Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây.

- Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy, cô giáo Viện Công Nghệ Thông tin & Truyền thông đã tận tình chỉ bảo em trong suốt thời gian học tập tại nhà trường.
- HỌC VIÊN Nguyễn Hoài Linh Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây luận văn Thạc sĩ “Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây” là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
- tháng ….năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Hoài Linh Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếngviệt NC Network Coding Mã mạng CS Compressed Sensing Lấy mẫu nén ADC Analog to digital converter Bộ chuyển đổi tương tự - số RLNC RandomLinear Network Coding Mã mạng tuyến tính ngẫu nhiên DSP Digital signal processing Xử lý tín hiệu số TS TimeSlot Khe thời gian GUI Graphical User Interface Giao diện người dùng RIP Restricted isometry property Thuộc tính cùng kích thước được thu hẹp WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN.
- ix CHƢƠNG I: MÃ MẠNG.
- 1 1.2 Mã mạng là gì.
- 2 1.3 Các lợi ích của mã mạng.
- 7 1.4 Mã mạng gặp phải những thách thức gì.
- 8 1.5 Kết quả lý thuyết chính của kỹ thuật mã mạng cho mạng phát đa điểm.
- 8 1.5.2 Định lý chính của mã mạng.
- 9 1.6 Kỹ thuật mã mạng tuyến tính.
- 10 1.7 Kỹ thuật mã mạng tuyến tính ngẫu nhiên.
- 16 2.2 Mối liên hệ giữa mã mạng tuyến tính ngẫu nhiên và lấy mẫu nén.
- 17 Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh v 2.3.2 Quá trình mã hóa.
- 41 3.5.4 Thiết lập các kiểu gói tin mới.
- 43 Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh vi 4.1.1 Cài đặt và sử dụng phần mềm.
- 45 4.2.1 Cấu trúc gói tin.
- 58 Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh vii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Kết nối mã mạng với những lĩnh vực khác [5.
- 1 Hình 1.2: Mạng cánh bướm [30.
- 2 Hình 1.3: Mạng cánh bướm với 2 nguồn và 2 đích [30.
- 4 Hình 1.4:Mạng cánh bướm không dây [30.
- 4 Hình1.5: Mạng cánh bướm không dây sửa đổi [30.
- 4 Hình 1.6: Nút A và C chuyển tiếp thông tin thông qua relay B.
- (a) Không sử dụng mã mạng, (b) sử dụng mã mạng.
- Phương pháp mã mạng sử dụng một đường phát đa điểm [5.
- 5 Hình 1.7: Trộn thông tin để tạo ra cách bảo vệ tự nhiên chống lại nghe trộm [5.
- 6 Hình 1.8:Một kết nối phát đơn đường có khả năng thông qua của các cạnh bằng 1 [5.
- 9 Hình 1.9: Ví dụ về mã mạng tuyến tính ngẫu nhiên phân bố [20.
- 11 Hình 2.1: Cấu trúc của mạng cảm biến không dây.
- 14 Hình 2.2: Định dạng gói tin [8.
- 18 Hình 2.3:Ví dụ hợp nhất 2 gói [8.
- 19 Hình 2.4:(a) Định dạng gói nút cảm biến 3;(b) Định dạng gói nút cảm biến 4.
- 20 Hình 2.5:Sát nhập hai gói tin của hai nút cảm biến 3 và 4.
- 21 Hình 2.6:Minh họa khôi phục mã.
- 25 Hình 2.7: Minh họa giới hạn mã Hamming.
- 27 Hình 2.8: Hinh họa mã Hilbert.
- 28 Hình 2.9: Minh họa mã Singleton.
- 29 Hình 2.10: Giới hạn tốc độ mã hóa cho một mã trong đồ thị Grassmann.
- 29 Hình 3.1: Cấu trúc XML để tải và lưu các tham số mô phỏng trong NECO [32.
- 35 Hình 3.2: Các lớp đơn giản để kiểm tra giao thức mã mạng [32.
- 37 Hình 3.3: Các mô đun chính của NECO [28.
- 38 Hình 3.4: Thiết lập một giao thức mạng mới [32.
- 40 Hình 3.5: Thiết lập một giao thức định tuyến mới [32.
- 40 Hình 3.6: Thiết lập một kiểu liên kết mới [32.
- 41 Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh viii Hình 3.7: Thiết lập một kiểu gói tin mới [32.
- 41 Hình 4.1: Sơ đồ UML cho modulecore.
- 43 Hình 4.2: Sơ đồ UML cho module gui.
- 44 Hình 4.3: Giao diện phần mềm NECO.
- 44 Hình 4.4: Sơ đồ mạng.
- 46 Hình 4.5: Tùy chọn duờng truyền trong mô phỏng.
- 46 Hình 4.6: Tùy chọn Protocol.
- 47 Hình 4.7: Tùy chọn TrafficGenerator.
- 47 Hình 4.8: Xác suất mất mát đường truyền 0.2.
- 51 Hình 4.9: Xác suất mất mát đường truyền 0.9.
- 52 Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh ix TÓM TẮT Các mạng truyền thông được thiết kế để chuyển thông tin từ một hay nhiều nút mạng nguồn đến một hay nhiều nút mạng đích.
- Kỹ thuật mã mạng là một kỹ thuật truyền tin mới cho phép các nút mạng trung gian mã hóa thông tin nó nhận được trước khi gửi đi.
- Mã mạng có nhiều ưu điểm nổi bật như cho phép tăng hiệu suất sửdụng băng thông, tăng độ bảo mật, giảm thời gian trễ và ảnh hưởng của lỗi trên đường truyền, v...v.
- Một trong những kỹ thuật mã mạng được nhiều người quan tâm là kỹ thuật mã mạng tuyến tính ngẫu nhiên, được đề xuất bởi Ho và đồng nghiệp năm 2006.
- Hiện nay, kỹ thuật lấy mẫu nén đang được rất nhiều người quan tâm do có những ưu điểm nổi bật như: giảm dung lượng bộ nhớ, tăng tốc độ lấy mẫu của các bộ ADC, giảm tiêu hao năng lượng trong các bộ cảm biến, v...v.
- Trong kỹ thuật lấy mẫu nén, hệ thống thu thập tín hiệu được thiết kế tuyến tính ngẫu nhiên, phần nào tương tự như kỹ thuật mã mạng.
- Vì thế, việc áp dụng kỹ thuật lấy mẫu nén trong kỹ thuật mã mạng tuyến tính ngẫu nhiên được quan tâm trong luận văn này.
- Luận văn tập trung đi sâu vào tìm hiểu kỹ thuật mã mạng, kỹ thuật mã mạng tuyến tính ngẫu nhiên, kỹ thuật lấy mẫu nén và kỹ thuật lấy mẫu nén có cấu trúc nhằm đào sâu áp dụng của kỹ thuật lấy mẫu nén và lấy mẫu nén có cấu trúc cho kỹ thuật mã mạng, với mục tiêu áp dụng kỹ thuật mã mạng có cấu trúc nhằm giảm thiểu độ phức tạp tính toán tại các nút mạng.
- Sau đó, luận văn trình bày phần mềm mô phỏng NECO là một phần mềm mô phỏng mới, hiệu năng cao để đánh giá kỹ thuật mã mạng dựa trên các giao thức.
- Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh x Cấu trúc của luận văn: Luận văn được phân bố cụ thể như sau.
- Chương 1 giới thiệu về kỹ thuật mã mạng, các tính năng của nó so với kỹ thuật định tuyến thông thường và cuối cùng là giới thiệu kỹ thuật mã mạng tuyến tính ngẫu nhiên, làm nền tảng cho việc nghiên cứu áp dụng nó trong mạng cảm biến không dây.
- Chương 2 trình bày áp dụng của kỹ thuật lấy mẫu nén trong mạng cảm biến không dây dựa trên kỹ thuật mã mạng tuyến tính ngẫu nhiên và mã sửa lỗi mạng để truyền hiệu quả trong mạng.
- Chương 3 giới thiệu về phần mềm mô phỏng NECO, được thiết kế đặc biệt cho mục tiêu nghiên cứu kỹ thuật mã mạng.
- Cuối cùng, chương 4 mô phỏng cho việc mã hóa không gian con, truyền tin ứng kỹ thuật mã mạng tuyến tính ngẫu nhiên và đưa ra một số kết luận của luận văn.
- Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh 1 CHƢƠNG I: MÃ MẠNG 1.1 Giới thiệu Trong những năm gần đây, sự ra đời của mã mạng đã mở ra một hướng nghiên cứu mới đầy triển vọng, được xem là có khả năng cách mạng hóa phương thức điều hành, quản lý và hiểu về cơ cấu của mạng truyền thông.
- Mô hình truyền dữ liệu mới này xuất hiện tại thời điểm chuyển giao thiên niên kỷ, và ngay lập tức thu hút sự quan tâm rất lớn trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử và cộng đồng nghiên cứu khoa học máy tính.
- Mã mạng sử dụng sức mạnh tính toán giá rẻ để làm tăng đáng kể thông lượng mạng.
- Sự quan tâm trong lĩnh vực này vẫn tiếp tục tăng lên khi chúng ta thấy các ứng dụng mới sử dụng những ý tưởng này trong cả lý thuyết và thực tế của các mạng, và khám phá các kết nối mới với nhiều lĩnh vực (xem Hình 1.1).
- Hình 1.1: Kết nối mã mạng với những lĩnh vực khác [5].
- Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh 2 1.2 Mã mạng là gì? Trong bài báo “Network information flow” [1], Ahlswede, Cai, Li, và Yeung đề xuất mã mạng bằng cách mã hóa, tức là ánh xạ tùy ý từ đầu vào của một nút trung gian của mạng đến đầu ra.
- Đây được coi là định nghĩa chung nhất của mã mạng.
- Một định nghĩa khác về mã mạng là mã hóa tại một nút trong một mạng với các liên kết không có lỗi.
- Định nghĩa phân biệt chức năng của mã mạng với mã hóa kênh cho các liên kết ồn (noisy).
- Định nghĩa thứ ba của mã mạng, là mã hóa trong một mạng gói, tức là dữ liệu được chia thành các gói và mã mạng được áp dụng cho các nội dung của gói tin, hoặc tổng quát hơn mã hóa ở trên lớp vật lý.
- Điều này không giống như lý thuyết thông tin mạng, thường liên quan tới mã hóa ở lớp vật lý.
- 1.3 Các lợi ích của mã mạng Lợi ích được biết đến nhiều nhất của mã mạng là tăng thông lượng.
- Ví dụ nổi tiếng nhất của lợi ích này được đưa ra bởi Ahlswede và đồng nghiệp trong [1], thường được gọi là mạng cánh bướm (hình 1.2) trong đó một nguồn duy nhất phát đa điểm đến hai đích.
- Bằng việc mã hóa tại các nút mạng trung gian, kỹ thuật mã mạng tác động lớn đến thế hệ mới của mạng truyền thông bởi nhiều lợi ích tiềm năng của nó.
- Kỹ thuật mã mạng còn đem đến một số lợi ích khác như tiết kiệm tài nguyên mạng không dây, tăng độ bảo mật.
- Sau đây, tôi sẽ giải thích rõ hơn các lợi ích của kỹ thuật mã mạng.
- 1.3.1 Tăng thông lượng Hình 1.2: Mạng cánh bướm [30].
- Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh 3 Hình 1.2 trên đây mô tả một mạng truyền thông được biểu diễn bằng một đồ thị có hướng mà các đỉnh tương ứng với các thiết bị đầu cuối và các cạnh tương ứng với các kênh truyền.
- Theo ý tưởng đầu tiên của Ahlswede và đồng nghiệp, mã mạng cho phép các nút trung gian trong mạng có thể xử lý các luồng thông tin đầu vào của chúng thay vì chỉ chuyển tiếp chúng.
- Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh 4 Như vậy, mạng có kết hợp kỹ thuật mã mạng cho phép tăng thông lượng.
- Hình 1.3: Mạng cánh bướm với 2 nguồn và 2 đích [30].
- Mã mạng cũng có thể được mở rộng với các mạng không dây.
- Hình 1.4 bản sao không dây của mạng cánh bướm và hình 1.5 là mạng cánh bướm sửa đổi.
- Hình 1.4:Mạng cánh bướm không dây [30] Hình1.5: Mạng cánh bướm không dây sửa đổi [30].
- Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh 5 Trong hình 1.4, mỗi cạnh biểu diễn một liên kết trực tiếp có khả năng truyền một gói dữ liệu tới một hoặc nhiều nút.
- Trong hình 1.5, mỗi cạnh biểu diễn một liên kết trực tiếp có khả năng truyền một gói dữ liệu tới một hoặc nhiều nút.
- Như vậy mã mạng làm tăng thông lượng khi gói được truyền đi chỉ từ một nút duy nhất tới một nút duy nhất khác (mạng hữu tuyến) và khi chúng được truyền từ một nút duy nhất đến một hoặc nhiều nút khác (mạng không dây).
- 1.3.2 Tiết kiệm tài nguyên mạng không dây Trong một môi trường không dây, mã mạng có thể được sử dụng để tạo ra những lợi ích về tuổi thọ pin, băng thông không dây và trễ truyền.
- Hình 1.6 bên trái mô tả phương pháp truyền thống: các nút A và C gửi các tập tin của chúng tới B, sau đó B sẽ lần lượt chuyển tiếp mỗi tập tin đến các đích tương ứng.
- (a) (b) Hình 1.6: Nút A và C chuyển tiếp thông tin thông qua relay B.
- Phương pháp mã mạng sử dụng một đường phát đa điểm [5].
- Đề tài: Lý thuyết mã mạng cho mạng không dây Học viên: Nguyễn Hoài Linh 6 Phương pháp mã mạng tận dụng lợi ích tự nhiên của các kênh phát sóng không dây là phát đa điểm để tạo ra các lợi ích về sử dụng nguồn tài nguyên, như minh họa trên hình 1.6.
- Hình 1.7: Trộn thông tin để tạo ra cách bảo vệ tự nhiên chống lại nghe trộm [5]

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt