ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TẠ HỮU TRUNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT HOẠT ĐỘNG
CỦA MẠNG KHÔNG DÂY THEO TIÊU CHUẨN IEEE
802.15 BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MÁY TÍNH

Ngành: Công nghệ thông tin
Mã số: 1.01.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học:
PGS TS NGUYỄN VĂN TAM

Hà Nội – 2006


Tr-êng ®¹i häc c«ng nghÖ

HiÖu suÊt ho¹t ®éng cña
m¹ng kh«ng d©y theo chuÈn
IEEE 802.15

LỜI CÁM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới người hướng dẫn, thầy giáo,
PGS. TS. Nguyễn Văn Tam, Viện Công nghệ thông tin, Viện khoa học Việt
Nam. Thầy giáo, TS Vũ Duy Lợi, Giám đốc Trung tâm Công nghệ thông tin Văn
Phòng Trung Ương Đảng cộng sản Việt Nam - Những người đã giảng dạy và

1.1 Các ứng dụng của mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15 ......................................... 14
1.1.1 Ứng dụng trong gia đình và công sở ............................................................................. 15
1.1.2 Ứng dụng trong các ngành công nghiệp ....................................................................... 16
1.1.3 Ứng dụng trong các buổi hội thảo ................................................................................ 18
1.1.4 Ứng dụng trong Y khoa ................................................................................................ 18
1.2 Tiêu chuẩn mạng không dây IEEE 802.15. So sánh, đánh giá định tính giữa các chuẩn ..19
1.3 Kết luận ............................................................................................................................ 23
Chương 2 ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CHUẨN IEEE
802.15.3 ..................................................................................................................................24
2.1 Tổng quan hệ thống mạng không dây IEEE 802.15.3 .......................................................24
2.2 Tầng vật lý ....................................................................................................................... 24
2.3 Tầng điều khiển truy nhập MAC ......................................................................................28
2.3.1 Điều khiển truy nhập.......................................................................................................30
2.3.1.1 Tổ chức kênh ..............................................................................................................31
2.3.1.2 Phương thức lựa chọn trạm điều khiển Piconet ..........................................................33
2.4 Kết luận .............................................................................................................................38
Chương 3 ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CHUẨN IEEE
802.15.4 ..................................................................................................................................40
3. Tổng quan về mạng không dây IEEE 802.15.4 ..................................................................40
3.1 Phương thức kết nối ...........................................................................................................41
3.2 Kiến trúc của chuẩn IEEE 802.15.4 ..................................................................................44

T¹ H÷u Trung – Líp K9T3

2

Khoa C«


Tr-êng ®¹i häc c«ng nghÖ


T¹ H÷u Trung – Líp K9T3

3

Khoa C«


Tr-êng ®¹i häc c«ng nghÖ

HiÖu suÊt ho¹t ®éng cña
m¹ng kh«ng d©y theo chuÈn
IEEE 802.15
4.2.1 Mục đích mô phỏng .......................................................................................................71
4.2.2 Mô hình và các thông số mô phỏng ...............................................................................71
4.2.2.1 Mô hình .......................................................................................................................71
4.2.2.2 Các thông số mô phỏng ..............................................................................................72
4.2.3 Phương pháp định tuyến Zigbee ....................................................................................73
4.2.4 Thiết lập mô phỏng ........................................................................................................75
4.2.5 Kết quả mô phỏng ..........................................................................................................76
4.2.6 Kết luận ...........................................................................................................................85
KẾT LUẬN .............................................................................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................87

T¹ H÷u Trung – Líp K9T3

4

Khoa C«


Audio-Video

BE

Backoff exponent

BER

Bit Error Rate

BI

Beacon Interval

BO

Beacon Order

BOS

Binary Object Score

BP
BPSK

Beacon Period
Binary Phase Shift Key

BSN
BBST


Cyclic Redundancy Check
Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

CTA
CTAP

Channel Time Allocation
Channel Time Allocation Period

CTR
CTS

Counter Mode
Clear to send

CW
DN

Contention Window (Length)
Data Notification

DNTS

Data Notification Time Slot

T¹ H÷u Trung – Líp K9T3

5


Electromagnetic Compatibility
Effective Radiated Power

EVM

Error Vector Magnitude

FCC

Federal Communication Commission

FCS

Frame Check Sequence

FFD

Full-Function Device

FH
FHSS

Frequency Hopping
Frequency Hopping Spread Spectrum

FS
FSK

Full Speed
Fixed Symmetric Key

Logical Link Control
Link Quality

LQI
LPDU

Link Quality Indication
LLC Protocol Data Unit

LR-WPAN
LSB

Low Rate-Wireless Personal Area Network
Least Significant Bit

MAC
MCPS

Medium Access Control
MAC Common Part Sublayer

MCPS-SAP
MFR

MCPS-Sublayer Access Point
Mac Footer

T¹ H÷u Trung – Líp K9T3

6


Micro Schedule – CTA
MAC Protocol Data Unit

MSDU

MAC Service Data Unit

MSTA

Micro Schedule Slot Time Allocation

NAK

Negative Acknowledgment

NB

Number of Backoff (Periods)

OFDM
OOB

Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Out of Band

O-QPSK
OSI

Offset Quadrature Phase Shift Keying


Packet Error Rate
PHY Header

PHY
PK

Physical Layer
Public Key Cryptography

PIB
PICS

PAN Information Base
Protocol Implementation Conformance Statement

PLME
PLME-SAP

Physical Layer Management Entity
PLME-Service Access Point

PN
PNC

Pseudo Random Noise
Piconet coordinator

T¹ H÷u Trung – Líp K9T3


PPM

PNC selection request
Parts Per Million

RF

Radio Frequency

RFD

Reduced Function Device

RSSI

Received Signal Strength Indication

RTS

Request to send

RX
SAP

Receive or Receiver
Service Access Point

SD
SDL


TDMA

Service Specific Convergence Sublayer
Time Division Multi Access

TRX
TX

Transceiver
Transmit or Transmitter

USB
UWB

Universal Serial Bus
Ultra Wide Band

WLAN
WPAN

Wireless Local Area Network
Wireless Personal Area Network

WUSB

Wireless USB

T¹ H÷u Trung – Líp K9T3

8

Hình 2.8: Truyền thông giữa 2 Piconet ....................................................................... 30
Hình 2.9: Kiến trúc của siêu khung ............................................................................. 31
Hình 2.10: Thủ tục truyền ........................................................................................... 32
Hình 2.11: Không gian Piconet trong IEEE 802.15.3 .................................................. 33
Hình 2.12: Thủ tục lựa chọn PNC ............................................................................... 37
Hình 3.1: Phương thức kết nối theo kiểu hình sao và ngang hàng ............................. 37
Hình 3.2: Kết hợp phương thức kết nối hình sao và ngang hàng ............................... 41
Hình 3.3: Mạng có kiến trúc hình cây ......................................................................... 42
Hình 3.4: Kiến trúc của chuẩn IEEE 802.15.4 ............................................................ 44
T¹ H÷u Trung – Líp K9T3

9

Khoa C«


Tr-êng ®¹i häc c«ng nghÖ

HiÖu suÊt ho¹t ®éng cña
m¹ng kh«ng d©y theo chuÈn
IEEE 802.15

Hình 3.5: Các thành phần và kết nối của chuẩn IEEE 802.15.4 ................................. 45
Hình 3.6: Chức năng trải phổ chuỗi trực tiếp .............................................................. 47
Hình 3.7: Các thành phần và giao diện của phân lớp MAC ....................................... 49
Hình 3.8: Trình tự các bản tin ..................................................................................... 50
Hình 3.9: Quá trình liên kết với PAN ......................................................................... 51
Hình 3.10: Quá trình phân tách khỏi PAN .................................................................. 52
Hình 3.11: Cấu trúc khung “Beacon” ......................................................................... 53
Hình 3.12: Cấu trúc khung dữ liệu .............................................................................. 55

m¹ng kh«ng d©y theo chuÈn
IEEE 802.15

Hình 4.13: So sánh IEEE 802.15.4 và IEEE 802.11 về bước trễ ................................ 82
Bảng 3.1: Thông số của tiền tố PLME – ED.confirm ................................................. 46
Bảng 3.2: Tần số kênh ................................................................................................ 47
Bảng 3.3: Bảng ánh xạ Bit – to – chip ......................................................................... 48
Bảng 4.1 Successful Association Rate, Beaconing Cooperator Ratio ......................... 83

T¹ H÷u Trung – Líp K9T3

11

Khoa C«


Tr-êng ®¹i häc c«ng nghÖ

HiÖu suÊt ho¹t ®éng cña
m¹ng kh«ng d©y theo chuÈn
IEEE 802.15

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Anh:
[1]. Agere Systems, Inc., Hewlett-Packard Company, Intel Corporation,
Microsoft Corporation, NEC Corporation, Koninklijke Philips Electronics
N.V., Samsung Electronics Co., Ltd. Availabe from .
(2005), “Wireless Universal Serial Bus Specification”.
[2]. Anna Hac, University of Hawaii at manoa, Honolulu, USA “Wireless
sensor network Designs”.

Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer

T¹ H÷u Trung – Líp K9T3

12

Khoa C«


Tr-êng ®¹i häc c«ng nghÖ

HiÖu suÊt ho¹t ®éng cña
m¹ng kh«ng d©y theo chuÈn
IEEE 802.15

(PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LRWPANs)”.
[11]. IEEE 802.15.4/D18, Draft Standard, (Feb, 2003), “Low Rate Wireless
Personal Area networks”.
[12]. Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. 345 East 47 th street,
New York, NY 10017, USA. (2003), “IEEE project 802 Wireless Personal
Area Network Working Group 802.15”.
[13]. Jasson Ellis – Sr. Manager, Marketing and Business Development. Vice
chairma IEEE 802.15.4, Available from www.staccatocommunications.com.
(7 June 2005), “Wireless Connectivity World”.
[14]. Joe Decuir, MCCI, Com-19
“Progress on Ultra Wide band”.

Seattle

Chair,

Khoa C«


Tr-êng ®¹i häc c«ng nghÖ

HiÖu suÊt ho¹t ®éng cña
m¹ng kh«ng d©y theo chuÈn
IEEE 802.15

[23]. Yuefeng Zhou, David I. Laurenson, Stephen McLaughlin - School of
Engineering & Electronics, University of Edinburgh - Edinburgh, EH9 3JL,
UK “A Novel Piconet Coordinator Selection Method for IEEE802.15.3Based WPAN”.
[24]. Sinem Coleri Ergen Email: September 10,
2004. “ZigBee/IEEE 802.15.4 Summary”
[25]. ZigbeeTM Alliance, (2004), “wireless Control That simply Works”.

T¹ H÷u Trung – Líp K9T3

14

Khoa C«