Ad hoc networks là điểm biên cuối cùng của thông tin không dây

Công nghệ này cho phép các nút mạng truyền trực tiếp với nhau sử dụng bộ thu phát không dây mà không cần bất cứ cơ sở hạ tầng cố định nào có thể tạo liên lạc qua nhiều chặng... Đặc điểm

Ad hoc networks là điểm biên cuối cùng của thông tin không dây (thông tin vô tuyến) Công nghệ này cho phép các nodes (điểm nối) mạng truyền trực tiếp với nhau sử dụng bộ thu phát không dây (wireless transceiver) mà không cần bất cứ

một cơ sở hạ tầng cố định nào

Ad hoc là công nghệ mới nhất trong công nghệ thông tin vô tuyến Công nghệ này cho phép các nút mạng truyền trực tiếp với nhau sử dụng bộ thu phát không dây

mà không cần bất cứ cơ sở hạ tầng cố định nào ( có thể tạo liên lạc qua nhiều

chặng)

Đặc điểm của mạng Adhoc

Một số đặc điểm chính của mạng Ad hoc:

- Mỗi máy chủ không chỉ đóng vai trò là một hệ thống cuối cùng mà còn hoạt động như một hệ thống trung gian

- Mọi nút mạng đều có khả năng di động

- Topo mạng thay đổi theo thời gian

- Các nút di động sử dụng nguồn năng lượng pin có hạn

- Băng thông trong thông tin vô tuyến hẹp

- Chất lượng kênh luôn thay đổi

- Không có thực thể tập trung , nói cách khác là mạng phân bố

Có nhiều thiết bị khác nhau sử dụng trong mạng Ad hoc, chúng đều có đặc điểm chung là sử dụng nguồn năng lượng do pin cung cấp Năng lượng mà pin có thể cấp cho các thiết bị này là có hạn, hơn nữa mọi hoạt động như thu phát vô tuyến , truyền lại và dẫn đường đều tiêu thụ năng lượng Vì vậy mà cần phải có những giao thức về năng lượng có hiệu quả cao và các kỹ thuật điều khiển công suất tốt hơn Điều này cũng khó làm được bởi vì công nghệ pin không có được sự phát triển mạnh mẽ nhanh chóng như công nghệ sản xuất Chip… do đó điểm này được coi là một nhược điểm của mạng Ad hoc

Những ứng dụng chủ yếu của mạng Ad hoc.

-Mạng không đồng nhất (Heterogeneous network): mạng Ad hoc phổ biến được hợp thành từ các thiết bị không đồng nhất.Ví dụ: các thiết bị như điện thoại di động, PDA, laptop… có thể liên lạc với nhau qua mạng ad hoc

-Di động : mạng Ad hoc trong đó các node mạng là điện thoại di động

-Mạng tán xạ tương đối: do các nút của mạng rất gần nhau (bị tán xạ về mặt địa lý ) cần thiết có mạng này

Trích dẫn một số tiềm năng của mạng ad hoc:

-Phân phối thông tin giao thông nhanh trên quốc lộ, đường cao tốc và khu vực độ thị

-Truy cập Interet mọi lúc, mọi nơi

-Phổ biến thông tin đáng chú ý theo vùng: chẳng hạn truyền các thông tin như nơi

có siêu thị, máy ATM, ngân hàng… trong vùng lân cận cho các khách du lịch

Wireless ad hoc network

• Mạng không dây ad hoc là một dạng phân cấp của mạng không dây Gọi là mạng ad hoc bởi vì nó không phụ thuộc vào một cơ cấu có từ trước chẳng hạn như các bộ định tuyến trong các mạng có dây hoặc các điểm truy cập trong quản lý (cơ sở hạ tầng) mạng không dây Thay vào đó, mỗi node tham gia trong định tuyến dữ liệu chuyển tiếp cho các nút khác, và do đó, việc xác định các nút chuyển tiếp dữ liệu được thực hiện tự động dựa trên các kết nối mạng Ngoài việc định tuyến cổ điển, các mạng ad hoc có thể sử dụng ngập lụt để chuyển tiếp dữ liệu

• Một mạng ad hoc thường dùng để thiết lập bất kì các mạng nơi mà tất cả các thiết bị ngang nhau trên mạng và được tự do liên kết với bất kì thiết bị mạng ad hoc khác trong dãi liên kết(phạm vi) Mạng ad hoc dùng để chỉ một phương thức hoạt động của mạng không dây IEEE 802.11

• Nó cũng đề cập đến khả năng của một thiết bị mạng để duy trì tình trạng thông tin liên kết của bất kì loại thiết bị nào trong phạm vi 1 liên kết (aka

"hop") và nó thường xuyên hoạt động ở tầng 2 bởi vì nó chỉ hoạt động ở tầng 2, các mạng ad hoc riêng lẻ có thể không hỗ trợ môi trường mạng IP routeable mà không có thêm các tính năng của tầng 2 và tầng 3

Phân loại mạng ad hoc:

• MANET (mobile ad hoc network)

• WMN (wireless mesh network)

• WSN (wireless sensor network)

Tìm hiểu về CSMA/CA

1 Khái niệm:

CSMA/CA là viết tắt của Carrier Sense Multiple Access with Collision

Avoidance , nghĩa là đa truy cập sóng mang phòng chống xung đột

2 Cơ Chế hoạt động :

1- Persistent :

a Trạng thái của kênh:

- Nếu bận, tiếp tục lắng nghe cho tới khi kênh chuyển sang trạng thái idle rồi gửi

- Nếu rỗi, gửi ngay lập tức

b Nếu có xung đột:

- Đợi 1 khoảng thời gian ngẫu nhiên và bắt đầu lại

P- Persistent:

a Trạng thái kênh:

- Nếu kênh rỗi, gửi gói tin với xác suất p

+ Nếu gửi thành công, qua bước 2- kiểm tra xung đột + Nếu gửi không được, đợi 1 slot và quay về bước 1

- Nếu kênh bận, đợi 1 slot và quay lại bước 1

b Kiểm tra xung đột

- Nếu xung đột xuất hiện, đợi 1 koangr thời gian ngẫu nhên rồi quay lại bước 1

Non-Persistent

a Trạng thái kênh:

- Nếu bận: đợi 1 khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi kiểm tra trạng thái lại

- Nếu rỗi, gửi gói tin ngay lập tức

B Nếu có xung đột

- Đợi 1 khoảng thời gian và bắt đầu tất cả lại từ đầu

5 Mô tả cơ chế hoạt động:

5.1 Trước khi giử 1 khung dữ liệu, máy gửi sẽ thăm dò trạng thái kênh dữ liệu

A Sử dụng chế độ Persistent với backoff cho đến khi trạng thái chueyern sang idle

B Sua khi có tín hiệu idle, máy sẽ đợi 1 khaognr thời gian DIFS, rồi gửi 1 frame điều khiển RTS

5.2 Sau khi nhận RTS và đợi 1 khoảng thời gian SIFS, máy sẽ nhận gửi 1 frame điều khiển CTS tới máy gửi để cho biết là đã sẵn sang nhận dữ liệu

5.3 Sau đó máy gửi sẽ gửi 1 khi dữ liệu chính thức.(Data)

5.4 Máy nhận sau khi đợi 1 khoảng thời gian SIFS và sau đó gởi 1 thông báo truyền kết quả gói tin frame đã được nhận

Năm quy tắc hoạt động của CSMA/CA

1. Trước khi 1 trạm muốn truyền dữ liệu, trạm đó phải thông báo cho biết nó muốn truyền trong bao lâu, để cho trạm khác biết phải đợi bao lâu trước khi

có thể truyền

2. Các trạm tham gia đường truyền này sẽ không thể truyền cho đến khi khoảng thời gian phải chờ kết thúc

3. Các trạm tham gia không thể biết dữ liệu chúng đã truyền có được nhận bởi trạm muốn nhận hay chưa, trừ khi chúng nhận được frame phản hồi ( ACK )

từ trạm đã nhận

4. Nếu có 2 trạm cùng truyền 1 lúc, chúng cũng không biết được chúng đang gây nhiễu lẫn nhau Trạm đang truyền chỉ nhận biết được có trạm đang truyền cùng với nó khi nó không nhận được frame ACK từ trạm đã nhận được dữ liệu của nó từ trạm nó muốn truyền dữ liệu cho

5. Những trạm tham gia đường truyền phải đợi 1 thời gian ngẫu nhiên rồi thử nói lại lần nữa khi nó nhận biết được có trạm khác đang giành đường truyền với nó, gây nhiễu nó

Các thành phần quan trọng của CSMA/CA

1. Carrier sense

2. DCF

3. ACK frame

4. RTS / CTS

1 Carrier sense

 Carrier sense là quá trình lắng nghe xem đường truyền có rảnh hay không

 Các trạm xác định trạng thái đường truyền dựa trên 2 cơ chế :

- Kiểm tra lớp vật lí PHY xem có sóng mang hay không

- Sử dụng chức năng của cơ chế cảm biến sử dụng sóng mang ảo, vecto định vị mạng NAV ( network allocation vector )

2 DCF

 Là hàm phối hợp phân phối ( distributed coordination function )

 Là kĩ thuật cơ bản của MAC, là phương pháp truy cập cho phép tất cả cá trạm trong wlan đấu tranh để giành đường truyền

 DIFS - DCF Interframe Space : là giá trị thời gian mà trạm muốn truyền frame phải đợi sau khi đường truyền rỗi

 Sử dụng thuật toán Random Backoff Timer

Random backoff timer

 Là 1 thuật toán giúp tránh xung đột xảy ra do 2 trạm cùng truyền 1 lúc khi kiểm tra vật lí cho thấy đường truyền rỗi

 Thuật toán chọn giá trị ngẫu nhiên từ 0 đến contention windown ( CW – cửa

sổ tranh chấp ) CW có thể khác nhau tùy nhà sản xuất và được lưu trữ trong NIC của máy trạm

backoff time = random x slot time

 Sau khoảng thời gian các trạm phải chờ thêm sau khi đường truyền rỗi và thời gian DIFS đã trôi qua, trạm nào có thời gian radom backoff nhỏ nhất sẽ giành được quyền truyền frame

3 Frame ACK

 Acknowledgement frame là frame xác nhận

 Trạm nhận sau khi nhận được dữ liệu thành công sẽ hồi đáp lại 1 frame ACK cho trạm truyền biết

 Truyền frame ACK là 1 trường hợp đặc biệt Quá trình truyền được phép bỏ qua quá trình radom backoff và chỉ phải đợi 1 thời gian ngắn sau khi nhận được frame để có thể truyền frame

SIFS

 SIFS ( short interframe space ) là khoảng thời gian ngắn mà trạm nhận phải đợi

 SIFS đảm bảo cho trạm nhận có nhiều cơ hội nhất để truyền trước các trạm khác

SIFS = DIFS – 2 Slot time

4 RTS / CTS

-RTS : Request to send – là thông tin được các trạm gửi đi để giành quyền sử dụng đường truyền

-CTS : Clear to send – được sử dụng bởi access point để hồi đáp lại RTS frane của máy trạm Điều này đảm bảo tất cả các trạm dừng việc truyền của mình lại

để nhường đường truyền cho trạm đã gửi RTS

Hidden node

Giả sử máy A là máy trạm trong vùng phủ sóng của access point nhưng nằm ngoài tầm với của trạm khác Khi A cố gắng giành đường truyền thì nó sử dụng frame đặc biệt là RTS RTS đến AP, báo cho AP và tất cả các trạm khác trong vùng phủ sóng biết khoảng thời gian nó cần để trao đổi dữ liệu

AP nhận frame RTS và đáp lại CTS CTS chứa trường mang thông tin khoảng thời gian cần đủ để A hoàn thành việc trao đổi dữ liệu

II.Tổng quan về Mobile – Adhoc – Network (MANET)

2.1.MANET là gì ?

- MANET là viết tắt của mạng tùy biến di động (Mobile – Adhoc – Network ) ,

hay còn gọi là mô hình mạng độc lập IBSSs (Independent Basic Service sets)

- Các thiết bị di động như các máy tính xách tay, với đặc trưng là công suất

CPU, bộ nhớ lớn, dung lượng đĩa hàng trăm gigabyte, khả năng âm thanh đa phương tiện và màn hình màu đã trở nên phổ biến trong đời sống hàng ngày và trong công việc Đồng thời, các yêu cầu kết nối mạng để sử dụng các thiết bị di động gia tăng đáng kể, bao gồm việc hỗ trợ các sản phẩm mạng vô tuyến dựa trên

vô tuyến hoặc hồng ngoại ngày càng nhiều Với kiểu thiết bị điện toán di động này, thì giữa những người sử dụng di động luôn mong muốn có sự chia sẻ thông tin

- Một mạng tùy biến là một tập hợp các thiết bị di động hình thành nên một mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp của bất kỳ sự quản lý tập trung hoặc các dịch vụ hỗ trợ chuẩn nào thường có trên mạng diện rộng mà ở đó các thiết bị di động có thể kết nối được Các node được tự do di chuyển và thiết lập nó tùy ý, do

đó, topo mạng không dây có thể thay đổi một cách nhanh chóng và không thể dự báo Nó có thể hoạt động một mình hoặc có thể được kết nối tới Internet MANET

là một mạng có cơ sở hạ tầng nhỏ do nó không yêu cầu bất cứ một cơ sở hạ tầng cố định nào (như một trạm cơ sở) cho hoạt động của nó vì và vậy nó có thể được triển khai nhanh chóng và có khả năng tự cấu hình Các node truyền thông không dây và chia sẻ cùng phương tiện

- Do MANET là một mạng mềm dẻo mà có thể được thiết lập tại bất cứ đâu vào bất cứ thời điểm nào mà không cần đến cơ sở hạ tầng hiện tại, bao gồm cả sự cấu hình trước đó và người quản trị, mọi người có thể nhận ra tiềm năng thương mại và lợi thế của mạng ad hoc có thể mang lại MANET có thể được dùng trong quân sự, trong các mạng cảm biến, các hoạt động cứu hộ, sử dụng để truyền thông giữa các sinh viên trong khu trường sở, trao đổi thông tin và dữ liệu trong các khu thương mại, tự do chia sẻ kết nối Internet, dùng trong các buổi hội thảo…

- MANET có hai chế độ hoạt động chính là chế độ cở sở hạ tầng

(Infrastructure-based Network) và chế độ IEEE Ad- hoc

Hình 1.1: Chế độ cơ sở hạ tầng trong MANET

- Chế độ cơ sở hạ tầng: Chế độ này thì mạng bao gồm các điểm truy cập AP

cố định và các node di động tham gia vào mạng, thực hiện truyền thông qua các điểm truy cập Trong chế độ này thì các liên kết có thể thực hiện qua nhiều chặng

Hình 1.2: Chế độ IEEE Ad- hoc trong MANET

- Chế độ IEEE Ad- hoc: Chế độ này thì các node di động truyền thông trực tiếp với nhau mà không cần tới một cơ sở hạ tầng nào cả Trong chế độ này thì các liên kết không thể thực hiện qua nhiều chặng