Luận văn Đánh giá các giải pháp tối ưu hóa chuyển giao dọc kết hợp băng thông nhiều đường truyền trên các mạng không dây di động hỗn hợp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Bùi Minh Đức ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN TRÊN CÁC MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG HỖN HỢP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Bùi Minh Đức ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN TRÊN CÁC MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG HỖN HỢP KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hƣớng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hoài Sơn HÀ NỘI - 2010 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trƣờng Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt 4 năm học qua để em có đủ kiến thức hoàn thành khóa luận này. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Hoài Sơn – ngƣời đã nhiệt tình động viên, giúp đỡ em trong quá trình định hình, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận này. Em xin cảm ơn sự nhiệt tình chia sẻ kinh nghiệm, đóng góp ý kiến của các anh, chị và các bạn trong nhóm nghiên cứu của thầy Nguyễn Hoài Sơn trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận này. Xin gửi lời cảm ơn thiết tha nhất tới những ngƣời thân trong gia đình đã tạo điều kiện và động viên cho con/em rất nhiều trong quá trình hoàn thành khóa luận này. Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành khóa luận này với tất cả nỗ lực của bản thân, xong luận văn sẽ khó tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô tận tình chỉ bảo cho em những sai lầm cần khắc phục của mình. Một lần nữa em xin gửi tới tất cả mọi ngƣời lời cảm ơn chân thành nhất. Hà Nội, tháng 05 năm 2010 Sinh viên Bùi Minh Đức TÓM TẮT Khóa luận tìm hiểu một số giải pháp hỗ trợ chuyển giao dọc đồng thời kết hợp băng thông các đƣờng truyền. Mục đích chính của khóa luận là đánh giá các giải pháp tìm hiểu ở các khía cạnh nhƣ việc hỗ trợ cho quá trình chuyển giao dọc cũng nhƣ việc tận dụng băng thông các đƣờng truyền. Để đánh giá các giải pháp tìm hiểu khóa luận tiến hành thiết lập môi trƣờng thí nghiệm, đƣa ra các kịch bản thí nghiệm đo đạt và đánh giá các giải pháp đó trong nhiều kịch bản khác nhau nhằm đƣa ra đƣợc cái nhìn thực tế cho các giải pháp đó. Từ các kết quả đo đạt đƣợc trong quá trình thực nghiệm khóa luận cũng tiến hành so sánh, lập biểu đồ để chỉ ra những ƣu nhƣợc điểm của từng giải pháp so sánh chúng với nhau khi áp dụng thực tế. Để thuận tiện cho quá trình kiểm tra đánh giá, khóa luận cũng tiến hành mô tả chi tiết quá trình làm thí nghiệm, các bƣớc, thao tác thực hiện khi tiến hành các thí nghiệm cần thiết. Mục Lục Phần Mở Đầu .................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN ........................................................................................... 4 1.1. Tổng quan về mạng không dây ............................................................................... 4 1.2. Mobile IP và việc hỗ trợ di động ............................................................................. 6 1.3. Tổng quan về chuyển giao .................................................................................... 12 1.4. Chuyển giao dọc và vấn đề kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền .................... 17 1.4.1 Chuyển giao dọc trong mạng không dây di động ............................................. 17 1.4.2 Vấn đề kết hợp băng thông các đƣờng truyền .................................................. 20 CHƢƠNG 2 – CÁC GIẢI PHÁP CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN ........................................................................................... 22 2.1. Giải pháp hỗ trợ chuyển giao dọc đồng thời kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền. ......................................................................................................................... 22 2.2. Giải thuật DC(Distribution Counter). .................................................................... 25 2.3. Giải thuật lập lịch cho gói tin hỗ trợ cho chuyển giao dọc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền. .............................................................................................................. 28 CHƢƠNG 3 – ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP BẰNG THỰC NGHIỆM ........................ 32 3.1. Mục tiêu đánh giá ................................................................................................ 32 3.2. Hệ thống thí nghiệm ............................................................................................ 33 3.3. Các kịch bản thí nghiệm ...................................................................................... 34 3.3.1. Kịch bản thí nghiệm đánh giá các giải pháp về hỗ trợ chuyển giao dọc ....... 34 3.3.2. Kịch bản thí nghiệm đánh giá các giải pháp về việc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền ............................................................................................................ 36 3.4. Tiến hành thí nghiệm ........................................................................................... 38 3.4.1. Thiết lập hệ thống thí nghiệm ...................................................................... 38 3.4.2. Thực hiện các thí nghiệm. ........................................................................... 39 CHƢƠNG 4 – KẾT QUẢ TRIỂN KHAI VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP ................ 40 4.1. Kết quả triển khai thí nghiệm ................................................................................ 40 4.1.1. Kết quả các thí nghiệm đánh giá việc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền40 4.1.2. Kết quả đánh giá các giải pháp với việc chuyển giao dọc................................ 44 4.2. Đánh giá các giải pháp dựa trên thực tiễn ............................................................. 46 4.2.1. Giải thuật chia đều ......................................................................................... 46 4.1.2. Giải thuật lập lịch động .................................................................................. 47 4.1.3. Giải thuật DC ................................................................................................. 47 CHƢƠNG 5 – KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ............................................... 49 Kết luận ....................................................................................................................... 49 PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 50 1. Cầu hình địa chỉ IP và định tuyến cho các máy ....................................................... 50 2. Cầu hình hạn chế băng thông và độ trễ cho từng kết nối. ........................................ 52 3. Cài đặt ftp-server và ftp-client ở CN và MN ........................................................... 53 CHÚ THÍCH CÁC THUẬT NGỮ LIÊN QUAN ............................................................ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 55 Hình 1: Định tuyến tam giác trong Mobile IP ................................................................. 10 Hình 2: Định tuyến mobile IPv6 ..................................................................................... 11 Hình 3: một ví dụ về chuyển giao cứng ........................................................................... 13 Hình 4: một ví dụ về chuyển giao mềm. .......................................................................... 13 Hình 5: một ví dụ về chuyển giao ngang. ........................................................................ 14 Hình 6: Một ví dụ về chuyển giao dọc ............................................................................ 15 Hình 7: Hệ thống mạng 4G ............................................................................................. 18 Hình 8: Mô hình mạng đề xuất........................................................................................ 22 Hình 9: sử dụng DC đánh giá khả năng chuyển gói tin của kết nối .................................. 26 Hình 10: Mô hình lập lich kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền ................................. 28 Hình 11: Hoạt động của giải thuật lập lịch động ............................................................. 29 Hình 12: Lƣu đồ trao đổi gói tin giữa Mobile Agent và Mobile Node ............................. 30 Hình 13: Mô hình hệ thống thí nghiệm ........................................................................... 33 Hình 14:Bố trí thí nghiệm hỗ trợ chuyển giao dọc........................................................... 35 Hình 15: Bố trí thí nghiệm hỗ trợ kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền ...................... 37 Hình 16 : Biểu đồ so sánh các giải thuật khi sử dụng 1 đƣờng truyền có dây và một đƣờng truyền không dây. ........................................................................................................... 41 Hình 17: Đồ thị so sánh các giải pháp khí sử dụng 2 đƣờng truyền có dây. ..................... 42 Hình 18: so sánh 3 giải thuật khi sử dụng 2 đƣờng truyền có cùng băng thông. .............. 43 Hình 19: Biểu đồ so sánh 3 giải thuật khi sử dụng 3 đƣờng truyền cùng một lúc ............. 44 Hình 20: biểu đồ miêu tả giải thuật chia đều với việc hỗ trợ chuyển giao dọc ................. 45 Hình 21: giải thuật lập lịch động với chuyển giao dọc. .................................................... 45 Hình 22 giải thuật DC với chuyển giao dọc..................................................................... 46 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Dạng đầy đủ 1. GSM Global System for Mobile Communications 2. MN Mobile Node 3. HA Home Agent 4. CN Correspondent Node 5. FA Foreign Agent 6. 3G 3 th Generation 7. 4G 4 th Generation 8. IPv4 Internet Protocol version 4 9. IPv6 Internet Protocol version 6 10. HoA Home of Address 11. CoA Care of Address 12. WLAN Wireless LAN 13. GPRS General Packet Radio Service 14. CDMA Code Division Multiple Access 15. WLAN Wireless Local Area Network 1 Phần Mở Đầu Với sự hỗ trợ của các công nghệ mạng không dây ngƣời sử dụng đầu cuối ngày này không còn bị bó buộc với dây dẫn vật lý để có thể kết nốivới mà thay vào đó, họ có thể dùng song vô tuyến, hồng ngoại… Điều này giúp cho ngƣời dùng có thể kết nối với nhau ngay cả ở những nơi không thể sử dụng dây dẫn vật lý và quan trọng hơn là họ có thể di chuyển trong khi vẫn đang tiến hành trao đổi thông tin. Việc giải quyết các bài toán liên quan đến các vấn đề các nút mạng di chuyển trong khi vẫn đang kết nối chính vì thế ngày càng trở lên quan trọng với sự gia tăng mạnh mẽ của số lƣợng ngƣời dùng đầu cuối di động và nhu cầu đƣợc duy trì các phiên ứng dụng trong khi ngƣời dùng thay đổi địa điểm truy cập Internet. Các thiết bị đầu cuối càng ngày càng đƣợc trang bị nhiều giao diện mạng cùng với đó là sự xuất hiện của nhiều công nghệ mạng không dây khác nhau. Hơn nữa, sự phát triển của mạng 4G[5] trong tƣơng lai sẽ cung cấp một môi trƣờng phủ sóng chồng chéo hỗn hợp của nhiều mạng không dây sử dụng các công nghệ mạng khác nhau, cung cấp các dịch vụ khác nhau. Những điều kiện trên làm nảy sinh yêu cầu chuyển giao giữa các mạng không dây khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu dịch vụ của các ứng dụng trên thiết bị di động. Bên cạnh đó là yêu cầu về duy trì các kết nối vào Internet trong quá trình di chuyển thiết bị từ vị trí này sang vị trí khác; từ vùng mạng này sang vùng mạng khác. Giao thức IP ban đầu chƣa giải quyết đƣợc vấn đề này, do đó yêu cầu cần thiết là phải đƣa ra giải pháp hỗ trợ chuyển giao cho thiết bị của ngƣời dùng sử dụng giao thức IP hiện tại. Mặt khác, các ứng dụng yêu cầu băng thông truyền tải lớn nhƣ các ứng dụng thời gian thực, truyền tin đa phƣơng tiện,…xuất hiện ngày càng nhiều với băng thông yêu cầu ngày càng cao. Việc sử dụng một đƣờng truyền duy nhất tại một thời điểm cho tất cả các ứng dụng trên thiết bị không những làm giảm khả năng đáp ứng băng thông mà còn sử dụng một cách không tối ƣu các tài nguyên về đƣờng truyền ra Internet của thiết bị. Từ đó vấn đề đƣa ra cần giải quyết là làm sao kết hợp đƣợc băng thông của nhiều đƣờng truyền khác nhau tại cùng một thời điểm để làm tăng khả năng đáp ứng băng thông cho các ứng dụng trên thiết bị di động và giảm thiểu khả năng kết nối bị gián đoạn khi tín hiệu của một trong các đƣờng truyền bị mất. 2 Đã có nhiều giải pháp đƣợc đƣa ra để tối ƣu hóa việc chuyển giao dọc kết hợp với băng thông nhiều đƣờng truyền nhằm tận dụng đƣợc tối đa băng thông của các đƣờng truyền cũng nhƣ hỗ trợ tốt cho quá trình chuyển giao dọc. Với các vấn đề nêu trên, đề tài này sẽ tập trung giải quyết hai vấn đề chính: Thứ nhất, tìm hiểu các giải pháp tối ƣu hóa chuyển giao dọc kết hợp với băng thông nhiều đƣờng truyền. Trong phần này sẽ đi sâu để tìm hiểu cách thức, ý tƣởng, khả năng triển khai cũng nhƣ hiệu năng lý thuyết của từng giải pháp sẽ tìm hiểu . Thứ hai, Đánh giá các giải pháp tối ƣu hóa chuyển giao dọc kết hợp với băng thông nhiều đƣờng truyền về mặt tận dụng băng thông các đƣờng truyền cũng nhƣ khẳ năng hỗ trợ chuyển giao dọc trong thực tế. Để thực hiện đƣợc hai nhiệm vụ trên khóa luận sẽ tiến hành việc xem xét và đánh giá các giải pháp qua thực tế thí nghiệm. Bằng cách mô tả chi tiết quá trình thí nghiệm cũng nhƣ các kịch bản thực hiện, tiến hành đo đạt các thông số nhằm đảm bảo có đƣợc cái nhìn chính xác nhất khi so sánh các giải pháp trong thực tế mà quan trọng nhất là so sánh các giải pháp về việc hỗ trợ chuyển giao dọc và hiệu quả sử dụng khi kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền. Nội dung khóa luận sẽ đƣợc trình bày dƣới 5 chƣơng:  Chƣơng 1 trình bày tổng quan về mạng không dây, vấn đề kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền, bên cạnh đó là vấn đề chuyển giao dọc, ý nghĩa tầm quan trọng của chuyển giao dọc và kết hợp băng thông trong mạng không dây  Chƣơng 2 sẽ giới thiệu về các giải pháp tối ƣu hóa việc chuyển giao dọc và kết hợp băng thông cũng nhƣ đƣa ra cái nhìn tổng quan về các giải pháp đó..  Chƣơng 3 sẽ đƣa ra chi tiết quá trình thí nghiệm, các kịch bản thí nghiệm cũng nhƣ cách thức đo đạt và đánh giá, đồng thời cũng nêu mục đích của thí nghiệm tiến hành .  Chƣơng thứ 4 sẽ trình bày về kết quả thí nghiệm thu đƣợc đồng thời đánh giá các giải pháp tối ƣu hóa chuyển giao dọc với kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền qua thực tế thí nghiệm. 3  Chƣơng 5 là chƣơng tổng kết lại về toàn bộ khóa luận và đề xuất hƣớng phát triển tiếp theo của khóa luận. Các tài liệu tham khảo của khóa luận này đƣợc liệt kê trong phần cuối cùng của khóa luận. 4 CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về mạng không dây Ngày nay, việc kết nối các thiết bị đầu cuối với nhau nhƣ máy tính để bàn, máy tính xách tay, máy in , máy quét hay các thiết bị cá nhân khác nhằm chi sẻ các tài nguyên, dữ liệu giữa chúng đang ngày càng phổ biến. Công nghệ không dây sử dụng sóng điện tử để truyền thông tin qua lại từ điểm này tới điểm khác, công nghệ này có thể ứng dụng cho máy tính và các thiết bị khác nhƣ điện thoại di động hay thiết bị gia dụng… có thể kết nối với nhau. Sau khi IEEE[4] định nghĩa các chuẩn 802.11 cho mạng không dây vào những năm 1990, mạng không dây dựa trên nền tảng IP có điều kiện phát triển rộng rãi cho các ứng dụng thƣơng mại cũng nhƣ cá nhân. Mạng không dây bộc lộ nhiều lợi điểm vƣợt trội đủ để thuyết phục ngƣời dùng chấp nhận nó nhƣ là một sự thay thế hợp lý với mạng có dây truyền thống. Trong các lợi điểm này có thể kể đến nhƣ khả năng di động của thiết bị, khả năng kết nối liên tục khi di chuyển, khả năng thích ứng với mạng truyền thống, dễ dàng thi công , lắp đặt và mở rộng . Đặc biệt là việc ứng dụng nó dễ dàng vào môi trƣờng không có khả năng kéo dây cắm vật lý. Các trƣờng đại học, sân bay và hầu hết các khu công cộng hiện nay đều ứng dụng sự thuận lợi của công nghệ không dây vào mục đích truy cập mạng; rất nhiều doanh nghiệp, nhiều thành phố đang phát triển các mạng không dây cho riêng họ…Mạng không dây đang trở nên ngày càng phổ biến với mục đích truy cập tại nhà và giá thành của chúng đang giảm nhanh chóng trong những năm gần đây. Có một số mạng dữ liệu không dây khá phổ biến nhƣ mạng điện thoại vô tuyến, các mạng CPDP( Cellular Digital Packet Data), GPRS (General Packet Radio Service). Một số mạng không dây khác đƣợc thiết lập dựa trên chính các kết nối ở lớp vật lý của chúng, sử dụng các ăngten đƣợc lắp đặt trong các thiết bị cầm tay để liên lạc với các ăngten thu phát song khác nhƣ mạng 802.11. Có một vài mạng khác là sự kết hợp của các thiết bị nhỏ với một khoảng cách gần nhƣ là mạng Bluetooth. Đã có nhiều nghiên cứu đƣợc xây dựng và đánh giá trên mạng không dây trong các năm gần đây, các nghiên cứu này chủ yếu tập trung trên lĩnh vực làm tăng hiệu quả thực thi của mạng. Các nghiên cứu này hiện nay vẫn đang đƣợc tiếp tục với các kết quả đáng ghi nhận nhƣ sự tăng tốc độ đƣờng truyền không dây lên tới vài Gigabyte một giây. Một vài nghiên cứu lại tập trung giải quyết vấn đề tiết kiệm năng lƣợng cho thiết bị trong quá trình truyền tin. Các nghiên cứu này đã đạt đƣợc một số thành tựu đầy ý nghĩa và đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị mạng không dây hiện nay (các laptop đều có cơ 5 chế tiết kiệm năng lƣợng là một ví dụ của việc ứng dụng các thành tựu này trong thực tế). Bên cạnh đó lại có những nghiên cứu giải quyết vấn đề quan trọng khác của mạng không dây là vấn đề bảo mật. Trong thời gian qua các nhà nghiên cứu tập trung khá nhiều trên khái niệm hỗ trợ di động cho mạng không dây và vấn đề kết hợp các đƣờng truyền khác nhau cho việc duy trì kết nối và chất lƣợng dịch vụ của kết nối. Dƣới góc độ của đề tài này khái niệm mạng không dây tập trung chủ yếu vào công nghệ mạng không dây dựa trên mạng IP (chuyển mạch gói), không tập trung về các công nghệ mạng chuyển mạch kênh. 6 1.2. Mobile IP và việc hỗ trợ di động Khi kết nối Internet ngày càng trở nên phổ biến thì tính di động là một nhân tố quan trọng không thể thiếu của mạng không dây. Tính di động cho phép ngƣời dùng duy trì các kết nối đã có của họ, cũng nhƣ khả năng kết nối tới một máy tính khác ngay cả khi họ thay đổi điểm truy cập mạng trong quá trình di chuyển. Tính di động trong một mạng không dây phải đảm bảo một vài yêu cầu cơ bản:  Phải có khả năng xác định đúng địa chỉ IP hiện thời của thiết bị, vị trí của nó trong mạng Internet (thuộc mạng nào quản lý).  Phải có khả năng giúp đỡ thiết bị có thể duy trì các kết nối đang có ngay cả khi di chuyển giữa các vùng mạng khác nhau. Phải biết đƣợc việc thay đổi vị trí kết nối của thiết bị. Hai khái niệm cơ bản của tính di động trong mạng không dây là tự do di chuyển (roaming) và chuyển giao (handovers). Roaming có thể đƣợc định nghĩa là sự di chuyển của thiết bị di động từ mạng này sang một mạng khác và sử dụng tín hiệu sóng của mạng đích khi tín hiệu sóng của mạng ban đầu bị mất. Roaming không đảm bảo cho thiết bị di động giữ đƣợc các kết nối đã có của họ vì nó ngắt toàn bộ các kết nối trƣớc khi chuyển giao (break before make). Để đạt đƣợc mục đích này các nhà cung cấp dịch vụ mạng phải cho phép một thiết bị ở vùng mạng khác kết nối và truy cập các dịch vụ trong mạng của họ. Handover là một quá trình chuyển giao một kết nối hiện có từ kênh truyền vật lý này sang kênh truyền vật lý khác. Handover đƣợc chia làm hai loại chính là nội miền và liên miền. Chuyển giao nội miền là di chuyển một kết nối từ kênh truyền này sang một kênh truyền khác trong cùng một mạng, trong khi đó chuyển giao liên miền là việc di chuyển một kết nối từ mạng này sang mạng khác. Trong cấu trúc địa chỉ Ipv4 đều giả định rằng mỗi một node đều có một địa chỉ IP duy nhất dùng để kết nối với các node khác trên Internet. Trong trƣờng hợp một node thay đổi điểm truy cập mạng(đổi sang một mạng khác) mà vẫn muốn duy trì những kết nối hiện có thì có thể dùng một trong 2 cơ chế sau:  Node đó sẽ thay đổi địa chỉ IP khi kết nối vào một mạng khác  Có một cơ chế định tuyến đặc biệt lan truyền với kết cấu định tuyến trên Internet 7 Cả 2 cơ chế này đều khó có thể chấp nhận vì những hạn chế của nó . Với cơ chế 1 thì sẽ không thể thực hiện việc duy trì các kết nối ở tầng cao hơn. Còn cơ chế thứ 2 thì rõ ràng sẽ làm phức tạp vấn đề lên rất nhiều. Vì vậy yêu cầu là có một giao thức mới có khả năng mở rộng và dễ dàng khi một node di động trong mạng internet. Giao thức Mobile IP là giao thức của IETF giúp cho các thiết bị di động có thể di chuyển từ mạng này sang mạng khác mà vẫn giữ nguyên đƣợc các kết nối hiện có. Là một sự mở rộng của giao thức IP, Mobile IP [1] cung cấp cho Mobile Node khả năng duy trì các kết nối của nó khi di chuyển giữa các vùng mạng mà vẫn giữ nguyên địa chỉ IP của nó. Mobile IP hỗ trợ tính di động cho tầng IP và nó hoàn toàn trong suốt đối với các ứng dụng ở tầng cao hơn. Là một chuẩn kết nối đƣợc đề xuất trong rfc 3344, Mobile IP có các thành phần cơ bản nhƣ sau  Mobile Node(MN): một host hoặc một router có thể di chuyển trong mạng Internet mà vẫn giữ nguyên đƣợc các phiên kết nối của nó  Home agent (HA): một router ở home network của MN nơi lƣu trữ danh sách các mobile node đƣợc đăng kí. HA sẽ nhận các gói tin đến mobile node và gửi chúng đến mobile node khi mobile node đi ra khỏi mạng thƣờng trú. HA cũng lƣu trữ các thông tin về vị trí hiện tại của MN  Foreign Agent( FA): Một router ở mạng tạm trú của MN. Nó cung cấp các dịch vụ định tuyến cho moblie node trong khi mobile node đó vẫn đƣợc đăng kí ở mạng tạm trú này. FA sẽ nhận gói tin từ HA đƣợc yêu cầu gửi đến cho MN đến với MN. Các gói tin từ MN đi ra vẫn đƣợc định tuyến nhƣ các gói tin bình thƣờng khác.  Care of Address(CoA): là một địa chỉ IP dùng để xác định vị trí hiện thời (mạng tạm trú hiện thời) của MN.  Collocated CoA : một địa chỉ IP ngoài đƣợc gán tạm thời cho MN.  Correspondent Node (CN); là một node đang có kết nối tới MN.  Home address : một địa chỉ cố định đƣợc cấp cho mỗi node.  Tunnel : là đƣờng hầm dùng để chuyển dữ liệu từ HA đến FA trong trƣờng hợp MN đang ở mạng tạm trú. Trong Mobile IP có các dịch vụ đƣợc sử dụng để đảm bảo cho giao thức có thể hoạt động hiệu quả. Ta có thể kể ra một vài dịch vụ tƣơng ứng nhƣ sau  Agent discovery : Các HA, FA thƣờng xuyên gửi các gói tin quảng bá để thông báo về sự hiện diện cũng nhƣ các dịch vụ mà nó cung cấp. Dựa vào 8 các gói tin quảng bá thu đƣợc đó các node có thể biết đƣợc mình đang ở trong vùng quản lý của Agent nào và yêu cầu kết nối tới agent tốt nhất..  Registration: Khi đang ở một mạng tạm trú nó sẽ đăng kí địa chỉ CoA với home agent của mình. Phụ thuộc vào phƣơng thức kết nối mobile node có thể đăng kí trực tiếp hoặc thông qua FA.  Tunneling; Một tiến trình mà mobile IP sẽ tạo một đƣờng hầm truyền các gói dữ liệu. Trong tiến trình tunneling các HA sẽ đóng gói các gói dữ liệu sử dụng một cách tiếp cận IP-within-IP. Các HA sẽ thêm vào tiêu đề các gói tin gửi đến cho MN một địa chỉ IP nữa chính là địa chỉ CoA của MN. FA khi nhận đƣợc các gói tin đã đƣợc đóng gói này sẽ chỉ đơn giản là loại bỏ phần thông tin thêm vào trong quá trình tunnling và chuyển phần còn lại cho MN. Nếu nhƣ sử dụng collocated CoA thì HA sẽ gửi gói tin đóng gói trực tiếp cho MN và MN sẽ tự động mở gói dữ liệu đã đóng gói đó. Quá trình hoạt động của Mobile IP đƣợc chia thành các bƣớc cơ bản nhƣ sau :  Mobility Agent (HA,FA): quảng bá sự hiện diện của chúng bằng các gói tin quảng bá (Agent Advertisement Messages- AAM). Môt node có thể chọn bất cứ một Agent nào để yêu cầu kết nối nếu nó nhận đƣợc (AAM) từ agent đó bằng cách gửi một gói tin Agent solicition message.  Mobile node dựa vào sự quảng bá của các Mobility Agent để xác định xem nó có đang ở trong home network hay là forgein network.  Nếu mobile node xác định nó đang ở home network thì nó sẽ không cần sử dụng các dịch vụ mobility nữa. Nếu nó trở lại sau khi đã đăng kí ở mạng tạm trú khác nó sẽ tiến hành đăng kí lại với HA bằng các gói tin registration request và reply.  Khi một node xác định nó đang ở forgein network nó sẽ nhận đƣợc một Coa từ forgein network đó. Đia chỉ CoA có thể đạt đƣợc bằng cách thông qua gói tin quảng bá của FA hoặc bằng một vài cơ chế khác nhƣ DHCP(colocated CoA).  Mobile node tiến hành điều khiển bằng cách đăng kí địa chỉ CoA với home agent có thể bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp qua FA.  Các gói tin gửi tới Home address của mobile node sẽ đƣợc HA cắt ra gửi qua quá trình tunnling tới địa chỉ CoA của Mobile node. Điểm cuối nhận gói tin này (địa chỉ CoA) có thê là FA hoặc là mobile node tùy theo phƣơng 9 thức đăng kí vời FA , cuối cùng gói tin này đƣợc chuyển tới cho mbile node.  Ngƣợc lại các gói tin gửi từ mobile node sẽ đƣợc định tuyến thông thƣờng mà không cần phải đi qua HA.  Khi không ở trong mạng thƣờng trú mobile IP sử dụng giao thức đƣờng ngầm để làm ẩn home address từ sự xen vào của các router giữa HA và FA. Đƣờng ngầm này kêt thúc bởi địa chỉ CoA của mobile node. Địa chỉ CoA phải có thể nhận các gói tin IP nhƣ bình thƣờng Tại CoA gói tin ban đầu đƣợc lấy ra từ đƣờng hầm và phân phối tới cho mobile node. Moblie IP cung cấp 2 cơ chế khác nhau để Moblie Node có đƣợc địa chỉ CoA (collocated Address)  Địa chỉ CoA đạt đƣợc thông qua gói tin quảng bá của FA. Trong trƣờng hợp này thì CoA chính là 1 trong các địa chỉ của FA do vậy FA đóng vài trò là điểm cuối trong đƣờng hầm sẽ tiến hành mở gói và lấy gói dữ liệu bên trong gửi cho mobile node. Cơ chế này có ƣu điểm là đồng thời cho phép nhiều node sử dung chung một CoA. Điều này làm tiết kiệm không gian địa chỉ IPV4.  Địa chỉ CoA đạt đƣợc bằng một vài cơ chế bên ngoài nhƣ là dhcp . trong trƣờng hợp này địa chỉ CoA đƣợc gọi là colocated CoA và đƣợc gán trực tiếp cho mobile node. Do vậy các mobile node là điểm cuối trong đƣờng ngầm và tự thực hiện việc mở gói để lấy dữ liệu cho mình. Cơ chế này có ƣu điểm là cho phép mobile node thực hiện các chức năng mà không cần FA, dẫn đến việc là không cần triển khai FA trong mạng. Tuy nhiên cơ chế này gặp một số khó khăn nhƣ nó yêu cầu một lƣợng lớn địa chỉ IP trong các forgein network dành cho các mobile node ghé thăm. 10 Hình 1: Định tuyến tam giác trong Mobile IP (Hình trên được trích từ bài báo Mobility support for IP based Network) Cùng với sự khan hiếm của địa chỉ IPv4 và sự ra đời của IPv6, trong mobile Ipv6 ngƣời ta không còn dung khái niệm FA nữa. Không giống với mobile ipv4, mobile Ipv6 sử dụng một gói tin với header có khả năng mở rộng ở đó chứa cả 2 địa chỉ home address và CoA cùng với thông tin xác thực để làm đơn giản hóa việc routting tới mobile node và thực hiện định tuyến tối ƣu bằng một cách an toàn. Trong khi đó quá trình tìm kiếm địa chỉ CoA vẫn đƣợc yêu cầu một MN sử dụng một địa chỉ cấu hình tự động khộng đƣợc công nhận và chức năng tìm kiếm hàng xóm để lấy đƣợc địa chỉ colocated CoA. Mobile Ipv6 cũng xử dụng cơ chế đƣờng ngầm ip-within-ip để gửi dữ liệu tới cho MN. If một CN biêt đƣợc địa chỉ CoA của MN nó có thể gửi dữ liệu trực tiếp cho MN. 11 Hình 2: Định tuyến mobile IPv6 (Hình trên được trích từ bài báo Mobility support for IP based Network) Mobile-IP là một giao thức mở rộng cho giao thức IP hiện tại và là một phần không thể thiếu trong thế giới di động, đặc biệt là trong tƣơng lai với sự xuất hiện của mạng di động thế hệ thứ 4G. Sự có mặt của Mobile-IP nói riêng và việc hỗ trợ di động trong mạng không dây nói chung là một trong những yếu tố vô cùng có ý nghĩa trong xu hƣớng tính toán di động. Số lƣợng của các nghiên cứu trong lĩnh vực ứng dụng Mobile-IP và các nghiên cứu về hỗ trợ di động cho mạng không dây đang chứng minh cho ý nghĩa của tính di động trong mạng không dây hiện nay. 12 1.3. Tổng quan về chuyển giao Chuyển giao (handoff, handover) là một thuật ngữ đƣợc dùng nhiều trong các hệ thống thông tin di động nhƣ GSM, CDMA,UTMS,WLAN,... Chuyển giao là quá trình chuyển một phiên truyền ứng dụng từ một đƣờng liên kết cũ sang một đƣờng liên kết mới khi liên kết mới đó khả dụng. Chuyển giao cho phép một thiết bị cuối đang thực hiện việc trao đổi thông tin thay đổi điểm truy cập mạng mà vẫn đảm bảo duy trì quá trình trao đổi thông tin đó. Ta có thể lấy một ví dụ trong mạng điện thoại di động GSM, chuyển giao sẽ xảy ra khi một thuê bao di động đang kết nối hay truyền dữ liệu di chuyển từ vùng phủ sóng của trạm này sang vùng phủ sóng của một trạm khác mà vẫn duy trì đƣợc kết nối hay việc truyền dữ liệu đó. Việc di chuyển của các nút mạng có thể xảy ra giữa các vùng phủ sóng khác nhau của cùng một công nghệ mạng hoặc giữa các vùng phủ sóng của các công nghệ mạng khác nhau. Tùy vào cơ chế chuyển giao mà ngƣời ta chia ra thành các loại chuyển giao khác nhau. Một số khái niệm chuyển giao phổ biến hay đƣợc nhắc đến bao gồm: Chuyển giao cứng (hard handoff) và chuyển giao mềm (softhandoff); chuyển giao ngang (horizontal handoff) và chuyển giao dọc (vertical handoff). Chuyển giao cứng là cơ chế chuyển giao mà ở đó các kết nối đang có sẽ bị ngắt trƣớc khi thiết bị đầu cuối chuyển sang một vùng phủ sóng mới. Sau khi tiến hành chuyển sang một vùng mạng mới các kết nối cũ đƣợc thiết lập lại tại vùng mạng mới này. Khác với chuyển giao cứng, trong chuyển giao mềm, các kết nối hiện có vẫn đƣợc duy trì nhờ vào cơ chế “chuyển trƣớc khi ngắt”. Trong trƣờng hợp này, các vùng phủ sóng của các vùng mạng thƣờng chồng lấn lên nhau, do đó, tại các khu vực chồng lấn của các vùng phủ sóng này các thiết bị đầu cuối có thể dễ dàng bắt đƣợc sóng của các vùng mạng khác nhau. Nhờ đó, thiết bị đầu cuối sẽ lựa chọn mạng nào mà nó cho là tốt nhất thiết lập kết nối thay thế cho các kết nối ở vùng mạng cũ. Trong chuyển giao mềm ngƣời ta có thể thiết lập đồng thời nhiều kết nối từ nhiều mạng khác nhau sau đó lựa chọn mạng nào phù hợp cho quá trình truyền tin hoặc khi một kết nối bị ngắt thì sẽ ngay lập tức đƣợc thay thế bằng một đƣờng truyền mới. 13 Hình 3: một ví dụ về chuyển giao cứng Hình 4: một ví dụ về chuyển giao mềm. Chuyển giao cứng và chuyển giao mềm thƣờng đƣợc dùng trong các mạng điện thoại di động. Chuyển giao cứng không đảm bảo cho chất lƣợng cuộc gọi bằng chuyển giao mềm, tuy nhiên nó lại có lời điểm là tiết kiệm đƣợc tài nguyền mạng hơn do không phải thiết lập sẵn một kênh kết nối trong vùng mạng mà thiết bị đầu cuối có thể di chuyển tới. Khái niệm chuyển giao cứng và chuyển giao mềm đứng trên khía cạnh của việc tạo và duy trì các kết nối nhƣ thế nào trong quá trình chuyển giao, nó không quan tâm tới việc chuyển giao đó là giữa các mạng có cùng công nghệ, cùng dải địa chỉ hay không. Do đó hai khái niệm này không mâu thuẫn với khái niệm chuyển giao ngang và chuyển giao dọc, những khái niệm đƣợc đƣa ra dựa trên việc xem xét công nghệ mạng giữa các mạng mà thiết bị chuyển giao qua lại. 14 Chuyển giao ngang là việc chuyển giao kết nối giữa các mạng khác nhau sử dụng cùng một công nghệ mạng, ví dụ chuyển giao từ mạng 802.11a tới 802.11a, từ 802.11b tới 802.11b,…Việc chuyển giao này diễn ra khi thiết bị di chuyển qua lại giữa vùng phủ sóng của các Access Point trong cùng một WLAN hoặc trong tƣơng lai là việc di chuyển giữa vùng phủ sóng của các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau nhƣng sử dụng chung một công nghệ mạng. Hình 5: một ví dụ về chuyển giao ngang. Chuyển giao ngang bao gồm ba giai đoạn chính đó là : theo dõi chất lƣợng đƣờng truyền, ra quyết định chuyển giao và thực hiện chuyển giao. Trong suốt quá trình liên lạc, cái thiết bị đầu cuối luôn đo năng lƣợng thì trạm phát sóng ( ví dụ nhƣ một Access Point) mà nó kết nối và các trạm xung quanh. Dựa trên một chính sách nào đó nếu giá trị đo đƣợc nhỏ hơn một một ngƣỡng đã đƣợc quy định trƣớc thì thiết bị cuối sẽ ra quyết định chuyển giao phiên làm việc của thiết bị cuối sang trạm phát sóng mà nó cho là tốt nhất (dựa trên một chính sách nào đó đƣợc thực hiện). Thiết bị đầu cuối này sẽ thiết lập kênh truyền ở mạng mới, các kênh truyền dành cho nó ở mạng cũ sẽ đƣợc giải phóng. 15 Chuyển giao dọc là việc chuyển giao giữa các vùng phủ sóng sử dụng các công nghệ mạng khác nhau hoặc không cùng một nhà cung cấp mạng.. Ví dụ nhƣ một thiết bị cá nhân PDA đƣợc trang bị cả hai loại giao diện mạng sử dụng công nghệ mạng WLAN và GPRS. Ngƣời dùng PDA đang sử dụng giao diện WLAN truy cập vào mạng Internet. Khi ngƣời dùng di chuyển từ vùng phủ sóng WLAN sang vùng phủ sóng GPRS và cƣờng độ sóng WLAN giảm dần tới mực nhỏ hơn một ngƣỡng cho phép nào đó, một cơ chế chế chuyển giao dọc sẽ đƣợc thực hiện ở tầng liên kết nhằm duy trì các ứng dụng đang thực hiện ở cá tầng phía trên. Tuy nhiên, để có thể thực hiện việc chuyển giao dọc thì cần phải có các cơ chế hỗ trợ phù hợp dọc giữa các mạng mà Mobile Node di chuyển qua lại. Dƣới đây là hình ảnh một ví dụ về chuyển giao dọc giữa hai lại mạng là GPRS và WLAN. Hình 6: Một ví dụ về chuyển giao dọc Ngày nay, một thiết bị đầu cuối thƣờng đƣợc trang bị nhiều hơn một loại giao diện mạng và các vùng phủ sóng của các mạng thƣờng tồn tài hỗn hợp chồng lấn, đan xen lên nhau thì việc chuyển giao dọc cho phép ngƣời dùng đầu cuối có thể di chuyển qua lại giữa các mạng khác nhau trong khi vẫn duy trì kết nối và các phiên truyền dữ liệu ở tần trên. Việc chuyển giao còn đem lại tính an toàn cho các phiên truyền ứng dụng trong trƣờng hợp một giao diện mạng nào đó đột nhiên mất tín hiệu thì phiên kết nối hay truyền dữ liệu có thể đƣợc duy trì bởi một giao diện mạng khác khả dụng hơn. 16 Khái niệm chuyển giao ngang và chuyển giao dọc không mâu thuẫn với hai khái niệm chuyển giao cứng và chuyển giao mềm. Trong mỗi hình thức chuyển giao ngang hoặc dọc đều có thể thấy sự xuất hiện của chuyển giao cứng hoặc mềm. Ví dụ một quá trình chuyển giao ngang giữa hai Access Point khác nhau có thể diễn ra theo một trong hai cách thức tùy thuộc vào cài đặt của ngƣời dùng trong việc hỗ trợ chuyển giao. Cách thức thứ nhất là ngắt toàn bộ các kết nối hiện có ở Access Point thứ nhất trƣớc khi chuyển giao và khởi động lại các kết nối này khi đã chuyển giao sang Access Point thứ hai. Cách thức thứ hai là tiếp tục duy trì các kết nối hiện có ở Access Point thứ nhất khi chuyển giao sang Access Point thứ hai bằng cách thay đổi cách thức định tuyến gói tin tới thiết bị của ngƣời dùng. Tƣơng lai của các hệ thống không dây di động đều dựa trên kiến trúc IP với sự hỗ trợ của nhiều công nghệ mạng khác nhau. Trong thế giới mạng không dây nhƣ vậy, việc hỗ trợ chuyển giao giữa các kết nối mạng khác nhau là một vấn đề rất quan trọng. Đặc biệt, chuyển giao dọc đã và đang là xu thế nghiên cứu phát triển của ngành truyền thông trên toàn thế giới và đang dần đƣợc chuẩn hóa bởi các tổ chức nhƣ 3GPP [2], 3GPP2 [3], IEEE [4],… Khi chuyển giao dọc giữa nhiều kết nối mạng khác nhau đƣợc đảm bảo, ngƣời ta có thể nghĩ tới vấn đề sử dụng đồng thời các kết nối để đảm bảo duy trì tính khả dụng của các kết nối tốt hơn và đồng thời tăng băng thông cho các kết nối hiện có. Chƣơng tiếp theo của đề tài sẽ trình bày chi tiết hơn về vấn đề chuyển giao dọc và sử dụng kết hợp băng thông của các đƣờng truyền khác nhau cho mục đích vừa trình bày. 17 1.4. Chuyển giao dọc và vấn đề kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền 1.4.1 Chuyển giao dọc trong mạng không dây di động Chuyển giao là một vấn đề vô cùng quan trọng, là chìa khóa cho thế giới không dây di động phát triển. Không giải quyết đƣợc bài toán chuyển giao thì sẽ không có tính di động trong mạng không dây. Thực tế chỉ ra rằng không có một cộng nghệ mạng đơn lẻ nào có thể cung cấp một dịch vụ truyền tin có băng thông cao, vùng phủ sóng rộng và độ trễ thấp cho một số lƣợng lớn ngƣời sử dụng. Do đó, việc phủ sóng chồng chéo các loại mạng khác nhau đang ngày càng trở lên phổ biến, điều này giúp cho ngƣời dùng đầu cuối có thể sử dụng nhiều dịch vụ truyền tin cùng một lúc và phù hợp với chi phí bỏ ra. Trong những năm gần đây, mạng 3G đã đƣợc triển khai ở nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam. Mạng 3G sử dụng công nghệ UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) có thể cung cấp các dịch vụ có tốc độ truyền dữ liệu thấp và trung bình, do đó không thể đáp ứng đƣợc các dịch vụ đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao nhƣ điện thoai có hình, mobile TV, hay điện thoại hội nghị. Tuy nhiên ƣu điểm của UMTS là nó cung cấp một mạng có vùng phủ sóng rộng và cho phép ngƣời dùng đầu cuối có thể di chuyển với tốc độ khá cao. Ngƣợc lại với mạng 3G, WLAN tuy bị hạn chế về vùng phủ sóng nhƣng lại cung cấp tốc độ truyền tải khá cao và giá thành dịch vụ rẻ hơn so với giá thành dịch vụ mạng 3G. Khi mà công nghệ mạng di động thế hệ thứ ba 3G chƣa đƣợc phát triển rộng rãi thì ngƣời ta đã bắt đầu nói về công nghệ 4G . Mạng 4G là hội tụ của nhiều công nghệ mạng hiện có nhƣ: Các công nghệ mạng 2G, 3G, WiMAX, Wi-Fi, IEEE 802.20, IEEE 802.22, vệ tinh, các công nghệ WiMAX 802.16m, Wibro, UMB,… trong một hệ thống chung dựa trên nền IP. Do đó, mạng 4G trong tƣơng lai là một môi trƣờng mạng đa công nghệ với nhiều nhà cung cấp dịch vụ mạng khác nhau. 18 Hình 7: Hệ thống mạng 4G Hiện nay ngƣời dùng mạng không dây phụ thuộc nhiều vào từng nhà cung cấp dịch vụ, mỗi nhà cung cấp dịch vụ sẽ cung cấp các dịch vụ khác nhau và ít có sự trao đổi dịch vụ giữa các nhà cung cấp dịch vụ mạng. Để sử dụng các dịch vụ mạng khác nhau của các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau, ngƣời dùng phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu của từng nhà cung cấp dịch vụ, điều đó gây ra sự bất tiện cho ngƣời dùng. Đây cũng là chìa khóa cho sự thành công của mạng di động 4G trong tƣơng lai khi mà các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau với các công nghệ mạng có thể giống hoặc khác nhau đều cùng tham gia vào một hệ thống mạng chung. Khi đó, ngƣời dùng có thể đồng thời sử dụng các dịch vụ của các nhà cung cấp mạng khác nhau với các công nghệ mạng khác nhau mà không bị ràng buộc nhiều vào yêu cầu riêng của từng nhà cung cấp dịch vụ. Điều này thúc đẩy nhu cầu chuyển giao dọc giữa các đƣờng truyền mạng khác nhau. Một ví dụ về chuyển giao dọc là sự chuyển giao giữa mạng không dây 802.11 và mạng di động GPRS. Sự phát triển nhanh chóng của các mạng không dây chuẩn 802.11 đã làm xuất hiện môi trƣờng mạng với nhiều điểm truy cập công cộng băng thông rộng, giá thành rẻ nhƣng vùng phủ sóng nhỏ. Mặt khác, với sự xuất hiện của các công nghệ 19 mạng 3G cho phép truy cập mạng Internet dựa trên kiến trúc của mạng điện thoại di động nhƣ CDMA cho phép ngƣời dùng truy cập Internet tại mọi nơi nhƣng với chi phí cao, tốc độ không cao. Vì vậy, ngƣời dùng muốn sử dụng các kết nối WLAN có băng thông rộng cho các kết nối của họ, nếu tại một thời điểm nào đó kết nối WLAN không tồn tại thì sẽ chuyển sang sử dụng mạng GPRS để tiếp tục duy trì các kết nối của họ cho tới khi WLAN xuất hiện trở lại và sẽ tiếp tục đƣợc sử dụng. Để đáp ứng tốt nhất cho nhu cầu của ngƣời dùng, mạng di động 4G phải cung cấp giải pháp chuyển giao liên tục giữa nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau và nhiều công nghệ mạng khác nhau. Yêu cầu và mục đích của mạng 4G càng khẳng định tầm quan trọng của chuyển giao dọc trong tƣơng lai bên cạnh những ứng dụng của nó hiện nay. Vì tầm quan trọng của chuyển giao dọc hiện tại và trong tƣơng lai nên đã có nhiều nghiên cứu đƣợc đƣa ra nhằm giải quyết vấn đề này. Quá trình chuyển giao dọc diễn ra theo ba giai đoạn chính là phát hiện hệ thống, ra quyết định chuyển giao, thực hiện chuyển giao:  Giai đoạn “phát hiện hệ thống”: Trong quá trình truy cập mạng, Mobile Node luôn lắng nghe thông tin quảng bá từ các Mobile Agent. Các bản tin quảng bá này luôn bao gồm các thông tin của Mobile Agent nhƣ địa chỉ IP.. nhờ đó mà Mobile Node biết đƣợc các mạng nào đang tồn tài xung quanh.  Giai đoạn “ra quyết định chuyển giao”: Quyết định chuyển giao có thể đƣợc đƣa ra bởi Mobile Node hoặc là Mobile Agent . Quyết định chuyển giao dựa trên việc theo dõi chất lƣợng kênh truyền nhƣ là độ mạnh của sóng, băng thông của liên kết hay là năng lƣợng còn lại của thiết bị ... Ví dụ khi ta lấy độ mạnh của sóng làm tiêu chí quyết định chuyển giao thì khi tín hiệu của mạng mà Mobile Node đang kết nối xuống thấp hơn một ngƣỡng tín hiệu nào đó, Mobile Node sẽ đƣa ra quyết định chuyển giao sang mạng có mức tín hiệu tốt nhất và phù hợp nhất với nó.  Giai đoạn cuối cùng, “thực hiện chuyển giao”: Các kết nối đang tồn tại phải đƣợc định tuyến từ mạng cũ sang mạng mới mà không ảnh hƣởng tới tầng ứng dụng phía trên. Giai đoạn thực hiện chuyển giao thực hiện nhiệm vụ xác thực, thiết lập quyền đƣợc truy cập trong mạng mới và chuyển thông tin kết nối của ngƣời dùng từ mạng cũ sang mạng mới. 20 Từ những yêu cầu nhất định trong quá trình chuyển giao dọc nhƣ về chất lƣợng đƣờng truyền, chất lƣợng dịch vụ, yêu cầu của ngƣời dùng,…đã có nhiều thuật toán chuyển giao dọc đƣợc đề xuất. Các thuật toán đƣợc đề xuất tập trung chủ yếu vào việc làm sao lựa chọn đƣợc đƣờng truyền mạng tốt nhất ứng với chi phí thấp nhất cũng nhƣ thỏa mãn tốt nhất các yêu cầu đƣa ra. Một vài giải pháp khác thì hƣớng tới giải quyết bài toán chuyển giao dọc giữa môi trƣờng mạng với nhiều công nghệ mạng khác nhau nhƣng không giải quyết cho mọi bài toán đặt ra. 1.4.2 Vấn đề kết hợp băng thông các đƣờng truyền Các thiết bị di động đƣợc trang bị nhiều giao diện mạng để truy cập vào mạng Internet đang ngày một phổ biến, trong khi đó các mạng không dây cũng đang phủ sóng chồng chéo lên nhau ngày một nhiều. Đặc biệt trong tƣơng lai với sự phát triển của công nghệ mạng di động thế hệ thứ 4 (4G), môi trƣờng mạng không dây còn trở lên phổ biến hơn và hỗn hợp hơn rất nhiều với sự có mặt đồng thời của nhiều công nghệ mạng khác nhau với các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Do đó vấn đề sử dụng đồng thời các đƣờng truyền là một vấn đề quan trọng và có ý nghĩa trong tiến trình phát triển của mạng không dây di động. Sự có mặt của nhiều ứng dụng mạng đòi hỏi băng thông lớn nhƣ các dịch vụ truyền tin đa phƣơng tiện, truyền hình trực tiếp cuộc họp, các ứng dụng thời gian thực khác làm tăng nhu cầu kết hợp băng thông của nhiều đƣờng truyền. Với nhiều nghiên cứu đã đƣợc triển khai trong lĩnh vực sử dụng các công nghệ mạng không dây, bài toán chuyển giao dọc từ giao diện này sang một giao diện khác đã đƣợc giải quyết. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này đều đề cập tới việc sử dụng một giao diện đơn lẻ tại một thời điểm cho tất cả các yêu cầu kết nối của các ứng dụng. Mỗi một công nghệ mạng không dây khác nhau lại cung cấp một dịch vụ khác nhau với chất lƣợng khác nhau nhƣ băng thông, vùng phủ sóng, chất lƣợng dịch vụ (QoS), giá thành truy cập,… Việc sử dụng một giao diện mạng tại một thời điểm làm hạn chế tính linh hoạt của ngƣời dùng trong việc sử dụng tối ƣu các tài nguyên về giao diện mà họ có. Sử dụng đồng thời nhiều giao diện mạng mở ra một triển vọng mới nhằm nâng cao tính linh hoạt trong sử dụng mạng không dây với một số lợi điểm: 21  Kết hợp băng thông: Băng thông của nhiều đƣờng truyền tƣơng ứng với mỗi giao diện mạng có thể đƣợc kết hợp lại với nhau nhằm làm tăng chất lƣợng dịch vụ hoặc hỗ trợ cho các ứng dụng cần băng thông lớn nhƣ các ứng dụng thời gian thực, truyền video-hình ảnh,…  Hỗ trợ di động: Độ trễ trong quá trình chuyển giao giữa các mạng khi sử dụng duy nhất một giao diện mạng có thể đƣợc giảm đi đáng kể khi mà có một kết nối thay thế khác đã đƣợc khởi tạo từ trƣớc để thay thế kết nối cũ.  Nâng cao tính tin cậy: Với các ứng dụng đòi hỏi tính tin cậy cao thì các gói tin có thể đƣợc mã hóa và gửi lặp trên các đƣờng truyền khác nhau để đảm bảo việc mất mát gói tin đƣợc giảm thiểu.  Chia sẻ tài nguyên: Một máy tính trong mạng ad-hoc có kết nối WiMAX ra ngoài Internet có thể chia sẻ kết nối Internet cho các máy tính khác trong mạng thông qua giao diện bluetooth của nó. 22 CHƢƠNG 2 – CÁC GIẢI PHÁP CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN 2.1. Giải pháp hỗ trợ chuyển giao dọc đồng thời kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền. Giải pháp này đƣợc trình bày trong luận văn của Nguyễn Tiến Đạt (k50MTT). Giải pháp này sử dụng Mobile-IP để quản lý việc di động của Mobile Node. Khi Mobile Node di chuyển tới một mạng khác hoặc thay đổi địa chỉ IP của một giao diện mạng nào đó thì sự thay đổi cũng đƣợc cập nhật cho Home Agent của nó. Tại Home Agent sẽ lƣu lại các địa chỉ IP của các giao diện mạng của MN để tiến hành định tuyến các gói tin gửi cho Mobile Node theo cơ chế đƣờng hầm nhƣ trong Mobile IP. Điểm khác biệt của giải pháp này so với Mobile-IP là tại mỗi thời điểm MN có số lƣợng FA bằng với số lƣợng các liên kết mạng đang kết nối tới các giao diện mạng của nó. Hình 8: Mô hình mạng đề xuất Bài toán kết hợp băng thông của các đƣờng truyền không dây đƣợc giải quyết dựa vào giải pháp BAG trong một luận văn khác. Tuy nhiên, điểm khác biệt của giải pháp so với BAG là không sử dụng tới proxy làm thay đổi khá nhiều kiến trúc ban đầu của mạng. Thay vào đó, giải pháp sử dụng HA của MN để đảm nhiệm việc lập lịch gửi gói tin tới MN qua nhiều đƣờng truyền ứng với mỗi giao diện mạng của MN. Giải pháp này không làm thay đổi nhiều kiến trúc ban đầu của mạng bởi HA có thể là một router quản lý một vùng mạng, chỉ cần chạy thêm trên nó một phần mềm mới là đáp ứng đƣợc yêu cầu. 23 Gói tin từ HA gửi tới MN thông qua các đƣờng hầm tới các giao diện mạng trên MN. Khi nhận đƣợc một gói tin, MN sẽ loại bỏ tiêu đề của gói tin qua đƣờng hầm để lấy gói tin thực sự bên trong, sau đó sẽ chuyển tới các ứng dụng phía trên. MN luôn luôn duy trì một địa chỉ HoA duy nhất của nó để làm việc với các CN giống trong cơ chế Mobile- IP. Để thực hiện đƣợc gửi gói tin tới MN qua nhiều đƣờng truyền tại HA sử dụng một cơ chế lập lịch gói tin nhận đƣợc từ Internet cho MN. Các gói tin này là gói tin có địa chỉ đích đến là địa chỉ HoA của MN. Thuật toán lập lịch tại HA sẽ chọn ra một trong số các đƣờng truyền tới MN thích hợp nhất tại thời điểm đó để chuyển tiếp gói tin. Nhƣ vậy các đƣờng truyền từ HA tới MN đều đƣợc sử dụng cho mục đích chuyển tiếp gói tin thay vì chỉ sử dụng một đƣờng truyền duy nhất, lợi điểm này sẽ tránh đƣợc tình trạng tắc nghẽn và tăng băng thông truyền tải cho các ứng dụng có yêu cầu băng thông lớn. Trong giải pháp này thì cơ chế lập lịch cho gói tin đƣợc sử dụng là cơ chế chia đều các gói tin theo các giao diện mạng đang sử dụng. Trong giới hạn khóa luận này ta tạm gọi giải pháp này là giải pháp chia đều. Khi sử dụng nhiều đƣờng truyền đồng thời tới MN còn làm tăng khả năng duy trì các kết nối của MN bằng cách hỗ trợ chuyển giao giữa các giao diện mạng khác nhau của MN. Giả sử ban đầu MN kết nối tới một CN sử dụng giao diện mạng WLAN, tuy nhiên sau đó giao diện mạng này không hoạt động vì lý do tín hiệu WLAN không còn tồn tại thì HA có thể gửi các gói tin từ kết nối đó tới giao diện mạng GPRS của MN thông qua đƣờng truyền khác. Nhƣ vậy cơ chế chuyển giao dọc kết nối từ WLAN sang GPRS đã đƣợc thực hiện. Cơ chế này cung cấp độ trễ thấp nhất do kết nối GPRS đã đƣợc thiết lập từ trƣớc và sẵn sàng nhận gói tin từ HA thay vì phải đợi thiết lập kết nối nhƣ trong các giải pháp đã đƣa ra. Giải pháp này có một vài ƣu điểm so với các giải pháp trƣớc đó trong việc hỗ trợ chuyển giao dọc và kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền:  Đồng thời đạt đƣợc hai mục đích chính là hỗ trợ chuyển giao dọc giữa các giao diện mạng sử dụng các công nghệ mạng khác nhau và kết hợp đƣợc băng thông của nhiều đƣờng truyền tồn tại trên các giao diện mạng khác nhau. Các giải pháp đƣa ra trƣớc đây chỉ tập trung giải quyết một trong hai vấn đề nêu trên do đó khi triển khai ứng dụng thực tế sẽ làm giảm đi việc sử dụng tối ƣu các tài nguyên mạng không dây.  Giải pháp đƣa ra của đề tài tận dụng tối đa cấu trúc hiện có của Mobile-IP do đó không làm thay đổi nhiều kiến trúc mạng hiện có hoặc những thay đổi đã trở lên phổ biến khi ứng dụng Mobile-IP vào thực tế. 24  Cơ chế đƣờng hầm trực tiếp giữa HA và MN đƣa ra một lợi điểm quan trọng trong khi triển khai thực tế do không cần thiết phải có sự hỗ trợ Mobile-IP tại các FA. Đặc biệt khi IPv6 đƣợc triển khai thực tế vấn đề địa chỉ cho từng MN không còn là vấn đề quan trọng và cơ chế NAT không nhất thiết phải sử dụng vì mục đích này nữa.  Xét trên khía cạnh hỗ trợ chuyển giao dọc, giải pháp đƣa ra là một giải pháp mới hỗ trợ chuyển giao dọc với độ trễ thấp nhất do các kết nối thay thế đã đƣợc khởi tạo từ trƣớc. Trong các giải pháp đã có, khi xảy ra một quá trình chuyển giao dọc thì cần phải có thời gian để khởi tạo các kết nối thay thế tại mạng đích tới của MN, cơ chế này gây ra độ trễ khá lớn cho quá trình truyền tin giữa MN và Internet.  Việc sử dụng các kết nối một cách đồng thời làm tăng băng thông và tính bền vững các kết nối hiện có cho các ứng dụng tại MN. Đa số các nghiên cứu trƣớc đây chỉ sử dụng duy nhất một giao diện mạng tại một thời điểm do đó làm lãng phí các tài nguyên mạng không dây xung quanh MN và các tài nguyên phần cứng mà MN hiện có. Giải pháp đƣa ra có nhiều lợi điểm so với các giải pháp đã có, tuy nhiên nó vẫn tồn tại những khuyết điểm chƣa đƣợc giải quyết. Một vài khuyết điểm đƣợc liệt kê là:  Cơ chế đƣờng hầm trực tiếp từ HA tới MN là một ƣu điểm nhƣng cũng chính là một nhƣợc điểm của giải pháp. Nó là ƣu điểm khi IPv6 đƣợc đƣa vào sử dụng, tuy nhiên nó lại là một nhƣợc điểm khi MN đƣợc NAT tại mạng hiện tại của nó để giải quyết vấn đề thiếu hụt địa chỉ của IPv4 hoặc một lý do nào đó của nhà quản trị mạng. Khi đó, cơ chế đƣờng hầm giữa HA và MN không triển khai đƣợc.  Vấn đề lập lịch để chuyển các gói tin trên nhiều đƣờng truyền tới MN tại HA cũng là một vấn đề quan trọng. Đề tài này chƣa có đủ thời gian nghiên cứu và đánh giá để đƣa ra một thuật toán lập lịch tối ƣu tại HA, đây là một công việc cần phát triển trong thời gian tới nhằm hoàn thiện hơn giải pháp đƣa ra. 25 2.2. Giải thuật DC(Distribution Counter). Để giải quyết vấn đề hỗ trợ việc truyền gói tin đến Mobile Node khi Mobile Node sử dụng cùng lúc nhiều giao diện mạng nhanh nhất, một nhóm nghiên cứu ở trƣờng Đại học Hàn Quốc đã đề xuất một giải pháp có tên gọi là DC đƣợc đƣa ra trong bài báo “A Packet Distribution Scheme for Bandwidth Aggregation on Network Mobility”. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã đề cập đến việc lập lịch việc gửi các gói tin đến cho Mobile Node đƣợc thực hiện tại Mobile Router. Mobile Router này có nhiều giao diện mạng khác nhau có nhiệm vụ gửi gói tin đến cho Mobile Node theo các kết nối khác nhau. Mỗi giao diện mạng này của Mobile Router sẽ đƣợc gắn một giá trị DC. Giá trị DC này đƣợc dùng để xác định xem giao diện đó có đủ khả năng để chuyển tiếp gói tin hay không. Đó là lý do để các gói tin đƣợc gửi đến Mobile Node theo các giao diện phù hợp. DC (Distribution Counter) đƣợc thể hiện qua tham số weighted capacity. Weighted capacity đƣợc tính thông qua công thức Weighted capacity = weighted * capacity unit Trong đó, weighted thể hiện cho khả năng băng thông của kết nối vât lý đƣợc dùng để liên kết tới Mobile Node. Capacity unit đƣợc tính theo đơn vị là byte do ngƣời thiết kế chọn ra. Để hiểu rõ hơn giải thuật này ta xét một ví dụ với Mobile Router có 3 giao diện mạng kết nối tới Mobile Node. Trong đó, các kết nối có weight tƣơng ứng với băng thông lần lƣợt là 4,2,1. Nếu chọn capacity unit là 256 bytes thì ta có weighted capacity tƣơng ứng lần lƣợt sẽ là 1024 bytes, 512 bytes, 256 bytes. 26 `` Mobile Node Mobile Router Correspondent Node Internet path 1 Internet path Internet path 2 Internet path 3 Communication 1 with DC 1 Base Station Communication 1 with DC 2 Communication 1 with DC 3 Hình 9: sử dụng DC đánh giá khả năng chuyển gói tin của kết nối DC hoạt động theo từng chặng , mỗi chặng bao gồm việc kiểm tra tất cả các kết nối đang có. Trong mỗi chặng đối với kết nối đầu tiên khi có một gói tin đến, Mobile Router so sánh kích thƣớc gói tin với DC ta thu đƣợc các trƣờng hợp cụ thể nhƣ sau :  Nếu DC lớn hơn kích thƣớc gói tin đến thì gửi các gói tin đến Mobile Node.  Nếu DC nhỏ hơn kích thƣớc gói tin đến thì tăng DC bằng cách tăng weighted capacity theo công thức o DC= DC + weight*capacity unit Và phát gói tin theo kết nối này, ngay sau đó thì DC= DC – sizeof(Packet) ta giảm giá trị DC bằng cách trừ nó cho gói tin vừa phát.  Trong trƣờng hợp tiếp theo mà DC nhỏ hơn gói tin thì Mobile Router sẽ giữ gói tin lại để chuyển sang kết nối tiếp theo. Quá trình này đƣợc lặp đi lặp lại cho tất cả các chặng. Bằng cách này Mobile Router sẽ gửi các gói tin qua các kênh truyền có khả năng phù hợp về băng thông, do đó sẽ làm giảm độ trễ của các gói tin gửi đến Mobile Node, Một cách tổng quát, việc áp dụng giải thuật DC sẽ làm tăng tốc độ truyền tải gói tin đến Mobile Node trong trƣờng hợp Mobile Node này sử dụng cùng lúc nhiều giao diện mạng đã đƣợc kích hoạt. Giải thuật DC giúp đƣa ra quyết định xem một kết nối có đủ khả năng truyền tải gói tin đến Mobile Node hay không. Đó là nguyên nhân khiến Mobile Router có thể lập lịch gói tin để gửi đến Mobile Node một cách hiệu quả. 27 Bên cạnh đó, giải thuật DC cũng có những hạn chế nhất định. Hạn chế đầu tiên đó là việc giá trị weighed ban đầu là do ngƣời thiết kế chọn ra dựa vào băng thông kết của đƣờng truyền, vì vậy nếu giá trị ban đầu là không hợp lý thì sẽ không có một cơ chế nào để điều chỉnh lại cho phù hợp. Từ đó nảy sinh vấn đề sẽ có những kết nối luôn luôn đƣợc dùng để gửi gói tin do có weighted lớn, trong khi một số kết nối khác có weighted nhỏ dẫn đến DC nhỏ dẫn đến cơ hội truyền các gói tin của nó nhỏ hơn và do đó không tận dụng đƣợc hết các tài nguyên có sẵn của mobile Node. 28 2.3. Giải thuật lập lịch cho gói tin hỗ trợ cho chuyển giao dọc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền. Giải thuật này đƣợc đề xuất trong luận văn thạc sỹ của học viên cao học Lê Quỳnh Hoa. Giải thuật này dựa vào việc đánh giá khả năng của các kết nối giữa Mobile Agent và Mobile Node, từ đó đƣa ra một tỷ lệ để phát các gói tin đến Mobile Node phù hợp với các kết nối nhằm đạt đƣợc mục đích chuyển tải các gói tin trên các kết nối đến đƣợc Mobile Node một cách nhanh nhất và hiệu quả nhất. Giải thuật lập lịch là các mô-đun phần mềm đƣợc cài đặt trên Mobile Node và Mobile Agent, vì thế nó khônglàm thay đổi quá nhiều đến kiến trúc của mạng ban đầu. Mô hình dƣới đây thể hiện việc lập lịch để gửi gói tin trên nhiều đƣờng truyền đƣợc thể hiện ở hình dƣới đây. ` Mobile NodeMobile AgentCorrespondent Node Internet path 1 Internet path Internet path 2 Internet path 3 RNC BSC Access Point Hình 10: Mô hình lập lich kết hợp băng thông nhiều đường truyền Hoạt động của giải thuật có thể tóm tắt nhƣ sau: Đầu tiên đƣa ra một tỉ lệ phát các gói tin trên các kết nối đến Mobile Node, theo dõi quá trình truyền tin và tỉ lệ các gói tin đến trễ trên các kết nối đó. Nếu tỉ lệ các gói tin đến trễ vƣợt qua một ngƣỡng quy định nào đó thì sẽ điều chỉnh lại tỷ lệ phát gói tin cho phù hợp với các kết nối đó. Đầu tiên Mobile Agent đƣa ra một tỉ lệ gửi các gói tin trên các đƣờng truyền có thể đƣa ra dựa vào tỉ lệ độ lớn băng thông vật lý của các kết nối đó. Tiếp đó Mobile Agent đánh số thứ tự các gói tin mà nó sẽ chuyển đi. Việc đánh thứ tự gói tin này sẽ giúp cho giải thuật biết đƣợc gói tin đến có đúng thứ tự hay không. Sau đó Mobile Agent chuyển các gói tin đến Mobile Node theo tỉ lệ đã đặt ra đó. 29 Mobile Node khi nhận đƣợc các gói tin mà Mobile Agent gửi, căn cứ vào số thứ tự của gói tin mà nó nhận đƣợc, nó sẽ xác định gói tin đó có đến trễ hay không. Quy ƣớc rằng, các gói tin có số thứ tự nhỏ thì phải đến trƣớc các gói tin có số thứ tự lớn hơn. Nếu thoả mãn điều kiện đó, gói tin đƣợc cho là đến đúng thứ tự. Ngƣợc lại, gói tin đƣợc cho là đến trễ. Vì giải thuật hƣớng tới một tỷ lệ phù hợp để phát các gói tin trên các kết nối nên ở đây chỉ quan tâm các gói tin đến trễ so với các kết nối khác chứ không phải các gói tin đến trễ trên từng kết nối. Một chú ý nữa là giải thuật không xét đến các gói tin bị mất. Trong giời hạn khóa luận này ta gọi giải thuật lập lịch cho gói tin theo cơ chế này là giải thuật lập lịch động. Trong một vài trƣờng hợp ta cũng sử dụng tên gọi giải thuật lập lịch động nhƣ là tên gọi để tham chiếu đến giải pháp này. Ở Mobile Node, mỗi kết nối đƣợc gắn một giá trị C là biến đếm số gói tin đến trễ. Khi một gói tin đến trên một kết nối có số thứ tự nhỏ hơn số thứ tự của gói tin sau cùng đến trên bất kỳ kết nối nào khác, gói tin đó sẽ đƣợc coi là trễ. Lúc này, Mobile Node sẽ tăng giá trị C của kết nối đó lên một đơn vị. Nếu gọi số Rd(i) là tỷ lệ gói tin đến trễ trên kết nối i, T(i) là tổng số gói tin đã truyền đi trên kết nối i thì Rd(i) = C(i) / T(i), trong đó C(i) là số gói tin đến trễ trên kết nối i. Hình 11: Hoạt động của giải thuật lập lịch động 30 Nếu Rd(i) lớn hơn một ngƣỡng cho phép là Rth, Mobile Node gửi một bản tin yêu cầu điều chỉnh lại tỷ lệ phát các gói tin đến Mobile Agent. Trong khuôn dạng của bản tin này có trƣờng chỉ ra giá trị nhận dạng kết nối, nhờ đó Mobile Agent biết đƣợc kết nối nào có tỷ lệ gói tin đến trễ vƣợt ngƣỡng cho phép. Nhận đƣợc bản tin yêu cầu điều chỉnh tỷ lệ phát gói tin kèm theo giá trị nhận dạng kết nối, Mobile Agent sẽ điều chỉnh lại tỷ lệ này bằng cách trừ giá trị r(i) của kết nối đó đi một đơn vị. Khi đã điều chỉnh xong, nó gửi một bản tin xác nhận đã điều chỉnh lại tỷ lệ phát đến Mobile Node để Mobile Node xoá các biến đếm C của các kết nối bằng cách thiết lập chúng về giá trị 0. Sau đó, Mobile Node gửi bản tin thông báo đã thiết lập các giá trị C bằng 0 cho Mobile Agent. Mobile Agent sau khi nhận đƣợc bản tin thông báo này sẽ đánh số thứ tự cho các gói tin ứng dụng và truyền chúng trên các kết nối theo tỷ lệ mới mà nó vừa điều chỉnh. Mobile Agent Mobile Node gói tin ứngdụng (STT gói tin, dữ liệu) yêu cầu điều chỉnh tỷ lệ phát (STT của kết nối) Xác nhận đã điều chỉnh tỉ lệ thông báo đã thiết lập các biến đếm C bằng 0 gói tin ứngdụng (STT gói tin, dữ liệu) Hình 12: Lưu đồ trao đổi gói tin giữa Mobile Agent và Mobile Node 31 Giải thuật đề xuất có một số ƣu điểm nhƣ : Đã đƣa ra một thuật toán nhằm đƣa ra một tỷ lệ thích hợp để truyền các gói tin từ Mobile Agent đến Mobile Node sử dụng đồng thời nhiều giao diện mạng. Từ đó, giải thuật làm giảm độ trễ của các gói tin trên các kết nối làm tăng tốc độ truyền từ Mobile Agent đến Mobile Node. Thêm vào đó, thuật toán đƣợc đề xuất trong giải pháp khá rõ ràng, đơn giản, nó chỉ là các mô-đun phần mềm sử dụng hệ điều hành Linux, do đó dễ dàng để triển khai ở Mobile Node và Mobile Agent. Việc cài đặt các mô-đun phần mềm này cũng không tạo ra quá nhiều sự thay đổi trong cấu hình mạng hiện tại Tuy nhiên giải thuật này vẫn còn tồn tại một số nhƣợc điểm nhƣ : Việc xác định tỷ lệ ban đầu để phát các gói tin trên các kết nối đƣợc xác định theo cách thăm dò, vì vậy tỷ lệ này đôi khi là không phù hợp dẫn đến hiệu quả đạt đƣợc của giải thuật trong khoảng thời gian ngắn ban đầu là không cao. Nguyên nhân là do lúc ban đầu giải thuật chƣa kịp điều chỉnh tỷ lệ phát các gói tin trên các kết nối. Nếu tỷ lệ phát ban đầu không hợp lý, độ trễ trên các kết nối sẽ tăng và đến lúc vƣợt qua một ngƣỡng cho phép thì việc điều chỉnh tỷ lệ phát mới đƣợc thực hiện. Đây là một nội dung cần cải tiến của giải thuật trong thời gian tới để giải thuật này đƣợc tối ƣu hơn Tóm lại , các thuật toán, giải pháp đƣợc đƣa ra đều có những ƣu nhƣợc điểm khác nhau đƣợc ứng dụng trong việc hỗ trợ chuyển giao dọc và kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền. Tuy nhiên vẫn cần đánh giá các giải thuật một cách cụ thể và trực quan trong môi trƣờng thực tế để có đƣợc cái nhìn tổng quát nhất cũng nhƣ đánh giá các giải thuật vê khả năng triển khai trong thực tế. Trong chƣơng tiếp theo của khóa luận em sẽ trình bày về phƣơng pháp triển khai, làm thí nghiệm các phƣơng pháp đo đạt để đánh giá các giải thuật một cách cụ thể qua thực nghiệm. 32 CHƢƠNG 3 – ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP BẰNG THỰC NGHIỆM 3.1. Mục tiêu đánh giá Trong chƣơng 2 đã trình bày về nhiều giải pháp hỗ trợ chuyển giao dọc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền đã đƣợc đề xuất. Các giải pháp đó đều có những ƣu và nhƣợc điểm nhất định. Trong chƣơng này sẽ dùng các thực nghiệm để đánh giá các giải pháp đó. Mục tiêu đầu tiên là đánh giá các giải pháp đã nêu về hiệu quả sử dụng băng thông của các đƣờng truyền tƣơng ứng với các giao diện mạng tƣơng ứng của từng giải pháp. Các giải pháp đã nêu đều cố gắng tận dụng và sử dụng tối đa băng thông của các đƣờng truyền trên các giao diện mạng đã đƣợc kích hoạt. Mục tiêu trong chƣơng này sẽ đƣa ra các mô hình làm thí nghiệm để xem xét khả nặng tận dụng băng thông các đƣờng truyền của từng giải pháp. Mục tiêu tiếp theo là việc đánh giá về tốc độ và độ trễ khi áp dụng các giải pháp đó. Khi các Mobile Node sử dụng nhiều giao diện mạng ứng với các đƣờng truyền khác nhau thì mỗi đƣờng truyền đó đều có băng thông và độ trễ khác nhau. Do vậy khi ta sử dụng nhiều đƣờng truyền thì một trong vấn đề cần xem xét đó là tốc độ và độ trễ của việc truyền tin. Bên cạnh đó một vấn đề cần đánh giá là khả năng và hiệu quả áp dụng của từng giải pháp với từng ứng dụng khác nhau. Ở đây ta chỉ xét trên hai giao thức cơ bản của việc truyền tin trên Internet là TCP và UDP. Thêm vào đó một mục tiêu khác cần đánh giá là xem xét các giải pháp trong các kịch bản và điều kiện khác nhau. Ví dụ nhƣ việc ta đang có một đƣờng truyền tƣơng đối nhanh với băng thông tốt rồi sau đó ta có thêm một đƣờng truyền với tốc độ chậm hơn và băng thông nhỏ hơn hay ngƣợc lại. Một tiêu chí rất quan trọng khác là việc ta cần đánh giá khả năng hỗ trợ chuyển giao dọc của từng giải pháp. Để đánh giá về việc hỗ trợ chuyển giao dọc này ta cần theo dõi quá trình diễn ra chuyển giao dọc và ghi lại các thông số về việc mất mát gói tin cũng nhƣ độ trễ xảy ra trong quá trình chuyển giao. Một mục tiêu khác của việc đánh giá là từ kết quả đánh giá các giải pháp đó ta có thể đề xuất ra một giải pháp khác nhằm đảm bảo các tiêu chí đánh giá sẽ cho kết quả tốt hơn về việc tận dụng băng thông của các đƣờng truyền cũng nhƣ hỗ trợ tốt hơn cho quá trình chuyển giao dọc. 33 3.2. Hệ thống thí nghiệm Hệ thống thí nghiệm sử dụng các máy tƣơng ứng nhƣ sau để phục vụ cho quá trình thí nghiệm . Hình 13: Mô hình hệ thống thí nghiệm Máy CN là một máy dùng để truyền dữ liệu và tƣơng tác với MN. Trong các thí nghiệm đƣợc thực hiện thì máy CN là một Laptop DELL Latitude E6500 có cấu hình máy tƣơng ứng là : chip intel core 2 duo P8400 2.26 GHz (2cpus), RAM 2G sử dụng Hệ điều hành Linux Ubuntu 10.04 LTS. Trong đó ta sử dụng một card mạng Intel(R) 82567LM Gigabit Network Connection. Máy Mobile Agent (Home Agent ) thực thi chƣơng trình Mobile Agent là một máy tính để bàn IBM với chip CPU: intel(R) Pentium (R) 4 CPU 3.00 GHZ, RAM 512MB sử dụng hệ điều hành Linux Ubuntu 9.10 (Kenel Linux 2.6.31.20-generic). Trong máy Mobile Agent này ta sử dụng 2 card ethenet là Intel Corporation 82557 Ethenet Pro 100 và Intel Corporation 82541EI Gigabit ethenet. Một máy FreeBSD dùng để hạn chế băng thông và quy định độ trễ của các kết nối là một máy IBM để bàn với chip CPU : intel(R) Pentium (R) 4CPU 2.40 GHZ, RAM 512 MB sử dụng hệ điều hành Linux FreeBSD 8.0 sử dụng 2 card mạng tƣơng ứng là ed0: Novell NE1000/2000 3c503; N2000-compatible PCMCIA và fxp0 Intel EtherExpress Pro/100B PCI Fast Ehernet Card. Để phân chia các kết nối từ máy FreeBSD tới Mobile Node ta dùng một switch CNET CN880TPC và một Access Point Linksys WAP4400N. Cuối cùng là máy dùng làm nhiệm vụ của Mobile Node . Máy này là một laptop Asus X8AIJ với cấu hình chip intel core 2 duo T6570 2.1GHz, Ram 2G. đƣợc cài đặt hệ 34 điều hành Linux Ubuntu 9.10 (Kenel Linux 2.6.31.20-generic). Tại máy Mobile Node ta sử dụng 3 card mạng bao gồm một card mạng có dây và 2 card mạng không dây là một card mạng chuẩn của laptop và một card mạng với cổng giao tiếp USB D-Link DWA-125 Sau khi đã có hệ thống thí nghiệm tƣơng ứng ta cũng cần có các kịch bản thí nghiệm phù hợp để có thể đánh giá các giải pháp nêu ra trong chƣơng 2 một cách toàn diện. Trong phần tiếp theo của chƣơng này em sẽ trình bày các kịch bản thí nghiệm đƣợc sử dụng để đánh giá các giải pháp đó. 3.3. Các kịch bản thí nghiệm Trong phần này em sẽ trình bày về các kịch bản thí nghiệm sẽ đƣợc sử dụng để đo đạt đánh giá các giải pháp đã đƣợc nêu trong chƣơng hai. Các thí nghiệm ở phần này sử dụng code BAG đƣợc viết trong luận văn của Nguyễn Tiến Đạt (k50MTT) và luận văn thạc sĩ của học viên cao học Lê Quỳnh Hoa . 3.3.1. Kịch bản thí nghiệm đánh giá các giải pháp về hỗ trợ chuyển giao dọc a. Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm đƣợc bố trí nhƣ hình vẽ dƣới, trong đó cấu hình của các thành phần nhƣ sau: CN (Correspondent Node): Một máy Laptop có địa chỉ 10.0.0.10 sử dụng hệ điều hành Linux Ubuntu 10.04 LTS ta cài đặt chƣơng trình Proftpd hỗ trợ cho việc download file từ phía Mobile Node . HA (Home Agent): Một máy PC có hai giao diện mạng, một giao diện có địa chỉ 10.0.0.1 đƣợc kết nối tới CN; một giao diện có địa chỉ 192.168.10.1 đƣợc kết nối với một router nhằm giới hạn băng thông và độ trễ cho các đƣờng truyền tới MN. Trên HA cài hệ điều hành Ubuntu 9.10 tƣơng thích tốt nhất với chƣơng trình mô phỏng. Router là một máy tính sử dụng hệ điều hành FreeBSD để giới hạn băng thông và độ trễ trên các đƣờng truyền từ HA tới MN có 2 card mạng dùng để kết nối tới HA và Access Point. Đƣợc hạn chế băng thông và độ trễ cho các kênh truyền nhƣ hình vẽ. MN là một máy laptop có hai giao diện WLAN kết nối tới một Access Point có địa chỉ là 192.168.10.11 và 192.168.10.12. MN sử dụng hệ điều hành Ubuntu 9.10 tƣơng thích tốt nhất với chƣơng trình mô phỏng. 35 Hình 14:Bố trí thí nghiệm hỗ trợ chuyển giao dọc b. Mô tả các kịnh bản thí nghiệm tiến hành Trong phần này các thí nghiệm tập trung vào việc hỗ trợ chuyển giao dọc của các giải pháp đã nêu vì vậy các kịch bản áp dụng cần thể hiện rõ tính chất hỗ trợ cho việc chuyển giao dọc. Ta sẽ tiến hành làm thí nghiệm đối với từng giải pháp theo các bƣớc nhƣ sau 1. Ban đầu MN đƣợc kết nối tới CN thông qua kết nối WLAN có địa chỉ 192.168.100.11. MN khởi tạo một kết nối tới CN để lấy tệp tin test.avi dung lƣợng là 25774084 bytes về máy. Kết nối này đƣợc router FreeBSD hạn chế băng thông là 500Kbit/s với độ trễ là 30ms 2. Tiếp theo sau đó ta thêm một liên kết WLAN qua giao diện của card wlan cổng usb D-link d125 có địa chỉ là 192.168.10.12 đƣợc hạn chế băng thông là 300Kbits/s và độ trễ đƣợc thiết lập là 50ms.. 3. Sau đó ta tiến hành ngắt kết nối của WLAN có địa chỉ 192.168.10.11 ban đầu. Ta tiến hành theo dõi quá trình download tập tin trong suốt quá trình diễn ra việc chuyển giao nói trên Để tiến hành xem xét các giải pháp ta tiến hành thử lại thí nghiệm trong trƣờng hợp ngƣợc lại khi ban đầu ta dùng kết nối wirless theo card DLink có địa chỉ 192.168.10.12 có băng thông nhỏ hơn và độ trễ lớn hơn rồi tiến hành thêm kết nối qua giao diện mạng wlan theo địa chỉ 192.168.10.11 có băng thông lớn hơn và độ trễ nhỏ hơn. Để đánh giá đƣợc chi tiết hơn ta sẽ theo dõi quá trình download tập tin test.avi theo băng thông, và tốc độ download trong suốt quá trình đó. 36 3.3.2. Kịch bản thí nghiệm đánh giá các giải pháp về việc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền a. Bố trí thí nghiệm Trong phần này, các thí nghiệm đƣợc bố trí nhƣ hình vẽ bên dƣới với các thiết bị có cấu hình nhƣ sau:  CN (Correspondent Node): Một máy Laptop có địa chỉ 10.0.0.10 sử dụng hệ điều hành Linux Ubuntu 10.04 LTS ta cài đặt chƣơng trình Proftpd hỗ trợ cho việc download file từ phía Mobile Node có một giao diện mạng kết nối với Mobile Agent.  HA (Home Agent): Một máy PC có hai giao diện mạng, một giao diện có địa chỉ 10.0.0.1 đƣợc kết nối tới CN; một giao diện có địa chỉ 192.168.10.1 đƣợc kết nối với một router nhằm giới hạn băng thông và độ trễ cho các đƣờng truyền tới MN. Trên HA cài hệ điều hành Ubuntu 9.10 tƣơng thích tốt nhất với chƣơng trình mô phỏng.  Router là một máy tính sử dụng hệ điều hành FreeBSD để giới hạn băng thông và độ trễ trên các đƣờng truyền từ HA tới MN dùng 2 giao diện mạng dùng để kết nối với Mobile Agent và Switch.  MN là một máy laptop có một giao diện mạng có dây ở địa chỉ 192.168.10.10 đƣợc kết nối với Router qua Switch và đƣờng truyền đƣợc hạn chế băng thông là 1000Kbit/s và độ trễ của đƣờng truyền là 20ms. Thêm vào đó Mobile Node này còn có thêm 2 giao diện WLAN kết nối tới một Access Point có địa chỉ là 192.168.10.11 và 192.168.10.12 đƣợc router hạn chế băng thông lần lƣợt là 500Kbit/s và 300Kbit/s đƣợc hạn chế độ trễ lần lƣợt là 30ms và 50ms mỗi đƣờng truyền. MN sử dụng hệ điều hành Ubuntu 9.10 tƣơng thích tốt nhất với chƣơng trình mô phỏng. 37 Hình 15: Bố trí thí nghiệm hỗ trợ kết hợp băng thông nhiều đường truyền b. Mô tả các kịch bản thí nghiệm tiến hành. Các thí nghiệm trong phần này sẽ tập trung đánh giá về hiệu năng làm việc của các giải pháp trong việc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền vì vậy ta sẽ tiến hành lập các kịch bản thí nghiệm mà ở đó Mobile Node sử dụng 1,2,3 giao diện khác nhau để kết nối tới Router. Đồng thời ta theo dõi quá trình download file trong từng trƣờng hợp khác nhau khi có 1,2,3 giao diện ứng với từng giải pháp. 1. Ta tiến hành download file test.avi từ CN về MN khi sử dụng 1 giao diện mạng có dây với băng thông 1000Kbit/s độ trễ 20ms. 2. Ta tiến hành download lần lƣợt bằng các giao diện mạng WLAN còn lại theo độ trễ và băng thông đã quy định. 3. Lần lƣợt sử dụng 2 giao diện mạng khác nhau tiến hành download và kiểm tra đối với từng giải pháp và tiến hành so sánh các giải pháp với nhau 4. Ta sử dụng 3 giao diện mạng và tiến hành download và theo dõi quá trình download của từng giải pháp 5. Ta bỏ đi một giao diện mạng và theo dõi quá trình download xảy ra tiếp theo. 6. Ta cũng làm thí nghiệm khi so sánh các giải thuật trong việc sử dụng hai đƣờng truyền có băng thông và độ trễ giống nhau cũng nhƣ khác nhau. Trong phần này ta đã nêu ra các kịch bản sẽ tiến hành làm thí nghiệm, phần tiếp theo ta sẽ nêu rõ quá trình thực hiện các thí nghiệm một cách chi tiết. 38 3.4. Tiến hành thí nghiệm Trong phần này sẽ nêu chi tiết quá trình tiến hành thí nghiệm. 3.4.1. Thiết lập hệ thống thí nghiệm . Bƣớc ầu tiên của quá trình thiết lập hệ thống thí nghiệm là ta tiến hành cài đặt các máy cho phù hợp với mục đích thí nghiệm. CN là máy dùng để tƣơng tác với Mobile Node thông qua Mobile Agent. Tại máy này, ta cài đặt hệ điều hành Linux Ubuntu 10.04 LTS. Tại máy Mobile Agent ta cài đặt hệ điều hành Linux Ubuntu 9.10. Thêm vào đó ta cài đặt thêm cái gói libnet, libipq dùng cho việc hỗ trợ sử lý gói tin trong chƣơng trình mô phỏng qua giao diện hỗ trợ quản lý synaptic Package Manager Đối với Router dùng để giới hạn băng thông và độ trễ cho các đƣờng truyền ta cài đặt hệ điều hành FreeBSD 8.0. Còn về phía máy Mobile Node, ta tiến hành cài đặt hệ điều hành Linux 9.10. Để hỗ trợ cho việc sử lý gói tin và biên dịch chƣơng trình mô phỏng ta cũng tiến hành cài đặt thêm các gói libnet,libiqp giống nhƣ ở máy Mobile Agent. Bƣớc tiếp theo của quá trình thí nghiệm ta sẽ tiến hành cấu hình mạng cho các thiết bị, cài đặt định tuyến tại các máy để đảm bảo các máy kết nối đƣợc với nhau theo đúng yêu cầu của bài toán. Ta kết nối các máy theo nhƣ hình vẽ trong phần hệ thống thí nghiệm đã trình bày và tiến hành cấu hình mạng cho các máy sau đó tiến hành định tuyến cho các máy đó đảm bảo có thể ping thông suốt qua các kết nối. Phần cấu hình các giao diện mạng kết nối và định tuyến tại từng máy sẽ đƣợc trình bày chi tiết trong phần phụ lục. Sau khi đã hoàn thành phần cấu hình mạng và đảm bảo ping thông suốt giữa các đƣờng truyền theo đúng yêu cầu đặt ra bƣớc tiếp theo ta sẽ cấu hình việc hạn chế băng thông, độ trễ cho các kết nối từ Router tới Mobile Node. Phần thiết lập cho việc hạn chế băng thông và độ trễ cho các kết nối sẽ đƣợc thực hiện tại Router FreeBSD và sẽ đƣợc trình bày chi tiết tại phần phụ lục của luận văn. 39 Một bƣớc nữa cần tiến hành là ta cần thiết lập ftp-server ở phía CN và ftp-client ở phía MN để hỗ trợ cho quá trình truyền tập tin liên tục giữa CN và MN. Ta cũng tiến hành download thử qua các kết nối này để kiểm tra các kênh truyền. Phần mô tả chi tiết quá trình cài đặt ftp-server tại CN và ftp-client tại MN sẽ đƣợc trình bày chi tiết trong phần phụ lục của luận văn. 3.4.2. Thực hiện các thí nghiệm. Sau khi hoàn thành việc bố trí thí nghiệm và có đƣợc hệ thống thí nghiệm phù hợp với yêu cầu đặt ra trong phần này ta trình bày quá trình thực hiện các thí nghiệm theo các kịch bản ta đã nêu ra ở phần các kịch bản thí nghiệm. Trƣớc tiên để đánh giá hiệu quả các kênh truyền trong thí nghiệm ta tiến hành download file theo từng kênh truyền để có đƣợc những thông tin chi tiết về các đƣờng truyền.  Đối với đƣờng truyền có dây có băng thông hạn chế là 1000Kbit/s và độ trễ là 20ms ta có tốc độ download trung bình là 58,62 Kbytes/s, tốc độ download cao nhất là 60Kbytes/s.  Đối với đƣờng truyền không dây sử dụng giao tiếp chuẩn PCI đƣợc hạn chế băng thông là 500Kbits/s và độ trễ là 30ms thì ta thu đƣợc một kênh truyền có tốc độ download trung bình là 28Kbytes/s tốc độ download cao nhất thu đƣợc là 30 Kbytes/s.  Đối với đƣờng truyền không dây sử dụng card mạng D-Link DWA-125 giao tiếp qua cổng USB đƣợc hạn chế băng thông là 300Kbit/s và độ trễ 50ms ta thu đƣợc tốc độ download trung bình là 16Kbytes/s tốc độ download cao nhất là 17Kbytes/s. Bƣớc tiếp theo của quá trình thí nghiệm là ta lần lƣợt sử dụng các giải pháp để tiến hành các thí nghiệm theo các kịch bản kiểm tra về hiệu quả kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền và hỗ trợ chuyển giao dọc của các giải pháp theo kịch bản đã nêu ở phần 3.3. Các kết quả thu đƣợc và đánh giá các giải pháp sẽ đƣợc trình bày ở chƣơng tiếp theo. 40 CHƢƠNG 4 – KẾT QUẢ TRIỂN KHAI VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP 4.1. Kết quả triển khai thí nghiệm 4.1.1. Kết quả các thí nghiệm đánh giá việc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền Qua các thí nghiệm đánh giá các giải pháp khi đánh giá các giải pháp về việc tận dụng băng thông các đƣờng truyền ta thu đƣợc các kết quả đánh giá nhƣ sau. Đối với việc sử dụng một đƣờng truyền thì các giải pháp đều tận dụng tốt khả năng của các đƣờng truyền đó vì các giải pháp đều có cơ chế phát hiện các các giao diện mạng đang sử dụng vì vậy trong các thí nghiệm đánh giá việc kết hợp băng thông các đƣờng truyền ta sẽ chỉ xét trong trƣờng hợp sử dụng 2, 3 đƣờng truyền khác nhau. Trƣờng hợp, khi ta sử dụng 2 đƣờng truyền theo kịch bản thí nghiệm đã nêu ở trên ta thu đƣợc kết quả nhƣ sau đối với từng trƣờng hợp. Khi sử dụng 1 đƣờng truyền có dây đƣợc hạn chế băng thông là 1000Kbit/s và độ trễ 20ms cùng với một đƣờng truyền không dây sử dụng card chuẩn của laptop Asus đƣợc hạn chế băng thông là 500Kbit/s và độ trễ 30ms thì giải thuật “hỗ trợ chuyên giao dọc đồng thời kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền ” đo đƣợc tốc độ download giao động từ 50Kbytes/s đến tối đa là 70Kbytes/s. Tốc độ download trung bình đạt đƣợc khoảng 65Kbytes/s. nhƣ vậy giải thuật này tận dụng đƣợc khoảng 76% băng thông các đƣờng truyền. Khi download tập tin test.avi có dung lƣợng 25774084 bytes mất thời gian là 6p27s. Cùng mô hình thí nghiệm nhƣ trên khi áp dụng cho giải thuật lập lịch gói tin đã trình bày ở trên thì ta thu đƣợc kết quả khả quan hơn với tốc độ download trung bình đạt đƣợc khoảng 75Kbytes/s (88%). Biên độ dao động của tốc độ download đạt đƣợc trong khoảng từ 50Kbytes/s đến 77Kbytes/s. Khi download tập tin test.avi dung lƣợng 25774084 bytes mất thời gian là 5p35s. Còn khi áp dụng với giải thuật DC thì tốc độ download xâp xỉ chính băng tốc độ download khi ta dùng 1 đƣờng truyền có dây với tốc độ download trung bình khoảng 58Kbytes/s và dao động trong khoảng từ 56kbytes/s đến 60kbytes/s. Thời gian download tập tin test.avi trên là 7p13s.Ta có biểu đồ so sánh các giải thuật về băng thông tốc độ download ở hình dƣới đây. 41 so sánh 3 giải thuật khi sử dụng một đường truyền có dây và một đường truyền không dây 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 3 5 7 9 11 15 20 22 time line (s) ba nd wi dt h (K by te s/ s) giải thuật chia đều giải thuật lập lịch động giải thuật DC Hình 16 : Biểu đồ so sánh các giải thuật khi sử dụng 1 đường truyền có dây và một đường truyền không dây. Mặt khác khi ta sử dụng 1 đƣờng truyền không dây đƣợc giới hạn băng thông là 500Kbits/s và độ trễ là 30ms kết hợp với một đƣờng truyền không dây có băng thông giới hạn là 300Kbits/s và độ trễ giới hạn là 50ms, ta thu đƣợc kết quả nhƣ sau  Giải thuật hỗ trợ chuyển giao dọc đồng thời kết hợp băng thông các đƣờng truyền cho tốc độ download trung bình là xấp xỉ 30Kbytes/s. với tốc độ download cao nhất đạt đƣợc là 32 Kbytes/s.  Giải thuật lập lịch hỗ trợ cho giải pháp cho kết quả tốc độ download trung bình là 32 Kbytes/s với tốc độ download cao nhất đạt đƣợc là 33Kbytes/s.  Kết quả đối với giải thuật DC là tốc độ download trung bình đạt đƣợc là 28,5 Kbytes/s tốc độ cao nhất đạt đƣợc là 30Kbytes/s. Ta có đồ thị so sánh về tốc độ download các giải pháp trong 22s đầu tiên của quá trình download thể hiện ở hình dƣới đây 42 so sánh 3 giải thuật khi sử dụng 2 đường truyền không dây có băng thông và độ trễ khác nhau 0 5 10 15 20 25 30 35 1 3 5 7 9 11 15 20 time line (s) ba nd wi dt h( Kb yt es /s ) giải thuật chia đều giải thuật lập lịch động giải thuật DC Hình 17: Đồ thị so sánh các giải pháp khí sử dụng 2 đường truyền có dây. Để làm rõ hơn về khả năng tận dụng băng thông các đƣờng truyền ta tiến hành thí nghiệm với 2 đƣờng truyền không dây ở trên ta hạn chế băng thông của cả 2 đƣờng truyền là 500Kbits/s và độ trễ lần lƣợt là 30ms và 20ms. Tiến hành thí nghiệm download file test.avi nhƣ trên ta thu đƣợc kết quả tƣơng ứng nhƣ sau  Giải thuật chia đề tận dụng khá tốt băng thông của các đƣờng truyền với việc đạt đƣợc tốc độ download trung bình đƣợc gần 40Kbytes/s (khoảng 70%) tốc độ download cao nhất đạt đƣợc là 41Kbytes/s.  Giải thuật lập lịch động thu đƣợc tốc độ download trung bình là 45Kbytes/s khoảng 80% tổng băng thông. Tốc độ download cao nhất đat đƣợc là 47Kbytes/s.  Giải thuật DC đạt đƣợc tốc độ download trung bình khoảng 28Kbytes/s xấp xỉ nhƣ trong trƣờng hợp sử dụng một kết nối. 43 so sánh 3 giải thuật khí sử dụng 2 đường truyền không dây có băng thông giống nhau, độ trễ khác nhau 0 10 20 30 40 50 1 2 3 4 5 7 9 11 13 15 17 19 21 22 time line (s) ba nd wi dt h( Kb yt es /s ) giải thuật chia đều giải thuật lập lịch động giải thuật DC Hình 18: so sánh 3 giải thuật khi sử dụng 2 đường truyền có cùng băng thông. Trƣờng hợp sử dụng 3 đƣờng truyền với một đƣờng truyền có dây (1000Kbits/s; 20ms), 1 đƣờng truyền không dây qua giao diện PCI (500Kbits/s, 30ms) và một đƣờng truyền không dây sử dụng giao diện giao tiếp qua công USB (300Kbits/s, 50ms). Ta thu đƣợc kết quả tƣơng ứng nhƣ sau với từng giải pháp.  Đối với giải pháp hỗ trợ chuyển giao dọc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền dùng giải pháp lập lịch là gửi đều các gói tin tới các đƣờng truyền thì ta thu đƣợc tốc độ download trung bình đạt đƣợc là 71Kbytes/s khoảng 70% tổng băng thông các đƣờng truyền. Biên độ dao động của tốc độ download trong khoảng từ 51Kbytes/s đến 73Kbytes/s .  Đối với giải pháp lập lịch cho gói tin thì ta vẫn thu đƣợc kết quả khả quan hơn đó là tốc độ download trung bình đạt đƣợc là 84Kbytes/s khoảng 83% băng thông tổng các đƣờng truyền. Tốc độ download nhỏ nhất là 55Kbytes/s và tăng dần lên mức tối đa là 86Kbytes/s.  Đối với giải thuật DC thì ta vẫn thu đƣợc kết quả nhƣ trong trƣờng hợp ở trên. Đồ thị so sánh 3 giải thuật đƣợc thể hiện ở hình dƣới đây. 44 so sánh 3 giải thuật khi sử dụng 3 đường truyền 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 3 6 8 10 14 17 20 25 time line (s) ba nd wi dt h( Kb yt es /s ) giải thuật chia đều giải thuật lập lịch động giải thuật DC Hình 19: Biểu đồ so sánh 3 giải thuật khi sử dụng 3 đường truyền cùng một lúc 4.1.2. Kết quả đánh giá các giải pháp với việc chuyển giao dọc Tiến hành thí nghiệm theo kịch bản dùng để đánh giá các giải pháp về việc hỗ trợ chuyển giao dọc ở đây ta ban đầu ta dùng một đƣờng truyền không dây (500Kbits/s 30ms) tiến hành download một file từ CN về Mobile Node ta thêm một kết nối không dây nữa (300Kbits/s, 50ms) rồi sau đó ta bỏ kết nối không dây ban đầu đi . Theo dõi quá trình download ta thu đƣợc kết quả nhƣ sau đối với từng giải pháp. Tại thời điểm giây thứ 11 của quá trình download khi giao diện wlan ban đầu đã có tốc độ download ổn định ta thêm vào một giao diện wlan kết nối từ MN tới Mobile Agent. Tiếp đó đợi cho quá trình download qua 2 giao diện đang bắt đầu tăng lên tới vƣợt giá trị trung bình khi download bằng giao diện wlan ban đầu ta ngắt kết nối của giao diện wlan ban đầu tại giây thứ 15 của quá trình download. Đối với giải pháp hỗ trợ chuyển giao dọc đồng thời kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền thì kết quả thu đƣợc thể hiện bằng đồ thị dƣới đây. # sudo ifdown wlan0 45 giải thuật chia đều với chuyển giao dọc 0 5 10 15 20 25 30 35 1 5 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 20 22 24 25 time line (s) ba nd wi dt h (K yb te s/ s) bandwidth add new wlan connection 1 wlan disconnect Hình 20: biểu đồ miêu tả giải thuật chia đều với việc hỗ trợ chuyển giao dọc Đối với giải pháp lập lịch thì về mặt độ trễ cua quá trình chuyển giao cho ta kết quả thí nghiệm tƣơng đƣơng với giải pháp phía trên. giải thuật lập lịch động với chuyển giao dọc 0 5 10 15 20 25 30 35 1 5 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 20 22 24 25 time line (s) ba nd wi dt h (K by te s/ s) bandwidth 1 wlan disconnect add new wlan connection Hình 21: giải thuật lập lịch động với chuyển giao dọc. Giải thuật DC thì cung cấp cho ta việc chuyển giao có độ trễ thấp hơn và băng thông phục hồi cũng nhanh hơn. 46 giải thuât DC với chuyển giao dọc 0 5 10 15 20 25 30 1 5 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 20 22 24 25 time line (s) ba nd wi dt h add new wlan connection 1 wlan disconnect Hình 22 giải thuật DC với chuyển giao dọc 4.2. Đánh giá các giải pháp dựa trên thực tiễn Qua kết quả các thí nghiệm đánh giá các giải pháp ta rút ra một số đánh giá các giải pháp nhƣ sau. 4.2.1. Giải thuật chia đều Giải pháp hỗ trợ chuyển giao dọc kết hợp với băng thông nhiều đƣờng truyền là một giải pháp hay trong việc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền cũng nhƣ hỗ trợ chuyển giao dọc. Giải pháp này đã tận dụng đƣợc băng thông nhiều đƣờng truyền cùng một lúc băng thông thu đƣợc khoảng 60% đến 70% các đƣờng truyền. Với vấn đề kết hợp băng thông các đƣờng truyền giải pháp này sử dụng cơ chế chia đều gói tin cho các giao diện mạng đang hoạt động vì vậy giải thuật này sẽ hoạt động tốt khi các liên kết giữa MN và Mobile Agent có độ trễ và băng thông tƣơng đƣơng nhau. Tuy nhiên trong trƣờng hợp các đƣờng truyền có băng thông và độ trễ chênh lệch và càng nhiều giao diện mạng đƣợc sử dụng thì giải thuật càng khó tận dụng băng thông các đƣờng truyền. Đối với vấn đề hỗ trợ chuyển giao dọc giải thuật này lại có nhiều ƣu điểm đƣợc thể hiện qua việc cung cấp độ trễ của quá trình chuyển giao khá tốt khoảng . Khi thêm một giao diện mới tại giây thứ 11 của quá trình download thì tốc độ download giảm đi một chút rổi tăng dần lên do việc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền tới giây thứ 15 tốc 47 độ download đạt đƣợc 30Kbytes/s tại thời điểm giây thứ 15 của quá trình download. Lúc này, ta ngắt kết nối ban đầu. Lúc này do ảnh hƣởng của việc ngắt kết nối tốc độ download nhanh chóng giảm xuống tới mức còn 2Kbytes/s rồi sau đó việc nhận biết một giao diện mạng đã ngắt, chƣơng trình BAG nhanh chóng sử dụng cơ chế cập nhật lại các giao diện mạng và chỉ sử dụng giao diện mạng thêm vào để tiến hành truyền gói tin. Thời gian trễ này khoảng 2s sau đó thì tốc độ download tăng dần. 4.1.2. Giải thuật lập lịch động Giải thuật lập lịch hỗ trợ chuyển giao dọc và kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền là một mở rộng của giải pháp phía trên bằng cách thêm vào giải pháp đó một cơ chế lập lịch bằng cơ chế đánh dấu các gói tin và xem xét độ trễ trên các đƣờng truyền. Giải pháp này không hỗ trợ thêm cho giải pháp trên về việc hỗ trợ chuyển giao dọc nhƣng lại cho kết quả tốt với việc tận dụng băng thông các đƣờng truyền. Thực vậy bằng cách đƣa ra một giải thuật lập lịch động dựa trên độ trễ của các gói tin giải thuật này sẽ tăng lƣợng gói tin tại các đƣờng truyền có tốc độ truyền nhanh làm tăng tốc độ truyền tin khi sử dụng băng thông nhiều đƣờng truyền. Do vậy khi sử dụng giải pháp này có thể tận dụng từ 70% đến hơn 80% băng thông của tổng các đƣờng truyền. Giải thuật này sẽ càng tỏ ra hiệu quả khi đem so sánh với giải pháp chia đều phía trên trong các trƣờng hợp các đƣờng truyền cung cấp độ trễ chênh lệch trên các đƣờng truyền. Đối với chuyển giao dọc thì giải thuật này cũng giống nhƣ giải thuật phía trên chỉ khác là băng thông đạt đƣợc khi kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền sẽ cho băng thông download cao hơn do việc tận dụng tốt hơn băng thông các đƣờng truyền. 4.1.3. Giải thuật DC Giải thuật DC lại dựa vào thuật toán dựa vào băng thông của đƣờng truyền và do ngƣời thiết kế chọn ra để đƣa ra quyết định việc chuyển gói tin theo kênh nào . Trong các thí nghiệm của luận văn này do ta sử dụng một đƣờng truyền có dây có băng thông lớn và đặt giá trị weight lớn nên trong các thí nghiệm về việc tận dụng băng thông các đƣờng truyền thì thực chất các gói tin chỉ gửi đi theo một đƣờng truyền duy nhất. Mặc dù có nhiều giao diện mạng đƣợc thiết lập và kết nối qua các giao diện mạng này vẫn tồn tại xong do việc đặt giá trị weighted ban đầu nên giải thuật DC thƣờng chỉ sử dụng một đƣờng truyền để truyền gói tin. 48 . Giải pháp này tuy vậy nhƣng vẫn hỗ trợ khá tốt cho việc chuyển giao dọc vì khi mất đi một liên kết bằng thuật toán chọn đƣờng đi sớm nhất trƣớc việc chuyển gói tin sẽ nhanh chóng chuyển sang dùng giao diện của liên kết tiếp theo. Do vậy tốc độ download phục hồi khi chuyển giao dọc và độ trễ của quá trình chuyển giao dọc khá nhanh. Ta có thể thấy tại thời điểm mất kết nối ban đầu ở giây thứ 15 thì tốc độ download ngay lập tức giảm xuống 0 Kbytes/s. Sau đó khoảng 2s thì tốc độ download đã bắt đầu phục hồi và nhanh chóng đạt đƣợc tốc độ download khi sử dụng đƣờng truyền không dây thứ 2 này. Đây cũng là ƣu điểm của giải thuật này trong việc hỗ trợ chuyển giao dọc khi Mobile Node có nhiều giao diện mạng và các giao diện đó đã kết nối . 49 CHƢƠNG 5 – KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Luận văn đã tìm hiểu tổng quan về mạng không dây di động và sự cần thiết của việc hỗ trợ tính di động cho các thiết bị di động khi ngƣời dùng di chuyển qua lại trong môi trƣờng mạng không dây. Dựa trên những yêu cầu cơ bản của việc hỗ trợ chuyển giao dọc và vấn đề kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền trong mạng không dây di động luận văn đã xem xét, tìm hiểu 3 giải pháp cơ bản đồng thời giải quyết cả hai vấn đề trên . Từ nhu cầu đánh giá các giải pháp về việc ứng dụng thực tế cũng nhƣ hiệu quả thực tế của các giải pháp đó, Đề tài đã xây dựng một hệ thống thí nghiệm và các kịch bản thí nghiệm cũng nhƣ mô tả chi tiết quá trình tiến hành thí nghiệm đƣợc áp dụng để có thể đánh giá đƣợc các giải pháp một cách chính xác nhất.. Tuy nhiên đối với giải thuật DC thì đề tài còn chƣa xem xét và đánh giá đƣợc chi tiết so với hai giải thuật còn lại vì vấn đề đặt giá trị ban đầu cho các weight sử dụng cho các đƣờng truyền. Do điều kiện cơ sở vật chất để triển khai chƣơng trình còn hạn chế nên các thí nghiệm thực hiện ở nhiều môi trƣờng khác nhau, nhƣng đề tài đƣợc tin tƣởng đã có những đánh giá khá cụ thể về các giải pháp đề ra là phù hợp với các mạng không dây hỗn hợp . Để chứng minh cho nhận định này,trong thời gian tới cần tiến hành làm thực nghiệm đối với các giải pháp trên môi trƣờng di động có tính chất hỗn hợp hơn va phù hợp với hệ thống mạng trong tƣơng lai. Thêm vào đó đề tài cũng chƣa thể tiến hành thí nghiệm đối với tất cả các trƣờng hợp diễn ra trong thực tế cũng nhƣ đối với giao thức truyền tin là UDP. Vì vậy trong thời gian tới cũng cần mở rộng đề tài bằng cách làm thêm các thí nghiệm đối với nhiều trƣờng hợp xảy ra hơn và đối với một vài giao thức truyền tin khác ở tầng vận chuyển nhƣ UDP… 50 PHỤ LỤC 1. Cầu hình địa chỉ IP và định tuyến cho các máy Với máy CN, ta chỉ cần thiết lập địa chỉ IP cho card mạng có dây và giao thức định tuyến tĩnh cho thiết bị. Ta tiến hành sửa trong file /etc/network/interfaces nhƣ sau: Với máy, Moblie Agent ta cấu hình địa chỉ IP cho các card mạng bằng các sửa file /etc/network/interfaces nhƣ sau Tiếp theo ta tiến hành tạo script để tiến hành định tuyến mỗi khi các giao diện mạng đƣợc bật lên ta thêm một file routetable vào /etc/network if- up/routetable. Nội dung của file này là #sudo gedit /etc/network/interfaces Auto eth0 Iface eth0 inet static Address 10.0.0.10 Netmask 255.255.255.0 Gateway 10.0.0.1 Up route add –net 192.168.10.0 netmask 255.255.255.0 gw 10.0.0.1 #!/bin/sh Route add -net 10.0.0.0 netmask 255.255.255.0 gw 10.0.0.10 Route add –net 192.168.10.0 netmask 255.255.255.0 gw 192.168.10.254 #sudo gedit /etc/network/interfaces Auto eth0 Iface eth0 inet static Address 10.0.0.1 Netmask 255.255.255.0 Gateway 10.0.0.10 Auto eth1 Iface eth0 inet static Address 192.168.10.1 Netmask 255.255.255.0 Gateway 192.168.10.254 51 Ta cũng phải thiết lập IP_forward tại Mobile Agent. Đối với máy Router, sau khi đã tiến hành cài đặt hệ điều hành cài đặt hệ điều hành FreeBSD ta tiến hành thêm việc cấu hình địa chỉ mạng, và việc cho phép chuyển gói tin giữa các giao giao diện mạng bằng cách thêm vào file /etc/rc.conf Ta thêm các câu lệnh để định tuyến cho gói tin tại Router FreeBSD này Tiếp theo, tại Access Point dùng trong thí nghiệm ta cấu hình địa chỉ IP cho AccessPoint này là 192.168.10.245, kênh truyền mặc định là 11 và SSID là Linksys-n thông qua kết nối có dây với tên truy cập admin password admin. Sau đó tiến hành kết nối với giao diện ed0 của Router thông qua một switch. Cuối cùng đối với máy Mobile Agent, sau khi tiến hành thêm một card mạng không dây D-Link DWA-125 (đã đƣợc hỗ trợ trên hệ điều hành linux) giao tiếp qua cổng usb với máy laptop. Ta tiến hành cài đặt địa chỉ IP và AccessPoint truy cập tĩnh cho các card mạng bằng cách chỉnh sửa trong file /etc/network/interfaces # sudo gedit /etc/sysctl.conf Net.ipv4.ip_forward=1 # vi /etc/rc.conf Ifconfig_ed0=”inet 192.168.10.2 netmask 255.255.255.0” Ifconfig_fxp0 = “inet 192.168.10.254 netmask 255.255.255.0” Gateway_enable = “YES” # route add –net 10.0.0.0/24 192.168.10.254 # route add – host 192.168.10.1 192.168.10.254 #route add –host 192.168.10.10 192.168.10.2 #route add –host 192.168.10.11 192.168.10.2 #route add –host 192.168.10.12 192.168.10.2 Ifconfig_fxp0 = “inet 192.168.10.254 netmask 255.255.255.0” Gateway_enable = “YES” 52 Thiết lập định tuyến cho các kết nối tại Mobile Node cho phù hợp với bài toán giống với các trƣờng hợp các máy phía trên. Sau khi tiến hành thiết lập các máy ta kết nối theo mô hình và test các kênh truyền bằng lệnh ping, traceroute để đảm bảo các kết nối thông suốt hoàn toàn. 2. Cầu hình hạn chế băng thông và độ trễ cho từng kết nối. Ta tiến hành cấu hình cho việc hạn chế băng thông, và độ trễ cho kênh truyền tại Router FreeBSD. Để làm đƣợc điều đó, ta tiến hành lần lƣợt các bƣớc sau Enable chức năng firewall tại FreeBSD bằng cách thêm vào file /etc/rc.conf Khởi động chƣơng trình dummynet Thiết lập các cấu hình cho phép các gói tin di chuyển và tạo pipe cho các kênh truyền muốn hạn chế băng thông bằng lệnh ipfw #sudo gedit /etc/network/interfaces Auto eth0 Iface eth0 inet static Address 192.168.10.10 Netmask 255.255.255.0 Gateway 192.168.10.2 Auto wlan0 Iface wlan0 inet static Address 192.168.10.11 Netmask 255.255.255.0 Network 192.168.10.0 Broadcast 192.168.10.255 Gateway 192.168.10.2 Wireless-mode managed Wireless-essid Linksys-n Wireless-channel 11 Auto wlan0 Iface wlan0 i et static Address 192.168.10.11 N tmask 255.255.255.0 Network 192.168.10.0 Broadcast 192.168.10.255 Gateway 192.168.10.2 Wireless-mode managed Wireless-essid Linksys-n Wireless-channel 11 # vi /etc/rc.conf Firewall_enable = “YES” Firewall_type = “OPEN” # kldload dummynet 53 Bƣớc cuối cùng là tiến hành hạn chế băng thông và độ chễ cho các pipe này theo mô hình đã đề ra. Sau đó ta tiến hành kiểm tra kết quả của việc hạn chế băng thông và độ trễ cho các kênh truyền đạt đƣợc hiệu quả bƣớc tiếp theo ta sẽ thực hiện các thí nghiệm theo kịch bản đã định sẵn. 3. Cài đặt ftp-server và ftp-client ở CN và MN Để cài đặt, ftp server phía CN ta cho CN kết nối vào mạng internet rồi sử dụng lệnh apt-get install để cài đặt. trong trƣờng hợp này ta sử dụng proftd version 1.3.2 Tƣơng tự, ở phía Client ta cài đặt một ftp-client để có thể download file từ phía server. Để tiện cho việc theo dõi quá trình download và có giao diện trực quan dễ dùng trong trƣờng hợp này ta sử dụng gftpd 2.0.19 ở phía mobile Node. Ta tiến hành truy cập vào CN thông qua gftpd với user root pass abc123 từ phía MN rồi download thử một file bất kì ghi nhớ các thông số download. # ipfw add 1000 allow all from any to any # ipfw add 100 pipe 1 ip from any to 192.168.10.10 # ipfw add 100 pipe 2 ip from any to 192.168.10.11 # ipfw add 100 pipe 3 ip from any to 192.168.10.12 # ipfw pipe 1 config bw 1000Kbit/s delay 20ms # ipfw pipe 2 config bw 500Kbit/s delay 30ms # ipfw pipe 3 config bw 300Kbit/s delay 50ms # sudo apt-get install proftpd # sudo apt-get install gftpd 54 CHÚ THÍCH CÁC THUẬT NGỮ LIÊN QUAN [1] Mobile-IP: Đƣợc đƣa ra bởi IETF và đặc tả bởi RFC 3344 [2] 3GPP: Viết tắt của Third Generation Partnership Project – là tổ chức chuẩn hóa các công nghệ mạng thông tin di động tế bào. [3] 3GPP2: Viết tắt của 3rd Generation Partnership Project 2 – là tổ chức chuẩn hóa mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 CDMA2000. Tổ chức này hoàn toàn tách biệt với 3GPP [4] IEEE: Viết tắt của Institute of Electrical and Electronics Engineers [5] 4G: Viết tắt của 4 Generation – là mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo sau mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Moibile IP rfc3344. 2. . P. Kim (2009), “A Packet Distribution Scheme for Bandwidth Aggregation on Network Mobility”, nguồn distribution-00 3. Lê Quỳnh Hoa (2010), luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu về tối ưu hóa việc chuyển giao dọc giữa các môi trường mạng không dây di động khác nhau” 4. Nguyễn Tiến Đạt (2009), khóa luận “Tối ưu hóa việc kết hợp băng thông nhiều đường truyền trong chuyển giao dọc trên các mạng không dây di động hỗn hợp” 5. Jie Li,Hsiao-Hwa Chen (2005), “ Mobility support for IP –based Network ” 6. Srikant Sharma, Inho Baek, Yuvrajsinh Dodia, Tzi-cker Chiueh: “OmniCon: A Mobile IP-based Vertical Handoff System for Wireless LAN and GPRS links”