Đồ Án Triển khai IPv6 với kiến trúc mạng sensornet

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN . . 3
MỞ ĐẦU . . 4
CHƯƠNG I: MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY VÀ CÁC KHUNG GIAO THỨC 6
I. TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY (WSN) . . 6
1. Định nghĩa . . 6
2. Cấu trúc của WSN . 6
2.1. Node cảm biến . 6
2.2. Sensornet . . 6
4. Ứng dụng WSN . . 7
II. MÔ HÌNH OSI . . 7
III. MÔ HÌNH TCP/IP . . 8
IV. KHUNG GIAO THỨC IPv4 . 8
V. KHUNG GIAO THỨC IPv6 . . 8
VI. TẠI SAO PHẢI KẾT HỢP SENSORNET VÀ IPv6 . 9
CHƯƠNG II: IPv6 TRÊN KIẾN TRÚC WSN . 10
I. KIẾN TRÚC INTERNET MỞ RỘNG . . 10
1. Các thành phần mạng . . 10
2. Kiến trúc nhiều lớp . 10
3. Sự kết hợp liên mạng . 11
4. Triển khai IPv6 trong Sensornet . . 11
II. TRÁNH LIÊN KẾT CẠNH TRANH . 11
1. Các giả định truyền thống . 11
3. Liên kết IP <=> Phạm vi sóng radio . . 12
III. ĐÁNH ĐỊA CHỈ IPv6 VÀ MÔ HÌNH TIỀN TỐ . . 12
1. Định danh giao diện (IID). . 12
2. Tiền tố định tuyến toàn cầu . . 13
IV. TỔNG KẾT . 13
CHƯƠNG III: NÉN HEADER VÀ PHÁT TRIỂN LỚP MẠNG IPv6 ÁP DỤNG CHO
SENSORNET . 14
I. ĐIỀU CHỈNH . . 14
1. Đối phó với datagram IPv6 lớn . . 14
2. Chuyển phát datagram IPv6 . 14
2.1. Header dạng ngăn xếp . 14
2.2. Chuyển tiếp tại lớp 2 và lớp 3 . 15
3. Nén datagram IPv6 16
3.1. Tổng quát một số loại nén . 16
3.2. Nén Header IPv6 . 17
3.3. Nén Next Header . 17
4. Tổng kết . 18
II. CẤU HÌNH VÀ QUẢN LÝ . . 18
1. Cấu hình số lượng lớn các node 18
2. Phát hiện láng giềng (Neighbor Discovery - ND) 18
2.1. Bối cảnh . . 18
2.2. Tìm kiếm Router . 19
2.3. Tìm kiếm láng giềng 20
3. Tự động cấu hình địa chỉ . . 20
3.1. Bối cảnh . . 20
3.2. Staless (SLAAC) 20
3.3. Stateful (DHCPv6) 21

4. Thông điệp Thông tin và Thông điệp Lỗi ICMPv6 21
5. Tổng kết . 21
III. CHUYỂN TIẾP . 22
1. Chuyển tiếp Datagram với Năng lượng-hiệu quả . 22
2. Chuyển tiếp Unicast 22
2.1. Bối cảnh . 22
2.2. Phục hồi Hop-by-Hop 22
2.3. Streaming 23
2.4. Kiểm soát tắc nghẽn 24
3.1. Truyền thông Multicast . 24
3.2. Trickle dựa trên Multicast . 24
4. Tổng kết 25
IV. ĐỊNH TUYẾN . 25
1. Bối cảnh . 25
2. Các tuyến đường mặc định 25
2.1. Khám phá các tuyến đường tiềm năng 25
2.2. Quản lý Bảng định tuyến . 25
2.3. Lựa chọn một tuyến đường mặc định 26
2.4. Duy trì nhất quán tuyến đường . 26
3. Tuyến đường Host . 27
3.1. Kiến thức tuyến đường Host 27
3.2. Định tuyến biên giới 28
4. Tổng kết 28
V. TỔNG KẾT . 28
CHƯƠNG IV: NÉN HEADER CỦA IPV6 ÁP DỤNG CHO WSN . 29
I. GIỚI THIỆU . 29
II. BỐI CẢNH CỦA VẤN ĐỀ 29
III. ĐỊNH DẠNG HEADER IPv6 ĐƯỢC NÉN XUỐNG 6 BYTE . 30
1. Địa chỉ Unicast toàn cầu . 31
2. 13-bit địa chỉ ngắn . 31
VI. NÉN HEADER VÀ THUẬT TOÁN MỞ RỘNG . 31
1. Sơ đồ nén 40 byte thành 6 byte . 32
2. Mã nén 40 byte thành 6 byte . 33
3. Sơ đồ giải nén 6 byte thành 40 byte . 35
4. Mã giải nén 6 byte thành 40 byte . 36
VII. NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN . 37
1. Nhận xét . 37
2. Hướng phát triển . 37
CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO . 38
Đồ án tốt nghiệp - Nguyễn Thị Thúy Ngọc - CT1002 2/38




MỞ ĐẦU
Trong nhiều thập kỷ qua, đã hình thành một cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc
ở khắp nơi - Internet. Sự thành công to lớn của cơ chế end-to-end và nguyên tắc
thiết kế kiến trúc IP đã giúp cho Internet có được vị trí như ngày nay. Cơ chế
end-to-end đơn giản, đồng thời khả năng nhân rộng tốt. Còn lớp kiến trúc IP sử
dụng phân tầng với khả năng cung cấp bởi lớp dưới. Ưu điểm của kiến trúc
mạng phân tầng: quản lý đơn giản, thúc đẩy sự đổi mới và tiến hóa nhanh chóng.
Với sự phát triển mạnh mẽ của nhiều công nghệ mới, dần dần kiến trúc này đã
có quy mô rộng khắp => minh chứng cho sự thành công của kiến trúc.
Và mới đây, mạng cảm nhận không dây (sensornet) nổi lên như một làn
sóng nghiên cứu mạnh mẽ trong sự phát triển của thế giới vật lý và kỹ thuật số.
Nhưng đặc điểm của nó rất khác với các thiết bị IP truyền thống, đã đẩy vấn đề
kết nối mạng đến một nấc thang mới. Khi gắn sensornet vào không gian vật lý
thì nó mang nhiều thách thức: bộ nhớ, khả năng tính toán và giao tiếp, nguồn
năng lượng hạn chế.
Nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực này lập luận rằng: "nhiều bài học kinh
nghiệm từ Internet và thiết kế mạng di động sẽ được áp dụng cho các thiết kế
ứng dụng sensornet mạng lưới cảm nhận có đủ những thủ tục để xem xét lại cơ
cấu tổng thể của các ứng dụng và dịch vụ". Kiến trúc Internet được tránh vì
nhiều lý do như sau:
ã Nguồn lực khó khăn làm ảnh hưởng đến việc cho ra kiến trúc nhiều lớp.
ã Một số lượng lớn các thiết bị, đồng thời chúng không cần giám sát trong
việc triển khai, sẽ ngăn cản sự phụ thuộc vào giao tiếp quảng bá hoặc cấu
hình hiện thời cần thiết để triển khai và vận hành các thiết bị mạng.
ã Thuật toán định vị và xử lý bên trong mạng yêu cầu phải linh hoạt và có
tính mở rộng.
ã Không giống như các mạng truyền thống, một node cảm biến có thể không
cần một danh tính (ví dụ, một địa chỉ).
ã Mạng lưới truyền thống được thiết kế để chứa một loạt các ứng dụng.
Trong khi, sensornet sẽ được đặc dụng với nhiệm vụ cảm biến.
Hiện nay đã có những tiến bộ đáng kể trong nhiều lĩnh vực, bao gồm: giao
thức liên kết với năng lượng thấp dựa trên lắng nghe hoặc truyền thông với thời
gian đồng bộ, các giao thức mạng cung cấp truyền thông n-1, 1-n và n-n; kiểm
soát tắc nghẽn Hop-by-Hop và kiểm soát dòng; giao thức vận chuyển liên quan
đến chuyển giao đáng tin cậy cho cả dữ liệu nhỏ và lớn.
Trong đồ án này, sẽ triển khai IPv6 dựa trên kiến trúc mạng sensornet. Căn
cứ vào những phân tích trong đồ án này, em tin rằng một kiến trúc truyền thông
cho sensornet nên giữ “eo hẹp” tại lớp mạng. IPv6 cung cấp một kiến trúc: phân
lớp, đánh địa chỉ, định dạng Header, cấu hình, quản lý, chuyển tiếp, và định
tuyến cung cấp các cấu trúc cần thiết cho việc thiết kế và thực hiện ở tất cả các
layer dạng ngăn xếp. Trong đồ án này, em sẽ cho thấy làm thế nào để triển khai
IPv6 với kiến trúc mạng sensornet và sử dụng hiệu quả trong hiệu suất, năng
lượng, và độ tin cậy cao với kiến trúc này.
Đố án bao gồm các chương sau:
+ Chương I: Cho ta cái nhìn tổng quan về sensornet, cũng như những ưu,
nhược điểm của nó. Đồng thời, giới thiệu các mô hình OSI, TCP/IP; và khung
giao thức IPv4, IPv6. Từ đó cho ta biết lý do tại sao nên triển khai IPv6 dựa trên
kiến trúc sensornet.
+ Chương II: Mô tả các thành phần vật lý của mạng, đó là các thiết bị biên
và định tuyến, cũng như thiết bị định tuyến biên giới trong kết nối IP. Đồng thời,
cũng trình bày tổng quan về IPv6 dựa trên kiến trúc sensornet, mà vẫn duy trì
giao thức lớp và phân tách chức năng của kiến trúc Internet, nêu rõ lý do tại sao
cạnh tranh LAN kém phù hợp với các khó khăn và thách thức của sensornet.
Chương này, cũng mô tả đánh địa chỉ IPv6 và cấu trúc tiền tố, tận dụng không
gian lớn của địa chỉ IPv6 để giảm lưu lượng thông tin và yêu cầu bộ nhớ trong
việc gán địa chỉ.
+ Chương III: Phát triển lớp mạng IPv6 hoàn chỉnh cho sensornet bao gồm
cấu hình và quản lý, chuyển tiếp và định tuyến. Sử dụng kiến trúc này và các cơ
chế thực hiện, lớp mạng có thể cung cấp cách tiếp cận phân phát datagram với
“nỗ lực cao nhất” giữa một node sensornet và bất kỳ thiết bị IP khác.