Tối ưu hóa topology trong mạng ad-hoc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Nguyễn Đức Hải
TỐI ƯU HÓA TOPOLOGY TRONG MẠNG AD-HOC
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin
HÀ NỘI - 2009
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Nguyễn Đức Hải
TỐI ƯU HÓA TOPOLOGY TRONG MẠNG AD-HOC
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Trần Hồng Quân
HÀ NỘI - 2009
Lời cảm ơn
Để hoàn thành được khóa luận này trước hết em xin gửi cảm ơn tất cả các thầy
cô trong trường Đại Học Công Nghệ đã truyền thụ cho em những kiến thức để có thể
nghiên cứu những vấn đề của khóa luận, sự cảm ơn chân thành đến PGS.TS Trần Hồng
Quân, người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình làm khóa luận, đến anh Vũ
Anh Hải ban BCCS VNPT, người đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình xây dựng
chương trình mô phỏng.
Và cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè đã giúp
đỡ, tạo điều kiện, động viên em trong suốt quá trình làm khóa luận.
Hà Nội, ngày tháng năm 2009
Sinh viên
Nguyễn Đức Hải
Tóm tắt nội dung
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng và đa dạng của các thiết bị di dộng, nhu
cầu kết nối giữa các thiết bị mọi lúc mọi nơi ngày càng trở nên cấp thiết. Một trong
những giải pháp cho yêu cầu này đó là xây dựng nên một mạng ad-hoc. Về cơ bản,

mạng ad-hoc có thể kết nối tất cả các thiết bị truyền thông không dây mà không sử dụng
bất cứ các cơ sở hạ tầng cố định nào. Rất nhiều vấn đề đã được đặt ra đó là làm sao tạo
ra được một mạng ahoc là tối ưu nhất. Một trong những vấn đề cần giải quyết đó là làm
thế nào để duy trì được mạng ad-hoc với thời gian là dài nhất trong điều kiện bị giới hạn
về nguồn năng lượng.
Trong khóa luận này chúng ta sẽ giải quyết vấn đề này theo một phương pháp
tiếp cận là tối ưu hóa topology của mang ad-hoc sao cho các node trong mạng có thể
truyền được số lượng các gói tin là lớn nhất và sử dụng nguồn năng lượng là nhỏ nhất.
MỤC LỤC
HÀ NỘI - 2009 ......................................................................................................... 1
HÀ NỘI - 2009 ......................................................................................................... 1
HÀ NỘI - 2009 ......................................................................................................... 2
HÀ NỘI - 2009 ......................................................................................................... 2
HÀ NỘI - 2009 ......................................................................................................... 2
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Mô hình two-ray group...............................................................................8
Hình 2: Chiều của mạng và phạm vi vùng ảnh hưởng của node..............................11
Hình 3: Đồ thị điểm 2 chiều.......................................................................................12
Hình 4: Các cạnh backward........................................................................................21
Hình 5: Minimum Spanning Tree...............................................................................24
Hình 6: SRA và WSRA..............................................................................................26
Hình 7: Gadget cho cạnh (a, b)...................................................................................29
Hình 8: Sự sắp xếp các node và khoảng cách giữa chúng.........................................33
Hình 9: Đồ thị maxpower G và đồ thị con G’ với các hệ số power stretch..............35
Hình 10: Bảng các đồ thị định tuyến và các hệ số liên quan.....................................37
Hình 11: Một vùng bao phủ của 1 node trong đồ thị Gabriel...................................38
Hình 12: Giao diện chính của chương trình...............................................................43
Mở đầu
Những thiết bị tính toán và truyền thông không dây đã trở nên phổ biến và đi kèm
với đó là cơ sở hạ tầng truyền thông ngày càng lớn mạnh đã làm nên một sự phát triển

nhanh chóng của mạng không dây. Hầu hết các nghiên cứu và sự phát triển dành cho mạng
không dây đó là những sự ổn định, được sự quan tâm của cộng đồng khoa học và nghành
công nghiệp truyền thông, lĩnh vực truyền thông đang được kích thích và đang hướng tới
truyền thông giao tiếp mà không cần bất cứ một cơ sở hạ tầng nào. Với những yêu cầu cấp
thiết này thì mạng ad-hoc là một giải pháp hữu hiệu. Vấn đề đặt ra đó là làm sao để thiết kế
được mạng ad-hoc với một độ ổn định cao, hiệu năng trên đường truyền là lớn nhất, đồng
thời tiết kiêm được năng lượng sử dụng cho mỗi node. Trong khóa luận này chúng ta sẽ
tiếp cận và giải quyết vấn đề này theo một phương pháp là tối ưu hóa Topology để đạt tới
hiệu năng sử dụng của mạng một cách cao nhất, đồng thời tiết kiệm năng lượng được sử
dụng cho từng node. Một số nội dung chính của khóa luận khi nghiên cứu về vấn đề tối ưu
hóa Topology được trình bày lần lượt theo các chương sau:
Chương 1: Giới thiệu về mạng ad-hoc, tầm quan trọng, tính năng nổi bật cũng như
những thách thức khi xây dựng một mạng ad-hoc.
Chương 2: Mô hình hóa mạng ad-hoc, mô hình về các kênh truyền không dây, xây
dựng topology của mạng ad-hoc dựa trên đồ thị truyền thông
Chương 3: Tối ưu hóa Topology, đưa ra các thuật toán nhằm tính toán và tạo ra
được topology cho mạng ad-hoc sao cho một cách tối ưu nhất
Chương 4: Hiệu quả năng lượng từ việc tối ưu hóa Topology, chúng ta sẽ chứng
minh rằng với Topology tối ưu thì năng lượng sử dụng cho mạng ad-hoc sẽ được giảm
xuống.
Chương 5: Mô tả về chương trình mô phỏng, đưa ra các ý tưởng xây dựng chương
trình mô phỏng, các module chính, kết quả thực nghiệm và các đánh giá thực tế
Chương 6: Kết luận, đưa ra những mặt đã đạt được của khóa luận, những mặt còn hạn chế
và bước phát triển tiếp theo của khóa luận trong tương lai
1
Chương 1. Giới thiệu về mạng Ad-hoc
1.1. Mạng Ad-Hoc
Mạng ad-hoc là lĩnh vực nền tảng trong truyền thông không dây.Công nghệ này cho
phép những node mạng có thể truyền thông ngay lập tức với những node khác sử dụng
những bộ phát không dây mà không cần sử dụng một cơ sở hạ tầng cố định. Điều này là

một sự khác biệt rất lớn của mạng ad-hoc với nhiều mạng không dây cổ điển như mạng
cellular hay wireless LAN, trong những mạng này, mỗi node sẽ phải truyền thông với một
trạm cơ sở và những trạm cơ sở này thì sử dụng mạng có dây.
Mạng ad-hoc đang được trông đợi sẽ là một cuộc cách mạng hóa của truyền thông
không dây trong vài năm tới: bằng sự bổ sung những mô hình mạng cổ điển (Internet,
mạng cellular, truyền thông vệ tinh), mạng ad-hoc sẽ trở nên vô cùng phổ biến, bằng cách
khai thác công nghệ không dây ad-hoc, những thiết bị không dây vô cùng phổ biến (điện
thoại , PDA, laptop …) và những thiết bị cố định (máy trạm, những điểm truy xuất Internet
không dây …) có thể được kết nối cùng nhau sẽ tạo thành một mạng rộng khắp hay là một
mạng toàn cầu.
Những ứng dụng trong tương lai theo xu hướng công nghệ mạng ad-hoc sẽ chứng
minh rằng nó rất hữu dụng.Ví dụ, hãy xem xét những tình huống sau đây. Một trận động
đất đã phá hủy hầu hết mọi thứ, các cớ sở hạ tầng thông tin liên lac của một thành phố
lớn(đường dây điện thoại, các máy trạm của mạng cellular …). Một vài đội cứu hộ (chữa
cháy, cảnh sát, y tế …) đang làm việc trên thảm họa đó để cứu mọi người và giúp đỡ
những người bị thương.Để mang lại một sự giúp đỡ tốt hơn cho người dân thì những đội
cứu hộ phải được phối hợp với nhau.Rõ ràng, một hành động phối hợp chỉ có thể đạt được
nếu những người cứu hộ có khả năng giao tiếp, với những người trong đội của mình vả cả
những đội khác nữa (ví dụ như cảnh sát với cảnh sát hay cứu hỏa với y tế). Với công nghệ
có sẵn, những nỗi nỗ lực phối hợp của những người cứu hộ trong hoàn cảnh cơ sở hạ tầng
thông tin liên lạc bị phá hủy nghiêm trọng là rất khó khăn: thậm chí nếu các thành viên
trong nhóm được trang bị những bộ đàm hoặc là các thiết bị tương tự, khi không có quyền
truy cập vào các cớ sở hạ tầng cố định có sẵn thì những người cứu hộ chỉ có thể liên lạc
trong một phạm vi gần. Vì vậy một trong những ưu tiên ngày nay trong quản lý thiên tai đó
là làm thế nào để khôi phục lại được hệ thống cơ sở thông tin liên lạc càng nhanh càng tốt,
việc này thường được thực hiện bằng cách sửa chữa các cơ sở hạ tầng đã bị phá hủy và
triển khai các thiết bị thông tin liên lạc tạm thời.
2
Tình hình có thể khác đi rất nhiều nếu công nghệ mạng ad-hoc đã sẵn sàng: bằng
cách sử dụng đầy đủ các hình thức truyền thông không dây phân cấp hay truyền thông

không dây đa chặng, những người cứu hộ sẽ có khả năng giao tiếp trong một khoảng cách
tương đối xa. Đối với môt khu vực thiên tai có một mật độ dân cư đông hay là một thành
phố thì công nghệ mạng ad-hoc có thể mang lại thành công trong những nỗ lực cứu hộ mà
không cần sử dụng một cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc nào.
Ví dụ trên phần nào mô tả được những tính năng nối bật của những ứng dụng sử
dụng công nghệ mạng ad-hoc:
Mạng không đồng nhất: Một mạng ad-hoc điển hình là một mạng lưới bao gồm
nhiều thiết bị không đồng nhất. Ví dụ ở giả thiết phía trên đã mô tả, các nhóm cứu hộ làm
việc trên vùng bị thiên tai sẽ được trang bị các thiết bị truyền thông giao tiếp khác nhau
như: điện thoại di động, PDAs, bộ đàm hay máy tính xách tay … .Để cho việc thiết lập
một mạng lưới thông tin liên lạc một cách thành công thì công nghệ mạng phải là nền tảng
giúp cho phép các thiết bị khác nhau có thể giao tiếp được với nhau.
Tính di động: trong một mạng ad-hoc điển hình, hầu hết các node trong mạng là di
động, một ví dụ trong trường hợp này chính là những người làm việc trong vùng bị thiên
tai mà ta đã nêu trong giả thiết phía trên.
Mạng phân tán: việc xây dựng một mạng ad-hoc phân tán là khi các nút trong mạng
là phân tán theo phương diện vật lý, trong thực tế khi các nút mạng là gần nhau thì truyền
thông qua một chặng sẽ hữu dụng hơn rất nhiều và sự truyền thông qua nhiều chặng là
không cần thiết.
Tiềm năng của những ứng dụng trong mạng ad-hoc là rất nhiều , trong đó chúng ta
đánh giá những điều sau đây:
Phân phối nhanh chóng lưu lượng truy cập trên đường cao tốc và khu đô thị:
.Những tuyến đường cao tốc và các khu đô thị có thể được trang bị những trạm phát vô
tuyến cố định, gửi những thông tin quảng bá tới những xe hơi có gắn những thiết bị thu
nhận GPS. Lần lượt các xe đang hoạt động có thể cập nhật được giao thông rất nhanh
chóng.So với những công nghệ cũ thì công nghệ mới này sẽ cung cấp những chính xác và
nhanh chóng hơn.
Truy cập Internet khắp nơi: Trong một tương lai rất gần, những khu vực công cộng
như, sân bay, nhà ga, khu mua sắm cao cấp, sẽ được trang bị những điểm truy cập Internet
không dây, bằng cách sử dụng các thiết bị di động của những người dùng khác như là một

cầu nối không dây việc truy cập internet sẽ được phủ rộng hầu hết mọi nơi.
3
Phân phối những điểm thu nhận thông tin: Bằng cách sử dụng những trạm truyền
thông không dây những điểm thu nhận thông tin có thể phân phối hoặc thu thập thông tin
từ những người sử dụng. Ví dụ về một điểm thu nhận thông tin đó là một thông tin về một
chuyến du lịch, các sự kiện xung quanh, thông tin về các cửa hàng, nhà ăn trong khu một
khu vực. …
1.2. Những sự thách thức
Mặc dù công nghệ dành cho mạng ad-hoc là tương đối hoàn thiện nhưng những ứng
dụng trên nó hầu như hoàn toàn không có.Một phần của thực tế này chính là một số vấn đề
trong mạng ad-hoc còn chưa có hướng giải quyết.Trong phần này chúng ta sẽ mô tả những
trạng thái của công nghệ mạng ad-hoc hiện thời và đối điện với thách thức trong việc thiết
kế mạng ad-hoc.
Mạng không dây ad-hoc đã thu hút được nhiều sự quan tâm của của các nhà ngiên
cứu và các ngành công nghiệp trong một vài năm gần đây.Với tư cách là kết quả của một
loạt các hoạt động ngiên cứu đáng kể, các cơ chế truyền thông không dây ad-hoc cơ bản đã
được thiết kế và chuẩn hóa. Những ví dụ phổ biến nhất, chuẩn giao tiếp IEEE 802.11 và
Bluetooth đã được thực thi trong hàng loạt các thiết bị không dây thương mại, và những
chuẩn này cho phép các thiết bị không dây giao tiếp với nhau mà ít sử dụng các cơ sở hạ
tầng.
Vì vậy, giao tiểp không dây, multihop giữa các thiêt bị khác nhau như điện thoại di
động, máy tính cách tay, PDA hay các thiết bị thông minh đều có thể trở thành hiện thực
với công nghệ được cung cấp hiện thời.
Mặc dù thực tế là công nghệ dành cho mạng ad-hoc đang tồn tại, nhưng những ứng
dụng trên nền tảng mô hình mạng ad-hoc hầu như hoàn toàn không có.Nguyên nhân của
điều này đó là thực tế khi triển khai các dịch vụ mạng ad-hoc gặp rất nhiều khó
khăn.Những thách thức chính mà chúng ta sẽ gặp phải là:
- Sự duy trì năng lượng: Những thiết bị trong mạng ad-hoc thường được sư dụng
nguồn năng lượng thông qua pin được gắn cùng, một trong những mục tiêu chính đó là
thiết kế mạng sao cho nguồn năng lượng được sử dụng một cách hiệu quả nhất.

- Hình trạng mạng không cấu trúc và/hoặc thay đổi theo thời gian: Trong một mạng
lưới các node, về nguyên tắc một thiết bị di động có thể ở bất kỳ nơi nào trong một khu
vực rộng lớn và liên tục di động, như vậy một đồ thị của hình trạng mạng sẽ biểu diễn cho
4
sự liên kết giữa các node thường là không có cấu trúc.Hơn nữa hình trạng mạng sẽ thay đổi
theo thời gian vì các nodes gần như liên tục di chuyển.Với nguyên nhân này việc tối ưu
hóa các giao thức trong mạng ad-hoc là một công việc rất khó khăn.
- Chất lượng thông tin liên lạc kém: Thông tin liên lạc trong trên một kênh truyền
không dây nói chung là kém chất lượng hơn so với một kênh truyền có dây.Hơn nữa chất
lượng thông tin liên lạc là bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường, (điều kiện thời tiết, các vật
cản, chướng ngại vật, sự can thiệp của các mạng lưới không dây khác, …).Vì vậy các ứng
dụng cho mạng ad-hoc nên có khả năng phục hồi nhanh chóng để đáp ứng lại sự ảnh
hưởng từ bên ngoài này.
- Tính toán sự giới hạn tài nguyên: Đặc trưng của mạng ad-hoc là những tài nguyên
sẵn có rất ít.Đặc biệt năng lượng và lương băng thông được cung cấp trong mạng rất hạn
chế so với những mô hình mạng trước đây.Những giao thức trong mạng ad-hoc phải mang
lại mức độ thực thi cao trong điều kiện những tài nguyên có sẵn bị hạn chế.
- Khả năng mở rộng: Trong tương lai không xa của mạng ad-hoc, mạng có thể gồm
hàng trăm hay tới hàng nghìn những node, điều này có nghĩa là giao thức dành cho mạng
ad-hoc phải có khả năng hoạt động hiệu quả trong môi trường có một số lượng rất lớn các
node tham gia.
Trong trường hợp công nghệ mạng ad-hoc được sử dụng để tạo nên một mạng rộng
khắp thì các vấn đề sau đây cũng nên được quan tâm:
Phân chia mạng toàn cầu: Trong viễn cảnh của một mạng rộng khắp được mô tả
trong phần 1.1.1 thì dữ liệu sẽ đi qua hầu hết các mô hình của các mạng: ad-hoc, cellular,
vệ tinh, wireless LAN, Internet, vv.Một lý thuyết lý tưởng là người sử dụng có thể chuyển
dữ liệu thông suốt từ một mạng này tới một mạng khác mà không cần những ứng dụng
chuyển đổi hoặc ngắt chuyển đổi.Và để thực hiện được điều này thì quả thực là một nhiệm
vụ rất khó khăn.
Mô phỏng sự liên kết giữa các node: Khi thiết kế một giao thức mạng, việc thiết kế

thường được giả định rằng tất cả các node đều tình nguyện tham gia thực thi mạng này.
Trong tương lai của những ứng dụng mạng ad-hoc, những node mạng thường được sở hữu
bởi các đối tượng khác nhau (người dùng cá nhân, các chuyên gia hay những tổ chức lợi
nhuận hoặc phi lợi nhuận), và những node này sẽ tự động tham gia thực thi các giao thức
trong mạng ad-hoc. Vì vậy những node trong mạng phải được mô phỏng theo một giao
thức nào đó một cách chi tiết và đặc biệt
5
Chương 2. Mô hình hóa mạng ad-hoc
Trong chương này, chúng ta sẽ giới thiệu một mô hình mạng ad-hoc không dây đơn
giản nhưng đã được áp dụng rộng khắp.Mô hình này cũng được áp dụng cho những mạng
có kiểu tương tự như mạng ad-hoc
2.1. Kênh truyền không dây
Những node trong mạng ad-hoc truyền thông thông qua những bộ thu phát không
dây. Vì lý do này, một điều quan trọng khi xây dựng một khối mô hình cho mạng ad-hoc là
xây dựng kênh truyền không dây.
Một kênh truyền không dây giữa một đơn vị truyền u và một đơn vị nhận v được
thiết lập khi và chỉ khi cường độ của tín hiệu nhận được bởi node v (P
r
) ở trên một ngưỡng,
ngưỡng này được gọi là cảm ứng với ngưỡng (sensitivity threshold). Về mặt hình thức có
một liên kết không dây trực tiếp giữa u và v nếu P
r

β
≥
,
β
là giá trị cảm ứng với ngưỡng,
giá trị chính xác của
β

phụ thuộc vào bộ truyền không dây và tốc độ truyền dữ liệu: cho
một kênh truyền không dây, nếu tốc độ truyền dữ liệu là cao thì giá trị của
β
cũng cao
hơn.Điều này cũng cho thấy rằng P
r
cũng cần cao hơn. Để đơn giản hóa trong các ví dụ sau
thì chúng ta giả thiết rằng
β
sẽ có giá trị 1.
Cường độ của tín hiệu nhận được P
r
sẽ phụ thuộc vào cường độ tín hiệu gửi P
t
của
u trên kênh truyền không dây và với sự mất mát trên đường truyền, tín hiệu trên mô hình
này sẽ bị suy giảm theo khoảng cách. Gọi PL(u,v) là giá trị mất mát trên kênh truyền giữa
u và v chúng ta có thể tính P
r
theo công thức:
P
r
=
),( vuPL
P
t
Vì vậy sự cố của một kênh truyền không dây giữa hai node mạng bất kỳ có thể được
dự đoán trước nếu sự mất mát trên đường truyền được biết
Việc mô hình hóa sự mất mát trên đường truyền trước đó là một nhiệm vụ khó khăn
nhất của các nhà thiết kế hệ thống mạng không dây.Các nguyên nhân ảnh hưởng xấu đến

những tín hiệu không dây lan truyền trong môi trường có thể được phân thành ba nhóm: sự
phản xạ, nhiễu, sự phân tán. Sự phản xạ xảy ra khi sóng điện từ va chạm với bề mặt của
một đối tượng nào đó sẽ tạo ra một sóng điện từ khác có bước sóng gần bằng với bước
sóng ban đầu tùy thuộc vào bề mặt phản xạ.Ví dụ như, tín hiệu không dây sẽ được phản xạ
bởi mặt đất, những tòa nhà lớn và những bức tường.Nhiễu được gây ra bởi một đối tượng
6
khác nằm giữa người gửi và người nhận mà tiêu biểu là sự giao thoa sóng sẽ gây nên sự
nhiễu tín hiệu. Sự suy giảm xảy ra khi một số nhỏ các đổi tượng người nhận và người gửi
cũng sẽ nhận những tín hiệu dẫn đến sóng lan truyền bị phân tán và suy giảm cường
độ.Trong phần sau đây chúng tôi xin giới thiệu một cách ngắn gọn những mô hình mất mát
trên đường truyền phổ biến nhất.
2.1.1. Mô hình truyền free space
Mô hình này được sử dụng để truyền các tín hiệu lan truyền khi đường truyền giữa
người gửi và người nhận là rỗi và không bị tắc nghẽn. Có nghĩa là với P
r
(d) là cường độ
của tín hiệu nhận được từ người gửi với khoảng cách giữa 2 node gửi và nhận là d, chúng
ta có công thức 2.1:
P
r
(d) =
Ld
GGP
rtt
..)4(
...
22
2
π
λ

Với G
t
là gia lượng ănten (transmitter angtenna gain) của người gửi, G
r
là gia lượng ăngten
của người nhận, L là hệ số mất mát hệ thống không liên quan đến quá trình truyền và
λ
là
bước sóng.Vì chúng ta không quan tâm đến những đặc điểm riêng của người gửi, chúng ta
có thể đơn giản hóa và có công thức 2.2 sau:
2
.)(
d
P
CdP
t
fr
=
C
f
là một hằng số phụ thuộc và các đặc điểm của người gửi
Với công thức trên đã cho chúng ta thấy rằng cường độ suy giảm của tín hiệu nhận
được tỉ lệ với bình phương khoảng cách d giữa người gửi và người nhận
Kết hợp với công thức 2.2 với giá trị cảm ứng ngưỡng, những tín hiệu chỉ có thể
được truyền đi khi và chỉ khi
tf
PCd .≤
Nói cách khác, vùng bao phủ của một node truyền chính là một vùng tròn có bán kính là
tf
PC .

với node truyền là tâm
Công thức free space chỉ đúng khi giá trị d là tương đối lớn đối với ăngten phủ của
người truyền là tương đối xa
2.1.2. Mô hình two-ray ground
7
Mô hình free space là một trường hợp đặc biệt, khi mà đường truyền giữa người gửi
và người nhận là duy nhất và tín hiệu truyền cũng là duy nhất.Chính vì lý do này mô hình
free space thường là không chính xác. Để cải thiện tính chính xác hay xem xét mô hình
two-ray ground theo 2 phần: đường truyền trực tiếp và đường truyền phản xạ qua mặt đất
giữa người gửi và người nhận. Xem hình bên dưới.
Hình 1: Mô hình two-ray group
Trong mô hình two-ray ground cường độ của tín hiệu nhận với khoảng cách truyền
nhận là d được tính theo công thức 2.3:
4
22
.
...)(
d
hh
GGPdP
rt
rttr
=
h
t
là độ cao của ăngten của bên truyền, h
r
là độ cao của ăngten bên nhận, nếu
khoảng cách giữa người gửi và người nhận là tương đối lớn. (
d

>>
rt
hh .
) .Với giả thiết
này ta có thể viết được một công thức đơn giản (2.4) để tính cường độ sóng nhận với
khoảng cách d là
4
.
d
P
CP
t
tr
=
C
t
(t viết tắt của two – ground model), C
t
là một hằng số phụ thuộc và các đặc điểm của
người gửi. Vì vậy điểm khác biệt với mô hình “free space ” là độ suy giảm tín hiệu trong
trường hợp này tỉ lệ với khoảng cách tương quan lên tới lũy thừa 4 thay vì bình phương
khoảng cách tương quan.
Kết hợp với công thức 2.2 với giá trị cảm ứng ngưỡng, chúng ta có vùng bao phủ
của một node truyền chính là một vùng tròn có bán kính là
4
.
tt
PC
8
2.1.3 Mô hình log- distance path

Mô hình log- distance path thu được nhờ sự kết hợp của các phương pháp phân tích
và phương pháp thực ngiệm. Phương pháp thực nghiệm dựa trên cơ sở các phép thử ngiệm
đo lường cũng như là các phép điều chỉnh trực tiếp trên dữ liệu.Mô hình này có thể được
coi là mô hình tổng quát của hai mô hình trên, mô hình free space và two-ray ground. Biết
rằng hệ số mất mát đường truyền trung bình tương ứng với khoảng cách d một cách chính
xác là số mũ của
α
, nó được gọi là mất mát đường truyền hệ số mũ hay là độ suy giảm
cường độ theo khoảng cách.
α
d
P
dP
t
r
=)(
Miền bao phủ sóng của mô hình này là một vùng tròn có bán kính là
α
t
P
với node
truyền là tâm
Giá trị của
α
phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường, và nó được đánh giá trong
nhiều trường hợp thực ngiệm khác nhau
Dưới đây là một bảng thể hiện một số giá trị của
α
theo từng điều kiện môi trường (Trích
Topology Control In Wireless Ad-hoc Networks (Paolo Santi))

Môi trường
α
Trống trải 2
Khu vực dân cư 2.7 – 3.5
2.1.4 Những biến đổi quy mô lớn và quy mô nhỏ
Mô hình truyền log-distance path thường dự đoán giá trị trung bình cường độ tín
hiệu nhận được nhờ một khoảng cách nhất đinh, tuy nhiên cường độ của các tín hiệu nhận
được thường là rất khác nhau từ những giá trị trung bình này. Vì lý do này, mô hình xác
suất đã được sử dụng để tính toán cho các sự thay đổi của các kênh không dây.Trong mô
hình xác suất, diện tích bao phủ sẽ không xa hơn một vùng tròn, cho tới khi một kênh
không dây giữa hai node xuất hiện như là một sự kiện ngẫu nhiên.
Mô hình kênh truyền xác xuất có thể chia thành 2 lớp:
Mô hình những biến đổi quy mô lớn: mô hình này sẽ dự đoán những biến đổi của
cường độ tín hiệu trong một vùng rộng lớn.
9
Mô hình những biến đổi quy mô nhỏ: mô hình này sẽ dự đoán những biến đổi của
cường độ tín hiệu trong một vùng nhỏ, chúng còn được gọi là mô hình multipath fading.
2.2. Đồ thị truyền thông
Đồ thị truyền thông tạo nên những hình trạng của mạng (Network Topology) có
nghĩa là, các node kết nối không dây sẽ sử dụng để kết nối đến những node khác.Như đã
đưa ra thảo luận trong các phần trước, rõ ràng là sự liên kết giữa 2 đơn vị u và v trong
mạng phụ thuộc rât nhiều vào khoảng cách giữa u và v, cường độ truyền được sử dụng để
truyền dữ liệu và những môi trường xung quanh. Từ việc tính toán cho sự biến đổi của tín
hiệu không dây ở mức độ lớn và mức độ nhỏ đồng thời tạo ra một mô hình chặt chẽ gắn
liền với các ứng dụng thực tiễn là một công việc rất phức tạp, trong chương này và các
phần còn lại của khóa luận chúng ta sẽ mô hình hóa kênh không dây sử dụng mô hình log-
distance path, chúng sẽ được loại trừ nhiều đặc tính của môi trường.Đây là mô hình được
coi là tiêu chuẩn trong nghiên cứu về kiểm soát topology trong mạng ad-hoc.
Gọi N là tập hợp những node không dây, với | N | = n. Các node được đặt trong vùng
giới hạn R. Để đơn giản hơn, chúng ta giả sử rằng R là một chiều của một hình lập

phương với cạnh là l. Ta có
R = [0, l]
d
với l > 0 khi d = 1, 2 3. Với bất kỳ node u thuộc N, vị trí của u trong R ,
được xác định bởi L(u), được diễn tả như chiều tọa độ. Do đó hàm L : N
đ
R sẽ ánh xạ
tất cả các node trong mạng thành một đồ thị được giới hạn bởi R. Nếu các node là di động,
thì vị trí vật lý của các node sẽ phụ thuộc vào thời gian. Nếu node di chuyển trong vùng R.
Chúng ta có thể giả định rằng sự mất mát nói chung của tính di động có thể được thêm vào
bằng một đối số trong L, đó là khoảng thời gian thiết lập t. Tóm tắt lại hàm L : N x T
b
R
sẽ gán toàn bộ các tính chất của những node N và tại bất kỳ thời điểm t thuộc T thành tập
hợp những tọa độ d chiều để biểu diễn cho những node vật lý tại thời điểm t. Một d –chiều
di động của mạng ad-hoc được biểu diễn bởi cặp M
d
= (N, L), N, L đã được định nghĩa tại
phía trên.
Cho một mạng lưới M
d
= (N, L) , một vùng ảnh hưởng của M
d
là một hàm gán cho tất
cả các thành phần u của N một giá trị RA(u) nằm trong khoảng từ [0 , r
max
], được coi là
vùng ảnh hưởng. Thông số r
max
được gọi là vùng ảnh hưởng lớn nhất, và thông số này phụ

thuộc vào những thuộc tính của trạm truyền được trang bị trên các node. Và một điều giả
định rằng tất cả các node đều được trang bị những thiết bị có các thuộc tính tương tự nhau,
10
có nghĩa là tất cả các node trong mạng đều có r
max
bằng nhau. Trong trường hợp mạng bao
gồm các đơn vị được trang bị các thiết bị có khả năng thu phát là khác nhau và giá trị r
max
sẽ được lấy giá trị là vùng ảnh hưởng lớn nhất của node.
Vùng ảnh hưởng của một node u có nghĩa là trong vùng ảnh hưởng ấy dữ liệu được
truyền bởi node u bắt buộc phải được nhận một cách chính xác. Cho một vùng có độ rộng r
vùng ảnh hưởng của R để dữ liệu có thể chuyển một cách chính xác phụ thuộc vào chiều
mạng : trong trường hợp mạng một chiều, nó sẽ là chiều dài gồm 2 phần có độ dài là 2r với
u là trung tâm, trong trường hợp là mạng 2 chiều nó sẽ là một vòng tròng có bán kính là r
và u là trung tâm, trong trường hợp là 3 chiều, nó là một khối cầu có bán kính là r và u là
trung tâm. (xem hình bên dưới).
Hình 2: Chiều của mạng và phạm vi vùng ảnh hưởng của node
Chú ý rằng, dưới giả thiết sự lan truyền tín hiệu không dây theo mô hình log distance,
với bất kỳ node, trong một pham vi truyền r
∈
(0, r
max
] thì cường độ truyền sẽ là P
r

∈
(0,
P
max
], P

max
là mức cường độ truyền là lớn nhất của các node.Vì vậy cần chú ý rằng khái
niệm phạm vi truyền và cường độ truyền là tương đương nhau, và chúng có thể hoàn toàn
thay thế cho nhau trong những phần còn lại của bài viết này.
Cho một mạng M
d
= (N, L) và một vùng ảnh hưởng RA, đồ thị truyền thông bao
gồm RA trên M
d
tại thời điểm t được định nghĩa là một đồ thì có hướng G
t
= (N, E(t)), E(t)
là một cạnh có hướng giữa u và v , nó sẽ có được nếu
)),(),,(()( tvLtuLuRA
δ
≥
trong đó
)),(),,(( tvLtuL
δ
là khoảng cách giữa u và v theo thời điểm t. Nói cách khác những liên kết
có hướng không dây (u , v) có thể có được khi và chỉ khi node u và v nằm trong khoảng
cách từ chính nó tới RA (u) tại thời điểm t. Trường hợp này v được gọi là 1 hop hàng xóm,
hay một hàng xóm trong khoảng ngắn của node u. Một kết nối được gọi là thuộc 2 hướng,
hay có tính đối xứng khi tại một thời điểm t (u, v)
∈
E(t) và (v, u)
∈
E(t). Trong trường
hợp này các node u và v được gọi là hàng xóm đối xứng
11

Vùng ảnh hưởng với max power có nghĩa là RA(u) = r
max
cho mỗi node u, hay tất cả
các node u trong mạng sẽ truyền với tối đa sức mạnh. Đồ thị truyền thông thu được cuối
cùng được gọi là đồ thị sức mạnh tối đa và nó sẽ được biểu diễn tất cả các kết nối có thể
giữa các node mạng.
Một vùng ảnh hưởng RA được gọi là kết nối tại thời điểm t, hay đơn giản hơn là kết
nối, nếu đồ thị truyền thông thu được cuối cùng tại thời điểm t là một kết nối mạnh, có
nghĩa là với bất kỳ cặp u và v, có ít nhất một đường đi có hướng từ u tới v. Một vùng ảnh
hưởng mà trong đó tất cả các node đều có một vùng ảnh hưởng như nhau là r, 0 < r < r
max
được được gọi là đồng nhất r. Cần chú ý rằng đồ thị truyền thông được sinh ra bởi RA
đồng nhất có thể được coi như là đại lượng vô hướng, từ (u, v) thuộc E(t)
⇔
(v,u) thuộc
E(t).
Nếu mạng là di động, vùng ảnh hưởng có thể là khác nhau với thời gian để duy trì
tính ổn định của đồ thị truyền thông, chẳng hạn như là tính kết nối
Nói chung, chúng ta có thể xác định một số chuỗi những vùng ảnh hưởng trong
khoảng thời gian sống của mạng, RA
ti
là vùng ảnh hưởng tại thời điểm t
i
, và sự chuyển
tiếp giữa các RA được xác định bởi các giao thức thích hợp.
Nếu mạng là tĩnh (nghĩa là vị trí của tất cả các node không thay đổi trong suốt thời
gian tồn tại của mạng) các mô hình đã được giới thiệu ở phía trên có thể được đơn giản hóa
bằng cách là coi L là một hàm của N mà thôi. Tuy nhiên vì nguyên tắc thì các RA có thể
khác nhau trong quá trình sử dụng của mạng.Các RA có thể được thay đổi, ví dụ như để hỗ
trợ các loại truy cập ( ví dụ, trong mạng cảm biến thông tin được gửi ra bên ngoài phụ

thuộc vào các sự kiện được phát hiện ) hoặc là để đạt được một sự cân bằng trong việc sử
dụng năng lượng giữa các node mạng. Vì vậy nói chung là đồ thị truyền thông sẽ phụ
thuộc vào thời gian, ngay cả khi mạng là tĩnh.
Hình 3: Đồ thị điểm 2 chiều
12
Tương tự như mô hình biểu đồ được sử dụng trong lý thuyết xác suất, như là đồ thị
liên thông và đồ thị hình học ngẫu nhiên.Trong các lý thuyết xác suất một đơn vị đĩa đồ
( unit disk graph ) là một đồ thị mà trong đó 2 node được kết nối bởi một cạnh khi và và
chỉ khi khoảng cách tối đa giữa 2 node là 1.Tiến đến việc tiêu chuẩn hóa, một đơn vị đĩa
đồ tương ứng với các mô hình đã được giới thiệu trong những phần trước với RA là đồng
nhất. Theo lý thuyết xác suất thì một tập hợp các điểm được phân phối theo một các hệ số
phân phối xác suất trong một số khu vực nhất định. Những điểm sau đó được kết nối theo
một số quy tắc nhất định (ví dụ như kết nối đến tất cả các điểm trong khoảng cách r hoặc
là kết nối đến k điểm gần nhất v. v ) để tạo ra đồ thị hình học ngẫu nhiên. Ngoài ra mô
hình này là một trường hợp đặc biệt của chúng ta trong đó các node được phân phối một
cách ngẫu nhiên và các RA được xác định theo một quy tắc đặc biệt nào đó.Nếu các bạn
quan tâm tới thông tin về lý thuyết về đồ thị liên thông và đồ thị hình học ngẫu nhiên có
thể tìm hiểu thêm trong tài liệu Topology Control in wireless ad-hoc and sensor networks,
còn trong phần này chúng ta sẽ không đi sâu vào các lý thuyết xác suất và lý thuyết về hình
học.
Điểm chính của mô hình đồ thị điểm đó là sự giả định về phạm vi vùng ảnh hưởng
thông thường đạt đến mức hoàn hảo: vùng ảnh hưởng là một vùng tròn d chiều với trung
tâm chính là điểm truyền sóng.Như đã thảo luận trong các phần trước giả thiết này là khá
thực tế trong môi trường phẳng. Thật không maylà thực tế trong cuôc sống khá nhiều sự
ảnh hưởng từ môi trưởng, chẳng hạn là có sự ngăn cản của các bức tường, các tòa nhà vv.
Tuy nhiên nếu gộp tất cả các chi tiết trên vào một mô hình mạng sẽ làm cho nó trở nên vô
cùng phức tạp và sẽ phụ thuộc nhiều vào các giả thiết, các kết quả thu được từ việc phân
tích và tổng hợp sẽ trở nên cực kỳ cồng kềnh. Vì lý do này, mặc dù mô hình đồ thị điểm
khả năng còn khá giới hạn nhưng nó vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong việc ngiên cứu
các đặc tính của mạng ad-hoc.

Trước khi kết thúc chương này, chúng tôi muốn nhấn mạnh rằng các kết quả thu
được bằng cách sử dụng mô hình đồ thị điểm là rất hữu ích, ít nhất ở một vài mức độ,
chẳng hạn như với các điểm thu phát có các vùng ảnh hưởng là khác nhau.
2.3. Mô hình hóa sự tiêu thụ năng lượng
Một trong những mối quan tâm chính của người thiết kế mạng ad-hoc đó chính là
việc sử dụng hiệu quả sự tiêu thụ năng lượng.Vì vậy, cần một mô hình cơ bản để xác định
13
việc tiêu thụ năng lượng của các node một cách chính xác và hiệu quả.Sau đây chúng ta sẽ
tìm hiểu về việc sử dụng năng lương cho các node trong mạng ad-hoc
2.3.1 Mạng ad-hoc
Tùy thuộc vào các sự giả định, mạng ad-hoc có thể được tạo thành từ rất nhiều các
thiết bị rất đa dạng: máy tính xách tay, điện thoại di động, PDA, các thiết bị thông minh vv.
Hơn nữa, với nhiều ứng dụng tiềm năng trong tương lai, mạng có thể bao gồm cả những
thiết bị không đồng nhất.Do tính đa dạng của các node, một cách tiếp cận điển hình là chỉ
chú ý duy nhất tới việc tiêu thụ năng lượng của việc truyền các tín hiệu không dây.Và đây
cũng là sự lựa chọn của chúng ta, cụ thể chúng ta chỉ quan tâm đến việc giảm sự tiêu thụ
năng lượng được sử dụng để giao tiếp giữa các node. Trên các loại thiết bị lượng tiêu thụ
năng lượng được sử dụng để truyền thông giao tiếp dao động trong khoảng từ 15% đến
35% trong tổng số năng lượng được sử dụng cho node. Những thông số sử dụng năng
lượng trước đây được cung cấp cho card không dây một máy tính xách tay thuân thủ theo
chuẩn IEEE 802.11. và mới đây là được sử dụng để cung cấp cho một thiết bị PDA.Kể từ
khi năng lượng được sử dụng cho card không dây là một phần trong năng lượng được sử
dụng cho một node thì việc tối ưu hóa việc sử dụng cho việc giao tiếp trở thành một vấn đề
quan trọng. Một số các nhóm phát triển đã tiến hành đo đạc sự tiêu thụ năng lượng của một
card không dây theo chuẩn 802.11.Một card không dây chuẩn 802.11 thông thường sẽ có 4
chế độ hoạt động
- Nhàn rỗi: Card là được bật, tuy nhiên nó không được sử dụng
- Truyền: Card đang ở chế độ truyền các gói dữ liệu
- Nhận: Card đang ở chế độ nhận các gói dữ liệu
- Ngủ: Sự cung cấp năng lượng giảm.

Bảng bên dưới cho chúng ta thấy sự tiêu thụ năng lượng của card CISCO Aironet IEEE
802.11 a/b/g. (Trích Topology Control In Wireless Ad-hoc Networks (Paolo Santi))
Card Gửi (mA) Nhận(mA) Nhàn rỗi(mA)
802.11 a 318 554 203
802.11 b 327 539 203
802.11 g 282 530 203
Card Phạm vi truyền “Indoor” (m) Phạm vi truyền “Outdoor” (m)
14
802.11 a 15 -30 30 -300
802.11 b/g 27 – 91 76- 396
Sự tiêu thụ năng lượng ở chế độ ngủ không được biểu diễn trong bảng, bảng này
còn cho chúng ta thấy pham vi truyền giới hạn khi card truyền với tối đa sức mạnh. Như
chúng ta thấy trong bảng phạm vi truyền giới hạn phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường
(trong nhà hay điều kiện ngoài trời ) và tốc độ dữ liệu được sử dụng để gửi các gói tin.
Chúng ta cần chú ý rằng, các dữ liệu trong bảng bên trên chỉ là các kết quả rút ra từ những
thực nghiệm và có thể có sự khác biệt với thực tế thiêu thụ năng lượng của các card không
dây. Tất cả các kết quả thu được từ những thực nghiệm đã vạch ra cho chúng ta một điểm
rất quan trọng đó là bất kỳ sự chuyển trạng thái nào của đơn vị truyền cũng có thể phải sử
dụng năng lượng (và cả thời gian trễ nữa) Điều này đặc biệt đúng đối với sự chuyển trạng
thái từ chế độ ngủ chuyển sang chế độ nhàn rỗi. Trong phần này chúng ta sẽ mô hình hóa
việc sử dụng năng lượng của các node theo tỉ lệ Ngủ : Nhàn rỗi : Gửi và Nhận, hay nói
cách khác chúng ta sẽ không quan tâm đến chính xác một giá trị nào của việc tiêu thụ năng
lượng mà là chỉ là các giá trị tương đối. Trong mô hình đơn giản của chúng ta chúng ta giả
định rằng các card thu phát được quy ước là 1 khi ở chế độ nhàn rỗi, 1.X là khi nhận một
gói tin , 1.Y khi gửi một gói tin với sức mạn tối đa , và 0 . Z khi ở chế độ ngủ (các giá trị
X, Y , Z phụ thuộc vào đặc tính của card mạng) .
Trước khi kết thúc chương này, chúng ta cần lưu ý rằng tỉ lệ 1.Y được sử dụng liên
quan tới sự tiêu thụ năng lương của card khi nó ở trạng thái truyền với sức mạnh tối đa.Mặt
khác chúng ta sẽ thấy rằng giao thức kiểm soát Topology được dựa trên nền tảng đó là khả
năng điều chỉnh khả năng truyền của các node không dây. Tính năng này được cung cấp

trên một vài sản card theo chuẩn 802.11, như là các sản phẩm của CISSCO chẳng hạn.Ví
dụ như card CISCO Aironet IEEE 802, 11 a / b / g có thể truyền với sức mạnh vào khoảng
từ 1 MW đến 100 MW. Trong thực tế các card không dây có thể tiêu thụ năng lượng như là
một hệ thống mạch tương tự hay kỹ thuật số. Như vậy, làm thế nào để xây dựng mô hình
thiêu thụ năng lượng sao cho hợp lý và hiệu quả, trong khi khả năng hoạt động với tối đa
sức mạnh của card không dây là chưa thực sự rõ ràng. Hầu hết các phương pháp tiếp cận
trong các tài liệu đều có liên quan đến sức mạnh truyền, nó thường được mô hình hóa bằng
các công thức được sử dụng trong chương 2, trừ khi có một số các quy định khác được xác
định, trong bài viết này chúng ta sẽ đơn giản hóa mô hình tiêu thụ năng lương, cụ thể
chúng ta sẽ sử dụng các định nghĩa về chi phí năng lượng sau:
Định nghĩa 2.3.1(Chi phí năng lượng)
15
Cho một vùng ảnh hưởng RA của một mạng M
d
=(N, L) chi phí năng lượng cho RA
được tính theo công thức sau:
∑
∈
=
Nu
uRARAc
α
)()(
trong đó
α
là hệ số suy giảm năng lượng theo khoảng cách.
Lưu ý rằng định nghĩa của chi phí năng lượng được nêu ở phía trên là gắn liền với
giả thiết hoạt động của chúng ta, đó là những tín hiệu không dây lan truyền theo mô hình
log-distance path.
2.4 . Mô hình hóa tính di động

Tính di động của những node là một trong những tính năng nổi bật trong mạng ad-
hoc. Như là một hệ quả tất yếu trong việc thiết kế các giao thức cho mạng ad-hoc, tính di
động là một phần quan trọng của việc thiết kế này.Từ thực tế là việc triển khai mạng ad-
hoc là khá khó, việc mô hình sự chuyển động thực là một công việc khá khó khăn, các
phương pháp tiếp cận phổ biến là sử dụng các mô hình tổng hợp và sự mô phỏng.
Mô hình hóa tính di động của mạng ad-hoc thường là:
Mô phỏng sự chuyển động: dành cho những ứng dụng của mạng ad-hoc trong một
diện rộng, mô hình phải mô hình được những sự chuyển động trong một khu vực rộng lớn
với nhiều thành phần tham gia: từ sự chuyển động của những sinh viên trong khuôn viên
trường tới những chiếc xe đang lưu thông trên đường cao tốc hay từ sự di chuyển của các
nhóm du lịch trên các vùng núi hay là những đội cứu hộ đang hoạt động trên những khu
vực thiên tai. Cung cấp một mô hình di động phù hợp với tất cả các loại hình di động gần
như là một công việc không thể thực hiện.Tuy nhiên một mô hình di động ít nhất phải mô
tả được tính chất của một ứng dụng nào đó.
Đơn giản hóa việc mô phỏng/ phân tích: cho đến khi việc mô hình hóa tính di động
được sử dụng trong mạng ad-hoc, thì mô việc mô hình hóa này nên được đơn giản hóa
bằng cách tích hợp thêm các sự mô phỏng theo một khoảng thời gian hợp lý. Hơn nữa bằng
cách sử dụng những mô hình tương đối đơn giản sẽ làm cho việc phân tích các thông số
của mạng ad-hoc trở nên dễ dàng hơn. Lần lượt các kết quả này có thể được sử dụng để
tối ưu hóa hiệu suất thực thi của các giao thức mạng ad-hoc.
Rõ ràng hai tiêu chí trên là mâu thuẫn: Mô hình thực tiễn thường có rất nhiều chi
tiết phải được bao gồm trong mô hình này và mô hình này sẽ ngày càng trở nên phức tạp.
Mặt khác việc mô phỏng, phân tích thì phải đơn giản để việc thiết kế các giao thức thực thi
cho mạng ad-hoc trở nên dễ dàng hơn. Như vây việc mô hình hóa tính di dộng phải cân
16
bằng được giữa tính chi tiết và việc đơn giản hóa, đó là chỉ xem xét đến các tính năng nổi
trội của mô hình chuyển động, trong khi chúng ta sẽ bỏ qua các chi tiết ít được để ý hơn.
Và trong chương này chúng ta sẽ mô tả ngắn gọn những mô hình di động quan trong được
sử dụng trong việc mô phỏng mạng ad-hoc
Mô hình Random waypoint (RWP): Đây là mô hình thông dụng nhất được sử dụng

trong mạng ad-hoc. Mô hình Random waypoint đã được giới thiệu trong một số tài liệu và
đã được thực thi trong giao thức đinh tuyến DSR ( Dynamic Source Routing). Trong mô
hình này mỗi node sẽ thống nhất chọn một điểm đích ngẫu nhiên (‘way point’) trong một
vùng R và di chuyển tới điểm đã chọn theo một đường thẳng. Tốc độ dịch chuyển của node
nằm được thống nhất chọn ngẫu nhiên trong khoảng [v
min
, v
max
] với v
min
và v
max
là tốc độ
dịch chuyển nhỏ nhất và lớn nhất của các node. Khi node di chuyển đến điểm đến, sau đó
nó sẽ dừng lại với một khoảng thời gian được xác định từ ban đầu. Sau đó nó sẽ đi chuyển
trở lại theo cùng một khuôn mẫu.
Mô hình RWP biểu diễn những sự di chuyển cá thể của node. Mỗi node di chuyển
độc lập với nhau và chúng có thể di chuyển bất kỳ trong khu vực R. Ví dụ như những
chuyển động tương tự được sinh ra khi những người dùng di chuyển trong một phòng lớn
hay trên một môi trường bằng phẳng. Do tính phổ biến mô hình RWP đã được ngiên cứu
nhiều hơn trong các tài liệu
Mặc dù mô hình này còn tương đối đơn giản nhưng trong tương lai những mô hình
RWP sẽ được khái quát hóa để ngày càng phù hợp với thực tế, Ví dụ mô hình RWP sẽ cho
phép một node bất kỳ dừng lại trong quá trình chuyển động tới đích theo một xác suất ngẫu
nhiên nào đó.
Mô hình hướng ngẫu nhiên (Random direction model (RDM)). Tương tự như mô
hình RWP, mô hình RDM cũng hướng theo việc mô hình hóa sự di chuyển cá nhân và có
xu hướng tự do.Mô hình này sẽ được tạo ra với một vùng tròn có bán kính R, với node là
trung tâm. Trong mô hình này các node sẽ chọn ngẫu nhiên một hướng trong khoảng từ
[0,2π] và tốc độ ngẫu nhiên trong khoảng [v

min
,v
max
]. Và sau đó node sẽ di chuyển theo
hướng đã được chọn và với tốc độ cũng đã được chọn. Khi nó đạt tới ranh giới R, nó sẽ
chọn một hướng mới và tốc độ mới
Brownian-like motion: ngược với mô hình di động RWP và RDM , những mô hình
này chuyển động có sự định hướng trước (điểm đích hoặc theo hướng ), mô hình
Brownian-like motion sẽ mô tả sự di chuyển một cách tự do, thi thoảng mô hình này còn
được gọi là mô hình drunkardlike
17
Trong mô hình Brownian-like motion, vị trí của một node tại một bước thời gian
phụ thuộc vào vị trí của node tại thời điểm trước đó.Cụ thể, tính chất di chuyển có đinh
hướng hay vận tốc di chuyển đều không được sử dụng tại mô hình này. Tính di động được
mô hình hóa bằng 3 tham số sau đây:
p
start
, p
move
, và m, Tham số đầu tiên thể hiện xác suất node ở trạng thái dừng trong toàn bộ
thời gian mô phỏng, p
move
thể hiện xác suất, xác suất node sẽ di chuyển trong một bước thời
gian., m là tham số mô hình, tại một số mức, tốc đô: nếu một node đang di chuyển ở bước
i,vị trí của nó ở bước tiếp theo i+1 là một vị trí được chọn ngẫu nhiên trong vòng bán kính
là 2m với tâm là vị trí hiện thời của node.
Map-based mobility: Trong tất cả các mô hình đã giới thiệu từ trước đến giờ các
node được tự do di chuyển trong khu vực triển khai R. Tuy nhiên trong nhiều tình huống
thực tế, các node thường bị bắt buộc di chuyển theo một đường đặc biệt nào đó. Đây là
một trường hợp, chẳng hạn những chiếc xe di chuyển trên một xa lộ hay mọi người đi bộ

đều di chuyển trên vỉa hè, vv. Mô hình Map based sẽ được sử dụng để mô phỏng các tình
huống trên. Bước đầu tiên trong việc tạo nên mô hình Map based là thiết lập một bản đồ,
đó là định nghĩa những đường di chuyển trong đó các node sẽ được phép di chuyển trên
đó. Sau đó một số node có vị trí ngẫu nhiên nằm trên những con đường này và chúng sẽ di
chuyển theo lộ trình đã được quy định cụ thể.
Một ví dụ của mô hình map based mobilily là mô hình Freeway Mobiliy, chúng
được sử dụng để mô phỏng sự di chuyển của những chiếc xe trên xa lộ, trong mô hình này
một số xa lộ sẽ được xác định trong khu vực triển khai. Mỗi xa lộ sẽ bao gồm 1 con đường
và có 2 hướng. Node sẽ có vị trí ngẫu nhiên trên xa lộ, và chúng sẽ di chuyển với vận tốc
ngẫu nhiên, vận tốc này sẽ phụ thuộc theo thời gian vao vận tốc trước đó của nó. Nếu 2
node mà trong cùng một làn xe với một khoảng cách tối thiểu (khoảng cách an toàn) thì tốc
độ của nó sẽ không được vượt quá tốc độ của node bên trên nó.
Một mô hình khác của map based mobilily là mô hình Manhattan mobility, chúng
được sử dụng để mô phỏng sự di chuyển … Đầu tiên Manhatta như là một bản đồ bao gồm
chiều dọc và chiều ngang của những con đường sẽ được tạo ra. Các node sẽ di chuyển dọc
theo những con đường theo hai hướng. Khi node di chuyển đến một chỗ cắt, nó sẽ chọn
ngẫu nhiên một con đường, có thể là đi thẳng theo hướng như ban đầu hoặc có thể rẽ phải
hoặc rẽ trái. Tương tự như mô hình FreeWay tốc đô hiện thời của node phụ thuộc vào tốc
độ trước đó của node theo bước thời gian.
18
Ví dụ thứ 3 của mô hình Map- based là mô hình the Obstacle mobility, trong mô
hình này bản đồ được tạo ra đầu tiên là thêm các vật cản (những tòa nhà chẳng hạn) những
trở ngại được thêm vào có thể được lấy một cách ngẫu nhiên hoặc dựa trên bản đồ thực tế.
Một khi các công trình xây dựng được triển khai những con đường nối những công trình
này sẽ được tạo ra và những node sẽ được giả định di chuyển theo những con đường này.
Một tính năng thú vị của mô hình này đó là những vật cản cũng được tính toán cho việc mô
phỏng tín hiệu được lan truyền trong môi trường. Nói cách khác mô hình này còn giả định
được những tín hiệu sẽ bị cản bởi các vật cản trong môi trường
Group-based mobility: Tất cả những mô hình được giới thiệu từ trước đều mô
phỏng sự di chuyển của từng cá thể. Tuy nhiên trong nhiều tình huống các node có thể di

chuyển theo một nhóm (ví dụ như một nhóm du lịch di chuyển trong thành phố) Group-
based Mobility được tạo ra để mô hình những tình huống như trên.Trong mô hình Group-
based Mobility một nhóm nhỏ các node mạng được coi như là những trưởng nhóm (group
leaders). Những node còn lại sẽ được gán ngẫu nhiên với những trưởng nhóm tạo thàn một
nhóm.Đầu tiên các nhóm trưởng sẽ ngẫu nhiên phân phối vùng triển khai R và các thành
viên trong nhóm sẽ có vị trí ngẫu nhiên trong vùng R và là ‘hàng xóm’ của trưởng
nhóm.Sau đó các trưởng nhóm sẽ di chuyển theo một mô hình đã được giới thiệu ở phía
trên, Chẳng hạn như là RWP hay RDM. Các thành viên trong nhóm sẽ làm theo người
đứng đầu, các thành viên này sẽ có hướng và tốc độ theo hướng và tốc độ của trưởng
nhóm. Khi hai nhóm giao nhau, một thành viên bất kỳ có thể rời nhóm của nó và gia nhập
vào một nhóm khác theo một xác suất đã biết. Chi tiết về mô hình Group-based Mobility
có thể tham khảo ở một số tài liệu khác như Hong et al. 1999; Wang and Li 2002
Chương 3. Tối ưu hóa Topology
3.1. Vấn đề về vùng ảnh hưởng
19