TỔNG QUAN CÁC MẠNG KHÔNG DÂY VÀ MẠNG AD-HOC
Đặt vấn đề
Sự giao tiếp giữa nhiều thiết bị mang lại khả năng cung cấp các dịch vụ độc đáo và sáng tạo, tuy nhiên, cơ chế này cũng rất phức tạp và có thể gây ra nhiều khó khăn trong việc kết nối mạng Điều này không chỉ làm giảm tính linh hoạt mà còn tạo ra sự phức tạp trong các hệ thống hiện nay Để giải quyết vấn đề này, nhiều tiêu chuẩn đã được phát triển nhằm kết nối các thiết bị khác nhau, và mỗi thiết bị cần hỗ trợ nhiều hơn một tiêu chuẩn để đảm bảo tính tương thích.
Trong những năm gần đây, nhiều công nghệ kết nối không dây đã ra đời, cho phép người dùng dễ dàng kết nối với máy tính và thiết bị viễn thông mà không cần dây cáp Những công nghệ này tạo cơ hội cho kết nối nhanh chóng và tự động, đồng thời loại bỏ nhu cầu mua thêm cáp cho các thiết bị cá nhân, từ đó mở rộng khả năng sử dụng dữ liệu di động trong nhiều ứng dụng Mạng LAN đã thành công trong thời gian qua, và với sự phát triển của công nghệ không dây, mạng LAN không dây (WLAN) đang nổi lên như một giải pháp linh hoạt, dự kiến sẽ thay thế mạng có dây.
Nhiều công nghệ và tiêu chuẩn kết nối không dây đã ra đời, nổi bật trong số đó là Bluetooth, Infrared Data Association (IrDA), Home RF và chuẩn IEEE 802.11 Những công nghệ này được phát triển nhằm tạo ra sự cạnh tranh giữa các công ty trong lĩnh vực mạng không dây và thiết lập các chuẩn mực.
Và chúng ta sẽ tìm hiểu qua về các công nghệ cũng như tiêu chuẩn trên.
Bluetooth
Bluetooth là công nghệ kết nối không dây hiệu quả, sử dụng sóng viba với tốc độ cao và công suất thấp Nó được thiết kế để kết nối các thiết bị như điện thoại, laptop, thiết bị số hỗ trợ cá nhân (PDAs) và nhiều thiết bị cầm tay khác.
Bluetooth không yêu cầu truyền tín hiệu trực tiếp giữa các thiết bị kết nối, mà sử dụng các biến thể của công nghệ mạng LAN hiện tại Điểm nổi bật của Bluetooth là kích thước nhỏ gọn và chi phí thấp, mang lại sự tiện lợi cho người dùng.
- Hoạt động ở băng tần ISM 2.56 GHz, luôn có sẵn (không cần giấy phép)
- Sử dụng trải phổ tần bước nhảy (FHSS)
- Có thể hỗ trợ lên tới 8 thiết bị trong một mạng nhỏ, gọi là “Piconet”
- Đa hướng, có thể truyền non line-of-sight
IrDA
IrDA là tổ chức quốc tế chuyên phát triển và thúc đẩy tiêu chuẩn kết nối dữ liệu hồng ngoại với chi phí thấp và khả năng tương thích cao Tổ chức này cung cấp một bộ giao thức toàn diện cho tất cả các lớp chuyển giao dữ liệu, bao gồm các thiết kế tương tác cao và quản lý mạng hiệu quả.
- Khoảng cách: ít nhất 1m, và có thể mở rộng thành 2m
- Tốc độ cơ bản là 9600 bps, và có thể lên đến 4Mbps.
HomeRF
HomeRF là một nhánh của Tổ chức Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), tập trung vào việc phát triển tiêu chuẩn truyền dữ liệu qua sóng vô tuyến (RF).
Các đặc điểm của HomeRF:
- Hoạt động ở băng tần 2.45 GHz
- Khoảng cách: lên đến 150 ft
- Nhảy tần: 50 hops mỗi giây
- Hỗ trợ cả TDMA và CSMA/CA
- Kết nối thoại: hỗ trợ 6 cuộc hội thoại full-duplex
- Bảo mật dữ liệu: sử dụng thuật toán mã hóa blowfish
WiFi là công nghệ không dây phổ biến, được sử dụng rộng rãi bởi người dùng tại gia, các công ty nhỏ và các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) mới Các thiết bị phát WiFi dễ dàng tìm thấy trong các cửa hàng.
Những lợi ích của WiFi:
- Tính tương thích: bất kì thiết bị WiFi nào cũng có thế tương thích với nhau
- Có thế hack được: để mở rộng phạm vi phủ sóng
- Được thiết kế cho mạng cục bộ (LAN), không hỗ trợ mạng WAN
- Sử dụng công nghệ CSMA.
So sánh các công nghệ
Hình 2: So sánh các loại kết nối không dây
Giới thiệu về mạng ad-hoc di động
Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng của công nghệ đã nâng cao đời sống con người, khiến việc sở hữu các thiết bị di động như laptop, PDA hay smartphone trở nên dễ dàng hơn Điều này thúc đẩy sự phát triển của mạng không dây, với mô hình kết nối truyền thống qua Access point trở nên phổ biến Tuy nhiên, trong những tình huống khẩn cấp như thiên tai hoặc trong lớp học, việc thiết lập mạng không dây có cơ sở hạ tầng có thể tốn kém và không hợp lý Do đó, việc triển khai mạng không dây adhoc, không cần cơ sở hạ tầng nhưng vẫn cho phép các thiết bị trao đổi thông tin, trở thành giải pháp hiệu quả.
Mạng ad-hoc là một tập hợp các nút di động không dây tự hình thành một mạng tạm thời mà không cần cơ sở hạ tầng hoặc quản trị tập trung Các router trong mạng này có khả năng di chuyển tự do và tự tổ chức, dẫn đến cấu trúc liên kết không dây có thể thay đổi nhanh chóng và không thể dự đoán.
Mạng adhoc là mạng tự thiết lập và thích nghi, cho phép các nút mạng di động tự phát hiện và kết nối với nhau mà không cần quản trị trung tâm Các nút mạng có khả năng nhận diện loại thiết bị và đặc tính tương ứng, từ đó cho phép kết nối linh hoạt giữa các thiết bị như laptop, PDA, hay smartphone Tuy nhiên, việc duy trì năng lượng cho các nút mạng là một thách thức lớn, vì chúng thường sử dụng pin Hơn nữa, tính bảo mật trong mạng adhoc không cao, do truyền thông không gian dễ bị tấn công hơn so với mạng có dây.
Ví dụ về một mạng ad-hoc:
Hình 3: Ví dụ mạng ad-hoc
Một số ứng dụng của mạng ad-hoc:
Để đáp ứng nhu cầu truyền thông tạm thời tại một địa điểm trong khoảng thời gian ngắn, việc thiết lập một mạng tạm thời là giải pháp hiệu quả Việc xây dựng một mạng có cơ sở hạ tầng cố định sẽ tiêu tốn nhiều chi phí và nhân lực, do đó, lựa chọn mạng tạm thời giúp tiết kiệm tài nguyên và thời gian.
Hỗ trợ kịp thời trong các tình huống thiên tai và hỏa hoạn là rất quan trọng, vì khi xảy ra sự cố, cơ sở hạ tầng như đường dây, trạm máy và máy chủ có thể bị hủy hoại, dẫn đến việc hệ thống mạng bị tê liệt hoàn toàn.
Việc cung cấp dịch vụ truyền thông tại các khu vực xa trung tâm, vùng sâu, vùng xa gặp nhiều khó khăn do dân cư thưa thớt, dẫn đến việc thiết lập hệ thống mạng với cơ sở hạ tầng trở nên tốn kém và phức tạp.
Trong một số ứng dụng nhất định, việc sử dụng mạng adhoc có thể mang lại hiệu quả cao hơn so với dịch vụ mạng dựa trên cơ sở hạ tầng.
Mạng MANET bao gồm các router kết nối với nhau, đặc trưng bởi các giao diện MANET có khả năng tiếp cận không đối xứng thay đổi theo thời gian Các router này duy trì một cấu trúc định tuyến, cho phép giao tiếp qua các kênh vô tuyến động Chúng có khả năng di động và có thể tham gia hoặc rời khỏi mạng bất kỳ lúc nào Để giao tiếp, các nốt mạng trong adhoc cần cấu hình giao diện mạng với địa chỉ cục bộ phù hợp trong khu vực mạng adhoc.
Mạng MANET, từ góc độ lớp IP, hoạt động như một mạng multi-hop lớp 3 với các liên kết giữa các nút mạng Mỗi nút trong mạng adhoc này đóng vai trò như một router lớp 3, duy trì các tuyến kết nối với các nút khác trong mạng cũng như tới các đích bên ngoài mạng MANET Khi được kết nối với Internet, mạng MANET trở thành mạng biên, được xác định bởi các router biên.
Các đặc điểm của mạng MANET:
Trong mạng MANET, mỗi thiết bị đầu cuối đều hoạt động như một thiết bị chủ động, có khả năng đảm nhận cả vai trò của host lẫn router.
Việc phân chia hoạt động trong mạng là cần thiết do thiếu một hệ thống mạng nền tảng cho trung tâm kiểm soát Điều này dẫn đến việc kiểm soát và quản lý hoạt động mạng phải được thực hiện qua các thiết bị đầu cuối.
Định tuyến đa đường là một thuật toán định tuyến không dây cơ bản, cho phép xác định lộ trình cho một hoặc nhiều chặng dựa trên các thuộc tính liên kết khác nhau và giao thức định tuyến.
- Topo động: vì các nốt di động nên cấu trúc mạng có thể thay đổi theo thời gian
Tối ưu hóa cho thiết bị đầu cuối là rất quan trọng trong mạng MANET, vì các nốt thường có tốc độ xử lý CPU thấp, bộ nhớ hạn chế và năng lượng lưu trữ ít Do đó, cần phải cải tiến các thuật toán và cơ chế để phù hợp với các hạn chế này.
CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD-HOC
Giới thiệu
Với sự phát triển của công nghệ truyền thông không dây, bộ thu phát không dây giá rẻ ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực di động Các mạng di động thu hút sự chú ý nhờ tính linh hoạt cao và chi phí giảm đáng kể Khác với mạng có dây, mạng di động có đặc điểm là các nút di động thường xuyên thay đổi cấu trúc mạng, điều này hiếm khi xảy ra trong mạng có dây Mặc dù mạng có dây cung cấp khả năng kết nối ổn định, nhưng mạng không dây lại phải đối mặt với sự thay đổi liên tục do nhiều yếu tố như sức mạnh truyền tải, độ nhạy máy thu, fading và can thiệp từ bên ngoài Hơn nữa, mạng di động không dây thường có tỷ lệ lỗi cao, giới hạn công suất và băng thông.
Mạng di động được chia thành mạng cơ sở và mạng di động ad-hoc (MANET) dựa trên sự phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng cố định Trong mạng di động cơ sở, các nút di động kết nối qua các điểm truy cập có dây, trong khi mạng di động ad-hoc hoạt động độc lập mà không cần hỗ trợ cơ sở hạ tầng Các nút trong mạng ad-hoc có khả năng di chuyển tự do, dẫn đến cấu trúc liên kết thay đổi nhanh chóng Do giới hạn phạm vi truyền dẫn, một số nút có thể không giao tiếp trực tiếp, yêu cầu các đường định tuyến chứa nhiều hop, với mỗi nút đóng vai trò như một bộ định tuyến Trong mạng không dây có cơ sở hạ tầng, việc truyền thông phụ thuộc vào base station, khiến các nút mạng phải nằm trong vùng phủ sóng để giao tiếp Ngược lại, trong mạng ad-hoc, các nút vẫn có thể kết nối thông qua các nút trung gian ngay cả khi nằm ngoài vùng phủ sóng của nhau.
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
Mạng ad hoc có những đặc điểm nổi bật so với các loại mạng khác, bao gồm khả năng di động của các nút mạng, dẫn đến sự thay đổi liên tục trong topo mạng Băng thông của mạng cũng biến đổi thường xuyên, trong khi tốc độ truyền tín hiệu phụ thuộc nhiều vào tính chất vật lý của các nút mạng và giao diện mạng Những đặc điểm này tạo ra sự khác biệt rõ rệt cho mạng ad hoc.
Phạm Trần Thanh Long 12 việc thiết kế các giao thức định tuyến cho mạng adhoc là một bài toán khó.
Yêu cầu của thuật toán định tuyến cho mạng adhoc
Mạng adhoc có những đặc điểm khác biệt khiến cho các thuật toán định routing truyền thống như Link State và Distance Vector không thể áp dụng hiệu quả Cả hai thuật toán này yêu cầu router phải quảng bá thông tin định tuyến định kỳ, điều này làm giảm khả năng thích ứng của giao thức với sự thay đổi của topo mạng Nếu khoảng thời gian định kỳ quá ngắn, giao thức sẽ hoạt động kém hiệu quả do phải xử lý nhiều hơn so với sự thay đổi của topo, dẫn đến lãng phí băng thông và năng lượng Ngược lại, nếu thời gian định kỳ quá dài, giao thức sẽ không kịp thời phản ứng với các biến đổi trong topo mạng.
Thuật toán Link State cho phép các router gửi thông tin định kỳ về các router hàng xóm và chi phí đường đi đến các router đó trong mạng Nhờ vào thông tin này, các router có thể nắm bắt toàn bộ topo của mạng và tính toán đường đi ngắn nhất đến đích.
Thuật toán Distance Vector cho phép mỗi router gửi định kỳ thông tin về khoảng cách đến các router khác Qua việc tính toán và so sánh khoảng cách từ các nút hàng xóm đến đích, các router xác định được đường đi ngắn nhất đến nút mạng mục tiêu.
Như vậy, nếu sử dụng các thuật toán thông thường với mạng adhoc có thể dẫn đến một loạt các vấn đề sau:
- Việc các router liên tục gửi bản tin quảng bá định kì đến các nút trong mạng Việc này gây ra:
Gây lãng phí băng thông cho các nút mạng trong mạng adhoc
Gây lãng phí năng lượng
Trong các mạng thông thường, liên kết giữa hai nút hoặc giữa nút và trạm gốc thường là đối xứng Ngược lại, trong mạng adhoc, liên kết giữa hai nút có thể là không đối xứng, dẫn đến việc truyền thông không thể thực hiện hiệu quả trên cả hai hướng.
Khả năng truyền tín hiệu của các nút mạng khác nhau ảnh hưởng lớn đến chất lượng kết nối Nút mạng có năng lượng truyền tín hiệu mạnh sẽ có liên kết tốt với các nút nhận tín hiệu, trong khi nút có năng lượng yếu sẽ gặp khó khăn trong việc kết nối, dẫn đến các liên kết yếu và không ổn định.
Trong mạng ad hoc, sự tồn tại của nhiều liên kết dư thừa là điều thường thấy Khác với mạng có dây truyền thống, nơi chỉ cần một số ít router để kết nối hai mạng, mạng ad hoc lại có nhiều tuyến đường dư thừa hơn Do đó, việc áp dụng các thuật toán định tuyến trong mạng ad hoc trở nên phức tạp hơn.
Mạng adhoc khác với các tuyến thông thường ở chỗ mỗi nút mạng đóng vai trò như một router, dẫn đến việc dữ liệu có thể phải đi qua nhiều nút trung gian và không chỉ một tuyến đường duy nhất Mặc dù có nhiều tuyến đường khả thi cho việc truyền dữ liệu, việc tính toán và cập nhật các tuyến đường này có thể trở nên phức tạp và không cần thiết, đặc biệt khi có quá nhiều tuyến đường dư thừa.
Với các vấn dề nêu trên, chúng ta có thể rút ra được một số yêu cầu với các thuật toán định tuyến cho mạng ad-hoc:
- 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 là cần thiết trong mạng ad-hoc, vì các phương pháp tập trung thường không hiệu quả do mất nhiều thời gian để thu thập và tính toán thông tin trạng thái mạng Trong thời gian này, cấu hình mạng có thể đã thay đổi đáng kể, dẫn đến việc các quyết định đưa ra không còn chính xác.
Khi thiết kế mạng, việc tính toán năng lượng và băng thông là rất quan trọng Do các nút mạng thường có nguồn năng lượng hạn chế, cần áp dụng các giao thức định tuyến giúp tiết kiệm năng lượng tại các nút khi có thể Đồng thời, băng thông của mạng cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để tránh lãng phí không cần thiết.
Để ngăn chặn hiện tượng lặp trong mạng, nơi các gói tin di chuyển vòng quanh trong một khoảng thời gian nhất định, một giải pháp hiệu quả là sử dụng bộ đếm chặng trong mỗi gói tin Bộ đếm này sẽ tăng lên 1 mỗi khi gói tin đến một nút mạng mới, giúp kiểm soát và ngăn chặn việc lặp lại không cần thiết.
Phạm Trần Thanh Long 14 một giá trị định sẵn thì gói tin sẽ bị loại bỏ
Thiết lập các cụm mạng nhỏ giúp cải thiện hiệu quả định tuyến bằng cách nhóm các nút mạng gần nhau Khi các nút mạng di chuyển nhanh, sự ổn định của các cụm mạng sẽ tăng lên, từ đó đơn giản hóa quá trình định tuyến trong các cụm này.
Hình 4: Ví dụ cụm mạng nhỏ
Giao thức định tuyến trong mạng ad-hoc dễ bị tấn công, như việc cung cấp cập nhật định tuyến sai hoặc cản trở chuyển tiếp gói tin, dẫn đến từ chối dịch vụ và gói tin không đến đích Những thay đổi thông tin định tuyến, dù không nguy hiểm, cũng tốn băng thông và năng lượng Do đó, cần thiết phải áp dụng các phương pháp bảo mật phù hợp để ngăn chặn sự sửa đổi trong hoạt động của giao thức.
Các giao thức định tuyến cơ bản
Trong mạng Ad-hoc di động, một trong những phương pháp phổ biến để phân biệt các giao thức định tuyến là dựa vào cách thức yêu cầu và duy trì thông tin định tuyến bởi các nút di động Theo cách phân loại này, các giao thức định tuyến được chia thành ba loại: Proactive, Reactive và Hybrid Bài viết này sẽ chỉ tập trung vào một số giao thức định tuyến thuộc hai loại Proactive và Reactive.
Giao thức định tuyến chủ động, hay còn gọi là định tuyến theo bảng điều khiển, cho phép các nút trong mạng ad-hoc di động liên tục đánh giá và duy trì các đường đi đến các nút khác.
Phạm Trần Thanh Long 15 duy trì sự nhất quán và cập nhật thông tin định tuyến, cho phép một nút nguồn có thể nhận được đường định tuyến ngay lập tức khi cần thiết.
Trong giao thức Proactive, các nút trong mạng cần duy trì sự nhất quán về topo mạng, và khi có sự thay đổi cấu hình, các cập nhật phải được truyền đi toàn mạng để thông báo Giao thức định tuyến chủ động trong mạng adhoc di động áp dụng các thuật toán tương tự như trong mạng có dây, cho phép các nút di động tự động cập nhật trạng thái mạng và duy trì đường đi, bất kể lưu lượng truy cập Một số giao thức tiêu biểu được đề cập bao gồm DSDV và OLSR.
Các giao thức định tuyến reactive cho mạng ad-hoc di động, hay còn gọi là giao thức định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn, hoạt động bằng cách tìm kiếm các đường định tuyến khi cần thiết Quá trình tìm kiếm này sẽ dừng lại khi một đường đi được xác định hoặc khi không còn đường đi nào khả dụng sau khi đã kiểm tra tất cả các lựa chọn.
Trong mạng ad-hoc di động, sự di chuyển của các nút mạng có thể làm gián đoạn các tuyến đường hoạt động, do đó việc duy trì đường định tuyến trở thành một quá trình quan trọng trong các giao thức định tuyến reactive So với các giao thức định tuyến proactive, giao thức reactive có lợi thế về chi phí điều khiển thấp hơn, giúp cải thiện khả năng mở rộng trong mạng ad-hoc di động Tuy nhiên, một nhược điểm của giao thức này là nút nguồn có thể phải chờ đợi lâu để tìm kiếm đường đi trước khi có thể chuyển tiếp các gói tin Một số giao thức tiêu biểu trong nhóm này bao gồm DSR và AODV.
2.3.1 Một số giao thức định tuyến Proactive
2.3.1.1 Giao thức DSDV (Destination Sequence Distance Vector)
DSDV là một giao thức định tuyến proactive cho mạng ad-hoc di động, sử dụng thuật toán Bellman-Ford truyền thống Trong bảng định tuyến của DSDV, mỗi mục bao gồm thông tin về hop kế tiếp đến nút đích, chỉ số chi phí cho đường dẫn và thứ tự của điểm đích Thứ tự này giúp phân biệt giữa các tuyến đường cũ và mới, đồng thời ngăn chặn sự hình thành các vòng lặp trong quá trình định tuyến.
Các bản cập nhật của DSDV liên quan đến thời gian hoặc sự biến đổi trong cấu trúc mạng Mỗi nút trong mạng sẽ định kỳ truyền tải thông tin định tuyến đến các nút lân cận Khi có sự thay đổi đáng kể, nút đó sẽ gửi bảng định tuyến đã được cập nhật Hơn nữa, DSDV cung cấp hai phương thức để truyền tải thông tin định tuyến.
- Full-dump: cập nhật bảng định tuyến đầy đủ bao gồm các thay đổi trong
Phạm Trần Thanh Long 16 bảng định tuyến
- Incremental update: Chỉ gửi những mục có các số liệu thay đổi so với lần cập nhật cuối cùng
Thông tin định tuyến được quảng bá thông qua việc truyền broadcast hoặc multicast các gói tin định kỳ, đồng thời theo dõi sự thay đổi của cấu trúc mạng Dữ liệu lưu trữ thời gian giữa tuyến đường đến đầu tiên và tuyến đường tốt nhất cho từng đích đến cụ thể giúp nút nguồn có thể trì hoãn quảng bá các tuyến đường có khả năng thay đổi, từ đó giảm sự biến động của bảng định tuyến Giao thức DSDV yêu cầu mỗi station phải quảng bá bảng định tuyến tới các nút lân cận, với các mục trong danh sách có thể thay đổi theo thời gian, nên việc quảng bá cần diễn ra thường xuyên để đảm bảo các nút luôn có thể xác định vị trí của nhau trong mạng.
Các nút mạng hoạt động đồng bộ để tạo ra các đường dữ liệu, quảng bá thông tin cần thiết theo chu kỳ vài giây Trong môi trường truyền không dây, phạm vi truyền broadcast bị giới hạn bởi các đặc tính của môi trường Dữ liệu được quảng bá từ mỗi nút bao gồm số thứ tự mới của nó cùng với thông tin cho tuyến đường mới.
- Số lượng hop cần để tới đích
- Số thứ tự của mỗi nút đích
Destination Next Metric Seq Nr Install time
Cách thức tạo lập thông tin về số thứ tự:
- Mỗi nút khi quảng bá sẽ tự động tăng số thự tự đích đến của nó (chỉ sử dụng số chẵn)
- Nếu một nút không thể tới được (timeout) tăng số thứ tự nút đó lên 1 (Số lẻ) và đặt số metric là ∞
*Ví dụ: cấu hình mạng có 3 nút như hình sau:
Hình 5: Ví dụ cho giao thức DSDV Bảng định tuyến tại các nút:
+) Trong trường hợp nút B gửi thông tin định tuyến cho nút A và nút C:
Hình 6: Trường hợp nút B gửi thông tin định tuyến cho nút A và nút C
B tăng số thứ tự của B 100 → 102
B sẽ gửi thông tin định tuyến tới các nút lân cận là A và C, trong đó có chứa số thứ tự của các nút đích
A và C sẽ so sánh thông tin định tuyến nhận được với bảng định tuyến của mình, từ đó đưa ra những thay đổi cần thiết Họ sẽ lựa chọn thông tin có số đích lớn hơn hoặc có metric tốt hơn để tối ưu hóa quá trình định tuyến.
*Khi có các sự thay đổi trong cấu hình mạng:
Ví dụ: cấu hình mạng thêm nút D
- Nút D sẽ quảng bá thông tin định tuyến lần đầu tiên, gửi số thứ tự D-000
- Nút C sẽ thêm nút D vào bảng định tuyến của mình:
- C sẽ thông tin định tuyến tới B và D để cập nhật Quá trình diễn ra tương tự tại nút B
* Khi nút D ngắt ra khỏi mạng: C tăng số thứ tự của D lên 1 thành D-001, quảng bá sự thay đổi cho các nút mạng biết D đã rời khỏi mạng
=> không dẫn đến vòng lặp
- Đơn giản (gần giống với Distance Vector)
- Không có trễ khi định tuyến
- Các nút phải hoạt động liên tục
- Phần lớn thông tin định tuyến không được sử dụng
2.3.1.2 Giao thức định tuyến OLSR (Optimized Link-State Routing)
OLSR (Optimized Link State Routing) là một giao thức được thiết kế cho các mạng ad-hoc di động, hoạt động bằng cách trao đổi thông tin topo mạng giữa các nút Mỗi nút trong mạng sẽ chọn một nhóm các nút hàng xóm làm "Multipoint Relays" (MPR), chỉ các nút này có trách nhiệm điều khiển việc chuyển tiếp gói tin Các MPR cung cấp cơ chế hiệu quả cho việc flooding, giảm thiểu số lần truyền tải yêu cầu Đồng thời, các nút MPR cũng phải khai báo thông tin trạng thái liên kết trong mạng để đảm bảo OLSR có thể cung cấp các tuyến đường ngắn nhất đến tất cả các nút.
Mutipoint relays (MPR) là để giảm thiểu chi phí của các gói tin được flood
Phạm Trần Thanh Long 19 đề xuất giảm thiểu số lần truyền tin dư thừa trong mạng bằng cách sử dụng các nút lân cận Mỗi nút trong mạng sẽ chọn một tập hợp các nút lân cận có khả năng truyền lại thông điệp của nó Các nút lân cận không thuộc tập hợp MPR sẽ nhận và xử lý các thông điệp broadcast nhưng không phát lại các tin nhắn từ nút đó.
Tập hợp MPR càng nhỏ thì giao thức định tuyến càng tối ưu
OLSR dựa vào việc lựa chọn các MPR (MultiPoint Relay) để tính toán các đường đi tới tất cả các đích đến đã biết thông qua các nút này, trong đó các nút trong tập hợp MPR được chọn đóng vai trò là các nút trung gian.
Mỗi nút trong mạng duy trì một tập hợp hàng xóm, gọi là MPR Selectors Các gói tin được phát sóng từ những MPR Selectors này sẽ được chuyển tiếp bởi nút đó Tập hợp MPR Selectors có thể thay đổi theo thời gian và được chỉ định thông qua thông điệp HELLO.
Tập hợp MS của nút N, viết tắt là MS (N), là tập hợp những nút chọn N nằm trong tập hợp MPR của chúng
Hình 8: MPR (4) và MS (3), MS (6) c) HELLO:
So sánh AODV và DSR
AODV DSR Độ phức tạp Bình thường Bình thường
Chi phí Thấp Bình thường Định tuyến Bằng phẳng Bằng phẳng
2.4.1 So sánh giao thức reactive và proactive
Broadcast định kì Có Không
Chi phí điều khiển Cao Thấp
Chi phí băng thông Cao Thấp
Năng lượng tiêu thụ Cao Thấp Độ trễ Thấp Cao
- Độ trễ của việc khám phá tuyến đường:
Các giao thức Proactive có thể có độ trễ thấp hơn vì các tuyến đường được trì mọi lúc
Các giao thức Reactive có thể có độ trễ cao hơn vì một con đường từ X tới Y được tìm kiếm chỉ khi X muốn gửi dữ liệu tới Y
- Chi phí của việc khám phá và duy trì tuyến đường:
Các giao thức Reactive có thể có chi phí thấp hơn vì các tuyến đường được quyết định chỉ khi cần thiết
Các giao thức Proactive có thể (nhưng không cần thiết) dẫn đến chi phí cao hơn vì phải liên tục cập nhật tuyến đường
- Mỗi giao thức có trade-off tốt hơn tùy thuộc vào lưu lượng và các mô hình di động
MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA MẠNG AD-HOC
Ứng dụng trong tìm kiếm và cứu nạn
Trong các tình huống khẩn cấp như động đất và bão, mạng di động ad-hoc đóng vai trò quan trọng trong công tác tìm kiếm và cứu hộ Thảm họa thường khiến nhiều người mất điện và khả năng liên lạc do hạ tầng bị phá hủy Mạng ad-hoc không dây có thể được thiết lập mà không cần cơ sở hạ tầng, giúp các tổ chức cứu trợ duy trì liên lạc và phối hợp hiệu quả trong các hoạt động cứu hộ.
Ứng dụng trong quốc phòng
An toàn thông tin liên lạc là yếu tố thiết yếu trong các hoạt động quốc phòng thành công, đặc biệt khi các cơ sở hạ tầng thông tin không có sẵn Trong những tình huống này, việc sử dụng mạng ad-hoc và mạng cảm biến trở nên hữu ích và thực tiễn Các đơn vị quân đội như bộ binh, hải quân và không quân cần duy trì liên lạc hiệu quả Ví dụ, máy bay không quân có thể thiết lập mạng ad-hoc để giao tiếp và chia sẻ dữ liệu, trong khi nhóm bộ binh di chuyển cũng có thể sử dụng mạng này để giữ liên lạc.
Ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe
Trao đổi đa phương tiện giữa bệnh nhân và cơ sở chăm sóc sức khỏe, bao gồm âm thanh, video và dữ liệu, rất quan trọng trong các tình huống khẩn cấp Khi một cá nhân được vận chuyển bằng xe cứu thương, việc sử dụng mạng di động ad-hoc cho phép họ trao đổi thông tin hiệu quả Điều này giúp chuyên viên chăm sóc sức khỏe có thể nắm bắt tình hình tốt hơn và đưa ra quyết định kịp thời.
Phạm Trần Thanh Long 37 nhấn mạnh rằng việc chuẩn đoán và lập kế hoạch điều trị hiệu quả cho bệnh nhân cần dựa trên thông tin hình ảnh, thay vì chỉ dựa vào âm thanh hoặc dữ liệu đơn thuần Thông tin hình ảnh đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá phản xạ và khả năng phối hợp của bệnh nhân.
Ứng dụng trong giáo dục
Hầu hết các tổ chức giáo dục hiện có mạng giao tiếp không dây hoặc đang xây dựng hạ tầng cơ sở để tạo điều kiện thuận lợi cho sinh viên và giảng viên trong việc tương tác và hoàn thành nhiệm vụ học tập Mạng không dây ad-hoc có thể nâng cao trải nghiệm học tập bằng cách thiết lập một mạng lưới thông tin liên lạc giữa giảng viên và sinh viên trong cùng một lớp học, từ đó mang lại nhiều tính năng hấp dẫn và tiện ích cho cả hai bên.
Ứng dụng trong công nghiệp
Hầu hết các khu công nghiệp và công ty hiện nay sử dụng mạng không dây tại chỗ, đặc biệt trong môi trường sản xuất, nơi có nhiều thiết bị điện tử liên lạc với nhau Kết nối có dây thường gây ra sự ngổn ngang và bừa bộn, không chỉ tạo ra mối nguy hiểm mà còn ảnh hưởng đến độ tin cậy Việc áp dụng mạng không dây giúp loại bỏ những lo ngại này, đồng thời mang lại tính di động và linh hoạt cho các thiết bị Mạng không dây ad-hoc cho phép cấu hình lại dễ dàng theo yêu cầu, duy trì thông tin liên lạc giữa các thực thể khác nhau, và tổ chức các cuộc họp mà không cần tất cả nhân viên có mặt trong cùng một không gian.
Ứng dụng trong đời sống
Mạng ad-hoc di động cho phép kết nối nhanh chóng và tạm thời giữa các thiết bị như laptop, điện thoại di động, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chia sẻ thông tin giữa người dùng Nó có thể được ứng dụng trong các gia đình, lĩnh vực taxi, thể thao, sân vận động, thuyền và máy bay nhỏ, giúp đơn giản hóa việc truyền thông Thay vì sử dụng dây cáp, mạng này sử dụng kết nối vô tuyến, mở rộng khả năng truy cập Internet tương tự như các mạng WLAN và GPRS Mạng di động ad-hoc, đặc biệt trong lĩnh vực PAN, hứa hẹn sẽ có nhiều ứng dụng tiềm năng trong tương lai.