chìa khóa cho thế giới không dây
di động phát triển. Không giải quyết đƣợc bài toán chuyển giao thì sẽ không có tính di
động trong mạng không dây.
Thực tế chỉ ra rằng không có một cộng nghệ mạng đơn lẻ nào có thể cung cấp một
dịch vụ truyền tin có băng thông cao, vùng phủ sóng rộng và độ trễ thấp cho một số lƣợng
lớn ngƣời sử dụng. Do đó, việc phủ sóng chồng chéo các loại mạng khác nhau đang ngày
càng trở lên phổ biến, điều này giúp cho ngƣời dùng đầu cuối có thể sử dụng nhiều dịch
vụ truyền tin cùng một lúc và phù hợp với chi phí bỏ ra.
Trong những năm gần đây, mạng 3G đã đƣợc triển khai ở nhiều quốc gia trên thế
giới trong đó có Việt Nam. Mạng 3G sử dụng công nghệ UMTS (Universal Mobile
Telecommunications Systems) có thể cung cấp các dịch vụ có tốc độ truyền dữ liệu thấp
và trung bình, do đó không thể đáp ứng đƣợc các dịch vụ đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao
nhƣ điện thoai có hình, mobile TV, hay điện thoại hội nghị. Tuy nhiên ƣu điểm của
UMTS là nó cung cấp một mạng có vùng phủ sóng rộng và cho phép ngƣời dùng đầu cuối
có thể di chuyển với tốc độ khá cao. Ngƣợc lại với mạng 3G, WLAN tuy bị hạn chế về
vùng phủ sóng nhƣng lại cung cấp tốc độ truyền tải khá cao và giá thành dịch vụ rẻ hơn
so với giá thành dịch vụ mạng 3G.