Các mạng thông tin vô tuyến HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG I BÀI TẬP CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN Đề tài “CÁC MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY” Giảng viên Nguyễn Viết Đảm Sinh viên Phạm Quang Huy Mã sinh viên B18DCVT202 Nhóm 03 Hà Nội – 2022 Mục Lục Câu 1 Định nghĩa mạng ad hoc không dây 1 Câu 2 Trình bày các nguyên lý và các thách thức thiết kế mạng ad hoc không dây 2 Câu 1 Định nghĩa mạng ad hoc không dây Mạng ad hoc không dây là tập hợp các nút không dây tự lập cấu hình để tạo nê.
Trang 1KHOA VIỄN THÔNG I
BÀI TẬP
CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN
Đề tài:
“CÁC MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY”
Giảng viên : Nguyễn Viết Đảm Sinh viên : Phạm Quang Huy
Mã sinh viên
: B18DCVT202 Nhóm : 03
Hà Nội – 2022
Trang 2
- -Câu 2: Trình bày các nguyên lý và các thách thức thiết kế mạng ad hoc không dây 2
Trang 3Câu 1: Định nghĩa mạng ad hoc không dây
Mạng ad hoc không dây là tập hợp các nút không dây tự lập cấu hình để tạo nên
một mạng mà không cần sự hỗ trợ của bất cứ một hạ tầng được thiết lập trước
(hình 1) Không cần hạ tầng, các máy di động tự mình xử lý điều khiển cũng
như các nhiệm vu nối mạng cần thiết (thường thông qua các giải thuật điều
khiển phân bố)
Trang 4Hình 1: Mạng ad hoc
Các đường không liên tục biểu thị cho sự không kết nối được do SINR thấp Định tuyến các đường càng lớn thì mức SINR càng cao Mạng loại này được gọi là tùy biến
(ad-hoc) vì mỗi nút đều sẵn sàng chuyển tiếp dữ liệu cho các nút khác, và do đó việc
quyết định xem nút nào sẽ thực hiện việc chuyển tiếp dữ liệu được dựa trên tình trạng kết nối của mạng Điều này trái ngược với các công nghệ mạng cũ hơn, mà trong đó nhiệm vụ chuyển tiếp dữ liệu được thực hiện bởi một số nút chuyên biệt, thường là có
Trang 5phần cứng đặc biệt và được xếp thành các loại như thiết bị định tuyến, thiết bị chuyển mạch,.v.v Cấu hình tối thiểu và khả năng triển khai nhanh chóng làm cho mạng tùy biến không dây thích hợp cho các tình huống khẩn cấp như các thảm họa, xung đột quân sự, cấp cứu y tế, v.v
Từ khi ad hoc ra đời chúng được ưa chuộng và mong đợi chúng được gia nhạp và điểm danh vào hội các mô hình mạng truyền thống như mạng tế bào, thông tin vệ tinh hay mạng internet…, nhờ có sự ra đời của ad hoc mà các thiết bị cầm tay như điện thoại di động, laptop, PDA,… và các thiết bị cố định khác như các điểm truy cập internet không dây, các mạng cơ sở được kết nối và liên hệ với nhau tạo thành hệ thống mạng toàn cầu.
hoc không dây.
Đặc điểm căn bản nhất của một mạng ad hoc không dây là không có hạ tầng và
vì thế hầu hết các nguyên lý thiết kế cũng như các thách thức bắt nguồn từ đặc
Trang 6điểm này Ta có thể minh họa sự không có hạ tầng này bằng cách so sánh với
các mạng không dây phổ biến khác như: các mạng tổ ong và các mạng WLAN
Các hệ thống tổ ong chia vùng địa lý thành các ô và các đầu cuối di động trong
một ô kết nối thông tin với một trạm gốc đặt tại tâm ô được nối đến mạng hữu
tuyến đường truc Vì thế không có kết nối trực tiếp giữa các đầu cuối di động
Tất cả kết nối thông tin đều phải qua trạm gốc theo định tuyến một chặng Các
trạm gốc và mạng đường trục thực hiện các chức năng nối mạng bao gồm nhận
thực, định tuyến cuộc gọi và chuyển giao Hầu hết các mạng WLAN đều có kiến
trúc một chặng tập trung: các nút di động kết nối thông tin trực tiếp với điểm
truy nhập tập trung được nối đến mạng interrnet đừơng trục và điểm truy nhập
thực hiện tất cả các chức năng điều khiển và nối mạng cho tất cả các nút di
động Trái lại mạng ad hoc không dây có kết nối thông tin đồng cấp, các chức
năng điều khiển và nối mạng được phân bố trong tất cả các nút mạng và định
tuyến có thể sử dụng các nút mạng
Trang 7trung gian để chuyển tiếp Mạng ad hoc có thể tạo nên một cấu trúc hay một
phân cấp nút, hoặc cố định hoặc động Chẳng hạn đê cải thiện độ tin cậy, khả
năng định cỡ và dung lượng, rát nhiều mạng ad hoc không dây tạo nên một hạ
tầng đường trục từ một tập con các nút trong mạng Nếu một nút trong tập con
đường trục này rời mạng, mạng có thể lập lại được cấu hình đường trục Như
vậy, mạng ad hoc không dây có thể tạo lập kết cấu để cải thiện hiệu năng mạng
tuy nhiên kết cấu này không phải là yêu cầu thiết kế căn bản của mạng Việc
không có cấu trúc chuẩn cũng phổ biến trong các mạng hữu tuyến Tất nhiên hầu
hết các mạng vùng đô thị (MAN) và các mạng vùng rộng (WAN) bao gồm cả
interrnet có cấu trúc ad hoc Tuy nhiên tính chất quảng vá của các kênh vô tuyến
trong các mạng ad hoc không dây làm nên điểm khác biệt so với các mạng hữu
tuyến Đặc biệt, nếu đủ công suất phát, mọi nút đều có thể phát tín hiệu trực tiếp
đến một nút khác Nếu công suất cố định, thông thường SINR của liên kết giữa
hai nút thông tin sẽ giảm khi khoảng cách giữa các nút này giảm, ngoài ra SINR
Trang 8thay đổi ngẫu nhiên do điều kiện truyền sóng và nhiễu SINR của liên kết quyết
định hiệu năng thông tin của liên kết: tốc độ số liệu và xác suất mất gói hay
BER Thông thường các liên kết có SINR rất thấp không được sử dụng do hiệu
năng qua kém dẫn đến chỉ có kết nối một phần trong mạng như thấy trên hình 1
Tuy nhiên các nút có thể thích ứng với SINR băng cách sử dụng điều chế thích
ứng hay điều khiển công suất Các giá trị SINR của các liên kết khác nhau được
minh họa bằng các đường có độ rộng khác nhau trên hình 1 Như vậy về mặt lý
thuyết tất cả các nút đều có thể thông tin trực tiếp đến một nút khác bất kỳ Tuy
nhiên nếu khoảng cách giữa các nút mạng quá xa hoặc điều kiện truyền sóng
không tốt hoặc nhiễu mạnh Thì có thể chúng không thể kết nối trực tiếp với
nhau Két nối mạng cũng có thể thay đổi nêu các nút mạng nhập hoặc rời mạng
và có thể điều khiển được sự kết nối này bằng cách thích ứng công suất phát của
mạng hiện thời khi xuất hiện của một nút mới Tính linh hoạt trong kết nối liên
kết nhận được từ việc thay đổi các thông số liên kết như công suất và tốc độ số
liệu liên quan rất lớn đến qua trình định tuyến
Trang 9Các nút có thể gửi trực tiếp các gói đến nơi nhận cuối cùng thông qua định tuyến
một chặng chừng nào SINR còn lớn hơn một ngưỡng tối thiểu nào đó Tuy nhiên
thông thường đối với định tuyến một chặng SINR rất kém vì thế phương pháp
này có thể gây ra nhiễu quá lớn đến các nút xung quanh Trong hầu hết các
mạng không dây ad hoc các gói thường được gửi từ một nút mạng đến nơi nhận
cuối cùng thông qua định tuyến nhiều chặng bằng cách chuyển tiếp qua các nút
trung gian Vì tổn hao đường truyền tỷ lệ với khoảng cách theo hàm mũ, nên
việc sử dụng các chuyển tiếp trung gian có thể giảm đáng kể tổng công suất phát
(tổng công suất phát cần thiêt cho nút nguồn và các nút chuyển tiếp) để truyền
dẫn một gói từ đầu cuối đến đầu cuối Định tuyến đa chặng sử dụng các nút
trung gian là tính năng then chốt của một mạng không dây ad hoc: nó cho phép
thông tin giữa các nút nằm phân tán theo vùng địa lý và hỗ trợ khả năng định cỡ
cũng như điều khiển phân bố Tuy nhiên điều này sẽ dẫn đến việc hỗ trợ tốc độ
số liệu cao và trễ nhỏ khó khăn hơn nhiều so với các kênh không dây đơn chặng
Trang 10trong các hệ thống tổ ong và các mạng WLAN Đây là một trong số các khó
khăn khi cần hỗ trợ các yêu càu tốc độ số liệu cao và trễ nhỏ (như video) trên
mạng không dây ad hoc Các mạng không dây ad hoc với số lượng các nút lớn
cần phải có khả năng định cỡ Chìa khóa cho định cỡ là các giải thuật điều khiển
mạng phân bố: các giải thuật điều chỉnh hiệu năng tại chỗ theo điều kiện địa
phương Để loại bỏ việc sử dụng thông tin và các tài nguyên điều khiển tập
trung, các giao thức phải có thể định cỡ khi mạng phát triển, vì chúng chỉ dựa
trên thông tin địa phương Nghiên cứu khả định cỡ giao thức trong các mạng
không dây ad hoc chủ yếu tập trung lên tự tổ chức, định tuyến phân bố, quản lý
di động và an ninh Cần lưu ý rằng các giao thức phân bố thường tiêu thụ khá
nhiều năng lượng trong quá trình xử lý tại chỗ và trao đổi bản tin Vì thế cần cân
nhắc giữa khối lượng xử lý tại chỗ và phát thông tin đến vị trí trung tâm để xử
lý Vấn đề này đặc biệt rõ ràng trong các mạng cảm biến nơi mà các nút mạng
gần nhau có các số liệu tương quan và cũng cộng tác trong việc định truyền số
liệu qua mạng Hầu hết các nghiên cứu thực nghiệm
Trang 11về khả năng định cỡ đều tập trung lên các mạng khá nhỏ (ít hơn 100 nút), trong
khi đó rất nhiều các ứng dụng mạng ad hoc đặc biệt là các mạng cảm biến có
đến hàng trăm hoặc hàng nghìn nút và thậm chí nhiều hơn nữa Vì thế khả năng
của các giao thức mạng không dây định cỡ đến các mạng kích cỡ lớn vẫn còn
chưa rõ Hạn chế năng lượng là một thách thức lớn khác trong mạng không dây
ad hoc Các hạn chế này xuất phát từ việc các nút mạng được cấp nguồn từ pin
không thể nạp lại (chẳng hạn các mạng cảm biến) Các hạn chế năng lượng ảnh
hưởng lớn lên lớn lên các xem xét khi thiết kế Trước hết không còn khái niệm
tốc độ số liệu vì chỉ một số lượng bit hữu hạn là có thể được phát tại từng nút
mạng trước khi pin chết Cũng cần cân nhắc giữa độ dài bit và tiêu thụ năng
lượng sao cho bằng cách gửi đi các bit chậm hơn sẽ duy trì năng lượng phát lâu
hơn Khai thác chờ có thể tiêu tốn khá nhiều năng lượng, vì thế cần áp dụng chế
độ ngủ để bảo toán năng lượng, nhưng việc có các nút chuyển vào chế độ ngủ sẽ
phức tạp hóa điều khiển và định tuyến Thực chất theo một cách nào đó, hạn chế
Trang 12năng lượng ảnh hưởng lên tất cả các giao thức mạng và vì thế cần tối ưu hóa tiêu
thụ năng lượng cho tất cả các khía cạnh thiết kế mạng
