Mạng vô tuyến không dây (2)

Các mạng thông tin vô tuyến

Nguyễn Quang Minh

1


Các mạng thơng tin vơ tuyến

Nguyễn Quang Minh

MụcBƯU
lục CHÍNH VIỄN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ
KHOA VIỄN THÔNG
Câu 1. Định nghĩa mạng adhoc khơng dây…………………………………………… 3
Câu 2. Trình bày các ngun lý và các thách thức khi thiết kế mạng khơng dây…...4

MƠN HỌC: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Giảng viên:

Nguyễn Viết Đảm

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quang Minh
Mã sinh viên:

B18DCVT291

Lớp:

B18CQVT03-B
Hà Nội, ngày 22 tháng 05 năm 2022

Hà Nội 05/2022

2 12/2016
Hà Nội, Tháng


Các mạng thông tin vô tuyến

Nguyễn Quang Minh

Câu 1. Định nghĩa mạng adhoc không dây.
Mạng ad hoc không dây là tập hợp các nút khơng dây tự lập cấu hình để tạo nên một
mạng mà không cần sự hỗ trợ của bất cứ một hạ tầng được thiết lập trước. Khơng cần hạ
tầng, các máy di động tự mình xử lý điều khiển cũng như các nhiệm vu nối mạng cần
thiết (thường thông qua các giải thuật điều khiển phân bố).

Hình 1: Mạngad hoc
Có thể đưa ra hai định nghĩa liên quan đến adhoc: 1) “được tạo ra hay được sử dụng
cho các vấn đề đặc thù hay tức thì và (2) “được cấu thành từ bất cứ thứ gì khả dụng tức
thì”.

3


Các mạng thơng tin vơ tuyến

Nguyễn Quang Minh

Câu 2. Trình bày các nguyên lý và các thách thức khi thiết kế mạng không dây
Đặc điểm căn bản nhất của một mạng ad hoc khơng dây là khơng có hạ tầng và vì
thế hầu hết các nguyên lý thiết kế cũng như các thách thức bắt nguồn từ đặc điểm này.
Mạng ad hoc khơng dây có kết nối thơng tin đồng cấp, các chức năng điều khiển và nối
mạng được phân bố trong tất cả các nút mạng và định tuyến có thể sử dụng các nút mạng
trung gian để chuyển tiếp.
Mạng ad hoc có thể tạo nên một cấu trúc hay một phân cấp nút, hoặc cố định hoặc
động. Chẳng hạn đê cải thiện độ tin cậy, khả năng định cỡ và dung lượng, rát nhiều mạng
ad hoc không dây tạo nên một hạ tầng đường trục từ một tập con các nút trong mạng. Nếu
một nút trong tập con đường trục này rời mạng, mạng có thể lập lại được cấu hình đường
trục. Như vậy, mạng ad hoc khơng dây có thể tạo lập kết cấu để cải thiện hiệu năng mạng
tuy nhiên kết cấu này không phải là yêu cầu thiết kế căn bản của mạng. Việc không có
cấu trúc chuẩn cũng phổ biến trong các mạng hữu tuyến. Tất nhiên hầu hết các mạng
vùng đô thị (MAN) và các mạng vùng rộng (WAN) bao gồm cả interrnet có cấu trúc ad
hoc. Tuy nhiên tính chất quảng bá của các kênh vô tuyến trong các mạng ad hoc không
dây làm nên điểm khác biệt so với các mạng hữu tuyến. Đặc biệt, nếu đủ công suất phát,
mọi nút đều có thể phát tín hiệu trực tiếp đến một nút khác. Nếu công suất cố định, thông
thường SINR của liên kết giữa hai nút thông tin sẽ giảm khi khoảng cách giữa các nút
này giảm, ngoài ra SINR thay đổi ngẫu nhiên do điều kiện truyền sóng và nhiễu. SINR
của liên kết quyết định hiệu năng thông tin của liên kết: tốc độ số liệu và xác suất mất gói
hay BER. Thơng thường các liên kết có SINR rất thấp không được sử dụng do hiệu năng
qua kém dẫn đến chỉ có kết nối một phần trong mạng như thấy trên hình 1. Tuy nhiên các
nút có thể thích ứng với SINR băng cách sử dụng điều chế thích ứng hay điều khiển công
suất. Các giá trị SINR của các liên kết khác nhau được minh họa bằng các đường có độ
rộng khác nhau trên hình 1. Như vậy về mặt lý thuyết tất cả các nút đều có thể thông tin
trực tiếp đến một nút khác bất kỳ. Tuy nhiên nếu khoảng cách giữa các nút mạng quá xa
hoặc điều kiện truyền sóng khơng tốt hoặc nhiễu mạnh. Thì có thể chúng khơng thể kết
nối trực tiếp với nhau. Kết nối mạng cũng có thể thay đổi nêu các nút mạng nhập hoặc rời
mạng và có thể điều khiển được sự kết nối này bằng cách thích ứng công suất phát của

mạng hiện thời khi xuất hiện của một nút mới. Tính linh hoạt trong kết nối liên kết nhận
được từ việc thay đổi các thông số liên kết như công suất và tốc độ số liệu liên quan rất
lớn đến qua trình định tuyến. Các nút có thể gửi trực tiếp các gói đến nơi nhận cuối cùng
4


Các mạng thông tin vô tuyến

Nguyễn Quang Minh

thông qua định tuyến một chặng chừng nào SINR còn lớn hơn một ngưỡng tối thiểu nào
đó. Tuy nhiên thơng thường đối với định tuyến một chặng SINR rất kém vì thế phương
pháp này có thể gây ra nhiễu quá lớn đến các nút xung quanh. Trong hầu hết các mạng
không dây ad hoc các gói thường được gửi từ một nút mạng đến nơi nhận cuối cùng
thông qua định tuyến nhiều chặng bằng cách chuyển tiếp qua các nút trung gian. Vì tổn
hao đường truyền tỷ lệ với khoảng cách theo hàm mũ, nên việc sử dụng các chuyển tiếp
trung gian có thể giảm đáng kể tổng công suất phát (tổng công suất phát cần thiêt cho nút
nguồn và các nút chuyển tiếp) để truyền dẫn một gói từ đầu cuối đến đầu cuối. Định
tuyến đa chặng sử dụng các nút trung gian là tính năng then chốt của một mạng khơng
dây ad hoc: nó cho phép thơng tin giữa các nút nằm phân tán theo vùng địa lý và hỗ trợ
khả năng định cỡ cũng như điều khiển phân bố. Tuy nhiên điều này sẽ dẫn đến việc hỗ trợ
tốc độ số liệu cao và trễ nhỏ khó khăn hơn nhiều so với các kênh không dây đơn chặng
trong các hệ thống tổ ong và các mạng WLAN. Đây là một trong số các khó khăn khi cần
hỗ trợ các yêu càu tốc độ số liệu cao và trễ nhỏ (như video) trên mạng không dây ad hoc.
Các mạng không dây ad hoc với số lượng các nút lớn cần phải có
khả năng định cỡ. Chìa khóa cho định cỡ là các giải thuật điều khiển
mạng phân bố: các giải thuật điều chỉnh hiệu năng tại chỗ theo điều
kiện địa phương. Để loại bỏ việc sử dụng thông tin và các tài nguyên
điều khiển tập trung, các giao thức phải có thể định cỡ khi mạng phát
triển, vì chúng chỉ dựa trên thông tin địa phương. Nghiên cứu khả định

cỡ giao thức trong các mạng không dây adhoc chủ yếu tập trung lên tự
tổ chức, định tuyến phân bố, quản lý di động và an ninh. Cần lưu ý
rằng các giao thức phân bố thường tiêu thụ khá nhiều năng lượng trong
quá trình xử lý tại chỗ và trao đổi bản tin. Vì thế cần cân nhắc giữa khối
lượng xử lý tại chỗ và phát thơng tin đến vị trí trung tâm để xử lý. Vấn
đề này đặc biệt rõ ràng trong các mạng cảm biến nơi mà các nút mạng
gần nhau có các số liệu tương quan và cũng cộng tác trong việc định
truyền số liệu qua mạng. Hầu hết các nghiên cứu thực nghiệm về khả
năng định cỡ đều tập trung lên các mạng khá nhỏ (ít hơn 100 nút),
trong khi đó rất nhiều các ứng dụng mạng ad hoc đặc biệt là các mạng
cảm biến có đến hàng trăm hoặc hàng nghìn nút và thậm chí nhiều
hơn nữa. Vì thế khả năng của các giao thức mạng khơng dây định cỡ
đến các mạng kích cỡ lớn vẫn cịn chưa rõ.
5


Các mạng thông tin vô tuyến

Nguyễn Quang Minh

Hạn chế năng lượng là một thách thức lớn khác trong mạng không
dây ad hoc. Các hạn chế này xuất phát từ việc các nút mạng được cấp
nguồn từ pin không thể nạp lại (chẳng hạn các mạng cảm biến). Các
hạn chế năng lượng ảnh hưởng lớn lên lớn lên các xem xét khi thiết kế.
Trước hết khơng cịn khái niệm tốc độ số liệu vì chỉ một số lượng bit
hữu hạn là có thể được phát tại từng nút mạng trước khi pin chết. Cũng
cần cân nhắc giữa độ dài bit và tiêu thụ năng lượng sao cho bằng cách
gửi đi các bit chậm hơn sẽ duy trì năng lượng phát lâu hơn. Khai thác
chờ có thể tiêu tốn khá nhiều năng lượng, vì thế cần áp dụng chế độ
ngủ để bảo tốn năng lượng, nhưng việc có các nút chuyển vào chế độ

ngủ sẽ phức tạp hóa điều khiển và định tuyến. Thực chất theo một
cách nào đó, hạn chế năng lượng ảnh hưởng lên tất cả các giao thức
mạng và vì thế cần tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng cho tất cả các khía
cạnh thiết kế mạng.

6