Định tuyến trong mạng vô tuyến AD Hoc

Song song với sự phát triển của mạng không dây, mạng WLAN được chia ra thành hai mô hình chính đó là mô hình mạng không dây có cơ sở hạ tầng và mô hình mạng không dây không có cơ sở mô h

NGUYỄN VĂN MINH

ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN AD HOC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGUYỄN VĂN MINH

ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN AD HOC

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60 48 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Tân Ân

HÀ NỘI, 2013

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy giáo hướng dẫn, PGS.TS Nguyễn Tân Ân, người đã tận tình dẫn dắt và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin trường Đại học sư phạm Hà Nội 2, đã trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cám ơn các anh chị lớp cao học Khoa học máy tính K15, các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp đã luôn bên cạnh, động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài

Xin chân thành cám ơn!

Học viên

Nguyễn Văn Minh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép ở bất kỳ công trình khoa học nào trước đây Các kết quả nêu trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng và được trích dẫn đầy đủ Nếu có gì gian dối, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Học viên

Nguyễn Văn Minh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

BẢNG KÝ HIỆU CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU 5

MỞ ĐẦU 6

NỘI DUNG 8

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÔ TUYẾN 8

1.1 Giới thiệu chung 8

1.2 Phân loại mạng không dây 9

1.3 Mạng cá nhân WPAN [5]-[7]-[8]-[12] 10

1.4 Mạng cục bộ WLAN (Wireless Local Area Network) [5]-[7]-[8]-[12] 11

1.5 Mạng đô thị không dây WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) [7]- 24

1.6 Tóm tắt 26

Chương 2 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN AD HOC 27

2.1 Giới thiệu về định tuyến trong mạng Ad hoc [9]-[10]-[11]-[12] 27

2.2 Các yêu cầu đối với thuật toán định tuyến cho mạng Ad hoc không dây 29 2.3 Phân loại các thuật toán định tuyến cho mạng Ad Hoc [11]-[12] 33

2.4 Định tuyến theo vecter khoảng cách tuần tự đích (DSDV - Destination Sequenced Distance Vector) [4]-[5]-[10]-[11]-[12] 34

2.5 Giao thức DSR (định tuyến nguồn động) [5]-[10]-[11] 44

2.6 Giao thức TORA (thuật toán định tuyến thứ tự tạ M thời) 55

2.7 Giao thức AODV (giao thức Vector khoảng cách theo yêu cầu) [5]-[11] 60 2.8 Tóm tắt 69

Chương 3 THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 70

3.1 Bộ mô phỏng mạng NS2 [2]-[15]-[20] 70

3.2 Mô phỏng & đánh giá các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc theo chuẩn IEEE 802.11 [18]-[20]-[21] 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

BẢNG KÝ HIỆU CÁC TỪ VIẾT TẮT

ATIM Ad-hoc Traffic Indication Map

BSSID Basic Service Set Identifier

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision AvoidanceCSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect

COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing

DCF Distributed Coordination Function

DSDV Destination Sequenced Distance Vector

DTIM Delivery Traffic Indication Map

EIRP Effective Isotropic Radiated Power

GFSK Gaussian shaped FSK Frequency Shift Keying

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IARP Intrazone Routing Protocol

ISM Industry Scientific Medical

ISM Industrial, Scientific and Medical band

IERP Interzone Routing Protocol

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

Hình 1.1 Tổng quan về các chuẩn mạng không dây 11

Hình 1.2 Mô hình mạng Ad hoc gồm 7 nút 22

Hình 1.3 Mạng Ad hoc điển hình 22

Hình 2.1 Phân chia vùng trong mạng Ad Hoc 34

Hình 2.2 Phân loại các giao thức định tuyến mạng Ad hoc 36

Hình 2.3 Sự chuyển động của mạng Ad-hoc40 Bảng 2.1 Cấu trúc bảng định tuyến truyền đi của MH4 41

Bảng 2.2 Bảng định tuyến quảng bá của MH4 42

Bảng 2.3 Bảng định tuyến truyền đi của MH4 đã cập nhật 42

Bảng 2.4 Bảng định tuyến quảng cáo của MH4 (đã cập nhật) 43

Hình 2.4 Các tuyến thay đổi thất thường 45

Hình 2.5: Phát hiện tuyến: nút A là nút khởi đầu và nút E là nút đích 49

Hình 2.6 Những giới hạn trong việc lưu thông tin định tuyến overhead: nút mạng C từ gửi các gói tới E và các gói overhear từ X 52

Hình 2.7 Ví dụ về hồi âm RR sử dụng các tuyến đã lưu 53

Hình 2.8 Nút mạng C thông báo tuyến nguồn tới D có thể là ngắn nhất, khi nó tình cờ nghe được một gói từ A đầu tiên định tới B 54

Hình 2.9 Các nút mạng kết nối thông qua các sóng ngắn 56

Hình 2.10 Mô tả khái niệm thiết lập hướng của DAG 58

Hình 2.11 Hoạt động của TORA 62

Hình 2.12 Sự hình thành tuyến ngược và tiếp theo 68

Hình 3.1 Đơn giản hoá cách nhìn của người sử dụng 73

Hình 3.2 Tính đối ngẫu của C++ và Otcl 74

Hình 3.3 Kiến trúc chung của NS 74

Hình 3.4 Một mô hình kịch bản mô phỏng 82

Hình 3.5 Tỷ lệ chuyển tiếp gói tin của các giao thức 84

Hình 3.6 Khả năng truyền gói tin của các giao thức 85

Hình 3.7 Tối ưu về đường đi 86

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ thông tin đang ngày càng được ứng dụng ở hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống xã hội như kinh tế, giáo dục, xây dựng, y học, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào giải quyết các công việc thì Internet ngày càng khẳng định được vị trí quan trọng của mình trong cuộc sống xã hội thời hiện đại Khi cuộc sống con người ngày càng phát triển thì nhu cầu trao đổi thông tin của con người ngày càng cao Con người muốn mình có thể được kết nối với thế giới vào bất cứ lúc nào, từ bất cứ nơi đâu mà không cần phải có đường nối Đó chính là lý do mà mạng không dây ra đời Ngày nay, chúng ta có thể thấy được sự hiện diện của mạng không dây ở nhiều nơi như trong các tòa nhà, các công ty, bệnh viện, trường học hay thậm trí là các quán cà phê Cùng với sự phát triển của mạng có dây truyền thống, mạng không dây cũng đang có những bước phát triển nhanh chóng nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin và truyền thông của con người một cách tốt nhất Khi mà mạng không dây đang ngày càng được quan tâm, đầu tư nghiên cứu và phát triển thì ngày càng nhiều mô hình, kiến trúc mạng được đề xuất bởi các nhà khoa học, các hội nghị Song song với sự phát triển của mạng không dây, mạng WLAN được chia ra thành hai mô hình chính đó là mô hình mạng không dây có cơ sở hạ tầng và mô hình mạng không dây không có cơ sở

mô hình mạng không ổn định như mạng có dây truyền thống do các nút mạng hay

di chuyển, năng lượng cung cấp cho các nút mạng thường chủ yếu là pin Do đó, cùng với vấn đề bảo mật của mạng không dây thì vấn đề định tuyến trong mạng vô tuyến Ad Hoc cũng là vấn đề vô cùng quan trọng Nó quyết định rất lớn đến hiệu

năng hoạt động của toàn hệ thống mạng Do đó trong khuôn khổ của một luận văn

thạc sĩ, tôi chọn đề tài Định tuyến trong mạng vô tuyến Ad Hoc nhằm tìm hiểu về

mạng không dây nói chung và mạng Ad Hoc, trên cơ sở đó nghiên cứu sâu về các giao thức định tuyến của mạng này

2 Mục đích nghiên cứu:

- Tìm hiểu về lịch sử phát triển của mạng Ad hoc cũng như những công nghệ hiện đang được sử dụng trong mạng vô tuyến ad hoc

- Nghiên cứu chi tiết về các giao thức định tuyến mạng vô tuyến Ad Hoc

- Nghiên cứu, xây dựng chương trình mô phỏng đánh giá các giao thức trong mạng vô tuyến ad hoc

3 Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Hiểu về về lịch sử phát triển của mạng Ad hoc cũng như những công nghệ hiện đang được sử dụng trong mạng vô tuyến ad hoc

- Trình bày chi tiết về các giao thức định tuyến mạng vô tuyến Ad Hoc

- Xây dựng được chương trình mô phỏng đánh giá mạng vô tuyến ad hoc

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Các giao thức định tuyến trong mạng vô

tuyến ad hoc

5 Giả thuyết khoa học (hoặc: Dự kiến đóng góp mới, nếu đề tài không thuộc

chuyên ngành Giáo dục học)

6 Phương pháp nghiên cứu:

Tiếp cận các tài liệu, thông tin: tìm hiểu các tài liệu nghiên cứu, các thông tin cần thiết có liên quan trên các tạp chí khoa học, tài liệu chuyên ngành, báo, đài, internet…

Tiếp cận thực tiễn: tìm hiểu thực trạng quá trình định tuyến trong mạng vô tuyến

ad hoc

NỘI DUNG

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÔ TUYẾN

1.1 Giới thiệu chung

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ thông tin đang ngày càng được ứng dụng ở hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống xã hội như kinh

tế, giáo dục, xây dựng, y học, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào giải quyết các công việc thì Internet ngày càng khẳng định được vị trí quan trọng của mình trong cuộc sống xã hội thời hiện đại Khi cuộc sống con người ngày càng phát triển thì nhu cầu trao đổi thông tin của con người ngày càng cao Con người muốn mình

có thể được kết nối với thế giới vào bất cứ khi nào, từ bất cứ nơi đâu mà không cần phải có “đường nối” Đó chính là lý do mà mạng không dây ra đời Ngày nay, chúng ta có thể thấy được sự hiện diện của mạng không dây ở nhiều nơi như trong các tòa nhà, các công ty, bệnh viện, trường học hay thậm trí là các quán cà phê Cùng với sự phát triển của mạng có dây truyền thống, mạng không dây cũng đang

có những bước phát triển nhanh chóng nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin và truyền thông của con người một cách tốt nhất Khi mà mạng không dây đang ngày càng được quan tâm, đầu tư nghiên cứu và phát triển thì ngày càng có nhiều mô hình, kiến trúc mạng được đề xuất bởi các nhà khoa học, các hội nghị Song song với sự phát triển của mạng không dây, nó được chia ra thành hai mô hình chính đó

là mô hình mạng không dây có cơ sở hạ tầng và mô hình mạng không dây không

có cơ sở hạ tầng Các mô hình, kiến trúc mạng này được đưa ra nhằm làm cho mạng không dây dần thoát khỏi sự phụ thuộc hoàn toàn vào mạng cơ sở hạ tầng Một trong những mô hình mạng được đề xuất đó chính là mạng Ad Hoc thường được viết tắt là MANET Việc các mạng không dây ít phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng

là một điều rất thuận lợi nhưng lại có những vấn đề khác đặt ra như tốc độ truyền thông không cao, mô hình mạng không ổn định như mạng có dây truyền thống do các nút mạng hay di chuyển, năng lượng cung cấp cho các nút mạng thường chủ yếu là pin Do đó, bên cạnh vấn đề quan trọng là bảo mật của mạng không dây thì

vấn đề định tuyến trong mạng không dây cũng là vấn đề vô cùng quan trọng Nó quyết định rất lớn đến hiệu năng hoạt động của toàn hệ thống mạng

1.2 Phân loại mạng không dây

Nếu sự phân loại của mạng có dây dựa vào quy mô hoạt động cũng như phạm vi ứng dụng như: mạng LAN, WAN, thì đối với hệ thống mạng không dây, chúng ta cũng có sự phân loại theo quy mô và phạm vi phủ sóng tương tự như hệ thống mạng có dây đó là: mạng WPAN theo chuẩn IEEE 802.15 dành cho mạng cá nhân, WLAN IEEE 802.11 dành cho mạng cục bộ, WMAN IEEE 802.16 dành cho mạng đô thị và mạng WWAN IEEE 802.20 cho mạng diện rộng

Hình 1.1 Tổng quan về các chuẩn mạng không dây

WPAN: mạng vô tuyến cá nhân Nhóm này bao gồm các công nghệ vô tuyến

có vùng phủ nhỏ tầm vài mét đến hàng chục mét tối đa Các công nghệ này phục

vụ mục đích nối kết các thiết bị ngoại vi như máy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng, khóa USB, đồng hồ, với điện thoại di động, máy tính Các công nghệ trong nhóm này bao gồm: Bluetooth, Wibree, ZigBee, UWB, Wireless USB, EnOcean, Đa phần các công nghệ này được chuẩn hóa bởi IEEE, cụ thể là nhóm làm việc (Working Group) 802.15 Do vậy các chuẩn còn được biết đến với tên như IEEE 802.15.4 hay IEEE 802.15.3

WLAN: mạng vô tuyến cục bộ Nhóm này bao gồm các công nghệ có vùng phủ tầm vài trăm mét Nổi bật là công nghệ Wifi với nhiều chuẩn mở rộng khác nhau thuộc gia đình 802.11 a/b/g/h/i/ Công nghệ Wifi đã gặt hái được những thành công to lớn trong những năm qua Bên cạnh WiFi thì còn một cái tên ít nghe đến là HiperLAN và HiperLAN2, đối thủ cạnh tranh của Wifi được chuẩn hóa bởi ETSI

WMAN: mạng vô tuyến đô thị Đại diện tiêu biểu của nhóm này chính là WiMAX Ngoài ra còn có công nghệ băng rộng BWMA 802.20 Vùng phủ sóng của nó sẽ tằm vài km (tầm 4-5km tối đa)

WWAN: Mạng vô tuyến diện rộng: Nhóm này bao gồm các công nghệ mạng thông tin di động như UMTS/GSM/CDMA2000 Vùng phủ của nó cũng tầm vài

km đến tầm chục km

WRAN: Mạng vô tuyến khu vực Nhóm này đại diện là công nghệ 802.22 đang được nghiên cứu và phát triển bởi IEEE.Vùng phủ có nó sẽ lên tầm 40-100km Mục đích là mang công nghệ truyền thông đến các vùng xa xôi hẻo lánh, khó triển khai các công nghệ khác

Ngoài ra nó còn được phân loại dựa trên các công nghệ mạng, mạng không dây được chia thành 3 loại:

- Kết nối sử dụng tia hồng ngoại

- Sử dụng công nghệ Bluetooth

- Kết nối bằng chuẩn Wi-fi

1.3 Mạng cá nhân WPAN [5]-[7]-[8]-[12]

Mạng WPAN được phát triển từ giữa những năm 1990, nhưng mãi đến năm

2002 sự hiện diện của nó mới trở lên thông dụng ở các thiết bị từ máy tính xách tay (laptops) cho tới chuột, máy quay phim và điện thoại di động nhỏ (cell phones) Công nghệ Bluetooth hiện đang có xu hướng sử dụng nó như một sự thay thế cáp ngoại vi cho một số các thiết bị, hơn là một công cụ nhằm cho phép một số lượng

lớn các thiết bị trong nhà hoặc văn phòng có thể giao tiếp trực tiếp với nhau không cần dây cáp Viện công nghệ Điện và Điện Tử IEEE đã đưa ra chuẩn 802.15 và được sử dụng trong mạng WPAN với các tốc độ truyền dữ liệu khác nhau như: 802.15.1 có tốc độ truyền dữ liệu trung bình, trong khi 802.15.3 có tốc độ truyền dữ liệu cao và 802.15.4 có tốc độ truyền thấp EEE 802.15.1 đặc tả công nghệ Bluetooth đã được thiết kế để cho phép kết nối không dây băng thông hẹp cho các thiết bị như: máy tính xách tay, chuột, bàn phím, máy in, tai nghe, điện thoại di động, .truyền thông với nhau Bluetooth hoạt động ở băng tần 2,4GHz ISM không cần đăng ký, vùng phủ sóng khoảng 10m, hỗ trợ các kênh truyền dữ liệu không đồng bộ và truyền sóng âm thanh đồng bộ có tốc độ 1Mbps IEEE 802.15.3 đang được phát triển cho mạng Ad hoc với lớp MAC phù hợp cho truyền

dữ liệu đa phương tiện Chuẩn 802.15.3 đặc tả tốc độ truyền dữ liệu lên tới 55Mbps trong dải tần 2,4Ghz, IEEE 802.15.4 định nghĩa giao thức liên kết nối các thiết bị ngoại vi truyền thông sóng vô tuyến trong hệ thống mạng một người dùng Chuẩn này sử dụng phương pháp đa truy cập cảm nhận sóng mang tránh xảy ra xung đột (CSMA/CA) IEEE 802.15.4 cũng chỉ định lớp vật lý sử dụng kỹ thuật trải phổ tuần tự trực tiếp (DSSS) ở băng tần 2,45GHz hỗ trợ tốc độ 250 Kbps

và trải phổ từ 868 đến 20,915MHz tốc độ dữ liệu khoảng 20 Kbps đến 40 Kbps, phạm vi phủ sóng < 20m

1.4 Mạng cục bộ WLAN (Wireless Local Area Network) [5]-[7]-[8]-[12]

WLAN là một mạng cục bộ kết nối hai hay nhiều máy tính với nhau thông qua việc sử dụng sóng hồng ngoại hoặc sóng vô tuyến để truyền nhận dữ liệu thay

vì sử dụng dây cáp mạng như các mạng có dây truyền thống WLAN hiện nay đã được ứng dụng rộng rãi trong các tòa nhà, trường học, bệnh viện, công ty và một

số nơi công cộng như trong các quán cafe, Có hai công nghệ chính được sử dụng để truyền thông trong WLAN là truyền thông bằng tia hồng ngoại (Infrared Light ở bước sóng 900 nm, 1nm = 109 m) hoặc truyền thông bằng sóng vô tuyến, thông thường thì sóng radio được dùng phổ biến hơn vì nó truyền xa hơn, lâu hơn, rộng hơn, và có băng thông cao hơn WLAN cũng có hai dạng kiến trúc là WLAN

có cơ sở hạ tầng (sử dụng các Access Point hoặc trạm cơ sở Base Station) để kết nối phần mạng không dây với phần mạng có dây truyền thống và mạng không có

cơ sở hạ tầng (mạng Ad hoc)

1.4.1 Lịch sử ra đời mạng WLAN

Công nghệ WLAN lần đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990, khi những nhà sản xuất giới thiệu những sản phẩm hoạt động trong băng tần 900Mhz Những giải pháp này (không được thống nhất giữa các nhà sản xuất) cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps, thấp hơn nhiều so với tốc độ 10Mbps của hầu hết các mạng sử dụng đường dây hiện thời

Năm 1992 các nhà sản xuất bắt đầu bán những sản phẩm WLAN sử dụng băng tần 2,4Ghz Mặc dầu những sản phẩm này đã có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhưng chúng vẫn là những giải pháp riêng của mỗi nhà sản xuất không được công bố rộng rãi Sự cần thiết cho việc hoạt động thống nhất giữa các thiết bị ở những dãy tần số khác nhau dẫn đến một số tổ chức bắt đầu phát triển ra những chuẩn mạng không dây chung

Năm 1997 Viện công nghệ Điện và Điện Tử (IEEE) đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11, và cũng được biết với tên gọi WIFI cho các mạng WLAN Chuẩn 802.11 hỗ trợ ba phương pháp truyền tín hiệu, trong đó có bao gồm phương pháp truyền tín hiệu vô tuyến ở tần số 2,4Ghz Năm 1999, IEEE thông qua hai sự bổ sung cho chuẩn 802.11 là các chuẩn 802.11a và 802.11b (định nghĩa ra những phương pháp truyền tín hiệu) Và những thiết bị WLAN dựa trên chuẩn 802.11b đã nhanh chóng trở thành công nghệ không dây vượt trội Các thiết bị WLAN 802.11b truyền phát ở tần số 2,4Ghz, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 11Mbps IEEE 802.11b được tạo ra nhằm cung cấp những đặc điểm về tính hiệu dụng gồm thông lượng (throughput) và bảo mật (security) để so sánh với mạng có dây

Năm 2003, chuẩn 802.11g đã được IEEE công bố thêm một sự cải tiến mà có thể truyền nhận thông tin ở cả hai dải tần 2,4 Ghz và 5 Ghz và có thể nâng tốc độ

truyền dữ liệu lên đến 54Mbps Thêm vào đó, những sản phẩm áp dụng 802.11g cũng có thể tương thích ngược với các thiết bị chuẩn 802.11b Hiện nay chuẩn 802.11g đã đạt đến tốc độ 108Mbps - 300Mbps

1.4.2 Một số ưu điểm của mạng WLAN

Thuận lợi: Khi truy cập mạng không cần phải có dây cáp mà chỉ cần một điểm truy cập mạng (Access Point kết nối với Internet) lên việc tạo ra một mạng không dây là nhanh chóng và đơn giản đối với người sử dụng Nó cho phép người dùng có thể dễ dàng truy xuất tài nguyên từ bất cứ nơi đâu trong vùng phủ sóng mạng (một tòa nhà hay các văn phòng trong công ty, ) Đặc biệt hiện nay các thiết bị di động nhỏ và dễ dàng di chuyển như PDA, Laptop có hỗ trợ bộ thu phát vô tuyến ngày càng được sử dụng nhiều thì đây là một điều vô cùng thuận lợi Khả năng linh động: Khả năng linh động của mạng không dây được thể hiện

rõ nhất ở việc người dùng không còn bị ràng buộc bởi dây cáp mà có thể truy cập mạng ở bất cứ nơi đâu, ví dụ điển hình có thể nói tới là các quán càfê wifi, nơi người sử dụng có thể truy cập mạng một cách miễn phí

Tính hiệu quả trong công việc: Người dùng có thể dễ dàng duy trì kết nối mạng khi di chuyển từ nơi này đến nơi khác Đối với xã hội ngày nay việc truy cập mạng trong khi di chuyển sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian và có thể làm tăng thêm hiệu quả cho công việc của họ

Dễ thiết kế và triển khai mạng: Không giống như mạng có dây truyền thống,

để thiết lập mạng chúng ta cần có những tính toán cụ thể cho từng mô hình rất phức tạp thì với mạng không dây, chỉ cần các thiết bị tuân theo một chuẩn nhất định và một điểm truy cập, hệ thống mạng đã có thể hoạt động bình thường

Khả năng mở rộng: Với mạng không dây khi có thêm các nút mới gia nhập mạng (hòa nhập vào mạng), điều đó rất là dễ dàng và tiện lợi chỉ cần bật bộ thu phát không dây trên thiết bị đó và kết nối Với hệ thống mạng dùng dây cáp thì ta cần phải gắn thêm cáp và cấu hình

Tính bền vững: Nếu có thiên tai, hay một sự cố nào đó, việc một mạng có dây

bị phá hủy, không thể hoạt động là điều hoàn toàn bình thường, gần như không thể tránh được Trong những điều kiện như vậy, mạng không dây vẫn có thể hoạt động bình thường hoặc được thiết lập lại một cách nhanh chóng

1.4.3 Nhược điểm của WLAN

Điểm đầu tiên chúng ta có thể nói tới đó chính là vấn đề an toàn và bảo mật

dữ liệu trong mạng không dây Do truyền thông trong mạng không dây là truyền thông trong một môi trường truyền lan phủ sóng cho nên việc truy cập tài nguyên mạng trái phép là điều khó tránh khỏi So với mạng có dây thì tính bảo mật của mạng không dây là kém hơn Do đó, vấn đề bảo mật cho mạng không dây là vấn đề

vô cùng quan trọng và được đặc biệt quan tâm

Vì các thiết bị sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông lên việc bị nhiễu, hiện tượng biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang (fading), tín hiệu bị suy giảm do tác động của các thiết bị khác (lò vi sóng,….), ảnh hưởng của môi trường, thời tiết là không tránh khỏi Các hiện tượng đó làm giảm đáng kể hiệu quả hoạt động của mạng

Chất lượng dịch vụ của mạng không dây kém hơn so với mạng có dây vì mạng không dây có tốc độ chậm hơn (chỉ đạt từ 1- 10Mbit/s), độ trễ cao hơn, tỉ lệ lỗi cũng nhiều hơn (tỉ lệ lỗi là 10-4 so với 10-10 của mạng sử dụng cáp quang) Tuy vậy, theo một số chuẩn mới, ở một số môi trường truyền đặc biệt, việc truyền thông trong mạng không dây cũng có thể đạt được tốc độ cao hơn đáng kể, ví dụ như trong chuẩn 802.11n việc truyền thông có thể đạt tốc độ từ 100-200Mbit/s

Vấn đề chi phí cho các thiết bị của mạng WLAN thì các thiết bị mạng WLAN

có giá thành cao hơn khá nhiều so với các thiết bị mạng có dây, điều này là một trở ngại cho sự phát triển của mạng không dây

Tiếp đó là vấn đề độc quyền trong các sản phẩm Nhiều thiết bị và sản phẩm chỉ có thể hoạt động được nếu sử dụng phần cứng hoặc phần mềm của công ty sản xuất nào đó, và phải hoạt động theo quy định của quốc gia mà nó đang được sử

dụng Các tần số phát cũng được các quốc gia quy định nhằm tránh việc xung đột sóng radio của các mạng khác nhau Do đó, việc sản xuất các sản phẩm cho mạng WLAN cần phải chú ý đến quy định của từng quốc gia

Cuối cùng là phạm vi phủ sóng của mạng không dây Các mạng không dây chỉ hoạt động trong phạm vi nhất định Nếu ra khỏi phạm vi phát sóng của mạng thì chúng ta không thể kết nối mạng

1.4.4 Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng

Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng là mạng mà các nút mạng truyền thông với nhau sử dụng một thiết bị trung tâm gọi là điểm truy cập chung AP, hay còn được gọi là trạm cơ sở BS Các trạm cơ sở không chỉ cung cấp khả năng kết nối mạng mà

nó còn có chức năng điều khiển truy cập đường truyền chuyển tiếp thông tin Ngoài

ra, các điểm truy cập mạng còn thường được kết nối với mạng có dây và được kết nối với Internet lên nó đóng vai trò như là cầu nối giữa các mạng không dây và mạng có dây với nhau tạo thành một mạng diện rộng Tốc độ truyền dữ liệu của mạng không chỉ phụ thuộc vào đặc điểm của các nút mạng mà còn phụ thuộc vào bán kính phủ sóng của các điểm truy cập mạng Các nút mạng càng gần điểm truy cập mạng (AP) thì sóng thu được càng mạnh và tốc độ truyền dữ liệu càng cao Do

đó, việc lựa chọn tốc độ truyền và phạm vi hoạt động của điểm truy cập mạng khiến chúng ta cần phải cân nhắc, khi đó nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu năng hoạt động của mạng và của điểm truy cập mạng Khái niệm Indoor và Outdoor: Indoor

là khái niệm sử dụng sóng vô tuyến trong phạm vi không gian nhỏ, như trong một tòa nhà, một văn phòng Outdoor là khái niệm sử dụng sóng vô tuyến trong phạm vi không gian lớn hơn, với WLAN thì bán kính đến các thiết bị mà nó quản lý có thể

từ 5km đến 20 km

1.4.5 Mạng Ad Hoc (MANET) [5]-[7]-[8]-[12]

1.4.5.1 Khái niệm và một số đặc điểm chung của mạng Ad Hoc

Vào những năm 1970, mạng không dây đã trở nên ngày càng phổ biến trong ngành công nghiệp máy tính Điều này đặc biệt đúng trong thập kỷ vừa qua đã được

thấy mạng không dây đang được thích nghi để cho phép di động Hiện tại có hai dạng mạng di động không dây Mạng đầu tiên được biết đến như mạng cơ sở hạ tầng, đó là các mạng cố định và có cổng dây Cầu cho các mạng này được gọi là trạm cơ sở Đơn vị di động trong mạng này được kết nối và giao tiếp với trạm cơ sở gần đó là trong giao tiếp bán kính của nó Khi di động trên phạm vi của một trạm cơ

sở và vào trong phạm vi khác, chuyển giao xảy ra từ trạm cơ sở cũ đến trạm cơ sở mới và là điện thoại di động có thể tiếp tục liên lạc liên tục trong suốt mạng Ứng dụng điển hình của kiểu mạng này bao gồm các là mạng không dây cục bộ WLAN (Wireless Local Area Network )

Loại thứ hai của mạng di động không dây là mạng di động không có cơ sở hạ tầng, thường được gọi là mạng tùy biến Mạng không có cơ sở hạ tầng là mạng không định tuyến; tất cả các nút có khả năng chuyển động và có thể được kết nối một cách ngẫu nhiên Các nút của các mạng này có chức năng như router mà nó phát hiện ra và duy trì các router đến các nút khác trong mạng

Với tiến bộ gần đây về lĩnh vực máy tính và công nghệ truyền thông, ứng dụng của công nghệ di động không dây sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi, nhiều trong số đó sẽ liên quan đến việc sủ dụng bộ giao thức mạng ( IP ) Khả năng của mạng di động tùy biến không dây là để hỗ trợ mạnh mẽ các hoạt động có hiệu quả trong mạng di động không dây bằng cách kết hợp các chức năng định tuyến vào các nút di động Mạng này được nhận định có nhiều khả năng phát triển, đôi khi có thể thay đổi nhanh chóng, ngẫu nhiên Trong Internet, hiện nay giao thức định tuyến hỗ trợ cho máy chủ trở thành công nghệ “IP di động ” Đây là công nghệ hỗ trợ máy chủ lưu động, nơi máy chủ di chuyển có thê kết nối tới Internet thông qua các phương tiện khác ngoài địa chỉ cố đinh tên miền không gian của nó Máy chủ có thể kết nối trực tiếp với mạng cố định trên một subnet ngoài hoặc có thể kết nối thông qua đường dẫn không dây, dòng địa chỉ v.v…Hỗ trợ dưới hình thức máy chủ di động ( di chuyển ) yêu cầu quản lý địa chỉ Giao thức cải tiến khả năng tương tác và thích nghi, nhưng các chương trình cốt lõi của mạng như định tuyến hop-by-hop hiện giờ vẫn dựa vào các giao thức định tuyến hoạt động trong mạng cố định

Ngược lại, mục tiêu của Ad-Hoc là mở rộng tính di động vào các lĩnh vực độc lập,

di động, lĩnh vực không dây, nơi cài đặt các nút - nơi có thể kêt hợp routers và máy chủ tự tạo thành mạng lưới cơ sở hạ tầng trong mạng tùy biến không dây Trong thế hệ tiếp theo của hệ thống truyền thông không dây ,sự triển khai nhanh chóng độc lập với người dùng di động thực sự cần thiết Những ví dụ quan trọng bao gồm thiết lập sự tồn tại ,hiệu quả, truyền thông linh động đói với các hoạt động khẩn cấp ,các nỗ lực cứu nguy các thảm họa và các mạng quân đội Hầu hết các kịch bản mạng không thể dựa trên kết nối đã được sắp xếp và kiểm soát điều này có thể tưởng tượng như các ứng dụng của mạng Ad-Hoc Các mạng Ad-Hoc (Mobile ad-hoc network) hay các mạng “tồn tại ngắn ” hoạt động mà không cần cơ sở hạ tầng

cố định Chúng cung cấp sự triển khai nhanh chóng và dễ dàng cho mạng trong những tình huống không thể thực hiện theo cách nào khác

Ad-Hoc là một từ latinh có nghĩa là “Tình thế” Ad-Hoc là một hệ tự quản bao gồm một tập các người dùng di động truyền thông với nhau qua băng thông được ràng buộc bởi các liên kết không dây Khi các nút (máy tính hoặc thiết bị tham gia vào mạng) mạng di chuyển, hình trạng mạng (topo) có thể thay đổi một cách nhanh chóng và không thể đoán trước được Mạng bị phân chuyển trong tất cả phạm

vi hoạt động bao gồm việc tìm ra hình trạng mạng và nhận các thông điệp phải được thực hiện bởi chính các nút mạng Chức năng định tuyến sẽ được kết hợp chặt chẽ với các nút di động Các nút trong mạng Ad-Hoc tự do di chuyển và tự tổ chức theo một cách tùy tiện Mỗi người dùng tự do di chuyển trong khi truyền thông với những người khác Đường truyền giữa mỗi cặp sử dụng có thể có nhiều liên kết và song radio giữa chúng có thể không đồng nhất ,điều này cho phép một sự kết hợp của nhiều liên kết khác nhau

Các mạng Ad-Hoc có thể hoạt động một cách độc lập hoặc có thể được kết nối với một mạng lớn hơn như Internet

Mạng Ad-Hoc gồm những nền tảng di động ( ví dụ một router với nhiều máy chủ và thiết bị liên lạc không dây) ở đây gọi là các nút mà chúng có thể tự do di chuyển Các nút có thể ở trong hoặc trên máy bay, tàu, xe tải, xe hơi, thậm chí trên

người hoặc những thiết bị rất nhỏ, và có thể có nhiều máy chủ trên mỗi router Mạng Ad-Hoc là một hệ thống tự động của các nút di động Hệ thống có thể hoạt động độc lập hoặc có thể có cổng vào ra và giao diện với một mạng cố định Trong chế độ hoạt động sau, nó được hình dung như một cái mạng gốc kết nối với một mạng cố định

Các nút trong mạng Ad-Hoc được trang bị truyền thông không dây và thu nhận sử dụng ăng-ten có thể phát sóng theo mọi hướng, hướng cao (điểm tới điểm), hay một số sự kết hợp Tại một điểm được đưa ra trong một thời gian, tùy thuộc vào

vị trí của các nút truyền và nhận an toàn Topo trong mạng Ad-Hoc có thể thay đổi theo thời gian như các nút di chuyển hoặc điều chỉnh sự truyền dẫn và tiếp nhận các thông số của chúng

Một số đặc điểm nổi bật của Ad-Hoc:

1 Chức năng của topo: Các nút di chuyển tự do, do đó các topo mạng thường là multihop có thể thay đổi ngẫu nhiên và nhanh chóng vào các thời điểm không thể đoán trước, có thể bao gồm các liên kết hai chiều và theo đường dẫn duy nhất

2 Băng thông hạn chế, khả năng thay đổi liên kết: Liên kết không dây sẽ tiếp tục có công suất thấp hơn các loại khác Ngoài ra, thông qua việc thực hiện các giao tiếp không dây sau khi đã tính toán ảnh hưởng của người truy cập, sự nhiễu sóng, tiếng ồn và sự can thiệp có điều kiện v.v thường nhỏ hơn rất nhiều so với khả năng truyền tối đa của sóng vô tuyến Một trong những ảnh hưởng tương đối thấp đến khả năng liên kết trung bình đó là tình trạng tắc nghẽn chuẩn chứ không phải là ngoại lệ, đó là tổng hợp các ứng dụng có khả năng tiếp cận vượt quá công suất mạng thường xuyên Khi các mạng di động thường chỉ đơn giản là một phần mở rộng của cơ sở hạ tầng mạng cố định, mạng di động tùy biến của người dùng sẽ yêu cầu các dich vụ tương tự Những yêu cầu này sẽ tiếp tục tăng lên như máy tính đa phương tiện và các ứng dụng mạng cũng gia tăng

3 Hạn chế năng lượng hoạt động: Một vài hoặc tất cả các nút trong mạng ADHOC có thể dựa vào năng lượng yếu hoặc cạn kiệt Đối với các nút, qua trọng nhất khi thiết kế hệ thống là tiêu chí tối ưu hóa có thể bảo tồn được năng lượng

4 Giới hạn an ninh vật lý: Mạng di động không dây thường dễ bị đe dọa về

an ninh vật lý hơn là cáp cố định Khả năng nghe trộm, giả mạo và từ chối các cuộc truy nhập của dịch vụ nên được xem xét cẩn thận Kỹ thuật liên kết bảo dọa về an ninh mạng Như là một lợi ích, sự phân cấp kiểm soát trong mạng Ad-Hoc cung cấp mạnh mẽ các bổ sung chống lại điểm lỗi duy nhất hơn là phương pháp tập trung Đặc điểm chính của mạng Ad-Hoc đó là: Sử dụng phân quyền cho các nút mạng Các nút mạng tự nó sắp xếp tuyến và tự nó triển khai tuyến, mạng Ad- Hoc là một mạng có cấu trúc mạng động Mạng Ad-Hoc không có đường truyền chuyên dụng (specialized routers), Ngoài ra nó không dùng các đường truyền cố định (fixed routers ) hay các đường truyền vật lý (dây dẫn) Mạng Ad-Hoc có cấu trúc và biến đổi cấu trúc một cách thường xuyên, cấu trúc mạng có tính chất tạm thời, các nút liên kết với nhau theo kiểu mạng ngang hàng, các nút có vai trò như nhau và có chức năng tìm kiếm, duy trì và định tuyến

Mạng Ad-Hoc dùng một số kỹ thuật liên quan đến các vấn đề kỹ thuật dùng

để truyền thông vô tuyến và nó có những đặc tính:

- Tính không đồng nhất giữa các thiết bị

- Đặc trưng lưu lượng mạng

- Di chuyển của các nút trong một tuyến

Ƣu điểm của mạng Ad-Hoc

Trong mạng cơ bản thì cơ sở hạ tầng, các trạm trung gian, thu phát sóng là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng của mạng, còn trong mạng Ad-Hoc các nút mạng kết nối thông qua các nút mạng ( không cần đến các trạm thu phát), các nút mạng có thể di chuyển tự do trong cấu trúc mạng do đó nó có tính chất cơ động cao

và do đó làm giảm bớt sự phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng, làm cho mạng dễ phát triển

dễ dàng, tốc độ phát triển của mạng nhanh

Những thách thức đối với mạng Ad-Hoc:

- Chi phí cho việc sử dụng phổ tần số

- Việc định tuyến

- Hiệu quả sử dụng nguồn điện

- Giao thức điều khiển truyền

- Định vị cung cấp và truy nhập dịch vụ

Hình 1.2 Mô hình mạng Ad hoc gồm 7 nút

1.4.5.2 Một số mạng Ad hoc điển hình

Hình 1.3 Mạng Ad hoc điển hình

Hình trên mô tả một mạng Ad hoc đơn giản gồm có 7 nút, các nút mạng được ký hiệu từ N1 đến N7 Nhìn vào hình vẽ chúng ta có thể dễ dàng thấy được:

ở thời điểm t1, các liên kết từ N1 đến N2, N1 đến N4, N2 đến N3, N4 đến N5, N3 đến N7, N2 đến N6 và N6 đến N7 là những liên kết mạnh (good link), còn các liên kết từ N4 đến N1, N6 đến N2, N5 đến N4 và N7 đến N3 là những những liên kết yếu (weak link) Như vậy ở đây một đặc điểm của mạng Ad Hoc đã được thể hiện

rõ Đó là liên kết giữa 2 nút mạng của mạng có thể không giống nhau dù có chung điểm đầu và điểm cuối Hiện tượng này được gọi là hiện tượng liên kết hai chiều không đối xứng Liên kết từ N4 đến N5 là liên kết mạnh nhưng liên kết từ N5 đến N4 lại là liên kết yếu Điều này là do vị trí an-ten của 2 nút mạng khác nhau, hoặc

do năng lượng phát của các nút mạng trong mạng là khác nhau Tương tự chúng

ta cũng có thể thấy N3 có thể nhận tín hiệu từ N2 là một liên kết mạnh nhưng mà N2 lại không thu được tín hiệu từ N3

Sang đến thời điểm t2, lúc này topo mạng đã thay đổi do các nút di chuyển đến các vị trí khác nhau do đó các liên kết giữa các nút mạng cũng thay đổi theo Lúc này, N1 chỉ có liên kết mạnh với N2, liên kết với N4 lại là liên kết yếu và N1 không còn thu được tín hiệu từ N4 Liên kết từ N2 đến N3 và N6 lại là liên kết mạnh Lúc này, N2 cũng có thể thu được tín hiệu từ N3 mặc dù đó là liên kết yếu Điều này ở thời điểm t1 là không có

Mặt khác chúng ta cũng có thể thấy hai nút mạng nằm trong vùng phủ sóng của nhau có thể truyền thông trực tiếp cho nhau Ví dụ như trong thời điểm t1, việc truyền thông giữa hai nút mạng N1 và N4 là trực tiếp với nhau Tuy nhiên ngay cả khi không nằm trong vùng phủ sóng của nhau thì giữa các nút mạng vẫn hoàn toàn

có thể thực hiện việc truyền thông với nhau thông qua các nút mạng trung gian Ví

dụ N1 có thể thực hiện truyền dữ liệu cho N7 thông qua nút mạng trung gian N2 và N3, còn N6 có thể truyền dữ liệu cho N1 thông qua nút mạng N2

1.4.5.3 Các ứng dụng của mạng Ad hoc

Các công nghệ của mạng không dây kiểu không cấu trúc đem lại rất nhiều lợi ích so với các mạng truyền thống (cả không dây và có dây) trong những ngữ cảnh khó có thể triển khai được một cơ sở hạ tầng mạng cố định hoặc việc triển khai là không khả thi do những lý do về mặt thực hành (địa hình,…) hoặc do những lý do

về kinh tế (chi phí cáp trong một không gian lớn, chi phí thiết lập nhiều điểm truy cập)

Công nghệ của mạng Ad-Hoc giống như một gói mạng phát sóng di động Mạng lưới di động( một thuật ngữ xuất hiện trong tác phẩm ECONOMIST về cấu trúc của các mang trong tương lai) và di động, Multihop, mạng không dây ( có lẽ là thuật ngữ chính xác nhất mặc dù hơi rườm rà ) Đó là hiện tại và tương lai cho mạng Ad-Hoc Một lĩnh vực mới nổi của máy tính và điện thoại di động với tính nhấn mạnh hiện thời về IP di động, dần dần sẽ mở rộng và đòi hỏi công nghệ mạng di động cao để quản lý hiệu quả Multihop, mạng tùy biến không dây có thể hoạt động

tự động hoặc hơn thế được kèm theo ở một số điểm tới mạng cố định Một số ứng dụng của công nghệ mạng Ad-Hoc có thể bao gồm các ứng dụng công nghiệp và thương mại liên quan đến trao đổi dữ liệu trên điện thoại di động Ngoài ra, dựa trên mạng lưới điện thoại di động có thể hoạt động mạnh mẽ, thay thế các phương pháp

rẻ tiền hoặc cải tiến các thiết bị dựa trên cơ sở hạ tầng mạng

+ Ứng dụng trong quân đội

Những thành tựu mới của công nghệ thông tin thường được áp dụng trong quân sự đầu tiên, và mạng không dây kiểu không cấu trúc cũng không phải là một ngoại lệ Nhiều năm nay, quân đội đã sử dụng các mạng “packet radios” – một nguyên mẫu đầu tiên của mạng chuyển mạch gói không dây ngày nay

Giải pháp mạng Ad-Hoc cho quân đội có những đặc điểm khác so với mạng Ad-Hoc thuần túy Mạng Ad-Hoc thuần túy thường tuân theo một mô hình điểm ngẫu nhiên, các nút tự do di chuyển theo bất cứ hướng nào, với bất cứ tốc độ nào Trong mô hình mạng Ad-Hoc cho quân đội, các nút phân nhóm theo bản chất tự nhiên của chúng khi chúng cùng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể Xu hướng di động

ở đây là theo nhóm (group mobility) Do đó, nếu đưa ra được một mô hình chuyển

động theo nhóm, các vấn đề của mạng Ad-Hoc sẽ trở nên cụ thể hơn (ví dụ: định tuyến, sử dụng các ứng dụng thời gian thực như tiếng nói, video,…), cho phép phát triển một giải pháp tối ưu

+ Các ứng dụng trong cuộc sống

Mạng Ad-Hoc là rất lý tưởng trong các trường hợp không có sẵn một cơ sở hạ tầng thông tin, tuy nhiên lại cần phải thành lập một mạng tạm thời nhằm trao đổi thông tin và hợp tác cùng làm việc

- Cứu hộ

Tại các vùng bị thiên tai, thảm họa, khó có thể có được một cơ sở hạ tầng về thông tin vững chắc Hệ thống có trước đó rất có thể bị hỏng hoặc bị phá hủy hoàn toàn Tại vùng có thảm họa, tất cả các phương tiện và hệ thống truyền thông đều bị phá hủy hoàn toàn Mỗi chiếc xe của cảnh sát, cứu hỏa, cứu thương,… đều được trang

bị như một thiết bị đầu cuối di động – là một phần của mạng ad-hoc Mỗi nhân viên cũng mang theo một thiết bị đầu cuối di động Các thiết bị đầu cuối này đều liên kết với nhau, hình thành nên một mạng tạm thời nhằm trao đổi thông tin Cấu hình mạng thay đổi theo những thời điểm khác nhau Ngoài ra, các thiết bị đầu cuối di động không chỉ cung cấp chức năng gửi và nhận thông tin mà còn có thể chuyển tiếp thông tin – đóng vai trò như router trên Internet

- Hội thảo

Khác với cách làm truyền thống khi những người tham gia hội thảo muốn chia sẻ tài liệu cho nhau là gửi file đính kèm qua email hoặc sao chép qua các thiết bị lưu trữ thứ cấp có khả năng di động, tất cả những người tham dự hội thảo đều có thể sử dụng thiết bị di động để tạo thành một mạng ad-hoc trong suốt thời gian đó Các thiết bị có thể truyền thông với nhau, truyền/nhận các tài liệu được sử dụng trong hội thảo Khi hội thảo kết thúc, các thiết bị được tắt nguồn, mạng tự bị hủy bỏ

em muốn chơi trò chơi điện tử Để có thể chơi với những người chơi khác, hai em phải kiểm tra xem trên xe buýt hoặc trong các ô tô xung quanh có một mạng chơi trò chơi điện tử nào hay chưa Em chạy một ứng dụng ngang hàng và tìm một trò chơi nào đó có thể chơi trong lúc đi trên xe buýt Rất may, một ai đó trên xe buýt đã chia sẻ các trò chơi và cho phép người khác tải về từ thiết bị đầu cuối của anh ta

Em chọn một trò chơi Trò chơi được tự động tải về, cài đặt và cấu hình trên thiết bị đầu cuối của em Em có thể chơi điện tử ngay sau đó Bạn em cũng có thể tham gia vào trò chơi nếu muốn, ngay trên máy của em Môi trường mạng ở đây là một mạng không dây kiểu không cấu trúc thuần túy, tức là không có cơ sở hạ tầng về cáp, các thiết bị đầu cuối tự cấu hình để thành lập mạng, mà không có sự quản lý tập trung Mạng này có thể tự chia nhỏ thành các mạng con: một mạng riêng giữa em học sinh

và bạn của em, một mạng “chung” được khởi tạo bởi người muốn chia sẻ các chương trình trò chơi điện tử trên máy của anh ta Hai mạng này được trộn lẫn vào nhau một cách động

1.5 Mạng đô thị không dây WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) [7]- [14]

Mạng đô thị không dây(WMAN) được định nghĩa là mạng có qui mô lớn hơn WLAN, có thể bao phủ một khu đô thị như một thành phố, một quận, huyện, hay là một khu vực dân cư rộng nào đó Mạng này sử dụng các công nghệ dành cho mạng diện rộng (WAN), có tốc độ truyền dẫn cao và khả năng kháng lỗi mạnh WMAN

là giải pháp mạng không dây của mạng MAN Do vậy, có thể gọi WMAN là mạng

đô thị không dây hay có thể không phải chỉ ở các đô thị mà ngay cả các vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa vẫn có thể sử dụng được mạng WMAN

Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập hợp các giao tiếp dựa trên giao thức tầng MAC và lớp vật lý năm 2001 Chuẩn 802.16 cũng đề cập đến công nghệ WiMax là công nghệ không dây băng thông rộng đang phát triển rất nhanh với khả năng triển khai trên phạm vi rộng và sẽ mang lại khả năng kết nối Internet tốc độ cao tới các gia đình và công sở Giao thức lớp MAC của chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ truy cập không dây băng rộng điểm - đa điểm với tốc độ truyền dữ

liệu cao trên cả hai hướng truyền đa người dùng, trong cùng thời gian có thể cho phép hàng trăm thiết bị trên kênh, đó có thể được chia sẻ đa người dùng IEEE 802.16 là giao diện cho hệ thống truy nhập băng rộng cố định, lớp MAC và lớp vật

lý (PHY) hoạt động ở 10 GHz - 66 GHz Chuẩn IEEE 802.16a là một mở rộng của 802.16, được đưa ra năm 2003, truyền thông trên băng tần từ 2 đến 11GHz, vùng phủ sóng lên tới 30 dặm IEEE 802.16a cung cấp một công nghệ không dây để kết nối với mạng 802.11 và là một sửa đổi bổ sung cho 802.16, lớp vật lý sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) và (OFDMA), có thêm chức năng lớp MAC và hỗ trợ đồ hình mạng lưới

Chuẩn 802.16d đưa ra năm 2004 đây là sự kết hợp của 802.16 và 802.16a có thay đổi lớp MAC và lớp vật lý PHY Chuẩn IEEE 802.16 cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưng tất nhiên tín hiệu thu không khỏe bằng anten ngoài trời hoạt động trên băng tần 2,5GHz hoặc 3,5GHz với độ rộng băng tầng khoảng 3,5MHz

Trong mạng cố định, WiMAX thực hiện các kết nối không dây đến bộ điều chế, giải điều chế(modem) cáp, đến các đường dây thuê bao của mạch xDSL hoặc mạch Tx/Ex (truyền phát/chuyển mạch) và mạch OC-x (truyền tải qua sóng quang) WiMAX cố định có thể phục vụ cho các kiểu người dùng (user) như: các xí nghiệp, các khu dân cư nhỏ lẻ, mạng cáp truy nhập WLAN công cộng nối tới mạng

đô thị, các trạm gốc BS của mạng thông tin di động và các mạch điều khiển trạm

BS Về cách phân bố theo địa lý, các user thì có thể phân tán tại các địa phương như nông thôn và các vùng sâu vùng xa khó đưa mạng cáp hữu tuyến đến đó

Chuẩn 802.17e đưa ra năm 2005 có sửa đổi bổ sung chuẩn 802.16d, thay đổi lớp MAC để giới hạn di động Chuẩn 802.16 dành cho công nghệ WiMAX là một công nghệ nâng cao dựa trên chuẩn mở được thiết kế cho việc truy nhập Internet diện rộng tốc độ cao với giá thành chi phí thấp, cách thức triển khai mềm dẻo

Công nghệ WiMAX ngày nay được chia ra thành 2 công nghệ chính đó là công nghệ WiMAX cố định theo chuẩn IEEE 802.16d - 2004 và công nghệ WiMAX di động theo chuẩn IEEE 802.16e – 2005 Công nghệ WiMAX lớp vật lý

(PHY): sử dụng 256 sóng mạng cho phương thức ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM cung cấp giao tiếp đa truy cập tới các trạm kết nối đa truy cập dựa theo

kỹ thuật phân chia tần số theo thời gian Lược đồ OFDM sử dụng 2046 sóng mang cung cấp giao tiếp đa truy cập bằng việc gán các sóng mang cho từng thiết bị nhận riêng Hỗ trợ điều chế theo QPSK và 64-QAM cho WiMAX di động Mỗi frame truyền hết khoảng thời gian là 5ms và có 48 ký hiệu OFDM trong đó có 44 ký hiệu dành cho truyền dữ liệu Trạm cơ sở lập lịch xác định tốc độ truyền dữ liệu phù hợp dựa theo kích thước bộ đệm, điều kiện kênh truyền lan ở thiết bị nhận WiMAX di động dựa trên chuẩn 802.16e là phù phợp với tần số thấp 2.3GHz và 2,5 GHz để làm cho điều kiện không có tầm nhìn trực tiếp giữa trạm cơ sở (BS) và trạm di động Chuẩn 802.16e bao gồm việc tiết kiệm năng lượng cho các thiết bị di động,

hỗ trợ việc chuyển vùng mềm và cứng, cung cấp cho người dùng kết nối kông dây

1.6 Tóm tắt

Chương 1 của luận văn đã giới thiệu khái quát về lịch sử phát triển của mạng

Ad hoc cũng như những công nghệ hiện đang được sử dụng trong mạng vô tuyến

Ad hoc Bên cạnh đó vấn đề định tuyến trong mạng Ad hoc là vấn đề rất đáng được quan tâm vì nó quyết định trực tiếp đến hiệu năng của mạng, vấn đề đó đã làm định hướng cho việc nghiên cứu các chương tiếp theo

Chương 2 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VÔ TUYẾN AD HOC

2.1 Giới thiệu về định tuyến trong mạng Ad hoc [9]-[10]-[11]-[12]

Trong một hệ thống mạng, một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu năng hoạt động của mạng đó là thời gian truyền các gói tin từ điểm đầu đến điểm cuối sao cho nhanh và chính xác nhất Để đạt được điều đó thì cần phải có sự phối hợp của các thiết bị hoạt động ở các tầng khác nhau, trong đó có Router hoạt động ở tầng mạng Router có nhiệm vụ tìm đường đi cho các gói tin, xác định các router trung gian để chuyển gói tin từ điểm đầu đến điểm cuối Các thuật toán giúp xác định đường đi như vậy gọi là thuật toán định tuyến Như vậy chức năng của thuật toán định tuyến chính là xác định đường đi tốt nhất cho gói tin từ bên gửi đến bên nhận sao cho nhanh nhất và chính xác nhất

Đối với mạng không dây có cơ sở hạ tầng, việc truyền thông giữa các nút mạng trong mạng phụ thuộc rất nhiều vào trạm cơ sở (còn gọi là AP) Các nút mạng muốn liên lạc với nhau đều phải nằm trong vùng phủ sóng của trạm cơ sở (nếu một nút mạng mà nằm ngoài vùng phủ sóng của trạm cơ sở thì nó không thể nào liên lạc được với các nút mạng khác) Nhưng với mạng Ad hoc thì lại khác, mạng Ad hoc không có trạm cơ sở, các nút mạng vừa là mạng ngang hàng, vừa là mạng không dây Các nút mạng dù nằm ngoài hay nằm trong vùng phủ sóng của nhau vẫn có thể liên lạc được với nhau thông qua các nút mạng trung gian Do đó, việc tìm ra các nút mạng trung gian để truyền gói tin giữa nút mạng đầu và nút mạng cuối là rất quan trọng và là một bài toán tiêu biểu trong nghiên cứu mạng Ad Hoc Ngoài ra,

có một số đặc điểm khác biệt của mạng Ad Hoc so với các mạng khác như các nút mạng có thể di động, dẫn đến topo mạng sẽ bị thay đổi; băng thông của mạng cũng thay đổi liên tục, tốc độ truyền tín hiệu của mạng phụ thuộc nhiều vào tính chất vật

lý của các nút mạng, giao diện mạng và khoảng cách giữa các nút trong mạng Chính những đặc điểm này làm cho việc thiết kế các giao thức định tuyến cho mạng

Ad Hoc là một bài toán rất khó (Strong NP-Hard)

Bởi vậy các giao thức định tuyến được thiết kế cần xét đến các tính năng cơ bản sau: Điều khiển tối đa Điều khiển tin nhắn, tài nguyên xử lý, và năng lượng cho quá trình truyền và nhận dữ liệu Tại vì độ rộng dải tần là một tài nguyên, các giao thức định tuyến không nên gửi nhiều tin nhắn cần cho thao tác và con số này được thiết kế tương đối nhỏ Trong khi truyền tiêu tốn năng lượng gần gấp hai lần nhận thì cả hai thao tác này vẫn tiêu hao nguồn cho các thiết bị lưu động Do đó giảm kiểm soát dữ liệu cũng giúp dự trữ nguồn điện Hạn chế tối đa quá trình xử lý: Các thuật toán phức tạp đòi hỏi chu trình xử lý quan trọng trong các thiết bị Tại vì các chu trình xử lý có thể tạo ra những thiết bị lưu động tiêu hao nhiều năng lượng nguồn Các giao thức này nhỏ, nhẹ và tối thiểu quá trình xử lý của các thiết bị lưu động dự trữ điện nhưng nhiều hơn cho các thao tác định hướng của người xử dụng kéo dài tuổi thọ của nguồn pin

Khả năng định tuyến đa chặng Tại vì quá trình truyền thông không dây của các nút di động thường xuyên bị hạn chế, các nút nguồn và đích có thể không nằm trong vùng truyền trực tiếp của nhau Giao thức định tuyến có thể phát hiện

ra những đường truyền đặc biệt giữa nguồn và đích đến để việc truyền tin giữa hai nút này diễn ra bình thường

Bảo trì đồ hình động Khi thiết lập một đường truyền một vài liên kết có thể

bị đứt do sự chuyển động của các nút Để một nguồn có thể đến được đích thì luôn phải có một tuyến đường độc lập, thậm chí ở cả những nút trung gian hoặc ở những nút nguồn và đích Hơn nữa các liên kết hỏng trong mạng Ad hoc khá thường xuyên lên các liên kết bị hỏng được đưa lên kênh điều khiển để nhanh chóng kết hợp xử lý Ngăn ngừa truyền lặp Lặp vòng định tuyến xảy ra khi nút dọc đường truyền chọn bước nhảy liền kề đích thì cũng có một nút khác như vậy xảy ra sớm hơn trên đường truyền Khi có một sự truyền lặp thì dữ liệu và các gói dữ liệu điều khiển có thể đi ngang qua đường truyền nhiều lần, cho đến khi đường truyền được sửa lại và truyền lặp đó bị loại trừ, hoặc đến khi giá trị TTL bằng 0 Do độ rộng dải thông nhỏ, việc xử lý và chuyển tiếp gói dữ liệu tiêu tốn tài nguyên lên lặp vòng tuyến tiêu tốn rất nhiều nguồn tài nguyên và gây thiệt hại cho mạng Thậm chí một

tuyến lặp vòng chỉ xảy ra trong chốc lát cũng gây nguy hại cho mạng Do đó phải tuyệt đối tránh việc lặp vòng định tuyến

Với những mục đích trên rất nhiều giao thức định tuyến được phát triển trong mạng Ad hoc, trong chương này sẽ trình bày một số giao thức định tuyến tiêu biểu

trong mạng Ad hoc

2.2 Các yêu cầu đối với thuật toán định tuyến cho mạng Ad hoc không dây

Như đã trình bày ở trên, do các đặc điểm khác biệt của mạng Ad hoc, chúng

ta không thể áp dụng các thuật toán định tuyến truyền thống như Trạng thái đường liên kết (Link State) hay Véctơ khoảng cách (Distance Vector) cho mạng Ad Hoc được Cả hai thuật toán này đều yêu cầu các router quảng bá thông tin định tuyến theo kiểu định kì, các tuyến đường giữa các Router thường ổn định và không tính đến việc tiết kiệm năng lượng Do đó nó không phù hợp với mạng Ad hoc không dây

Với thuật toán trạng thái đường liên kết, các router sẽ gửi thông tin quảng bá định kì về các hàng xóm và giá của đường đi tới các hàng xóm đến tất cả các router trong mạng Từ đó, các router sẽ biết được toàn bộ topo của mạng để tính toán đường đi tới đích ngắn nhất có thể Còn với thuật toán véc tơ khoảng cách, mỗi router lại gửi định kì các thông tin khoảng cách từ nó đến các router khác Bằng việc tính toán, so sánh khoảng cách từ mỗi hàng xóm đến một đích nào đó, các router sẽ quyết định tuyến đường đi ngắn nhất đến nút mạng đích

Như vậy, nếu sử dụng các thuật toán thông thường với mạng Ad Hoc có thể dẫn đến một loạt các vấn đề sau:

Đặc điểm đầu tiên của các thuật toán định tuyến thông thường đã không phù hợp với mạng Ad Hoc Đó là việc các router liên tục gửi quảng bá định kì đến các nút mạng trong mạng Việc gửi quảng bá định tuyến định kì gây ra hai vấn đề sau: Thứ nhất, nó sẽ gây lãng phí băng thông cho các nút mạng trong mạng Ad Hoc Có những khi không có sự thay đổi nào trong mạng nhưng các router vẫn tiếp

tục gửi các cập nhật thông tin định tuyến theo định kì làm các nút mạng phải tính toán lại các tuyến đường Nếu trong vùng phủ sóng của một nút mạng có quá nhiều nút mạng khác thì nút mạng này phải nhận rất nhiều thông tin cập nhật định tuyến Điều này gây lãng phí băng thông một cách không cần thiết

Thứ hai, việc gửi các cập nhật định tuyến theo định kì cũng gây lãng phí năng lượng không cần thiết cho các nút mạng trong mạng Chúng ta đã biết năng lượng của các nút mạng trong mạng Ad Hoc chủ yếu là pin Việc sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hợp lý là rất cần thiết Nếu các nút mạng phải gửi quảng bá định tuyến theo định kì sẽ tốn rất nhiều năng lượng, bởi năng lượng để gửi một gói tin không phải là nhỏ Bên cạnh đó, việc nhận một gói tin tốn ít năng lượng nhưng việc phải cập nhật, tính toán các tuyến đường lại cản trở việc tiết kiệm năng lượng của các nút mạng

Ở mạng vô tuyến có sử dụng cơ sở hạ tầng, thông thường liên kết giữa hai nút mạng trong mạng hoặc giữa nút mạng với trạm cơ sở (base station) là các liên kết đối xứng Trong khi đó, liên kết giữa hai nút mạng của mạng Ad Hoc có thể là liên kết không đối xứng, nghĩa là việc truyền thông giữa hai nút mạng không thể thực hiện tốt trên cả hai hướng Lý do là vì khả năng truyền tín hiệu của các nút mạng là khác nhau: nút mạng nào có năng lượng truyền tín hiệu mạnh thì nút mạng đó có liên kết tốt với các nút mạng nhận tín hiệu của nó, ngược lại, nút mạng có năng lượng truyền tín hiệu yếu thì khả năng không liên kết được với các nút mạng nhận tín hiệu là khó tránh khỏi, nếu có liên kết được thì đó cũng chỉ là những liên kết yếu, không ổn định Do đó, giao thức định tuyến thông thường không thể hoạt động tiết kiệm năng lượng trong môi trường mạng Ad hoc không dây

Một đặc điểm nữa của mạng Ad Hoc làm chúng ta không thể áp dụng được các thuật toán định tuyến thông thường cho nó Đó là trong mạng Ad Hoc tồn tại nhiều liên kết dư thừa Với mạng có dây truyền thống, người ta thường chỉ dùng rất

ít các router để nối hai mạng với nhau Vì thế các tuyến đường dư thừa trong mạng

có dây là không nhiều và các thuật toán định tuyến thông thường vẫn tính đến cả

những liên kết đó Nhưng với mạng Ad Hoc lại khác Mỗi nút mạng lại đóng vai trò như một router, mạng Ad Hoc có bao nhiêu nút mạng thì có bấy nhiêu router Điều này làm cho việc truyền dữ liệu từ nút mạng nguồn đến nút mạng đích có thể phải

đi qua nhiều hơn một nút mạng trung gian, và tuyến đường mà dữ liệu di chuyển cũng không phải là duy nhất Bên cạnh tuyến đường tốt nhất vẫn có thể tồn tại nhiều tuyến đường khác có thể hoạt động bình thường Với mạng có quá nhiều tuyến đường dư thừa như vậy, các thuật toán định tuyến nếu tính cả đến chúng sẽ làm cho việc cập nhật bảng định tuyến sẽ trở lên nhiều hơn Điều đó là không cần thiết

Một vấn đề cuối cùng quan trọng hơn cả, đó là các thuật toán đó không được thiết kế dành cho mạng có topo động như của mạng Ad Hoc Với mạng có dây truyền thống, liên kết giữa các router gần như là không đổi, giá (chất lượng) của một liên kết có thể thay đổi do tắc nghẽn chứ vị trí của các router là cố định trong cấu trúc mạng Nhưng trong mạng Ad Hoc, điều đó lại không hề có Với những vấn

đề nêu ra ở trên, chúng ta có thể rút ra được một số yêu cầu với các thuật toán định tuyến cho mạng Ad Hoc như sau:

Thuật toán phải được thiết kế sao cho phù hợp với tính động của topo mạng

và các liên kết bất đối xứng

Hoạt động phân tán: cách tiếp cận tập trung cho mạng Ad Hoc sẽ thất bại do

sẽ tốn rất nhiều thời gian để tập hợp các thông tin trạng thái hiện tại của mạng để tính toán rồi lại phát tán lại nó cho các nút mạng Trong thời gian đó, cấu hình mạng có thể đã thay đổi rất nhiều

Tính toán đến vấn đề năng lượng và băng thông của mạng: Do các nút mạng

có nguồn năng lượng hạn chế lên cần phải tính toán đến vấn đề tiết kiệm năng lượng Giao thức định tuyến có thể cung cấp yêu cầu bảo tồn năng lượng ở các nút mạng khi có thể Băng thông của mạng cũng cần được tính đến để tránh gây lãng phí băng thông không cần thiết

Không để xảy ra hiện tượng lặp định tuyến: Hiện tượng này xảy ra khi một phần nhỏ các gói tin di chuyển lòng vòng quanh mạng trong một khoảng thời gian nào đó Giải pháp đưa ra có thể là sử dụng bộ đếm chặng trong mỗi gói tin Mỗi khi gói tin di chuyển đến một nút mạng mới, bộ đếm chặng sẽ tăng lên một, và đến một giá trị nào đó thì gói tin sẽ bị loại bỏ

Thiết lập những vùng mạng nhỏ: Nếu giao thức định tuyến có thể xác định được các nút mạng gần nhau và thiết lập chúng thành một vùng mạng nhỏ thì sẽ rất thuận tiện trong định tuyến Nếu các nút mạng đơn di chuyển nhanh hơn thì các vùng mạng lại ổn định hơn Do đó, định tuyến trong các vùng mạng sẽ đơn giản hơn rất nhiều

Hình 2.1 Phân chia vùng trong mạng Ad Hoc

Bảo mật: Giao thức định tuyến của mạng Ad Hoc có thể bị tấn công dễ dàng

ở một số dạng như đưa ra các cập nhật định tuyến không chính xác hoặc ngăn cản việc chuyển tiếp gói tin, gián tiếp gây ra việc từ chối dịch vụ dẫn đến các gói tin không bao giờ đến được đích Chúng cũng có thể thay đổi thông tin định tuyến trong mạng, cho dù các thông tin đó là không nguy hiểm nhưng cũng gây tốn băng thông và năng lượng, vốn là những tài nguyên ”quý hiếm”

trong mạng Ad Hoc Do vậy cần có những phương pháp bảo mật thích hợp để ngăn chặn việc sửa đổi hoạt động của giao thức

2.3 Phân loại các thuật toán định tuyến cho mạng Ad Hoc [11]-[12]

Có rất nhiều giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc Ứng với mỗi cách tiếp cận khác nhau thì lại có một kiểu phân loại khác nhau Song nhìn chung có thể phân thành ba loại chính là giao thức định tuyến điều khiển theo bảng ghi (Table- Driven Routing Protocols), giao thức định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn (Source Initiated On-demand Routing) và phương pháp lai ghép(Hybird) giữa chúng

Định tuyến điều khiển theo bảng ghi: Tư tưởng của phương pháp này là cố gắng duy trì thông tin định tuyến cập nhật liên tục từ các nút mạng đến mọi nút mạng khác trong mạng nhờ sử dụng một hoặc nhiều bảng ghi để lưu trữ thông tin định tuyến, và chúng đáp ứng những thay đổi trong topo mạng bằng cách phát quảng bá rộng rãi các thông tin cập nhật tuyến qua mạng để duy trì tầm kiểm soát mạng một cách liên tục, duy trì một cái nhìn nhất quán về mạng Các vùng nào khác nhau về số bảng ghi liên quan đến định tuyến cần thiết và các phương thức thay đổi cấu trúc mạng sẽ được phát quảng bá để cho tất cả mọi nút mạng đều có thể biết được

Định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn: Phương pháp này chỉ tạo ra, khám phá các tuyến khi nút mạng nguồn cần đến Khi một nút mạng yêu cầu một tuyến đến đích, nó phải khởi đầu một quá trình khám phá tuyến (chạy một thủ tục khám phá tuyến) Quá trình này chỉ hoàn tất khi đã tìm ra một tuyến sẵn sàng hoặc tất cả các tuyến khả thi đều được kiểm tra Khi một tuyến đã được khám phá và thiết lập, từ đó các gói dữ liệu có thể được gửi theo tuyến vừa được khám phá ra và

nó được duy trì bởi một số dạng thủ tục cho đến khi tuyến đó không thể truy nhập được từ nút mạng nguồn hoặc là không còn cần thiết đến nó nữa

Hình 2.2 Phân loại các giao thức định tuyến mạng Ad hoc

Hai phương pháp trên đều có những ưu điểm, nhược điểm riêng Phương pháp lai ghép là sự kết hợp của cả hai phương pháp trên để tạo ra giao thức định tuyến tối ưu Tư tưởng của phương pháp là thực hiện phân chia mạng thành từng vùng, mỗi vùng sẽ được quan tâm bởi nút trung tâm và nút biên (nút ngoại vi) Mỗi vùng được đánh số theo bán kính vùng, việc định tuyến được chia ra làm hai phương pháp Định tuyến trong vùng sẽ sử dụng phương pháp định tuyến theo bảng ghi, định tuyến ngoài vùng sẽ sử dụng phương pháp định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn Nhờ vậy có thể giảm tối đa thời gian khám phá tuyến và thuận lợi khi tôpô mạng thay đổi

2.4 Định tuyến theo vecter khoảng cách tuần tự đích (DSDV - Destination Sequenced Distance Vector) [4]-[5]-[10]-[11]-[12]

lặp thông tin Các trạm truyền các bảng định tuyến của chúng một cách định kỳ tới các nút lân cận Một trạm cũng truyền bảng định tuyến của nó nếu có sự thay đổi đáng kể xảy ra trong bảng định tuyến từ người gửi cập nhật muộn nhất

Các gói được truyền giữa các nút mạng sử dụng những bảng định tuyến được lưu trữ ở mỗi nút Mỗi bảng định tuyến ở mỗi nút mạng ghi lại tất cả những đích có sẵn và số các bước đến mỗi đích này Mỗi danh mục bảng định tuyến được gắn với một số tuần tự phát sinh bởi nút mạng đích Để duy trì tính kiên định của các bảng định tuyến trong tôpô động, mỗi nút mạng phải truyền định kỳ việc cập nhật định tuyến Các gói chỉ ra các nút mạng có thể tới từ mỗi nút và số bước cần thiết để đến được

2.4.2 Cấu trúc bảng định tuyến

Dữ liệu quảng bá bởi mỗi máy di động bao gồm số tuần tự mới của nó và các thông tin sau đây cho mỗi tuyến mới:

Địa chỉ đích

Số các bước cần thiết để tới được đích

Số tuần tự của thông tin được nhận liên quan tới đích đó

Các bảng định tuyến truyền phát cũng bao gồm: địa chỉ phần cứng và địa chỉ mạng (nếu thích hợp) của các máy di động đang truyền dẫn trong tiêu đề gói Các tuyến với số thứ bằng nhau thì tuyến có giá trị bước nhỏ nhất được sử dụng Bảng định tuyến cũng bao gồm một số tuần tự được tạo bởi bộ truyền phát Các tuyến với các số tuần tự mới hơn sẽ luôn được ưu tiên, như cơ sở để ra quyết định, không cần thiết phải quảng bá Bằng cách tự nhiên mà theo đó các bảng định tuyến được phân phát, số tuần tự được gửi tới tất cả các máy di động, một trong số đó quyết định duy trì một phần lưu trữ định tuyến cho máy di động khởi tạo

Một trong các tham số quan trọng được lựa chọn là thời gian giữa việc quảng

bá các gói thông tin định tuyến Tuy nhiên, khi thông tin tuyến mới hoặc tuyến sửa đổi được nhận bởi một nút di động, thông tin mới sẽ được phát lại sớm Việc quảng

bá lại một cách nhanh chóng sẽ đưa ra một yêu cầu mới cho các giao thức để hội tụ ngay khi có thể

2.4.3 Cơ chế hoạt động

Giao thức DSDV yêu cầu mỗi trạm di động quảng cáo bảng định tuyến của

nó tới các trạm lân cận Phần lưu trữ trong bảng có thể thay đổi động theo thời gian

Vì vậy, việc quảng cáo phải tạo ra đầy đủ để đảm bảo rằng mọi máy tính di động có thể thường xuyên định vị được các máy tính di động khác Thêm vào đó, mỗi nút di động phải chấp nhận trễ các gói dữ liệu truyền tới các nút mạng khác theo yêu cầu

Sự chấp nhận này khuyến khích khả năng xác định số bước nhỏ nhất cho một tuyến tới đích Điều này cũng tránh nhiễu không cần thiết tới các trạm di động đang trong

cơ chế không hoạt động Theo cách này một nút di động có thể trao đổi dữ liệu với các nút di động khác trong nhóm thậm chí nếu mục tiêu truyền dữ liệu không nằm trong vùng truyền thông trực tiếp

Nút di động gây ra gián đoạn kết nối khi chúng di chuyển từ nơi này đến nơi khác Kết nối bị gián đoạn có thể được phát hiện bằng giao thức ở lớp 2 hoặc nó có thể được suy ra nếu không có bản tin quảng bá nào được nhận từ một nút mạng lân cận trước Kết nối bị gián đoạn được mô tả như là một giá trị bước bằng ∞ Khi một kết nối đến bước tiếp theo bị gián đoạn, các tuyến qua bước tiếp theo đó được đánh dấu ngay lập tức bằng một giá trị bước ∞ và một số tuần tự cập nhật Việc xây dựng thông tin để miêu tả các kết nối bị gián đoạn chỉ là tình trạng xảy ra khi số tuần tự được tạo ra bởi một trạm di động nào đó khác với nút mạng đích Số tuần tự đưa ra bởi các nút mạng khởi tạo, được định nghĩa là các số bằng nhau và các số tuần tự được tạo ra để chỉ giá trị vô hạn là các số lẻ Theo cách này, các số tuần tự “thực” sẽ thay thế một giá trị bước bằng ∞ Khi một nút mạng nhận một giá trị bước ∞ và nó

có một số tuần tự sau cùng với một giá trị hữu hạn, nó sẽ tạo ra một bản tin quảng bá cập nhật tuyến để thông báo các tin tức quan trọng về đích

Trong một số rất lớn các trạm di động, sự điều chỉnh sẽ giống như được thực hiện trong thời gian giữa các lần quảng bá của các gói tin định tuyến Để làm giảm bớt lượng thông tin mang trong các gói này, người ta định nghĩa hai loại thông tin

Một loại sẽ mang toàn bộ thông tin định tuyến, được gọi là “Full dump” tức

là kết xuất đầy

Kiểu thứ hai là sẽ chỉ mang thông tin thay đổi kể từ “Full dump” cuối cùng, được gọi là “Incremental” hay gia tăng Theo thiết kế, một cập nhật định tuyến gia tăng sẽ phù hợp với một đơn vị dữ liệu giao thức mạng (Network Protocol Data Unit

- NPDU) “Full dump” sẽ giống như yêu cầu các NPDU đa phương, thậm chí có liên quan đến mật độ nhỏ các nút di động Các “Full dump” có thể được truyền không đều đặn khi không có sự di chuyển của các nút di động Khi sự di chuyển trở nên đều thường xuyên và cỡ của một “Incremental” gần tới cỡ của một NPDU thì một “Full dump” có thể được đưa vào lịch trình Các nút di động sẽ bổ xung vài giá trị cho việc xác định những thay đổi tuyến quan trọng để được gửi đi với mỗi quảng cáo

“Incremental” Trường hợp khi một tuyến ổn định đưa ra một giá trị khác cho một số đích giống như cấu thành một sự thay đổi quan trọng mà cần thiết được quảng cáo sau sự ổn định Nếu một số tuần tự mới cho một tuyến được nhận nhưng giá trị vẫn giống thế thì nó sẽ không coi như một sự thay đổi quan trọng

2.4.4 Tiêu chuẩn để lựa chọn tuyến

Khi một nút di động nhận một thông tin định tuyến mới (thường là một gói “Incremental”), thông tin đó được so sánh với thông tin sẵn có từ các gói thông tin định tuyến trước đó Bất kỳ tuyến nào với số tuần tự mới hơn sẽ được sử dụng Các tuyến với số tuần tự cũ hơn bị vứt bỏ Một tuyến với số tuần tự bằng với tuyến đang tồn tại được lựa chọn nếu nó có một giá trị các bước tốt hơn và khi tuyến

bị loại bỏ hoặc được lưu một cách ít thích hợp hơn Giá trị cho các tuyến được lựa chọn từ thông tin quảng bá mới nhận mỗi lần tăng lên một bước Các tuyến được ghi mới sẽ được đưa vào lịch trình cho sự quảng cáo ngay lập tức tới các nút lân cận hiện tại của nút di động Các tuyến chỉ ra một giá trị cải tiến được đưa vào lịch trình cho việc quảng cáo tại một thời gian mà phụ thuộc vào thời gian nghỉ trung bình của các tuyến tới đích

Trong một mẫu của các nhân tố truyền dẫn độc lập, một số sự thay đổi có thể phát triển việc sử dụng các thủ tục trên cho các tuyến cập nhật Một nút di động đặc biệt nhận thông tin định tuyến mới trong một mẫu gây nên thay đổi các tuyến từ bước tiếp sau tới các bước khác, thậm chí khi nút mạng đích không di chuyển Điều