Ảnh hưởng của mã mạng lớp vật lý tới dư lượng kênh trong mạng OFDM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VIỆT ĐỨC






ẢNH HƢỞNG CỦA MÃ MẠNG LỚP VẬT LÝ TỚI DUNG
LƢỢNG KÊNH TRONG MẠNG OFDM










LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội - 2013
i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




NGUYỄN VIỆT ĐỨC






ẢNH HƢỞNG CỦA MÃ MẠNG LỚP VẬT LÝ TỚI DUNG
LƢỢNG KÊNH TRONG MẠNG OFDM



Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60520203



LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG







NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐINH TRIỀU DƢƠNG

Hà Nội - 2013

ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của TS
Đinh Triều Dương, không sao chép của ai. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng
các tài liệu thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang Website theo
danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.

Tác giả luận văn



Nguyễn Việt Đức

iii

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên tôi muốn gửi lời biết ơn chân thành nhất đến T.S Đinh Triều Dương -
người thầy đã tận tình chỉ bảo và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian
thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn chân thành đến các thầy cô trường Đại Học Công Nghệ
- Đại học Quốc Gia Hà Nội, đặc biệt là những thày cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt
thời gian học tập và hoàn thành khóa học.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè trong Trường Đại học Công Nghệ - Đại
học Quốc gia Hà Nội; Lãnh đạo công ty cổ phần MITEC và đồng nghiệp trong công ty;
những người thân trong gia đình đã động viên và cổ vũ tôi rất nhiều về tinh thần trong
suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và
năng lực của mình, nhưng luận văn không tránh khỏi nhiều thiếu sót, tôi rất mong nhận
được sự chỉ bảo của thầy cô cùng sự góp ý của các bạn.




Nguyễn Việt Đức

iv

MỤC LỤC
Trang phụ bìa Trang
LỜI CAM ĐOAN i
MỤC LỤC iv
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt vii
Danh mục các bảng x
Danh mục các hình vẽ, đồ thị xi
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN CHUNG 3
1.1. Mạng không dây 3
1.1.1. Tổng quan 3
1.1.2. Các mô hình mạng không dây 3
1.1.3. Phân loại các mạng không dây theo khoảng cách vật lý 4
1.2. Mã hóa mạng 5
1.2.1. Mã hóa 6
1.2.2. Giải mã 6
1.2.3. Cách lựa chọn tổ hợp tuyến tính 7
1.2.4. Các vấn đề thực tế với mã mạng 7
1.2.4.1. Giải mã 7
1.2.4.2. Kích thước khối 8
1.2.4.3. Các phép toán hữu hạn 8

1.2.5. Lợi ích của mã hóa mạng 8
1.2.5.1. Tăng cường thông lượng 8
1.2.5.2. Ổn định và thích nghi 9
1.3. Mạng không dây hình lƣới 10
1.3.1. Lớp vật lý 11
1.3.2. Lớp liên kết dữ liệu 11
1.3.3. Lớp mạng 12
1.3.3.1. Giao thức định tuyến với metric khác nhau 12
1.3.3.2. Định tuyến đa đường 12
1.3.3.3. Định tuyến theo vùng địa lý 13
1.3.4. Lớp giao vận 13
1.4. Mã mạng lớp vật lý 13
1.4.1. Mô hình mạng không mã hóa 15
v

1.4.2. Mô hình sử dụng mã mạng 15
1.4.3. Mô hình sử dụng mã mạng lớp vật lý 16
1.4.4. Các vấn đề quan trọng với mã mạng lớp vật lý 18
1.4.4.1. Tạp âm 18
1.4.4.2. Mã hóa kênh 20
1.4.4.3. Đồng bộ 20
1.4.4.4. Kênh fading không đối xứng và ước lượng kênh 21
1.4.4.5. Lý thuyết dung lượng kênh 23
1.4.4.6. Mô hình mạng tổng quan và các vấn đề với lớp cao hơn. 23
Chƣơng 2. MẠNG DI ĐỘNG AD-HOC (MANET) DỰA TRÊN OFDM 24
2.1. Mạng Mobile Ad-hoc Network (MANET) 24
2.1.1. Đặc điểm của mạng MANET 25
2.1.2. Kiến trúc mạng MANET 26
2.1.2.1. Giao thức 802.11 26
2.1.2.2. Lớp vật lý 27

2.1.2.3. Lớp MAC 28
2.1.3. Định tuyến trong mạng MANET 29
2.1.3.1. Định tuyến theo bảng 29
2.1.3.2. Định tuyến theo yêu cầu 29
2.1.3.3. Định tuyến lai ghép 30
2.1.4. Các giao thức định tuyến cơ bản trong mạng MANET 30
2.1.4.1. Định tuyến theo vector khoảng cách theo yêu cầu AODV. 30
2.1.4.2. Định tuyến theo vector khoảng cách tuần tự đích DSDV 31
2.1.4.3. Giao thức định tuyến nguồn động DSR 31
2.1.4.4. Định tuyến theo trạng thái đường liên kết tối ưu - OLSR 32
2.1.4.5. Giao thức định tuyến vùng ZRP 32
2.2. Kỹ thuật OFDM 33
2.2.1. Nguyên tắc cơ bản của OFDM 33
2.2.2. Tính trực giao 35
2.2.3. Sử dụng FFT/IFFT trong OFDM 36
2.2.4. Nhiễu giao thoa ký tự và nhiễu giao thoa sóng mang 37
2.2.4.1. Khái niệm 37
2.2.4.2. Phương pháp chống nhiễu liên ký hiệu 38
2.2.5. Các vấn đề kỹ thuật trong OFDM 39
2.2.5.1. Ước lượng tham số kênh 39
vi

2.2.5.2. Đồng bộ trong OFDM 40
2.2.5.3. Đồng bộ ký tự 40
2.2.5.4. Đồng bộ tần số sóng mang 41
2.2.5.5. Đồng bộ tần số lấy mẫu 41
2.2.5.6. Giảm PAPR (Peak to Average Power Ratio) 41
2.2.6. Hệ thống OFDM 42
2.2.7. Ưu điểm và khuyết điểm của OFDM 43
2.2.7.1. Ưu điểm 43

2.2.7.2. Nhược điểm 43
2.3. Mạng MANET dựa trên công nghệ OFDM 44
Chƣơng 3: ẢNH HƢỞNG CỦA MÃ MẠNG LỚP VẬT LÝ TỚI DUNG LƢỢNG
KÊNH 46
3.1. Dung lƣợng mạng MANET một chiều 47
3.1.1. Mô hình mạng MANET một chiều 47
3.1.1.1. Không gian mạng MANET một chiều 47
3.1.1.2. Đường cắt trong mạng MANET 49
3.1.2. Dung lượng mạng MANET 1 chiều 49
3.1.2.1. Thông lượng mạng MANET truyền theo lưu lượng 49
3.1.2.2. Thông lượng mạng MANET sử dụng mã mạng 52
3.1.2.3. Thông lượng mạng MANET sử dụng mã mạng lớp vật lý 54
3.2. Dung lƣợng mạng MANET 2 chiều 57
3.2.1. Mô hình mạng MANET hai chiều 58
3.2.1.1. Không gian MANET hai chiều 58
3.2.1.2. Định tuyến 59
3.2.1.3. Đường cắt 59
3.2.2. Dung lượng của mạng MANET hai chiều 60
3.2.2.1. Giới hạn trên dung lượng mạng MANET 2 chiều 60
3.2.2.2. Giới hạn dưới dung lượng mạng MANET 2 chiều 63
3.3. Ảnh hƣởng của mã mạng lớp vật lý tới dung lƣợng kênh trong mạng
MANET dùng OFDM 65
KẾT LUẬN 67
TI LIỆU THAM KHẢO 68
PHỤ LỤC 71

vii

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Ký hiệu

Tiếng Anh
Tiếng Việt
IP
Internet Protocol
Giao thức liên mạng
ACK
Acknowledgment
Bản tin báo nhận
ADSL
Asymmetric Digital
Subscriber Line
Đường dây thuê bao số bất đối xứng
ALOHA
Abramson's Logic of Hiring
Access
Giao thức OSI lớp 2 cho mạng LAN với
Broadcast topology
API
Application Programming
Interface
Giao diện lập trình ứng dụng
CDMA
Code Division Multiple
Access
Đa truy cập phân chia theo mã
CMAPS
Conflict Maps
Bản đồ phân phối
CSMA
Carrier Sense Multiple Access

Đa truy cập nhận biết sóng mang
CSMA
/CA
Carrier Sense Multiple Access
with Collision Avoidance
Đa truy cập nhận biết sóng mang phát
hiện xung đột
DFT
Discrete Fourier transform
Biến đổi Fourier rời rạc
DPSK
Differential Phase Shift
Keying
Giải điều chế theo pha tín hiệu
DSSS
Direct Sequence Spread
Spectrum
Trải phổ chuỗi trực tiếp
ETX
Expected Transmission Count
Số lượt dự kiến sẽ truyền
FDM
Time-division Multiplexing
Ghép kênh phân chia tần số
FDMA
Frequency Division Mutiple
Access
Đa truy cập theo phân chia tần số
FFT
Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier nhanh
FIFO
First In First Out
Vào trước ra trước
viii

HDSL
High-bit-rate Digital
Subscriber Line
Kênh thuê bao số tốc độ cao
ICI
Inter-Carrier Interference
Nhiễu liên sóng mang
IDFT
Inverse DFT
Biến đổi Fourier rời rạc ngược
IEEE
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện kỹ thuật điện và điện tử
IFFT
Invert Fast Fourier transform
Biến đổi Fourier ngược
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
ISI
Intersymbol Interference
Nhiễu giữa các ký hiệu
ISMA

Inhibit Sense Multiple Access
Đa truy cập nhận biết ngăn chặn
LAN
Local Area Network
Mạng cục bộ
MAC
Media Access Control
Điều khiển truy cập môi trường
MACA
Multiple Access with Collision
Avoidance
Giao thức đa truy cập tránh xung đột
MACAW
Multiple Access with Collision
Avoidance for Wireless
Giao thức đa truy cập tránh xung đột
cho mạng không dây
MIMO
Multiple-Input and
Multiple-Output
Nhiều đầu vào và nhiều đầu ra
NC
Network Coding
Mã hóa mạng
NP
Nondeterministic Polynomial
Đa thức bất định
OFDM
Orthogonal Frequency
Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao
OMS
Opportunistic Multipath
Scheduling
Cơ hội lập lịch đa đường
PAPR
Peak to Average Power Ratio
Tỷ số công suất đỉnh trên công suất
trung bình
PLL
Phase Lock Loop
Vòng khóa pha
ix

PNC
Physical Network Coding
Mã mạng lớp vật lý
PRMA
Packet Reservation Multiple
Access
Đa truy cập đặt trước gói
PSAM
Pilot Signal Assisted
Modulation
Điều chế dùng tín hiệu dẫn đường
PSK
Phase Shift Keying
Điều chế số theo pha tín hiệu
QAM

Quadrature Amplitude
Modulation
Điều chế số theo biên độ tín hiệu
QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
RF
Radio frequency
Tần số vô tuyến
RFID
Radio Frequency
Identification
Nhận biết tần số vô tuyến
RSVP
Resource Reservation Protocol
Giao thư
́
c đi
̣
nh trươ
́
c nguồn ta
̀
i nguyên
RTT
Round-Trip Time
Thời gian đi hai chiều
SINR
Signal to Interference plus
Noise Ratio

Tỷ lệ tín hiệu với nhiễu cộng tạp âm
TCP
Transmission Control Protocol
Giao thức điều khiển truyền thông tin
TDM
Time-Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia thời gian
TDMA
Time Division Multiple
Access
Đa truy cập theo phân chia thời gian
UWB
Ultra-Wide Band
Băng siêu rộng
VCO
Voltage Controlled Oscillator
Bộ dao động điều khiển bằng điện áp
VDSL
Very-high-bit-rate Digital
Subscriber Line
Kênh thuê bao số tốc độ rất cao
WAN
Wide Area Network
Mạng diện rộng

x

Danh mục các bảng
Bảng 1.1 Ánh xạ mã mạng lớp vật lý (PNC mapping) của các thành phần đồng pha 18
Bảng 2.1: Bảng so sánh các giao thức định tuyến trong mạng MANET 33

xi

Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1 Sự phát triển của mạng không dây 3
Hình 1.2 Phân loại mạng không dây 4
Hình 1.3 Ví dụ đơn giản sử dụng mã hóa mạng nhằm nâng cao thông lượng. 5
Hình 1.4 Giải mã các mã mạng thực hiện phép khử Gauss với m > n gói tin mã hóa đã
nhận. 7
Hình 1.5 Ví dụ đơn giản cho thấy mã hóa mạng cải thiện độ ổn định. Điểm truy cập có
thể truyền các tổ hợp tuyến tính đã được mã hóa của P
a
và P
b
tới A và B, làm đơn giản
hóa hoạt động của mạng. 9
Hình 1.6 Mã hóa mạng chống lại vấn đề mất gói. 10
Hình 1.7 Kiến trúc mắt lưới điển hình. Các router hình thành các tuyến vô tuyến nhiều
chặng tới gateway kết nối tới Internet. Client kết nối với router vô tuyến gần nhất. 11
Hình 1.8 Mô hình đơn giản 03 nút trong mạng không dây 14
Hình 1.9 Mô hình truyền không sử dụng mã mạng 15
Hình 1.10 Mô hình mã mạng 16
Hình 1.11 Mô hình mã mạng lớp vật lý 16
Hình 1.12: So sánh tỷ lệ lỗi bit của mô hình liên kết QPSK điểm – điểm (QPSK), kết nối
sử dụng mã mạng (SNC) và kết nối sử dụng mã mạng lớp vật lý (PNC)[24] 19
Hình 1.13: Lập lịch mã mạng lớp vật lý trong chuỗi tuyến tính. 23
Hình 2.1: Mô hình mạng MobileAdhoc Network (MANET) 24
Hình 2.2: Biểu đồ mạng MANET 25
Hình 2.3: Các chuẩn giao thức IEEE 802 và mô hình OSI 26
Hình 2.4: Mô hình kiến trúc theo chuẩn 802.11 27
Hình 2.5: Bảng phân loại các giao thức định tuyến 29

Hình 2.6: Quá trình khám phá tuyến trong AODV 30
Hình 2.7: Định tuyến nguồn động (DSR) 32
Hình 2.8: Sơ đồ quá trình phát tin 34
Hình 2.9: Phổ của tín hiệu FDM và OFDM 34
Hình 2.10: a.Tác động của nhiễu đối với hệ thống đơn sóng mang 34
b.Tác động của nhiễu đến hệ thống đa sóng mang 35
Hình 2.11: Phổ của các sóng mang trực giao 36
Hình 2.12: Phổ của bốn sóng mang trực giao 37
xii

Hình 2.13: Phổ của bốn sóng mang không trực giao 38
Hình 2.14: Ảnh hưởng của ISI 38
Hình 2.15: Sơ đồ một hệ thống OFDM 42
Hình 3.1. Mô hình mạng MANET một chiều 47
Hình 3.2: Mô hình và khoảng cách các trạm trong không gian 48
Hình 3.3: Giới hạn trong mô hình truyền theo lưu lượng 1 chiều 50
Hình 3.4. Giới hạn mạng MANET sử dụng mã mạng 53
Hình 3.5: Cơ chế truyền của mạng MANET dựa trên lưu lượng 55
Hình 3.6: Cơ chế truyền của phương pháp mã mạng 56
Hình 3.7 Cơ chế truyền của phương pháp mã mạng lớp vật lý 56
Hình 3.8. Mô hình mạng MANET hai chiều 58
Hình 3.9: Nhiễu giữa các điểm nhận của cùng một đường truyền và của đường truyền
khác trong mô hình MANET 2 chiều sử dụng mã mạng 59
Hình 3.10: Dung lượng cắt trong mạng MANET 60
Hình 3.11: Tính chất hình học của đường truyền qua điểm cắt 61
Hình 3.12. Điểm phát và nhận ở một phía so với đường cắt 62
Hình: 3.13. Điểm phát và nhận ở 2 phía khác nhau của đường cắt
21
( ) ( )R y R y
62

Hình 3.14. Điểm phát và nhận ở 2 phía khác nhau của đường cắt
21
( ) ( )R y R y
63
Hình 3.15: Giới hạn dưới dung lượng mạng MANET 2 chiều 63
Hình 3.16. So sánh giới hạn dưới trong mạng MANET 66
1

MỞ ĐẦU
Mã mạng lớp vật lý là một công nghệ mới và đã được nghiên cứu trong rất nhiều
công trình nghiên cứu. Trong mô hình sử dụng mã mạng lớp vật lý, hệ thống có thể cải
thiện dung lượng kênh, giảm độ trễ và bảo mật dữ liệu.
Mục đích của luận văn là xem xét khả năng ứng dụng mã mạng lớp vật lý trong
mạng di động adhoc không dây (MANET). Đặc biệt luận văn tập trung vào dung lượng
kênh của mạng MANET sử dụng OFDM. Nội dung nghiên cứu trên mạng MANET sử
dụng mã mạng lớp vật lý, dung lượng kênh sẽ bị ảnh hưởng thế nào, và so sánh với các
nghiên cứu trước đây để đưa ra giới hạn chặt hơn. Luận văn so sánh dung lượng của
mạng MANET truyền theo lưu lượng, mạng MANET sử dụng mã mạng, và mạng
MANET sử dụng mã mạng lớp vật lý. Các nghiên cứu theo tính toán và mô phỏng đã chỉ
ra rằng trong mạng MANET sử dụng mã mạng lớp vật lý dung lượng kênh truyền có thể
cải thiện, ngoài ra khi sử dụng mã mạng lớp vật lý cho độ trễ giảm và tăng cường bảo
mật. Luận văn chỉ ra rằng với mạng MANET dùng mã mạng lớp vật lý, dung lượng kênh
được cải thiện so với các mạng MANET truyền dẫn theo lưu lượng và mạng MANET sử
dụng mã mạng lớp mạng. Kết luận trong luận văn là mạng MANET sử dụng mã mạng
lớp vật lý là một lựa chọn tốt để truyền thông tin qua mạng di động không dây Adhoc.
Đặc biệt khi mạng sử dụng công nghệ điều chế ghép kênh phân chia tần số trực giao
OFDM.
Nội dung bố cục của luận văn như sau:
Chƣơng 1: Tổng quan chung. Giới thiệu tổng quan về mạng không dây, mã hóa
mạng và mã hóa mạng lớp vật lý. Mục 1.1 giới thiệu tổng quan mạng không dây. Mục

1.2 nói về mã hóa mạng. Tổng quan kiến trúc, các vấn đề gặp phải và lợi ích của mã
mạng. Mục 1.3 thảo luận kiến trúc và cách xây dựng mạng lưới không dây hiện tại. Mục
1.4 tập trung vào mã mạng lớp vật lý và các vấn đề gặp phải khi áp dụng mã mạng lớp
vật lý vào trong thực tế.
Chƣơng 2: Mạng di động không dây adhoc dựa trên OFDM. Giới thiệu mạng
không dây adhoc. Đặc điểm và ứng dụng của mạng không dây adhoc. Đồng thời luận
văn cũng mô tả kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM và các ưu điểm khi
sử dụng OFDM trong mạng Adhoc.
Chƣơng 3: Ảnh hƣởng của mã mạng lớp vật lý tới dung lƣợng kênh. Đầu tiên
chương giới thiệu về dung lượng kênh trong mạng không dây. Tiếp đó chương phân tích
dung lượng kênh trong các mạng MANET: Truyền thống, sử dụng mã mạng lớp mạng,
và sử dụng mã mạng lớp vật lý. Chương này sẽ giải quyết các vấn đề với dung lượng
kênh trong mạng MANET một chiều, mạng hai chiều và có những đóng góp dưới đây:
+ Phân tích dung lượng mạng MANET một chiều. Chương này trình bày dung
lượng của hệ thống trong không gian một chiều và đưa ra các kết quả về dung lượng
kênh trong các trường hợp mạng MANET truyền theo lưu lượng, sử dụng mã mạng, và
2

sử dụng mã mạng lớp vật lý. Dựa vào kết quả cho ta thấy với cùng một điều kiện truyền
thông như nhau, mạng MANET dùng mã mạng lớp vật lý có thể cải thiện dung lượng
kênh truyền. Ngoài ra với mã mạng lớp vật lý, độ trễ và tính bảo mật được nâng cao.
+ Phân tích dung lượng kênh không dây ngẫu nhiên trong không gian 2 chiều. Giới
hạn dung lượng kênh của mạng MANET truyền theo lưu lượng, mạng MANET sử dụng
mã mạng lớp mạng và mạng MANET sử dụng mã mạng lớp vật lý. Xác định giới hạn
trên, giới hạn dưới theo 3 mô hình đó
+ Đánh giá kết quả thu được. Kết quả này được tóm tắt như sau:
- Khi sử dụng mã mạng lớp vật lý, dung lượng kênh được cải thiện khi truyền
trong mạng MANET.
- Sử dụng mã mạng lớp vật lý cho độ trễ tín hiệu truyền thấp hơn và tính bảo mật
cao hơn so với các mô hình mạng MANET truyền theo lưu lượng và mạng

MANET sử dụng mã mạng.


3

Chƣơng 1. TỔNG QUAN CHUNG
1.1. Mạng không dây
1.1.1. Tổng quan
Mạng không dây được đánh dấu mốc hình thành từ những năm 1887 khi Heinrich
Rudolf Hertz chứng minh được thuyết điện từ Maxwell thông qua thực nghiệm. Từ đó
đến nay các nhà nghiên cứu đã cho ra đời hàng loạt phát minh sáng chế góp phần đưa
công nghệ mạng không dây không ngừng cải tiến vượt trội về tốc độ truyền nhận dữ liệu.
Những năm gần đây nền công nghiệp không dây và di động tăng trưởng mạnh mẽ cả về
mặt công nghệ lẫn sự bùng nổ ngày càng nhiều các thiết bị di động, hứa hẹn một kỷ
nguyên truyền thông số nở rộ trên nền các mạng không dây và di động. Sự phát triển này
được minh họa trên Hình 1.1 dưới đây.

Hình 1.1 Sự phát triển của mạng không dây
1.1.2. Các mô hình mạng không dây
Có 3 loại mô hình mạng không dây như sau:
- Mạng Infrastructure
- Mạng adhoc
- Mạng Hybrid
Tuy nhiên hiện nay có hai loại mạng đang được phát triển rộng rãi:
- Mạng Ad-hoc : Chỉ mạng (peer-to-peer) không dây ngang hàng. Mỗi thiết bị trong
mạng giao tiếp trực tiếp với nhau mà không dùng đến các thiết bị điều khiển truye
cập (Wireless Access Point - AP) và các bộ định tuyến (Wireless Router).
- Mạng Infrastructure : Các thiết bị trong hệ thống mạng sử dụng một hoặc nhiều các
thiết bị AP để thực hiện các hoạt động trao đổi dữ liệu với nhau và các hoạt động
khác. Trong chế độ này, mạng không dây được điều khiển bởi một AP không dây.

Các điểm truy cập này có chức năng như một cảnh sát giao thông trung tâm cho các
tín hiệu, vì thế nó cung cấp khả năng kết nối đáng tin cậy hơn mạng adhoc. Điểm truy
4

nhập cũng cho phép chia sẻ kết nối internet mà không cần tới qua một máy tính nào
khác.
1.1.3. Phân loại các mạng không dây theo khoảng cách vật lý


Hình 1.2 Phân loại mạng không dây
- WPAN : Mạng vô tuyến cá nhân. Nhóm này bao gồm các công nghệ vô tuyến có
vùng phủ nhỏ tầm vài mét đến hàng chục mét tối đa. Các công nghệ này phục vụ mục
đích nối kết các thiết bị ngoại vi như máy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng, khóa USB,
đồng hồ, với điện thoại di động, máy tính. Các công nghệ trong nhóm này bao gồm:
Bluetooth, Wibree, ZigBee, UWB, Wireless USB, EnOcean, Đa phần các công
nghệ này được chuẩn hóa bởi IEEE, 802.15 và còn được biết đến với tên như IEEE
802.15.4 hay IEEE 802.15.3
- WLAN : mạng vô tuyến cục bộ. Nhóm này bao gồm các công nghệ có vùng phủ
tầm vài trăm mét. Nổi bật là công nghệ Wifi với nhiều chuẩn mở rộng khác nhau
thuộc gia đình 802.11 a/b/g/h/i/ Công nghệ Wifi đã đạt được những thành công to
lớn trong những năm qua. Bên cạnh WiFi thì còn một cái tên ít nghe đến là
HiperLAN và HiperLAN2, đối thủ cạnh tranh của Wifi được chuẩn hóa bởi ETSI.
- WMAN: Mạng vô tuyến đô thị. Đại diện tiêu biểu của nhóm này chính là WiMAX.
Ngoài ra còn có công nghệ băng rộng BWMA 802.20. Vùng phủ sóng của nó sẽ ở
khoảng 4-5km.
- WWAN : Mạng vô tuyến diện rộng: Nhóm này bao gồm các công nghệ mạng
thông tin di động như UMTS/GSM/CDMA2000 Vùng phủ của nó cũng tầm vài
km đến tầm chục km.
- WRAN: Mạng vô tuyến khu vực. Nhóm này đại diện là công nghệ 802.22 đang
được nghiên cứu và phát triển bởi IEEE. Vùng phủ có nó sẽ lên tầm 40-100km. Mục

đích là mang công nghệ truyền thông đến các vùng xa xôi hẻo lánh, khó triển khai
5

các công nghệ khác. Nó sẽ sử dụng băng tần mà TV analog không dùng để đạt được
vùng phủ rộng.
1.2. Mã hóa mạng
Lý thuyết thông tin và mạng máy tính có rất nhiều phần liên quan, tương hỗ, bổ túc
cho nhau. Trong khoảng 5 năm trở lại đây, một nhánh nghiên cứu cực kỳ thú vị đang
càng lúc càng thu hút nhiều nhà nghiên cứu từ cả lý thuyết thông tin (đặc biệt là lý thuyết
mã) tới thực tế. Tên gọi của nhánh nghiên cứu mới này là mã hóa mạng (network
coding). Khởi đầu từ bài báo [1], đến nay network coding đã có ứng dụng ở rất nhiều nơi
trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Để hiểu rõ hơn về mã mạng, xét mô hình mạng Hình 1.3
ở dưới đây

Hình 1.3 Ví dụ đơn giản sử dụng mã hóa mạng nhằm nâng cao thông lượng.
Nguồn S
1
cần truyền gói P
1
tới cả D
1
và D
2
, và nguồn S
2
cần truyền gói P
2
cũng tới
D
1

, D
2
. Giả sử rằng tất cả đường truyền có khả năng truyền một gói trên giây. Nếu router
R
1
và R
2
chỉ chuyển tiếp gói tin chúng nhận được cùng một lúc, đường truyền ở giữa sẽ
bị tắc nghẽn. Tại mọi thời điểm, hai router hoặc là gửi P
1
tới D
2
hoặc P
2
tới D
1
.
Ngược lại, nếu router gửi lên đường truyền gói tin P
1
⊕P
2
(hoặc bất kỳ tổ hợp
tuyến tính nào của P
1
và P
2
) xem Hình 1.3, cả hai đích sẽ nhận được hai gói tương ứng.
D
1
sẽ có được P

2
sau khi thực hiện phép toán XOR gói P
1
(nhận được trực tiếp từ S
1
) với
P
1
⊕P
2
và tương tự D
2
sẽ tái tạo được P
1
. Do đó, mã hóa mạng có thể đạt tới thông lượng
multicast của 2 gói trên giây, Phương pháp này tốt hơn phương pháp định tuyến chỉ đạt
được tối đa là 1,5 gói trên giây.
Nếu trạm D
1
nhận P
1
trực tiếp với xác suất lỗi bằng 
1
và nhận được P
1
⊕P
2
với xác
suất lỗi 
2

thì tổng hợp dữ liệu sẽ có P
1
với xác xuất lỗi thấp hơn và bằng 
1
(1 - 
2
) + 
2
(1
- 
1
).
Mã hóa mạng tuyến tính là tương tự với ví dụ này, chỉ thay thế phép toán XOR bởi
phép tuyến tính khác. Điều này tạo nên sự linh hoạt trong cách thức mà các gói tin kết
hợp với nhau. Do đó, router thay vì chỉ chuyển tiếp gói tin thì sẽ tạo ra tổ hợp tuyến tính
6

của các gói tin đến tạo ra gói tin mã hóa rồi mới gửi đi. Chúng ta sẽ miêu tả ngắn gọn quá
trình mã hóa và giải mã trong những mục sau.
1.2.1. Mã hóa
Giả sử mỗi gói có L bit. Khi các gói có kích thước khác nhau kết hợp với nhau, thì
gói nào có ít bit hơn sẽ được thêm vào các bit 0. Ta xem s bit liên tiếp nhau như là một ký
tự của tập hữu hạn
2
s
F
, mỗi gói là một véc tơ của L/s ký tự. Với mã hóa tuyến tính, các
gói tin lối ra là tổ hợp tuyến tính của các gói ban đầu, ở đây cộng và nhân được thực hiện
trên trường hữu hạn
2

s
F
.
Gọi P
1
, P
2
, …, P
n
là n gói tin ban đầu từ một hoặc nhiều nguồn khác nhau. Với mã
hóa tuyến tính, mỗi gói tin X được xem như một véc tơ của các hệ số
(1), (2) ( )g g g g n


trong trường
2
s
F
gọi là véc tơ mã. Véc tơ mã chỉ ra cách gói tin X đạt được từ các gói tin
nguồn:
1
()
n
i
i
X g i P



(1.1)

Tổng này được xác định tại mọi vị trí ký tự,
1
( ) ( ) ( )
n
i
i
X k g i P k



với P
i
(k) và X(k)
là ký tự thứ k
’
của P
i
và X. Trong ví dụ ở Hình 1.1, trường F
2
={0,1}, một ký tự là một bit
và biến đổi tuyến tính gửi bởi R
1
sau khi nhận được P
1
và P
2
là P
1
⊕ P
2

. Véc tơ mã được
mang trong tiêu đề của gói tin đã mã hóa X. Véc tơ được sử dụng tại bên nhận để giải mã
dữ liệu.
Mã hóa có thể được thực hiện đệ quy. Xem xét một nút đã nhận và lưu trữ một tập
các gói tin mã hóa
1
1
( , ), ,( , )
m
m
g X g X
 
với
j
g

là véc tơ mã hóa của gói X
j
. Nút này có
thể lại tạo ra các gói tin mã hóa mới
''
( , )gX

bằng cách lựa chọn một tập các hệ số
(1), , ( )h h h m

và tính toán tổ hợp tuyến tính
'
1
()

m
j
j
X h j X



. Véc tơ mã
'
g

không
bằng véc tơ mã
h

vì các hệ số là không liên quan tới các gói ban đầu P
1
, P
2
,…, P
n
;
nhưng với một vài biến đổi số học ta có thể thấy
'
g

được cho bởi
'
1
()

m
i
j
g h j g





.
Phương trình này có thể lặp lại tại vài nút trong mạng.
1.2.2. Giải mã
Như đã nói ở trên, mỗi gói tin mã hóa là tổ hợp tuyến tính của các gói ban đầu. Khi
đích nhận được các gói tin đã mã hóa X
1
, X
2
, …, X
n
với các véc tơ mã tương ứng
1
, ,
m
gg
 
. Vậy nên, để thu được các gói tin gốc đã truyền, cần phải giải hệ phương trình:
1
()
n
j j i

i
X g i P



(1.2)
Ở đây ẩn là tập các gói tin ban đầu P
i
. Đây là hệ phương trình tuyến tính với m
phương trình và n ẩn. Khi m ≥ n và có ít nhất n tổ hợp độc lập tuyến tính, thì hệ phương
trình có nghiệm và các gói tin ban đầu có thể được giải mã. Do đó, mạng phải đảm bảo
7

truyền ít nhất n gói độc lập tuyến tính tới đích. Điều này có thể dễ dàng thực hiện, như sẽ
xem xét ở mục sau.
1.2.3. Cách lựa chọn tổ hợp tuyến tính
Vấn đề của thiết kế mã mạng là lựa chọn tổ hợp tuyến tính mà mỗi nút mạng thực
hiện để bảo đảm nút đích nhận được ít nhất n tổ hợp độc lập tuyến tính, từ đó có thể giải
mã gói tin ban đầu. Một thuật toán đơn giản là để mỗi nút lựa chọn theo biến ngẫu nhiên
đều các hệ số trong trường
2
s
F
, theo kiểu độc lập và không tập trung [2]. Với mã mạng
ngẫu nhiên sẽ có xác suất chắc chắn của lựa chọn tổ hợp độc lập tuyến tính [2]. Xác suất
này liên quan tới kích thước của trường 2
s
. Kết quả mô phỏng cho thấy thậm chí với kích
thước trường là nhỏ (ví dụ, s = 8) xác suất này là rất nhỏ.
Chúng ta có thể sử dụng thuật toán xác định để thiết kế mã mạng. Thuật toán đa

thức thời gian cho multicast, xem xét mỗi nút mạng và quyết định tổ hợp tuyến tính cho
mỗi nút thực hiện. Vì mỗi nút sử dụng hệ số tuyến tính xác định, các gói tin không cần
mang véc tơ mã. Cũng có những thuật toán phi tập trung xác định dùng để hạn chế cấu
hình mạng.
1.2.4. Các vấn đề thực tế với mã mạng
1.2.4.1. Giải mã
Việc giải mã yêu cầu giải một hệ các phương trình tuyến tính, có thể thực hiện sử
dụng phép khử Gauss. Một nút lưu các véc tơ mã nó nhận được cũng như các gói tương
ứng, theo từng hàng tạo thành ma trận giải mã. Đầu tiên, ma trận này không có phương
trình nào. Khi nhận một gói tin mã hóa, nó được thêm vào thành hàng cuối cùng trong
ma trận giải mã và phép khử Gauss được thực hiện tới dạng ma trận tam giác.
Một gói tin nhận được gọi là mới nếu nó làm tăng hạng của ma trận. Nếu một gói
tin là không mới, nó sẽ bị biến đổi thành một hàng toàn 0 bởi phép khử Gauss và bị loại
bỏ. Khi một phần véc tơ mã của ma trận gồm một hàng có dạng e
i
( véc tơ đơn vị với duy
nhất một tại các vị trí thứ i
’
), khi này X chính là gói tin ban đầu P
i
. Điều này xảy ra khi
nhận được n véc tơ mã độc lập tuyến tính. Chú ý là giải mã không cần thực hiện tại tất cả
các nút của mạng mà chỉ tại nơi nhận. Sơ đồ Hình 1.4 chỉ ra cách phép khử Gauss biến
đổi m gói tin mã hóa đã nhận thành n gói tin ban đầu.

Hình 1.4 Giải mã các mã mạng thực hiện phép khử Gauss với m > n gói tin mã hóa đã
nhận.
8

1.2.4.2. Kích thước khối

Thực tế, kích thước của ma trận mã hóa bị giới hạn. Do đó phải nhóm các gói tin
thành các khối và chỉ các gói trong cùng khối mới được nhóm lại với nhau. Kích thước
của khối ảnh hưởng tới hiệu năng của mã hóa mạng và liên quan tới kích thước của
trường. Nhìn chung, kích thước trường nhỏ sẽ tăng xác suất của truyền các gói không
mới làm giảm hiệu suất. Nhưng trong phần lớn các hệ thống thực tế kích thước trường
điển hình là 256 (mỗi thành phần trường là một byte trong một gói), không quan tâm tới
kích thước khối.
1.2.4.3. Các phép toán hữu hạn
Mã hóa mạng yêu cầu các phép toán trong
2
s
F
, thực hiện trên chuỗi s bit. Phép
cộng là đảo bit của XOR. Phép nhân của chuỗi b
0
, … , b
s
của s bit xem như đa thức b
0
+
b
1
x + … + b
s-1
x
s-1
. Phép nhân được thực hiện bằng cách tính tích thông thường của hai
đa thức và tính mô đun phần còn lại của đa thức tối giản đã chọn. Phép chia được tính
toán bởi thuật toán Euclidian. Cả phép nhân và chia có thể thực hiện hiệu quả hơn với
phép cộng và dịch.

1.2.5. Lợi ích của mã hóa mạng
Mã hóa mạng có thể ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, từ mạng có dây tới không
dây và mạng di động ad-hoc. Nó giúp cải thiện thông lượng và cũng giúp làm đơn giản
hoạt động của mạng.
1.2.5.1. Tăng cường thông lượng
Mã hóa mạng đạt được lợi ích tối đa với các luồng multicast. Ahlswede et al. [3]
chỉ ra rằng “với tốc độ nguồn cố định, nếu không có mã hóa thì mạng có thể hỗ trợ các
nút nhận tách biệt. Với lựa chọn thích hợp các hệ số mã tuyến tính, mạng có thể hỗ trợ tất
cả các nút nhận đồng thời”. Nói theo cách khác, khi N bên nhận cùng chia sẻ tài nguyên
mạng, mỗi một bên có thể nhận với tốc độ tối đa thậm chí sử dụng tất cả tài nguyên
mạng. Do vậy, mã hóa mạng có thể giúp chia sẻ tài nguyên mạng tốt hơn.
Mã hóa mạng chẳng những có lợi về thông lượng mạng cho các luồng multicast mà
còn cho các loại lưu lượng khác như là đơn hướng. Xem lại hình vẽ 1.3 nhưng cho rằng
bây giờ nguồn S
1
truyền gói tin tới đích D
2
và S
2
tới D
1
. Ta sử dụng mã mạng như trong
ví dụ truyền đa hướng để đạt được tốc độ đơn hướng từ mỗi nguồn tới đích tương ứng là
một gói trên giây. Nếu không có mã hóa mạng, nguồn chỉ có thể truyền tin với tốc độ 0,5
gói trên giây tới các đích tương ứng.
Một điểm đáng chú ý là mã hóa mạng cho phép đạt được thông lượng tối ưu khi
truyền multicast sử dụng thuật toán đa thức thời gian.
9

1.2.5.2. Ổn định và thích nghi

Ưu điểm lớn nhất của mã hóa mạng là sự ổn định và thích nghi. Ta có thể xem mã
hóa mạng giống như mã hóa thông thường, biến đổi các gói tin tạo ra gói mã hóa. Khi
nhận đủ số các gói tin mã hóa, không quan trọng là gói nào, có thể tiến hành giải mã để
thu được những gói tin ban đầu. Mã hóa mạng thực hiện biến đổi tuyến tính không chỉ
tại các nút nguồn mà trên toàn bộ mạng, do đó rất phù hợp khi mà nút mạng không có
đầy đủ thông tin của toàn bộ mạng.

Hình 1.5 Ví dụ đơn giản cho thấy mã hóa mạng cải thiện độ ổn định. Điểm truy cập có
thể truyền các tổ hợp tuyến tính đã được mã hóa của P
a
và P
b
tới A và B, làm đơn giản
hóa hoạt động của mạng.
Xem xét tình huống trong sơ đồ Hình 1.3, trạm cơ sở S quảng bá các gói tin tới A
và B. Cho rằng A và B có thể ở trạng thái nghỉ (hoặc ngoài khoảng nhận tin) vào một
thời điểm nào đó mà không thông báo cho trạm cơ sở S. Nếu trạm cơ sở S quảng bá P
a

(hoặc P
b
), có thể sẽ vô ích vì các đích không thể nhận gói tin. Tuy nhiên, nếu trạm cơ sở
S quảng bá gói tin P
a
⊕ P
b
, hoặc tổng quát tổ hợp tuyến tính của hai gói tin, mỗi lần
truyền sẽ mang những thông tin mới tới tất cả các nút đang hoạt động.
Đơn giản hóa phân phối nội dung
Ví dụ ở Hình 1.5 cũng áp dụng trong thiết lập mạng thông thường. Xem xét mạng

Bittorrent, một nhóm các nút trong mạng cần tải xuống một file. File này được chia nhỏ
thành O(n) gói tin, để đơn giản giả sử có n nút đang tải file. Với thiết kế tập trung, giao
thức tối ưu có thể phân phối toàn bộ file tới tất cả các nút trong θ(n) vòng. Tuy nhiên, với
phương pháp phi tập trung, sẽ cần θ(nlog(n)) vòng. Thừa số log(n) thêm vào là bởi vì có
các bản tin nhất định khó tìm ra. Thay vào đó, nếu các nút sử dụng mã hóa mạng và
truyền đi tổ hợp tuyến tính của các gói tin, tất cả các gói là như nhau và mỗi nút đều nhận
được bất cứ n gói tin đã mã hóa. Do đó, với mã hóa mạng chúng ta có thể phân bổ toàn
bộ file trong θ(n) vòng. Vấn đề cốt lõi ở đây là cách mã hóa mạng làm đơn giản hoạt
động của mạng, đạt được hiệu suất tối ưu của phương pháp tập trung sử dụng một thuật
toán phi tập trung đơn giản.
Chống lại mất gói
10

Mã hóa mạng giúp chống lại vấn đề mất gói. Xem xét ví dụ trong Hình 1.6, nguồn
A cần gửi gói tin tới đích C qua router B. Đường truyền là không hoàn hảo, đường AB
làm rớt gói với xác suất là ε
AB
và đường BC làm rớt gói với xác suất là ε
BC
. Sử dụng giao
thức FEC (như mã nguồn[22]) hoặc ARQ như TCP, nguồn có thể đạt tới thông lượng tối
đa là (1- ε
AB
)(1- ε
BC
) (giả sử mỗi đường truyền được một gói trên giây). Thông lượng là
xác suất mà một gói tin truyền đi không bị mất trên hai đường truyền trước khi nó tới
đích.

Hình 1.6 Mã hóa mạng chống lại vấn đề mất gói.

Trong hình 1.6, A cần gửi gói tin tới C qua router B. Đường truyền AB và BC có
xác suất mất gói là ε
AB
và ε
BC
tương ứng. Mã hóa mạng cải thiện thông lượng trong
trường hợp này bởi cách ly các đường truyền. Nếu ta cho router B sử dụng mã hóa mạng,
gửi các tổ hợp tuyến tính ngẫu nhiên của các gói nhận được từ A, ta có thể đạt được
thông lượng là min{(1- ε
AB
),(1- ε
BC
)}, cao hơn phương pháp dựa trên FEC hoặc ARQ.
Lý do là thay vì phải truyền lại các gói tin bị mất từ nguồn, router B phải bảo đảm truyền
đủ số tổ hợp tuyến tính cần thiết cho đích có thể giải mã. Kỹ thuật này có thể được sử
dụng trong topo mạng tùy ý với lưu lượng đa dạng ( multicast, unicast, broadcast, …).
1.3. Mạng không dây hình lƣới
Mạng lưới không dây hay còn gọi là mạng không dây có topo lưới là mạng vô
tuyến mà các router kết nối với nhau qua nhiều hop. Các router này hoạt động thống nhất
sử dụng thuật toán phân bố để duy trì kết nối dạng lưới. Một gói tin trên mạng lưới
không dây truyền qua nhiều đường truyền vô tuyến trước khi tới nút gateway kết nối tới
mạng Internet có dây. Mạng đa hop có thể đạt được vùng phủ như mạng dựa trên điểm
truy cập (access point) đơn hop và hoặc là công suất truyền thấp hơn nhiều hoặc chi phí
triển khai thấp hơn ( vì kết nối sử dụng dây dẫn tới tất cả AP sẽ tốn kém chi phí và khó
khăn trong duy trì, bão dưỡng). Hình 1.5 minh họa kiến trúc của một mạng không dây
“mesh” điển hình.

11

Hình 1.7 Kiến trúc mắt lưới điển hình. Các router hình thành các tuyến vô tuyến nhiều

chặng tới gateway kết nối tới Internet. Client kết nối với router vô tuyến gần nhất.
Các máy tính đóng vai trò như các router trong mạng hình lưới hình thành nên
phần chính cho các trạm khác kết nối trợ giúp chuyển tiếp các gói tin. Bởi vì các thuộc
tính hấp dẫn như: các chi phí ban đầu thấp, dễ dàng bảo trì, gửi nhiều gói tin đồng thời,
vùng phủ lớn …, nhiều mạng mắt lưới (cả nghiên cứu và thương mại) đã được triển khai
với mục đích kết nối nhanh và giá thành thấp. Các mạng mắt lưới sẽ xuất hiện ngày càng
nhiều trong tương lai, hứa hẹn các ứng dụng trong gia đình hoàn toàn không dây, kết nối
Internet rộng khắp với thông lượng lớn và các mạng ad-hoc tốc độ cao.
1.3.1. Lớp vật lý
Lớp vật lý của phần lớn các mạng hình lưới được xây dựng sử dụng chuẩn phần
cứng 802.11. Phần vô tuyến có thể hỗ trợ các tốc độ truyền dẫn khác nhau bằng cách kết
hợp phương pháp điều chế và tốc độ mã hóa khác nhau. Chuẩn 802.11 ban đầu [4] chỉ rõ
kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) hoạt động tại một megabit trong khoảng tần 2,4
GHz. 802.11b thêm các tốc độ bit cao hơn và 802.11g thêm các tốc độ bit sử dụng hợp
kênh chia tần số trực giao (OFDM). 802.11a cho phép sử dụng tần số tại 5,8 GHz chỉ sử
dụng tốc độ bit OFDM.
Các nghiên cứu trước đây [5] đã xem xét để đưa ra sự linh hoạt về tỉ lệ lỗi sử dụng
thuật toán thích nghi tốc độ bit. Các nghiên cứu khác bao gồm thuật toán lựa chọn kênh
để cân bằng tải và tránh nhiễu đan xen giữa các cell. Các nghiên cứu gần đây cũng
nghiên cứu về các kỹ thuật phần cứng sử dụng an ten thông minh MIMO, loại bỏ nhiễu
và băng siêu rộng (UWB) để hỗ trợ thông lượng cao hơn. Mặc dù một số kỹ thuật lớp vật
lý này đã được triển khai trong các AP vô tuyến, nó vẫn là một vấn đề thách thức để
thích nghi những kỹ thuật này vào mạng mắt lưới. Ví dụ, mạng mắt lưới sẽ có ảnh hưởng
phức tạp giữa các đường truyền trong nhiều nút của mạng, làm cho mô hình hệ thống
phức tạp hơn nhiều so với các hệ thống MIMO trong mạng LAN vô tuyến hoặc mạng tế
bào thông thường.
1.3.2. Lớp liên kết dữ liệu
Lớp MAC của mạng vô tuyến có topo “mesh” khó thiết kế hơn so với mạng vô
tuyến thông thường sử dụng topo “star” sử dụng AP. Các giao thức MAC hiện tại của
mạng không dây mesh dựa trên chuẩn IEEE 802.11 MAC được thiết kế cho access

point. Giao thức dựa trên cảm nhận sóng mang (CS – Carrier Sense) tránh xung đột. Các
nút dò để kiểm tra có nút nào đang truyền không, nếu không mới bắt đầu truyền tin. Nó
cũng chờ đồng bộ Ack từ bên nhận, nếu không nhận được ACK, nó cho rằng gói tin đã bị
mất không tới đích (hoặc là do kênh truyền không tốt hoặc là xung đột), chờ để truyền và
truyền lại. Nhiều nghiên cứu đã thực hiện với giao thức CSMA/CA cho mạng không dây
mesh. Nghiên cứu điển hình [6] đã điều chỉnh các tham số MAC như: kích thước cửa sổ,
cửa sổ backoff, ngưỡng rò sóng mang… Tuy nhiên, tất cả giải pháp này chỉ đạt được
12

thông lượng tương đối thấp vì kỹ thuật dò sóng mang không phát hiện được các thiết bị
đầu cuối ẩn hoặc cơ hội cho truyền đồng thời.
Những nghiên cứu gần đây đã đưa ra một số giao thức MAC mới. Conflict Maps
(CMAPS) [29] đưa ra một giao thức MAC xây dựng một bản đồ phân phối của việc
truyền đồng thời dựa trên kinh nghiệm và đo các gói tin mất. Các kỹ thuật lớp vật lý như
là loại bỏ nhiễu được đưa ra để giải quyết vấn đề xung đột gói tin. Những kỹ thuật này
cho phép truy cập đồng thời cao hơn, nhưng để xây dựng một giao thức MAC thực tế
dựa trên những kỹ thuật này vẫn là một vấn đề lớn. Các nghiên cứu từ trước [30] cũng đã
xem xét hệ thống với các anten định hướng. Tuy nhiên, với truyền tin định hướng sẽ tạo
ra nhiều nút ẩn. Những kỹ thuật này cũng đối mặt với những khó khăn khác như là giá
thành, độ phức tạp của hệ thống, và tính thực tế của các anten định hướng. Các nghiên
cứu [31] cũng xem xét các giao thức MAC điều khiển công suất. Điều này làm giảm các
nút cần thiết, đặc biệt trong các mạng mật độ nút dày, từ đó sẽ nâng cao sự sử dụng lại
không gian phổ trong mạng mắt lưới. Tuy nhiên, vấn đề của các nút ẩn trở nên tồi tệ hơn
bởi vì mức công suất truyền thấp làm giảm xác suất của việc phát hiện nút có khả năng
gây nhiễu.
1.3.3. Lớp mạng
Định tuyến trong mạng mắt lưới là phức tạp bởi sự ảnh hưởng giữa các đường
truyền lân cận với nhau. Rất nhiều giao thức định tuyến đã được đưa ra mà sẽ xem xét
ngay sau đây.
1.3.3.1. Giao thức định tuyến với metric khác nhau

Các giao thức định tuyến trạng thái đường truyền (link- state) khác nhau tùy theo
cách tính toán metric. Metric điển hình bao gồm đếm hop, kỳ vọng phát (Expected
Transmission ETX) [24], vòng thời gian truyền (Round-Trip Time – RTT)… được định
nghĩa như nghịch đảo của xác suất truyền gói tin trên tuyến truyền. ETX cho một đường
truyền là tổng của các giá trị ETX của toàn bộ các tuyến hợp thành. Các giao thức định
tuyến sau đó tính toán đường dẫn ngắn nhất giữa tất cả các cặp nút theo metric tương
ứng. Metric ETX hoạt động tốt nhất cho các mạng mắt lưới tĩnh.
1.3.3.2. Định tuyến đa đường
Mục đích chính của sử dụng định tuyến đa đường là tận dụng cân bằng tải và chấp
nhận lỗi lớn. Khi một đường truyền bị đứt, một đường khác trong tập hợp các đường sẵn
có sẽ được sử dụng. Do vậy, không cần đợi để thiết lập đường định tuyến mới, độ trễ,
thông lượng, và khắc phục lỗi có thể được cải thiện. Tuy nhiên, sự cải thiện phụ thuộc
vào các tuyến giữa nguồn và đích. Một nhược điểm khác của định tuyến đa đường là sự
phức tạp.
Ganesan chia định tuyến đa đường xác định nhiều tuyến, sử dụng một đường chính
và chuyển qua lại nếu đường chính bị lỗi. Lập lịch cơ hội nhiều đường (OMS) chia lưu
lượng thành nhiều đường, đường ưu thích thích nghi cung cấp độ trễ thấp hoặc thông