nghiên cứu một số phương pháp bảo mật trong mạng không dây mesh

- i -


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ










BÙI HẢI BẰNG









NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BẢO MẬT
TRONG MẠNG KHÔNG DÂY MESH

LUẬN VĂN THẠC SĨ













- ii -


MỤC LỤC
Nội dung Trang

MỤC LỤC i
BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT vi

LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY MESH 3
1.1. Giới thiệu của mạng không dây mesh [3]-[11]-[20] 3
1.1.1. Mesh Router 4
1.1.2. Mesh Client 5
1.2. Kiến trúc của mạng không dây mesh [3]-[18] 5
1.2.1 Mạng không dây mesh cơ sở hạ tầng (Infrastructural backbone) 6
1.2.2. Mạng không dây mesh người dùng (Client WMNs) 7
1.2.3. Mạng không dây mesh lai (Hybrid WMNs) 8
1.3. Đặc điểm của mạng không dây mesh [3]-[15]-[18] 8
1.3.1. Mạng không dây đa hop 9
1.3.2. Tự định hình, tự hàn gắn và tự cấu hình 9
1.3.3. Phụ thuộc vào việc hạn chế tiêu thụ năng lượng của các kiểu nút mạng 9
1.3.4. Năng lực và khả năng liên kết với các mạng không dây hiện có 9
1.4. Các kịch bản ứng dụng của mạng không dây Mesh [3]-[15]-[18] 10
1.4.1. Mạng băng thông rộng cho gia đình 10
1.4.2. Mạng doanh nghiệp 10
1.4.3. Mạng đô thị 11
1.4.4. Hệ thống giao thông 12
1.4.5. Tự động hoá trong các toàn nhà 12
1.4.6. Khoa học trong y tế và sức khoẻ 13
1.4.7. Các hệ thống giám sát và bảo mật 13
1.5. So sánh mạng không dây mesh với một số công nghệ hiện tại [15] 13
1.5.1. Truy cập Internet băng thông rộng: 13
1.5.2. Mức độ phủ sóng WLAN 14
1.5.3. Truy cập Internet di động 14
1.5.4. Ứng cứu khẩn cấp 14
1.5.5. Khả năng kết nối lớp thứ hai 14
1.5.6. Truyền thông quân sự 15
1.5.6. So sánh với mạng Ad hoc: 15

1.5.7. So sánh với mạng Sensor 15
1.6. Vấn đề về hiệu suất và an ninh trong mạng không dây mesh [3]-[6]-[14]-[16]-[18]
16
1.6.1. Hiệu suất của mạng không dây mesh 16
1.6.2. Kiểm soát hiệu suất của mạng không dây Mesh 18
- iii -

1.6.3. Vấn đề về an ninh trong mạng không dây mesh 19
CHƯƠNG 2: BẢO MẬT TRONG MẠNG KHÔNG DÂY MESH 21
2.1. Các dạng tấn công trong mạng không dây mesh [1]-[6]-[16]-[18] 22
2.1.1. Tấn công tầng vật lý 22
2.1.2. Tấn công tầng MAC 22
2.1.3. Tấn công tại tầng mạng 25
2.1.3.1 Tấn công mặt điều khiển 25
2.1.3.2 Tấn công mặt dữ liệu 27
2.1.4. Tấn công mạng không dây mesh đa sóng đa kênh [10] 28
2.2. Bảo mật trong mạng không dây mesh [1]-[6]-[14]-[16]-[18] 30
2.2.1. Đặc điểm của các giải pháp bảo mật trong mạng không dây mesh 30
2.2.2. Các cơ chế bảo mật cho mạng không dây mesh 31
2.3. Chuẩn bảo mật IEEE 802.11i [7]-[9]-[19] 37
2.3.1. Giới thiệu chuẩn bảo mật IEEE 802.11i 37
2.3.2. Những lỗ hổng trong IEEE 802.11i và các tấn công bảo mật 39
2.4. Giao thức bảo mật trong mạng không dây mesh [8]-[18] 43
2.4.1. Giới thiệu 43
2.4.2. Một số thách thức về định tuyến trong mạng không dây mesh 44
2.4.3. Một số giao thức bảo mật cho mạng không dây mesh 46
CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP CHỐNG LẠI TẤN CÔNG LỖ ĐEN TRONG GIAO THỨC
AODV CỦA MẠNG KHÔNG DÂY MESH 49
3.1. Giới thiệu 50
3.1.1 Giao thức AODV [12] 51

3.1.2 Tấn công lỗ đen trong giao thức AODV [4]-[5]-[13]-[18] 52
3.1.3. Bộ mô phỏng mạng NS2 [2]-[21] 53
3.2. Mô phỏng tấn công lỗ đen trong chương trình NS-2 54
3.2.1. Cài đặt giao thức mô phỏng hành vi lỗ đen vào NS2 54
3.2.2. Thử nghiệm blackholeAODV 56
3.3. Giải pháp chống lại tấn công lỗ đen và hiệu quả của nó 58
3.3.1. Ý tưởng thực hiện 58
3.3.2. Cài đặt giao thức giải pháp trên NS-2 59
3.3.3. Thử nghiệm giao thức idsAODV 60
3.4. Mô phỏng và phân tích kết quả 61
3.4.1. Các tham số mô phỏng 61
3.4.2. Phân tích kết quả mô phỏng 65
3.4.2.2. Phân tích kết quả: 66
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 70
PHỤ LỤC 72
PHỤ LỤC 1: File Tcl mô phỏng cho mạng 7 nút (Hình 3.5, 3.6, 3.7) 72
PHỤ LỤC 2: File Tcl mô phỏng thực nghiệm mạng 50 nút không có tấn công
Blackhole(4 nút có dây, 4 base station, 50 nút di động) 76
PHỤ LỤC 3: Phân tích tệp vết .tr 81
PHỤ LỤC 4: Nội dung file batch tính toán số liệu từ file .tr 82
- iv -

PHỤ LỤC 5: Tổng hợp kết quả tính toán các kịch bản mô tả 84
- v -


BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mô hình của mạng không dây mesh 4

Hình 1.2: WMN Cơ sở hạ tầng 6
Hình 1.3: WMN người dùng 7
Hình 1.4: WMN lai 8
Hình 1.5: Mô hình WMN mạng băng thông rộng cho gia đình 10
Hình 1.6: Mô hình WMN cho mạng doanh nghiệp 11
Hình 1.7: Mô hình WMN cho mạng đô thị 11
Hình 1.8: Mô hình WMN cho hệ thống giao thông 12
Hình 1.9: Mô hình WMN cho tự động hoá trong các toàn nhà 12
Hình 2.1: Tấn công giả mạo tầng MAC và tấn công truyền lại 24
Hình 2.2: Tấn công Wormhole được thực hiện bởi 2 nút M
1
và M
2
sử dụng đường hầm 26
Hình 2.3: Tấn công Blackhole 26
Hình 2.4: Tấn công ký sinh bên trong mạng 29
Hình 2.5: Tấn công ký sinh bên ngoài kênh 29
Hình 2.6: Tấn công lan toả chi phí thấp 30
Hình 2.7: Mô hình bảo mật cho mạng không dây mesh 32
Hình 2.8: Sự hợp tác sinh ra khoá riêng của các nút lân cận trong mạng WMN 34
Hình 2.9: Quá trình bắt tay bốn bước 38
Hình 2.10: Quá trình mã hoá CCMP 39
Hình 2.11: Tấn công cướp quyền điều khiển trong cơ chế xác thực 802.1X 40
Hình 2.12: Tấn công man-in-the-midle trong cơ chế xác thực 802.1X 41
Hình 2.13: Tấn công từ chối dịch vụ trong quá trình bắt tay bốn bước 42
Hình 3.1: Quá trình lan truyền thông báo RREQ 51
Hình 3.2: Quá trình truyền thông báo RREP và cập nhật số tuần tự 52
Hình 3.3: Tấn công lỗ đen (Blackhole) 52
Hình 3.4. Mô hình bộ mô phỏng NS-2 53
Hình 3.5: Dữ liệu truyền từ Base Station đến nút 3 bằng giao thức AODV khi nút 6 di

chuyển 57
Hình 3.6: Nút 2 (nút Black Hole) hấp thụ kết nối từ Base Station đến nút 3 58
Hình 3.7: Kết quả thực hiện giao thức idsAODV khi có tấn công blackhole 61
Hình 3.8: Một kịch bản mô phỏng mạng 64


- vi -

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT

VIẾT ĐẦY ĐỦ
AES Advanced Encryption Standard
CBC Cipher Block Chaining
CCMP Counter mode (CTR) with CBC-MAC protocol
CEPA Channel Ecto-Parasite Attack
EAP Extensible Authentication Protocol
GTK Group Temporal Key
IDS Intrusion Detection Systems
IPM Intrusion Prevention Mechanisms
LORA Low Cost Ripple Effect Attack
MAC Message Authentication Code
MIC Message Integrity Code
MIC Message Integrity Code
MPDU MAC Protocol Data Unit
NEPA Network Endo-Parasite Attack
PMK Pairwise Master Key
PTK Pairwise Transient Key
PV Permutation Vector

RREP Route Reply
RREQ Route Request
RRER Route Error
SAK Secret Authentication Key
SSK Section Secret Key
TK Temporal Key
TKIP Temporal Key Integrity Protocol
WEP Wired Equivalent Privacy
WMN Wireless Mesh Network
WPA WiFi Protected Access
- 1 -

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, giới công nghệ thông tin đã chứng kiến sự bùng nổ của nền
công nghiệp mạng không dây. Khả năng liên lạc không dây đã gần như tất yếu trong các
thiết bị cầm tay (PDA), máy tính xách tay, điện thoại di động và các thiết bị số khác. Với
các tính năng ưu việt về vùng phục vụ, kết nối linh động, khả năng triển khai nhanh
chóng, giá thành ngày càng giảm, mạng không dây đã trở thành một trong những giải
pháp cạnh tranh có thể thay thế mạng Ethernet LAN truyền thống.
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nhiều mạng không dây khác nhau, công nghệ
mạng không dây Mesh (WMN) đã nổi lên như là một trong những công nghệ tiên tiến
nhất và có thể được xem như là công nghệ của tương lai. WMN 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.
Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu về WMN đã được thực hiện. Thay vì là một
loại mạng Ad hoc, WMN đa dạng hóa các khả năng của các mạng Ad hoc. Tính năng này
mang lại nhiều lợi thế cho WMN như chi phí thấp, bảo trì mạng lưới dễ dàng, vững
mạnh, đáng tin cậy dịch vụ bảo hiểm, Vì vậy, ngoài việc được chấp nhận rộng rãi trong
các lĩnh vực ứng dụng truyền thống, WMN 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. Ưu thế về sự tiện lợi của kết nối không dây có
thể bị giảm sút do những khó khăn nảy sinh trong bảo mật mạng. Một số lỗ hổng tồn tại
trong các giao thức cho WMN có thể bị khai thác bởi những kẻ tấn công để làm suy giảm
hiệu suất của hệ thống mạng.
An ninh trên mạng nói chung và trên WMN nói riêng là một vấn đề rất quan trọng mà có
thể giải quyết được. Hiểu biết về WMN và quan tâm đúng đắn đến các vấn đề và thách
thức của chúng là điều rất cần thiết. Đề tài “Nghiên cứu một số phương pháp bảo
mật trong mạng không dây mesh” sẽ tập trung vào các vấn đề an ninh trên WMN,
các nguy cơ và các biện pháp truy cập tấn công vào WMN, xem xét các cơ chế, giải pháp
có thể để ngăn chặn và chống lại các cuộc tấn công vào WMN.
Đề tài cũng tập trung giải quyết một vấn đề cụ thể trong việc đảm bảo an ninh trong
WMN bằng việc mô tả một dạng tấn công phổ biến trong mạng WMN nói riêng và các
- 2 -

mạng không dây nói chung là tấn công lỗ đen (blackhole attack) từ đó tìm hiểu giải pháp
chống lại tấn công dạng này. Việc thực hiện mô phỏng tấn công lỗ đen và giải pháp ngăn
chặn được thực hiện trên bộ mô phỏng mạng NS-2 với các kịch bản khác nhau nhằm
phân tích một cách chính xác nhất kết quả thực hiện mô phỏng. Các kết quả mô phỏng
được phân tích đánh giá để làm rõ hơn hiệu quả của đề xuất đồng thời chỉ ra các tồn tại
cần khắc phục của đề xuất đã nêu.
Đề tài bao gồm 3 chương chính:
Chương 1: Tổng quan về mạng không dây mesh
Chương 2: Bảo mật trong mạng không dây mesh
Chương 3: Giải pháp chống lại tấn công lỗ đen trong giao thức AODV của mạng
không dây mesh
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do kiến thức bản thân còn hạn chế nên luận văn chắc

chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự chia sẻ và những ý
kiến đóng góp của thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2011


Bùi Hải Bằng
- 3 -

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY MESH

1.1. Giới thiệu của mạng không dây mesh [3]-[11]-[20]
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.
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.
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.
WMN cũng có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác như broadband, liên mạng,
mạng cộng đồng và mạng lưới khu phố, xây dựng mạng lưới doanh nghiệp tự động hóa
WMN có thể được triển khai một nút tại một thời điểm và chúng cũng có một khả năng
tự tổ chức và tự cấu hình. Sự tin cậy và khả năng kết nối của mạng sẽ làm tăng đáng kể
các nút được cài đặt.
Mạng không dây mesh là một dạng cao cấp của mạng không dây. Một WMN cung cấp
- 4 -

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.

Hình 1.1: Mô hình 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. Thông qua các chức
năng gateway hoặc cầu nối chúng hợp nhất với các mạng không dây sẵn có khác như
cellular, Wi-Fi 802.11 a,b,g và 802.11n…
- 5 -

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.
Về phương diện quang học, giao thức MAC trong mesh router là một sự cải tiến với sự
gia tăng tốt hơn trong môi trường mesh multi-hop.
Cả mesh router không dây và router không dây thông thường đều thường dựa vào những
ứng dụng mạng giống nhau. Mesh router có thể được sản xuất trên cả những hệ thống
máy tính chuyên dụng (ví dụ như hệ thống nhúng) và có thể được làm nhỏ gọn như sử
dụng cho các máy tính thông thường như laptop, desktop PC.
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 [3]-[18]
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 lai (Hybrid WMNs)
- 6 -

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.
Ta có 2 dạng tiêu biểu của kỹ thuật vô tuyến (radio) được sử dụng trong các router: một
cho liên lạc xương sống và một cho liên lạc người dùng. Các ăng ten định hướng được
sử dụng cho kết nối tầm xa trong kết nối xương sống.
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
- 7 -

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.
Ví dụ: Cộng đồng và các mạng hàng xóm có thể được xây dựng bằng cách này, các mesh
router có thể được đặt trên các nóc nhà phục vụ giống như điểm truy câp cho người sử
dụng dù họ là người sử dụng trong nhà hay đang sử dụng chúng ngoài đường.
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.

1.2.2. 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.
- 8 -

1.2.3. Mạng không dây mesh lai (Hybrid WMNs)

Hình 1.4: WMN lai
Kiến trúc của mạng WMN lai 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 [3]-[15]-[18]
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.
- 9 -

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-to-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.
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.
- 10 -

1.4. Các kịch bản ứng dụng của mạng không dây Mesh [3]-[15]-[18]
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.
- 11 -


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
- 12 -

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. Hệ thống giao thông
Khi xem xét chuẩn IEEE 802.11 hay 802.16, cách sử dụng được giới hạn ở các nhà ga và
các điểm dừng vì những nơi này dựa vào các kết nối Ethernet. WMN có thể chứng minh
được đây là một thay thế tốt hơn nhiều. WMN có thể trợ giúp cho việc cung cấp dịch vụ
thông tin khách hàng, giám sát từ xa hoặc trong bảo mật liên lạc các phương tiện xe cộ.
Ý tưởng cơ bản phía sau những công nghệ này là backhaul di động tốc độ cao từ một
chiếc xe vào internet và mạng mesh di động như Hình 1.8 dưới đây:

Hình 1.8: Mô hình WMN cho hệ thống giao thông
1.4.5. Tự động hoá trong các toàn nhà
Nếu ta xét đến một toà nhà riêng hoặc một toà nhà của một tập đoàn, ở đó có rất nhiều
các loại thiết bị điện. Những thiết bị này cần phải được điều khiển và được giám sát
thường xuyên. Để giám sát những thiết bị này thì biện pháp tiêu chuẩn là thông qua
mạng có dây nhưng công nghệ này tốn kém do sự phức tạp và chi phí bảo dưỡng cao của
mạng có dây. Để khắc phục vấn đề này các mạng dựa trên Wi-Fi đã được đề xuất. Tuy
nhiên các mạng này cũng đắt khi chúng bao gồm cả mạng có dây và không đạt được
những thành quả thoả đáng. Để giảm thiểu những vấn đề này ta có thể thay thế bằng
mạng điều khiển và tự động hoá trong các toà nhà (Building Automation and Controlled
networks - BAC) các điểm truy cập bằng mesh router và chi phí sẽ giảm đáng kể. Quá
trình triển khai cũng đơn vì hơn nhiều do các kết nối giữa các router không dây.

Hình 1.9: Mô hình WMN cho tự động hoá trong các toàn nhà

- 13 -

1.4.6. Khoa học trong y tế và sức khoẻ
Các kịch bản được áp dụng phía trên cũng có thể áp dụng cho các trung tâm y tế. Một
trung tâm y tế yêu cầu theo dõi và chẩn đoán các dữ liệu một cách thường xuyên. Hiện
nay, công nghệ được sử dụng không có gì khác ngoài mạng có dây. Việc định kỳ giám
sát sẽ tạo ra một lượng dữ liệu lớn và do đó các mạng có dây có thể không có khả năng
hỗ trợ hệ thống đến một mức độ thoả đáng. Nếu ta xem xét các mạng Wi-Fi, chúng được
dựa trên các kết nối Ethernet có thể gây ra hệ thống có chi phí cao và phúc tạp. Tất cả
các vấn đề nếu trên được giải quyết bằng cách sử dụng WMN.
1.4.7. 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 [15]
1.5.1. Truy cập Internet băng thông rộng:

Cable
DSL
WMAN
(802.16)
Cellular

(2.5-3G)
WMN
Băng thông Rất tốt Rất tốt Giới hạn Tốt
Đầu tư ban đầu Rất cao Cao Cao Thấp
Tổng đầu tư Rất cao Cao Cao Vừa phải
Phạm vi bao quát thị
trường
Tốt Vừa phải Tốt Tốt

- 14 -

1.5.2. Mức độ phủ sóng WLAN

802.11 WMN
Chi phí lắp đặt đường dây Cao Thấp
Băng thông Rất tốt Tốt
Số lượng điểm truy cập Theo nhu cầu Gấp đôi
Giá điểm truy cập Thấp Cao
1.5.3. Truy cập Internet di động

Cellular
2.5 – 3G
WMN
Chi phí ban đầu Cao Thấp
Băng thông Giới hạn Tốt
Phạm vi địa lý Giới hạn Tốt
Chi phí nâng cấp Cao Thấp
1.5.4. Ứng cứu khẩn cấp

Cellular

2.5 – 3G
Walkie
Talkie
WMN

Tính sẵn sàng Vừa phải Tốt Tốt
Băng thông Giới hạn Nghèo nàn Tốt
Phạm vi địa lý Nghèo nàn Nghèo nàn Giới hạn
1.5.5. Khả năng kết nối lớp thứ hai

Ethernet WMN
Tốc độ/ sự dễ dàng
trong triển khai
Chậm/Khó Nhanh/Dễ
Băng thông Rất tốt Tốt
Người sử dụng di động Theo nhu cầu Tốt
Tổng chi phí Thấp Vừa phải
- 15 -


1.5.6. Truyền thông quân sự


Các hệ thống hiện có WMN
Khả năng bao phủ Rất tốt Tốt
Băng thông Thấp Tốt
Hỗ trợ âm thanh Rất tốt Tốt
Tính nguỵ trang Thấp Tốt hơn
Hiệu suất năng lượng Vừa phải Tốt

1.5.6. So sánh với mạng Ad hoc:

Ad hoc Networks Wireless Mesh Networks
Đa hop Đa hop
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

1.5.7. 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
- 16 -


1.6. Vấn đề về hiệu suất và an ninh trong mạng không dây mesh [3]-

[6]-[14]-[16]-[18]
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. Đối với
các topo mạng chung, hiệu suất của mạng nói chung tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa
nguồn và đích. Tuy nhiên, đây không phải là trường hợp của WMN như khả năng mở
rộng có thể tăng hiệu suất bởi vì các nút của mạng lưới cung cấp nhiều đường dẫn giữa
nguồn và đích. Các kịch bản khác khi khi hiệu suất mạng sụt giảm là khi tín hiệu yếu
dần, nghẽn mạch trên đường dẫn hoặc sử dụng giao thức không thích hợp. Tất cả những
yếu tố này ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ và sẽ được thảo luận chi tiết trong các phần
sau đây.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của mạng không dây Mesh bao gồm:
- Thông lượng
- Khả năng kết nối
- Khả năng mở rộng
- Các kỹ thuật vô tuyến không dây
- Khả năng tương thích
- Bảo mật
- Cách sử dụng linh hoạt.
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.
1.6.1.2. Khả năng kết nối
Một yếu tố quan trọng của hiệu suất mạng là khả năng kết nối lưới. Khả năng kết nối

- 17 -

lưới nên được thực hiện theo cách mà có thể tự tổ chức trong trường hợp xảy ra vấn đề
hoặc xuất hiện lỗi. Để đạt được điều này cần phải phát triển thuật toán điều khiển cấu
hình và tự tổ chức. MAC và giao thức định tuyến cần phải có kiến thức về topo mạng
như chúng có dữ liệu định tuyến từ một điểm tới một điểm khác.
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.
- 18 -

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. Kiểm soát hiệu suất của mạng không dây Mesh
Thông lượng là một trong những vấn đề quan trọng quyết định mạng hoặc truyền thông
có tin cậy hay không. Nó khá rõ ràng ngoài khả năng mở rộng và các vấn đề về an ninh,
phần này của luận văn tập trung vào các yếu tố có thể trợ giúp để có được thông lượng
tốt hơn và do đó cải thiện hiệu suất. Thông lượng tốt sẽ sinh ra bảo mật dữ liệu thành
công từ một điểm tới điểm khác. Một cách để đạt được điều này là thông qua hiệu quả
định tuyến. Một yếu tố khác giúp có thể tăng cường thông lượng là cân bằng tải. Mất cân
bằng tải có thể xảy ra tại một thời gian nhất định và làm trệch hướng dòng lưu lượng.

Điều này sẽ dẫn đến tắc nghẽn và giảm thông lượng.
1.6.2.1. Tăng hiệu suất của mạng không dây
Thông lượng của một mạng có thể được tăng lên bằng 2 phương pháp sau:
• Sử dụng có hiệu quả các số liệu và các giao thức định tuyến.
• Sử dụng sự cân bằng lưu lượng để cải thiện chất lượng dịch vụ.
1.6.2.2. Định tuyến
Định tuyến là một quá trình để giải quyết đầu đến cuối con đường giữa nguồn và nút
đích. Các đặc điểm chính của định tuyến là cho phép truyền thông tin cậy và đảm bảo
chất lượng dịch vụ (QoS). Các nhiệm vụ quan trọng liên quan đến việc định tuyến là để
có thể lựa chọn con đường tốt nhất đảm bảo rằng dữ liệu sẽ đạt được đáng tin cậy từ
người gửi đến người nhận. Điều này được thực hiện bằng cách chọn giao thức thích hợp
mà tránh ùn tắc và do đó ngăn ngừa mất dữ liệu.
- 19 -

Điểm quan tâm chính của chủ đề này là kiểm tra các yêu cầu cho việc thiết kế đo đạc
trong các mạng mesh nhằm hỗ trợ hiệu năng mạng cao, chẳng hạn như thông lượng cao
và độ trễ gói tin thấp. Việc sản xuất ra một phép phân tích sâu sắc về các điều kiện tiên
quyết cho việc thiết kế số liệu định tuyến trong các mạng mesh phải dựa vào sự am hiểu
của 2 yếu tố: các giao thức định tuyến được sử dụng trong mạng mesh và các đặc điểm
của mạng mesh. Đầu tiên, các giao thức định tuyến khác nhau có thể đưa ra các chi phí
khác nhau theo quan điểm thông điệp và quản lý độ phức tạp, cần thiết phải biết được
giao thức định tuyến nào là thích hợp cho mạng mesh. Bằng cách này, việc thiết kế số
liệu định tuyến phải tương thích với hiệu quả của giao thức định tuyến. Thứ hai là đặc
điểm của mạng mesh, chẳng hạn như tính chất ổn định của các nút mạng và tính chất
chia sẻ của thiết bị không dây trung gian, cũng đặt ra những thách thức cho việc thiết kế
số liệu định tuyến.
Các giao thức định tuyến khác nhau yêu cầu việc thiết kế số liệu định tuyến khác nhau.
Do đó, điều cần thiết đầu tiên là nắm bắt ý tưởng giao thức định tuyến nào là thích hợp
cho mạng mesh. Hơn nữa, ta cần hiểu những thuộc tính cần thiết của thiết kế số liệu định
tuyến nhằm hỗ trợ việc hiệu quả giao thức trong mạng mesh. Khả năng của giao thức

định tuyến cho mạng mesh có thể được chia thành 2 loại: định tuyến nguồn và định
tuyến từng chặng (hop-by-hop). Tất cả các giao thức định tuyến này có các chi phí khác
nhau về chi phí thông báo và độ phức tạp quản lý.
Trên lý thuyết, có nhiều giao thức định tuyến được đề xuất trong mạng không dây ad
hoc. Vì WMN là mạng multi-hop nên các giao thức thiết kế cho mạng ad hoc cũng làm
việc tốt trên mạng WMN. Mục tiêu chính của các giao thức này là nhanh chóng thích
ứng với sự thay đổi đường đi chi đường đi bị gián đoạn bởi sự di chuyển của các nút.
Các triển khai hiện tại cho mạng WMN cũng sử dụng các giao thức đang sử dụng cho
mạng ad hoc như AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector), DSR (Dynamic Source
Routing) và TBRPF (Topology Broadcast based on Reverse Path Forwarding)… Tuy
nhiên, trong mạng không dây mesh, các mesh router rất ít di chuyển và không có sự ràng
buộc về năng lượng, trong khi các client thì cơ động và giới hạn về năng lượng. Sự khác
biệt này cần xem xét để phát triển các giao thức hiệu quả áp dụng cho mạng không dây
mesh. Khi các liên kết trong mạng không dây mesh tồn tại lâu, việc tìm ra một con
đường tin cậy và có thông lượng cao là vấn đề quan tâm chính hơn là việc thích ứng
nhanh chóng với lỗi đường truyền ở trường hợp các mạng ad hoc.
1.6.3. Vấn đề về an ninh trong mạng không dây mesh
Những năm qua, mạng WiFi (802.11) đã trở thành phổ biến với rất nhiều điểm đang được
triển khai tại các đô thị thành phố. Tuy nhiên, để kết nối được thì các khách hàng di động
phải nằm trong vùng phủ sóng của các access point. Để đảm bảo các vùng được phủ sóng