Bài giảng Mạng không dây - Chương 3: Wireless atm and ad hoc routing

 Chương 3:
WIRELESS ATM AND 
 AD HOC ROUTING
 1. Introduction _ Giới thiệu
 ATM là một công nghệ mạng tốc độ-cao được thiết kế
 để dùng cho cả mạng cục bộ (LAN) và mạng diện rộng
 (WAN).
 Nó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, nghĩa là
 một mạch dành riêng được thiết lập giữa hai hệ thống
 cuối trước khi một phiên liên lạc có thể bắt đầu.
 Mạng Wireless ATM
 HIPERLAN 1 HIPERLAN 2 HIPERLAN 3 HIPERLAN 4
 Truy nhập 
Ứng Truy nhập Kết nối PTP 
 Wireless LAN WATM cố 
dụng WATM WATM
 định từ xa
Băng tần 2.4 GHz 5 GHz 5 GHz 17 GHz
Tốc độ 
 23.5 Mbps 54 Mbps 54 Mbps 155Mbps
đạt được
 CÁC CHUẨN HIPERLAN
 Được đưa ra bởi tổ chức ETSI (European
 Telecommunication Standard Institute)
 Cạnh tranh với chuẩn 802.11 của IEEE.
 IEEE đã đưa ra chuẩn 802.11h để có thể tương tác được
 với chuẩn HiPerLAN/2 của ETSI.
 Chuẩn loại 1 của HIPERLAN cung cấp một mạng WLAN
 tốc độ cao.
 Chuẩn loại 2 của HIPERLAN được ứng dụng để thiết lập
 truy cập nhanh tới mạng cơ sở IP, UMTS và ATM.
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
 Chuẩn HiPerLAN/1 đã hỗ trợ tốc độ lên đến 24
 Mbps sử dụng công nghệ DSSS trong phạm vi
 150 feet.
 HiPerLAN/1 sử dụng băng tần UNII lower và
 middle giống như HiPerLAN/2, 802.11a và
 802.11h.
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
 Chuẩn HiPerLAN/2 hỗ trợ tốc độ lên đến 54 Mbps và sử
 dụng tất cả 3 băng tần của UNII.
 HiPerLAN/2 còn hỗ trợ QoS (802.11p, RSVP, DiffServ-FC: 
 Dịch vụ phân biệt - đảm bảo chất lượng dịch vụ không 
 lưu thông tin của luồng), DES, 3DES, ATM, Ethernet, 
 PPP, FireWire và 3G. 
  DES (Data Encryption Standard): là hệ bảo mật đối xứng dùng
 khóa riêng, nghĩa là cả bên gởi và bên nhận phải biết cùng một
 khóa.
  PPP là viết tắt của Point-to-point Protocol - giao
 thức Điểm-Điểm (mạng ngang hàng).
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Chuẩn HiPerLAN/2 (tiếp)
 Chồng giao thức của ETSI BRAN HIPERLAN-2 bao gồm 2
 lớp, mỗi lớp trong số chúng phân chia thành các vùng sử
 dụng và lớp điều khiển sử dụng.
 Ba lớp cơ bản của mạng HIPERLAN loại 2 là PHY, DLC và
 lớp quy tụ (LC)- một phần của DLC.
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Chuẩn HiPerLAN/2 (tiếp):
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Chuẩn HiPerLAN/2 (tiếp)
 Lớp PHY cung cấp một chức năng truyền dữ liệu cơ bản
 bằng phương pháp modem với băng thông dải gốc và
 một phần RF.
 Khuôn dạng truyền trong lớp vật lý với phần tiêu đề và
 phần dữ liệu.
 Phương pháp điều chế được chọn cho lớp vật lý là
 OFDM. OFDM được chọn vì nó đáp ứng tốt trên phân
 kênh tốc độ cao.
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Chuẩn HiPerLAN/2 (tiếp)
 Lớp DLC gồm có điều khiển lỗi (EC), điều khiển kết nối
 vô tuyến (RCL) và chức năng MAC.
 Lớp DLC được phân chia thành dữ liệu và chức năng
 điều khiển.
 DLC là giao thức kết nối định hướng và mỗi kết nối DLC
 một EC riêng biệt được tạo ra. Việc này cho phép thưc
 hiện điều khiển lỗi cho các kết nối khác nhau.
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Chuẩn HiPerLAN/2 (tiếp): Cấu trúc hệ thống
 HIPERLAN-2
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Chuẩn HiPerLAN/2 (tiếp): Cấu trúc hệ thống
 HIPERLAN-2
 Trên thực tế, kiểu kết nối trực tiếp (DM) có thể được
 thiết lập giữa hai hay nhiều tổng đài lưu động giúp
 chúng có khả năng trao đổi thông tin trực tiếp.
 Hai thành phần chính trong hệ thống tập trung này đó
 là:
  Thiết bị đầu cuối di động (MT): có khả năng kết nối
 tới các thiết bị khác nếu cần, và tới những tài
 nguyên ngoài mạng.
  AP: có thể kết hợp với các MT khác trong vùng của 
 nó và điều khiển một hay nhiều sector.
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Chuẩn HiPerLAN/2 (tiếp): Đặc tính cơ bản của hệ
 thống
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Lớp vật lý:
 Khuôn dạng khung truyền cơ bản trên lớp vật lý là một
 burst bao gồm phần tiêu đề và phần dữ liệu (nơi mà
 DLC - SDU (Service data unit _ Đơn vị dữ liệu dịch vụ)
 được truyền đi).
 Lớp vật lý của HIPERLAN dùng điều chế OFDM (Điều
 chế đa sóng mang theo tần số trực giao)
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Lớp vật lý (tiếp):
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Lớp DLC:
 Lớp DLC là sự liên kết logic giữa một AP và các máy tính
 hợp nhất của nó.
 Lớp DLC thực hiện dịch vụ liên quan đến các nhân tố
 như đặc tính của mỗi kết nối (QoS), chất lượng kênh
 truyền, số lượng thiết bị đầu cuối và việc chia sẻ tài
 nguyên với mạng truy cập khác trong cùng một vùng.
 DLC hoạt động trong một kết nối cơ bản, và cung cấp
 những tính năng của nó để duy trì QoS trong kênh ảo cơ
 bản.
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Lớp DLC (tiếp):
 Lớp DLC có thể bổ xung các trạng thái khác nhau
 như: sửa lỗi phía trước (FEC), ARQ, điều khiển
 luồng để tối ưu hoá dịch vụ cung cấp và bảo trì
 QoS.
 Hai khái niệm chính của lớp DLC đó là kênh logic
 và kênh vận chuyển.
 CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Lớp MAC:
 Giao thức MAC dựa trên cơ sở TDMA/TDD và các khung
 cho biết một chu kỳ lặp lại của 2ms. (TDMA: Time
 division multiple access _ Đa truy nhập phân chia thời
 gian; TDD: Time Division Duplexing _ Song công theo
 thời gian)
 Các AP điều khiển phân phối tài nguyên và hầu như xác
 định rõ nếu hai MT có thể trao đổi thông tin trực tiếp.
 Một AP cần biết trạng thái bộ đệm của mình và các bộ
 đệm khác bên trong các MT và việc phân phối tài
 nguyên mà RG đã vận chuyển.
CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Thao tác MAC:
 Thao tác AP MAC: Một trong các quá trình thực hiện
 truyền thông tin từ các AP là việc tính toán sự hợp thành
 khung.
 Thao tác MT MAC: Các MT nhận và xử lý BCH và FCH,
 và có khả năng ước lượng cấu trúc khung hiện thời.
 Chúng cũng có khả năng truyền, nhận, xử lý các PDU tới
 từ các MT chấp nhận kết nối hiện thời và sự hợp thành
 khung (trong quá trình truyền lên trên) theo quy luật.
CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Khung MAC:
CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Khung MAC:
 Hai hay nhiều hơn STA (nơi truyền thông, thông thường
 là trạm lưu động) kết nối trực tiếp ở bất kì đâu, dữ liệu
 của chúng phải được truyền trong pha liên kết trực tiếp
 (DIL) mà nó sẽ hình thành.
 Chúng ta chú ý rằng khoảng thời gian của BCH (Kênh
 quảng bá) cố định trong khi những kênh khác thì thời
 gian sống được đáp ứng động bởi sự phụ thuộc của AP
 vào tình trạng kênh truyền.
CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Địa chỉ MAC:
 Mỗi MT có sự liên hệ với MAC-ID, đây là địa chỉ duy nhất
 cho một AP và được gán tại thời điểm hợp nhất.
 MAC-ID được mã hoá với 8 bit, giá trị 0 và 254-255 được
 dự trữ cho mục đích đặc biệt.
 Cũng giống như trong MT (Thiết bị đầu cuối di động),
 mỗi kết nối cũng được định địa chỉ với một kết nối DLC-
 ID, địa chỉ này được mã hoá 6 bit.
CÁC CHUẨN HIPERLAN (tiếp)
Địa chỉ MAC (tiếp):
 Trong kiểu tập trung, một DLC-ID và MAC-IDs của AP và
 MT xác định phương thức truyền thông của chúng.
 Khi đó trong kiểu trực tiếp DLCC-ID và MAC-IDs của MT
 thì xác định kết nối của chúng.
 Network identifer (NET-ID) xác định APs cùng thuộc
 một mạng của một quá trình truyền tin nhất định.
 2. Routing in Wireless Ad Hoc 
 Networks
 Vấn đề định tuyến tại tầng mạng được quan tâm đến
 nhiều nhất do tính chất di động của các nốt trong mạng
 MANET (Mobile Ad hoc Network)
 Tầng mạng cần giải quyết hai vấn đề cơ bản
  Tìm ra đường đi từ nút phát đến nút nhận
  Duy trì đường đi
 Tìm hiểu một giao thức định tuyến
  DSR Dynamic Source Routing
 2.1. DSR - Giới thiệu
 DSR là giao thức định tuyến cho mạng ad hoc, mạng
 không dây không có cơ sở hạ tầng.
 DSR bao gồm hai cơ chế chính
  Phát hiện đường đi (route discovery)
  Duy trì đường đi (route maintenance)
 Giao thức hoạt động theo nhu cầu
  Định tuyến chỉ xảy ra khi có dữ liệu cần gửi
  Các host không định tuyến bằng cách trao đổi các gói tin định
 kỳ
 Cho phép có nhiều tuyến đến máy đích
 Trong quá trình định tuyến các host có thể phát hiện và
 lưu đệm các tuyến đến máy đích
 2.2. DSR - Giả thiết
 Các nốt trong mạng ad hoc tình nguyện chuyển tiếp gói tin
 cho các nút khác trong mạng.
 Đường kính của mạng ad hoc là số các bước nhảy nhỏ nhất
 cần thiết cho một nốt nằm ở rìa có thể liên lạc với một nốt
 nằm ở phía rìa bên kia.
 Các nốt di chuyển với tốc độ vừa phải
 Các nốt có thể hoạt động ở chế độ không phân loại
 (promiscuous - phần cứng gửi mọi gói tin nhận được lên tầng
 mạng mà không lọc gói tin dựa vào địa chỉ MAC)
 2.3. DSR - Hoạt động của giao 
 thức
 DSR dùng định tuyến nguồn: mỗi gói tin gửi đi có trong
 phần tiêu đề danh sách theo thứ tự các nốt mà gói tin sẽ
 đi qua.
 Phát hiện đường đi: là cơ chế để nốt S khi cần gửi dữ
 liệu cho nốt D có được định tuyến đến D hay không.
 Duy trì đường đi: là cơ chế để nút S có thể phát hiện ra
 sự thay đổi của topology mà tuyến đến D không thể sử
 dụng vì một đoạn kết nối nào đó bị mất.
 2.4. Cơ chế phát hiện đường đi căn 
 bản
 Khi nút nguồn có gói tin gửi đến nút đích:
  Nút nguồn tìm đường đi thích hợp trong bộ lưu đệm
 (route cache)
  Thực hiện chu trình phát hiện đường đi nếu không
 tìm thấy tuyến trong bộ lưu đệm
 2.4. Cơ chế phát hiện đường đi căn 
 bản
 Nốt nguồn gửi đi gói tin yêu cầu định tuyến (route
 request) cho mọi nốt trong tầm mà nó quan sát được
  Gói tin yêu cầu tuyến chứa bản ghi tuyến (route record) liệt kê
 các nốt trên tuyến, ban đầu chỉ gồm địa chỉ của nốt nguồn
  Gói tin yêu cầu chứa địa chỉ của nút nguồn và định danh của
 yêu cầu để phân biệt các gói tin yêu cầu.
2.4. Cơ chế phát hiện đường đi căn 
 bản
 Khi một nốt nhận được gói tin yêu cầu định tuyến:
  Nếu nốt là địa chỉ đích, nốt gửi gói tin trả lời tuyến cho nốt
 khởi đầu định tuyến, máy khởi đầu định tuyến lưu đệm
 đường đi để gửi các gói tin sau.
  Nếu nốt đã nhận được gói tin yêu cầu tuyến lặp lại, nốt
 loại bỏ gói tin không xử lý.
  Nốt thêm địa chỉ của mình vào gói tin yêu cầu và truyền
 rộng đến các nốt trong tầm, vd. B gửi cho C, C cho D, D
 cho E.
2.4. Cơ chế phát hiện đường đi căn 
 bản
 Nút đích khi gửi gói tin trả lời tuyến, nó sẽ:
  Tìm trong bộ lưu đệm tuyến đến nốt nguồn nếu có
  Đảo ngược đường đi trong gói yêu cầu tuyến
  Khởi động chu trình phát hiện đường đi đến nốt nguồn nhưng 
 kèm theo gói tin trả lời tuyến vào gói tin yêu cầu tuyến
2.4. Cơ chế phát hiện đường đi căn 
 bản
 Khi khởi động chu trình phát hiện đường đi:
  Nốt nguồn lưu đệm các gói tin cần gửi khi chưa có tuyến
 vào bộ đệm gửi (sending buffer) và đặt thời gian chấm
 dứt lưu (SendBufferTimeout)
  Nốt nguồn thỉnh thoảng khởi động lại chu trình phát hiện
 đường đi cho các gói tin trong bộ đệm gửi (exponential
 backoff: gấp đôi thời gian chờ cho mỗi lần khởi động
 sau)
 2.5. Cơ chế duy trì đường đi căn 
 bản
 Các nốt trên đường đi từ nguồn đến đích có trách
 nhiệm thông báo về tình hình dữ liệu có truyền
 đến nốt tiếp theo được không.
 VD: A có trách nhiệm cho đường kết nối từ A đến
 B, C - từ C đến D 
 2.5. Cơ chế duy trì đường đi căn 
 bản
 Nếu nốt không nhận được báo nhận từ nốt tiếp theo, sử
 dụng báo nhận của tầng MAC hoặc chính bản thân tầng
 mạng
  Nốt cần loại bỏ đường kết nối không hoạt động trong bộ lưu
 đệm tuyến
  Gửi gói tin tuyến lỗi (route error) cho tất cả các nốt đã gửi gói
 tin qua tuyến lỗi, vd. cho A và cho các nốt sử dụng đường kết
 nối C-D
 A xóa tuyến lỗi trong bộ lưu đệm tuyến
  Tìm một tuyến mới trong bộ lưu đệm đến E
  Hoặc khởi động chu trình phát hiện tuyến
 2.6. Một số khả năng bổ xung cho 
 phát hiện tuyến
 Lưu đệm thông tin nghe được về tuyến:
  Nốt cần lưu đệm các tuyến trong:Gói tin dữ liệu, Gói tin
 yêu cầu tuyến, Gói tin trả lời tuyến
  Khi Nốt là nốt đích nhận được gói tin, Nốt là nốt trung
 chuyển, Nốt nghe được thông tin truyền từ các nốt khác
  Nếu đường truyền:
 Hai chiều: lưu đệm tuyến theo cả hai chiều
 Một chiều: chỉ lưu đệm tuyến từ nguồn đến đích
 2.6. Một số khả năng bổ xung cho 
 phát hiện tuyến
 Trả lời gói tin yêu cầu tuyến sử dụng các tuyến lưu đệm
  Khi nốt nhận được gói tin yêu cầu tuyến:
 Tìm tuyến yêu cầu trong bộ lưu đệm
 Kết hợp tuyến trong gói tin yêu cầu với tuyến đến đích tìm 
 thấy
 Gửi gói tin trả lời tuyến cho nốt nguồn
  Không được trả lời nếu có tuyến đến đích nhưng bản thân đã có 
 trong tuyến của gói tin yêu cầu
 2.6. Một số khả năng bổ xung cho 
 phát hiện tuyến
 Giới hạn bước nhảy trong yêu cầu tuyến
  Giới hạn số các nốt trung chuyển được chuyển tiếp gói
 tin: Sử dụng TTL (Time To Live)
  Vd. TTL=1: tìm trong các nốt xung quanh tuyến đến đích
 đã được lưu đệm: Nếu không nhận được trả lời, gửi yêu
 cầu tuyến rộng hơn
2.7. Một số khả năng bổ xung cho 
 duy trì tuyến
 Cứu gói tin: Khi nốt trung chuyển phát hiện
 đường truyền lỗi đến nốt tiếp theo và nốt có
 tuyến lưu đệm đến đích, nốt có thể sử dụng
 tuyến này để cứu gói tin
  Số lần được cứu cần giới hạn, max xác định
  Trước khi cứu gói tin, nốt trung chuyển cần gửi gói tin lỗi
 tuyến về cho nốt nguồn
 2.8. Một số khả năng bổ xung cho 
 duy trì tuyến
 Tự động rút ngắn tuyến:
  Khi một nốt trung chuyển nghe thấy một gói tin
 truyền bởi các nốt xung quanh, nốt có thể điều tra
 tuyến trong gói tin
  Nếu nốt không phải là nốt tiếp theo nhưng có tên
 trong phần tuyến xa hơn, nốt có thể:
 Tạo ra tuyến mới bằng cách nối phần tuyến bắt đầu
 từ nốt với phần tuyến kết thúc tại nốt nghe được, vd.
 A-B-D-E
 Thông báo cho nốt nguồn về tuyến rút ngắn
Chương 4: Chuyển giao (handoff), định 
lại tuyến (rerouting) và quản lý định vị 
 (location management)
 Chuyển giao và định lại tuyến trong mạng di động
  Giới thiệu
  Các phương pháp định lại tuyến: 
 Thiết lập lại hoàn toàn (Full Re-Establishment)
 Incremental Re-Establishment (Thiết lập lại từng 
 bước)
 Các thuật toán phát hiện điểm giao (Crossover point)
  Prior path knowledge discovery
  Backward tracking discovery
 Quản lý định vị
 Chuyển giao và định lại tuyến trong 
 mạng di động
 Giới thiệu
  Các MH có thể di chuyển giữa
 các tế bào
  Khi có một phiên truyền
 thông diễn ra khi MH chuyển
 từ một cell sang một cell
 khác, phiên sẽ bị gián đoạn
  Chuyển giao là quá trình diễn
 ra trong mạng di động cho
 phép các MS khả năng sử
 dụng dịch vụ không gián
 đoạn và khả năng di chuyển
 ra ngoài vùng phủ sóng của
 một BS
  Định nghĩa: Handoff là quá
 trình chuyển giao điều khiển
 và trách nhiệm duy trì kết nối
 từ một BS sang một BS
 Các phương pháp định lại tuyến
 Định lại tuyến là kết quả của quá trình chuyển giao
 Đường đi của các gói tin phải được cập nhật qua BS
 mới của MH
 Định nghĩa: Quá trình thiết lập lại một đường đi do kết
 quả của chuyển giao gọi là định lại tuyến
 Các phương pháp định lại tuyến
 Giả sử chuyển giao và định lại tuyến được khởi
 hoạt bởi MH đích, MH nguồn được giả sử là đứng
 yên
 MH có thể đo độ mạnh của tín hiệu để biết thời
 điểm chuyển sang tế bào khác
 Điểm giao là điểm mà tại đó đường đi của kết nối
 đến BS mới và BS cũ tách ra
 Gợi ý là thông báo cho MH về quá trình chuyển
 giao sắp diễn ra
 Các thuật toán sẽ tránh việc làm mất thứ tự các
 gói tin