Đánh giá và so sánh hiệu suất giao thức tầng MAC theo chuẩn IEEE802 11, IEEE802 15 4 và IEEE802 15 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VÕ VĂN HƢNG

ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT GIAO THỨC
TẦNG MAC THEO CHUẨN IEEE802.11, IEEE802.15.4
VÀ IEEE802.15.3

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Hà Nội – 2009


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VÕ VĂN HƢNG

ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT GIAO THỨC
TẦNG MAC THEO CHUẨN IEEE802.11, IEEE802.15.4
VÀ IEEE802.15.3

Ngành
: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành : Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Mã số
: 60 48 15

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH VIỆT

Hà Nội – 2009


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU
SUẤT GIAO THỨC TẦNG MAC THEO CHUẨN IEEE802.11, IEEE802.15.4
VÀ IEEE802.15.3” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu trong
luận văn là số liệu trung thực.

Hà Nội, ngày 01 tháng 11 năm 2009

Võ Văn Hưng


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Đình Việt
giảng viên khoa Công nghệ Thông tin trường Đại học Công nghệ Hà Nội, Đại học
Quốc gia Hà Nội - Người thầy đã hướng dẫn tôi trong suốt quá trình tôi hoàn
thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị trong khóa học K12 – chuyên ngành
mạng đã ủng hộ và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp của tôi tạo điều
kiện để tôi hoàn thành luận văn.

Hà nội, ngày 01 tháng 11 năm 2009
Võ Văn Hưng

MỤC LỤC
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ........................................................................ 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .............................. Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG .................. Error! Bookmark not defined.
1.1. Mạng LAN không dây ............................... Error! Bookmark not defined.
1.1.1. Lịch sử của WLAN .............................. Error! Bookmark not defined.
1.1.2. Ưu, nhược điểm của WLAN: .............. Error! Bookmark not defined.
1.1.3. Một số ứng dụng của WLAN............... Error! Bookmark not defined.
1.1.4. Nguyên nhân chính không sử dụng CSMA/CD trong WLAN Error!
Bookmark not defined.
1.2. Một số mạng không dây khác ................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Mạng không dây 802.15.4 ................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Mạng không dây 802.15.3 ................... Error! Bookmark not defined.
1.3. Các vấn đề mà luận văn tập trung nghiên cứu và giải quyết .......Error!
Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2: KIẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG THEO CHUẨN IEEE
802.11 ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.1 Kiến trúc giao thức mạng IEEE 802.11 .... Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Các thành phần kiến trúc của IEEE 802.11..... Error! Bookmark not
defined.
2.1.2 Kiến trúc tầng MAC .......................... Error! Bookmark not defined.
2.1.3. Cấu trúc khung .................................... Error! Bookmark not defined.
2.2 Lớp Vật lý ................................................. Error! Bookmark not defined.
2.3 Lớp MAC .................................................. Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Giao thức CSMA/CA ........................... Error! Bookmark not defined.
2.3.2 Giao thức CSMA/CA + ACK ................ Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Giao thức CSMA/CA + ACK + RTS/CTSError! Bookmark not defined.
2.3.4. Chức năng DCF, PCF ......................... Error! Bookmark not defined.

2.5 Một số chức năng quan trọng khác của tầng MACError! Bookmark not
defined.
2.5.1 Phân mảnh và hợp nhất các mảnh ...... Error! Bookmark not defined.
2.5.2. Đồng bộ hóa ......................................... Error! Bookmark not defined.
2.5.3 Chuyển vùng ......................................... Error! Bookmark not defined.


CHƢƠNG 3: KIẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG THEO CHUẨN IEEE
802.15.4 ................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1 Các thành phần của IEEE 802.15.4 WPANError! Bookmark not defined.
3.2 Tô-pô mạng sử dụng trong LR-WPAN..... Error! Bookmark not defined.
3.2.1 Tô-pô mạng hình sao ............................ Error! Bookmark not defined.
3.2.2 Tô-pô mạng ngang hàng ...................... Error! Bookmark not defined.
3.3. Kiến trúc của LR-WPAN .......................... Error! Bookmark not defined.
3.4 Mô hình truyền dữ liệu ............................... Error! Bookmark not defined.
3.4.1 Truyền dữ liệu đến Coordinator........... Error! Bookmark not defined.
3.4.2 Truyền dữ liệu từ Coordinator ............. Error! Bookmark not defined.
3.4.3 Tryền dữ liệu trên các thiết bị ngang hàng ....... Error! Bookmark not
defined.
3.5 Cấu trúc khung ........................................... Error! Bookmark not defined.
3.5.1 Cấu trúc chung của khung MAC ......... Error! Bookmark not defined.
3.5.2 Cấu trúc các kiểu khung....................... Error! Bookmark not defined.
3.6 Điều khiển truy cập môi trƣờng truyền .... Error! Bookmark not defined.
3.6.1 Cấu trúc siêu khung .............................. Error! Bookmark not defined.
3.6.2 Thuật toán CSMA/CA........................... Error! Bookmark not defined.
3.7. Một số chức năng của tầng MAC ............. Error! Bookmark not defined.
3.7.1 Quét kênh .............................................. Error! Bookmark not defined.
3.7.2 Liên kết với Coordinator ....................... Error! Bookmark not defined.
3.7.3 Ngắt liên kết với Coordinator ............... Error! Bookmark not defined.
3.7.4 Sự đồng bộ hóa...................................... Error! Bookmark not defined.

CHƢƠNG 4: KIẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG THEO CHUẨN IEEE
802.15.3 ................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.1 Các thành phần của IEEE 802.15.4 WPANError! Bookmark not defined.
4.1.1 Các thành phần của Piconet. ............... Error! Bookmark not defined.
4.2 Các phƣơng pháp trao đổi dữ liệu giữa các DEV .. Error! Bookmark not
defined.
4.3 Cấu trúc của khung MAC .......................... Error! Bookmark not defined.
4.3.1 Cấu trúc chung...................................... Error! Bookmark not defined.
4.3.2 Cấu trúc khung Beacon ........................ Error! Bookmark not defined.
4.3.3 Cấu trúc các khung báo nhận .............. Error! Bookmark not defined.
4.3.4 Cấu trúc khung Lệnh ............................ Error! Bookmark not defined.
4.3.5 Cấu trúc khung dữ liệu ......................... Error! Bookmark not defined.


4.4 Điều khiển truy cập môi trƣờng truyền .... Error! Bookmark not defined.
4.4.1. Cấu trúc siêu khung ............................. Error! Bookmark not defined.
4.4.2 Interframe space (IFS) ......................... Error! Bookmark not defined.
4.4.3. Truy cập kênh truyền ........................... Error! Bookmark not defined.
4.5 Một số chức năng của tầng MAC .............. Error! Bookmark not defined.
4.5.1 Quét kênh .............................................. Error! Bookmark not defined.
4.5.2 Khởi tạo Piconet .................................... Error! Bookmark not defined.
4.5.3 Chuyển vùng PNC ................................ Error! Bookmark not defined.
4.5.4 Dừng piconet ......................................... Error! Bookmark not defined.
4.5.5. Quá trình liên kết và phân tách với một piconetError! Bookmark not
defined.
CHƢƠNG 5: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CÁC GIAO THỨC MAC 802.11,
802.15.4 VÀ 802.15.3 ............................................. Error! Bookmark not defined.
5.1. Giới thiệu về đánh giá hiệu suất giao thứcError! Bookmark not defined.
5.1.1 Khái niệm .............................................. Error! Bookmark not defined.
5.1.2 Tầm quan trọng của đánh giá hiệu suấtError! Bookmark not defined.

5.1.3 Một số độ đo hiệu suất .......................... Error! Bookmark not defined.
5.2. Mô phỏng bằng chƣơng trình máy tính ... Error! Bookmark not defined.
5.2.1 Khái niệm mô phỏng ............................. Error! Bookmark not defined.
5.2.2 Nhu cầu sử dụng mô phỏng ................. Error! Bookmark not defined.
5.3. Bộ mô phỏng mạng NS-2 (Network Simulator 2) . Error! Bookmark not
defined.
5.3.1 Giới thiệu bộ mô phỏng NS-2 ............... Error! Bookmark not defined.
5.3.2 Cấu trúc NS-2........................................ Error! Bookmark not defined.
5.3.2. Khả năng mô phỏng cho IEEE 802.11 trong NS-2 Error! Bookmark
not defined.
5.3.3 Khả năng mô phỏng cho IEEE 802.15.3 trong NS2 Error! Bookmark
not defined.
5.3.4 Khả năng mô phỏng cho IEEE 802.15.4 trong NS2 Error! Bookmark
not defined.
5.4 Thực nghiệm mô phỏng .............................. Error! Bookmark not defined.
5.4.1 Thực nghiệm 1: Ảnh hưởng của RTS/CTS trong 802.11 ......... Error!
Bookmark not defined.
5.4.2 Thực nghiệm 2 ...................................... Error! Bookmark not defined.
5.4.3 Thực nghiệm 3: Mô phỏng mạng hình sao. ...... Error! Bookmark not
defined.


KẾT LUẬN ............................................................ Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 12


CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Nghĩa tiếng Anh

ACK

ACKnowledgement

AODV

Ad-hoc On-demand Distance Vector

AID

Association Identifier

AP
ATP
BE
BER
BI
BIFS
BLE
BO
BSA
BSID

Access Point
Association Timeout Period
Backoff Exponent
Bit Error Rate
Beacon Interval

Backoff Interframe Space
Battery Life Extension
Beacon Order
Base Station
Beacon Source Identifier

BSS
CAP

Base Service Set
Contention Access Period

CBR
CCA
CF
CFP
CRC
CSMA/CA
CSMA/CD
CTA
CTAP

Constant Bit Rate
Clear Channel Assessment
Contention Free
Contention-Free Period
Cyclic Redundancy Check
Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
Channel Time Allocation

Channel Time Allocation Period

CTS

Clear To Send

CW

Congestion Window

DA

Destination Address

DCF
DEV

Distributed Coordination Function
Device


DEVID

Device Identifier

DIFS
Dly-ACK
DME

DCF Inter khung Spacing

Delayed Acknowledgment
Device Management Entity

DS

Distribution System

DSDV
DSSS
ESS
FCS
FCSL
FFD
FH
FHSS
FTP
GTS
HTTP
IBSS
ICV
IE
IEEE
IFS
Imm-ACK
IP
IV
LAN
LIFS
LLC
LR-WPAN

MAC
MAN
McstID
MCTA
MF
MIFS

Destination-Sequenced Distance Vector
Direct Sequence Spread Spectrum
Extended Service Set
Frame Check Sequence
Frame Convergence Sublayer
Full-Function Device
Frequency Hopping
Frequency Hopping Spread Spectrum
File Transfer Protocol
Guaranteed Time Slot
HyperText Transfer Protocol
Independent BSS
Integrity Check Value
Information Element
The Institute of Electrical and Electronics Engineers
Interframe Space
Immediate Acknowledgment
Internet Protocol
Initialization Vector
Local Area Network
Long Interframe Spacing
Logical Link Control
Low-rate Wireless Personal Area Network

Medium Access Control
Metropolitan Area Network
Multicast Identifier
Management Channel Time Allocation
More Fragment
Minimum Interframe Space


MLME
MLME-SAP
MMPDU
MPDU
MSDU
NAV
NB
NS
PAN
PC
PCF
PER
PHY
PLCP
PLME
PLME-SAP
PMD
PNC
PNCID
PNID
PS
RA

RFD
RIFS
RTS
SA
SFC
SIFS
SO
SrcID
SSCS
TA
TCP/IP
TrgtID

MAC Layer Management Entity
MAC Layer Management Entity Service Access Point
MAC Management Protocol Data Unit
MAC Protocol Data Unit
MAC Service Data Unit
Network Allocation Vector
Number of Backoff
Network Simutator
Personal Area Network
Point Coordinator
Point Coordination Function
Packet Error Rate
Physical layer
Physical Layer Convergence Protocol
Physical Layer Management Entity
Physical Layer Management Entity Service Access Point
Physical Medium Dependent

Piconet Coordinator
Piconet Coordinator Identifier
Piconet ID
Power Save
Receiver Address
Reduced-Function Device
Retransmission Interframe Space
Request To Send
Source Address
Secure Frame Counter
Short Interframe Spacing
Superframe Order
Source Identifier
Service-Specific Convergence Sublayer
Transmitter Address
Transmission Control Protocol/Internet Protocol
Target Identifier


UDP
WAN
WEP
WLAN
WPAN

User Datagram Protocol
Wide Area Network
Wired Equivalent Privacy
Wireless LAN
Wireless Personal Area Network

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1].
[2].
[3].

[4].

Nguyễn Thúc Hải (1999), “Mạng máy tính và các hệ thống mở”, Nhà xuất
bản giáo dục, Hà Nội.
PGS.TS. Vũ Duy Lợi (2002), “Mạng thông tin máy tính”, Nhà xuất bản Thế
giới, Hà Nội.
PGS.TS. Nguyễn Đình Việt (2003), “Nghiên cứu phương pháp đánh giá và
cải thiện hiệu năng giao thức TCP cho mạng máy tính”, Luận án Tiến sỹ,
Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội.
PGS.TS Nguyễn Đình Việt (2008), bài giảng “Đánh giá hiệu năng mạng
máy tính”.

Tiếng Anh
[5].

Eitan Altman & Tania Jimenez (2003-2004), "Ns simulator for beginners",
lecture-node, France.
[6]. IEEE Std 802.15.4 (2006), Low Rate Wireless Personal Area Networks,
IEEE.
[7]. IEEE 802.11 (1999), Part 11: Wireless LAN medium access control (MAC)
and physical layer (PHY) specifications, IEEE.
[8]. IEEE Std 802.15.3 (Aug. 2003), Wireless Medium Access Control (MAC)

and Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal
Area Networks (WPANs), IEEE.
[9]. Jae Chung and Mark Claypool, “NS by Example”.
[10]. Kwan-Wu Chin, Darryn Lowe, “A Simulation Study of the IEEE 802.15.3
MAC”, Australia.
[11]. K. Xu, M. Gerla, S. Bae (Nov. 2002), “How Effective is the IEEE 802.11
RTS/CTS Handshake in Ad Hoc Networks?”, IEEE GLOBECOM '02, Vol.
1, pp. 17-21.


[12]. Ping Chung Ng, Soung Chang Liew, Senior Member, IEEE, “Throughput
Analysis of IEEE802.11 Multi-hop Ad hoc Networks”. Print TNET-000842005.
[13]. Stallings, Data and Computer Communications, Second Edition, MacMillan
[14]. The ns Manual, January 20, 2007, the VINT Project.
Nguồn Internet
[15].
[16]. />[17]. />[18]. />