- Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC) 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và có sự hƣớng dẫn của Ts. - Phạm Văn Bình, đƣợc xuất phát từ yêu cầu phát sinh trong công việc để hình thành hƣớng nghiên cứu. - Hà Nội, tháng 10 năm 2013 Tác giả luận văn Trần Thị Nhài Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC) 2 LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ truyền tin trên đƣờng dây điện lực (Power Line Communication – PLC) đã đƣợc thực hiện từ khá lâu ở một số nƣớc trên thế giới. - Đề tài của em là “nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC. - Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC) 3 TÓM TẮT Hiện nay lĩnh vực truyền thông đang rất phát triển, ngoài các phƣơng tiện truyền dẫn nhƣ cáp quang, cáp đồng trục, wireless thì việc sử dụng dây tải điện cũng là một phƣơng tiện truyền dẫn không kém phần hiệu quả. - Công nghệ truyền thông PLC (Power Line Communication) là công nghệ sử dụng mạng lƣới đƣờng dây cung cấp điện năng cho mục đích truyền tải thông tin nhằm tiết kiệm chi phí đầu tƣ. - Nhiệm vụ của em là nghiên cứu giao thức lớp MAC trong mạng truyền thông PLC với ứng dụng là đo lƣờng, giám sát và điều khiển các thiết bị điện trong công nghiệp. - Qua quá trình nghiên cứu rất nhiều mô hình mạng, em đã xây dựng đƣợc một giao thức phù hợp với ứng dụng trên. - Dựa trên kết quả mô phỏng một mạng PLC đơn giản với giao thức đã xây dựng, Em đề nghị một cấu hình phù hợp mang tính ổn định cao dựa trên các thông số về lớp vật lý, và yêu cầu từ lớp ứng dụng. - Nghiên cứu này nếu đƣợc áp dụng sẽ cho phép việc quản lý các thiết bị, đƣờng truyền. - Nó có vai trò kết nối lớp ứng dụng (đo lƣờng điện tử) và lớp vật lý (PLC), 2 module khác của dự án đo lƣờng và điều khiển sử dụng đƣờng dây điện hạ áp. - Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC) 4 SUMMARY Nowadays, with the rapid development of the field of information transmission, scientists are researching Power Line Communication (PLC) to make use of the greatest existing network: the power line grid. - Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC) 5 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU. - Mô tả chung về mạng truy nhập PLC. - 22 1.2.4.Một số hạn chế trong việc truyền thông tin trên đƣờng dây điện lực. - 27 2.2.Các giao thức cơ sở lớp MAC. - 28 2.2.1.Giao thức cạnh tranh. - 31 2.2.1.1.Giao thức Aloha. - 33 2.2.1.3.Họ giao thức CSMA. - 36 2.2.1.4.Giao thức ISMA. - 43 2.2.2.Giao thức phán xử. - 44 2.2.2.1.Giao thức Token-passing. - 44 Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC Giao thức Polling. - 46 2.2.2.3.Giao thức lai ghép. - 47 2.2.2.4.Giao thức Reservation. - 48 2.2.3.Bảng so sánh các giao thức. - 87 3.5.1.Truy nhập kênh sử dụng thuật toán CSMA-CA. - 94 Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC) 7 4.1.Bài toán mô phỏng. - 151 Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC) 8 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1. - Truyền thông tin qua đƣờng dây điện. - Cấu trúc một mạng truy nhập PLC. - Gateway trong mạng truy nhập PLC. - Các nhân tố tác động lên lớp MAC và các giao thức của nó. - Phân lớp trong giao thức MAC với cơ chế truy nhập động. - Lƣợc đồ thời gian của giao thức ALOHA. - Hiệu năng của mạng khi sử dụng giao thức ALOHA. - Lƣợc đồ thời gian của giao thức Slotted ALOHA. - 33 Hình 2.8: Nguyên lý của cơ chế Dynamic backoff. - 34 Hình 2.9: Ví dụ thuật toán chia tách. - 36 Hình 2.10: Biểu đồ luồng của giao thức Nonpersistent CSMA. - 37 Hình 2.11: Biểu đồ luồng của giao thức p-Persistent CSMA. - 38 Hình 2.12: Biểu đồ luồng của giao thức 1-Persistent CSMA. - 39 Hình 2.13: Biểu đồ thời gian của giao thức CSMA. - 40 Hình 2.14: Hiệu năng của mạng với các giao thức CSMA khác nhau. - 41 Hình 2.15: Hiện tƣợng ẩn thiết bị trong mạng PLC. - 42 Hình 2.16: Biểu đồ luồng của giao thức Token-passing. - 44 Hình 2.17: Nguyên lý hoạt động của giao thức Token-ring. - 45 Hình 2.18: Biểu đồ luồng của giao thức Polling. - 46 Hình 3.1 : Định dạng khung MAC chung. - 54 Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC) 9 Hình 3.2: Định dạng trƣờng Frame Control. - 56 Hình 3.3: Thực hiện FCS. - 59 Hình 3.4: Định dạng khung Beacon. - 59 Hình 3.5: Định dạng trƣờng thông tin GTS. - 60 Hình 3.6: Định dạng trƣờng thông tin Pending address. - 60 Hình 3.7: Định dạng trƣờng Superframe Specification. - 61 Hình 3.8: Định dạng trƣờng GTS Specification. - 62 Hình 3.9 : Định dạng trƣờng GTS Descriptor. - 62 Hình 3.10: Định dạng trƣờng Pending Address Specification. - 62 Hình 3.11: Định dạng khung Data. - 63 Hình 3.12: Định dạng khung Acknowledgment. - 64 Hình 3.13: Định dạng khung MAC Command. - 65 Hình 3.14: Định dạng lệnh yêu cầu beacon. - 67 Hình 3.15: Khung lệnh Tone Map Response. - 67 Hình 3.16: Định dạng lệnh yêu cầu kết nối. - 70 Hình 3.17: Định dạng trƣờng Capability Information. - 71 Hình 3.18: Định dạng khung lệnh Associaion Response. - 72 Hình 3.19: Định dạng khung Disassociation Notificaion Command. - 73 Hình 3.20: Định dạng khung lệnh yêu cầu data. - 74 Hình 3.21: Chuỗi bản tin bắt đầu 1 PAN của một Coordinator. - 75 Hình 3.22: Chuỗi bản tin Active Scan. - 77 Hình 3.23: Chuỗi bản tin xin gia nhập mạng PAN. - 79 Hình 3.24: Chuỗi bản tin truyền Data. - 81 Hình 3.25: Chuỗi bản tin đánh giá chất lƣợng kênh truyền. - 83 Hình 3.26: Tiến trình thiết bị rời khỏi PAN (do Coordinator. - 86 Hình 3.28: Tiến trình thiết bị rời khỏi PAN (do thiết bị. - 86 Hình 3.29: Thuật toán CSMA-CA. - 88 Hình 4.1: Lƣu đồ thuật toán tiến trình khởi tạo PAN. - 96 Hình 4.2: Lƣu đồ thuật toán tiến trình Active Scan. - 98 Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC) 10 Hình 4.3: Lƣu đồ thuật toán của tiến trình nút khi nhận đƣợc Beacon Request. - 99 Hình 4.4: Lƣu đồ thuật toán khởi động thiết bị. - 100 Hình 4.5: Lƣu đồ thuật toán tiến trình bên thiết bị muốn gia nhập mạng. - 102 Hình 4.6: Lƣu đồ thuật toán tiến trình gia nhập mạng Coordinator. - 104 Hình 4.7: Lƣu đồ thuật toán triến trình ra khỏi mạng. - 106 Hình 4.8: Mô phỏng kịch bản 1 trên NS NAM. - 108 Hình 4.9: Đồ thị mất gói và trễ Backoff. - 110 Hình 4.10: Đồ thị thông lƣợng của mạng. - 112 Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC) 11 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. - 17 Bảng 2.1: Bảng so sánh các giao thức cạnh tranh. - 49 Bảng 2.2: Bảng so sánh các giao thức phán xử. - Luận văn tập trung chính vào nghiên cứu các đặc điểm của lớp MAC và các giao thức quản lý đa truy nhập trong mạng rồi tham khảo cách thức xây dựng một lớp MAC của dự án Linhky. - Đó là cấu trúc của mạng, các phần tử của mạng, topo mạng và một số hạn chế trong việc thông tin trên đƣờng dây điện lực. - Từ việc tìm hiểu nhiệm vụ, đặc điểm và yêu cầu đối với lớp MAC, ta thấy đƣợc cần phải nghiên cứu các giao thức cơ sở lớp MAC. - Trọng tâm của chƣơng đề cập đến các giao thức cơ sở này. - Và để có một cái nhìn trực quan hơn, em đã so sánh các giao thức này, từ đó dễ dàng lựa chọn đƣợc giao thức phù hợp với ứng dụng riêng của từng hệ thống. - Ở đây em sẽ trình bày một cách tổng hợp các kết quả thu đƣợc của dự án, tập trung vào cấu trúc khung, giao thức đa truy nhập và quản lý trong lớp MAC. - Chƣơng 4: Chƣơng này em sử dụng NS2 để mô phỏng một mạng PLC đơn giản với giao thức lớp MAC đƣợc tham khảo ở chƣơng 3. - Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC) 15 CHƢƠNG 1. - Nghiên cứu ban đầu tập trung nhằm cung cấp các dịch vụ liên quan đến phân phối điện nhƣ quản lý tải, giá trị máy đo, quản lý thuế. - Điều này khiến cho việc thiết kế hệ thống truyền Nghiên cứu lớp điều khiển truy nhập (MAC) cho mạng thông tin trên đƣờng dây hạ thế (Power Line Communication – PLC) 16 thông trở nên phức tạp nhƣng cũng là mục tiêu của nhiều nhà nghiên cứu trong những năm qua. - Truyền thông tin qua đƣờng dây điện Hình 1.1 cho thấy để có thể truyền thông tin qua đƣờng dây điện cần phải có các thiết bị đầu cuối là PLC modem, các modem này có chức năng biến đổi tín hiệu từ các thiết bị viễn thông nhƣ máy tính, điện thoại sang một định dạng phù hợp để truyền qua dây dẫn điện
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt