HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Đào Thị Hồng Xiêm
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC GIAO THỨC VÀ CÔNG NGHỆ
TRUYỀN DỮ LIỆU TRÊN MẠNG MÁY TÍNH KHÔNG DÂY MẮT
LƯỚI
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Mã số: 60.48.15

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ

HÀ NỘI – 2011


rộng, mạng cộng đồng, mạng doanh nghiệp, hỗ trợ các hệ thống an ninh, y tế, v.v.
Giải pháp xây dựng các mạng máy tính không dây bằng công nghệ WMN sẽ
đưa tới nhiều ứng dụng thực tiễn phục vụ đời sống của con người.
Chương 1 - GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU TRÊN MẠNG MÁY TÍNH
KHÔNG DÂY (802.11)
1.1. Giới thiệu chung
Mạng WLAN là một hệ thống thông tin liên lạc dữ liệu linh hoạt được thực hiện
như phần mở rộng, hoặc thay thế cho mạng LAN hữu tuyến trong nhà hoặc trong các
cơ quan. Sử dụng sóng điện từ, mạng WLAN truyền và nhận dữ liệu qua khoảng
không, tối giản nhu cầu cho các kết nối hữu tuyến.
1.2. Kiến trúc IEEE 802.11
1.2.1. Các thành phần chính trong mạng máy tính không dây (802.11)
 Máy trạm (Station): STA - Station là các trạm thu/phát sóng bao gồm các
thiết bị không dây kết nối.
 Hệ thống phân tán (Distribution System): có nhiệm vụ kết hợp với các
BSS một cách thông suốt để tạo thành mạng logic và các BSS này có thể trao đổi
thông tin với nhau.
 Điểm truy cập (Access Point): là thiết bị không dây, đóng vai trò cả trong
việc truyền và nhận dữ liệu mạng.
 Phương tiện truyền dẫn không dây (Wireless medium)
1.2.2. Các chế độ hoạt động
1.2.2.1. Chế độ kết nối với hạ tầng (BSS, ESS)
 Basic Service Set
Khi một AP được kết nối với mạng có dây và một tập các máy trạm không
dây, cấu hình này được gọi là Basic Service Set (BSS). BSS sử dụng chế độ cơ sở hạ
tầng (infrastructure), là chế độ yêu cầu sử dụng một AP và tất cả các quá trình trao đổi
thông tin đều phải đi qua AP, các client không thể giao tiếp trực tiếp với nhau.
 Extended Service Set
Một ESS được định nghĩa bao gồm 2 hoặc nhiều BSS được kết nối với nhau
thông qua một hệ thống phân tán (Distributed System) chung. Một ESS phải có ít nhất

Xác thực là quá trình trong đó các nút không dây (PC card, USB client…) sẽ
được chứng thực bởi mạng (thông thường là AP) khi chúng muốn kết nối với mạng.
Máy trạm bắt đầu tiến trình xác thực bằng cách gửi một Authentication Request frame
đến AP. AP sẽ chấp nhận (accept) hoặc từ chối (deny) lời yêu cầu này, sau đó báo cho
máy trạm biết quyết định của nó bằng cách gửi một Authentication Response frame.
1.3.4. Kết nối (Association)
Trạng thái được kết nối là trạng thái trong đó máy trạm đã được cho phép truyền
dữ liệu thông qua AP. Chú ý rằng khi nói tới kết nối, ta đang nói tới kết nối ở layer 2.
Máy trạm muốn kết nối vào mạng, nó sẽ gửi một Authentication Request frame
đến AP và nhận trở lại một Authentication Response frame. Sau khi authentication đã
được hoàn thành, station sẽ gởi một Association Request frame đến AP và AP sẽ trả
lời lại cho client một Association Response frame trong đó cho phép hoặc không cho
phép kết nối.
1.3.5. Định tuyến (Routing)
1.3.5.1. Định tuyến theo bảng
Các giao thức định tuyến theo bảng sử dụng phương pháp tràn lụt để quảng bá
thông tin tới các thiết bị. Phương pháp này cho phép thời gian thiết lập đường nhanh
dựa trên các tham số gửi tới thiết bị sẵn sàng cho kết nối. OLSR và DSDV là hai ví dụ
của giao thức định tuyến theo bảng.
1.3.5.2. Định tuyến theo yêu cầu
Các giao thức định tuyến theo yêu cầu thiết lập tuyến dựa theo từng yêu cầu
kết nối. Phương pháp này hạn chế được thông tin tiêu đề chọn đường, nhưng nhược
điểm cơ bản là gây trễ lớn cho các khung truyền dẫn và thời gian chọn đường dẫn
chậm. AODV và DSR là giao thức định tuyến theo yêu cầu.
1.3.5.3. Định tuyến lai ghép
Khi kích thước mạng tăng cũng đồng nghĩa với sự suy giảm hiệu năng mạng do
hiện tượng trễ của thủ tục định tuyến và truyền khung tin tăng lên rất lớn nếu sử dụng
giao thức định tuyến theo yêu cầu. Giao thức định tuyến lai ghép sẽ giải quyết vấn đề
trên bằng việc kết hợp lợi thế của định tuyến theo bảng và định tuyến theo yêu cầu.
1.4. Roaming

broadcast và multicast không mất quá nhiều thời gian.
 Công nghệ chuyển vùng nhanh (802.11r và OKC)
Có 2 công nghệ mới đáp ứng yêu cầu:
o Sử dụng WPA2 với 802.1X và OKC trong bộ điều khiển trung tâm WLAN
của Aruba.
o 802.11r là một chuẩn mới, nhằm cải thiện hiệu suất chuyển giao. Trong
kiến trúc WLAN được cung cấp bởi Aruba, nó chỉ cung cấp các cải tiến hạn
chế, đặc biệt nếu OKC được sử dụng.
Chương 2 - GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU TRÊN MẠNG MÁY TÍNH
KHÔNG DÂY MẮT LƯỚI (802.11s)
2.1. Giới thiệu Wireless Mesh Network
Kỹ thuật mạng hình lưới là cách thức truyền tải dữ liệu, âm thanh và câu lệnh
giữa các nút xử lý, cho phép truyền thông liên tục và tự xác định lại cấu hình xung
quanh đường đi bị che chắn bằng cách “nhảy” từ nút này sang nút khác cho đến khi
thiết lập được kết nối. Mạng lưới có khả năng tự hàn gắn và tạo ra mạng có độ tin cậy
cao, có thể hoạt động khi có một nút bị lỗi hoặc chất lượng kết nối mạng kém.
2.2. Kiến trúc mạng 802.11s

Hình 2.1: Kiến trúc mạng 802.11s
Trong kiến trúc mạng 802.11s bao gồm các nút:
 Mesh Point (MP): là điểm hình lưới, có chức năng quản lý, điều khiển các
dịch vụ và điều hành mạng hình lưới. MP thiết lập ngang hàng với MP lân
cận.
 Mesh Access Point (MAP): là một Mesh Point nhưng có thêm chức năng
truy nhập tới STA.
 Mesh Point Portal (MPP): là một MP nhưng có thêm chức năng kết nối
internet và hoạt động như một Gateway.
2.3. Thiết lập và phát hiện WMN
Khi một nút mới được bật lên, nó có thể sử dụng quét chủ động hoặc bị động để
tìm một mạng mesh. Trong 802.11s, một ID mới, được gọi là MeshID, được sử dụng

bị giới hạn.
o Cập nhật thông tin lỗi đường dẫn: AODV sử dụng phương pháp tràn lụt để
thông tin tới tất cả các nút khác về lỗi liên kết.
o AODV đơn giản và có hiệu quả hơn các giao thức khác khi tốc độ truyền
tải thông tin đủ chậm để tìm đường một cách rõ ràng.
o Sự khác biệt chính giữa AODV và các giao thức định tuyến theo yêu cầu
khác là nó sử dụng một số tuần tự đích. Ứng dụng của thuật toán trên một số sản
phẩm thương mại như NOKIA N810.
2.5.1.2. Dynamic Source Routing (DSR)
Giao thức DSR là một giao thức định tuyến theo yêu cầu từ nút nguồn. Trong
đó, các nút di động cần duy trì bộ nhớ đệm về tuyến chứa các tuyến nguồn mà nút di
động nhận biết được. Các thực thể trong bộ nhớ đệm tuyến được cập nhật liên tục.
Khi một nút di động gửi một gói đến một nút đích nào đó, trước hết nó phải
tham vấn bộ nhớ đệm tuyến để xác định là nó đã có một tuyến để đến đích chưa. Nếu
có đường đi tới đích, nó sẽ sử dụng tuyến này để gửi gói đi. Trái lại, nếu không có
một tuyến như thế, nó phải khởi đầu một quá trình khám phá tuyến bằng cách phát
quảng bá một gói yêu cầu tuyến.
Việc duy trì tuyến được hoàn thành thông qua sử dụng các gói lỗi tuyến và các
bản tin xác nhận. Các gói lỗi tuyến được tạo ra ở một nút khi lớp liên kết dữ liệu gặp
sự cố đường truyền.
 Ưu/nhược điểm:
o Một ưu điểm của DSR là không có gói tìm đường nào được phát đi định kỳ.
o Vì DSR tìm đường theo yêu cầu nên không thích hợp cho mạng dung lượng
lớn và có tính di động cao.
2.5.1.3. Optimized Link State Routing (OLSR)
OLSR kế thừa tính ổn định của thuật toán trạng thái liên kết. Với mục đích
giảm thiểu chi phí cho việc tràn lụt lưu lượng điều khiển, OLSR chỉ sử dụng các nút
MPR được chọn để truyền dẫn tin này.
Việc sử dụng chuyển tiếp đa điểm sẽ làm giảm sự truyền lại không cần thiết
trong cùng miền. Mỗi nút trong mạng sẽ lựa chọn ra một tập các nút hàng xóm của nó

 Định tuyến theo yêu cầu: trong IEEE 802.11s sử dụng hai cơ chế yêu cầu
tuyến RREQ (Route Request) và đáp ứng tuyến RREP (Route Reply) để thu thập các
thông tin định tuyến.
 Định tuyến theo bảng: phương pháp định tuyến theo bảng được đề xuất
trong IEEE 802.11s là giao thức định tuyến hình cây TBR. TBR coi WMN như một
cây phân cấp có cấu trúc với một nút gốc là MPP và các nút lá là các MP hoặc MAP.
Giao thức TBR sử dụng MPP để tìm và duy trì các tuyến.
2.6. Một số sản phẩm thương mại sử dụng giải pháp mesh
2.6.1. HotPort 7000 - nút lưới không dây của Firetide
Các nút lưới HotPort tự động kết nối với nhau để tạo ra mạng lưới không dây
HotPort hiệu suất cao. Giao thức định tuyến AutoMesh của Firetide cung cấp khả
năng tự tạo hình lưới, tự phục hồi để triển khai nhanh, thao tác tin cậy cho cả hạ tầng
lưới di động và cố định. Một nút lưới HotPort liên kết hoặc kết nối lại với mạng
không dây mắt lưới ngay lập tức trong khi nó di chuyển bên trong phạm vi của các nút
lưới di động hoặc cố định khác.
2.6.2. Sản phẩm của Motorola
Giải pháp không dây mắt lưới HotZone Duo của Motorola đã được thiết kế để
cung cấp chất lượng dữ liệu cao, các ứng dụng video và âm thanh. Với việc hỗ trợ bảo
mật và chuẩn QoS, kết hợp với công nghệ định tuyến MeshConnex đã được kiểm
chứng, hệ thống HotZone Duo cung cấp tính mềm dẻo và khả năng mở rộng mạng khi
cần thiết. Kỹ thuật định tuyến lớp 2 tự động giải quyết các vấn đề xung đột bằng việc
tìm và thiết lập kết nối tối ưu.
Chương 3 - ĐÁNH GIÁ VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MẠNG MÁY TÍNH
KHÔNG DÂY MẮT LƯỚI
3.1. Mô hình điện toán đám mây iDragon và dịch vụ Camera giám sát
3.1.1. Mô hình điện toán đám mây iDragon
Điện toán đám mây (Cloud computing) là mô hình sử dụng các công nghệ tiên
tiến nhất về phần mềm, phần cứng máy tính, được phát triển trên hạ tầng mạng máy
tính và Internet, để tạo ra một “đám mây” cung cấp từ cơ sở hạ tầng, nơi lưu trữ dữ
liệu cho đến các dịch vụ. Xuất phát từ mô hình cung cấp dịch vụ điện thoại di động:

Cụ thể, dự án thí điểm sẽ sử dụng giải pháp tích hợp hệ thống cảm biến (sensor
system) với hạ tầng mạng truyền dữ liệu không dây băng rộng mắt lưới (wireless
mesh network) và giải pháp quản lý truy cập dữ liệu trên nền tảng điện toán đám mây
(iDragon Cloud) phục vụ giám sát môi trường và cảnh báo sớm thiên tai.
Hệ thống giám sát và cảm biến cho dòng sông ở Cần Thơ:
 Đo mực nước của dòng sông và thông tin về điện từ năng lượng mặt trời và
điện áp của pin. Sau đó các thông tin được gửi tới máy chủ.
 Camera được điều khiển bởi trình duyệt của máy tính và những hình ảnh
này không được lưu trữ chỉ để theo dõi thời gian thực.
 Nếu ngày mưa kéo dài 4 ngày, hệ thống vẫn có thể làm việc với pin.
Hệ thống giám sát hình ảnh (ở Đà Nẵng):
 Camera IP được thiết lập để thu thập hình ảnh và các hình ảnh này được lưu
trữ trong Network Disk Recorder.
 Phát hiện xâm nhập: khi có người truy cập vào vùng bị cấm, hệ thống sẽ gửi
một thông báo hoặc email.
 Camera có thể được điều khiển từ xa bởi máy tính.
Sử dụng mạng LAN không dây để truyền dữ liệu từ thiết bị cảm biến về Ủy bản
nhân dân dựa trên L2 Bridge. Khoảng cách giữa 2 điểm truy cập không dây dưới 5km.
Tốc độ liên kết giữa điểm truy cập không dây là 6Mbps hoặc nhiều hơn.
3.2. Mô phỏng quá trình truyền dữ liệu trên mạng WMN
3.2.1. Chức năng chung của phần mềm mô phỏng mạng
Phần mềm mô phỏng mạng giúp ích rất nhiều cho nhu cầu của con người. So
với chi phí và thời gian trong việc thiết lập một thử nghiệm có chứa nhiều máy tính
nối mạng, thiết bị định tuyến và liên kết dữ liệu, mô phỏng mạng tương đối nhanh và
không tốn kém. Một số phần mềm mô phỏng mạng như NS2, NS3, OPNET,…
3.2.2. Chức năng của phần mềm mô phỏng NS2
Mục đích của NS2 là tạo ra một môi trường giả lập cho việc nghiên cứu, kiểm
tra, thiết kế các giao thức, các kiến trúc mới, so sánh các giao thức và tạo ra các mô
hình mạng phức tạp.
3.2.3. Mô phỏng quá trình truyền dữ liệu sử dụng NS2


Hình 3.16: Thiết lập đường đi mới khi nút 2 bị shutdown

Hình 3.17: Thiết lập đường đi mới khi nút 0 di chuyển tới một vị trí khác
3.3. Đánh giá các ảnh hưởng của WMN tới quá trình truyền dữ liệu multimedia
Thử nghiệm sử dụng hai công cụ để đo hiệu năng của lưu lượng multimedia
trong môi trường WMN; công cụ đo chất lượng liên kết và công cụ đồng bộ thời gian.
Đo đạc: cứ 10ms lại truyền 80 byte gói tin âm thanh sử dụng G.711 codec, tốc
độ dữ liệu 64kbps.
Thông qua thử nghiệm về hiệu suất truyền multimedia trong mạng WMN cho
thấy tốc độ truyền âm thanh đạt khoảng 100 gói/s, trong đó lưu lượng truyền video có
tốc độ trung bình khoảng 16 gói/s.
3.4. Cơ chế phối hợp giữa chuyển vùng dịch vụ truy cập Camera giám sát với
giao thức truyền dữ liệu trên WMN
Mỗi Camera sẽ được gắn một số định danh ID duy nhất. Cơ chế phối hợp giữa
chuyển vùng dịch vụ truy cập Camera giám sát với giao thức truyền dữ liệu trên
WMN hoạt động như sau: mỗi Camera sẽ được gắn một số định danh ID duy nhất. Số
định danh này là cố định cho mỗi Camera và nó được sử dụng trong các dịch vụ
roaming. Khi Camera di chuyển tới một CloudBox khác thay vì quản lý Camera bằng
IP thì dựa vào ID của Camera để truy tìm thông tin và biết được Camera đang ở đâu
trong hệ thống iDragon.
Dùng Camera để thu thập dữ liệu đầu vào, sau đó tất cả thông tin thu thập
được từ Camera sẽ được truyền qua mạng sử dụng giao thức định tuyến mạng không
dây mắt lưới để truyền về trung tâm dữ liệu để xử lý.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kỹ thuật mạng không dây mắt lưới là cách thức truyền tải dữ liệu, âm thanh và
câu lệnh giữa các nút xử lý, cho phép truyền thông liên tục và tự xác định lại cấu hình
xung quanh đường đi bị che chắn bằng cách “nhảy” từ nút này sang nút khác cho đến
khi thiết lập được kết nối.
Mạng lưới có khả năng tự hàn gắn và tạo ra mạng có độ tin cậy cao; có thể hoạt

[5] Preferred Technology Solutions, PTS Wireless MESH Network Solution,
PTS.
[6] Roberto Riggio, Daniele Miorandi, and Imrich Chlamtac, Nicola
Scalabrino and Enrico Gregori, Hardware and Software Solutions for Wireless Mesh
Network Testbeds, (CNR) – IIT.
[7] SkyPilot Networks, Broadband Wireless Mesh Network Solution,
SkyPilot Networks.
[8] Cisco Systems (CS), Cisco Wireless Mesh Networking Solution, CS.
[9] Firetide, HotPort 7000 Wireless Mesh Nodes, Firetide.
[10] Motorola, Canopy Video Surveillance Architecture White Paper,
Motorola.
[11] Cisco Systems, Cisco Fast Secure Roaming, Cisco Systems.
[12] Aruba, Optimizing Aruba WLANs for Roaming Device, Aruba.
Tiếng Việt
[13] NISCI, Mây và Rồng Việt Nam, NISCI.
[14] NISCI, Tạp chí khoa học Phần mềm và Nội dung số, NISCI
[15] NISCI, Tài liệu về dự án thí điểm xây dựng hệ thống giám sát môi trường
và giảm nhẹ thiên tai, NSICI.