NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MẠNG HÌNH LƯỚI VÔ TUYẾN WIRELESS MESH NETWORK

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
MỤC LỤC
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ
DANH MỤC HÌNH VẼ
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục bảng
DANH MỤC BẢNG
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt
A
AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mã hóa tiên tiến
AF Application Framework Khung làm việc ứng dụng
APDU Aplication Support Sublayer
Protocol Data Unit
Đơn vị dữ liệu tầng con hỗ trợ ứng
dụng
APS Application Support Sublayer Tầng con hỗ trợ ứng dụng
APSDE Application Support Sublayer
Data Entity
Thực thể dữ liệu tầng con hỗ trợ
ứng dụng
APSDE-SAP APSDE-Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ APSDE
B
BPSK Binary Phase-Shift Keying Khóa dịch pha hai trạng thái
BSN Beacon sequence number Số trình tự hoa tiêu
C
CAP Contention Access Period Thời gian truy nhập xung đột
CCA Clear Channel Assessment Đánh giá kênh rỗi
CFP Contention-Free Period Thời gian không xung đột
CSMA-CA Carrier Sense Multiple Access
with Collision Avoidance

Đa truy nhập cảm ứng sóng mang
tránh xung đột
D
DSN Data sequence number Số trình tự dữ liệu
DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phỗ chuỗi trực tiếp
E
ED Energy Detection Phát hiện năng lượng
FCS Frame Check Sequence Trình tự kiểm tra khung
FFD Full function device Thiết bị đầy đủ chức năng
G
GTS Guaranteed Time Slot Khe thời gian bảo vệ
H
HDR Header Mào đầu
I
IB Information Base Cơ sở thông tin
IFS Interframe Spacing Không gian liên khung
ISM Indutrial, Scientific, Medical Công nghiệp, Khoa học, Y tế
L
LQI Link Quality Indicator Chỉ thị chất lượng liên kết
LR-WPAN Low-Rate Wireless Personal Area
Network
Mạng cá nhân tốc độ thấp
M
MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập kênh
MFR MAC footer Đuôi khung MAC
MHR MAC header Đầu khung MAC
MLME MAC Layer Management Entity Thực thể quản lý lớp MAC
MLME-SAP MAC Layer Management Entity Điểu truy nhập MLME
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
Service Access Point

MPDU MAC Protocol Data Unit Đơn vị giao thức lớp MAC
MSDU MAC service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ lớp MAC
N
NIB Network Layer Information Base
NLDE Network Layer Data Entity Thực thể dữ liệu lớp mạng
NLDE-SAP Network Layer Data Entity
Service Access Point
Điểm truy nhập NLDE
NLME Network Layer Management
Entity
Thực thể quản lý lớp mạng
NLME-SAP Network Layer Management
Entity Service Access Point
Điểm truy nhập dịch vụ NLME
NPDU Network Layer Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức lớp mạng
NSDU Network Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ lớp mạng
O
O-QPSK Offset Quadrature Phase-Shift
Keying
Khóa dịch pha bốn trạng thái có
trễ
P
PAN Personal Area Network Mạng khu vực cá nhân
PD PHY Data Dữ liệu lớp vật lý
PD-SAP PHY Data Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ dữ liệu
lớp vật lý
PHR PHY Header Đầu khung dữ liệu lớp vật lý
PIB PAN Information Base Cơ sở thông tin PAN
PLME Physical Layer Management
Entity

Thực thể quản lý lớp vật lý
PLME-SAP Physical Layer Management
Entity Service Access Point
Điểm truy nhập dịch vụ PLME
R
RFD Reduced Function Device Thiết bị ít chức năng
S
SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
W
WPAN Wireless Personal Area Network Mạng cá nhân không dây
Z
ZDO ZigBee Device Object Đối tượng thiết bị Zigbee
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời mở đầu
LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển nhanh chóng của thiết bị di động nhỏ giá thấp đã thúc đẩy sự phát triển của
truyền thông vô tuyến nhằm đáp ứng nhu cầu người sử dụng. Người sử dụng luôn muốn một thiết bị
di động giá rẻ, chi phí sử dụng thấp, dịch vụ tin cậy và đáp ứng nhu cầu luôn luôn on-line của họ.
Công nghệ mạng lưới vô tuyến (Wireless Mesh Network) là công nghệ vô tuyến đầy hứa hẹn đáp
ứng được nhu cầu đó với những đặc điểm mà các công nghệ khác không có được đó là tự cấu hình,
tự tổ chức, tự hàn gắn, dễ dàng bảo trì, giá thấp, dịch vụ tin cậy, khả năng mở rộng dễ dàng…Điểm
hạn chế của công nghệ mạng lưới vô tuyến đó là phạm vi vùng phủ nhỏ, và băng thông hạn chế.
Công nghệ mạng lưới vô tuyến được ứng dụng rộng rãi nhất và được hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuất
phần cứng nhất đó là Zigbee. Zigbee đã ứng dụng phổ biến trong mạng cảm biến, nhà thông minh…
Vì vậy việc tìm hiểu về mạng lưới vô tuyến – công nghệ vô tuyến đang phát triển rất nhanh
là cần thiết và em đã chọn đề tài ” Nghiên cứu công nghệ mạng hình lưới vô tuyến” là đề tài đồ
án tốt nghiệp của em.
Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm có:
•

Chương 1.Nghiên cứu tổng quan mạng Mesh vô tuyến. Chương 1 giới thiệu tổng quan về
mạng lưới vô tuyến, thành phần, cấu trúc và những ứng dụng của mạng lưới vô tuyến.
•
Chương 2.Một số công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến. Chương 2 tìm
hiểu hai công nghệ đó là Zigbee và SimpliciTI nhưng tập trung chủ yếu vào công nghệ
Zigbee.
•
Chương 3.Nghiên cứu mô hình hệ thống thông tin quản lý môi trường sử dụng công nghệ
Mesh vô tuyến. Chương 3 tìm hiểu mô hình thực tế của hệ thống quản lý môi trường và các
vấn đề cần chú ý khi thiết kế mạng. Đây là mô hình ứng dụng thực tiễn và đã được triển khai
phổ biến ở các nước phát triển.
Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng vì khả năng còn hạn chế nên đồ án còn rất nhiều thiết sót.
Em mong nhận được sự góp ý của các thầy để đồ án được chính xác và hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Trường Thành, người đã hướng dẫn, định hướng, giúp
đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài. Em xin chần thành cảm ơn thầy.
Sinh viên thực hiện
Đào Trọng Tuấn
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến
1 CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ MẠNG MESH VÔ TUYẾN
1.1 Giới thiệu mạng Mesh vô tuyến
Các công nghệ mạng không dây đang phát triển sang thế hệ tiếp nhằm cung cấp các dịch vụ
tốt hơn, công nghệ mạng lưới vô tuyến (Wireless Mesh Networks-WMNs) đang được ứng dụng
rộng khắp nhằm cung cấp các topo mạng một cách linh hoạt, tin cậy với hàng ngàn thiết bị.
Mạng lưới vô tuyến – WMNs là mạng truyền thông tạo bởi các nút vô tuyến tổ chức theo
dạng lưới. WMNs là mạng nhiều hop trong đó mỗi node có thể nhận và gửi bản tin, các node này
đóng vai trò là một router và chuyển tiếp bản tin tới hàng xóm. Theo quá trình này, mỗi gói tin sẽ đi
tới đích qua các node trung gian với các liên kết tin cậy.
Trong WMNs, node bao gồm mesh router và mesh client. Một WMN có đặc điểm tự tổ
chức, tự cấu hình động (self-oranized, self-configured), mỗi node trong mạng tự động thiết lập và

duy trì kết nối lưới giữa chúng. Đặc điểm này mang lại nhiều lợi ích cho WMNs như là chi phí ban
đầu thấp, bảo trì dễ dàng, bảo vệ các dịch vụ tin cậy.
Các node thông thường (desktops, laptops, PDA, PocketPC, phones…) được trang bị với các
card không dây (Network Interface Card –NIC) có thể kết nối trực tiếp tới mesh router. Người dùng
không có NIC có thể truy nhập WMN bằng cách kết nối tới mesh router qua chẳng hạn Ehernet. Do
đó, WMN sẽ giúp người dùng người luôn luôn nối mạng mọi lúc mọi nơi. Tuy nhiên, chức năng
gateway/bridge trong mesh router cho phép tích hợp vào WMN với mạng không dây hiện có khác
nhau như mạng cảm biến không dây, Wi-fi (Wireless-fidelity), Wimax (Worldwide inter-operability
for microwave access), mạng thông tin di động. Theo đó, thông qua một WMN được tích hợp người
dùng của mạng hiện có có thể được cung cấp với dịch vụ mà mạng này không thể cung cấp.
WMN là một công nghệ không dây đầy hứa hẹn cho rất nhiều ứng dụng như mạng gia đình
tốc độ cao (broadband home networking), mạng doanh nghiệp, tòa nhà tự động…Nó đang dành
được sự quan tâm của các nhà cung cấp dịch vụ Internet (Internet service provider – ISP) trong việc
tung ra dịch vụ băng rộng không dây mà chỉ cần chi phí đầu tư ban đầu nhỏ. Với khả năng tự tổ
chức và tự cấu hình, WMN có thể được triển khai mỗi node một thời gian, khi cần. Khi nhiều node
được cài đặt, sự tin cậy và liên kết đối với người dùng tăng theo.
Triển khai một WMN không quá khó bởi vì tất cả thành phần yêu cầu đều có sẵn trong định
dạng của giao thức định tuyến của mạng ad hoc, giao thức MAC IEEE 802.11…Một vài công ty vừa
mới nhận ra tiềm năng của công nghệ này và đưa ra các sản phầm của mạng lưới không dây. Một
vài phòng thí nghiệm được thành lập ở một số trường đại học. Tuy nhiên, việc tạo ra hết khả năng
của mạng WMN, việc nghiên cứu vẫn cần tiếp tục chẳng hạn như MAC và giao thức định tuyến
hiện có được sử dụng cho WMN không có đủ sự mở rộng, throughput bị bỏ đáng kể khi mà số
lượng các node hay hop trong mạng WMN tăng. Theo đó, tất cả các giao thức hiện có từ lớp ứng
dụng tới giao vận, lớp MAC và lớp vật lý cần được tăng cường để phù hợp với WMN.
1.2 Kiến trúc mạng WMN
WMN bao gồm hai loại node: mesh router và mesh client. Một mesh router bao gồm chức
năng định tuyến, chức năng cửa ngõ/trạm lặp (gateway/repeater). Để nâng cao sự linh hoạt của
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 8
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến
mạng lưới, một mesh router thường được trang bị với nhiều giao diện không dây được xây dựng trên

hoặc công nghệ truy nhập không dây giống hay khác nhau. So sánh với router wirless thông thường,
một mesh router có thể có cùng diện bao phủ nhưng với công suất phát thấp hơn nhiều thông qua
việc truyền thông nhiều hop. Giao thức MAC (Medium access control) trong mesh router được tăng
cường với sự mở rộng tốt hơn trong điều kiện lưới nhiều hop.
Mặc dù có nhiều sự khác nhau nhưng mesh router và wirless router thông thường được xây
dựng dựa trên cùng một nền tảng phần cứng. Mesh router có thể được xây dựng dựa trên hệ thống
máy tính riêng (ví dụ như hệ thống nhúng). Chúng cũng có thể được xây dựng dựa trên hệ thống
máy tính như laptop, desktop PC… Mesh client cũng có chức năng cần thiết cho mạng lưới và do đó
cũng làm việc như là một router. Tuy nhiên, chức năng cửa ngõ (gateway) hay cầu (bridge) không
tồn tại trong những nút này. Thêm vào đó, mesh client thường xuyên chỉ có một giao diện không
dây. Nền tảng phần cứng và phần mềm cho mesh client có thể đơn giản hơn nhiều so với mesh
router. Mesh client có nhiều thiết bị khác nhau hơn nhiều so với mesh router. Chúng có thể là
laptop/desktop PC, pocket PC, PDA, IP phone và nhiều loại thiết bị khác.
Hình 1-1 Ví dụ mesh router
dựa trên hệ thống nhúng khác
nhau: (a) PowerPC; (b)
AdvancHình 1-2ed Risc
Machines (ARM).
Hình 1- 3 Ví dụ mesh client: Laptop, tablet
Kiến trúc của WMN có thể được phân thành ba nhóm chính dựa trên chức năng của các
node.
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 9
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến
• Infrastructure/backbone WMN
Kiến trúc này được chỉ ra trong hình 1.3 nơi mà nét đứt và nét liền mô tả liên kết không dây
và có dây.
Hình 1-4 Infrastructure/Backbone WMN
Kiến trúc này bao gồm mesh router định dạng cấu hình mạng cho client kết nối tới nó. WMN
infrastructure/backbone có thể được xây dựng dùng nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau như công
nghệ phổ biến nhất đó là IEEE 802.11. Với chức năng gateway, mesh router có thể được kết nối tới

Internet và theo cách này, cũng đưa ra như là các lưới hạ tầng (infrastructure mesh), cung cấp
backbone cho client và cho phép tích hợp WMN với mạng vô tuyến hiện có thông qua chức năng
gateway/bridge ở mesh router. Client với giao diện Ethernet có thể kết nối tới mesh router thông qua
liên kết Ethernet. Đối với những client mà cùng công nghệ vô tuyến với mesh router, chúng có thể
truyền thông trực tiếp với mesh router. Nếu khác công nghệ vô tuyến, client phải truyền thông với
trạm gốc mà có kết nối Ethernet tới mesh router.
Infrastructure/backbone WMN là loại được dùng phổ biến nhất. Cho ví dụ, mạng khu vực và
công cộng (community, neighborhood) có thể được xây dựng dùng infrastructure meshing. Mesh
router được đặt ở trên nóc các ngôi nhà trong một khu vực, phục vụ như là một accesspoint cho
người dùng bên trong nhà và dọc theo con đường. Hai loại vô tuyến được dùng đó là cho truyền
thông backbone và cho người sử dụng. Mạng lưới backbone có thể được thiết lập dùng kĩ thuật
truyền thông phạm vi rộng bao gồm các anten vô hướng.
• Client WMNs: client meshing cung cấp mạng peer-to-peer giữa các thiết bị client. Trong loại
kiến trúc này, các node client tạo thành mạng thực sự để tiến hành định tuyến và cấu hình chức
năng như cúng cấp ứng dụng tới người dùng. Do đó, một mesh router không được yêu cầu cho
loại mạng này. Kiến trúc client WMNs được chỉ ra ở hình 1.4. Trong mạng client WMNs, một
gói có địa chỉ đích là một node trong mạng nhảy thông qua nhiều node để vương twosi đích.
Client WMNs thường xuyên được định dạng dùng một loại vô tuyến. Tuy nhiên, yêu cầu trên
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 10
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến
thiết bị người dùng tăng khi so sánh với infrastructure meshing, vì vậy, trong client WMNs
người dùng phải tiến hành thêm các chức năng như là định tuyến và tự cấu hình.
Hình 1-5 Client WMN
• Hybrid WMNs. Đầy là kiến trúc được kết hợp của infrastructure và client meshing (hình 1.5).
Mesh client có thể truy nhập mạng thông qua mesh router như là với các client khác. Trong khi
infrastructure cung cấp kết nối tới mạng như là Internet, Wi-fi, Wimax, mạng cảm biến, mạng
thông tin di động, khả năng định tuyến của client cung cấp kết nối và bảo vệ bên trong WMN.
Hình 1-6 Hybrid WMN
1.3 Đặc điểm của WMN
• Mạng không dây nhiều hop. Mục đích phát triển WMN là mở rộng vùng phủ của mạng không

dây hiện tại mà không làm suy giảm dung lượng kênh truyền và cung cấp các kết nối non-line-
of-sight (NLOS) giữa những người sử dụng mà không có được liên kết line-of-sight (LOS). Để
đáp ứng yêu cầu này, mạng lưới nhiều hop là cần thiết, nó dành được throughput cao hơn mà
không làm suy giảm phạm vi vô tuyến hiệu quả thông qua khoảng cách liên kết ngắn hơn, ít
nhiễu hơn giữa các node và sử dụng tần số hiệu quả hơn.
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 11
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến
• Hỗ trợ mạng adhoc và khả năng tự định dạng, tự hàn gắn và tự tổ chức của kiến trúc mạng linh
hoạt, dễ dàng triển khai và cấu hình, khả năng chịu lỗi và kết nối lưới… truyền thông đa điểm-đa
điểm (multipoint-multipoint). WMN không cần yêu cầu cấu hình thủ công, định vị thiết bị hiện
có đơn giản như là cắm vào (plugin) và bật nó lên. Mạng khám phá ra node mới và tự động điều
khiển nó sang hệ thống đang tồn tại. Nếu một thiết bị hay liên kết trong mạng lưới bị lỗi, bản tin
sẽ được gửi ra xung quanh thông tới các thiết bị khác. Việc mất một hay nhiều node không tác
động cần thiết tới hoạt động của mạng. Một mạng lưới là tự hàn gắn bời vì không cần sự can
thiệp từ bên ngoài vào cho việc định tuyến lại bản tin
• Di động phụ thuộc loại node mesh. Mesh router thường xuyên ít di động trong khi mesh client
có thể là 1 trạm hay node di động.
• Nhiều loại mạng truy nhập. Trong WMN, cả truy nhập backhaul tới Internet và truyền thông
peer-to-peer đều được hỗ trợ. Thêm vào đó, việc tích hợp WMN với các mạng không dây khác
và cung cấp dịch vụ tới người dùng của những mạng này có thể thông qua WMN.
• Phụ thuộc của sự tiêu thụ công suất vào loại node trong WMN. Mesh router thường xuyên
không có sự ràng buộc giới hạn vào sự tiêu thụ công suất. Tuy nhiên, mesh client có thể yêu cầu
các giao thức hiệu quả đối với công suất. Cho ví dụ, một mạng cảm biến lưới yêu cầu giao thức
truyền thông của nó phải sử dụng hiệu quả công suất. Do đó, MAC hay giao thức định tuyến tối
ưu cho mesh router có thể không thích hợp cho mesh client như là cảm biến bởi vì sự hiệu quả
công suất là quan trọng nhất liên quan tới mạng cảm biến không dây.
• Tương thích và khả năng tương tác với mạng không dây hiện có. Ví dụ, WMN được xây dựng
dựa trên công nghệ IEEE 802.11 phải tương thích với các chuẩn IEEE 802.11 trong việc hỗ trợ
cả khả năng mesh và Wi-fi tiêu chuẩn. WMN cũng cần tương tác với những mạng không dây
hiện có như Wimax, Zig-bee và mạng thông tin di động.

Dựa trên những đặc điểm của WMN, WMN được xem như là một loại của mạng ad hoc.
1.4 Ứng dụng của WMN
• Mạng gia đình băng rộng. Mạng gia đình băng rộng hiện tại thường sử dụng công nghệ IEEE
802.11 WLAN. Một vấn đề dễ nhận thấy là việc định vị các access point. Một ngôi nhà (thậm
chí là một ngôi nhà nhỏ) thường xuyên có nhiều vùng chết (dead zone) mà không được bao phủ.
Giải pháp dự trên khảo sát vị trí là rất đắt và không thực tế cho mạng gia đình, trong khi việc cài
đặt nhiều access point cũng đắt đỏ và không thuận tiện bởi vì dây Ethernet từ access point tới
mạng backhaul modem truy nhập. Tuy nhiên, truyền thông giữa các node ở hai access point phải
đi tới modem hoặc hub truy nhập. Điều này dễ thấy không phải là một giải pháp hiệu quả, đặc
biệt trong mạng băng rộng. Mesh Network được chỉ ra trên hình 1.6 có thể giải quyết tất cả vấn
đề trên trong mạng gia đình. Access point được thay thế bằng wirless mesh router với liên kết
lưới được thiết lập giữa chúng. Do đó, truyền thông giữa những node này trờ thành linh hoạt
hơn. Vùng chết có thể được loại trừ bằng cộng thêm mesh router, thay đổi vị trí của mesh router
hay tự động điều chỉnh công suất của mesh router. Truyền thông trong mạng gia đình có thể
được nhận ra thông qua mạng lưới mà không cần trở lại modem hay hub truy nhập. Do đó việc
tắc nghẽn mạng vì việc trở lại backhaul có thể tránh được. Trong ứng dụng này, mesh router
không ràng buộc về tiêu thụ công suất và di động. Do đó, giao thức đưa ra cho mạng ad hoc và
mạng cảm biến không dây cũng phù hợp và đáp ứng hiệu năng trong ứng dụng này. Ở khía cạnh
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 12
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến
khác, Wi-fi không thể hỗ trợ mạng ad hoc nhiều hop. Do đó, WMN thích hợp cho mạng gia đình
băng rộng.
• Mạng công cộng và lân cận. Mạng công cộng thường được dựa trên DSL kết nối tới Internet và
cuối cùng là kết nối một router wireless tới một modem DSL. Loại mạng này có nhiều điểm hạn
chế đó là:
- Ngay cả khi thông tin phải được chia sẻ trong một vùng, tất cả lưu lượng phải đi thông qua
Internet. Điều này giảm đáng kể việc sử dụng tài nguyên mạng.
- Tỉ lệ phần trăm lớn của vùng giữa các ngôi nhà không được bao phủ bởi dịch vụ không dây.
- Chi phí đắt nhưng băng thông cửa ngõ giữa những ngôi nhà và vùng không được chia sẻ và
dịch vụ không dây phải được thiết lập riêng.

- Chỉ có một đường có thể có giá trị cho một nhà để truy nhập Internet hay truyền thông với
hàng xóm.
WMN làm suy giảm sự không có ích trên thông qua kết nối mạng lưới linh hoạt giữa các tòa
nhà (hình 1.7). WMN cũng có thể cho phép nhiều ứng dụng như là phân phối tài liệu lưu trữ, truy
nhập file, luồng video (video streaming).
Hình 1-7 WMN cho mạng gia đình băng rộng.
• Mạng doanh nghiệp. Đây có thể là một mạng nhỏ trong một văn phòng hay mạng trung bình cho
tất cả văn phòng trong toàn bộ một tòa nhà hay mạng phạm vi lớn giữa những văn phòng trong
nhiều tòa nhà. Hiện tại, chuẩn IEEE 802.11 được sử dụng rộng rãi, tuy nhiên việc kết nối những
mạng này được thực hiện thông qua kết nối có dây Ethernet, đây là lý do chính cho chi phí cao
của mạng doanh nghiệp. Thêm vào đó, việc cộng thêm modem truy nhập chỉ tăng băng thông
khu vực, không tăng việc đảm bảo tránh liên kết lỗi, nghẽn mạng và những vấn đề khác cho toàn
bộ mạng doanh nghiệp. Nếu access point được thay thế bằng mesh router (hình 1.8), dây
Ethernet có thê được loại trừ. Nhiều modem truy nhập có thể chia sẻ bởi các node trong toàn bộ
mạng và do đó, tăng cường việc sử dụng tài nguyên của mạng doanh nghiệp. WMN có thể phát
triển dễ dàng khi cỡ mạng của doanh nghiệp mở rộng. WMN cho mạng doanh nghiệp phức tạp
hơn nhiều so với hộ gia đình bởi vì nhiều node và cấu hình mạng phức tạp hơn. Dịch vụ của chết
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 13
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến
độ mạng doanh nghiệp có thể được ứng dụng tới nhiều dịch vụ công cộng và thương mại khác
như sân bay, khách sạn, trung tâm hội nghị, trung tâm thể thao…
Hình 1-8 WMN cho mạng công cộng.
Hình 1-9 WMN cho mạng doanh nghiệp.
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 14
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến
• Mạng đô thị (Metropolitan area network). WMN trong khu vực đô thị có nhiều lợi ích. Tốc
độ phát ở lớp vật lý cao hơn nhiều tốc độ trong mạng thông tin di động. Cho ví dụ, một nút
nút IEEE 802.11g có thể có được tốc độ tối đa là 54Mbps. Tuy nhiên, truyền thông giữa các
nút trong WMN không tin cậy bằng mạng có dây. So sánh với mạng có dây như DSL, mạng
quang, mạng lưới WAN là một thay thế kinh tế cho mạng băng rộng, đặc biệt ở những quốc

gia chưa phát triển. Mạng lưới MAN bao phủ một khu vực lớn hơn nhiều so với hộ gia đình,
doanh nghiệp, tòa nhà hay mạng công cộng. Do đó, mạng lưới WAN đáp ứng được yêu cầu
về việc mở rộng mạng bằng mạng lưới.
Hình 1-10 WMN cho mạng đô thị MAN (metropolitan area network)
• Hệ thống chuyên trở (Transportation system). Thay vì giới hạn truy nhập IEEE 802.11 hay
802.16 tới trạm, công nghệ mạng lưới có thể mở rộng truy nhập tới xe bus, tàu hỏa… Do đó,
dịch vụ thông tin hành khách thuận tiện, việc giám sát từ xa trong các phương tiện đi lại có
thể được hỗ trợ. Để có thể cho phép mạng lưới ứng dụng tới hệ thống chuyên trở, hai công
nghệ khóa cần được đáp ứng: mạng backhaul di động tốc độ cao từ một phương tiện đi lại
(car, bus, train) tới Internet; mạng lưới di động bên trong các phương tiện đi lại. (hình 1.10).
• Tòa nhà thông minh. Trong một tòa nhà, các thiết bị điện khác nhau như đèn điện, điều hòa
nhiệt độ, thang máy cần được điều khiển và giám sát. Hiện tại, việc này được thực hiện
thông qua mạng có dây với chi phí rất đắt vì sự phức tạp trong triển khai và bảo trì mạng có
dây. Gần đây, mạng Wi-fi đã được ứng dụng để giảm giá việc triển khai mạng này. Tuy
nhiên, việc này không đạt được hiệu năng thỏa mãn bởi vì triển khai mạng Wi-fi cho ứng
dụng này vẫn đắt đỏ vì cần tới mạng Ethernet có dây. Nếu một tòa nhà thông mình được xây
dựng dựa trên công nghệ mạng lưới (hình 1.11), các access point được thay thế bằng các
mesh router, chi phí triển khai sẽ giảm đi đáng kể. Tiến trình triển khai cũng đơn giản hơn
nhiều bởi vì kết nối lưới giữa những mesh router.
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 15
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến
• Hệ thống sức khỏe và y tế. Trong bệnh viện hay trung tâm y tế, việc giám sát và phát hiện dữ
liệu cần được xử lý và phát từ một phòng sang phòng khác với mục đích khác nhau. Việc
phát dữ liệu thường xuyên dùng băng rộng, các thông tin giám sát định kì và ảnh y tế độ
phân giải cao có thể dễ dàng tạo ra một lượng dữ liệu lớn và không đổi. Mạng có dây truyền
thống chỉ có thể cung cấp truy nhập mạng giới hạn tới thiết bị y tế cố định. Mạng dựa trên
Wi-fi liên quan tới kết nối mạng Ethernet hiện có, cái mà gây ra giá hệ thống cao và phức tạp
mà không có khả năng loại trừ vùng chết. Tuy nhiên vấn đề này không tồn tại trong mạng
WMN.
Hình 1-11 WMN cho hệ thống chuyên trở.

Hình 1-12 WMN cho tòa nhà thông minh.
• Hệ thống giám sát an ninh. Hệ thống giám sát an ninh là rất cần thiết cho tòa nhà doanh nghiệp,
trung tâm mua sắm … Để triển khai hệ thống này ở vị trí khi cần, WMN là giải pháp khả thi hơn
nhiều so với mạng có dây kết nối tới tất cả các thiết bị. Vì hình ảnh và video đòi hỏi lưu lượng
lớn trong mạng, ứng dụng này yêu cầu khả năng mạng cao hơn nhiều những ứng dụng khác.
• Hệ thống thông tin quản lý môi trường. ở các nước đang phát triên, các khu công nghiệp thường
không có thiết bị giám sát môi trường. Khi cần thông tin về môi trường ở các khu công nghiệp
này, các thao tác thực hiện khá phức tạp vì phải mang thiết bị tới hiện trường, tiến hành đo đạc,
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 16
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến
thu thập kết quả và tính toán thủ công. Việc giám sát này không tức thời, khó quy trách nhiệm
cho các đơn vị gây ô nhiễm, việc quản lý không mang tính hệ thống. Để giải quyết vấn đề này,
công nghệ mạng lưới không dây là công nghệ được sử dụng và ứng dụng rộng khắp. Theo đó,
các cảm biến sẽ được định vị để giám sát thành phần môi trường ở các khu công nghiệp (CO
2,
O
2…
), thông tin sau đó sẽ được chuyển tới một server để xử lý và ứng dụng trên server sẽ phân
tích thông tin và tính toán mức ôi nhiễm. Server cũng có thể ghi lại và hiển thị bảng biểu của
mức độ ôi nhiễm cho tất cả các nhân tố gây ôi nhiễm, server cũng có thể đưa ra những vấn đề
sức khỏe liên quan tới những ôi nhiễm đó. Việc giám sát này cho phép biết được vị trí của nơi ôi
nhiễm vì cảm biến được gán với thông tin vị trí xác định. Các cảnh báo được đưa ra khi một
trong các thành phần vượt quá mức cho phép để các nhà quản lý có thể đưa ra các biện pháp xử
lý tức thời.
Hình 1-13 Kiến trúc tổng quan mạng cảm biến lưới vô tuyến
1.5 Tổng kết chương 1
Chương 1 đã giới thiệu tổng quát về mạng lưới vô tuyến. Mạng lưới vô tuyến đang phát triển
và là một trong những công nghệ khóa để cung cấp những dịch vụ tốt hơn. Mạng lưới vô tuyến –
WMN bao gồm 2 loại node đó là mesh router và mesh client. Mesh router định dạng ra kiến trúc
mạng WMN, mesh router thường có nhiều card giao diện và có chức năng gateway/bridge trong khi

đó mesh client chỉ có một card giao diện và không có chức năng gateway/bridge. Nhờ có chức năng
gateway/bridge mà WMN có thể tích hợp các mạng hiện có như mạng Wi-fi, Wimax, mạng thông
tin di động… Nhờ vậy, WMN đáp ứng được nhu cầu luôn luôn on-line của người dùng. Kiến trúc
mạng WMN chia làm ba nhóm đó là infrastructure/backbone WMN, client WMN và hybrid WMN.
Trong đó kiến trúc infrastructure/backbone WMN được sử dụng rộng rãi nhất với việc tương tác với
các mạng hiện có. Mạng WMN có nhiều đặc điểm mà quan trọng nhất đó là tự định dạng, tự hàn
gắn và tự tổ chức. Việc nghiên cứu WMN được tiến hành ở nhiều viện nghiên cứu trên toàn thế giới
và một số nhà sản xuất đã đưa ra thị trường những sản phẩm WMN và hứa hẹn đây sẽ là thị trường
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 17
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Mesh vô tuyến
sôi động. Một số ứng dụng của WMN như mạng gia đình băng rộng, mạng doanh nghiệp, mạng
công cộng và lân cận, tòa nhà thông minh và đặc biệt là mạng giám sát,cảnh báo mà được triển khai
thực tế và mang lại hiệu quả cao đó là mạng cảm biến giám sát môi trường. WMN đã khắc phục
được những nhược điểm của mạng có dây hay công nghệ không dây phổ biến hiện tại là Wi-fi.
Trong tương lai, WMN sẽ phát triển hoàn thiện hơn để đem lại dịch vụ tốt nhất cho người dùng.
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 18
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2. Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 19
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2. Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến
2 CHƯƠNG 2. CÁC CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG TRONG MẠNG MESH VÔ TUYẾN
2.1 Công nghệ Zigbee
Công nghệ Zigbee là chồng giao thức truyền thông cho mạng vô tuyến phạm vi ngắn với tốc
độ dữ liệu thấp, tiêu tốn ít năng lượng.
Zigbee hướng tới những ứng dụng dành cho các thiết bị được cấp nguồn pin với yêu cầu tốc
độ dữ liệu thấp, giá thấp, tuổi đời pin dài.Trong ứng dụng Zigbee, phần lớn thời gian thiết bị ở trạng
thái tiết kiệm năng lượng (trạng thái ngủ). Vùng phủ của Zigbee từ 10-75m phụ thuộc vào môi
trường RF và công suất đầu ra được yêu cầu bởi ứng dụng và bằng tần RF không được đăng kí trên
thế giới(2.4GHz đối với toàn cầu, 915MHz ở Mỹ hay 868MHz ở Châu Âu). Tốc độ dữ liệu của
Zigbee là 250kbps ở 2.5GHz, 40kbps ở 915MHz và 20kbps ở 868MHz.
Chuẩn Zigbee được phát triển bởi Zigbee Alliance. Chuẩn Zigbee thực thi IEEE 802.15.4

như là tầng vật lý (Physical Layer – PHY) và tầng điểu khiển truy nhập (Medium Access Control –
MAC).
Trong chồng giao thức Zigbee, IEEE 802.15.4 định nghĩa lớp vật lý và lớp MAC còn ZigBee
Alliance định nghĩa các lớp trên từ lớp mạng, lớp ứng dụng và lớp bảo mật. IEEE 802.15.4 được
phát triển độc lập với Zigbee và nó có thể xây dựng mạng vô tuyến phạm vi ngắn dựa trên IEEE
802.15.4 và không thực thi các lớp do Zigbee Alliance định nghĩa. Trong trường hợp này, người
dùng phát triển mạng/ứng dụng của chính họ trên IEEE 802.15.4 PHY và MAC, hai lớp này đơn
giản hơn lớp giao thức Zigbee và hướng tới những ứng dụng cụ thể và việc thực thi toàn bộ giao
thức tùy chọn này yêu cầu thiết bị đơn giản và chi phí thấp hơn so với chồng giao thức Zigbee đầy
đủ. Tuy nhiên việc thực thi toàn bộ chồng giao thức Zigbee đảm bảo cho sự tương tác giữa những
nhà sản xuất thiết bị phần cứng và nâng cao sự tin cậy vì khả năng hỗ trợ mạng lưới trong Zigbee.
2.1.1 Thành phần mạng Zigbee
Có 2 loại thiết bị trong một mạng không dây IEEE 802.15.4 : FFD(Full Function Device) và
RFD (Reduced Function Device). Một FFD có khả năng thực hiện tất cả các chức năng được mô tả
trong IEEE 802.15.4 và có thể đảm nhiệm bất cứ một vai trò nào trong mạng Zigbee. Một RFD có
khả năng giới hạn hơn so với FFD. Ví dụ : một FFD có khả năng giao tiếp với bất cứ một loại thiết
bị nào khác trong mạng nhưng một RFD chỉ có thể giao tiếp duy nhất với một FFD. Các thiết bị
RFD nhắm vào những ứng dụng đơn giản như bật tắt một bóng đèn, thu thập dữ liệu từ một cảm
biến… Khả năng xử lý và kích thước bộ nhớ của một RFD thường nhỏ hơn các FFD.
Trong một mạng IEEE 802.15.4 , một FFD có thể thực hiện ba vai trò khác nhau: một bộ
điều phối (Coordinator), một bộ điều phối PAN (Personal Area Network) PAN Coordinator và một
thiết bị (device). Một bộ điều phối là một một thiết bị FFD có khả năng chuyển tiếp các bản tin. Nếu
một bộ điều phối cũng là một bộ điều khiến chính của một mạng PAN, nó sẽ được gọi là bộ điều
phối PAN. Nếu một thiết bị mà không đảm nhiệm chức năng điều phối, nó đơn giản được gọi là
thiết bị đầu cuối(thường gọi tắt là thiết bị).
Chuẩn Zigbee sử dụng các thuật ngữ khác hơn một chút. Một bộ điều phối Zigbee
coordinator là một bộ điều phối PAN IEEE 802.15.4. Một bộ định tuyến Zigbee router là một thiết
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 20
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2. Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến
bị có khả năng hoạt động như một bộ điều phối IEEE 802.15.4. Cuối cùng, một thiết bị đầu cuối

Zigbee end device sẽ là thiết bị không thuộc một trong hai thiết bị: bộ điều phối và bộ định tuyến.
Các thiết bị đầu cuối Zigbee có kích thước bộ nhớ nhỏ nhất và khả năng xử lý và ít đặc điểm nhất.
2.1.2 Cấu hình mạng
Quá trình hình thành mạng được quản lý bởi lớp mạng Zigbee. Mạng có một trong hai cấu
hình được xác định trong IEEE 802.15.4 là cấu hình hình sao và cấu hình điểm-điểm.
Trong cấu hình hình sao như trong ví dụ hình 2.1, mỗi thiết bị trong mạng chỉ có thể truyền
thông với PAN coordinator. Một kịch bản điển hình trong quá trình hình thành một mạng hình sao
đó là, một FFD được lập trình để trở thành PAN coordinator và sẽ được kích hoạt và khởi tạo quá
trình thiết lập mạng của nó. Việc đầu tiên mà PAN coordinator thực hiện là chọn lựa một PAN
ID(dùng để nhận diện PAN) duy nhất mà chưa được sử dụng bởi bất kỳ một mạng khác nằm trong
phạm vi vô tuyến của để đảm bảo rằng PAN ID chưa được sử dụng bởi bất cứ một mạng nào khác
liền kề.
Trong cấu hình điểm-điểm như hình 2.2, mỗi thiết bị có thể giao tiếp trực tiếp với bất cứ một
thiết bị nào khác nằm gần nó để thiết lập một liên kết trực tiếp. Bất cứ FFD nào trong mạng điểm-
điểm có thể đóng vai trò làm bộ điều phối PAN. Một giải pháp để chọn thiết bị nào sẽ là bộ điều
phối PAN đó là chọn thiết bị FFD đầu tiên mà bắt đầu truyền thông như là PAN coordinator. Trong
một mạng điểm-điểm, tất cả các thiết bị mà tham gia vào chuyển tiếp bản tin là các FFD bởi vì RFD
không có khả năng chuyển tiếp. Tuy nhiên một RFD có thể là một phần của mạng nhưng nó chỉ có
thể giao tiếp với duy nhất một thiết bị đặc thù (một Coordinator hay một router).
Một mạng điểm-điểm có thể có các hình dạng khác nhau tùy vào các ràng buộc trong việc
giao tiếp giữa các thiết bị. Nếu không có các yêu cầu ràng buộc, một mạng điểm-điểm được gọi là
có cấu hình lưới – mesh topology. Một dạng khác của mạng điểm-điểm mà Zigbee hỗ trợ đó là cấu
hình hình cây hay còn gọi là cấu hình phân cấp như hình 2.3. Trong trường hợp này, một bộ điều
phối Zigbee (bộ điều phối PAN) thiết lập mạng ban đầu của nó. Các Zigbee router tạo lên các nhánh
và chuyển tiếp các bản tin. Các thiết bị đầu cuối Zigbee không tham gia vào chuyển tiếp gói tin. Các
Zigbee router có thể phát triển mạng vượt quá mạng được khởi tạo ban đầu bởi bộ Zigbee
coordinator.
Hình 2-14 Một mạng hình sao
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 21
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2. Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến

Hình 2-15 Một mạng mắt lưới phát triển từ mạng điểm-điểm
Hình 2.3 mô tả một ví dụ minh họa phương thức chuyển tiếp một bản tin có khả năng mở
rộng phạm vi của mạng, thậm chí vượt qua các rào cản gây ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến. Ví
dụ, thiết bị A cần gửi một bản tin đến thiết bị B nhưng có một rào chắn giữa chúng khiến cho tín
hiệu khó có thể truyền giữa A và B. Cấu hình hình cây giúp giải quyết vấn đề này bằng việc chuyển
tiếp bản tin vòng qua rào chắn và tới đến thiết bị B. Cách thức này được gọi là nhảy đa bước –
multihopping – bởi vì bản tin sẽ phải đi qua nhiều nút cho đến khi nó đến nguồn.
Một mạng IEEE 802.15.4 với bất cứ một cấu hình nào đều được khởi tạo bởi một PAN
coordinator. PAN coordinator điều khiển mạng và thực hiện các chức năng cơ bản sau:
- Cấp phát một địa chỉ duy nhất cho mỗi thiết bị trong mạng(16-bit hoặc 64-bit).
- Khởi tạo, kết thúc, định tuyến bản tin trên mạng.
- Chọn lựa một PAN ID duy nhất trên mạng. PAN ID này cho phép các thiết bị trong cùng
một mạng sử dụng phương thức đánh địa chỉ ngắn 16-bit mà vẫn có thể giao tiếp với các
thiết bị khác qua các mạng độc lập.
Chỉ có duy nhất một PAN coordinator trong toàn bộ mạng. Một PAN coordinator có thể cần
có thời gian hoạt động dài, nó thường được kết nối tới nguồn chính hơn là pin.
Hình 2-16 cấu hình hình cây.
2.1.3 Mô hình chồng giao thức Zigbee
Chồng giao thức Zigbee được chỉ trong hình 2.4 , nó dựa trên mô hình tham chiếu OSI. Có
bẩy lớp trong mô hình OSI nhưng Zigbee chỉ thực thi các lớp mà cần thiết cho công suất thấp, tốc độ
dữ liệu thấp Hai lớp dưới cùng là PHY và MAC được định nghĩa bởi IEEE 802.15.4. Lớp mạng
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 22
Các RFD không có khả năng chuyển tiếp gói tin
Rào chắn
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2. Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến
NWK và lớp ứng dụng APL được định nghĩa bởi chuẩn Zigbee. Đặc điểm bảo mật được định nghĩa
bởi cả hai. Một mạng thực thi tất cả các lớp như trong hình 2.4 được xem như là một mạng vô tuyến
Zigbee.
Mỗi lớp giao tiếp với các lớp kế cận qua các điểm truy nhập dịch vụ SAP (Service Access
Point). Một SAP là một vị trí mang tính trừu tượng ở đó một lớp giao thức yêu cầu các dịch vụ của

các lớp khác. Ví dụ trong hình 2.4, điểm truy nhập dịch vụ dữ liệu PHY PD-SAP là nơi mà lớp
MAC yêu cầu các dịch vụ dữ liệu từ lớp PHY.
IEEE 802.15.4 được phát triển độc lập với chuẩn Zigbee vì vậy có thể xây dựng mạng không
dây khoảng cách ngắn dựa trên IEEE 802.15.4 và không cần thực thi các lớp được chuẩn hóa bởi
Zigbee. Trong trường hợp này, người sử dụng sẽ phát triển các lớp là lớp mạng và lớp ứng dụng
riêng cho mình dựa trên lớp PHY và MAC của IEEE 802.15.4 như hình dưới. Những lớp do người
dùng tự định nghĩa này sẽ thường đơn giản hơn Zigbee và hướng đến các ứng dụng chuyên dụng.
Ưu điểm của phương pháp này là sẽ kích thước bộ nhớ được yêu cầu để xây dựng chồng
giao thức sẽ nhỏ hơn, dẫn đến giảm giá thành. Tuy nhiên, việc thực thi giao chồng giao thức Zigbee
đầy đủ sẽ đảm bảo việc đồng hoạt động giữa các giải pháp không dây của những nhà cung cấp khác
và đảm bảo độ tin cậy hoạt động với khả năng xây dựng mạng mắt lưới được hỗ trợ trong Zigbee.
Hình 2-17 Mô hình chồng giao thức Zigbee/IEEE 802.15.4 .
2.1.4 Các primitive dịch vụ
IEEE 802.15.4 và Zigbee sử dụng khái niệm primitive để mô tả những dịch vụ mà một lớp
cung cấp cho những dịch vụ ở lớp cao hơn kế tiếp. Truyền thông giữa các lớp giao thức liền kề được
quản lý bằng việc gọi các hàm hoặc truyền các bản tin được gọi là các primitive giữa các lớp.
Mặc dù mỗi lớp có các vai trò khác nhau trong toàn bộ hệ thống, xong cách mỗi lớp hoạt
động có những điểm tương đồng với các lớp khác. Ví dụ, lớp vật lý PHY, lớp điều khiển truy cập
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 23
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2. Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến
phương tiện MAC và mạng NWK cung cấp dịch vụ dữ liệu đến lớp cao hơn chúng. Trong cả ba
lớp , kĩ thuật để yêu cầu truyền một đơn vị dữ liệu là tương tự: lớp cao hơn sử dụng điểm truy cập
dịch vụ dữ liệu Data-SAP(Data-Service Access Point) của lớp bên dưới để yêu cầu dữ liệu được
phát. Nếu truyền dữ liệu thành công, lớp bên dưới gửi một xác nhận(confirmation) tới lớp cao hơn
về trạng thái của quá trình truyền.
Bởi sự giống nhau này, dịch vụ primitive rất hữu dụng trong mô tả khả năng năng của mỗi
lớp giao thức chuẩn. Mỗi primitive xác định các hoạt động được thực hiện hoặc cung cấp kết quả
của các hoạt động được yêu cầu trước đó. Một primitive có thể chứa nhiều tham số cần thiết để thực
hiện hoạt động của nó.
Hình 2.5. mô tả một cách chung để mô tả các dịch vụ một lớp cung cấp cho lớp cao hơn.

Như mô tả trong hình, có 4 loại dịch vụ tổng quát: yêu cầu (request), chỉ thị (indication), đáp ứng
(response) và xác nhận (confirm). Nói cách khác, tất cả các dịch vụ mà chuẩn IEEE 802.15.4 và
Zigbee cung cấp ở mỗi lớp đều nằm trong một trong 4 nhóm dịch vụ trên. Các primitive dịch vụ
được mô tả theo các dạng sau:
<primitive>.request
<primitive>.indication
<primitive>.response
<primitive>.confirm
Primitive Request được tạo bởi lớp N+1 gửi tới lớp N để yêu cầu khởi tạo một dịch vụ.
Ví dụ, trong dịch vụ dữ liệu của lớp PHY, primitive yêu cầu dữ liệu PHY (PD-Data.request) được
tạo bởi lớp MAC tới lớp PHY để yêu cầu khởi tạo truyền một đơn vị dữ liệu của lớp MAC (MPDU).
Primitive Confirm được sử dụng bởi lớp N để xác nhận thực hiện thành công dịch vụ mà lớp
N+1 yêu cầu bằng primitive Request trước đó. Primitive PD-Data.confirm được tạo bởi PHY và
được gửi tới MAC để đáp ứng tới một primitive PD-Data.request. Trong xác nhận, PHY thông tin
cho MAC rằng quá trình truyền có thành công hay không.
Primitive Indication được tạo bởi lớp N gửi tới thành phần yêu cầu dịch vụ ở lớp cao hơn kế
cận để chỉ rằng có một sự kiện quan trọng đối với lớp N+1. Ví dụ khi PHY nhận được dữ liệu từ
một thiết bị khác trong mạng nó cần gửi dữ liệu đến lớp MAC, PHY sẽ sử dụng primitive PD-
Data.indication để thông tin dữ liệu tới lớp MAC.
Nếu Primitive Indication yêu cầu một đáp ứng, primitive Reponse sẽ được gửi từ lớp N+1
xuống lớp N. Các lớp PHY và NWK không có primitive Response . Lớp MAC và lớp ứng dụng
APL chứa các primitive Response.
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 24
Lớp N – cung cấp dịch vụ
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2. Các công nghệ vô tuyến sử dụng trong mạng Mesh vô tuyến
Hình 2-18 Khái niệm primitive dịch vụ.
2.1.5 Lớp vật lý – PHY
IEEE 802.15.4 không chỉ xác định chức năng giao thức PHY và tương tác với lớp MAC mà
nó còn định nghĩa yêu cầu phần cứng tối thiểu như là độ nhạy thu và công suất phát.
Là lớp thấp nhất trong chồng giao thức, lớp PHY có chức năng thu nhận tín hiệu vô tuyến,

chọn kênh tần số và đảm bảo kênh này hiện không được sử dụng bởi bất cứ thiết bị nào trong mạng.
Chức năng của PHY:
- Kích hoạt và vô hiệu hóa hoạt động của khối thu phát vô tuyến.
- Giám sát năng lượng ED(Enery Dectection) của kênh.
- Chỉ thị chất lượng liên kết LQI(Link Quality Indication).
- Chọn lựa kênh.
- Giám sát trạng thái kênh CCA(Clear Channel Assessment) đối với CSMA-CA.
- Truyền và nhận dữ liệu.
2.1.5.1 Băng tần
Chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa 3 dải tần số khác nhau theo khuyến nghị của Châu Âu, Nhật
Bản, Mỹ.
Bảng 2-1 Băng tần và tốc độ dữ liệu.
PH
Y
(M
Hz)
Băng
tần
(MHz)
Tốc độ
chip
(kchips/s)
Điều
chế
Tốc độ
bit
(kb/s)
Tốc độ
ký tự
(ksymbol

/s)
Ký
tự
868 868-
868.6
300 BPSK 20 20 Nhị
phân
915 902-928 600 BPSK 40 40 Nhị
phân
245
0
2400-
2486.5
2000 O-
QPSK
250 62.5 Hệ
16
Bảng 2-2 Kênh truyền và tần số
Tần số trung tâm
(MHz)
Số lượng kênh
(N)
Kênh(k)
Tần số kênh trung tâm
(MHz)
868 1 0 868.3
915 10 1 – 10 906+2(k-1)
2450 16 11 – 26 2405+5(k-11)
Sinh viên thực hiện: Đào Trọng Tuấn, lớp D08VT1 25