Tìm hiểu về mạng ADHOC

Khoa Công Nghệ Điện Tử Truyền Thông
..………………o0o………………
BÀI BÁO CÁO

MÔN:MẠNG VÀ TRUYỀN SỐ LIỆU
Đề Tài:Tìm hiểu về mạng ADHOC

Các thành viên trong nhóm:
1.Nguyễn Văn Nam
2.Bùi Văn Tú
3.Bùi Văn Toàn
4,Nguyễn Văn Phúc



Thái Nguyên, tháng 4 năm 2013

MỞ ĐẦU
I, Giới thiệu chung
Từ thập kỷ 90 của thế kỷ trước với sự ra đời của kỹ thuật số đã đẩy nhanh sự phát triển
các công nghệ và ứng dụng chúng vào các lĩnh vực đời sống hàng ngày, đặc biệt là truyền
thông và công nghệ thông tin. Các hệ thống truyền thông từ cố định đến di động đã phủ
rộng khắp thế giới làm cho con người khắp nơi trên thế giới có thể thông tin với nhau mọi
lúc, mọi nơi. Tuy vậy, trong một số hoàn cảnh đặc biệt như thiên tai, động đất, chiến
tranh ..v.v ở đó cơ sở hạ tầng viễn thông bị phá vỡ, lúc đó con người sẽ liên lạc với nhau
như thế nào?
Để giải quyết bài toán đó, gần đây một dạng công nghệ mạng ra đời, đó là mạng AD
HOC. Mạng Ad hoc là một tập hợp các nút mạng di động không dây, nằm phân tán về mặt
địa lý tạo thành một mạng tạm thời mà không sử dụng bất cứ cấu trúc hạ tầng mạng có sẵn
hay quản lý tập trung nào. Các nút mạng liên lạc với nhau qua môi trường vô tuyến không

cần các bộ định tuyến cố định, vì vậy mỗi nút mạng phải đóng vai trò như một bộ định
tuyến di động có trang bị một bộ thu phát không dây. Các bộ định tuyến tự do di chuyển
ngẫu nhiên, vì vậy cấu hình mạng thay đổi thường xuyên. Mạng như vậy có thể hoạt động
độc lập hoặc kết nối với mạng hạ tầng chung tạo thành mạng thông tin toàn cầu.
Với đặc điểm đó, một loạt thách thức với mạng ad hoc được đặt ra cần giải quyết:
- Năng lượng: Các phần tử của mạng ad hoc hoạt động được nhờ nguồn năng
lượng là pin. Vì vậy vấn đề tuổi thọ của pin, công suất pin cần đặc biệt quan tâm.
- Cấu hình mạng không có cấu trúc và biến đổi ngẫu nhiên.
- Chất lượng liên lạc thấp.
- Băng thông rất hạn chế.
- Khả năng mở rộng phải rất cao vì mạng có rất nhiều nút mạng.
Với những bài toán cơ bản đó, nhiều nhà khoa học đã dành thời gian thích đáng để nghiên
cứu và giải quyết.
II,Tổng quan về mạng ADHoc
Mạng ad hoc là một tập hợp các nút mạng di động không dây nằm phân tán về mặt địa lý tạo
thành một mạng tạm thời mà không sử dụng bất cứ cấu trúc hạ tầng mạng có sẵn hay sự quản lý
tập trung nào. Các nút mạng liên lạc với nhau qua môi trường vô tuyến không cần các bộ định
tuyến cố định, vì vậy mỗi nút mạng phải đóng vai trò như một bộ định tuyến di động có trang bị
bộ thu phát không dây. Các bộ định tuyến tự do di chuyển một cách ngẫu nhiên và tự tổ chức một
cách tùy tiện, vì vậy cấu hình không dây của mạng thay đổi nhanh chóng và không thể đoán trước.
Mạng như vậy có thể hoạt động độc lập hoặc kết nối với các mạng hạ tầng tạo thành mạng toàn
cầu.
Hình 1.1 Mạng ad hoc di động - MANET
Mạng ad hoc có đặc điểm dễ kết nối với mạng truy nhập, cấu trúc mạng đa chặng động
và truyền thông ngang hàng trực tiếp. Tính đa chặng cần để làm cầu tới cổng kết nối vào mạng
trục hạ tầng. Cổng kết nối phải có giao diện mạng của cả hai kiểu mạng và là một phần của cả
mạng định tuyến rộng khắp và định tuyến ad hoc cục bộ. Người dùng được lợi từ mạng khắp
nơi: di chuyển cho phép người dùng chuyển đổi giữa các thiết bị, phiên làm việc và vẫn có cùng
dịch vụ cá nhân. Trạm di động cho phép thiết bị của người dùng di động quanh mạng và duy trì
kết nối và khả năng truyền thông.

Những vấn đề thách thức cần phải giải quyết trong mạng ad hoc: năng lượng; cấu hình
mạng không có cấu trúc và biến đổi; chất lượng liên lạc thấp; ràng buộc về tài nguyên và
khả năng co dãn.
1,Đặc điểm
Một số đặc điểm chính của mạng Ad hoc:
- Mỗi máy chủ không chỉ đóng vai trò là một hệ thống cuối cùng mà còn hoạt động như
một hệ thống trung gian
- Mọi nút mạng đều có khả năng di động
- Tôp mạng thay đổi theo thời gian
- Các nút di động sử dụng nguồn năng lượng pin có hạn
- Băng thông trong thông tin vô tuyến hẹp
- Chất lượng kênh luôn thay đổi
- Không có thực thể tập trung , nói cách khác là mạng phân bố
Có nhiều thiết bị khác nhau sử dụng trong mạng Ad hoc, chúng đều có đặc điểm chung là
sử dụng nguồn năng lượng do pin cung cấp . Năng lượng mà pin có thể cấp cho các thiết bị
này là có hạn, hơn nữa mọi hoạt động như thu phát vô tuyến , truyền lại và dẫn đường đểu
tiêu thụ năng lượng. Vì vậy mà cần phải có những giao thức về năng lượng có hiệu quả cao
và các kỹ thuật điều khiển công suất tốt hơn. Điều này cũng khó làm được bởi vì công
nghệ pin không có được sự phát triển mạnh mẽ nhanh chóng như công nghệ sản xuất
chip… do đó điểm này được coi là một nhược điểm của mạng Ad hoc.
2, Định tuyến trong mạng Ad Hoc
Trong mạng thông tin vô tuyến nói chung và mạng Ad hoc nói riêng do mọi nút mạng đều
có khả năng di chuyển nên topo mạng cũng thay đổi theo thời gian. Đặc điểm này gây ra
khó khăn trong việc truyền tải gói tin. Mạng Ad hoc riêng gói tin muốn đến được đích thì
phải truyền qua nhiều trạm và nút mạng do đó để gói tin đến được đích thì nút mạng phải
sử dụng phương pháp định tuyến . Giao thức định tuyến có hai chức năng :tìm, chọn đường
tốt nhất và chuyển gói tin đến đúng đích. Dễ thấy rằng chức năng thứ hai rất đơn giản có
thể sử dụng nhiều giao thức và cấu trúc dữ liệu có sẵn ví dụ như bảng định tuyến. Do đó ta
sẽ đề cập sâu hơn về việc tìm, chọn đường của các nút.
2.1 Định tuyến Bellman-Ford

Nhiều lược đồ định tuyến trước đây được xây dựng cho mạng không dây Ad hoc dựa trên
thuật toán Bellman-Ford. Các lược đồ này cũng được nghiên cứu giải quyết các vấn đề của
lược đồ Distance Vector (DV). Trong thuật toán Bellman-Ford, mọi nút i duy trì một bảng
định tuyến hay ma trận chứa thông tin khoảng cách và thông tin về nút kế tiếp với i trên
đường đi ngắn nhất tới đích j bất kỳ, trong đó khoảng cách chính là chiều dài ngắn nhất từ i
tới j. Để cập nhật thông tin về đường đi ngắn nhất mỗi nút sẽ thường xuyên trao đổi bảng
định tuyến với các nút bên cạnh nó. Dựa trên bảng định tuyến từ các nút lân cận đó , nút i
biết được khoảng cách ngắn nhất từ các lân cận của nó tới nút bất đích bất kỳ. Do đó , với
mỗi nút đích j, i sẽ chọn một nút k cho chặng kế tiếp sao cho khoảng cách từ i qua k tới j là
nhỏ nhất . Các thông tin tính toán mới này sẽ được lưu trữ vào bảng định tuyến của i và
được trao đổi ở vòng cập nhật định tuyến tiếp theo. Định tuyến này có ưu điểm là đơn giản
và tính toán hiệu quả do đặc điểm phân bố. Tuy nhiên nhược điểm của nó là hội tụ chậm
khi topo mạng thay đổi và có xu hướng tạo các vòng lặp định tuyến đặc biệt là khi các điều
kiện liên kết không ổn định.
2.2 Định tuyến Link State
Định tuyến Link State còn gọi là định tuyến trạng thái liên kết. Định tuyến này cũng là một
trong những thuật toán được sử dụng rộng rãi trong nhiều giao thức, chẳng hạn như OSPF.
Mặc dù định tuyến Link State hiếm khi được sử dụng cho mạng không dây, song nó lại
chứa nhiều tiềm năng cung cấp các giải pháp định tuyến theo yêu cầu cho các tiêu chuẩn
định tuyến khác nhau.
Trong định tuyến Link State, khi có một nút phát hiện ra có thay đổi trong vùng kết nối với
nó, nút làm tràn trạng thái kết nối mới bởi gói chứa thông tin kết nối cục bộ được cập nhập.
Các nút khác thông báo về sự thay đổi này khi gói trạng thái liên kết tới, do đó thông tin về
topo mạng thay đổi theo. Định tuyến Link State đáp lại sự thay đổi mạng nhanh hơn DBF
và tương tự với định tuyến on-demand. Nó tính toán đường đi theo kiểu tập trung để dễ
dàng chống lại các vòng lặp định tuyến. Tuy nhiên do định tuyến Link State cũng dựa vào
cơ chế flooding để quảng bá thông tin về sự thay đổi kết nối của nút, phụ trội điều khiển
làm cho định tuyến Link State có chất lượng kém hơn DBF và on-demand trong môi
trường không dây bất chấp độ chính xác mà nó cung cấp. Vấn đề khác trong định tuyến
Link State là một nút có thể không tìm ra những biến đổi về topo mạng chính xác nếu toàn

bộ mạng được chia thành hai phần và sau đó được khôi phục lại.
2.3 Định tuyến tìm đường
Các giao thức mới như DSDV (Destination Sequenced Distance Vector) và WRP (Wireless
Routing Protocol) dựa trên DBF để cung cấp định tuyến lặp tự do. Cho dù là vấn đề đã
được giải quyết thì vẫn còn tồn tại vấn đề về độ thiếu chính xác trong định tuyến DBF, vấn
đề này có thể gây ra suy giảm hiệu suất mạng. Nguyên nhân dẫn đến sự thiếu chính xác là
do nút mạng không có được cac thông tin trạng thái toàn mạng dẫn đến các quyết định đưa
ra chỉ tối ưu trong phạm vi cục bộ, nó không đảm bảo một giải pháp tối ưu trong môi
trường di động. Thêm vào đó khi DBF chỉ duy trì một đường đi duy nhất tới đích, nó thiếu
khả năng thích nghi với các lỗi liên kết và yêu cầu nghiên cứu mở rộng cho các hỗ trợ
multicasting.
2.4 Định tuyến On-demand
Định tuyến On-demand được biết đến như DC (Diffusion Computation) cũng được sử
dụng trong mạng không dây. Trong lược đồ định tuyến On-demand, một nút xây dựng
đường đi bằng cách chất vấn tất cả các nút trong mạng. Gói chất vất tìm được ID của các
nút trung gian và lưu giữ ở trường Path. Khi dò tìm các chất vấn, nút đích hay các nút đã
biết đường đi tới đích trả lời chất vấn bằng cách phúc đáp “source routed” cho nơi gửi. Do
nhiều phúc đáp nên có nhiều đường đi được tính toán và duy trì. Sau khí tính toán đường đi
nút liên kết bất kỳ bắt đầu các chất vấn , phúc đáp khác nên luôn cập nhật định tuyến. Mặc
dù các tiếp cận dựa trên cơ sở DC có độ chính xác cao hơn và phản ứng nhanh hơn với sự
thay đổi mạng nhưng phụ trộ điều khiển quá mức do thường xuyên yêu cầu flooding đặc