Đồ án Tối ưu giao thức AODVEERS trong mạng Adhoc

lOMoARcPSD|18351890

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển khơng ngừng của cơng nghệ, các thiết bị di động
như máy tính xách tay, smartphone, tablet…ngày càng có những bước tiến dài về
phần cứng như tốc độ CPU, bộ nhớ lớn, và khả năng tryền tải nội dung đa phương
tiện đã trở nên phổ biến trong đời sống hàng ngày và trong công việc. Do nhu cầu
kết nối mọi lúc, mọi nơi nên cùng với sự phát triển của các thiết bị đầu cuối thì các
cơng nghệ mạng khơng dây cũng đang phát triển mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng
thiết thực trong đời sống. Với khả năng cơ động cao, thuận tiện trong sử dụng, các
công nghệ này đang dần dần thay thế các cơng nghệ mạng có dây truyền thống.
Song cũng do sự di chuyển của các thiết bị di động trong mạng làm cho topo mạng
luôn thay đổi, cùng với đó là tỷ lệ lỗi cao và giới hạn về băng thơng, năng lượng so
với các mạng có dây, nên các giao thức định tuyến trong mạng không dây trở nên
phức tạp hơn. Mạng Ad hoc là một mạng không dây mềm dẻo với khả năng tự tổ
chức, hoạt động mà khơng cần có cơ sở hạ tầng hỗ trợ đang thu hút được rất nhiều
quan tâm trong vài năm trở lại đây. Đồ án này thực hiện tìm hiểu về mạng Ad hoc,
cách thức hoạt động của các giao thức định tuyến trong mạng, và đi sâu vào giao
thức AODV cũng như các phát triển của nó là AODV-ERS và AODV-EERS. Phần
trọng tâm chúng em tiến hành chỉnh sửa giao thức AODV-EERS giúp cải thiện mốt
số thông số làm việc trong môi trường mạng Ad hoc.
Mặc dù đã nhiều nỗ lực nhưng đồ án chắc chắn sẽ không tránh khỏi những
thiếu sót, nên rất mong được sự đóng góp thẳng thắn từ các thầy, cơ giáo và các bạn.
Trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em đã gặp khơng ít khó khăn. Tuy
nhiên được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Nguyễn Trung Dũng, cùng nhóm
nghiên cứu Ad hoc, chúng em đã hoàn thành đồ án này.

Phạm Trọng Hiếếu- Nguyếễn Minh Đức

1

Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới:


Thầy giáo Nguyễn Trung Dũng



Nhóm nghiên cứu Ad hoc K52 của thầy Nguyễn Trung Dũng



Viện Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội



Cùng tồn thể gia đình và bạn bè đã hỗ trợ

Hà Nội, tháng 5 năm 2012
Nhóm sinh viên thực hiện
Phạm Trọng Hiếu
Nguyễn Minh Đức

Phạm Trọng Hiếếu- Nguyếễn Minh Đức

2

Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Tối ưu giao thức AODV-EERS trong mạng Ad-hoc
Công nghệ mạng không dây Ad hoc đang ngày càng phát triển và có nhiều
ứng dụng trong thực tiễn. Đồ án tổng hợp các kiến thức cơ bản về mạng khơng dây
nói chung, mạng Ad hoc nói riêng và các đặc điểm, ứng dụng của các giao thức
định tuyến. Trong đó, đồ án đi sâu vào nghiên cứu phương thức hoạt động, định
dạng các bản tin của giao thức định tuyến AODV- giao thức được sử dụng phổ biến
trong mạng Ad hoc ngày nay đồng thời tìm hiểu hai giao thức cải tiến từ giao thức
AODV gốc là AODV-ERS và AODV-EERS. Và cuối cùng chúng em thực hiện ý
tưởng chỉnh sửa giao thức AODV-EERS. Ý tưởng này thực hiện việc đưa yếu tố
năng lượng vào quá trình định tuyến của giao thức AODV-EERS nhằm cải thiện
thông số thời gian sống của mạng và tỷ lệ phân phát gói tin thành công. Kết quả của
chỉnh sửa được kiểm tra bằng công cụ mơ phỏng mạng Network Simulator 2(NS2).
Q trình mơ phỏng được thực hiện với nhiều kịch bản để có thể đánh giá đúng về
giao thức sau khi chỉnh sửa.

Phạm Trọng Hiếếu- Nguyếễn Minh Đức

3

Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

ABSTRACT
Optimize AODV-EERS protocol in Ad hoc network
Adhoc wireless technology has been developing strongly in the last decade
and playing an important role in our lives. In this paper, we summarize the basic
knowledge of wireless network in general, and Adhoc network specifically in term
of its characteristics, application and routing protocols. Particularly, we study
process method and packet format of routing protocol AODV- which is used widely
today. Also we study two other revised AODV protocols, which are AODV-ERS
and AODV-EERS. Furthermore, we acctuate the idea of revising the AODV-EERS
protocol. This idea aims to take energy into consideration of routing in AODVEERS protocol in order to improve time-to-live component of netowrk and packet
delevery ratio. The simulation process is run on NS2 with many different scenarios.

Phạm Trọng Hiếếu- Nguyếễn Minh Đức

4

Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU..............................................................................................................1
TĨM TẮT ĐỒ ÁN.......................................................................................................3
ABSTRACT.................................................................................................................4
MỤC LỤC....................................................................................................................5
DANH SÁCH HÌNH VẼ.............................................................................................8
DANH SÁCH BẢNG BIỂU......................................................................................11
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT.........................................................................12

MỞ ĐẦU.....................................................................................................................13
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC................................................14
1.1

Giới thiệu chung về mạng Ad hoc............................................................................................14

1.2

Đặc điểm của mạng Ad hoc.......................................................................................................15

1.3

Phân loại mạng Ad hoc..............................................................................................................16

1.4

Ứng dụng thực tế mạng Ad hoc...............................................................................................23

CHƯƠNG 2: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC....25
2.1

Các vấn đề định tuyến trong mạng Ad hoc.............................................................................25

2.2

Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc.........................................................26

2.3

Các thông số quan trọng khi giao thức hoạt động..................................................................30

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

CHƯƠNG 3: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV...............................................32
3.1

Định dạng các bản tin sử dụng trong giao thức AODV.........................................................32

3.2

Nguyên lý hoạt động của giao thức..........................................................................................36

CHƯƠNG 4: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV-ERS, AODV-EERS.............54
4.1

Giao thức định tuyến AODV-ERS...........................................................................................54

4.2

Giao thức định tuyến AODV-EERS.........................................................................................58

CHƯƠNG 5:

ĐỊNH TUYẾN CĨ DỰA TRÊN NĂNG LƯỢNG........................64

5.1

Khái qt....................................................................................................................................64

5.2

Giải pháp....................................................................................................................................64

5.3

Xây dựng thuật tốn..................................................................................................................66

5.4

Sửa code......................................................................................................................................68

CHƯƠNG 6: PHẦN MỀM MƠ PHỎNGNS2......................................................70
6.1

Giới thiệu về cơng cụ mơ phỏng mạng NS2............................................................................70

6.2

Tạo kịch bản mơ phỏng.............................................................................................................75

6.3

Phân tích kết quả mô phỏng.....................................................................................................77

6.4

Build lại giao thức sau khi sữa chữa........................................................................................82

CHƯƠNG 7: MƠ PHỎNG....................................................................................83
7.1

Danh sách và ý nghĩa các file mơ phỏng..................................................................................83

7.2

Các tham số mô phỏng..............................................................................................................83

7.3

Kết quả mô phỏng.....................................................................................................................84

7.4

Nhận xét......................................................................................................................................86

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN......................................................................................87
8.1

Các vấn đề còn tồn tại...............................................................................................................87

8.2

Hướng giải quyết.......................................................................................................................87

LỜI KẾT....................................................................................................................88
DANH SÁCH TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................89

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Một mạng ad-hoc điển hình..............................................................15
Hình 1.2: Phân loại mạng Ad hoc....................................................................17
Hình 1.3: Mối quan hệ giữa mạng BAN (hình a) và PAN (hình b).................18
Hình 1.4: Mơ hình WLAN : (a) mạng ad hoc, (b) mạng cơ sở hạ tầng...........19
Hình 1.5: Mơ hình mạng theo giao thức single hop.........................................20
Hình 1.6: Mơ hình mạng theo định tuyến multihop.........................................21
Hình 1.7: Mơ hình mạng MANET phân cấp....................................................22
Hình 1.8: Ứng dụng ad-hoc trong lĩnh vực quân sự.........................................24
Hình 2.1: Các giao thức định tuyến trong mạng ad-hoc...................................27
Hình 3.1: Ví dụ bản tin RREQ phần 1.............................................................41
Hình 3.2: Ví dụ bản tin RREQ phần 2.............................................................42
Hình 3.3: Ví dụ bản tin RREQ phần 3.............................................................42
Hình 3.4: Ví dụ bản tin RREQ phần 4.............................................................43
Hình 3.5: Ví dụ bản tin RREQ phần 5.............................................................43
Hình 3.6: Ví dụ bản tin RREQ phần 6.............................................................44
Hình 3.7: Ví dụ bản tin RREQ phần 7.............................................................44

Hình 3.8: Ví dụ bản tin RERR phần 1.............................................................47

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Hình 3.9: Ví dụ bản tin RERR phần 2.............................................................48
Hình 3.10: Ví dụ bản tin RERR phần 3...........................................................48
Hình 3.11: Ví dụ bản tin RERR phần 4............................................................49
Hình 3.12: Ví dụ bản tin RERR phần 5...........................................................49
Hình 3.13: Ví dụ q trình sửa cục bộ phần 1..................................................50
Hình 3.14: Ví dụ q trình sửa cục bộ phần 2..................................................51
Hình 3.15: Ví dụ q trình sửa cục bộ phần 3..................................................51
Hình 3.15: Ví dụ q trình sửa cục bộ phần 4..................................................52
Hình 3.16: Ví dụ q trình sửa cục bộ phần 5..................................................52
Hình 3.17: Ví dụ q trình sửa cục bộ phần 6..................................................53
Hình 4.1: Quá trình tìm đường trong AODV-ERS...........................................55
Hình 4.2: Q trình xử lý thơng tin tại node nguồn.........................................56
Hình 4.3: Q trình xử lý thơng tin tại node trung gian...................................57
Hình 4.4: Giá trị Predecessor...........................................................................59
Hình 4.5: Node A quảng bá bản tin RREQ......................................................60
Hình 4.6: Node B chuyển tiếp bản tin..............................................................60
Hình 4.8: Node C và D quảng bá bản tin RREQ..............................................61
Hình 4.9: Trạng thái của các node sau khi tìm đường......................................61

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()

lOMoARcPSD|18351890

Hình 5.1: Node Trung Gian.............................................................................67
Hình 5.2: Node Đích........................................................................................67
Hình 5.3: Minh Họa Thuật Tốn......................................................................67
Hình 6.1: Tổng quan NS dưới góc độ người dùng...........................................70
Hình 6.2: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS.................................72
Hình 6.3: C++ và Otcl : Sự đối ngẫu...............................................................73
Hình 6.4: TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B.......................................73
Hình 6.5: Kiến trúc NS-2 và NAM trong mơi trường Linux............................75

DANH SÁCH BẢNG BIỂ

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Định dạng của bản tin RREQ..........................................................................33
Định Dạng Bản Tin RREP...............................................................................35
Định Dạng Bản Tin RRER..............................................................................36
Định Dạng Bản Tin RREP- ACK.....................................................................36
Kết Quả Mô Phỏng Topo 1..............................................................................84
Kết Quả Mô Phỏng Topo 2..............................................................................85
Kết Quả Mô Phỏng Topo 3..............................................................................86

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()

lOMoARcPSD|18351890

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
PDR
AODV
ACK
CBR
TCP
MAC
TTL
RREQ
RREP
RERR
NAM
MANET
ERS
EERS

Từ Đầy đủ
Packet Delivery Ratio
Ad Hoc On-Demand Distance Vector
Acknowledgement
Constant Bit Rate
Transmission Control Protocol
Media Access Control
Time To Live
Route Request

Route Reply
Route Error
Network Animator
Mobile Ad hoc Network
Expanding Ring search
Enhanced Expanding Ring Search

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

MỞ ĐẦU
Đồ án tìm hiểu về các giao thức trong mạng Ad hoc, đi sâu vào giao thức
AODV và các phát triển của nó. Phần trọng tâm đi vào đưa ra ý tưởng, nghiên cứu, và
cải tiến giao thức AODV- EERS và được đánh giá bằng mô phỏng trên NS2. Qua đó
nội dung đồ án gồm 8 chương.
Chương 1: Tổng quan mạng Adhoc, đặc điểm, phân loại cũng như ứng
dụng của nó trong thực tế.
Chương 2: Các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc, phân loại, đặc
điểm.
Chương 3- 4: Đi sâu vào giao thức AODV, AODV- ERS, AODV- EERS
giúp chúng ta thấy được một số bước phát triển của giao thức AODV.
Chương 5: Trình bày ý tưởng cải tiến giao thức AODV- EERS theo tiêu
chí chọn đường có dựa trên năng lượng, đưa ra giải pháp, xây dựng giao thức.
Chương 6: Trình bày cơng cụ mơ phỏng NS2
Chương 7: Sử dụng công cụ NS2 ở trên để đánh giá cải tiến đã trình bày
ở chương 5 và đưa ra nhận xét.
Chương 8: Kết luận

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Tổng Quan Về Mạng Ad hoc

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC
Chương này trình bày các khái niệm về mạng Ad hoc, tính chất mạng và phân
loại mạng Ad hoc theo nhiều tiêu chí,và ứng dụng của mạng Ad hoc trong thực tế.

1.1

Giới thiệu chung về mạng Ad hoc

Trong những năm gần đây, các thiết bị không dây và các hệ thống mạng không
dây được ứng dụng khá rộng rãi. Tuy tốc độ và băng thông không thể so sánh được
với mạng có dây song với tính cơ động và thuận tiện cho người dùng, mạng không
dây đang được coi là một công nghệ chủ chốt trong tương lai. Dựa theo tính phụ
thuộc vào các thiết bị hạ tầng cố định, mạng khơng dây có thể được chia làm hai loại:
mạng cơ sở hạ tầng và mạng Ad-hoc:
 Mạng cơ sở hạ tầng (Infrastructure-based Network): bao gồm một mạng
với các cổng cố định và kết nối sẵn với nhau. Các thiết bị mobile truyền
thông với nhau qua một trạm gọi là trạm cơ sở (Base Station) nằm trong
phạm vi của nó. Các đơn vị di động có thể thay đổi vị trí trong khi giao
tiếp. Khi một thiết bị ra khỏi phạm vi của trạm, nó sẽ tự động kết nối với
trạm mới và bắt đầu truyền thông qua trạm đó. Các trạm BS có vị trí cố
định. Mạng cellular và Wlan thuộc dạng này.

 Mạng Ad-hoc (Mobile Ad-hoc Network, Manet): khác với mạng cơ sở hạ
tầng, trong mạng ad hoc tất cả các node mạng đều di động và thay đổi tùy
ý. Tất cả các node trong mạng này đều có thể đóng vai trị là một router,
khám phá và duy trì tuyến tới các node khác bên trong mạng. Tóm lại,
mạng Ad-hoc tự mình tổ chức mạng một cách tự động mà khơng cần có cơ
sở hạ tầng hỗ trợ (chỉ cần có hai thiết bị khơng dây là có thể tạo ra một
mạng ad-hoc)

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Tổng Quan Về Mạng Ad hoc
Mobile Ad-hoc Network –MANET trước đây cịn được gọi là mạng vơ tuyến
gói,và được tài trợ, phát triển bởi DARPA trong đầu thập niên 1970. Sau đó đến
những năm 1980,mạng Ad-hoc được phát triển xa hơn và được triển khai là một phần
của mạng SUSAN (Adaptive Survivable Network) đề xuất bởi DARPA vào năm 1983
để hỗ trợ một mạng quy mô lớn hơn,mạnh mẽ hơn. Đến đầu năm 1990 ,mạng ad-hoc
đã được IETF chính thức định nghĩa như sau: Mạng di động Ad-hoc là hệ thống tự trị
của các router di động kết nối qua vơ tuyến – sự kết hợp của các hình thái biểu đồ bất
kì. Các router tự do di chuyển ngẫu nhiên và được tổ chức tùy tiện; do đó topo của
mạng vơ tuyến có thể thay đổi nhanh chóng và khơng thể đốn trước được.

Hình 1.1 Một mạng ad-hoc điển hình

1.2

Đặc điểm của mạng Ad hoc

Một số đặc điểm chính của mạng Ad hoc:


Tính di động : Các node tham gia trong mạng Ad hoc sử dụng sóng

radio hoặc hồng ngoại để truyền tin và không bị ràng buộc vật lý với nhau. Bởi vậy
chúng có thể tự do di chuyển và có thể triển khia ở những nơi có địa hình hiểm trở.

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Tổng Quan Về Mạng Ad hoc
Nhưng nó cũng có nhược điểm là khiến topo mạng luôn bị thay đổi, các node phải
thường xuyên phải cập nhật lại bảng định tuyến của mình.


Tính đa chặng : một node nguồn muốn truyền một gói tin đến node đích

cần phải đi qua một hoặc nhiều node khác. Trong điều kiện sử dụng mạng Ad hoc để
truyền tin trên chiến trường, số node trung gian cần được giảm tối đa để tránh sự phát
hiện của kẻ thù.


Tự tổ chức: Khơng cần có cơ sở hạ tầng hỗ trợ, mạng Ad hoc phải tự

động tính tốn các cấu hình của nó bao gồm: địa chỉ mạng, định tuyến, xếp nhóm,

phát hiện vị trí, điều khiển năng lượng v.v…Trong một số trường hợp, một số node
đặc biệt ( các node đường trục) phải tự động di chuyển đến những vị trí xác định
trong vùng địa lý để cung cấp vùng phủ sóng rộng khắp.


Tiết kiệm năng lượng : hầu hết các node trong mạng ad hoc được vận

hành bằng các nguồn năng lượng bị hạn chế như pin ,ắc quy và khơng có khả năng tự
sạc lại.Việc nạp lại năng lượng cho các node trong mạng thường khó khăn và khơng
thể thực hiện thường xun, do đó khả năng tiết kiêm năng lượng của các giao thức
sử dụng trong mạng ad hoc là một yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu quả của giao
thức


Khả năng mở rộng : Ở một vài ứng dụng, mạng ad hoc có thể phát triển

lên vài ngàn node.
 Bảo mật: Khơng như mạng có dây, do mơi trường truyền của mạng Ad
hoc là khơng khí nên thơng tin truyền có thể dễ dàng bị thu bởi các thiết bị bên ngồi.
Vì ngun nhân này nên vấn đề bảo mật, mã hóa thơng tin, xác thực tài khoản được
đặc biệt quan tâm trong việc quản lý mạng Ad hoc.


Băng thông: Tốc độ mạng phụ thuộc vào băng thông hoạt động. Do

băng thông của mạng không dây thường nhỏ nên tốc độ mạng khá chậm.


Nhiễu: Do mơi trường truyền là khơng khí nên mạng Ad hoc chịu ảnh

hưởng lớn của nhiễu từ mơi trường xung quanh như mưa, gió,vật cản.

1.3

Phân loại mạng Ad hoc

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Tổng Quan Về Mạng Ad hoc

1.3.1 Theo kích thước
Dựa trên phạm vi hoạt động của mạng Ad hoc, chúng ta có thể phân loại nó
thành 4 nhóm chính : Body, Personal, Local, và Wide Area Network.Hiện nay mạng
Ad hoc có phạm vi nhỏ như BAN (Body Area Network), PAN (Personal Area
Network), LAN (Local Area Network) đã bắt đầu xuất hiện nhiều trong thực tế. Trong
khi đó (WAN) Wide Area Ad hoc Network là mạng khơng dây multihop di động, địi
hỏi nhiều giải pháp để đáp ứng chất lượng mạng như : định tuyến, quản lí phân vùng,
định địa chỉ, bảo mật … Do đó trong thực tế hầu như chưa có ứng dụng cho mạng
này.

Hình 1.2: Phân loại mạng Ad hoc


Body Area Network (BAN)

Một mạng BAN thường bao gồm các thiết bị tương thích với máy tính được

phân bố xung quanh một người sử dụng. Ví dụ như : microphones, headphones,
earphones, thiết bị hiển thị … Mạng BAN cung cấp kết nối giữa các thiết bị này. Do
đó các yêu cầu chính đối với mạng BAN là :


Khả năng kết nối các thiết bị hỗn hợp không giống nhau, từ các thiết bị

hoàn thiện (như mobile phone) đến các bộ phận của một thiết bị (như microphone …).


Tự động thiết lập cấu hình cho mạng.

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Tổng Quan Về Mạng Ad hoc


Tích hợp các dịch vụ (chuyển giao dữ liệu audio, video cùng với dữ liệu

thời gian khơng thực, ví dụ lưu lượng dẽ liệu Internet)


Có khả năng kết nối tới các mạng BAN hoặc PAN khác để trao đổi dữ

liệu với người sử dụng khác hoặc kết nối với Internet.


Phạm vi kết nối của mạng BAN ở khoảng 1-2m xung quanh người hoặc

thiết bị sử dụng, tránh sự phiền hà do các kết nối có dây gây ra khi sử dụng.

Hình 1.3: Mối quan hệ giữa mạng BAN (hình a) và PAN (hình b)


Personal Area Network (PAN)

Mạng PAN kết nối các thiết bị di động của người sử dụng tới các thiết bị di
động hoặc cố dịnh khác. Phạm vi kết nối của mạng PAN là khoảng 10m xung quanh
người sử dụng.
Công nghệ WPAN (Wireless PAN) sử dụng dải tần 2.4GHz đang được triển
khai phổ biến. Kỹ thuật trải phổ được ứng dụng để giảm nhiễu giao thoa và tận dụng
được băng thông của mạng.
Các công nghệ của WPAN đang được triển khai rộng rãi với các giải pháp và
ứng dụng đổi mới tạo ra những thay đổi tích cực trong cuộc sống. Mạng WPAN
khơng chỉ được sử dụng ở các thiết bị như PDAs, điện thoại tế bào, máy tính di
Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Tổng Quan Về Mạng Ad hoc
động… mà còn ứng dụng cho tất cả các thiết bị số khác. Có thể thiết lập mạng ad hoc
giữa các thiết bị điện tử trong vùng làm việc, ví dụ như một PDA tự động đồng bộ với
một máy tính để bàn nhằm trao đổi email, files, và các thơng tin khác. Ngồi ra mạng
PANs có thể tạo ra các thiết kế ứng dụng mới rộng rãi. Ví dụ : một PDA trong lúc

đang di chuyển tới một địa điểm (nhà, cơ quan, sân bay …) tự động đồng bộ mạng
PAN với các thiết bị khác trong phạm vi 10m. Khi bạn về nhà, PDA của bạn có thể tự
động mở khóa cửa, bật sáng đèn, điều khiển nhiệt độ theo các cài đặt sẵn của bạn.


Wireless Local Area Network (WLAN)

Phạm vi của mạng WLAN ở khoảng 100 - 500m trong các tòa nhà hoặc một
nhóm các tịa nhà. Mạng WLAN có đầy đủ các tính năng của một mạng LAN như
dung lượng cao, kết nối đầy đủ với các trạm đi kèm, có khả năng quảng bá rộng rãi.
Đồng thời đảm bảo các yêu cầu của một mạng không dây như công suất tiêu thụ, tính
bảo mật, tính di động, giới hạn băng thơng …

Hình 1.4: Mơ hình WLAN : (a) mạng ad hoc, (b) mạng cơ sở hạ tầng
Có hai cách triển khai mạng WLAN như hình vẽ: thực hiện mạng cơ
sở hạ tầng và mạng ad hoc. Mạng cơ sở hạ tầng yêu cầu các bộ điều khiển
đặt ở trung tâm các ơ mạng, chính là các điểm truy cập Access Point. Điểm
Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Tổng Quan Về Mạng Ad hoc
truy cập này thông thường kết nối với mạng có dây, sau đó cung cấp internet
tới các thiết bị di động khác. Trái ngược với điều này, mạng ad hoc là mạng
ngang hàng được tạo ra bởi việc thiết lập một trạm nằm trong phạm vi của
mạng, và có thể linh động cấu hình mạng tới các máy khác. Mạng có tính
chất tạm thời, khơng có các trạm điều khiển cố định.

1.3.2 Theo giao thức


Single hop : mạng Manet định tuyến single hop là loại mơ hình mạng

Ad-hoc đơn giản nhất. Trong đó, tất cả các node đều nằm trong một vùng phủ sóng,
nghĩa là các node có thể kết nối trực tiếp với nhau mà khơng cần các node trung gian.
Mơ hình này các node có thể di chuyển tự do nhưng chỉ trong một phạm vi
nhất định đủ các node liên kết trực tiếp với các node khác trong mạng

Hình 1.5: Mơ hình mạng theo giao thức single hop


Multi-hop : Đây là mô hình phổ biến nhất trong mạng MANET, nó khác

với mơ hình trước là các node có thể kết nối với các node khác trong mạng mà có thể

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Tổng Quan Về Mạng Ad hoc
không cần kết nối trực tiếp với nhau. Các node có thể định tuyến với các node khác
thông qua các node trung gian trong mạng. Để mơ hình này hoạt động một cách hồn
hảo thì cần phải có giao thức định tuyến phù hợp với mơ hình mạng MANET.

Hình 1.6: Mơ hình mạng theo định tuyến multihop


Mobile multi-hop: Mơ hình này cũng tương tự với mơ hình thứ hai

nhưng sự khác biệt ở đây là mơ hình này tập trung vào các ứng dụng có tính chất thời
gian thực: audio, video.
1.3.3 Theo chức năng


Mạng MANET phẳng (Flat)

Trong kiến trúc này tất cả các node có vai trò ngang hàng với nhau (peer-topeer) và các node đóng vai trị như các router định tuyến dữ liệu gói trên mạng. Trong
những mạng lớn thì cấu trúc Flat khơng tối ưu hóa việc sử dụng tài ngun băng
thơng của mạng vì những message điều khiển phải truyền trên tồn bộ mạng. Tuy
nhiên nó thích hợp trong những topo có các node di chuyển nhiều.


Mạng MANET phân cấp ( Hierarchical)

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Tổng Quan Về Mạng Ad hoc
Đây là mơ hình sử dụng phổ biến nhất. Trong mơ hình này thì mạng chia thành
các domain, trong mỗi domain bao gồm một hoặc nhiều cluste, mỗi cluster chia thành
nhiều node. Có lai loại node là master node và normal node.
Master node là node quản trị một router có nhiệm vụ chuyển dữ liệu của các
node trong cluster đến các node trong cluster khác và ngược lại. Nói cách khác nó có

nhiệm vụ như một gateway.
Normal node là các node trong cùng một cluster. Nó có thể kết nối với các
node trong cluster hoặc kết nối với các cluster khác thông qua master node.
Với các cơ chế trên, mạng sử dụng tài nguyên băng thơng hiệu quả hơn vì các
tin nhắn chỉ phải truyền trong 1 cluster. Tuy nhiên việc quản lý tính chuyển động của
các node trở nên phức tạp hơn. Kiến trúc mạng phân cấp thích hợp cho các mạng có
tính chuyển động thấp.

Hình 1.7: Mơ hình mạng MANET phân cấp


Mạng MANET kết hợp ( Aggregate)

Mỗi mạng bao gồm hai mức topo : Topo mức thấp (node level), và topo mức
cao (zone level)

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Tổng Quan Về Mạng Ad hoc
Mỗi node đặc trưng bởi: node ID và zone ID. Trong một Zone có thể áp dụng
kiến trức phẳng hoặc kiến trúc phân cấp

1.4

Ứng dụng thực tế mạng Ad hoc

Mạng Ad hoc là một mạng có tính linh động cao, có thể được triển khai ở mọi
nơi và tại mọi thời điểm mà không cần có cơ sở hạ tầng sẵn có, do vậy khơng khó để
thấy ra tiềm năng kinh tế và kỹ thuật mà mạng Ad hoc di động có thể mang lại là rất
lớn. Tuy rằng khái niệm về mạng ad hoc không dây đã ra đời từ những năm 70’, chỉ
vài tháng sau khi triển khai thành công mạng Arpanet, Nhưng sự phát triển của nó
mới thực sự khởi sắc trong khoảng chục năm trở lại đây với rất nhiều ứng dụng ở
nhiều lĩnh vực.


Mạng tự phát (spontaneous networks): Những người tham gia một

cuộc họp, các sinh viên học nhóm… có thể sử dụng công nghệ này để chia sẻ tài liệu
học tập, các nội dung trình diễn, ghi chú … ngay lập tức mà không cần thiết bị trung
gian hay cấu hình phức tạp.


Xây dựng mạng khơng dây: Các mạng ad hoc có thể được sử dụng để

xây dựng mạng không dây tại những địa điểm mà việc đi dây gặp khó khăn (ví dụ như
các tịa nhà cổ, nơi mà kiến trúc không được phép phá vỡ, hay đơn giản chỉ là yếu tố
thẩm mỹ). Với sự tiến bộ của công nghệ và y tế, ngày nay nhiều bệnh viện đã tiến
hành sử dụng liệu pháp cấy ghép các thiết bị phát sóng nhỏ vào trong người bệnh
nhân để theo dõi. Đây cũng là một ứng dụng tương lai của mạng Ad hoc.


Ứng dụng phục vụ quân đội. Với khả năng triển khai nhanh, thiết bị

nhỏ gon, công nghệ mạng Adhoc ngày nay cũng được ứng dụng nhiều trong chiến
tranh hiện đại. Nó được ứng dụng để truyền tin liên lạc giữa các đơn vị chiến đấu
hoặc dùng để do thám điều kiện chiến trường giúp cho việc lên kế hoạch chiến đấu

của bộ chỉ huy

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Tổng Quan Về Mạng Ad hoc

Hình 1.8: Ứng dụng ad-hoc trong lĩnh vực quân sự


Ứng dụng trong các hoạt động cứu trợ tại khu vực có thiên tai: Trong

trường hợp có thảm hỏa xảy ra như động đất hoặc cháy rừng, các cơ sở thơng tin
truyền thơng sẵn có hầu hết đều bị hư hại và khơng cịn khả năng đáp ứng nhu cầu.
Lúc đó, cơng nghệ mạng Ad hoc hồn tồn có thể được triển khai bởi các nhân viên
cứu hộ (cảnh sát, nhân viên y tế, điều phối viên cứu hộ, cảnh sát chữa cháy…) để thiết
lập một mạng thơng tin liên lạc tức thì. Với khoảng thời gian và nhân lực tiết kiệm
được, cùng với đường dây liên lạc được nối liền nhanh chóng, nhiều mạng sống có
thể được cứu và cơng cuộc cứu trợ sẽ trở nên dễ dàng hơn.


Mạng sensor không dây: là một ứng dụng khác của mạng ad hoc, bao

gồm hàng ngàn, thậm chí hàng chục ngàn các sensor cấu thành nên mạng. Các sensor
thu thập dữ liệu và báo cáo về một số node được xác định trước trong các khoảng thời
gian nhất định. Các dữ liệu thu được sẽ được truyền về trung tâm để thống kê tính
tốn. Ứng dụng này chủ yếu được dùng trong quân đội để trinh thám một chiến

trường nào đó, mà từ đó có thể đưa kế hoạch tác chiến hợp lý. Bên cạnh đó, nó còn
dùng nhiều trong cảnh báo cháy rừng hay thu thập thông tin thời tiết, môi trường.

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()


lOMoARcPSD|18351890

Các Giao Thức Định Tuyến Trong Mạng Ad hoc

CHƯƠNG 2: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD
HOC
Do đặc tính di động và khơng có hạ tầng của mạng Ad hoc, định tuyến là vấn
đề quan trọng trong việc nghiên cứu mạng Ad hoc. Chương này trình bày các vẫn đề
liên quan đến định tuyến trong mạng Ad hoc, sơ lược các giao thức và phân loại, cuối
cùng là một số thơng số quan trọng thể hiện tính chất của các giao thức.

2.1

Các vấn đề định tuyến trong mạng Ad hoc

Khác với các mạng có dây, mạng khơng dây đặc biệt là mạng ad hoc gặp rất
nhiều khó khăn trong việc định tuyến và quản lý năng lượng. Các node trong mạng
đều có khả năng di chuyển nên topo mạng cũng thay đổi theo thời gian, năng lượng
các node có giới hạn nên cần hạn chế số lượng bản tin gửi đi không quá lớn và ảnh
hưởng của nhiễu và mơi trường đến tỷ lệ gói tin lỗi là những điều cần chú ý khi thiết
kế một giao thức định tuyến
Các giao thức định tuyến khi thiết kế đều phải chú ý cân đối giữa hiệu suất của
giao thức với mức tiêu thụ năng lượng tại các node trong mạng ad hoc. Các giao thức

có thể tăng tốc độ hội tụ bằng cách gửi nhiều gói tin điều khiển để cập nhật thường
xuyên hơn nhưng điều này sẽ làm tiêu tốn thêm băng thông và năng lượng nguồn
nuôi. Hơn nữa, khi mạng ít có thay đổi thì việc gửi thường xuyên các cập nhật sẽ rất
lãng phí
Dưới đây là một số yếu tố cần xét đến khi thiết kế một giao thức định tuyến
trong mạng Ad hoc:



Hoạt động phân tán: Cách tiếp cận tập trung sẽ thất bại do sẽ tốn rất

nhiều thời gian để tập hợp một trạng thái hiện tại và phát tán lại nó. Trong thời gian
đó, cấu hình có thể đã có thay đổi khác

Phạm Trọng Hiếu- Nguyễn Minh Đức
Downloaded by MAI ??I CÁT ()