Mã hóa mạng không dây sử dụng giao thức ALOHA

- Mã hóa mạng không dây sử dụng giao thức ALOHA.
- Abstract: Tổng quan về mã hóa mạng và thiết kế mạng lưới không dây: giới thiệu về mã hóa mạng .
- Lợi ích của mã hóa mạng.
- Thảo luận kiến trúc và cách xây dựng mạng lưới không dây hiện tại.
- Giới thiệu giao thức đa truy cập: Giao thức đa truy cập không tranh chấp và Giao thức đa truy cập tranh chấp.
- Nguyên tắc hoạt động của giao thức ALOHA và ảnh hưởng của hiệu ứng lấn át.
- Trình bày thiết kế, thực hiện và đánh giá hiệu năng dựa trên mô hình COPE sử dụng giao thức ALOHA, một kiến trúc mới cho truyền tin không dây sử dụng mã hóa mạng ở mức gói để cải thiện thông lượng mạng vô tuyến.
- Kiến trúc COPE chèn thêm các mã đệm giữa lớp IP và lớp MAC, từ đó có thể truyền nhiều gói tin trong cùng một lần truyền.
- Tiếp theo trình bày giao thức ALOHA mã hóa.
- Tập trung vào một topo mạng hình sao, trong đó các nút bên ngoài trao đổi dữ liệu với nhau thông qua nút trung tâm.
- Một câu hỏi là có bao nhiêu thông lượng tăng lên bằng cách áp dụng mã hóa mạng tại nút trung tâm..
- Bằng cách phân tích topo mạng hình sao, có thể kiểm soát nút tắc nghẽn trong một mạng multihop không dây, nơi mà rất nhiều lưu lượng truy cập đi qua nút trung tâm, đã thực hiện tối ưu hóa xuyên lớp qua lớp vật lý và lớp MAC..
- Keywords: Mã hóa .
- Mạng không dây .
- Giao thức Aloha .
- Dù là gói tin hay tín hiệu mạng điện thoại, thông tin được truyền theo cách tương tự như ô tô trên đường cao tốc hay các luồng nước trong ống dẫn.
- Tuy nhiên mã hóa mạng lại phá vỡ giả định này.
- Mục đích của luận văn này xem lại khả năng ứng dụng mã hóa mạng trong các mạng multihop không dây.
- Đặc biệt, luận văn tập trung vào một topo hình sao kiểu như chuẩn 802.11, trong đó các nút bên ngoài trao đổi dữ liệu với nhau thông qua một nút trung tâm.
- Câu hỏi đặt ra là làm sao tăng hiệu năng bằng cách áp dụng mã hóa mạng tại nút trung tâm.
- xác định cho giao thức slot-ALOHA nhưng có mã hóa mạng, nơi mà nút trung tâm thực hiện một mã hóa mạng với phép toán XOR để mã hóa hai hướng lưu lượng truy cập của các nút bên ngoài..
- Mô hình kiến trúc COPE được đề xuất trong [4, 31], thực hiện phương pháp slot-ALOHA mã hóa mạng, bằng cách tận dụng lợi thế để truyền quảng bá trên đường truyền vô tuyến, cho phép nhiều nút gần nhau cùng thu được một gói tin được quảng bá từ một nút nào đó.
- Điều này thường bất lợi vì các nút gần nhau đôi khi không cần các gói tin thu được làm tiêu tốn băng thông vô ích.
- Mạng dựa trên mô hình COPE hoạt động dựa trên sự chia sẻ đường truyền vô tuyến, quảng bá gói tin xung quanh đường truyền của một nút nào đấy.
- Mỗi nút chỉ lưu trữ các gói tin không cần thiết trong một khoảng thời gian ngắn, và thông báo tới nút lân cận các gói tin nó đã nhận được bằng chú thích trong gói nó gửi đi.
- Khi một nút truyền gói tin, nó xem xét thông tin về các gói tin nút lân cận đã nhận được để thực hiện mã hóa cơ hội.
- nút thực hiện XOR nhiều gói tin và truyền gói tin kết quả, nếu một hop có đủ thông tin sẽ giải mã gói tin nhận được.
- Điều này mở rộng kiến trúc COPE với hai luồng truyền và XOR thực hiện với nhiều hơn một cặp gói tin..
- Thiết kế kiến trúc chuyển tiếp gói tin dựa trên mã hóa mạng ngoài việc thiết kế một thuật toán mã hóa và giải mã hiệu quả còn gặp phải một số thách thức nhất định.
- Đầu tiên, để mã hóa chính xác tập các gói tin, các nút phải học xem các nút lân cận đã nhận được những gói tin nào mà không tiêu tốn thêm đường truyền.
- Thứ hai, vì các gói tin mã hóa là sử dụng cho ít nhất là hai hop, nút này phải bảo đảm truyền tin cậy các thông tin tương ứng tới tất cả các hop.
- Nhận phản hồi của lớp liên kết các gói tin mất hay đã truyền thành công từ hop khác thường khó khăn, do đó ta phải thiết kế một kỹ thuật xác nhận và truyền lại hiệu quả hơn..
- Kỹ thuật mã hóa mạng dựa trên COPE đưa ra cách xử lý các vấn đề lý thuyết của mã hóa mạng khi có nhiều phiên unicast.
- Vấn đề cốt lõi của COPE là mã hóa mạng cục bộ, các router xử lý các gói tin cục bộ để cho chúng có thể giải mã được khi đương truyền các luồng unicast bị lệch.
- Mã hóa mạng có rất nhiều lợi ích thực tế và có thể cái thiện đáng kể thông lượng mạng vô tuyến..
- Khi đường truyền trong mạng vô tuyến bị tắc nghẽn và lưu lượng gồm nhiều luồng UDP, COPE sẽ tăng thông lượng mạng 3 - 4 lần..
- Nếu lưu lượng không có điều khiển luồng (như UDP), mô hình COPE có thể cải thiện thông lượng hơn nhiều so với lý thuyết mã hóa mạng bởi vì mã hóa mạng giúp hàng đợi trong router nhỏ hơn, giảm xác suất mà router phải loại bỏ gói tin đang truyền do tắc nghẽn..
- Với mạng lưới kết nối với Internet qua access point, sự cải thiện về thông lượng sử dụng mô hình COPE sẽ biến đổi phụ thuộc vào tỉ lệ giữa tổng lưu lượng đường xuống (download) và đường lên (upload) truyền qua điểm truy cập (access point-AP), và biến đổi từ 5%.
- Lúc này, TCP không gửi đủ dữ liệu, do đó không tạo ra cơ hội cho mã hóa mạng.
- Khi không có các thiết bị ẩn, thông lượng TCP sẽ tăng lên..
- Bố cục của luận văn.
- Chương này giới thiệu tổng quan về mã hóa mạng và thiết kế mạng lưới không dây.
- Mục 1.1 giới thiệu về mã hóa mạng.
- Mục 1.2 lợi ích của mã hóa mạng.
- Mục 1.3 thảo luận kiến trúc và cách xây dựng mạng lưới không dây hiện tại..
- Chương 2: Kỹ thuật đa truy cập.
- Chương 3: Mã hóa mạng không dây sử dụng giao thức ALOHA.
- Đầu tiên Chương này trình bày thiết kế, thực hiện và đánh giá hiệu năng dựa trên mô hình COPE sử dụng giao thức ALOHA, một kiến trúc mới cho truyền tin không dây sử dụng mã hóa mạng ở mức gói để cải thiện thông lượng mạng vô tuyến.
- Kiến trúc COPE chèn thêm các mã đệm giữa lớp IP và lớp MAC, từ đó có thể truyền nhiều gói tin trong cùng một lần truyền..
- Luận văn tập trung vào một topo mạng hình sao, trong đó các nút bên ngoài trao đổi dữ liệu với nhau thông qua nút trung tâm.
- Một câu hỏi là có bao nhiêu thông lượng tăng lên bằng cách áp dụng mã hóa mạng tại nút trung tâm.
- Bằng cách phân tích topo mạng hình sao, chúng ta có thể kiểm soát nút tắc nghẽn trong một mạng multihop không dây, nơi mà rất nhiều lưu lượng truy cập đi qua nút trung tâm.
- Trong phân tích của luận văn, chúng tôi thực hiện tối ưu hóa xuyên lớp qua lớp vật lý và lớp MAC..
- Yeung (2000), “Network information flow”, IEEE Trans.
- Lau (2005), “On achieving optimal throughput with network coding”, IEEE INFOCOM, pp.
- Cai (2005), “Linear network coding”, IEEE Trans.
- Crowcroft (2008), “XORs in the air: practical wireless network coding”, IEEE/ACM Trans.
- Xue (2008), “Network coding for two-way relaying: rate region, sum rate and opportunistic scheduling”, IEEE ICC, pp.
- Kim (2008), “Cross-layer optimization and network coding in CSMA/CA based wireless multihop networks”, revised and resubmitted to IEEE/ACM Trans.
- Ephremides (2007), “On joint MAC and network coding in wireless ad hoc networks”, IEEE Trans.
- Banerjee (2007), “An analysis of wireless network coding for unicast sessions: the case for coding-aware routing”, IEEE INFOCOM, pp.
- Gong (2008), “TCP performance in coded wireless mesh networks”, IEEE SECON, pp.
- Gitman (1975), “On the capacity of slotted ALOHA networks and some design problems”, IEEE Trans.
- Medard (2007), “Network coding in wireless networks with random access”, IEEE Trans.
- Katz (1997), “A comparison of mechanisms for improving TCP performance over wireless links”, IEEE/ACM Transactions on Networking .
- Morris (2005), “Opportunistic routing in multi-hop wireless networks”, in ACM SIGCOMM, Philadelphia, PA, USA..
- Mitzenmacher (2002), “A digital fountain approach to asynchronous reliable multicast”, IEEE Journal on Selected Areas of Communications .
- Katabi (2007), “Trading structure for randomness in wireless opportunistic routing”, In ACM SIGCOMM, Kyoto, Japan..
- Vaidya (2006), “On designing MAC protocols for wireless networks using directional antennas”, IEEE Transactions on Mobile Communications .
- Committee (1997), “Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications”, IEEE Std.
- Leong (2006), “A random linear network coding approach to multicast”, IEEE Transactions on Information Theory .
- Vaidya (2002), “A power control MAC protocol for ad hoc networks”, In 8th Annual International Conference on Mobile computing and Networking, pages 36–.
- Haas (2004), “Analysis of multipath routing, part 2: Mitigation of the effects of frequently changing network topologies”, IEEE Transactions on Wireless Communications .
- Kim (2009), “Network coded ALOHA for wireless multihop networks”, in Proc