Nghiên cứu tìm hiểu vấn đề bảo mật trong mạng không dây cấu hình lưới

Các nút không có card mạng không dây vẫn có thể truy cập các mạng không dây mesh bằng cách kết nối đến các router không dây thông qua các phương thức khác như Ethernet.. Khác với khả năn

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ

và giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của mọi người xung quanh Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô, gia đình và bạn bè

Đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tạo cho em môi trường rèn luyện tốt để em có thể học tập và tiếp thu được những kiến thức quý báu trong những năm qua

Em xin cảm ơn tất cả các thầy cô giáo, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Viễn thồn 1 đã tận tình chỉ dạy những kiến thức quý báu để em có thể hoàn thành được đồ

án cũng như những hành trang cần thiết để em có thể bước trên con đường sự nghiệp sau này

Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến cô Nguyễn Thị Hồng Huệ, người

đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đồ án này Cô đã luôn nhiệt tình, tâm huyết hướng dẫn em trong suốt quãng thời gian dài qua, từ trước khi bắt đầu thực hiện đến khi hoàn thiện đồ án

Mặc dù đã cố gắng hết sức, song đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự thông cảm và chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và các bạn để em

có thể hoàn thành tốt hơn đồ án tốt nghiệp này

Cuối cùng em xin kính chúc quý Thầy, Cô, gia đình và bạn bè dồi dào sức khỏe, thành công trong sự nghiệp

Hà Nội, ngày 8 tháng 12 năm 2015 Sinh viên thực hiện

Ngô Đức Anh

MỤC LỤC

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH VẼ iv

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY MESH 2

1.1.Giới thiệu của mạng không dây mesh 3

1.1.1 Mesh Router 3

1.1.2 Mesh Client 4

1.2 Kiến trúc của mạng không dây mesh 4

1.2.1 Mạng không dây mesh cơ sở hạ tầng (Infrastructural backbone) 4

Mạng không dây mesh người dùng (Client WMNs) 5

Mạng không dây mesh Hybrid (Hybrid WMNs) 6

1.3 Đặc điểm của mạng không dây mesh 7

1 3.1 Mạng không dây đa hop 7

1 3.2 Tự định hình, tự hàn gắn và tự cấu hình 7

1.3.3 Phụ thuộc vào việc hạn chế tiêu thụ năng lượng của các kiểu nút mạng 8

1.3.4 Năng lực và khả năng liên kết với các mạng không dây hiện có 8

1.4 Các kịch bản ứng dụng của mạng không dây Mesh .8

1.4.1 Mạng băng thông rộng cho gia đình 8

1.4.2 Mạng doanh nghiệp 9

1.4.3 Mạng đô thị 10

1.4.4 Các hệ thống giám sát và bảo mật 10

1.5 So sánh mạng không dây mesh với một số công nghệ hiện tại .11

1.5.1 Truy cập Internet băng thông rộng: 11

1.5.2 Mức độ phủ sóng WLAN 11

1.5.3 Truy cập Internet di động 11

1.5.4 So sánh với mạng Ad hoc: 12

1.5.6 So sánh với mạng Sensor 12

1.6 Vấn đề về hiệu suất và an ninh trong mạng không dây mesh .12

1.6.1 Hiệu suất của mạng không dây mesh 12

1.6.2 Vấn đề về an ninh trong mạng không dây mesh 14

CHƯƠNG II CẤU HÌNH VÀ ĐỊNH TUYẾN 16

2.1 Các cấu hình cơ bản của mạng WMN 16

2.2 Định tuyến trong mạng WMN 17

2.2.1 Giao thức DSR 18

2.2.2 Giao thức AODV 19

CHƯƠNG III BẢO MẬT TRONG MẠNG KHÔNG DÂY MESH 23

3.1.Các dạng tấn công trong mạng không dây mesh .23

3.1.1 Tấn công tầng vật lý 23

3.1.2 Tấn công tầng MAC 24

3.1.3 Tấn công tại tầng mạng 26

3.2 Bảo mật trong mạng không dây mesh 31

3.2.1 Đặc điểm của các giải pháp bảo mật trong mạng không dây mesh 31

3.2.2 Các cơ chế bảo mật cho mạng không dây mesh 32

3.3 Chuẩn bảo mật IEEE 802.11i 37

3.3.1 Giới thiệu chuẩn bảo mật IEEE 802.11i 37

3.3.2 Những lỗ hổng trong IEEE 802.11i và các tấn công bảo mật 40

3.4 Giao thức bảo mật trong mạng không dây mesh .42

3.4.1 Giới thiệu 42

3.4.2 Một số thách thức về định tuyến trong mạng không dây mesh 43

3.4.3 Một số giao thức bảo mật cho mạng không dây mesh 44

KẾT LUẬN 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mô hình của mạng không dây mesh 3

Hình 1.2: WMN Cơ sở hạ tầng 4

Hình 1.3: WMN người dùng 6

Hình 1.4: Hybrid WMNs 6

Hình 1.5: Mô hình WMN mạng băng thông rộng cho gia đình 9

Hình 1.6: Mô hình WMN cho mạng doanh nghiệp 9

Hình 1.7: Mô hình WMN cho mạng đô thị 10

Hình 2.1: Cấu hình mạng WMN kiểu điểm – điểm 16

Hình 2.2 : Cấu hình mạng WMN kiểu điểm – đa điểm 16

Hình 2.3 Cấu hình mạng WMN kiểu đa điểm – đa điểm 17

Hình 2.5 Tóm tắt xử lý nhận tại một nút 22

Hình 3.1: Tấn công giả mạo tầng MAC và tấn công truyền lại 25

Hình 3.2 Tấn công Wormhole được thực hiện bởi 2 nút M1 và M2 sử dụng đường hầm 27

Hình 3.3: Tấn công Blackhole 28

Hình 3.4: Tấn công ký sinh bên trong mạng (giả sử F nằm trong vùng giao thoa của G2) 30

Hình 3.5: Tấn công ký sinh bên ngoài kênh (giả sử F nằm trong vùng giao thoa của G) .31

Hình 3.6 Mô hình bảo mật cho mạng không dây mesh 33

Hình 3.7 Sự hợp tác sinh ra khoá riêng của các nút lân cận trong mạng WMN 34

Hình 3.8 Quá trình bắt tay bốn bước 39

Hình 3.9 Quá trình mã hoá CCMP 40

Hình 3.10 Tấn công chiếm quyền đăng nhập 41

Hình 3.11 Tấn công man-in-the-midle trong cơ chế xác thực 802.1X 42

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AAA Server Ủy quyền và tính toán

AAD Additional Authentication Data

AES Advanced Encryption Standard

Anonce Authenticator nonce

AODV Ad - Hoc On- Demand Distance Vector

ARAN Authenticated Routing for ad hoc network

CCMP Counter mode with CBC-MAC protocol

CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã

CMM Cipher Block Chaning Massage Authentication code

CSMA/CA Đa truy nhập phân tán

EAP Giao thức xác thực mở rộng

ICV Intergrity Cheek value

MPDU MAC protocol data unit

PMK Pair wise Master Key

PTK Pair wise transient Key

PRNG Psecido random nember genertor

SAK Serect Authentication Key

SNonce Supplicant nonce

SRP Secure routing Protocol

TDMA Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TKIP Temporal key Intergrity protocol

WEP Wired Equivalent privacy

WPA Wifi Protected Access

LỜI NÓI ĐẦU

Trong một số năm gần đây, truyền thông không dây đã và đang phát triển rất mạnh

mẽ Liên lạc không dây đã gần như tất yếu trong các thiết bị như: máy tính xách tay, điện thoại di động WMNs là mạng multi-hop không dây trong đó các điểm truy cập giao tiếp với nhau thông qua kết nối không dây Qua đó các khu vực rộng lớn có thể được che phủ bằng truy cập không dây với chi phí thấp WMNs đang nhanh chóng được thương mại hóa trong nhiều kịch bản ứng dụng khác nhau Các nhà khai thác có thể

dễ dàng cung cấp các dịch vụ không dây băng rộng với chi phí đầu tư và khai thác thấp, đồng thời có thể phủ sóng diên rộng ở những nơi công cộng, mạng cộng đồng, xây dựng tự động hóa, các mạng tốc độ cao đô thị, và mạng doanh nghiệp Tuy nhiên, sự tiện lợi của mạng không dây cũng đặt ra một thử thách lớn về bảo mật đường truyền cho các nhà quản trị mạng Khả năng kết nối giữa các nút trong WMN là tự động thiết lập và duy trì giữa các nút tham gia vào mạng Điều này làm cho WMN trở nên năng động, tự tổ chức và tự cấu hình Đặc điểm này mạng lại rất nhiều lợi thế như chi phí lắp đặt thấp, chi phí bảo trì thấp, các dịch vụ chắc chắn và đáng tin cậy Trong tất cả các dạng mạng thì bảo mật là một trong những nhân tố chính cho sự an toàn và tin cậy của việc truyền dữ liệu WMN có nhiều lợi thế hơn so với các mạng không dây khác Ví dụ nó có thể cung cấp những cài đặt hết sức đơn giản, năng lực của băng thông và khả năng kháng lỗi vốn có trong trường hợp mạng bị lỗi Triển khai WMN là rất đơn giản Chúng tự cấu hình và tự tổ chức một cách tự động với các nút có sẵn trong mạng bởi việc tự động thiết lập và duy trì kết nối mạng dựa trên các nút vì vậy nó mang lại vùng dịch vụ tin cậy trong mạng Tính năng này mang lại nhiều lợi thế cho WMNs như chi phí thấp, bảo trì mạng lưới dễ dàng Tuy nhiên, sự tiện lợi của mạng không dây cũng đặt

ra thử thách lớn về bảo mật cho các nhà quản trị mạng Với nhận thức ấy, em đã quyết

định làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu tìm hiểu vấn đề bảo mật trong

mạng không dây cấu hình lưới”.

Nội dung đồ án gồm 3 chương:

Chương 1:

Chương 2:

Chương 3:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY MESH

Mạng không dây Mesh (Wireless mesh network – WMN) đang được coi là công nghệ chủ chốt cho thế hệ mạng không dây hiện tại về việc cung cấp nhanh chóng các dịch vụ miễn phí cho người dùng Các nút trong WMN bao gồm các mesh router và các mesh client Mỗi nút hoạt động không chỉ là một máy chủ mà còn là một router, chuyển tiếp các gói dữ liệu thay cho các nút khác có thể không trực tiếp nằm trong phạm vi truyền dữ liệu không dây Khả năng kết nối giữa các nút trong WMN là tự động thiết lập

và duy trì giữa các nút tham gia vào mạng Điều này làm cho WMN trở nên năng động,

tự tổ chức và tự cấu hình Đặc điểm này mạng lại rất nhiều lợi thế như chi phí lắp đặt thấp, chi phí bảo trì thấp, các dịch vụ chắc chắn và đáng tin cậy

Công nghệ phổ biến nhất được sử dụng trong cuộc sống hằng ngày như máy tính

để bàn, máy tính xách tay, PDA, Pocket PC, điện thoại đặt trên các nút thông thường được trang bị các card mạng không dây (NIC's) lần lượt có thể kết nối với các router không dây Các nút không có card mạng không dây vẫn có thể truy cập các mạng không dây mesh bằng cách kết nối đến các router không dây thông qua các phương thức khác như Ethernet Ngoài ra, các chức năng gateway và bridge trong WMN cho phép tích hợp WMN với các mạng không dây hiện có khác như mạng Cellular, wireless sensors, Wi-Fi, Wi-MAX

Có 3 kiểu mạng WMN, đó là: WMN hạ tầng, WMNs khách hàng, và WMN lai ghép WMN hạ tầng bao gồm các thiết bị chuyên dụng của hạ tầng mạng, nhất là các điểm truy nhập hay chuyển tiếp Các thiết bị khách hàng không tham gia vào việc định tuyến ở nút lưới Thay vào đó, chúng kết nối vào các điểm truy nhập bằng công nghệ truy nhập vô tuyến truyền thống WMN khách hàng bao gồm các thiết bị khách hàng như máy tính xách tay Các thiết bị khách hàng tham gia vào việc định tuyến ở nút lưới Hơn nữa chúng có thể thực hiện chức năng như một thiết bị hạ tầng WMN lai ghép bao gồm cả hai loại thiết bị trên

Mạng không dây mesh là một dạng cao cấp của mạng không dây Một WMN cung cấp cách giải quyết tốt hơn cho các vấn đề thường xảy ra trên mạng cellular và WLAN Vấn đề cơ bản của cả cellular và WLAN là cả hai đều bị giới hạn vùng truy nhập Những công nghệ này khá đắt và tỷ lệ dữ liệu truyền đi cũng khá thấp Ngược lại, WMN tương đối rẻ và tốc độ truyền dữ liệu cũng cao hơn

Thuật ngữ WMN miêu tả các mạng không dây mà các nút có thể liên lạc trực tiếp hoặc gián tiếp với một hoặc nhiều nút ngang hàng Từ “mesh” diễn tả tất cả các nút được kết nối trực tiếp với tất các nút khác nhưng trong đa số các mesh hiện đại nó chỉ kết nối với một tập con các nút được kết nối với nhau Trong WMN có 2 loại nút

1 Mesh router: Bộ định tuyến lưới

2 Mesh client: Người dùng lưới

2 loại nút này cũng có thể hoạt động như một máy chủ hoặc một bộ định tuyến Các gói tin được chuyển tiếp thay mặt cho các nút khác mà chúng không nằm trong vùng truyền không dây trực tiếp của các điểm đích Dưới đây là mô hình tổng quan mạng WNMs

Hình 1.1: Mô hình của mạng không dây mesh

1.1 Giới thiệu của mạng không dây mesh

1.1.1 Mesh Router

Mesh router chủ yếu là các thiết bị cố định Thông qua công nghệ đa điểm chúng

có thể đạt được vùng phủ sóng giống như một bộ định tuyến thông thường nhưng tốn

ít năng lượng hơn rất nhiều Chúng có thêm các chức năng định tuyến để hỗ trợ cho mạng mesh Nó giúp rất nhiều cho người sử dụng bằng cách kết nối chúng với các bộ định tuyến không dây mesh thông qua Ethernet thậm chí chúng không có NIC không dây, vì vậy người sử dụng có thể online liên tục, ở bất cứ đâu và bất cứ khi nào Khác với khả năng định tuyến của các router thông thường, mesh router không dây còn bao gồm chức năng định tuyến bổ sung (định tuyến phụ) để hỗ trợ mạng mesh Một mesh router thường được trang bị nhiều giao diện không dây và được xây dựng từ các công nghệ không dây giống hoặc khác nhau nhằm nâng cao tính linh hoạt của mạng không dây

Khi so sánh với một thiết bị định tuyến thông thường, một mesh router có thể đạt được vùng phủ sóng giống như nhiều thiết bị truyền dẫn mạnh thông qua các truyền

thông multi-hop

1.1.2 Mesh Client

Các Mesh Client có thể di động hoặc cố định Các mesh client có các chức năng mesh cần thiết và chúng có thể hoạt động như một bộ định tuyến nhưng không có các chức năng gateway hoặc cầu nối Chúng chỉ có một giao diện không dây Có rất nhiều thiết bị có thể hoạt động như một mesh client như: Laptop, PDA, Wi- Fi IP Phone, Wi-

Fi RFID Reader

Mesh client có thể làm việc như một router vì chúng có các chức năng cần thiết của mesh networking Phần cứng và phần mềm của mesh client cũng giống như mesh router Tuy nhiên, mesh client thường có một giao diện mạng không dây đơn Hơn nữa, các thiết bị của mesh client đa dạng hơn so với mesh router Chúng có thể là laptop/desktop, pocket PCs, PDAs, IP phones, RFID readers, BAC network, các thiết

bị điều khiển, và rất nhiều thiết bị khác nữa

1.2 Kiến trúc của mạng không dây mesh

Mạng không dây mesh được chia làm 3 nhóm chính:

 Mạng không dây mesh cơ sở hạ tầng (Infrastructural backbone)

 Mạng không dây mesh người dùng (Client WMNs)

 Mạng không dây mesh Hybrid ( Hybrid WMNs)

1.2.1 Mạng không dây mesh cơ sở hạ tầng (Infrastructural backbone)

Hình 1.2: WMN Cơ sở hạ tầng

Kiểu cấu trúc này được tạo thành bằng cách kết nối các dạng nút khác nhau (cả các router và client) Mỗi nút trong một lớp giống nhau là một peer của lớp đó Chúng bao gồm các mesh router do đó tạo ra một hạ tầng cho các client có thể nối vào chúng Mạng cơ sở hạ tầng được tạo thành bằng cách áp dụng tự cấu hình, tự hàn gắn các liên kết giữa chúng Mạng mesh có khả năng xây dựng và cấu hình chính nó Cũng như bất

kỳ một nút cuối nào được cấp năng lượng nó nghe và tìm các nút hàng xóm và gửi chúng yêu cầu kết nối vào mạng và khi đó các nút được nhận vào sau khi thực hiện các yêu cầu an ninh mạng Các đường dẫn tự động hoặc các định tuyến sẽ được tự động thiết lập bởi nút cuối cũng như là thông tin mà nó truyền sẽ được chuyển tiếp bởi các nút hàng xóm cho đến khi nó đến được nút trung tâm Nếu một hoặc nhiều hơn một nút cuối bị dịch chuyển từ vùng này đến vùng khác thì chức năng tự hàn gắn cung cấp quá trình tổ chức lại cho các nút đó trong mạng mesh và duy trì chức năng của các nút

đó trong mạng Chức năng tự hàn gắn cung cấp độ dư thừa trong mạng mesh bởi vì nếu một nút bị rời đi hoặc bị lỗi trong mạng thì thông báo có thể gửi vòng quanh mạng qua các nút khác Khả năng tự cấu hình cung cấp khả năng không cần con người trong việc định tuyến lại của các thông báo tới các nút đích

Thông qua chức năng gateway, các mesh router có thể được kết nối với Internet

và cung cấp đường truyền chính cho các client thông thường trong mạng mesh Người

sử dụng có giao diện Ethernet có thể được kết nối với các mesh router thông qua các liên kết Ethernet Các bộ định tuyến thiết lập một mạng lưới bằng cách kết nối tới một mạng khác và chịu trách nhiệm trong việc định tuyến dữ liệu client Dữ liệu có thể di chuyển qua nhiều hop định tuyến trước khi đến được đích cuối cùng

Ưu điểm chính của kiến trúc này là tính đơn giản của nó, và nhược điểm bao gồm thiếu khả năng mở rộng mạng và ràng buộc tài nguyên cao Nếu các client thông thường có công nghệ vô tuyến không dây (radio) như các mesh router có thì chúng có thể liên lạc trực tiếp với các mesh router, nhưng nếu chúng có các công nghệ vô tuyến không dây khác thì các client bắt buộc phải liên lạc với các trạm cơ sở từ đó có các kết nối Ethernet với các mesh router

Kiến trúc hạ tầng xương sống WMN được coi là một cải tiến lớn Các mesh router được kết nối vào các nóc nhà trong một vùng lân cận nhau (neighborhood), những thiết bị này sẽ hoạt động như một access point cho người sử dụng trong nhà và

cả ngoài đường Tại kịch bản này, hai kiểu truyền dẫn không dây được sử dụng: một dùng cho các liên lạc xương sống và một dùng cho người sử dụng liên lạc với nhau Liên lạc xương sống có thể được thiết lập bằng cách sử dụng các kỹ thuật kết nối tầm

xa bao gồm các ăng ten định hướng

Mạng không dây mesh người dùng (Client WMNs)

Sự kết nối giữa các client cung cấp các mạng ngang hàng giữa các thiết bị client Các nút client kích hoạt các chức năng định tuyến và cấu hình cũng như cung cấp các

ứng dụng cho người dùng cuối Vì thế các dạng mạng này không yêu cầu bất kỳ một mesh router cũng như chúng có thể hoạt động độc lập không cần theo nhóm

Hình 1.3: WMN người dùng

Kiến trúc mạng WMN người dùng được thể hiện trong hình 1.3 Hình này cho biết các gói được ấn định đến các nút thông qua nhiều nút để tới đích WMN được xây dựng với một dạng của công nghệ kết nối không dây Tuy vậy, tại các thiết bị người dùng cuối, nhu cầu này là nhiều hơn so với mạng WMN xương sống khi chúng sử dụng các chức năng bổ sung như định tuyến và tự cấu hình

Mạng không dây mesh Hybrid (Hybrid WMNs)

Hình 1.4: Hybrid WMNs

Kiến trúc của mạng WMNs được thể hiện trên Hình 1.4 Kiến trúc này về cơ bản

là sự kết hợp của WMN cơ sở hạ tầng và WMN khách hàng Nó có những đặc trưng hơn khi so sánh với riêng mạng kiến trúc hạ tầng và client Các mesh client có thể truy cập vào mạng thông qua các mesh router cũng như có thể kết nối trực tiếp với các client khác Trong khi kết cấu hạ tầng cung cấp việc kết nối với các mạng khác thông như Wi-Fi, Wi- MAX, mạng tế bào hay mạng sensor, khả năng định tuyến của các client tăng cường khả năng liên kết và vùng hoạt động trong WMN Kể từ khi sự phát triển WMN phụ thuộc rất nhiều vào phương thức hoạt động với các giải pháp mạng không dây sẵn có, kiến trúc này trở nên rất quan trọng và được áp dụng nhiều nhất trong các mạng không dây mesh

1.3 Đặc điểm của mạng không dây mesh

Các mạng không dây mesh là một mạng đa hop và cung cấp phạm vi phủ sóng nhiều Cũng giống như nếu một nút bị lỗi hoặc tắt thì thông qua các nút khác thông báo được truyền đến nút đích chức năng đó cung cấp khả năng dư thừa trong mạng mesh Chúng có khả năng tự hàn gắn và tự định hình và tự tổ chức và cung cấp sự hỗ trợ cho mạng Ad hoc Do là mạng đa hop nên chúng đạt được thông lượng cao hơn và tái sử dụng tần số hiệu quả hơn Chi phí cài đặt của chúng là thấp vì việc giảm số lượng các điểm truy cập Internet do vậy ưu điểm chính của các mạng không dây mesh là dễ dàng triển khai Nhiều loại hình truy cập mạng như hỗ trợ cho Internet cũng như các giao tiếp truyền thông ngang hàng Việc cung cấp khả năng tương thích đến các mạng không dây sẵn có như WiMAX, Wi-Fi, các mạng cellular Kiến trúc của mạng không dây mesh là khá linh hoạt

Các đặc điểm chính của mạng không dây mesh là:

1 3.1 Mạng không dây đa hop

Mục tiêu chính để phát triển WMN là mở rộng phạm vi phủ sóng cho mạng không dây mà không bị tốn dung lượng kênh Ngoài ra cũng cung cấp các kết nối không theo tầm nhìn thẳng (non-line-of-sight - NLOS) giữa người dùng mà không cần các đường kết nối thẳng (line-of-sight - LOS) Để đạt được những mục tiêu và yêu cầu trên, dạng lưới, đa hope là không thể thiếu Thuận lợi là nó có thể đạt được thông lượng cao mà không bị tốn nhiều vùng radio hiệu quả thông qua các kiên kết ngắn và

sử dụng hiệu quả tần số hơn nữa

1 3.2 Tự định hình, tự hàn gắn và tự cấu hình

Vì kiến trúc mạng linh hoạt, dễ dàng phát triển và cấu hình, khả năng kháng lỗi

và khả năng kết nối mạng lưới thông qua truyền thông đa điểm multipoint), WMN nâng cao hiệu suất mạng Những tính năng này làm cho WMN có yêu cầu chi phí đầu tư ban đầu thấp, đồng thời có thể phát triển dần khi cần thiết

(multipoint-to-1.3.3 Phụ thuộc vào việc hạn chế tiêu thụ năng lượng của các kiểu nút mạng

Việc hạn chế tiêu thụ năng lượng được coi là một đặc tính quan trọng của các mesh client Không giống như các mesh router, mesh client yêu cầu các giao thức năng lượng hiệu quả Ví dụ các lưới sensor yêu cầu các giao thức giao tiếp hiệu quả về năng lượng Khi xem xét tình huống này, MAC hoặc giao thức tối ưu định tuyến cho các mesh router có thể không thích hợp với các client như sensor, hiệu quả của năng lượng là vấn đề chính cho các mạng sensor không dây

1.3.4 Năng lực và khả năng liên kết với các mạng không dây hiện có

Thực tế là WMN dựa trên công nghệ IEEE 802.11 phải được so sánh với các chuẩn IEEE 802.11 Do đó, WMN cũng cần phải liên kết với các mạng không dây khác như Wi-MAX và các mạng di động khác

Dựa vào những đặc điểm này, WMN được coi là một dạng của mạng ad hoc vì thiếu cơ sở hạ tầng vững chắc mà tồn tại trong các mạng tế bào hoặc mạng Wi-Fi thông qua việc triển khai các trạm cơ sở hoặc các điểm truy cập Nếu mạng WMN yêu cầu công nghệ mạng ad hoc, bắt buộc phải bao gồm các thuật toán tinh vi hơn và thiết

kế các nguyên tắc sử dụng WMN Đi sâu hơn, WMN có khả năng đa dạng hoá khả năng của các mạng ad hoc hơn là trở thành một dạng của mạng ad hoc Do đó các mạng ad hoc thực sự chỉ được coi là một tập nhỏ của WMN

1.4 Các kịch bản ứng dụng của mạng không dây Mesh

1.4.1 Mạng băng thông rộng cho gia đình

Hiện tại mạng băng thông rộng cho gia đình thường được thực hiện theo chuẩn IEEE

802.11 WLANs Vì phân phối trong các khu vực nội địa, vấn đề lớn nhất là tìm

ra các điểm tru cập và vị trí của chúng Hơn nữa, việc sử dụng nhiều điểm truy cập là rất tốn kém và không thuận tiện Bởi vì nó đòi hỏi phải sử dụng Ethernet có dây dừ các điểm truy cập đến truy cập mạng backhaul Do đó, cách tốt hơn để giải quyết vấn đề này là mạng mesh

Khi sử dụng mạng mesh tại nhà, các điểm truy cập được thay thế bằng mesh router không dây với mạng mesh được xây dựng trong đó Bằng cách này liên lạc giữa các nút trở nên mềm dẻo và mạnh mẽ hơn chống lại các lỗi mạng và lỗi liên kết Vì vậy, những nhược điểm được nêu ở trên có thể được sửa chữa thông qua các kết nối lưới linh hoạt giữa các gia đình Điều này giúp cho việc lưu trữ file phân tán, truy cập file và các video streaming phân tán

Hình 1.5: Mô hình WMN mạng băng thông rộng cho gia đình

1.4.2 Mạng doanh nghiệp

Mạng doanh nghiệp cơ bản được coi là mạng thương mại, giải pháp này chủ yếu được sử dụng trong các văn phòng, giữa các văn phòng và giữa các toà nhà với nhau Đây có thể là một mạng nhỏ trong một văn phòng, một mạng cỡ vừa cho tất cả các văn phòng trong một toà nhà hoặc một mạng cỡ lớn trong nhiều toà nhà Hiện nay, một mạng như vậy được thực hiện theo chuẩn IEEE 802.11 và các kết nối tạo ra sử dụng Ethernet, làm cho chi phí của các mạng doanh nghiệp rất cao Mặc dù thêm nhiều truy cập backhaul và modem cũng không cải thiện nhiều các lỗi liên kết, cấu hình mạng hoặc các lỗi tương tự khác trong toàn mạng doanh nghiệp, chỉ có thể tăng cường khả năng cục bộ Vấn đề trên có thể được giải quyết bằng cách sử dụng mạng mesh như Hình 1.6 dưới đây

Hình 1.6: Mô hình WMN cho mạng doanh nghiệp

Bằng cách này chúng ta giảm thiểu hoặc loại trừ các kết nối Ethernet Nhiều modem truy cập nhánh có thể được chia sẻ bởi các nút trong mạng và điều này cải thiện sức mạnh và tài nguyên sử dụng của toàn bộ mạng Do đó, WMN có thể được sử dụng và dễ dàng cho phép phát triển khi quy mô doanh nghiệp được mở rộng Từ khi mạng doanh nghiệp được cho là cần thiết cho các tổ chức tương đối lớn, hiển nhiên là mạng mesh là phức tạp hơn khi có nhiều hơn các nút và các topo mạng liên kết với nhau Mạng doanh nghiệp có thể được sử dụng một cách rộng rãi trong việc cho phép

tự phục vụ tại các sân bay, trung tâm mua sắm, khách sạn và các trung tâm thể thao

1.4.3 Mạng đô thị

Trường hợp mạng đô thị, WMN mang lại nhiều lợi thế so với các mạng khác Tốc độ truyền của lớp vật lý tại các nút trong mạng WMN là cao hơn rất nhiều so với bất kỳ mạng cellular nào Thông tin giữa các nút trong mạng WMN không phải dựa vào mạng xương sống có dây

Hình 1.7: Mô hình WMN cho mạng đô thị

Các mạng mesh MAN là một sự lựa chọn kinh tế cho mạng băng thông rộng khi

so sánh với mạng dùng cáp hoặc dùng dây Từ Hình 1.7 ta có thể thấy rằng mạng MAN không

dây bao phủ một khu vực rộng lớn hơn các doanh nghiệp tư nhân, toà nhà hoặc mạng công cộng Vì vậy trong các lựa chọn thay thế, lợi thế lớn của MAN là khả năng

mở rộng

1.4.4 Các hệ thống giám sát và bảo mật

An ninh thương mại ngày nay đóng một vai trò to lớn như trong các toà nhà, trung tâm thương mại, các cửa hàng Để có được an ninh tốt hơn cho các hệ thống này, WMN là rất tốt khi so sánh với các mạng có dây Trong các hệ thống giám sát an ninh, vẫn còn nhưng mình ảnh, video và các chức năng chính khác, do vậy nó yêu cầu dung lượng của mạng được cung cấp bởi WMN

WMN cũng được sử dụng trong trường hợp khẩn cấp và các giao tiếp ngang hàng Trong trường hợp khẩn cấp, ví dụ như các nhân viên cứu hoả ngăn chặn một đám cháy, đôi khi họ không truy cập được vào thông tin cần tìm Trong trường hợp này, nếu WMN có sẵn tại các vị trí mong muốn, nó sễ trở nên dễ dàng hơn trong việc xác định vị trí những khu vực cần quan tâm Tương tự như vậy, các thiết bị với mạng không dây như laptop, PDA có thể truyền thông ngang hàng tạo ra một giải pháp hiệu quả cho việc chia sẻ thông tin WMN thích hợp để thực hiện những việc này

1.5 So sánh mạng không dây mesh với một số công nghệ hiện tại

1.5.1 Truy cập Internet băng thông rộng:

Các yếu tố

(802.16)

Cellular (2.5-3G)

WMN

Số lượng điểm truy cập Theo nhu cầu Gấp đôi

1.5.3 Truy cập Internet di động

Các yếu

tố

Cellular 2.5 – 3G

WMN

1.5.4 So sánh với mạng Ad hoc:

Nút không dây, có thể di chuyển Các nút không dây, một số di động, một

số cố định

Có thể dựa vào cơ sở hạ tầng Dựa vào cơ sở hạ tầng

Hầu hết lưu lượng là từ người dùng đến

người dùng

Hầu hết lưu lượng là từ người dùng đến gateway

1.5.6 So sánh với mạng Sensor

Wireless Sensor Networks Wireless Mesh Networks

Băng thông giới hạn (~10kbps) Băng thông rộng (>1Mbps)

Các nút cố định trong hầu hết các ứng

dụng

Một số nút di động, một số cố định Hiệu suất năng lượng là vấn đề Thường không giới hạn năng lượng Ràng buộc về tài nguyên Tài nguyên không thành vấn đề

Hầu hết lưu lượng từ người dùng đến

gateway

Hầu hết lưu lượng từ người dùng đến gateway

1.6 Vấn đề về hiệu suất và an ninh trong mạng không dây mesh

1.6.1 Hiệu suất của mạng không dây mesh

Hiệu suất của WMN được thiết lập cho dù hệ thống đó có an toàn hay không

Hiệu quả của một hệ thống cũng dựa vào hiệu suất của nó Vì vậy điều quan trọng là

một hệ thống không bao giờ “down” và các gói dữ liệu không bị mất giữa các nút khác nhau

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của mạng không dây Mesh bao gồm:

1.6.1.1 Thông lượng

Thông lượng được định nghĩa là số lượng các gói dữ liệu được truyền bằng cách gửi và nhận bởi người nhận trong thời gian cho trước Như vậy, đến một mức độ đủ lớn, hiệu suất của mạng phụ thuộc vào thông lượng cũng như ta cần mỗi gói dữ liệu được truyền thành công Thông lượng có thể giảm sút nếu mạng thiết kế không thích hợp, định tuyến không rõ ràng, một lỗi liên kết hiện diện hoặc có sự chật chội trên đường truyền Cách tốt nhất để có được thông lượng tốt hơn là có một giao thức định tuyến tốt để các liên lạc diễn ra một cách hiệu quả

1.6.1.3 Khả năng mở rộng

Khả năng mở rộng là hoàn toàn cần thiết cho mỗi mạng Định nghĩa cơ bản cho việc này là khi mạng phát triển và có thêm nhiều nút kèm theo hiệu suất của mạng không nến giảm Một số vấn đề có thể xảy ra nếu mạng không có khả năng mở rộng là giao thức định tuyến có thể không có khả năng tìm thấy đường đi đáng tin cậy cho việc truyền dữ liệu Thêm vào đó, giao thức giao vận có thể bị lỗi với kết quả là thông lượng quan trọng có thể bị giảm sút Vì vậy, cần phải có các kỹ thuật để mở rộng các giao thức từ tầng MAC đến tầng ứng dụng

1.6.1.4 Các kỹ thuật vô tuyến không dây

Các mạng không dây mesh có một quy mô rất rộng lớn dựa trên các tín hiệu radio được gửi đến hoặc từ các nút tham gia vào mạng Vì vậy nó rất quan trọng và có tính quyết định khi mà các kỹ thuật radio được sử dụng một cách hợp lý Nếu kỹ thuật radilo có hiệu quả thì việc mất dữ liệu được giảm xuống đến một mức độ lớn Hầu hết các vấn đề xảy ra khi radio bị hỏng không bắt được tín hiệu hoặc tìm kiếm ở một số hướng khác Điều này xảy ra với ăng ten đa hướng khi tín hiệu truyền xảy ra tình trang tin tưởng vào các ăng ten cùng loại và chúng thay đổi tiêu cự liên tục Hiệu ứng này được gọi là “điếc” có nghĩa là người nhận đang tìm hướng phía ngoài vùng phát của người gửi Vấn đề này có thể được giải quyết nếu ta sử dụng ăng ten định hướng thông minh Một giải pháp khác là lựa chọn các hệ thống Multi Input Multi Output hoặc ăng ten Multi-Radio

Ngoài các lựa chọn thay thế này, thực chất là các mạng có khả năng sử dụng hầu

hết các tần số sẵn có từ quang phổ radio Điều này đưa ra cơ hội thực hiện truyền dẫn

ở tốc độ cao mà không làm tắc nghẽn Điều này có thể đạt được với sự trợ giúp của các ăng ten nhận biết (cognitive antena) hoặc radio tần số mỏng (frequency fragile radios) Khác với điều này, ta có thể sử dụng radio tái cấu hình hoặc phần mềm radio Chúng

sẽ giúp ngăn chặn độ lệch trễ và mất kênh

1.6.1.5 Khả năng tương thích

Các mạng không dây mesh có khả năng tương thích với cả mesh client và client thông thường Điều này có thể được thực hiện bởi các mesh router với sự tích hợp của nhiều loại mạng không dây không đồng nhất Ngoài ra các công cụ quản lý mạng này cần phải được thiết kế theo cách mà chúng thuận tiện cho các hoạt động, giám sát hiệu năng và các thông số thiết kế của mạng để làm cho hiệu suất cao hơn và tin cậy hơn

1.6.1.6 Bảo mật

Topo của mạng không dây mesh là dạng phân tán Khi kiến trúc mạng trở nên phân tán hơn thì vấn đề về bảo mật trên mạng càng gia tăng Cho đến nay vẫn chưa có nhiều đề án liên quan đến an ninh trên mạng không dây mesh Lý do cho việc này là không cần phải đưa ra khoá công khai cho các nút Điều này mang lại nhiều hơn sự liên hệ khi quan sát đặc tính bảo mật của mạng không dây mesh

1.6.1.7 Cách sử dụng linh hoạt

Các thiết kế của giao thức phải quan tâm nhiều hơn đến quyền tự chủ của các mạng như quản lý năng lượng, tự tổ chức, tự hàn gắn, và thủ tục chứng thực người sử dụng đăng ký mạng nhanh chóng Ngoài ra các công cụ quản lý mạng yêu cầu phải được phát triển để duy trì có hiệu quả hoạt động, giám sát hiệu suất, cũng như cấu hình các thông số của các mạng không dây mesh Cơ chế tự chủ trong các giao thức bên cạnh những công cụ này sẽ cho phép triển khai các mạng không dây mesh một cách nhanh chóng

1.6.2 Vấn đề về an ninh trong mạng không dây mesh

Như chúng ta đã biết mạng không dây sử sóng điện từ để thu và phát tín hiệu, môi trường truyền sóng là môi trường không khí Do vậy vấn đề an ninh trong mạng không dây sẽ trở lên phức tạp hơn mạng có dây rất nhiều Ngày nay khi công nghệ càng phát triển thì khả năng và kỹ thuật tấn công cũng trở lên tinh vi hơn, nguy cơ bị tấn công mạng ngày càng tăng Bởi vì tấn công, phá hoại là do con người thực hiện, kỹ thuật càng phát triển, càng thêm khả năng đối phó, ngăn chặn thì kẻ tấn công cũng ngày càng tìm ra nhiều các kỹ thuật tấn công khác cũng như những lỗi kỹ thuật khác của hệ thống Các giải pháp bảo mật thông tin trên đường truyền đã bộc lộ nhiều lỗ hổng, vì thế an toàn thông tin ngày càng trở lên mong manh hơn bao giờ hết Sở dĩ nguy cơ bị tấn công của mạng không dây lớn hơn của mạng có dây là do những yếu tố sau:

 Kẻ tấn công thường thực hiện một cách dễ dàng tại bất kỳ nơi đâu trong vùng phủ sóng của hệ thống mạng

 Thông tin trao đổi được truyền đi trong không gian, vì vậy không thể ngăn chặn được việc bị lấy trộm hay nghe lén thông tin Công nghệ còn khá mới mẻ, nhất là đối với Việt Nam Các công nghệ từ khi đưa ra đến khi áp dụng thực tế còn cách nhau một khoảng thời gian dài

Các nút người dùng có thể hoạt động như các nút trung gian cho các nút lân cận của chúng để mở rộng thêm khả năng kết nối Bằng cách cho phép truyền thông đa hop giữa các nút mesh, một số client di động có thể chia sẻ kết nối băng thông duy nhất với Internet Việc triển khai các mạng không dây mesh trong tương lai cho một số thành phố lớn trên thế giới đã được lên kế hoạch Tuy nhiên vẫn còn rất ít

sự quan tâm đến việc triển khai các nghiên cứu tập trung vào các vấn đề bảo mật cho các mạng không dây mesh

Do tính chất truyền thông quảng bá của truyền dẫn và sự phụ thuộc vào các nút trung gian trong định tuyến lưu lượng người sử dụng của mạng không dây mesh dẫn đến các lỗ hổng bảo mật làm cho mạng không dây mesh rất dễ bị tấn công dưới nhiều dạng khác nhau Các tấn công có thể từ bên ngoài cũng như từ bên trong Các tấn công bên ngoài được thực hiện bởi những kẻ xâm nhập không thuộc mạng không dây mesh và các truy cập bất hợp pháp vào mạng Ví dụ: Một nút có thể xâm nhập vào mạng và nghe trộm các gói dữ liệu sau đó tiếp tục chuyển tiếp các gói dữ liệu này đi vào giai đoạn sau để truy cập vào các tài nguyên của mạng Những cuộc tấn công từ các nút bên ngoài có thể được ngăn chặn bằng cách dùng đến các kỹ thuật mật mã như

mã hoá và xác thực Mặt khác, các cuộc tấn công bên trong được thực hiện bởi các nút

là thành phần của mạng không dây mesh Ví dụ như các nút trung gian bỏ gói tin mà

nó chuyển tiếp dẫn đến việc tấn công từ chối dịch vụ (denial-of-service - DoS) Tương

tự như vậy, các nút trung gian có thể sao lại một bản copy của của dữ liệu chúng chuyển tiếp (nghe trộm nội bộ - internal eavesdropping) cho hoạt động ngoại tuyến và tìm kiếm các thông tin có ý nghĩa không phụ thuộc vào các máy tính khác trên mạng Các cuộc tấn công như vậy thường được thực hiện bởi các “nút ích kỷ” hoặc các nút xấu (độc hại), các nút này có thể đã bị tổn hại bởi những kẻ tấn công Một sự khác biệt tinh tế trong động cơ của chúng là các nút ích kỷ tìm cách để được chia sẻ (chiếm dụng) nhiều hơn tài nguyên mạng, ngược lại, mục đích của các kẻ tấn công độc hại là làm suy giảm hiệu suất của toàn bộ mạng Lưu ý rằng các cuộc cấn công nội bộ, các nút bị lỗi là một phần của mạng không dây mesh và do đó đã tiếp cận đến thông tin chìa khoá và chứng thực Vì thế, cần phải có các cơ chế hợp tác cho phép các nút khác trong mạng phát hiện và có thể cô lập các nút lỗi Rõ ràng là tiềm năng thực sự của mạng không dây mesh có thể không được khai thác mà không cần xem xét kỹ càng và quan tâm đúng mức trong các vấn đề an ninh nội bộ cũng như bên ngoài

CHƯƠNG II CẤU HÌNH VÀ ĐỊNH TUYẾN 2.1 Các cấu hình cơ bản của mạng WMN

a, Điểm – Điểm (Point-to-Point): Là kiểu kết nối đơn giản nhất, hai nút truyền

thông qua hai anten thu phát công suất cao hướng trực tiếp với nhau

Hình 2.1: Cấu hình mạng WMN kiểu điểm – điểm

b, Điểm – Đa điểm (Point-to-Multipoints): Kết nối được chia sẻ giữa nút đường lên dùng anten đa hướng với các nút đường xuống (hoặc nút lặp) với anten thu

công suất cao

Hình 2.2 : Cấu hình mạng WMN kiểu điểm – đa điểm

Cấu hình mạng này dễ triển khai hơn cấu hình Điểm– Điểm vì khi thêm một thuê bao mới chỉ cần lắp đặt thêm thiết bị tại khu vực thuê bao chứ không phải lắp tại nút đường lên Tuy vậy, các trạm thu phải nằm trong phạm vi phủ sóng và có đường nhìn thẳng với trạm phát sóng gốc Các vật cản như cây cối, nhà cửa, đồi núi, sẽ góp phần làm cấu hình mạng lưới Điểm – Đa điểm hoạt động không hiệu quả

c, Đa điểm – Đa điểm: Mỗi nút có vai trò không chỉ là điểm truy nhập cho các trạm mà còn làm nhiệm vụ chuyển tiếp dữ liệu Cấu hình này có độ tin cậy mạng cao nhất do các nút có sự liên thông với nhau, một nút chỉ cần có kết nối với một nút bất kỳ

mà không cần phải có kết nối trực tiếp với nút đường lên như trong cấu hình Điểm –

Đa điểm, là có thể kết nối với toàn mạng Tuy nhiên, đổi lại giao thức tìm đường của mạng sẽ có độ phức tạp cao hơn

Hình 2.3 Cấu hình mạng WMN kiểu đa điểm – đa điểm 2.2 Định tuyến trong mạng WMN

Vì WMN có chung đặc điểm với những mạng tuỳ biến không dây, những giao thức định tuyến được phát triển cho MANET có thể được ứng dụng vào WMN Chẳng hạn, những mạng mắt lưới được Microsoft xây dựng dựa vào định tuyến nguồn động (DSR), và nhiều công ty khác, sử dụng định tuyến vector cự ly theo yêu cầu tuỳ biến (AODV) Những khái niệm lõi của những giao thức định tuyến hiện hữu được mở rộng

để đạt được những yêu cầu đặc biệt của mạng mắt lưới không dây

Dù đã có nhiều giao thức định tuyến cho mạng tuỳ biến không dây, những giao thức định tuyến cho WMN vẫn được tích cực nghiên cứu vì vài lý do sau:

 Trong đa số WMN, nhiều nút ở một chỗ hay ít di chuyển và không phụ thuộc vào nguồn pin Do đó, những thuật toán định tuyến không cần chú ý vào việc đối phó với sự di động hay tối thiểu dùng nguồn nuôi

 Khoảng cách giữa những nút có lẽ đã được ngắn lại ở một WMN, do vậy gia tăng chất lượng liên kết và tốc độ truyền Tuy nhiên, những khoảng cách ngắn cũng tăng ảnh hưởng giữa các chặng, giảm bớt dải thông sẵn có trên mỗi mối liên kết Bởi vậy, những tham số định tuyến mới cần đượcc tìm hiểu và dùng để cải thiện hiệu năng của những giao thức định tuyến ở một mạng WMN với nhiều chặng và nhiều đường truyền vô tuyến Đối với mạng WMN có nhiều kênh và nhiều đường truyền

vô tuyến, giao thức định tuyến không những cần thiết để lựa chọn đường đi trong những nút khác nhau, mà còn cần thiết để lựa chọn kênh thích hợp nhất hay đường truyền vô tuyến cho mỗi nút lưới Bởi vậy, những tham số định tuyến cần được tìm hiểu và được dùng để tận dụng nhiều kênh, nhiều đường vô tuyến trong một mạng mắt lưới không dây

Giao thức DSR cho phép các nút mạng tự khám phá một con đường nguồn qua các nút mạng trung gian tới bất kỳ một nút đích nào trong mạng ad hoc Mỗi một gói dữ liệu được gửi đi sau đó sẽ chứa một danh sách đầy đủ các nút trung gian mà gói này phải đi qua để đến được đích mà không có vấn đề di chuyển theo vòng diễn ra đồng thời tránh khỏi việc cập nhật liên tục các thông tin định tuyến trên các nút trung gian chuyển tiếp gói tin dữ liệu này Bằng cách đưa con đường nguồn vào trong phần header của các gói dữ liệu, mỗi một nút khi chuyển tiếp bất kỳ một gói tin nào dạng này cũng dễ dàng lưa trữ lại để sử dụng.Tìm đường đi RD (Route Discovery): Là cơ chế tìm đường khi nút gốc S muốn gửi gói dữ liệu tới nút đích D nhưng chưa biết đường đi.Khi một nút S cần gửi một gói tin tới nút đích D, S ghi thứ tự các bước đi trong cả đường đi tới D vào phần thông tin header của gói tin Thông thường, S sẽ lấy thông tin về đường đi thích hợp tới D bằng cách tìm trong bộ nhớ các đường đi được lại

từ những lần đi trước của nút Nếu không tìm thấy, S khởi tạo cơ chế RD để tìm đường

đi Trong trường hợp này, S được gọi là gốc và D là đích của cơ chế RD

Các cơ chế RD và RM hoạt động hoàn toàn dựa theo yêu cầu của các nút Không giống với các giao thức khác, DSR không đòi hỏi phải truyền định kỳ các gói

dữ liệu tìm đường quảng bá, các tín hiệu kết nối hoặc các gói dữ liệu phát hiện nút lân

cận Với lý do này, DSR làm giảm nghẽn mạch mạng do truyền định kỳ các gói dữ liệu về 0 khi tất cả các nút có vị trí tương đối ổn định so với các nút khác và tất cả các đường đi cần thiết cho việc truyền thông đã được phát hiện Các tham số ảnh hưởng đến hiệu suất của mạng: Một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu khi thiết kế, triển khai và mạng vào hoạt động là khảo sát được các tham số ảnh hưởng đến hiệu suất của mạng Khả năng mở rộng: Kích thước mạng lớn có thể làm cho giao thức định tuyến hoạt động không hiệu quả, không tìm được đường đi tin cậy và làm giảm hiệu suất mạng Mạng lưới có kiến trúc ah-hoc nên khó cài đặt các cơ chế đa truy nhập tập trung nhờ: Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA), do độ phức tạp và các yêu cầu đồng bộ thời gian và quản lý mã,

vì vậy cơ chế truy nhập thường được dùng là đa truy nhập phân tán (CSMA/CA) Tuy nhiên, CSMA/CA có độ hiệu quả sử dụng tần số không gian rất thấp, giảm khả năng

mở rộng của mạng, nên kỹ thuật này cũng không phải là tối đa Vì vậy việc tạo ra kỹ thuật lai ghép giữa CSMA/CA với TDMA hoặc CDMA có thể là hướng tiếp cận mới nâng cao tính năng của mạng lưới không dây Khác với các mạng Ah-hoc khác, hầu hết các ứng dụng của mạng lưới không dây là các dịch vụ băng thông rộng, với nhiều yêu cầu về chất lượng dịch vụ Do vậy còn có nhiều vấn đề khác cần quan tâm khi thiết kế giao thức truyền thông

2.2.2 Giao thức AODV

Yêu cầu cơ bản của thuật toán có thể được gọi là các hệ thống tiếp nhận đường đi theo yêu cầu thuần túy, các nút không nằm trên tuyến hoạt động thì không duy trì bất kì thông tin định tuyến cũng như không tham gia vào bất kì bảng định tuyến nào Hơn nữa, một nút không có gì để khám phá và duy trì tuyến tới nút khác cho đến khi hai nút phải kết nối, trừ khi các nút trước cung cấp các dịch vụ của mình là trạm trung chuyển để duy trì kết nối giữa hai nút khác Khi khu vực kết nối của nút di động được quan tâm, mỗi nút di động có thể nhận biết được các nút hàng xóm nhờ việc sử dụng một số kĩ thuật, bao gồm quảng bá nội vùng (không phải toàn hệ thống) được biết đến nhờ các bản tin Hello Bảng định tuyến của các nút lân cận được tổ chức tối ưu hóa thời gian để đáp ứng nội vùng và cung cấp cho các yêu cầu thành lập tuyến mới

Mục tiêu chính của thuật toán là:

 Chỉ phát gói quảng bá khi cần thiết

 Để phân biệt giữa quản lý kết nối nội vùng và duy trì topo mạng nói chung

 Để phổ biến thông tin về các thay đổi trong kết nối nội cùng với các nút

di động hàng xóm có khả năng cần thông tin

AODV sử dụng một cơ chế khám phá tuyến, cũng như được sử dụng trong thuật toán định tuyến nguồn động DSR Thay vì dùng tuyến nguồn, AODV lại dựa vào

bảng định tuyến thiết lập động tại các nút trung gian Sự khác biệt này làm cho chi phí lớn hơn là các tuyến nguồn được mang trong mỗi gói dữ liệu.Mỗi nút ad hoc duy trì một bộ đếm số của chỉ số thứ tự tăng đơn điệu, được dùng để thay thế cho bộ nhớ tuyến Sự kết hợp của các kĩ thuật này tạo ra một thuật toán sử dụng băng thông một cách hiệu quả (bằng cách giảm tối thiểu tải trọng mạng để điều khiển và phân phát dữ liệu) là đáp ứng sự thay đổi trong topo và đảm bảo vòng lặp tuyến tự do

Các vấn đề cơ bản của thuật toán định tuyến AODV là:

 Các bản tin ROUTER REQUEST và ROUTER REPLY (Khám phá đường)

 Các bản tin ROUTER ERORR, HELLO và danh sách lưu giữ tuyến trước (Duy trì đường)

Khi một nút cần xác định tuyến tới một nút đích, nó tạo ra sự tràn lụt các bản tin RREQ trong mạng Nút khởi đầu này quảng bá một bản tin RREQ tới tất cả các nút lân cận, các nút này lại tiếp tục quảng bá bản tin tới các hàng xóm của nó, và cứ như vậy Để ngăn chặn sự quay vòng chu kì, mỗi nút nhớ việc chuyển tiếp tuyến yêu cầu mới nhất trong một bộ nhớ đệm tuyến yêu cầu Khi các yêu cầu này trải rộng trong mạng, các nút trung gian lưu giữ các tuyến ngược quay lại nút nguồn Khi một nút trung gian có nhiều tuyến ngược, nó luôn luôn chọn các tuyến với giá trị hop count nhỏ nhất

Khi một nút nhận được yêu cầu của một nút khác hoặc nó biết một tuyến đủ mới tới đích, hoặc bản thân nó chính là đích, nút này sẽ phát động một bản tin RREP, và gửi bản tin này dọc theo tuyến ngược quay trở lại nút nguồn Khi bản tin RREP vượt qua các nút trung gian, các nút này sẽ cập nhật bản định tuyến của nó, để

mà trong tương lai, các bản tin có thể được gửi theo tuyến này tới đích Nút khởi đầu RREQ có thể nhận được bản tin RREP từ nhiều hơn một nút Mỗi nút hàng xóm khi nhận được RREQ hoặc gửi bản tin Route Reply (RREP) quay trở lại nút nguồn hoặc quảng bá tiếp gói tin RREQ tới các hàng xóm khác của nó sau khi đã tăng chỉ số hop count lên 1

2.2.2.2 Duy trì đường

Mỗi nút lưu giữ một danh sách chặng trước và danh sách cổng ra Một danh sách chặng trước là một thiết lập các nút mà tuyến xuyên suốt qua nút giữ danh sách Danh sách cổng ra là thiết lập các chặng tiếp theo mà nút gửi qua Trong các mạng nơi mà tất cả các tuyến là song hướng, các danh sách này về cơ bản là như nhau Mỗi nút gửi định kì các bản tin Hello tới các chặng trước của nó Một nút quyết định gửi một bản tin Hello tới một chặng trước xác định chỉ khi nếu không có bản tin nào được gửi gần đây tới chặng trước đó Do đó, mỗi nút mong đợi nhận định kì các bản tin (không giới hạn các bản tin Hello) từ mỗi nút trong danh sách cổng ra của nút Nếu một nút không nhận được bản tin nào từ một vài nút cổng ra trong một khoảng thời gian dài, khi đó nút được cho là không còn có thể tới được

Mỗi khi một nút xác định được một trong số các chặng tiếp theo của

nó không còn tới được, nó hủy bỏ tất cả các mục tuyến ảnh hưởng và phát động một bản tin RERR Bản tin RERR này bao gồm một danh sách tất cả các đích mà không thể tới được như một kết quả của liên kết gãy Các nút gửi RERR tới mỗi chặng trước của

nó Các chặng trước này cập nhận bản định tuyến và lần lượt chuyển tiếp RERR đến các chặng trước của nó, và cứ như vậy Để ngăn chặp lặp các bản tin RERR, một nút chỉ chuyển tiếp bản tin RERR nếu ít nhất một tuyến đã bị hủy bỏ