Nghiên cứu các giao thức định tuyến aodv, DSR và OLSR trong hệ thống mạng manet

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN TOÀN QUYỀN

NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN
AODV, DSR VÀ OLSR TRONG HỆ THỐNG
MẠNG MANET

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

Đà Nẵng - Năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN TOÀN QUYỀN

NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN
AODV, DSR VÀ OLSR TRONG HỆ THỐNG
MẠNG MANET

Chuyên ngành : HỆ THỐNG THÔNG TIN
Mã số

: 60.48.01.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ VĂN SƠN

Đà Nẵng - Năm 2016


L I CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tơi, các số liệu
và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, đƣợc các đồng tác giả
cho phép sử dụng và chƣa từng đƣợc cơng bố trong bất kỳ một cơng trình nào
khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Toàn Quyền


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................. 1
2. Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài ................................................................. 3
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 4
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 4
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài .................................................... 5
6. Kết quả dự kiến ..................................................................................... 5
CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MANET ......................... 7
1.1. MẠNG KHÔNG DÂY .............................................................................. 7
1.1.1. Giới thiệu về mạng không dây........................................................ 7
1.1.2. Phân loại mạng không dây .............................................................. 8
1.1.3. Những đặc điểm chính của mạng khơng dây ............................... 11
1.2. MẠNG DI ĐỘNG TÙY BIẾN MANET ................................................. 11
1.2.1. Giới thiệu về mạng MANET ........................................................ 11
1.2.2. Các đặc điểm của mạng MANET ................................................. 13

1.2.3. Một số ứng dụng mạng MANET .................................................. 14
1.3. TIỂU KẾT CHƢƠNG 1........................................................................... 18
CHƯƠNG 2. CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSR VÀ OLSR
TRONG MANET .......................................................................................... 19
2.1. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CỔ ĐIỂN ................................................. 19
2.1.1. Định tuyến dựa trên trạng thái liên kết ......................................... 20
2.1.2. Định tuyến dựa trên vector khoảng cách ...................................... 20
2.2. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG AD HOC ........................... 21
2.2.1. Các yêu cầu chung ........................................................................ 21


2.2.2. Phân loại........................................................................................ 24
2.3. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV...................................................... 28
2.3.1. Khám phá đƣờng ........................................................................... 30
2.3.2. Thiết lập đƣờng đảo chiều ............................................................ 31
2.3.3. Thiết lập đƣờng chuyển tiếp ......................................................... 31
2.3.4. Quản lý bản định tuyến ................................................................. 33
2.3.5. Duy trì đƣờng ................................................................................ 34
2.3.6. Xử lý lỗi, hết hạn và xóa bỏ tuyến ................................................ 36
2.3.7. Quản lý kết nối nội vùng .............................................................. 39
2.3.8. Sửa chữa nội vùng ........................................................................ 39
2.4. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DSR ......................................................... 42
2.4.1. Cơ chế tạo thông tin định tuyến (Route Discovery) ..................... 44
2.4.2. Cơ chế duy trì thơng tin định tuyến (Route Maintanance)........... 50
2.5. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OLSR ....................................................... 51
2.5.1. Cấu trúc bản tin. ............................................................................ 52
2.5.2. Hoạt động ...................................................................................... 56
2.6. SO SÁNH CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN ....................................... 59
2.7. TIỂU KẾT CHƢƠNG 2........................................................................... 61
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG CÁC GIAO THỨC AODV, DSR VÀ OLSR

TRONG MÔI TRƯỜNG NS-2 .................................................................... 62
3.1. GIỚI THIỆU MÔI TRƢỜNG MÔ PHỎNG NS ..................................... 62
3.2. MÔ PHỎNG MẠNG KHÔNG DÂY TRONG MÔI TRƢỜNG NS ...... 65
3.2.1. Tạo MobileNode trong NS ........................................................... 66
3.2.2. Tạo sự hoạt động cho Node .......................................................... 66
3.2.3. Các thành phần cấu thành mạng trong một MobileNode ............. 67
3.2.4. Các bƣớc viết m tcl để thực thi mô phỏng mạng wireless .......... 69


3.3. THIẾT KẾ MƠ HÌNH MẠNG ĐỂ MƠ PHỎNG CHO CÁC GIAO
THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO YÊU CẦU TRÊN MẠNG MANET .............. 71
3.4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MƠ PHỎNg ..................................................... 72
3.4.1. Mô phỏng di chuyển trong mạng .................................................. 75
3.4.2. Mô phỏng tải trong mạng ............................................................. 78
3.5. TIỂU KẾT CHƢƠNG 3........................................................................... 83
ẾT LU N .................................................................................................... 84
TÀI LIỆU THAM

HẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN BẢN (Bản sao)


DANH MỤC CÁC

HIỆU CÁC CH

VIẾT TẮT

AODV

Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing

AP

Access Point

BSS

Basic Service Set

DSR

Dynamic Source Routing

ESS

Extended Service sets

IBSS

Independent Basic Service sets

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

LAN

Local Area Network

MANET

Mobile Ad Hoc Network

NAM

Network Animator

RREP

Route Reply

OLSR

OPTIMIZED LINK STATE ROUTING

RREQ

Route Request

RRER

Route Error

UWB

Ultra-WideBand

WiMAX

Worldwide Interoperability for Microwave Access

WLAN

Wireless Local Area Network

WPAN

Wireless Persional Area Network

WUSB

Wireless Universal Serial Bus

WWAN

Wireless Wide Area Network


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

2.1.

Thông tin lƣu trữ trong Route Cache tại thời điểm 1

47

2.2.

Thông tin lƣu trữ trong Route Cache tại thời điểm 2

48

2.3.

Thông tin lƣu trữ trong Route Cache tại thời điểm 3

48

2.4.

Thông tin lƣu trữ trong Route Cache tại thời điểm 4

49

2.5.

So sánh các giao thức định tuyến

59

2.6.

So sánh các giao thức định tuyến

60

3.1.

Thông số mô phỏng di chuyển trong mạng

75

3.2.

Thông số mô phỏng tải trong mạng

79


DANH MỤC CÁC H NH V

Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

1.1.

Minh họa mạng không dây cố định

10

1.2.

Minh họa mạng không dây với các điểm truy cập cố định

10

1.3.

Mơ hình mơ tả khái niệm mạng Ad hoc

12

1.4.

Ứng dụng cho các dịch vụ kh n cấp khi có thiên tai

15

1.3.

Ứng dụng trong các hội nghị

15

1.5.

Ứng dụng cho home networking

16

1.6.

Ứng dụng cho mạng cá nhân

16

1.7.

Ứng dụng cho mạng xe cộ

17

2.1.

Hệ tọa độ cơ bản mô tả môi trƣờng mạng Ad Hoc

22

2.2.

Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc

24

2.3.

Quá trình gửi yêu cầu khám phá đƣờng

30

2.4.

Tóm tắt xử lý nhận tại một nút

35

2.5.

Cơ chế xử lý khám phá đƣờng tại node của DSR

45

2.6.

Mơ hình mạng Ad Hoc gồm 12 nút

46

2.6.a.

Nút S phát gói tin RREQ đến các nút lân cận A, E, F

47

2.6.b.

Nút A, F phát gói tin RREQ đến các nút F, B, A, K, G

47

2.6.c.

Nút B, K, G phát gói tin RREQ đến các nút C, G, H, K

48

2.6.d.

Nút H, C phát gói tin RREQ đến các nút láng giềng I, D, J

49

2.6.e.

Nút D phát gói tin RREP về nút S theo đƣờng đ khám phá

50

2.7.

Minh họa cơ chế duy trì thơng tin định tuyến

51

2.8.

Định dạng gói tin

52


Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

2.9.

Định dạng bản tin Hello

53

2.10.

Định dạng bản tin TC

55

2.11.

Định dạng bản tin MID

56

2.12.

Định dạng bản tin HNA

56

2.13.

Truyền multi-hop sử dụng OLSR

57

2.14.

Thiết lập đƣờng link giữa hai node

57

2.15.

Thiết lập mối quan hệ hàng xóm giữa hai node

58

2.16.

Minh hoạ về MPR

58

3.1.

Tổng quan về NS dƣới góc độ ngƣời dùng

63

3.2.

Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS

65

3.3.

Kiến trúc tầng của NS2

65

3.4.

M cấu hình sự di chuyển cho Node

67

3.5.

Mơ phỏng giao thức AODV

72

3.6.

Chu n hóa dữ liệu đầu ra của giao thức AODV

73

3.7.

Mơ phỏng giao thức DSR

73

3.8.

Chu n hóa dữ liệu đầu ra của giao thức DSR

74

3.9.

Mô phỏng giao thức OLSR

74

3.11.

Tỷ lệ gói tin nhận đƣợc

76

3.12.

Độ trễ trung bình

77

3.13.

Thơng lƣợng trung bình

77

3.14.

Tải của thơng tin định tuyến

78

3.15a.

Tỷ lệ gói tin nhận đƣợc của giao thức AODV

79

3.15b.

Tỷ lệ gói tin nhận đƣợc của giao thức DSR

80

3.15c.

Tỷ lệ gói tin nhận đƣợc của giao thức OLSR

80


Số hiệu
hình

Tên hình

Trang

3.16a.

Độ trễ trung bình của giao thức AODV

81

3.16b.

Độ trễ trung bình của giao thức DSR

81

3.16c.

Độ trễ trung bình của giao thức OLSR

81

3.17a.

Thơng lƣợng trung bình của giao thức AODV

82

3.17b.

Thơng lƣợng trung bình của giao thức DSR

82

3.17c.

Thơng lƣợng trung bình của giao th ức OLSR

83


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Những năm gần đây cơng nghệ thơng tin đ có những bƣớc tiến vƣợt
bậc và đƣợc áp dụng vào hầu hết các mặt của đời sống x hội nhƣ kinh tế,
giáo dục, y tế, quân sự,... X hội càng phát triển thì nhu cầu thông tin ngày
càng tăng lên, ngƣời dùng cần nhu cầu kết nối thông tin mọi lúc mọi nơi. Nhu

cầu truyền thông ngày càng lớn đ i hỏi những dịch vụ chất lƣợng cao, do đó
cần phải có cơ sở hạ tầng đáp ứng cho q trình truyền thơng trên nhiều môi
trƣờng khác nhau. Đặc biệt sự ra đời mạng không dây đ đáp ứng một phần
nhu cầu truyền thông cho những nơi mà mạng có dây khơng thể thực hiện tốt
đƣợc. Mặt khác, có nhiều giao thức định tuyến ra đời nh m đáp ứng việc
nâng cao chất lƣợng dịch vụ. Từ đó có những đánh giá hiệu năng truyền
thơng làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo. MANET là một mạng bao gồm
các thiết bị di động vô tuyến kết nối ngang hàng với nhau hình thành nên một
mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp của các thiết bị trung tâm c ng nhƣ
các cơ sở hạ tầng mạng cố định, nên nó vừa đóng vai tr truyền thơng, vừa
đóng vai tr nhƣ thiết bị định tuyến. Một mạng tùy biến là một tập hợp các
thiết bị di động hình thành nên một mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp
của bất kỳ sự quản lý tập trung hoặc các dịch vụ hỗ trợ chu n nào thƣờng có
trên mạng diện rộng mà ở đó các thiết bị di động có thể kết nối đƣợc. Nó có
thể hoạt động một mình hoặc có thể đƣợc kết nối tới Internet. MANET là một
mạng có cơ sở hạ tầng nhỏ do nó khơng u cầu bất cứ một cơ sở hạ tầng cố
định nào (nhƣ một trạm cơ sở) cho hoạt động của nó vì và vậy nó có thể đƣợc
triển khai nhanh chóng và có khả năng tự cấu hình. Do MANET là một mạng
mềm dẻo mà có thể đƣợc thiết lập tại bất cứ đâu vào bất cứ thời điểm nào mà


2

không cần đến cơ sở hạ tầng hiện tại, bao gồm cả sự cấu hình trƣớc đó và
ngƣời quản trị, mọi ngƣời có thể nhận ra tiềm năng thƣơng mại và lợi thế của
mạng ad hoc có thể mang lại. MANET có thể đƣợc dùng trong quân sự, trong
các mạng cảm biến, các hoạt động cứu hộ, sử dụng để truyền thông giữa các
sinh viên trong khu trƣờng sở, trao đổi thông tin và dữ liệu trong các khu
thƣơng mại, tự do chia sẻ kết nối Internet, dùng trong các buổi hội thảo,…
Hiện nay, một số giao thức định tuyến truyền thống không c n phù hợp

với MANET mà đƣợc thay thế b ng các giao thức định tuyến theo yêu cầu,
bảng ghi, kết hợp,...
Vì vậy, luận văn này chúng tôi nghiên cứu mạng di động tùy biến không
dây (Mobile Ad Hoc Network - MANET) trong đó mọi nút đều có khả năng
di chuyển nên khơng có một nút mạng cố định nào thực hiện chức năng điều
khiển trung tâm. Vì vậy việc định tuyến cho dữ liệu truyền đi trên MANET
đang là vấn đề đƣợc các nhà nghiên cứu quan tâm có ý nghĩa khoa học rất lớn
trong việc điều khiển thông tin truyền tin mạng một cách sáng suốt và đáp
ứng tốt với sự phát triển các dịch vụ truyền thông đa phƣơng tiện hiện nay.
Trong các nghiên cứu gần đây các giao thức AODV, DSR và OLSR chỉ
ra cách thức truyền gói tin đến các nút mạng trong mạng tùy biến khơng dây.
Nội dung chính của luận văn s nghiên cứu các giao thức định tuyến
AODV, DSR và OLSR trong hệ thống mạng MANET. Đồng thời đánh giá
hiệu quả các quá trình truyền tin của các giao thức định tuyến đó trong
MANET dựa trên phƣơng pháp mơ phỏng b ng NS-2. Từ đó đề xuất mơi
trƣờng áp dụng tốt cho từng giao thức khác nhau, đảm bảo truyền thông tin
cậy và hiệu quả.
Nội dung luận văn gồm 3 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan về mạng không dây. Trong chƣơng này, tôi
nghiên cứu các cơ sở lý thuyết nền của mạng không dây, phân loại mạng


3

không dây, các thiết bị hạ tầng để triển khai hệ thống mạng khơng dây và ứng
dụng tích cực vào MANET.
Chƣơng 2: Nghiên cứu các giao thức định tuyến AODV, DSR và OLSR
trên MANET nh m tập trung đi sâu phân tích một số thuật tốn định tuyến
truyền thống và các giao thức định tuyến AODV, DSR và OLSR trên hệ
thống mạng, từ đó đƣa ra các khuyết điểm mà các giao thức truyền thống

không thể áp dụng cho MANET. Thông qua việc phân loại các giao thức
định tuyến trên MANET để so sánh và đánh giá các giao thức định tuyến đó
trên MANET.
Chƣơng 3: Mơ phỏng một số giao thức định tuyến trên MANET. Sau
khi nghiên cứu k các giao thức định tuyến ở chƣơng 2, tôi s sử dụng
phƣơng pháp mô phỏng NS-2 cho môi trƣờng MANET để so sánh, đánh giá
hiệu năng một số giao thức định tuyến theo yêu cầu.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài
2.1. Mục tiêu
Các mạng AD HOC ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực cuộc sống nhƣ khoa học, giáo dục, y tế, quân sự,… do nó có ƣu điểm nổi
bật là loại bỏ sự phụ thuộc vào các cơ sở hạ tầng mạng cố định. Vấn đề đặt
ra là đánh giá hiệu quả hoạt động của các giao thức định tuyến trong
MANET trên nhiều khía cạnh và phƣơng diện khác nhau. Một trong những
yếu tố ảnh hƣởng rất lớn đến hiệu quả của các giao thức định tuyến đó là sự
linh động của các nút mạng. Mục đích của luận văn là nghiên cứu các giao
thức định tuyến kết hợp với việc đƣa ra các kết quả mô phỏng để đánh giá
hiệu quả làm việc của chúng. Căn cứ vào mục đích chính của luận văn, tơi
xin đƣa ra các mục tiêu cụ thể nhƣ sau:
- Giới thiệu tổng quan về Mạng di động không dây đặc biệt –MANET


4

- Nghiên cứu một số giao thức định tuyến không dây sử dụng
trong MANET: AODV, OLSR, DSR.
- Xác định các tham số hiệu suất chính của các giao thức định tuyến.
- Tìm hiểu khả năng mơ phỏng các giao thức định tuyến c ng nhƣ các
mơ hình chuyển động khác nhau của bộ mô phỏng mạng NS-2.
- Đánh giá b ng mô phỏng một số giao thức định tuyến phổ biến

trong các ngữ cảnh chuyển động của các nút mạng khác nhau.
2.2. Nhiệm vụ
Để đạt đƣợc mục tiêu trên, nhiệm vụ của tơi là nghiên cứu, thực hiện
việc phân tích, so sánh và đánh giá các giao thức theo các tiêu chí về hiệu
năng hoạt động đồng thời chỉ ra hƣớng cần cải tiến cho các giao thức này.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
- Tổng quan về MANET.
- Vấn đề định tuyến trên MANET.
- Các thuật toán tren MANET.
- Ứng dụng các thuật toán trong định tuyến trên MANET.
- Các giao thức chính ADOV, DSR, OLSR.
- Một số bài báo và luận văn tốt nghiệp khóa trƣớc.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài chỉ tiến hành nghiên cứu về MANET và các giao thức định tuyến
AODV, DSR và OLSR.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp nghiên cứu, chúng tơi đ sử dụng hai phƣơng pháp chính
là nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm.


5

4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu
- Tìm hiểu, thu thập và phân tích các tài liệu liên quan đến đề tài.
- Nghiên cứu các tài liệu mô tả đề tài và lựa chọn hƣớng giải quyết vấn đề.
- Xây dựng chƣơng trình để kiểm nghiệm kết quả.
4.2. Phƣơng pháp thực nghiệm
- Sử dụng chƣơng trình mơ phỏng trong mơi trƣờng NS-2
- Kiểm tra và thực nghiệm chƣơng trình và đánh giá kết quả.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
Về khoa học: Đề tài s là một tài liệu đáng tin cậy cho những ngƣời
muốn nghiên cứu tìm hiểu về MANET và vấn đề định tuyến trên MANET.
Hiểu rõ hơn về các thuật toán trong MANET.
Về thực tiễn: Kết quả thực hiện đề tài s là cơ sở cho việc lựa chọn các
giao thức định tuyến trên MANET khi đƣa vào cài đặt và sử dụng trong thực
tế. Qua đó có thể biết đƣợc những trƣờng hợp nào có lợi và những trƣờng
hợp nào khơng có lợi để tìm ra phƣơng pháp thay thế cho trƣờng hợp xấu
nhất để phát huy tốt hơn.
6. Kết quả dự kiến
6.1. Lý thuyết
- Tổng quan về MANET.
- Giới thiệu một số vấn đề định tuyến trên MANET.
- Giới thiệu một số thuật toán trên MANET.
- Ứng dụng các thuật toán trong định tuyến trên MANET.
6.2. Thực tiễn
- Chọn lọc và cải tiến các thuật toán để ứng dụng vào định tuyến trên
MANET.


6

- Xây dựng đƣợc chƣơng trình để đánh giá kết quả tốt nhất và loại bỏ
những trƣờng hợp xấu.
7. Bố cục của luận văn

Báo cáo của luận văn dự kiến tổ chức thành 3 chƣơng chính nhƣ sau:
MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MANET
1.1. Giới thiệu về MANET

1.2. Các đặc điểm về MANET
1.3. Phân loại
CHƢƠNG 2: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSR VÀ
OLSR TRONG MANET
2.1. Giao thức định tuyến cổ điển
2.2. Giao thức định tuyến trong mạng AD HOC
2.3. AD HOC ON- DEMAND DISTANCE VECTOR ROUTING
(AODV)
2.4. DYNAMIC SOURCE ROUTING (DSR)
2.5. OPTIMIZED LINK STATE ROUTING(OLSR)
2.6. So sánh các giao thức định tuyến
CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG CÁC GIAO THỨC AODV, DSR VÀ OLSR
TRONG MƠI TRƢỜNG NS-2
3.1. Giới thiệu mơi trƣờng mô phỏng NS-2
3.2. Môi phỏng mạng không dây trong mơi trƣờng NS-2
3.3. Phân tích kết quả mơ phỏng


7

CHƢƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MANET
Những năm gần đây c ng với sự ra đời các thiết bị di động thì nhu cầu
nghiên cứu và phát triển các hệ thống mạng không dây càng trở nên cấp thiết.
Nhiều mô hình mạng khơng dây c ng nhƣ cơng nghệ, phần cứng, các giao
thức, chu n giao tiếp mạng lần lƣợt ra đời và đang đƣợc tiếp tục nghiên cứu
để nâng cao hiệu năng làm việc.
1.1. MẠNG KHÔNG DÂY
1.1.1. Giới thiệu về mạng khơng dây
Mạng khơng dây có tính linh hoạt cao, hỗ trợ các thiết bị di động nên

không bị ràng buộc cố định về phân bố địa lý nhƣ trong mạng hữu tuyến.
Ngồi ra, trong q trình hoạt động chúng ta c n có thể dễ dàng bổ sung hay
thay thế các thiết bị tham gia mạng mà không cần phải cấu hình lại tồn bộ
topology của mạng. Trong đó, mơ hình mạng MANET là một trong những
mơ hình mạng không dây đƣợc ứng dụng hầu hết trong các lĩnh vực quân sự,
hàng không, vận tải tàu biển,... việc triển khai hệ thống mạng không đ i hỏi
nhiều về cơ sở hạ tầng mạng, khơng cần thiết phải có các thiết bị điều khiển
trung tâm và không phụ thuộc vào vị trí địa lý [5 .
Khác với các hệ thống mạng có dây, việc định tuyến tìm đƣờng đi tối ƣu
để truyền dữ liệu trong các hệ thống mạng khơng dây khá phức tạp, đ i hỏi
phải có các cơ chế điều khiển phù hợp với từng mơ hình cụ thể. Đây là một
trong những hạn chế lớn nhất của mạng không dây làm ảnh hƣởng đến tốc độ
truyền dữ liệu. Bên cạnh đó, khả năng gây nhiễu và mất gói tin trong q
trình truyền dữ liệu của mạng không dây là khá cao.


8

Hiện nay, những hạn chế trên đang dần đƣợc khắc phục thông qua các
nghiên cứu về mạng không dây đƣợc đề xuất và thử nghiệm trên các mơ hình
mạng thực tế nh m nâng cao hiệu quả và chất lƣợng của hệ thống mạng, hứa
h n những bƣớc phát triển mới trong tƣơng lai về lĩnh vực mạng máy tính.
1.1.2. Phân loại mạng khơng dây
Tƣơng tự nhƣ mạng có dây, mạng khơng dây có thể triển khai trong
nhiều dạng khu vực địa lý khác nhau, với một số công nghệ hạ tầng để triển
khai phù hợp. Nhƣ vậy, việc phân loại mạng khơng dây chúng ta có thể dựa
vào 2 tiêu chí cơ bản: Theo qui mơ triển khai mạng và theo quan hệ di động
của các thiết bị mạng [5 ,[9 .
a. Theo qui mô triển khai mạng
Dựa trên qui mơ triển khai mạng, mạng khơng dây có thể đƣợc phân

thành 3 loại: WPAN (Wireless Personal Area Network), WLAN (Wireless
Local Area Network), và WWAN (Wireless Wide Area Network).
- Mạng WPAN (Wireless Personal Area Network): Mạng WPAN hay
c n gọi là Bluetooth là một công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện,
điện tử giao tiếp với nhau b ng sóng radio qua băng tần chung ISM
(Industrial, Scientific and Medical) 2.4 GHz. Năm 1994 h ng Ericsson đề
xuất việc nghiên cứu và phát triển giao diện vô tuyến công suất nhỏ, chi phí
thấp, sử dụng sóng vơ tuyến để kết nối không dây giữa các thiết bị di động
với nhau và các thiết bị điện tử khác, tổ chức SIG (Special Interest Group) đ
chính thức giới thiệu phiên bản 1.0 của Bluetooth vào tháng 7 năm 1999.
Mạng WPAN cho phép các thiết bị kết nối tạm thời khi cần thiết (ad hoc) với
khoảng cách giữa các thiết bị tối đa là 10m. Hỗ trợ tối đa 8 kết nối đồng thời
với các thiết bị khác. Băng thông tối đa 1 Mbps đƣợc chia sẻ cho tất cả kết
nối trên cùng 1 thiết bị.


9

- Mạng WLAN (Wireless Local Area Network): Công nghệ WLAN lần
đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990, khi những nhà sản xuất giới thiệu
những sản ph m hoạt động trong băng tần 900Mhz, sử dụng sóng điện từ
(thƣờng là sóng radio hay tia hồng ngoại) để liên lạc giữa các thiết bị trong
phạm vi trung bình. So với Bluetooth, Wireless LAN có khả năng kết nối
phạm vi rộng hơn với nhiều vùng phủ sóng khác nhau, do đó các thiết bị di
động có thể tự do di chuyển giữa các vùng với nhau. Phạm vi hoạt động từ
100m đến 500m với tốc độ truyền dữ liệu trong khoảng 11Mbps-54Mbps.
Sự ra đời của các cầu nối WLAN đ đem lại nhiều lợi ích về khả năng di
động và khai thác mạng linh hoạt. Với mạng WLAN, ngƣời dùng có thể truy
cập các thơng tin dùng chung mà khơng cần tìm chỗ cắm thiết bị và các nhà
quản lý mạng có thể thiết lập hoặc làm tăng thêm mạng lƣới mà không cần

lắp đặt hoặc di chuyển hệ thống dây. WLAN c n cho năng suất lƣu lƣợng
tăng, thuận tiện, lợi thế về chi phí so với các hệ thống mạng hữu tuyến truyền
thống.
Mạng WLAN hoạt động khá linh hoạt với các ƣu điểm nhƣ: dễ cấu hình
và cài đặt, tiết kiệm chi phí mở rộng mạng. Tuy nhiên, tốc độ c n chậm hơn
so với LAN và dễ bị nhiễu.
- Mạng WWAN (Wireless Wide Area Network): Hệ thống WWAN
đƣợc triển khai bởi một công ty hay tổ chức trên phạm vi rộng, khai thác
băng tần đ đăng ký trƣớc với cơ quan chức năng và sử dụng các chu n mở
nhƣ: AMPS, GSM, TDMA và CDMA. Phạm vi hoạt động có thể lên đến
hàng trăm km với tốc độ truyền từ 5Kbps đến 20Kbps. Ƣu điểm nỗi trội của
WWAN nhƣ: dễ dàng mở rộng hệ thống mạng, tránh đƣợc giới hạn của việc
sử dụng cáp và các thiết bị phần cứng khác, các thiết bị di động có khả năng
di chuyển trong phạm vi rộng. Bên cạnh đó, WWAN c ng có những nhƣợc


10

điểm cơ bản nhƣ: dễ bị ảnh hƣởng của tác động mơi trƣờng, khơng an tồn,
chất lƣợng mạng chƣa cao, chi phí cao trong việc thiết lập cơ sở hạ tầng.
b. Theo quan hệ di động của các bộ định tuyến và nút mạng:
Với hƣớng này có thể phân thành 3 loại: Mạng không dây cố định
(Fixed wireless network), Mạng không dây với các điểm truy cậy cố định
(Wireless network with fixed access points) và Mạng di động tùy biến
(Mobile ad hoc network).
- Mạng không dây cố định (Fixed wireless network): Các bộ định tuyến
và nút mạng (host) sử dụng các kênh không dây để kết nối với nhau. Một ví
dụ điển hình của loại mạng này là những thiết bị truy cập mạng đƣợc cố định
và sử dụng thiết bị anten để kết nối.

H

M

- Mạng không dây với các điểm truy cập cố định (Wireless network
with fixed access points): các nút mạng (host) sử dụng những kênh không
dây để kết nối với các điểm truy cập cố định. Các điểm truy cập cố định đóng
vai tr nhƣ các thiết bị định tuyến cho các nút mạng. Một ví dụ điển hình cho
k thuật này là việc sử dụng các laptop trong một t a nhà để truy cập đến các
điểm truy cập cố định.

H

M


11

1.1.3. Những đặc điểm chính của mạng khơng dây
- Mạng Wireless cung cấp tất cả các tính năng của cơng nghệ mạng
LAN mà không bị giới hạn về kết nối vật lý, tạo ra sự thuận lợi trong việc
truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị trong hệ thống mạng.
- Mạng khơng dây c n tiết kiệm đƣợc chi phí thiết kế các đƣờng dây
trong t a nhà và chi phí bảo dƣỡng (đối với mạng cục bộ khơng dây), tiết
kiệm thời gian, có khả năng mở rộng và đặc biệt là tính linh động.
- Vấn đề bảo mật trên mạng không dây là mối quan tâm hàng đầu hiện
nay. Trong mạng cố định truyền thống tín hiệu truyền thơng đƣợc truyền chủ
yếu thông qua dây d n nên việc bảo mật có thể đƣợc thực hiện một cách dễ
dàng. Tuy nhiên, trên các hệ thống mạng khơng dây thì việc d tìm để thâm
nhập vào hệ thống mạng s dễ dàng hơn, vì mạng Wireless sử dụng sóng

radio nên có thể bắt đƣợc bởi bất kỳ thiết bị nhận nào n m trong phạm vi cho
phép. Ngoài ra mạng Wireless khơng có ranh giới rõ ràng cho nên rất khó
quản lý.
1.2. MẠNG DI ĐỘNG TÙY BIẾN MANET
1.2.1. Giới thiệu về mạng MANET
Mạng Ad hoc là tổ hợp của các node di động đƣợc kết nối với nhau
b ng các liên kết không dây, các node tự do di chuyển nên kiến trúc mạng có
thể thay đổi liên tục mà khơng dự đốn đƣợc. Mỗi node mạng có một giao
diện vô tuyến giao tiếp với các node mạng khác thông qua sóng vơ tuyến
hoặc hồng ngoại. Các mạng này khơng dùng bất cứ sự hỗ trợ cơ sở hạ tầng
mạng cố định hay chịu sự quản lí tập trung nào. Đây là một đặc điểm riêng
biệt của mạng Ad hoc so với các mạng không dây truyền thống – mạng chia
ơ, mạng WLAN, trong đó các node (các th bao di động ) liên lạc với nhau
thông qua trạm vô tuyến cơ sở.


12

H

3. M

Ad hoc

Trong Ad hoc không tồn tại khái niệm quản lý tập trung, nó đảm bảo
mạng s khơng bị sập vì trƣờng hợp nút mạng di chuyển ra ngồi khoảng
truyền d n của các nút mạng khác. Nút mạng có thể ra vào bất cứ lúc nào. Do
khoảng truyền d n của nút mạng là hạn chế nên chúng trao đổi thơng tin b ng
phƣơng pháp truyền gói tin qua nhiều bƣớc (Multihops). Để làm đƣợc điều
này, thì tất cả các nút mạng phải có khả năng chuyển tiếp gói tin đến nút

mạng khác, do vậy tất cả các nút mạng trong Ad hoc có thể hoạt động nhƣ
máy trạm và router. Nên nút mạng có thể bao gồm một router và một máy
trạm liên kết với nhau. Một router thực hiện các giao thức định tuyến, máy
trạm di động có địa chỉ IP.
Ad hoc c ng có khả năng thực hiện thay đổi về cấu hình mạng và khắc
phục sự cố của nút mạng thông qua thủ tục cấu hình lại mạng. Ví dụ: Nếu nút
mạng rời khỏi mạng s gây ra sự cố liên kết, nút mạng bị ảnh hƣởng có thể
yêu cầu đƣờng định tuyến mới và vấn đề s đƣợc giải quyết. Điều này s gây
ra trễ trên mạng, tuy nhiên với ngƣời sử dụng Ad hoc v n hoạt động bình
thƣờng.
Ad hoc có nhiều ƣu điểm của mạng truyền thông vô tuyến thông thƣờng,
liên kết giữa các nút mạng đƣợc hình thành ngay khi chúng n m trong
khoảng truyền d n của nhau[9].


13

1.2.2. Các đặc điểm của mạng MANET
Khi nghiên cứu, đánh giá hiệu năng của mạng MANET cần chú ý một
số đặc điểm nổi bật của mạng MANET nhƣ sau:
- Tự trị và khơng có cơ sở hạ tầng : Mạng MANET không phụ thuộc vào
bất cứ cơ sở hạ tầng mạng hay vùng quản trị trung tâm đƣợc thiết lập sẵn nào.
Mỗi nút vận hành trong chế độ điểm nối điểm phân tán, hoạt động nhƣ là bộ
định tuyến độc lập và tạo ra dữ liệu độc lập.
- Định tuyến nhiều chặng: Không sử dụng các bộ định tuyến chuyên
dụng cần thiết, mỗi nút hoạt động nhƣ là bộ định tuyến và chuyển tiếp các
gói tin của mỗi nút khác để cho phéo chia sẻ thong tin giữa các nút di động.
- Các nút mạng có nguồn năng lƣợng dung lƣợng thấp : Các nút mạng di
động nói chung đều chạy pin nên vấn đề tiết kiệm năng lƣợng là rất quan
trọng. Điều này trở thành vấn đề lớn hơn trong các mạng MANET bởi vì mỗi

nút vừa hoạt động nhƣ là hệ thống đầu cuối vừa là một bộ định tuyến cùng
một lúc, do đó cần nhiều năng lƣợng hơn cho việc chuyển tiếp các gói tin của
các nút khác trong mạng.
- Cấu trúc mạng thay đổi động : Trong các mạng MANET, vì các nút có
thể di chuyển tùy ý, nên tơ-pơ của mạng có thể thay đổi thƣờng xun và
khơng thể dự đốn trƣớc. Kết quả là việc xác định tuyến cần thực hiện
thƣờng xuyên hơn và khả năng mất mát gói tin cao hơn do việc xác định
tuyến không kịp thời.
- Giới hạn băng thông và chất lƣợng : Các nút di động truyền thông với
nhau bị giới hạn về băng thông, dung lƣợng biến đổi và dễ xảy ra lỗi và tắc
ngh n.
- Đảm bảo an ninh mạng khó hơn : Các mạng khơng dây di động nói
chung dễ bị ảnh hƣởng bởi các mối đe dọa về an ninh thông tin c ng nhƣ an


14

ninh vật lý hơn so với các mạng có dây cố định. Việc sử dụng các kênh
không dây quảng bá mở và chia sẻ đồng nghĩa với việc các nút thiếu sự bảo
vệ và dễ gặp các đe dọa an ninh. Ngồi ra, bởi vì mạng MANET là mạng
khơng có cơ sở hạ tầng, nên về cơ bản nó phải dựa vào các giải pháp an toàn
riêng r của mỗi nút di động bởi việc điều khiển an ninh trung tâm là khó
thực thi. Các u cầu an ninh chính trong mạng MANET bao gồm :
+ Tin cậy : Ngăn cản việc nghe trộm.
+ Điều khiển truy cập : Bảo vệ truy cập.
+ Toàn v n dữ liệu : Ngăn cản việc can thiệp lƣu lƣợng ( truy cập. sửa
đổi, loại bỏ lƣu lƣợng)
+ Tấn công từ chối dịch vụ từ các nút độc hại.
- Khó đảm bảo chất lƣợng dịch vụ : Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ (QoS)
là quan trọng cho việc phân phối thành công lƣu lƣợng mạng đa phƣơng tiện.

Các yêu cầu về QoS thông thƣơng ám chỉ tới một tập các độ đo bao gồm
thông lƣợng, tỉ lệ mất mát gói tin, độ trễ, thăng giáng độ trễ, tỉ suất lỗi… Với
cấu hình mạng ln thay đổi động, băng thông lien kết và chất lƣợng bị giới
hạn, sự biến thiên về thông lƣợng của lien kết, thật là khó để đạt đƣợc yêu
cầu về đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong mạng MANET.
1.2.3. Một số ứng dụng mạng MANET
a. ịch v kh n c p
Bất kỳ đâu khi có trƣờng hợp kh n c p xảy ra đều cần có sự kết hợp của
các nhân viên cứu hộ. Giải pháp thông thƣờng là dùng thiết bị vô tuyến. Tuy
nhiên, khi cơ sở hạ tầng bị hỏng hoặc khơng c n hoạt động thì giải pháp là
gì? Ad hoc chính là câu trả lời nhanh nhất và phù hợp nhất. Điều này có thể
khơng có ý nghĩa với khu vực tổn thất nhỏ, tuy nhiên với thảm họa thiên