DSpace at VNU: Nghiên cứu về tối ưu hóa việc chuyển giao dọc giữa các môi trường mạng không dây di động khác nhau

1

ĐẠI
HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LÊ QUỲNH HOA

NGHIÊNCỨU VỀ TỐI ƢU HOÁ VIỆC CHUYỂN
GIAO DỌC GIỮA CÁC MÔI TRƢỜNG MẠNG
KHÔNG DÂY DI ĐỘNG KHÁC NHAU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


2

LÊ QUỲNH HOA

NGHIÊNCỨU VỀ TỐI ƢU HOÁ VIỆC CHUYỂN
GIAO DỌC GIỮA CÁC MÔI TRƢỜNG MẠNG
KHÔNG DÂY DI ĐỘNG KHÁC NHAU

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Nguyễn Hoài Sơn

HÀ NỘI – 2010


3

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu về tối ưu hoá việc chuyển giao dọc
giữa các môi trường mạng không dây di động khác nhau” là do tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn của TS. Nguyễn Hoài Sơn thuộc Trường Đại học Công nghệ - Đại học
Quốc gia. Mọi trích dẫn và tài liệu tham khảo mà tôi sử dụng đều có ghi rõ nguồn gốc.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan trên.

Hà nội, ngày 14 tháng 1 năm 2010
Lê Quỳnh Hoa


4

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn các cô giáo, thầy giáo ở Trường Đại học Công nghệ
- Đại học Quốc gia Hà nội đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong thời
gian tôi học tập, nghiên cứu tại trường. Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
thầy Nguyễn Hoài Sơn, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi để tôi có thể hoàn
thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các bạn sinh viên, học viên, nghiên cứu sinh trong nhóm nghiên

cứu của thầy Nguyễn Hoài Sơn đã chia sẻ với tôi những kinh nghiệm học tập và giúp
đỡ tôi trong quá trình làm luận văn. Đặc biệt, xin cảm ơn bạn Nguyễn Tiến Đạt trong
nhóm nghiên cứu đã hỗ trợ tích cực cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu luận văn
này.
Mặc dù luận văn này đã được hoàn thành với tất cả sự cố gắng của bản thân,
nhưng luận văn không thể tránh khỏi những sai sót, hạn chế. Kính mong nhận được sự
nhận xét, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để tôi có thể khắc phục những thiếu
sót của mình.

Hà nội, tháng 1 năm 2010


5

Học viên
Lê Quỳnh Hoa


3

TÓM TẮT
Luận văn này bao gồm hai phần chính.
Phần thứ nhất giới thiệu tổng quan về mạng không dây, mạng không dây di
động và các vấn đề nó, vấn đề chuyển giao dọc trong mạng không dây di động, đồng
thời trình bày một số nghiên cứu liên quan đến các vấn đề chuyển giao dọc và việc kết
hợp băng thông của nhiều đường truyền khi một thiết bị đầu cuối được trang bị nhiều
hơn một loại giao diện mạng. Từ các nghiên cứu liên quan đó, luận văn đưa ra những
nhận xét, đánh giá các giải pháp mà các tác giả đã đề xuất.
Phần thứ hai đề xuất một giải pháp nhằm lập lịch nhằm thúc đẩy quá trình
truyền tải các tập tin đến các thiết bị đầu cuối trong mô hình chuyển dao dọc kết hợp

băng thông của nhiều đường truyền. Bài toán đặt ra, giải pháp để thực hiện bài toán
cũng như công việc triển khai thực thi giải pháp cũng sẽ được trình bày trong phần thứ
hai của luận văn này.

MỤC LỤC
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN .......................................... Error! Bookmark not defined.


4
1.1
Mạng không dây ....................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2
Giao thức Mobile IP ................................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.1 Giới thiệu .............................................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Các thành phần của Mobile IP .............................. Error! Bookmark not defined.
1.2.3 Cơ chế hoạt động của Mobile IP .......................... Error! Bookmark not defined.
1.2.4 Các cải tiến của Mobile IP.................................... Error! Bookmark not defined.

CHƢƠNG 2: CHUYỂN GIAO DỌC TRONG MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNGError! Bookm
2.1
Các khái niệm chuyển giao:...................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.1 Chuyển giao cứng: ................................................ Error! Bookmark not defined.
2.1.2 Chuyển giao mềm: ................................................ Error! Bookmark not defined.
2.1.3 Chuyển giao ngang: .............................................. Error! Bookmark not defined.
2.1.4 Chuyển giao dọc: .................................................. Error! Bookmark not defined.
2.2
Chuyển giao dọc trong mạng không dây di động ..... Error! Bookmark not defined.
2.2.1 Sự cần thiết của chuyển giao dọc ........................ Error! Bookmark not defined.
2.2.2 Các bước cơ bản của quá trình chuyển giao dọc: . Error! Bookmark not defined.
2.2.3 Các nghiên cứu liên quan ..................................... Error! Bookmark not defined.

CHƢƠNG 3: GIẢI PHÁP LẬP LỊCH TRONG MÔ HÌNH MẠNG HỖ TRỢ
CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN
TRONG MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG .................. Error! Bookmark not defined.

3.1
Đề xuất giải pháp ...................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.1 Bài toán cần giải quyết ......................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.2 Ý tưởng đề xuất để giải quyết bài toán ................. Error! Bookmark not defined.
3.2
Hoạt động của giải thuật ........................................... Error! Bookmark not defined.
3.3
Triển khai thực thi giải pháp..................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.1 Các yêu cầu cần thiết ............................................ Error! Bookmark not defined.
3.3.2 Thiết kế kiến trúc cơ bản của chương trình mô phỏng giải thuậtError! Bookmark not defined
3.4
Nhận xét, đánh giá giải pháp .................................... Error! Bookmark not defined.

CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC TẾ VÀ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁError! Bookm
4.1
Triển khai chương trình mô phỏng thực tế ............... Error! Bookmark not defined.
4.2
Thí nghiệm và kết quả đạt được ............................... Error! Bookmark not defined.
4.2.1 Bố trí thí nghiệm ................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.2 Mô tả thí nghiệm .................................................. Error! Bookmark not defined.
4.2.3 Kết quả đạt được ................................................... Error! Bookmark not defined.
4.3
Nhận xét đánh giá chương trình ............................... Error! Bookmark not defined.

KẾT LUẬN ...................................................................... Error! Bookmark not defined.

CHÚ THÍCH .................................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 10


5

DANH MỤC HÌNH
STT

Tên danh mục hình

Trang

Hình 1

Bảng ánh xạ giữa IP cố định và IP tạm thời của các nút mạng

12

Hình 2

Danh sánh các nút khách

12

Hình 3

Hoạt động của giao thức Mobile IP

15

Hình 4

Định tuyến tam giác

16

Hình 5

Chuyển giao mềm và chuyển giao cứng

20

Hình 6

Một ví dụ về chuyển giao ngang

20

Hình 7

Một ví dụ về chuyển giao dọc

21

Hình 8

Kiến trúc OMNICon

24

Hình 9

Mô hình hỗ trợ sử dụng nhiều đường truyền trong giải pháp BAG

26

Hình 10

Hình 11

Sử dụng DC để đánh giá khả năng chuyển tải gói tin của các kết
nối
Kiến trúc mạng hỗ trợ chuyển giao dọc và kết hợ băng thông nhiều
đuờng truyền

28

32

Hình 12

Mô hình lập lịch kết hợp băng thông nhiều đường truyền

33

Hình 13

Hoạt động của giải thuật

36

Hình 14

Hoạt động của giải thuật ở Mobile Node

37

Hình 15

Hoạt động của giải thuật ở Mobile Agent

38

Hình 16

Kiến trúc cơ bản của chương trình

39

Hình 17

Bố trí thí nghiệm

40

Hình 18

Kết quả thí nghiệm

45


6

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Thuật ngữ

Mô tả

CN

Correspondent Node

CoA

Care of Address

FA

Foreign Agent

GPRS

General Packet Radio Service

HA

Home Agent

HoA

Home of Address

IPv4

Internet Protocol version 4

IPv6

Internet Protocol version 6

UMTS

Universal Mobile Telecommunications Systems

WLAN

Wireless LAN

3G

3th Generation

4G

4th Generation


7

8

PHẦN MỞ ĐẦU
Với sự hỗ trợ của các công nghệ mạng không dây, người sử dụng đầu cuối ngày
nay không còn bị bó buộc với dây dẫn vật lý như cáp mạng để có thể kết nối vào Internet
mà thay vào đó, họ có thể dùng sóng vô tuyến, hồng ngoại hay vệ tinh v.v… Điều này
giúp cho người dùng có nhiều cơ hội hơn để truy cập vào Internet ngay cả ở những nơi
không thể sử dụng dây dẫn vật lý và quan trọng hơn cả là họ có thể di chuyển trong khi
vẫn đang trao đổi thông tin. Việc giải quyết các bài toán liên quan đến vấn đề các nút
mạng di chuyển trong khi vẫn đang kết nối với Internet chính vì thế ngày càng trở nên
quan trọng bởi sự gia tăng mạnh mẽ của số lượng người dùng đầu cuối di động và ước
muốn được duy trì các phiên ứng dụng trong khi người dùng thay đổi địa điểm truy cập
vào Internet.
Mạng Internet gắn bó chặt chẽ với giao thức TCP/IP mà trong đó, mỗi thiết bị đầu
cuối khi tham gia đều được cấp phát một địa chỉ IP duy nhất. Điều đó có nghĩa là khi nút
mạng đó di chuyển từ nơi này sang nơi khác, nó không thể duy trì kết nối sẵn có với
mạng Internet. Điều này dẫn đến một thực tế là các phiên truyền dữ liệu giữa thiết bị đầu
cuối và Internet bị gián đoạn.
Mobile IP[1] là sự mở rộng của giao thức IP truyền thống, được khuyến nghị bởi
IETF[2] và được đặc tả trong RFC 3344. Mobile IP ra đời vào năm 1999 giúp cho một
người dùng với thiết bị đầu cuối có thể duy trì đựợc kết nối của mình với mạng Internet
trong khi di chuyển từ nơi này sang nơi khác mà không cần phải thay đổi địa chỉ IP của
mình. Để làm được điều đó, Mobile IP cho phép một nút mạng khi ra khỏi mạng nhà của
nó sẽ mang thêm một địa chỉ IP tạm trú. Đây là địa chỉ nhận dạng nút mạng ở trong mạng
khách mà nó đang lưu trú. Từ đây, các gói tin gửi đến cho nút mạng sẽ được chuyển tiếp
đến địa chỉ IP tạm trú này. Bằng cách đó, một nút mạng khi ra khỏi mạng nhà vẫn có thể
duy trì được các phiên truyền dữ liệu mà không phải thay đổi địa chỉ IP cố định của mình.
Sự phát triển mạnh mẽ của Internet là động lực chính cho nhiều công nghệ không

dây ra đời như 802.11, Bluetooth, GPRS, CDMA2000, UMTS v.v… Bên cạnh đó, ngành
công nghiệp sản xuất các thiết bị đầu cuối trên thế giới cũng đạt được nhiều thành tựu
đáng kể trong những năm qua. Một thiết bị đầu cuối giờ đây có thể được trang bị nhiều
hơn một loại giao diện mạng, điều đó giúp cho một nút mạng có nhiều cơ hội để kết nối


9

vào Internet hơn, bởi vì tại một thời điểm nào đó nút mạng có thể tìm được sóng của một
công nghệ mạng thích hợp với một trong các giao diện mà nó có. Đã có nhiều nghiên cứu
liên quan [3] đến việc sử dụng các công nghệ mạng không dây được trang bị tại các thiết
bị đầu cuối ra đời. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này đều đề cập đến việc sử dụng
một giao diện đơn lẻ nào đó tại một thời điểm cho các yêu cầu kết nối của các ứng dụng.
Như đã đề cập ở phần trên, với sự hỗ trợ của Mobile IP, các nút mạng giờ đây đã
có thể duy trì được các kết nối của mình trong khi đang di chuyển trong phạm vi các
vùng phủ sóng của các mạng không dây. Tuy nhiên, Mobile IP chỉ cho phép các nút
mạng di chuyển qua lại giữa các vùng phủ sóng của cùng một công nghệ mạng, ví dụ như
từ mạng WLAN này sang mạng WLAN khác. Trong thực tế, đôi khi người sử dụng đầu
cuối lại muốn di chuyển từ vùng phủ sóng của công nghệ mạng này sang vùng phủ sóng
của công nghệ mạng khác, ví dụ như từ mạng WLAN sang mạng GPRS và ngược lại.
Lúc đó, Mobile IP không thể đáp ứng được mong muốn của người sử dụng. Xuất phát từ
nhu cầu thực tế đó, nhiều nhà nghiên cứu đã đề xuất các giải pháp [4][5] để hỗ trợ người
sử dụng với các thiết bị cầm tay của mình di chuyển qua lại giữa các mạng khác nhau. Đó
chính là bài toán chuyển giao dọc. Chuyển giao dọc cho phép các nút mạng có thể kết
hợp băng thông của các đường truyền mà nó có để truyền tải một ứng dụng nào đó như là
tải một tập tin từ một nút mạng khác qua mạng Internet. Tuy nhiên, việc kết hợp băng
thông nhiều đường truyền lại đặt ra một bài toán mới, làm thế nào để các gói tin được
chuyển đến cho một nút mạng trên nhiều đường truyền khả dụng khác nhau mà nó có
một cách nhanh chóng nhất.
Với bài toán đặt ra, luận văn này tập trung giải quyết vấn đề: xây dựng một giải

pháp lập lịch để chuyển các gói tin gửi đến cho một nút mạng thông qua nhiều đường
truyền khác nhau. Mục đích của bài toán là nhằm làm tăng tốc độ truyền tải các ứng dụng
của một nút mạng khi nó được trang bị nhiều loại giao diện mạng khác nhau và các giao
diện này đang có tín hiệu từ các nhà cung cấp mạng tương ứng. Điều này nhằm tận dụng
băng thông của các đường truyền khả dụng, đồng thời làm tăng tính an toàn cho việc
truyền tải các ứng dụng vì nếu có một giao diện mạng nào đó mất tín hiệu, các giao diện
còn lại sẽ đảm nhiệm công việc truyền tải các gói tin. Chương trình mô phỏng thực thi
giải pháp được viết bằng ngôn ngữ lập trình C và sử dụng Hệ điều hành Linux.


10
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt:
1. Hoàng Anh, “Tích hợp WLAN và mạng thông tin di động”, nguồn
/>2. Nguyễn Tiến Đạt (2009), khoá luận “Tối ưu hoá việc kết hợp băng thông nhiều đường
truyền trong chuyển giao dọc trên các mạng không dây di động hỗn hợp”, Trường Đại
học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà nội.
3. Nguyễn Văn Tam (2006), “Mạng máy tính nâng cao”, Viện Công nghệ thông tin
Tài liệu tiếng Anh:
4. C. Perkins (1996), “IP Mobility Support”, IBM
5. Dagang Li (2008), “A Fast Adaptation Mechanism forTCP Vertical Handover”, nguồn

6. Fengping Li (2004), “A study of mobility in WLAN”, nguồn
/>7. Helen J.Wang, Randy H. Katz, Jochen Giese (1998), “Policy-Enabled Handoff Across
Heterogeneous Wireless Network”, U.C Berkeley, nguồn
/>8. Kameswari Chebrolu, Ramesh Rao (2006), “Bandwidth Aggregation for Real-Time
Applications in Heterogeneous Wireless Networks”, nguồn citeseerx.ist.psu.edu
9. Laila Daniel (2008), “TCP performance with vertical handoff”, Univesity of Helsinki,
nguồn />10. LIU Gan (2007), “A scheduling algorithm for maximum throughput based on the link

condition in heterogeneous network”, nguồn
/>

11

11. Mark Stemm and Randy H. Katz (1998), “Vertical Handoffs in Wireless Overlay
Networks”, University of California at Berkeley, nguồn
/>12. Matei A. Zaharia (2007), “Fast and Optimal Scheduling over Multiple Network
Interfaces”, nguồn />13. P. Kim (2009), “A Packet Distribution Scheme for Bandwidth Aggregation on
Network Mobility”, nguồn />14. Srikant Sharma (2004), “A Mobile IP-based vertical handoff system for Wireless LAN
and GPRS links” , Stony Brook University, nguồn
/>.


12