LUẬN VĂN:BẢO ĐẢM CÔNG BẰNG LUỒNG TRONG CÁC MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY docx

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





NGUYỄN HOÀNG CHIẾN







BẢO ĐẢM CÔNG BẰNG LUỒNG TRONG
CÁC MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY





LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2009


ii


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHÂN LỚP 802.11 MAC TRONG CÁC
MẠNG KHÔNG DÂY 3
1.1. Giới thiệu mô hình trong các mạng LAN không dây 3
1.1.1. Ad Hoc (IBSS- Independent Basic Service Set) 3
1.1.2. Tập dịch vụ cơ sở hạ tầng (IBSS - Infrastructure Basic Service Set) 4
1.1.3. Tập dịch vụ mở rộng (ESS - Extended Service Set) 5
1.2. Mô tả chức năng phân lớp MAC 6
1.2.1. Kiến trúc MAC 6
1.2.1.1. Chức năng phối hợp phân tán (DCF) 6
1.2.1.2. Chức năng phối hợp điểm (PCF) 7
1.2.1.3 Sự cùng tồn tại của DCF và PCF 8
1.2.1.4. Phân mảnh 8
1.2.1.5. Dịch vụ dữ liệu MAC 9
1.2.1.6. Các kiểu khung 9
1.2.1.6.1. Định dạng khung 10
1.2.1.6.2 Định dạng các khung thông thường 14
1.2.2. DCF 16

1.2.2.1. Cơ chế cảm biến tần số 18
1.2.2.2. Các thông báo nhận tầng MAC 18
1.2.2.3. Interframe space (IFS) 19
1.2.2.3.1. Short IFS (SIFS) 19
1.2.2.3.2. PCF IFS (PIFS) 20
1.2.2.3.3. DCF IFS (DIFS) 20
1.2.2.3.4. Extended IFS (EIFS) 21
1.2.2.4. Thời gian backoff ngẫu nhiên 21
1.2.2.5. Thủ tục truy cập DCF 22
1.2.2.5.1. Truy cập cơ sở 23
1.2.2.5.2. Thủ tục Backoff 24
1.2.2.5.3. Thiết lập và cài đặt lại NAV 25


iii

1.2.2.5.4. Điều khiển kênh 26
1.2.2.5.5. Cách sử dụng RTS/CTS với phân đoạn 28
1.2.2.5.6. Thủ tục CTS 29
1.2.2.5.7. Thủ tục ACK 30
1.2.2.5.8. Những quan hệ tính toán thời gian DCF 31
CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN CỦA SỰ KHÔNG CÔNG
BẰNG LUỒNG TRONG CÁC MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY 34
2.1. Vấn đề không công bằng luồng trong các mạng Ad Hoc không dây
34
2.1.1. Không cân bằng luồng gây ra bởi tầng liên kết 34
2.1.2. Không cân bằng luồng gây ra bởi tầng MAC 36
2.2. Một số cơ chế đảm bảo công bằng luồng trong các mạng không dây
38
2.2.1. Mô hình lập lịch tập trung 38

2.2.1.1 Mô hình mạng và các vấn đề liên quan đến sự công bằng 39
2.2.1.1.1. Mô hình mạng 39
2.2.1.1.2. Vấn đề tranh chấp phụ thuộc vị trí và sử dụng lại không gian
39
2.2.1.1.3. Vấn đề xung đột giữa sự công bằng và sử dụng kênh tối đa .40
2.2.1.1.4. Giải pháp không gian 40
2.2.1.2. Mô hình lập lịch gói tin 42
2.2.1.2.1. Mô hình fluid và đồ thị tranh chấp luồng 42
2.2.1.2.2. Đạt được công bằng tối thiểu thông qua chia sẻ hàng đợi
công bằng 43
2.2.1.2.3 Các hàng đợi khe và các hàng đợi gói tin 45
2.2.2. Cơ chế phối hợp hàng đợi cho mỗi luồng 46
2.2.2.1. Cô lập lưu lượng dữ liệu nguồn 47
2.2.2.2. Trọng số khác nhau trên lưu lượng dữ liệu chuyển tiếp 48
2.2.2.3. Hàng đợi cho mỗi luồng 49
2.2.3. Cơ chế phối hợp điều khiển truyền 50
2.2.3.1. Cơ chế nghe 50
2.2.3.2. Cơ chế backoff 51
2.2.3.3. Cơ chế tranh chấp cơ sở 51


iv

2.2.3.4. Cơ chế điều khiển tốc độ 52
2.2.3.5. Vấn đề nút ẩn đa chặng 54
2.2.4. Cơ chế MACAW( Media Access Protocol for Wireless LAN’s) 55
2.2.4.1. Các quy tắc điều khiển và trao đổi thông báo 55
2.2.4.2. Các quy tắc Backoff và sao chép 57
2.2.5. Chuẩn IEEE 802.11 e MAC 60
CHƯƠNG III: GIẢI PHÁP CẢI THIỆN SỰ CÔNG BẰNG TRONG

CÁC MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY 61
3.1. Giải pháp cải thiện sự công bằng cho mỗi luồng trong tầng liên kết
61
3.2. Giải pháp cải thiện sự công bằng cho mỗi luồng trong tầng MAC.63
3.3. Phân tích những đặc trưng của giải pháp cải thiện sự công bằng 65
3.3.1. Đánh giá phân tích sự công bằng cho mỗi luồng 65
3.3.2. Đánh giá phân tích đối với môi trường tiện ích 67
3.4. Đánh giá các giải pháp thông qua mô phỏng 68
3.4.1. Mô hình đơn chặng 69
3.4.2. Mô hình đa chặng 73
KẾT LUẬN 77



v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT



Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
ACK Acknownledgement Báo nhận
AP Access Point Điểm truy nhập
BSS Basic Service Set Tập dịch vụ cơ sở
CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit cố định
CFP Contention Free Period Chu kỳ không xung đột
CP Contention Period Chu kỳ xung đột
CRC Cyclic redundancy code Mã dư vòng
CCA Clear channel assessment

Đánh giá kênh toàn bộ
CW Contention window Cửa sổ xung đột
CSMA/CA
Carrier Sense Multiple
Access/ Collision
Avoidance
Đa truy nhập cảm nhận
sóng mang nhằm tránh
xung đột
DCF
Distributed Coordination
Function
Chức năng phối hợp
phân tán
DIFS DCF interframe space
Khoảng cách liên khung
DCF
DS Distribution system Hệ thống phân phối
ESS Extended service sets Tập dịch vụ mở rộng
EIFS
Extended interframe
space
Khoảng cách liên khung
mở rộng
FCS Frame check sequence Chuỗi kiểm tra khung
FIFO First in First out Vào trước ra trước
IBSS Independent BSS BSS không phụ thuộc
IFS Interframe space Khoảng cách liên khung
IEEE
Institute of Electrical and

Electronics Engineers
Viện các kỹ sư điện điện
tử
LAN Local area network Mạng cục bộ
LLC Logical link control Điều khiển liên kết logic
MLME
MAC sublayer Thực thể quản lý lớp con


vi

management entity MAC
MAC Medium Access Control
Điều khiển truy nhập
môi trường
MMPDU
MAC management
protocol data unit
Đơn vị dữ liệu giao thức
quản lý MAC
MPDU MAC protocol data unit
Đơn vị dữ liệu giao thức
MAC
MSDU MAC service data unit
Đơn vị dữ liệu dịch vụ
MAC
NAV
Network Allocation
Vector
Vector định vị mạng

PCF
Point Coordination
Function
Chức năng phối hợp
điểm
PIFS PCF interframe space
Khoảng cách liên khung
ngắn PCF
PLCP
Physical layer
convergence protocol
Giao thức hội tụ tầng vật
lý
PS Power save (mode)
Chế độ tiến kiệm năng
lượng
RA Receiver address Địa chỉ nhận
RTS/CTS
Request to Send/ Clear to
Send
Yêu cầu gửi/Sẵn sàng để
nhận
RR Round Robin Xoay vòng
Rx Receive or receiver Nhận hoặc thiết bị nhận
SA Source address Địa chỉ nguồn
SFD Start frame delimiter Bắt đầu phạm vi khung
SIFS Short interframe space
Khoảng cách liên khung
ngắn
TA Transmitter address Địa chỉ thiết bị truyền

Tx Transmit or transmitter
Truyền hoặc thiết bị
truyền
WLAN Wireless LAN Mạng LAN không dây
WEP Wired equivalent privacy
Mã truy nhập tương
đương có dây



vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
Tên bảng/ Hình vẽ Trang

Hình 1.1. Mô hình dịch vụ cơ bản không có cơ sở hạ tầng 3
Hình 1.2. Mô hình mạng cơ sở hạ tầng 5
Hình 1.3. Tập hợp dịch vụ mở rộng 5
Hình 1.4. Mô hình OSI và kiến trúc phân lớp MAC 6
Hình 1.5. Phân đoạn 9
Hình 1.6. Định dạng khung MAC 11
Hình 1.7. Trường điều khiển khung 11
Bảng 1.1. Địa chỉ khác nhau của hai bit ToDS và FromDS 14
Hình 1.8. Khung RTS 14
Hình 1.9. Khung CTS 15
Hình 1.10. Khung ACK 15
Hình 1.11. Một vài mối quan hệ IFS 19
Hình 1.12. Phương thức truy nhập cơ sở 24
Hình 1.13. Thủ tục Backoff 25
Hình 1.14. RTS/CTS/DATA/ACK và thiết lập NAV 26

Hình 1.15. Minh họa việc truyền một đoạn MSDU sử dụng SIFS 27
Hình 1.16. RTS/CTS với các MSDU đã phân đoạn 28
Hình 1.17. RTS/CTS với độ ưu tiên truyền và thiếu báo nhận 29
Hình 1.18. Các mối quan hệ định thời DCF 32
Hình 2.1. Mô hình sự không công bằng xuất hiện tại tầng liên kết 35


viii

Hình 2.2. Mô hình sự không công bằng xuất hiện tại tầng MAC 37
Hình 2.3. Mô hình truy nhập kênh của cơ chế gốc
Hình 2.4. Một mạng không dây đa chặng đơn giản với bốn nút sử dụng
và một gateway
47
Hình 2.5. Những sự phối hợp hàng đợi thích hợp cho các mạng không
dây đa chặng. (a) Hàng đợi tầng mạng đơn.(b) Hai hàng đợi công bằng tại
tầng mạng.(c) Hai trọng số hàng đợi tại tầng mạng.(d) Hàng đợi công
bằng cho mỗi luồng tại tầng mạng.
48
Hình 3.1. Giải thuật xác định số lượng các luồng 62
Hình 3.2. Giải thuật truyền gói tin 64
Hình 3.3. Một thao tác truy nhập kênh đợi DIFS 64
Hình 3.4. FairnessIndex của mỗi cơ chế với mô hình mạng trong hình 2.1 67
Hình 3.5. FairnessIndex của mỗi cơ chế với mô hình mạng trong hình 2.2 67
Bảng 3.1. Các tham số mô phỏng 68
Bảng 3.2. Các đặc trưng riêng biệt của mỗi giải pháp 69
Hình 3.6. Mô hình đơn chặng 70
Hình 3.7. Thông lượng đạt được bởi mỗi luồng trong mô hình đơn chặng 70
Hình 3.8. So sánh FairnessIndex của mỗi cơ chế trong mô hình đơn
chặng

71
Hình 3.9. So sánh FairnessIndex (CBR) với số luồng tại S2 bằng 4 72
Hình 3.10. So sánh môi trường tiện ích trong mô hình đơn chặng 73
Hình 3.11. Mô hình đa chặng 73
Hình 3.12. Thông lượng đạt được bởi mỗi luồng trong mô hình đa chặng 74
Hình 3.13. So sánh FairnessIndex của mỗi cơ chế trong mô hình đa chặng 75
Hình 3.14. So sánh môi trường tiện ích trong mô hình đa chặng 76


1

LỜI MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Các mạng Ad Hoc di động thu hút sự chú ý về một hình mẫu của cấu
hình mạng trong tương lai, với lợi ích là có khả năng triển khai nhanh vì
chúng không cần thiết bị phụ thuộc đã tồn tại. Đồng thời, mạng Ad Hoc hiếm
khi dựa vào các giao thức định tuyến đặc biệt, giao thức này phải được sửa lại
nhằm đáp ứng với sự thay đổi cấu trúc liên kết mạng. Trong những công nghệ
mạng LAN không dây, tiêu chuẩn IEEE 802.11MAC được xem như một công
nghệ nổi bật triển khai trong các mạng Ad Hoc. Sự nhận thức rõ về các mạng
Ad Hoc di động, việc cung cấp QoS (Quality of Service) hỗ trợ trong các
mạng Ad Hoc là một nhiệm vụ quan trọng. Trong số nhiều tham số của QoS,
sự công bằng luồng là một vấn đề quan trọng trong các mạng Ad Hoc. Trong
các mạng có dây truyền thống, sự không công bằng luồng xảy ra chủ yếu tại
tầng liên kết. Tuy nhiên, trong các mạng Ad Hoc di động, ngoài tầng kết nối,
tầng MAC có ảnh hưởng quan trọng trong vấn đề công bằng luồng. Mặc dù
IEEE 802.11 MAC cung cấp sự phân chia băng thông hợp lý cho mỗi nút,
nhưng để đạt được sự công bằng cho mỗi luồng, cần đến một phương thức đưa
ra sự phân chia băng thông công bằng cho mỗi luồng. Đề tài “Bảo đảm công

bằng luồng trong các mạng Ad Hoc không dây” được viết với mong muốn
góp phần giải quyết vấn đề cấp thiết này.
2. Tình hình nghiên cứu
Hiện nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu đưa ra nhiều phương pháp
khác nhau nhằm đạt được sự công bằng trong các mạng không dây. Nhưng
những kết quả đạt được không còn đúng nữa khi áp dụng vào trong các mạng
Ad Hoc mà sự hoạt động của mạng không dựa trên sự tồn tại của cơ sở hạ tầng
tập trung.
Do đó, việc nghiên cứu một cách hệ thống các vấn đề về sự công bằng
trong các mạng Ad Hoc không dây nhằm đưa ra các giải pháp để tăng cường
QoS trên mỗi luồng sẽ tạo ra một cơ chế đáp ứng được sự công bằng trong các
mạng Ad Hoc.


2

3. Mục đích nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu một số vấn đề lý luận về nguyên lý, cơ chế hoạt
động của giao thức 802.11 và kinh nghiệm dựa trên một số bài viết về sự công
bằng trong mạng không dây, tác giả xác lập các luận cứ khoa học cho việc xây
dựng một cơ chế nhằm đảm bảo sự công bằng trong các mạng Ad Hoc.
Tìm hiểu nguyên nhân gây ra sự không công bằng thông qua việc phân
tích cơ chế hoạt động của giao thức trong các mô hình ứng dụng cụ thể. Từ đó
đưa ra giải pháp nhằm cải thiện sự công bằng cho mỗi luồng cũng như khả
năng thực thi và tiện ích môi trường trên mạng
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu các vấn đề là: Lý luận liên quan đến mô hình, cấu
trúc, hoạt động của phân lớp 802.11 MAC trong các mạng không dây; kinh
nghiệm nghiên cứu sự công bằng trong các mạng không dây; các phân tích và
kết quả đạt được trong việc nghiên cứu sự công bằng trong các mạng Ad Hoc.

Phạm vi nghiên cứu: Cơ chế hoạt động DCF của phân lớp MAC và tầng
liên kết trong chuẩn IEEE 802.11b.
5. Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được các mục đích đề ra, tác giả sử dụng các phương pháp nghiên
cứu như sau: Phương pháp phân tích, phương pháp mô tả, phương pháp thống
kê, mô phỏng
6. Kết cấu của luận văn
Ngoài Lời mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn được trình bày
trong ba chương:
Chương I: “Tổng quan về phân lớp 802.11 MAC trong các mạng không
dây”
Chương II: “Phân tích nguyên nhân của sự không công bằng luồng trong
các mạng Ad Hoc không dây”
Chương III: “Giải pháp cải thiện sự công bằng trong các mạng Ad Hoc
không dây”


3

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ PHÂN LỚP 802.11 MAC TRONG CÁC
MẠNG KHÔNG DÂY

1.1. Giới thiệu mô hình trong các mạng LAN không dây
Hai mô hình cơ bản sử dụng cho mạng LAN không dây là Ad Hoc và
mạng cơ sở hạ tầng. Hai mô hình này có sự khác biệt nhau rõ ràng về giới hạn
không gian sử dụng, cách quản lý mạng, kiến trúc mạng.
1.1.1. Ad Hoc (IBSS- Independent Basic Service Set)
Tập dịch vụ cơ bản không có cơ sở hạ tầng còn gọi là mạng Ad Hoc. Ad
Hoc là mô hình mạng mà trong đó chỉ bao gồm các máy trạm, không có

Access Point (AP). Mỗi thiết bị kết nối trực tiếp với các thiết bị khác trong
mạng. Mô hình này rất thích hợp cho việc kết nối một nhóm nhỏ các thiết bị
và không cần phải giao tiếp với các hệ thống mạng khác.

Hình 1.1. Mô hình dịch vụ cơ bản không có cơ sở hạ tầng
Định tuyến trong mạng Ad Hoc được xử lý bởi giao thức định tuyến Ad
Hoc, cài đặt ở tầng mạng. Trong giao thức định tuyến này, các nút mạng có
chức năng như là router, chúng có khả năng khám phá và duy trì đường đi đến
các nút mạng khác
Giao thức định tuyến Ad Hoc được chia làm 2 loại: sử dụng bảng định
tuyến và thiết lập đường đi theo yêu cầu của nút mạng nguồn. Bảng định tuyến
lưu trữ thông tin về đường đi giữa hai máy và duy trì tính chất “mới” của


4

thông tin định tuyến phát định kỳ trong mạng.
Các giao thức sử dụng bảng định tuyến bao gồm: DSDV (Destination-
Sequenced Distance Vector Routing), CGSR (Clusterhead Gateway Switch
Routing), WRP (Wireless Routing Protocol). Vấn đề chủ yếu đặt ra với giao
thức kiểu này là: cập nhật bảng và số lượng các đường đi cần lưu trữ. Việc cập
nhật thường xuyên dẫn đến tiêu hao nhiều năng lượng của các node và sinh ra
nhiều gói tin định tuyến làm tăng tải mạng, nếu cập nhật không thường xuyên
trong tình huống các nút mạng di chuyển nhanh sẽ dẫn đến định tuyến sai, do
các thông tin đã cũ.
Sử dụng giao thức “thiết lập đường đi theo yêu cầu nút nguồn” sẽ chỉ
thiết lập đường đi khi cần thiết. Khi một máy muốn truyền tin nó gửi gói tin
“khám phá đường đi” đến đích. Đường đi được thiết lập và duy trì cho đến khi
hai máy tính không muốn sử dụng hoặc không thể truy cập được qua kết nối
đó. Một số giao thức kiểu này là: AODV (Ad Hoc On-Demand Distance

Vector Routing), DSR (Distance Source Routing), TORA (Temporally-
Ordered Routing Algorithm), ABR (Associativity Based Routing), SSR
(Signal Stability Routing). Giao thức loại này có điểm lợi là các nút mạng
không phải duy trì thường xuyên đường đi đến các nút mạng khác. Nhược
điểm là khi có nhu cầu gửi, các nút mạng phải đợi một thời gian để đường đi
được thiết lập, do đó tăng độ trễ gói tin.
1.1.2. Tập dịch vụ cơ sở hạ tầng (IBSS - Infrastructure Basic Service Set)
Tập dịch vụ cơ sở hạ tầng là một mô hình mở rộng của một mạng
Wireless LAN (WLAN) đã có bằng cách sử dụng AP. AP đóng vai trò vừa là
cầu nối của mạng WLAN với các mạng khác vừa là trung tâm điều khiển sự
trao đổi thông tin trong mạng. Các AP sử dụng kĩ thuật “thăm dò” để điều
khiển việc truyền thông trong một BSS, kỹ thuật này thường được gọi là PCF
(Point Coordination Function), có nghĩa là thực hiện chức năng điều khiển
truy cập tập trung.




5

Distribution System

Hình 1.2. Mô hình mạng cơ sở hạ tầng

1.1.3. Tập dịch vụ mở rộng (ESS - Extended Service Set)
Tiêu chuẩn 802.11 mở rộng phạm vi di động tới một phạm vi bất kỳ
thông qua ESS. Một ESS là một tập hợp của các tập dịch vụ cơ sở hạ tầng nơi
mà các AP giao tiếp với nhau để chuyển lưu lượng từ một BSS tới một BSS
khác để làm cho việc di chuyển dễ dàng của các trạm giữa các BSS.

Hình 1.3. Tập hợp dịch vụ mở rộng


6

1.2. Mô tả chức năng phân lớp MAC
1.2.1. Kiến trúc MAC
Phân lớp MAC nằm trong lớp liên kết dữ liệu của mô hình OSI. Phân lớp
MAC xác định cách thức truyền các khung dữ liệu trên môi trường truyền dẫn
bằng cách kết hợp một địa chỉ vật lý cho mỗi thiết bị, xác định tôpô mạng và
thăm dò đường truyền.
Kiến trúc phân lớp MAC bao gồm hai khối chức năng: Khối chức năng
DCF (Distributed Coordination Function là chức năng phối hợp phân tán) và
khối chức năng PCF (Point Coordination Function là chức năng phối hợp
điểm).

Hình 1.4. Mô hình OSI và kiến trúc phân lớp MAC
Các phương thức điều khiển truy cập tới các hệ thống WLAN có thể là
ngẫu nhiên hoặc được sắp xếp. Hoạt động của hệ thống WLAN có thể tập
trung, phân tán hoặc là kết hợp cả hai. Khi hoạt động của hệ thống là ngẫu
nhiên, nó được gọi là DCF. Khi hoạt động của mạng được điều khiển, nó được
gọi là PCF.
1.2.1.1. Chức năng phối hợp phân tán (DCF)
DCF là phương pháp truy nhập theo chuẩn 802.11 cho phép tất cả các
trạm trong một WLAN tranh chấp nhau nhằm dành quyền truy nhập vào môi
trường truyền dẫn không dây có tính chất chia sẻ nhờ sử dụng giao thức

7

CSMA/CA. DCF sẽ được thực hiện trong tất cả các trạm, thay cho việc sử
dụng cả IBSS và cấu hình mạng cơ sở hạ tầng.
DCF cho phép hoạt động độc lập của các thiết bị dữ liệu vô tuyến. Trong
một hệ thống dựa trên sự tranh chấp DCF, các thiết bị trao đổi thông tin yêu
cầu một cách ngẫu nhiên các dịch vụ từ các kênh bên trong một hệ thống trao
đổi thông tin. Bởi vì các yêu cầu trao đổi thông tin xảy ra một cách ngẫu
nhiên, nên hai hay nhiều thiết bị có thể yêu cầu các dịch vụ một cách đồng
thời. Điều khiển truy cập của một phiên DCF thường bao gồm việc yêu cầu
các thiết bị phán đoán các hoạt động trước khi truyền và lắng nghe các dịch vụ
nó yêu cầu có bị xung đột. Nếu thiết bị yêu cầu không nhận được một phản
hồi cho yêu cầu của nó, nó sẽ trì hoãn trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên
trước khi truy cập lại. Một cải tiến của phương thức có thể sử dụng trong
nhiều trường hợp khác nhau để giúp làm giảm tối thiểu các xung đột ở trạm
truyền và nhận trao đổi các khung điều khiển ngắn [ yêu cầu gửi (RTS) và sẵn
sàng để nhận (CTS) các khung] sau khi xác định môi trường đang rỗi và sau
mọi sự trì hoãn hoặc backoff (thời gian chờ đợi trong một khoảng thời gian
nhất định), trước khi truyền dữ liệu.
Các mô hình mạng BSS (trong mô hình này chỉ có duy nhất một AP và
các máy trạm), ESS (đây là mô hình mở rộng của BSS cho phép có nhiều AP
và các máy trạm), IBSS (mô hình này không có AP mà chỉ có các máy trạm
kết nối trực tiếp với nhau) đều có thể sử dụng được chế độ DCF.
1.2.1.2. Chức năng phối hợp điểm (PCF)
PCF là chế độ hoạt động của các thiết bị vô tuyến được điều khiển trong
chế độ cơ sở hạ tầng. Trong một hệ thống được điều khiển, các thiết bị trao đổi
thông tin đợi cho đến khi nhận được một thông tin phản hồi trước khi chúng
truyền bất kỳ một thông tin nào. Bởi vì việc trao đổi thông tin giữa các thiết bị
được điều khiển bởi một thiết bị trung tâm nên ít có xung đột xảy ra. Để xác
nhận dữ liệu truyền đã được nhận thành công, thông tin thăm dò sẽ có chứa

thông tin về trạng thái của các gói tin mà đã được nhận. Nếu thiết bị gửi không
nhận một sự xác nhận của việc truyền trong gói tin thăm dò, nó sẽ truyền lại
dữ liệu.


8

Ưu điểm của PCF là đảm bảo được một khoảng thời gian trễ xác định vì
vậy các ứng dụng yêu cầu về QoS (như các ứng dụng thoại hay truyền hình
thời gian thực,…) có thể sử dụng trên nền chế độ truyền dẫn này. Khi sử dụng
PCF, AP sẽ đảm nhiệm chức năng thực hiện thuật toán thăm dò do đó các
mạng Ad Hoc không thể sử dụng chế độ này. PCF phải được sử dụng kết hợp
với DCF.
Có thể để kết hợp các lợi ích của DCF và PCF thành một hệ thống tốt
hơn. Sự kết hợp dựa trên các khoảng thời gian đặc trưng được chỉ định trong
DCF và PCF. Bằng việc kết hợp các quá trình này, có thể đảm bảo việc truyền
dữ liệu dịch vụ thời gian thực và cho phép truy cập ngẫu nhiên.
1.2.1.3 Sự cùng tồn tại của DCF và PCF
DCF và PCF sẽ cùng tồn tại theo một cách mà cho phép cả hai hoạt động
đồng thời trong phạm vi cùng BSS. Khi một PC đang hoạt động trong một
BSS, hai phương thức truy cập luân phiên, với một chu kỳ không xung đột
(CFP -Contension Free Period) đi theo sau bởi một chu kỳ xung đột (CP -
Contension Period).
1.2.1.4. Phân mảnh
Quá trình phân chia một đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC (MSDU - MAC
service data unit) hay một đơn vị dữ liệu giao thức quản lý MAC (MMPDU -
MAC management protocol data unit) vào trong các khung MAC cấp nhỏ
hơn, các đơn vị dữ liệu giao thức MAC (MPDU-MAC protocol data units),
được gọi là phân đoạn.
Phân đoạn tạo ra các MPDU nhỏ hơn độ dài MSDU hay MMPDU gốc để

tăng thêm độ tin cậy, bằng việc tăng dần khả năng truyền thành công của
MSDU hay MMPDU trong trường hợp ở nơi mà kênh đặc trưng hạn chế tiếp
nhận độ tin cậy với các khung dài. Phân đoạn được hoàn thành tại mỗi thiết bị
truyền tức thời. Quá trình kết hợp lại MPDU thành một MSDU hoặc MMPDU
đã được định nghĩa khi ghép phân đoạn. Ghép phân đoạn đã hoàn thành tại
mỗi nơi nhận trực tiếp. Chỉ các MPDU với một địa chỉ nơi nhận duy nhất sẽ
được phân đoạn. Các khung broadcast/multicast sẽ không được phân đoạn
ngay cả khi độ dài của chúng vượt quá giới hạn phân đoạn.


9

Khi một MSDU có hướng nhận được từ điều khiển liên kết logic (LLC -
logical link control) hoặc MMPDU có hướng nhận được từ thực thể quản lý
lớp con MAC (MLME – MAC sublayer management entity) với một độ dài
lớn hơn giới hạn phân đoạn, MSDU hoặc MMPDU sẽ được phân đoạn.
MSDU hoặc MMPDU được tách ra thành các MPDU. Mỗi đoạn là một khung
không lớn hơn giới hạn phân đoạn. Điều đó có thể xảy ra khi mà bất cứ đoạn
nào có thể có một khung nhỏ hơn giới hạn phân đoạn.
Một minh hoạ về sự phân đoạn được trình bày trong hình 1.5. Các
MPDU là kết quả từ sự phân đoạn của một MSDU hoặc MMPDU để gửi đi
khi truyền độc lập, mỗi thành phần được nhận tách biệt nhau. Điều này cho
phép truyền lại xảy ra với mỗi đoạn, hơn là mỗi MSDU hoặc MMPDU.

Hình 1.5. Phân đoạn
Trừ khi ngắt do các giới hạn chiếm giữ môi trường đối với một tầng vật
lý nhất định, các đoạn của một MSDU hoặc MMPDU đơn lẻ được gửi đi như
một sự nỗ lực trong khoảng thời gian chu kỳ xung đột, sử dụng chỉ có một dẫn
chứng của thủ tục truy cập môi trường DCF. Các đoạn của một MSDU hoặc
MMPDU đơn lẻ được gửi trong khoảng thời gian một chu kỳ không xung đột

khi những khung riêng lẻ tuân theo những quy tắc của một điểm phối hợp thủ
tục truy cập môi trường.
1.2.1.5. Dịch vụ dữ liệu MAC
Dịch vụ dữ liệu MAC sẽ thông dịch các yêu cầu dịch vụ MAC từ LLC
thành các tín hiệu dữ liệu vào được sử dụng bởi máy trạng thái MAC. Dịch vụ
dữ liệu MAC cũng sẽ thông dịch các tín hiệu dữ liệu ra từ máy trạng thái
MAC thành các dấu hiệu dịch vụ tới LLC.
1.2.1.6. Các kiểu khung
Có ba kiểu khung chính:


10

 Khung dữ liệu (Data Frame): được sử dụng để truyền dữ liệu.
 Khung điều khiển (Control Frame): được sử dụng để điều khiển truy
cập môi trường (RTS, CTS, và ACK).
 Khung quản lý (Management Frame): đó là các khung mà được
truyền theo cùng một cách như các khung dữ liệu để trao đổi thông tin
quản lý, nhưng không chuyển tiếp lên các tầng cao hơn.
Mỗi một kiểu cũng được chia nhỏ thành các kiểu con khác nhau, theo các
chức năng cụ thể.
1.2.1.6.1. Định dạng khung
Tất cả các khung 802.11 bao gồm bởi các thành phần như sau:
Preamble PLCP Header MAC Data CRC

 Trường Preamble
Điều này phụ thuộc vào tầng vật lý, bao gồm:
 Synch: một chuỗi 80 bít luân phiên các số 0 và 1, chúng được sử
dụng bởi sơ đồ mạnh tầng vật lý để lựa chọn anten thích hợp (nếu
tính đa dạng được sử dụng), và phạm vi khoảng trống tần số xuất

hiện trạng thái dừng để hiệu chỉnh và đồng bộ hoá với việc tính
toán thời gian gói tin nhận được.
 SFD: Một khung bắt đầu được phân định gồm có 16 bít nhị phân
có dạng 0000 1100 1011 1101, chúng được sử dụng để định nghĩa
việc tính toán thời gian khung.
 Trường PLCP Header
Đoạn đầu PLCP luôn luôn được truyền với 1 Mbit/s và bao gồm
thông tin logic sẽ được sử dụng bởi tầng vật lý để giải mã khung, gồm có:
 Độ dài từ PLCP_PDU: miêu tả số lượng các byte được chứa trong
gói tin, điều này hữu ích đối với tầng vật lý để phát hiện chính xác
thời điểm kết thúc của gói tin.
 Trường tín hiệu PLCP: hiện thời chỉ chứa tốc độ thông tin, được
mã hoá trong khoảng 0.5 Mbps rồi tăng dần từ 1 Mbit/s đến 4.5


11

Mbit/s.
 Trường kiểm tra lỗi tiêu đề: đó là một trường 16 bít CRC để phát
hiện lỗi.
 Trường MAC data
Hình sau cho thấy tổng quát định dạng khung MAC, một phần của trường
này chỉ có trong bộ phận của các khung như được miêu tả sau đây.

Hình 1.6 . Định dạng khung MAC
Trường Frame Control
Trường điều khiển khung chứa đựng thông tin sau đây:

Hình 1.7. Trường điều khiển khung
Trường Protocol version

Trường này bao gồm 2 bít mà không thay đổi về kích thước và
được sắp xếp ngang theo các phiên bản của chuẩn 802.11, và sẽ được sử
dụng để nhận ra các phiên bản có thể xảy ra trong tương lai. Trong phiên
bản của chuẩn hiện tại giá trị này được cố định là 0.
Trường Type và subtype
Có 6 bít định nghĩa kiểu và kiểu con của khung.
Trường ToDS
Bít này thiết lập là 1 khi khung được gửi tới AP để chuyển tiếp nó
tới hệ thống phân phối (bao gồm trường hợp ở đó trạm đích là trong cùng
BSS, và AP sắp đặt lại khung). Bít này được thiết lập là 0 trong tất cả các
khung khác.


12

Trường FromDS
Bít này thiết lập là 1 khi mà khung đang đi tới từ hệ thống phân phối
(DS - Distribution System).
Trường More Fragments
Bít này thiêt lập là 1 khi mà có nhiều các đoạn thuộc về cùng một
khung theo sau đoạn hiện thời này.
Trường Retry
Bít này cho biết rằng đoạn này là truyền lại của đoạn đã truyền trước
đó, nó sẽ được sử dụng bởi trạm nhận để nhận ra bản sao truyền của các
khung mà có thể xuất hiện khi một gói báo nhận bị mất.
Trường Power Management
Bít này cho biết chế độ quản lý năng lượng mà trạm muốn có sau
khi truyền khung này. Điều này được sử dụng bởi các trạm mà đang thay
đổi trạng thái hoặc từ chế độ tiết kiệm (PS-Power Save) được Active
hoặc ngược lại.

Trường More Data
Bít này cũng được sử dụng cho chế độ quản lý năng lượng và nó
được sử dụng bởi AP để cho biết rằng có nhiều khung hơn trong vùng
đệm của trạm này. Trạm có thể quyết định sử dụng thông tin này để tiếp
tục kiểm soát vòng hay thậm chí đang thay đổi chế độ tới Active.
Trường WEP
Bít này cho biết rằng thân khung được mã hóa theo giải thuật mã
truy nhập tương đương có dây (WEP - wired equivalent privacy).
Trường Order
Bít này cho biết rằng khung này đang được gửi sử dụng lớp dịch vụ
Strictly-Ordered 2.
Trường Duration/ID


13

Trường này có hai nghĩa độc lập dựa trên kiểu khung: trong các
thông báo thăm dò PS đây là ID của trạm và trong tất cả các khung khác
đây là giá trị khoảng thời gian được sử dụng cho tính toán NAV.
Trường Address Fields
Một khung có thể bao gồm có tới 4 địa chỉ đang phụ thuộc vào các
bít ToDS và FromDS được định nghĩa trong trường điều khiển, như sau:
Address-1
Luôn luôn là địa chỉ nhận (ví dụ một trạm trong BSS mà ngay lập tức
nhận được gói tin), nếu như ToDS được thiết lập đó là địa chỉ của AP, nếu
như ToDS không được thiết lập thì đây là địa chỉ của trạm cuối.
Address-2
Luôn luôn là địa chỉ máy phát (ví dụ một trạm mà về vật lý đang
truyền gói tin), nếu như FromDS được thiết lập đây là địa chỉ của AP, nếu
như nó không được thiết lập thì nó là địa chỉ của máy trạm.

Address-3
Trong đa số những trường hợp còn lại, mất địa chỉ, trên một khung với
FromDS được thiết lập là 1, sau đó Address-3 là địa chỉ nguồn gốc, nếu
như khung có ToDS thiết lập thì Address-3 là địa chỉ đích.
Address-4
Được sử dụng trên trường hợp đặc biệt nơi mà hệ thống phân phối
không dây được sử dụng, và khung đang được truyền từ một điểm truy
nhập tới một điểm khác, trong trường hợp này cả hai bít ToDS và FromDS
được thiết lập, cho nên cả hai đích gốc và địa chỉ nguồn gốc là thiếu.
Theo bảng tổng kết cách sử dụng các địa chỉ khác nhau theo sự bố trí các
bít ToDS và FromDS.


14

Bảng 1.1. Sử dụng các địa chỉ khác nhau của hai bít ToDS và FromDS
ToDS

From DS

Address 1

Address 2

Address 3

Address 4

0 0 DA SA BSSID N/A
0 1 DA BSSID SA N/A

1 0 BSSID SA DA N/A
1 1 RA TA DA SA

Trường Sequence Control
Trường Sequence Control được sử dụng để miêu tả thứ tự của các đoạn
khác nhau đang thuộc về cùng một khung, và nhận ra các bản sao gói tin, nó
bao gồm hai trường con Fragment Number, và Sequence Number, chúng định
nghĩa khung và số lượng đoạn trong một khung.
 CRC (Cyclic Redundancy Check)
CRC là một trường 32 bít kiểm tra mã dư vòng.
1.2.1.6.2 Định dạng các khung thông thường
 RTS Frame Format
Cấu trúc khung RTS như sau:

Hình1.8. Khung RTS
RA (Receiver Address) của một khung RTS là địa chỉ của trạm, trên môi
trường không dây, được dự định trực tiếp nhận dữ liệu kế tiếp hoặc khung
quản lý.


15

TA (Transmitter address) sẽ là địa chỉ của trạm đang truyền khung RTS.
Giá trị Duration là khoảng thời gian, trong một phần triệu của giây, được yêu
cầu truyền dữ liệu kế tiếp hoặc khung quản lý, cộng với một khung CTS, cộng
với một khung ACK, cộng với ba khoảng thời gian SIFS.
 CTS Frame Format
Cấu trúc khung RTS như sau:

Hình1.9. Khung CTS

RA của khung CTS được sao chép từ trường TA của khung RTS liền
trước trực tiếp tới CTS mà đang trả lời. Giá trị Duration là giá trị đạt được từ
trường Duration của khung RTS liền trước trực tiếp, trừ thời gian, trong một
phần triệu của giây, yêu cầu truyền khung CTS và khoảng thời gian SIFS của
nó.
 ACK Frame Format
Cấu trúc khung ACK như sau:

Hình 1.10. Khung ACK
RA của khung ACK được sao chép từ địa chỉ Address-2 của khung liền
trước trực tiếp. Nếu như nhiều đoạn bít đã thiết lập là 0 trong trường Frame
Control của khung liền trước, giá trị Duration được thiết lập là 0, nếu không
giá trị Duration đạt được từ trường Duration của khung liền trước, trừ thời
gian, trong một phần triệu giây, yêu cầu truyền khung ACK và khoảng thời
gian SIFS của nó.



16

1.2.2. DCF
Giao thức truy cập môi trường cơ bản là DCF cho phép tự động chia sẻ
môi trường giữa các tầng vật lý tương thích thông qua sử dụng giao thức
CSMA/CA và thời gian backoff ngẫu nhiên theo sau một trạng thái môi
trường bận. Ngoài ra, tất cả lưu lượng có hướng sử dụng khung báo nhận xác
thực trực tiếp (ACK) ở nơi mà việc truyền lại được lập lịch bởi nơi gửi nếu
như không có khung ACK nào nhận được.
Giao thức CSMA/CA được thiết kể để giảm bớt khả năng có thể xảy ra
xung đột giữa các trạm cùng truy cập một môi trường, tại một điểm mà ở đó
các xung đột có nhiều khả năng xảy ra. Ngay sau khi môi trường trở nên rỗi

tiếp theo một môi trường bận (như được biểu thị bởi chức năng cảm biến tần
số) là khi khả năng cao nhất xảy ra của một xung đột đã tồn tại. Đó là bởi vì
nhiều trạm có thể đang đợi môi trường trở nên sẵn sàng để sử dụng trở lại.
Đây là trạng thái cần phải có một thủ tục backoff ngẫu nhiên để giải quyết
tranh chấp xung đột môi trường.
Cảm biến tần số sẽ được thực hiện thông qua cả hai cơ chế ảo và vật lý.
Cơ chế cảm biến tần số ảo đạt được bởi việc phân phối thông tin riêng biệt
thông báo sắp xảy ra sử dụng môi trường. Sự trao đổi của các khung RTS và
CTS trước khung dữ liệu hiện thời là một cách thức để phân phối thông tin
môi trường riêng biệt này. Các khung RTS và CTS bao gồm một trường
Duration/ ID để định nghĩa chu kỳ thời gian mà môi trường đã dành riêng để
truyền khung dữ liệu hiện thời và gửi trả lại khung ACK. Tất cả trạm bên
trong dải tiếp nhận của trạm nguồn (truyền RTS) hoặc trạm đích (truyền CTS)
sẽ được biết về môi trường dự trữ. Kết quả là, một trạm có thể không nhận
được dữ liệu từ trạm nguồn, nhưng vẫn biết rằng đang xảy ra việc sử dụng môi
trường để truyền một khung dữ liệu.
Một cách khác để phân phối thông tin môi trường riêng biệt là trường
Duration/ID trong những khung có hướng. Trường này đưa ra thời gian mà
môi trường đã dự trữ, hoặc kết thúc ngay lập tức theo sau ACK, hoặc trong
trường hợp của một chuỗi phân đoạn, cho tới khi kết thúc của ACK sau đoạn
kế tiếp. Sự trao đổi RTS/CTS cũng thực hiện cả hai kiểu phát hiện xung đột
nhanh và kiểm tra đường truyền. Nếu như CTS trả lại không được phát hiện


17

bởi RTS các trạm nguồn, trạm nguồn có thể lặp lại quá trình (sau khi quan sát
quy tắc sử dụng môi trường) nhanh hơn nếu như khung dữ liệu dài đã được
truyền và khung ACK trả lại không được phát hiện.
Một lợi thế khác của cơ chế RTS/CTS xảy ra ở nơi mà sử dụng nhiều

BSS giống như một kênh chồng chéo. Cơ chế hạn chế môi trường làm việc
thông qua các ranh giới vùng dịch vụ cơ sở (BSA-basic service area). Cơ chế
RTS/CTS cũng có thể cải thiện quá trình hoạt động trong một trạng thái điển
hình ở nơi mà tất cả các trạm có thể nhận từ AP, nhưng không thể nhận từ tất
cả các trạm khác trong BSA.
Cơ chế RTS/CTS không thể sử dụng được cho các MPDU với địa chỉ tức
thời broadcast và multicast bởi vì có nhiều đích đến RTS, và như vậy nhiều
khả năng các nguồn gửi cùng một lúc về CTS trong lúc trả lời. Cơ chế
RTS/CTS không cần thiết phải sử dụng để truyền với mọi khung dữ liệu. Bởi
vì việc bổ sung các khung RTS và CTS thêm vào ở phần đầu không có hiệu
quả, cơ chế này không phải lúc nào cũng đúng, đặc biệt là với các khung dữ
liệu ngắn. Sử dụng bằng cơ chế RTS/CTS là dưới quyền điều khiển của thuộc
tính giới hạn RTS. Thuộc tính này có thể thiết lập trong mỗi trạm cơ sở. Cơ
chế này cho phép các trạm được cấu hình sử dụng RTS/CTS hoặc thường
xuyên, không bao giờ, hay chỉ trong các khung dài hơn so với chiều dài lý
thuyết.
Một trạm đã cấu hình không bắt đầu bằng cơ chế RTS/CTS sẽ vẫn cập
nhật cơ chế cảm biến tần số ảo của nó với khoảng thời gian thông tin đã chứa
đựng trong một khung RTS hoặc CTS nhận được, và sẽ thường xuyên đáp trả
lại với một RTS được gửi tới nó bằng một CTS.
Giao thức truy cập môi trường cho phép các trạm được hỗ trợ tập hợp có
tốc độ dữ liệu khác nhau. Tất cả các trạm sẽ nhận toàn bộ tốc độ dữ liệu trong
một tập tốc độ cơ sở và truyền một hoặc nhiều hơn tốc độ dữ liệu trong một
tập tốc độ cơ sở. Để hỗ trợ quy trình hoạt động thích hợp của RTS/CTS và cơ
chế cảm biến tần số ảo, tất cả các trạm sẽ có khả năng phát hiện các khung
RTS và CTS. Vì lý do này các khung RTS và CTS sẽ được truyền với một tốc
độ của tập tốc độ cơ sở. Các khung dữ liệu được gửi theo DCF sẽ sử dụng dữ
liệu kiểu khung và dữ liệu con hoặc hàm Null. Các trạm đang nhận dữ liệu