Mạng adhoc và các giao thức định tuyến phổ biến của mạng adhoc

Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

Nội dung khóa luận
Ngày nay, mạng không dây trong đời sống con người đang ngày càng đóng vị trí
quan trọng. Trong số các mạng không dây, mạng adhoc được quan tâm một cách đặc
biệt. Không giống như mạng có dây truyền thống hay mạng không dây có sơ sở hạ
tầng, với tính linh động cao, dễ dàng thiết lập nên mạng adhoc đang được ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực của xã hội. Trong đó, vấn đề định tuyến trong mạng adhoc là một
trong những vấn đề quan trọng, đang được nghiên cứu rất nhiều vì nó ảnh hưởng rất
lớn đến hiệu suất của mạng. Đây là những nội dung chính trong khóa luận này.
Khóa luận gồm 4 chương. Chương đầu là khái quát chung về mạng không dây
WLAN và mạng adhoc. Chương 2 đi sâu vào trình bày cấu trúc vật lý của mạng không
dây theo chuẩn 802.11. Chương ba nói về tầm quan trọng của giao thức định tuyến
trong mạng adhoc và trình bày cụ thể một số giao thức định tuyến phổ biến của mạng
adhoc. Chương cuối cùng, dựa vào một số thực nghiệm thông qua bộ mô phỏng của
những người nghiên cứu trước, tôi rút ra một số đánh giá và so sánh giữa các giao thức
định tuyến.
Do thời gian có hạn, luận văn của em có thể còn một số thiếu sót, rất mong
nhận được sự chỉ bảo, góp ý và thông cảm của các thầy cô. Em hi vọng sau này có thể
tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về vấn đề này.

1


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

Lời cảm ơn
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Đình Việt.
Thầy đã tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khóa luận này. Em cũng xin chân
thành các thầy cô trong trường đã dạy dỗ em trong suốt những năm học tập tại trường.
Cuối cùng, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè, những người đã

động viên em rất nhiều trong thời gian làm khóa luận.

Hà Nội, ngày 1 tháng 6 năm 2008
Ngô Hải Sơn

 

2


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

Mục Lục
Nội dung khóa luận .......................................................................................................................1
Danh sách các từ viết tắt ................................................................................................................5
Chương 1: Giới thiệu chung...........................................................................................................7
1.1.

Đặt vấn đề......................................................................................................................7

1.1.1.

Khái niệm về WLAN[1],[3],[6] .....................................................................................7

1.1.2.

Lịch sử ra đời mạng WLAN.....................................................................................8

1.1.3.

Một số ưu và nhược điểm của WLAN ......................................................................8

1.2. Mạng adhoc......................................................................................................................10
1.2.1. Khái niệm và một số đặc điểm chung của mạng adhoc ..................................................10
1.2.2. Ví dụ về mạng adhoc ..................................................................................................11
1.2.3. Các ứng dụng của mạng adhoc ....................................................................................12
1.2.4. Một số vấn đề cần quan tâm trong mạng adhoc .............................................................13
1.3. Mục tiêu của luận văn .......................................................................................................14
Chương 2:

Mạng LAN không dây...........................................................................................15

2.1. Mạng WLAN theo chuẩn 802.11[1], [2],[6] ..............................................................................15
2.1.1.

Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng ...............................................................................15

2.1.2.

Mạng adhoc ..........................................................................................................16

2.2.

Kiến trúc giao thức mạng WLAN theo chuẩn 802.11 ......................................................17

2.2.1. Lớp Vật Lý ................................................................................................................18
2.2.2. Lớp điều khiển truy cập môi trường truyền MAC..........................................................22
2.2.3.

Lớp quản lý tầng MAC..........................................................................................28

Chương 3:

Định tuyến trong mạng adhoc ................................................................................31

3.1. Giới thiệu về thuật toán định tuyến.....................................................................................31
3.2.

Yêu cầu của thuật toán định tuyến cho mạng không dây adhoc ........................................31

3.3.

Phân loại các thuật toán định tuyến cho mạng adhoc .......................................................35

3.3.1.

DSDV (Destination Sequence Distance Vector) ......................................................35
3


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008
3.3.2.

AODV (Adhoc On-Demand Distance Vector Routing) ............................................37

3.3.3.

DSR (Dynamic Source Routing) ............................................................................38

3.3.4.

TORA (Temporally Ordered Routing Algorithm)....................................................40

Chương 4: Đánh giá hiệu suất các giao thức định tuyến bằng bộ mô phỏng mạng NS2 ....................42
4.1. Giới thiệu bộ mô phỏng NS2[4],[5] .......................................................................................42
4.2. Khả năng mô phỏng các mạng của NS2 ..............................................................................43
4.3. Mô phỏng mạng adhoc và các giao thức định tuyến trong mạng adhoc .................................43
4.3.1. Mô phỏng mạng adhoc................................................................................................43
4.3.2. Mô phỏng các giao thức định tuyến trong mạng adhoc [1, T.Việt], [4], [5] .....................................45
4.4.

Phân tích và so sánh hiệu suất của các giao thức định tuyến trong mạng adhoc ................48

4.4.1. Các tham số của môi trường: .......................................................................................48
4.4.2. Các thông số đánh giá hiệu suất: ..................................................................................49
4.4.3. Các thí nghiệm mô phỏng [1, T.Việt] .................................................................................49
4.4.4.

Nhận xét về hiệu suất của các giao thức định tuyến .................................................52

Kết luận......................................................................................................................................54
Phụ Lục......................................................................................................................................55
Tài liệu tham khảo……………………………………………………………………………... 61

4


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

Danh sách các từ viết tắt

2G

second-generation technology

3G

third-generation technology

ACK

Acknowledgement

AODV

Adhoc On demand Distance Vector

ATIM

Adhoc Traffic Indication Map

BS

Base Station

CBR

Cluster Based Routing

CFP

Content Free Period

CSMA/CA

Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance

CSMA/CD

Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection

CTS

Clear to send

DSDV Destination Sequence Distance Vector
DIFS

Distributed InterFrame Space

DSR

Dynamic Source Routing

DSSS

Direct Sequence Spread Spectrum

DCF

Distributed Coordination Function

FCC

Federal Communication Commission

FDMA Frequency-Division Multiple Access
FHSS

Frequency Hopping Spread Spectrum

GHz

Gigahertz

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

ISM

Industrial, Scientific and Medical

IMEP

Internet MANET Encapsulation Protocol

Kbps

Kilobits per second

LAN

Local Area Network
5


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

MAC

Medium Access Control

MANET

Mobile Adhoc Networks

Mbps

Megabits per second

MHz

Megahertz

NS-2

Network Simulation 2

NAV

Network Allocation Vector

OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing
Otcl

Object Tool Command Language

PDA

Personal Digital Assistant

PLCP

Layer Convergence Protocol

PMD

Physical Medium Dependent

RREQ Route Request
RREP

Route Reply

RTS

Request To Send

SIFS

Short InterFrame Space

TDMA

Time Division Multiple Access

TCP

Transmission Control Protocol

TORA Temporally Ordered Routing Algorithm
UDP

User Datagram Protocol

Wi-Fi

Wireless Fidelity

WLAN Wireless Local Area Network

6


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

Chương 1: Giới thiệu chung
1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ nói chung,
ngành công nghệ thông tin đang ngày càng được đầu tư và phát triển mạnh mẽ. Khi mà

ngày càng nhiều các lĩnh vực trong đời sống xã hội như y tế, giáo dục, xây dựng, kinh
tế, ... ứng dụng tin học vào trong công việc thì Internet ngày càng khẳng định vị trí
quan trọng của mình trong đời sống xã hội. Khi mà cuộc sống con người ngày càng
phát triển thì nhu cầu trao đổi thông tin và giải trí của con người ngày càng cao. Con
người muốn mình có thể kết nối với thế giới bất cứ lúc nào, bất cứ nơi đâu. Đó là lý do
mà mạng không dây ra đời. Ngày nay, chúng ta có thể thấy được sự hiện diện của
mạng không dây ở nhiều nơi như trong các tòa nhà, nơi công sở, bệnh viện hay các
quán cà phê. Cùng với sự phát triển của mạng có dây truyền thống, mạng không dây
cũng đang có những bước phát triển nhanh chóng nhằm đáp ứng như cầu truyền thông
và giải trí của con người một cách tốt nhất.
Khi mà mạng không dây ngày càng được quan tâm, đầu tư và phát triển thì ngày
càng nhiều mô hình, kiến trúc mạng được đề xuất. Các mô hình, kiến trúc mạng này
được đề ra nhằm làm cho mạng không dây dần thoát khỏi hoàn toàn sự phụ thuộc vào
cơ sở hạ tầng. Một trong những mô hình mạng được đề xuất đó chính là mạng Adhoc
(Mobile Adhoc Network) thường được viết tắt là MANET. Việc các mạng không dây
ít phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng là một điều rất thuận lợi nhưng lại có những vấn đề
khác đặt ra như tốc độ mạng không ổn định như mạng có dây truyền thống, các nút
mạng hay di chuyển, ... Do đó, cùng với vấn đề bảo mật của mạng không dây thì vấn
đề định tuyến trong mạng là vô cùng quan trọng. Nó quyết định rất lớn đến hiệu suất
của toàn mạng. Mạng cục bộ không dây (WLAN)

1.1.1. Khái niệm về WLAN[1],[3],[6]
WLAN là một mạng cục bộ kết nối hai hay nhiều máy tính với nhau mà không sử
dụng dây cáp mạng như các mạng có dây truyền thống. WLAN hiện nay đã được ứng
dụng rộng rãi trong các tòa nhà, trường học, bệnh viện, một số nơi công cộng như
quán cafe, ... Hai công nghệ chính được sử dụng để truyền thông trong WLAN là
truyền thông bằng tia hồng ngoại (ở bước sóng 900 nm, 1nm = 10-9m) hoặc truyền
thông bằng sóng vô tuyến. WLAN cũng có hai dạng kiến trúc là WLAN có cơ sở hạ
tầng (sử dụng các Access Point để kết nối phần mạng không dây với phần mạng có
dây truyền thống) và mạng không có cơ sở hạ tầng (mạng adhoc).

7


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

1.1.2. Lịch sử ra đời mạng WLAN
Công nghệ WLAN lần đầu tiên được xuất hiện vào cuối những năm 90 của thế kỉ
trước, khi mà các nhà sản xuất giới thiệu những sản phẩm hoạt động trong băng tần
900 MHz. Những giải pháp (chưa có sự thống nhất giữa các nhà sản xuất) này cung
cấp tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps, thấp hơn nhiều so với công nghệ sử dụng cáp khi đó
(tốc độ truyền dữ liệu là 10Mbps).
Năm 1992, các nhà sản xuất bắt đầu bán những sản phẩm WLAN đầu tiên sử
dụng băng tần 2.4 GHz. Các sản phẩm này đã có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn. Tuy
nhiên nó vẫn là những giải pháp riêng biệt của từng nhà sản xuất và không được công
bố rộng rãi.
Năm 1997, chuẩn IEEE 802.11ra đời, hoạt động ở băng tần 2.4 GHz với tốc độ
truyền dữ liệu là 2 Mbps (có thể nâng lên 10 Mbps).
Đến cuối năm 1999 và đầu năm 2000, hai chuẩn mới lần lượt được IEEE công
bố là chuẩn 802.11b (hoạt động ở dải tần 2.4 GHz) và 802.11a (hoạt động ở dải tần 56GHz). Năm 1999 cũng đánh dấu một bước phát triển quan trọng trên thị trường mạng
không dây khi hãng máy tính Apple thông báo, chuẩn Wi-Fi sẽ xuất hiện trên dòng
máy iBook mới của họ.
Năm 2003, IEEE công bố thêm một sự cải tiến mới là chuẩn 802.11g có thể hoạt
động trên cả hai băng tần là 2.4GHz và 5GHz, tốc độ truyền dữ liệu có thể lên đến
54Mbps.

1.1.3. Một số ưu và nhược điểm của WLAN
1.1.3.1. Ưu điểm của WLAN
- Sự tiện lợi: Do không cần phải có dây cáp mà chỉ cần một điểm truy cập
(Access Point) nên việc tạo ra một mạng không dây là nhanh chóng và dễ dàng đối với

người sử dụng. Nó cho phép người dùng có thể dễ dàng truy xuất tài nguyên ở bất cứ
nơi đâu có triển khai mạng (tòa nhà hay các văn phòng). Với việc các thiết bị di động
nhỏ và dễ dàng di chuyển như PDA, laptop có hỗ trợ Wi-Fi ngày càng được sử dụng
nhiều như hiện nay thì đây là một điều vô cùng thuận lợi.
- Độ linh động: Tính linh động của mạng không dây được thể hiện rõ nhất ở việc
người dùng không còn bị ràng buộc bởi dây cáp. Cùng với sự phát triển của mạng
không dây công cộng như hiện nay thì người dùng có thể dễ dàng truy cập mạng ở bất

8


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

kì đâu. Ví dụ điển hình có thể nói tới là các quán cafe wifi, nơi người sử dụng có thể
truy cập mạng một cách miễn phí.
- Về hiệu quả của công việc: Người dùng có thể dễ dàng duy trì kết nối mạng khi
di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Đối với việc kinh doanh, điều này vô cùng có lợi.
Việc duy trì truyền thông trong khi di chuyển có thể làm tăng thêm hiệu quả công việc
của họ.
- Thiết kế và triển khai mạng là rất dễ dàng. Không giống như mạng có dây truyền
thống, để thiết lập mạng chúng ta cần có những tính toán thiết kế hợp lý, tiến hành nhiều
thao tác thì với mạng không dây, chỉ cần các thiết bị tuân theo một chuẩn nhất định và
một điểm truy cập, hệ thống mạng đã có thể hoạt động bình thường. Điều này cũng rất có
ý nghĩa với những tòa nhà cao tầng hay những công trình cổ, khi mà việc triển khai mạng
có dây có thể ảnh hưởng không tốt đến kiến trúc hay kết cấu của chúng.
- Một điều thuận lợi nữa của mạng không dây mà chúng ta không thể không nói
tới. Đó chính là tính bền vững với sự cố như hỏa hoạn hay thiên tai ... Nếu có thiên tai,
hay một sự cố nào đó, việc một mạng có dây bị phá hủy, không thể hoạt động là điều
hoàn toàn bình thường, gần như không thể tránh được. Trong những điều kiện như
vậy, mạng không dây vẫn có thể hoạt động bình thường hoặc được thiết lập lại một

cách nhanh chóng.
1.1.3.2. Nhược điểm của WLAN
- Nhược điểm đầu tiên chúng ta có thể nói tới đó chính là vấn đề an toàn và bảo
mật dữ liệu trong mạng không dây. Do truyền thông trong mạng không dây là truyền
thông trong một môi trường mang tính mở nên việc truy cập tài nguyên mạng trái phép
là điều khó tránh khỏi. So với mạng có dây thì tính bảo mật của mạng không dây là
không cao bằng. Do đó, vấn đề bảo mật cho mạng không dây là vấn đề vô cùng quan
trọng và được quan tâm đặc biệt. Một điểm nữa đó là việc các thiết bị mạng phát sóng
radio ra không gian xung quanh có thể ảnh hưởng đến hoạt động của một số thiết bị
điện tử khác như các thiết bị trong bệnh viện hay các phòng nghiên cứu.
- Thứ hai là chất lượng dịch vụ của mạng không dây. So với mạng có dây thì
mạng không dây có tốc độ chậm hơn (chỉ đạt từ 1- 10Mbit/s), độ trễ cao hơn, tỉ lệ lỗi
cũng nhiều hơn (tỉ lệ lỗi là 10-4 so với 10-10 của mạng sử dụng cáp quang). Tuy vậy,
theo một số chuẩn mới, ở một số môi trường truyền đặc biệt, việc truyền thông trong
mạng không dây cũng có thể đạt được tốc độ cao hơn đáng kể, ví dụ như trong chuẩn
802.11n việc truyền thông có thể đạt tốc độ từ 100-200Mbit/s.

9


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

- Thứ ba đó là vấn đề chi phí cho các thiết bị của mạng WLAN. So với giá thành
của các thiết bị mạng có dây, thiết bị dành cho mạng không dây là cao hơn khá nhiều.
Đây cũng là một trở ngại cho sự phát triển của mạng không dây.
- Tiếp đó là vấn đề độc quyền trong các sản phẩm. Nhiều thiết bị và sản phẩm chỉ
có thể hoạt động được nếu sử dụng phần cứng hoặc phần mềm của công ty sản xuất
nào đó, và phải hoạt động theo quy định của quốc gia mà nó đang được sử dụng. Các
tần số phát cũng được các quốc gia quy định nhằm tránh việc xung đột sóng radio của
các mạng khác nhau. Do đó, việc sản xuất các sản phẩm cho mạng WLAN cần phải

chú ý đến quy định của từng quốc gia.
- Cuối cùng là phạm vi phủ sóng của mạng không dây. Các mạng không dây chỉ
hoạt động trong phạm vi nhất định. Nếu ra khỏi phạm vi phát sóng của mạng thì chúng
ta không thể kết nối mạng.

1.2. Mạng adhoc
1.2.1. Khái niệm và một số đặc điểm chung của mạng adhoc
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, đời sống con người
ngày càng được nâng cao. Việc sở hữu một thiết bị di động như máy tính xách tay,
PDA hay các smart phone không còn là quá khó khăn với nhiều người. Điều này đã
tạo điều kiện và càng thúc đẩy mạng không dây phát triển. Việc kết nối mạng theo mô
hình không dây truyền thống (có sử dụng Access point) đã không còn là xa lạ với
chúng ta nữa. Nhưng không phải lúc nào mạng không dây truyền thống cũng có thể
phát huy được hiệu quả. Ví dụ như trong vùng mới xảy ra thiên tai hay trong lớp học,
người ta cần thiết lập một mạng tạm thời, trong một khoảng thời gian ngắn để có thể
trao đổi thông tin với nhau. Lúc này nếu thiết lập một mạng không dây có cơ sở hạ
tầng là một điều tốn kém và không hợp lý. Do đó, chúng ta cần thiết lập một mạng
không dây không cần có cơ sở hạ tầng nhưng vẫn đảm bảo cho các thiết bị có thể trao
đổi thông tin được với nhau. Đây chính là mô hình của mạng adhoc.
Chúng ta có thể hiểu mạng adhoc là mạng không cần có cơ sở hạ tầng, nghĩa là
không cần một sự quản trị trung tâm nào. Nó là tập hợp của hai hay nhiều thiết bị có
hỗ trợ truyền thông và kết nối mạng không dây. Các nút mạng trong mạng có thể trực
tiếp nhận và xử lý các gói tin trực tiếp từ nút mạng khác trong mạng – nghĩa là đóng
vai trò như các host, đồng thời, chúng cũng có thể làm nhiệm vụ của một router là định
tuyến và gửi chuyển tiếp các gói tin đến các nút mạng khác trong mạng.

10


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

Mạng adhoc là một mạng có tính tự thiết lập và thích nghi. Điều đó có nghĩa là
các nút mạng có thể di động làm cho topo mạng thay đổi (topo động). Nhưng các nút
mạng có thể tự phát hiện ra sự có mặt của các nút mạng khác và thực hiện kết nối cho
phép truyền thông tin mà không cần bất kì một sự quản trị trung tâm nào hay một thiết
bị điều khiển nào cả. Một điểm cần lưu ý ở đây là các nút mạng không những có thể
phát hiện khả năng kết nối của các thiết bị mà nó còn có thể phát hiện ra loại thiết bị
và các đặc tính tương ứng của các loại thiết bị đó. Các nút mạng có thể là các thiết bị
khác nhau, ví dụ như máy tính xách tay, PDA, hay smart phone, ... nên khả năng tính
toán, lưu trữ hay truyền dữ liệu của các nút mạng cũng là khác nhau. Một điều cũng dễ
dàng nhận thấy là vấn đề sử dụng và duy trì năng lượng cho các nút mạng của mạng
adhoc là vấn đề đáng quan tâm vì các nút mạng thường dùng pin để duy trì sự hoạt
động của mình. Ngoài ra, cũng giống như mạng không dây có cơ sở hạ tầng, tính bảo
mật trong truyền thông của mạng adhoc là không cao. Truyền thông trong không gian
là khó kiểm soát và dễ bị tấn công hơn so với mạng có dây rất nhiều.

1.2.2. Ví dụ về mạng adhoc

Hình 1: Ví dụ cơ bản về mạng adhoc
Hình trên mô tả một mạng adhoc đơn giản gồm có 5 nút mạng được kí hiệu từ
N1 đến N5. Nhìn vào hình vẽ chúng ta có thể dễ dàng thấy được: ở thời điểm t1, liên
kết từ N1 đến N2, N1 đến N4, N2 đến N3, N2 đến N5, N3 đến N5, N4 đến N2, N4 đến
N5 là những good link nghĩa là những liên kết mạnh, từ N4 đến N1, N5 đến N4, N5
đến N3 là những weak link tức những liên kết yếu. Như vậy ở đây một đặc điểm của
mạng adhoc đã được thể hiện rõ. Đó là liên kết giữa 2 nút mạng của mạng có thể
không giống nhau dù có chung điểm đầu và điểm cuối. Hiện tượng này được gọi là
hiện tượng liên kết hai chiều không đối xứng. Liên kết từ N4 đến N5 là liên kết mạnh
nhưng liên kết từ N5 đến N4 lại là liên kết yếu. Điều này là do vị trí an-ten của 2 nút
mạng khác nhau, hoặc do năng lượng phát của các nút mạng trong mạng là khác
11

Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

nhau... Tương tự chúng ta cũng có thể thấy N3 có thể nhận tín hiệu từ N2 là một liên
kết mạnh nhưng mà N2 lại không thu được tín hiệu từ N3.
Sang đến thời điểm t2, lúc này topo mạng đã thay đổi, liên kết giữa các nút mạng
cũng thay đổi theo. Lúc này, N1 chỉ có liên kết mạnh với N2, liên kết với N4 lại là liên
kết yếu và N1 không còn thu được tín hiệu từ N4. Liên kết từ N2 đến N3 và N5 lại là
liên kết mạnh. Lúc này, N2 cũng có thể thu được tín hiệu từ N3 mặc dù đó là liên kết
yếu. Điều này ở thời điểm t1 là không có.
Mặt khác chúng ta cũng có thể thấy hai nút mạng nằm trong vùng phủ sóng của
nhau có thể truyền thông trực tiếp cho nhau. Ví dụ như trong thời điểm t1, việc truyền
thông giữa hai nút mạng N1 và N4 là trực tiếp với nhau. Tuy nhiên ngay cả khi không
nằm trong vùng phủ sóng của nhau thì giữa các nút mạng vẫn hoàn toàn có thể thực
hiện việc truyền thông với nhau thông qua các nút mạng trung gian. Ví dụ N1 có thể
thực hiện truyền dữ liệu cho N3 thông qua nút mạng N2, còn N3 có thể truyền dữ liệu
cho N1 thông qua nút mạng N5 và N4.

1.2.3. Các ứng dụng của mạng adhoc
- Đáp ứng nhu cầu truyền thông mang tính chất tạm thời: Tại một địa điểm trong
một thời gian nhất định, giống như trong một lớp học hay một cuộc họp, ... việc thiết
lập một mạng mang tính chất tạm thời để truyền thông với nhau chỉ diễn ra trong một
khoảng thời gian ngắn. Nếu chúng ta thiết lập một mạng có cơ sở hạ tầng, dù là mạng
không dây vẫn rất tốn kém tiền bạc cũng như nhân lực, vật lực, thời gian. Do đó, mạng
adhoc được coi là giải pháp tốt nhất cho những tình huống như thế này.
- Hỗ trợ khi xảy ra các thiên tai, hỏa hoạn và địch họa: Khi xảy ra các thiên tai,
hỏa hoạn ở một nơi nào đó, cơ sở hạ tầng ở đó như đường dây, các máy trạm, máy
chủ, ... có thể bị phá hủy dẫn đến hệ thống mạng bị tê liệt là hoàn toàn khó tránh khỏi.
Vì thế , việc thiết lập nhanh chóng một mạng có tính tin cậy mà không cần cơ sở hạ

tầng để đáp ứng truyền thông, nhằm giúp khắc phục, giảm tổn thất sau thiên tai, hỏa
hoạn là cần thiết. Mạng adhoc lại là một lựa chọn cho những tình huống như vậy.
- Đáp ứng truyền thông tại những nơi xa trung tâm, các vùng sâu, vùng xa: Tại
những nơi xa trung tâm, dân cư thưa thớt hay ở vùng sâu, vùng xa, việc thiết lập các hệ
thống mạng có cơ sở hạ tầng là rất khó khăn và tốn kém. Vậy nên, ở những nơi này,
giải pháp được đưa ra là sử dụng các mạng vệ tinh hoặc mạng adhoc.
- Tính hiệu quả: Trong một số ứng dụng nào đó, nếu sử dụng dịch vụ mạng có cơ
sở hạ tầng có thể không có hiệu quả cao bằng việc dùng mạng adhoc. Ví dụ như với
12


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

một mạng có cơ sở hạ tầng, do được điều khiển bởi một base station nên các nút mạng
muốn truyền thông với nhau đều phải thông qua nó. Ngay cả khi hai nút mạng ở gần
nhau, chúng cũng không thể trực tiếp truyền thông với nhau mà phải chuyển tiếp qua
một base station ở xa. Điều đó gây ra một sự lãng phí thời gian và băng thông mạng.
Trong khi đó, nếu sử dụng mạng adhoc việc truyền thông giữa hai nút mạng đó lại trở
lên vô cùng dễ dàng và nhanh chóng. Hai nút mạng gần nhau có thể truyền thông trực
tiếp với nhau mà không cần phải thông qua thiết bị trung gian nào khác.

1.2.4. Một số vấn đề cần quan tâm trong mạng adhoc
- Chi phí cho việc sử dụng phổ tần số: Việc sử dụng phổ tần số chịu sự giám sát
của một cơ quan nhà nước chuyên phụ trách về truyền thông (ví dụ như Việt Nam là
Bộ truyền thông và thông tin). Để ngăn ngừa nhiễu sóng, cơ quan này phải đưa ra quy
định về dải phổ cụ thể cho từng mạng hoạt động, trong đó có cả mạng adhoc. Các dải
phổ này được cấp phát và quản lý một cách chặt chẽ, đồng thời cũng phải trả phí tổn.
- Giải pháp truy nhập: Không giống như mạng không dây có cơ sở hạ tầng được
điều khiển bởi một base station, mạng adhoc thiếu sự điều khiển tập trung và đồng bộ
toàn cục. Điều này một mặt tạo cho người dùng khả năng di động và kết nối không

giới hạn nhưng mặt khác lại làm cho cấu trúc của các nút mạng trở nên phức tạp hơn.
Việc các nút mạng di động liên tục cũng có thể làm cho đường truyền phát sinh lỗi, kết
nối giữa các nút mạng có thể bị đứt đột ngột. Do đó, các phương pháp điều khiển truy
cập môi trường truyền thông dụng như TDMA và FDMA đều không thể thích hợp.
Ngoài ra nhiều giao thức điều khiển truy cập môi trường truyền (MAC protocol)
không giải quyết được sự di động của máy chủ. Mặt khác, do môi trường truyền được
chia sẻ bởi nhiều nút mạng di động tùy biến nên việc truy nhập đến kênh truyền chung
phải được thực hiện theo kiểu phân tán thông qua giao thức MAC. Giao thức MAC
phải chứa đựng cơ chế điều khiển việc truy nhập kênh truyền, đồng thời phải tránh
được sự xung đột với các nút mạng lân cận. Sự có mặt của tính di động, hiện tượng các
“trạm cuối ẩn”, “trạm cuối lộ”... phải được tính đến khi thiết kế giao thức MAC cho
mạng adhoc.
- Vấn đề định tuyến trong mạng adhoc: Do đặc điểm chính của mạng adhoc là
topo động, các nút mạng có thể di chuyển liên tục nên khả năng đứt gẫy liên kết xảy ra
là lớn. Khi đó, các thuật toán định tuyến của mạng có dây như trạng thái liên kết (link
state) hay Vector khoảng cách (distance vector) đều không phù hợp với mạng adhoc.
Vì thế vấn đề định tuyến của mạng adhoc trở lên đặc biệt quan trọng vì nó liên quan
đến khả năng hoạt động và hiệu suất của toàn mạng.
13


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

- Ở đây, chúng ta cũng có thể nói thêm về giao thức TCP (Transmission Coltrol
Protocol). Ta biết rằng, TCP là giao thức được thiết kế để thực hiện việc truyền tin cậy
kiểu “đầu cuối - đầu cuối” (end-to-end), có thực hiện các cơ chế điều khiển tắc nghẽn
và điều khiển lưu lượng trong mạng. TCP là giao thức hướng kết nối, có nghĩa là kết
nối được duy trì trong khi truyền dữ liệu và nó sẽ bị loại bỏ khi việc truyền dữ liệu
hoàn thành. Đây là điều hoàn toàn cần thiết bởi vì giao thức IP là phi kết nối, rất cần
một giao thức truyền dẫn hướng kết nối đáng tin cậy qua một giao thức mạng. Nhưng

TCP lại giả thiết các nút mạng là tĩnh và chỉ điều khiển tắc nghẽn ở các nút mạng đầu
và nút mạng cuối.
- Vấn đề về duy trì năng lượng cho các nút mạng: Hầu hết các giao thức mạng
hiện nay đều không quan tâm đến việc tiêu tốn năng lượng do các máy chủ và bộ định
tuyến đều được giả định là tĩnh và được cung cấp năng lượng từ nguồn điện lưới.
Trong khi đó với mạng adhoc thì khác. Các nút mạng chủ yếu là những thiết bị di
động, năng lượng được cung cấp từ pin. Vì thế, thời gian hoạt động của các thiết bị chỉ
vào khoảng từ 2 đến 3h tùy theo loại pin. Sự giới hạn về thời gian như thế đòi hỏi phải
sử dụng tiết kiệm và bảo trì tốt nguồn điện. Mặt khác, với mạng adhoc, các nút mạng
không những vừa đóng vai trò của hệ thống đầu cuối (tương tác người dùng khi thực
hiện ứng dụng người dùng) mà nó còn đóng vai trò của một hệ thống trung gian định
tuyến cho các gói tin. Điều này cũng tiêu tốn đáng kể năng lượng, nên vấn đề tiết kiệm
năng lượng khi thiết kế các giao thức mạng cũng cần phải được quan tâm đặc biệt.
- Bảo mật trong mạng adhoc: Cũng như đối với mạng không dây nói chung, bảo
mật trong mạng adhoc là không cao. Do đó, các kỹ thuật bảo mật cần được triển khai
trên nhiều tầng giao thức nhằm giảm nguy cơ bị tấn công từ bên ngoài.

1.3. Mục tiêu của luận văn
Cùng với sự phát triển của cuộc sống con người và khoa học kĩ thuật, công nghệ
mạng cũng đang ngày càng phát triển. Việc nghiên cứu, phát triển và sử dụng mạng
không dây đang ngày càng được quan tâm đặc biệt để có thể giúp cho việc truyền
thông và giải trí của con người được đáp ứng tốt nhất. Do đó, mục tiêu đầu tiên của
khóa luận là:
- Nghiên cứu các đặc điểm chính của mạng LAN không dây (WLAN).
- Nghiên cứu những đặc điểm chính của mạng adhoc, đồng thời nghiên cứu các
giao thức định tuyến trong mạng adhoc, so sánh đánh giá hiệu suất của các giao thức
định tuyến thông qua bộ mô phỏng NS2.

14

Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

Chương 2: Mạng LAN không dây
2.1. Mạng WLAN theo chuẩn 802.11[1], [2],[6]
Ở chương đầu tiên, chúng ta đã có những khái niệm tổng quan nhất về mạng
không dây. Trong chương này, tôi xin trình bày cụ thể kiến trúc kĩ thuật của mạng
WLAN theo chuẩn 802.11. WLAN có hai dạng cơ bản là WLAN có cơ sở hạ tầng
(infrastructured-based) và WLAN không có cơ sở hạ tầng (mạng adhoc). Mạng không
dây có tính linh hoạt cao do hai dạng này luôn được sử dụng kết hợp với nhau. Nghĩa
là các máy tính có thể trao đổi dữ liệu qua một Base Station hoặc cũng có thể truyền
thông trực tiếp với nhau.

Hình 2: Hai mô hình của mạng WLAN

2.1.1. Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng
Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng, các nút mạng truyền thông được với nhau đều
phải thông qua điểm truy cập chung AP (Access Point), nó còn có một tên gọi khác
nữa là trạm cơ sở - BS (Base Station). Các base station không chỉ cung cấp khả năng
kết nối mạng mà nó còn có chức năng chuyển tiếp, điều khiển các truy cập đường
truyền. Ngoài ra, các base station còn thường được kết nối với các mạng có dây nên nó
đóng vai trò như là cầu nối các mạng không dây và có dây với nhau tạo thành một
mạng diện rộng. Tốc độ truyền dữ liệu của mạng không chỉ phụ thuộc vào đặc điểm

15


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

của các nút mạng mà còn phụ thuộc vào bán kính phủ sóng của các AP. Các nút mạng

càng gần AP thì tốc độ truyền dữ liệu càng cao. Do đó, việc lựa chọn tốc độ truyền và
phạm vi hoạt động cần phải cân nhắc, khi đó ảnh hưởng trực tiếp tới sự bố trí của các AP.
Khái niệm Indoor và Outdoor: Indoor là khái niệm dùng vô tuyến trong phạm vi
không gian nhỏ, như trong một tòa nhà. Outdoor là khái niệm dùng vô tuyến trong
phạm vi không gian lớn hơn, với WLAN thì bán kính đến các thiết bị mà nó quản lý có
thể từ 5 – 20 km.

Hình 3: Đặc trưng của một số chuẩn không dây
Nhìn vào hình vẽ, ta có thể thấy các chuẩn 2G, 3G có phạm vi hoạt động rộng, và
tốc độ truyền dữ liệu của nó là rất thấp (tốc độ của mạng 2G là 56Kbps, 3G là
384Kbps). Các chuẩn 802.x có phạm vi hoạt động nhỏ hơn, tốc độ truyền dữ liệu của
các chuẩn này cũng cao hơn.

2.1.2. Mạng adhoc
Các thiết bị di động (máy tính có hỗ trợ card mạng không dây) tập trung lại trong
một không gian nhỏ để hình thành nên kết nối ngang cấp (peer-to-peer) giữa chúng.
Các thiết bị này có thể trao đổi thông tin trực tiếp với nhau, không cần phải quản trị

16


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

mạng. Vì việc thiết lập các mạng adhoc này có thể thực hiện nhanh và dễ dàng nên
chúng thường được thiết lập mà không cần một công cụ hay kỹ năng đặc biệt nào vì
vậy nó rất thích hợp để sử dụng trong các hội nghị thương mại hoặc trong các nhóm
làm việc tạm thời. Tuy nhiên chúng có thể có những nhược điểm về vùng phủ sóng bị
giới hạn, mọi người sử dụng đều phải nằm trong vùng có thể “nghe” được lẫn nhau.

Hình 4:Mô hình mạng không dây adhoc

2.2.Kiến trúc giao thức mạng WLAN theo chuẩn 802.11
802.11 là một trong những chuẩn thuộc họ 802.x – là họ chuẩn cho các mạng
LAN. IEEE802.11 có nhiều chuẩn nhưng phổ biến nhất hiện nay là ba chuẩn 802.11
a/b/g:
- Chuẩn 802.11b: Hoạt động ở dải tần 2.4 GHz, tốc độ truyền dữ liệu là 11Mbps,
là dải tần dành cho công nghiệp, khoa học và y tế - ISM (Industrial, Scientific và
Medical). Ở Mỹ, thiết bị hoạt động ở dải tần này không cần phải đăng ký và được đảm
bảo bởi tổ chức WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance).
- Chuẩn 802.11a: Hoạt động ở dải tần 5-6 GHz, tốc độ truyền dữ liệu lên đến
54Mbps, chuẩn này đang được một số hãng đầu tư nghiên cứu thực hiện, nhằm hy
vọng thay thế cho chuẩn 802.11b. Chuẩn này có đặc điểm là tốc độ truyền dữ liệu
nhanh hơn, nhưng có điểm yếu là vùng phủ sóng hẹp do chuẩn này sử dụng dải tần
5GHz (dải tần càng cao thì vùng truyền tín hiệu càng nhỏ).
- Chuẩn 802.11g: Là phiên bản nâng cấp của 802.11b, được thông qua bởi tổ
chức IEEE. Nó cũng hoạt động ở dải tần 2.4GHz nhưng tốc độ truyền có thể lên tới
17


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

54Mbps. Những sản phẩm áp dụng chuẩn này đều có thể tương thích được với sản
phẩm áp dụng chuẩn 802.11b. Tuy nhiên điểm hạn chế của nó là chỉ truyền thông
được giữa những đối tượng nằm trong khoảng cách ngắn với nhau.
Về kiến trúc, chuẩn 802.11 được chia làm 2 lớp là lớp vật lý và lớp điều khiển
truy cập môi trường truyền MAC. Trong đó, tầng MAC có nhiệm vụ là thực hiện cơ
chế điều khiển truy nhập môi trường truyền, phân mảnh dữ liệu của ứng dụng người
dùng và mã hóa. Tầng vật lý được chia làm hai tầng con (sublayer) với hai chức năng
khác nhau. Đầu tiên là tầng giao thức hội tụ vật lý (Physical Layer Convergence
Protocol - PLCP) có nhiệm vụ cảm nhận sóng mang và cung cấp điểm truy cập dịch vụ

vật lý chung. Thứ hai là tầng phụ thuộc môi trường truyền (Physical Medium
Dependent - PMD) có nhiệm vụ quản lý việc điều chế (mudulation) tín hiệu.

Hình 5: Mô hình phân lớp của mạng WLAN theo chuẩn 802.11
Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu cụ thể từng tầng:

2.2.1. Lớp Vật Lý
Chuẩn IEEE hỗ trợ 3 phiên bản khác nhau của tầng vật lý: hai loại sử dụng
công nghệ sóng radio (dải tần 2.4GHz) và loại còn lại sử dụng công nghệ hồng ngoại.
Cả ba loại đều có chức năng là đánh giá kênh truyền rỗi - CCA (Clear Channel
Assessment) và điểm truy cập dịch vụ vật lý. Chức năng CCA xác định cho tầng trên
biết môi trường truyền có rỗi hay không. Điều này rất cần thiết cho việc điều khiển
truy nhập môi trường truyền. Chức năng điểm truy cập dịch vụ vật lý cung cấp thông
tin về tốc độ truyền, độc lập với công nghệ truyền thông.
Khi mà tài nguyên tần số sóng vô tuyến ngày càng trở lên cạn kiệt thì người ta
phải sử dụng kĩ thuật trải phổ nhằm nâng cao hiệu năng sử dụng tần số. Chúng ta có
thể so sánh với công nghệ truyền thông băng hẹp, công nghệ truyền thông ra đời trước
công nghệ trải phổ. Với truyền thông băng hẹp, mạng chỉ sử dụng phổ tần số ở một
mức đủ hoàn thành công việc. Đặc điểm đáng chú ý ở truyền thông băng hẹp là công
18


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

suất đỉnh (peak power) cao. Và dải tần số được sử dụng để truyền dữ liệu càng nhỏ thì
công suất đỉnh lại càng lớn. Điều đó là để đảm bảo cho việc tiếp nhận tín hiệu trong
băng hẹp không bị lỗi. Một đặc điểm nữa của truyền thông băng hẹp là tín hiệu truyền
rất dễ bị tắc nghẽn hay nhiễu. Đây chính là điểm bất lợi của truyền thông băng hẹp.
Trong khi đó, công nghệ trải phổ cho phép chúng ta truyền cùng một lượng thông tin
như băng hẹp nhưng trải phổ chúng trên một vùng tần số lớn hơn nhiều. Ngoài ra,

chúng ta có thể giảm được nhiễu và tắc nghẽn trong quá trình truyền dữ liệu. Do băng
tần của trải phổ là tương đối rộng nên công suất đỉnh của nó rất thấp. Như vậy, đặc
trưng của kĩ thuật trải phổ là băng thông rộng và công suất thấp. Cũng chính nhờ hai
đặc điểm này mà bên nhận không mong muốn sẽ xem chúng như những tín hiệu nhiễu
(tín hiệu nhiễu cũng có đặc điểm băng thông rộng và công suất thấp), do đó có thể
tránh được “sự tò mò” không cần thiết, làm tăng thêm tính bảo mật khi truyền dữ liệu.
Có hai kĩ thuật trải phổ thông dụng nhất hiện nay là kĩ thuật trải phổ nhảy tần
(FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum) và kĩ thuật trải phổ dãy trực tiếp
(DSSS -Direct Sequence Spread Spectrum )
2.2.1.1. Kĩ thuật trải phổ nhảy tần (FHSS)
Kĩ thuật trải phổ nhảy tần là công nghệ cho phép nhiều mạng không dây có thể
đồng thời hoạt động trong cùng một vùng phủ sóng bằng cách phân chia cho các mạng
sử dụng những dãy dải tần khác nhau. Trong hệ thống này, sóng mang sẽ thay đổi tần
số tùy thuộc vào một bảng gồm nhiều tần số mà sóng mang có thể nhảy trong một
khoảng thời gian xác định. Bảng này được gọi là chuỗi giả ngẫu nhiên
(Pseudorandom), bên gửi sử dụng chuỗi này để tìm tần số truyền cho nó. Khoảng thời
gian mà sóng mang tồn tại ở một tần số nào đó được gọi là dwell time (tính bằng mili
giây), khoảng thời gian mà sóng mang nhảy từ tần số này sang tần số khác được gọi là
hop time (tính bằng micro giây). Sau khi danh sách tần số được nhảy hết, phía gửi sẽ
lặp lại chuỗi Pseudorandom từ đầu. Tất nhiên, việc sử dụng trải phổ nhảy tần không
tránh khỏi việc nhiễu, mất mát trong khi truyền. Tuy nhiên, do trải phổ trên nhiều băng
tần nên nếu tín hiệu bị nhiễu trên một băng tần nào đó vẫn có thể được truyền lại ở tần
số khác. Chuẩn 802.11 xác định tốc độ truyền dữ liệu của FHSS là 1-2 Mbps.
Để tránh hiện tượng xung đột trong môi trường dùng chung, hệ thống nhảy tần
sử dụng một khái niệm gọi là kênh (channel). Channel thực chất là một dạng nhảy
(hop pattern) xác định được quy định bởi một tổ chức có thẩm quyền (ở MỸ là FCC Federal Communication Commission) hoặc do đồng bộ hóa hệ thống giữa các mạng
tạo ra.
19

Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

2.2.1.2. Kĩ thuật trải phổ dãy trực tiếp (DSSS)
DSSS là kĩ thuật trải phổ được sử dụng rỗng rãi nhất trong các các kĩ thuật trải
phổ vì nó dễ cài đặt và có tốc độ cao. Hệ thống truyền và hệ thống nhận của DSSS đều
sử dụng một tập hợp các tần số có độ rộng là 22 MHz. Các kênh rộng này cho phép hệ
thống DSSS có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn hệ thống FHSS nhiều.
Về nguyên tắc hoạt động, DSSS kết hợp tín hiệu dữ liệu tại trạm truyền với một
chuỗi bit dữ liệu tốc độ cao, gọi là chip sequence, mỗi chip tương ứng với 1 bit trong
dãy đó. Mỗi chip sequence bao gồm tối thiểu là 11 chip, từng bit của dãy bit số liệu
cần truyền được kết hợp với một chip sequence, tạo thành một mã được gọi là mã
Baker. Kỹ thuật DSSS làm giảm khả năng bị nhiễu của tín hiệu.
Tiến trình DSSS bắt đầu với một sóng mang được điều chế với một chuỗi mã.
Số lượng chip trong một chip sequence sẽ xác định độ trải rộng phổ của hệ thống và
tốc độ của dãy bit đặc biệt này (tính bằng chip trên giây) sẽ xác định tốc độ truyền dữ
liệu. IEEE 802.11 xác định tốc độ truyền dữ liệu của DSSS cũng là 1-2 Mbps.
Giống như FHSS, hệ thống DSSS cũng sử dụng khái niệm kênh. Nhưng nếu
như FHSS sử dụng chuỗi nhảy để xác định kênh thì khái niệm kênh trong DSSS lại
được quy ước sẵn. Mỗi kênh trong DSSS là một dải tần số liên tục rộng 22 MHz, có
tần số sóng mang cách nhau MHz (giống FHSS). Ví dụ: Kênh 1 hoạt động trong dải
tần từ 2.401GHz đến 2.423GHz. Như vậy, các tần số được sử dụng để truyền dữ liệu
trong kênh 1 là 2.412 GHz +/- 11 MHz, 2.412GHz +/- 10 MHz, ..., 2.412 GHz +/-1
MHz.

Hình 6: Các kênh và dải tần số hoạt động

20


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

Các kênh nằm gần nhau trong DSSS sẽ có tần số trùng nhau một lượng đáng kể.
Do đó, việc sử dụng DSSS với các kênh trùng lặp trong cùng một vị trí vật lý sẽ gây
nên nhiễu hệ thống, băng thông của mạng sẽ bị giảm đáng kể. Do tần số trung tâm của
sóng mang được quy định cách nhau 5 MHz, độ rộng dải tần lại là 22 MHz, nên trên
cũng một khu vực vật lý, các kênh được bố trí phải có số kênh cách nhau 5 kênh, để
khoảng cách tần số trung tâm của 2 kênh gần nhau nhất tại một địa điểm là 25 MHz.
Ví dụ: kênh 1 và kênh 6, kênh 2 và kênh 7, ... có thể được bố trí cùng nhau. Vì thế, tối
đa trên cùng một khu vực theo lý thuyết cũng chỉ có tối đa 3 kênh là kênh 1, kênh 6 và
kênh 11 có thể được bố trí cùng nhau. Trong thực tế, vẫn có thể xảy ra trùng một phần
nhỏ giữa các kênh. Điều này còn phụ thuộc vào thiết bị sử dụng và khoảng cách giữa
các hệ thống.

Hình 7: Các kênh không xung đột nhau khi ở cùng một khu vực

Về khả năng chống nhiễu khi truyền dữ liệu thì so với FHSS, hệ thống DSSS
chống nhiễu kém hơn do độ rộng dải tần nhỏ hơn (22 MHz so với 79 MHz) và dữ liệu
của DSSS được truyền đồng thời trên toàn bộ băng tần thay vì truyền trên một băng
tần trong một thời điểm của FHSS.
2.2.1.3. Kĩ thuật sử dụng hồng ngoại
Trong kĩ thuật sử dụng hồng ngoại, bước sóng của ánh sáng nằm khoảng từ
850-900 nm. Nó có thể hoạt động trong môi trường có ánh sáng khuếch tán, và bán
kính có thể thực hiện truyền thông giữa các thiết bị là 10m. Trong điều kiện có ánh
sáng mạnh như ánh sáng mặt trời hay là ở những nơi phát nhiệt mạnh, kĩ thuật này
không thể sử dụng được.

21


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

2.2.2. Lớp điều khiển truy cập môi trường truyền MAC
2.2.2.1. Giao thức CSMA/CA
Như chúng ta đã biết, CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision
Detect) là cơ chế truy nhập đường truyền trong mạng LAN có dây và hoạt động rất
hiệu. Trong mạng có dây, một máy tính muốn truyền một gói tin, nó sẽ lắng nghe xem
đường truyền có bận không. Nếu đường truyền bận, nó sẽ tiếp tục lắng nghe cho đến
khi đường truyền rỗi thì truyền gói tin đi với một xác suất nhất định. Đồng thời, trong
lúc truyền, nó vẫn tiếp tục lắng nghe để đảm bảo không có xung đột xảy ra với gói tin
đang truyền. Nếu xung đột được phát hiện trong quá trình truyền, máy sẽ tạm dừng
truyền trong một khoảng thời gian nào đó, trước khi tiếp tục truyền gói tin bị xung đột.
Như vậy theo cơ chế này, máy tính có thể phát hiện ra xung đột trong khi truyền dữ
liệu. Nhưng với mạng không dây, do đặc điểm là truyền sóng trong không khí, nên
điều này là không thể thực hiện được. Do đó, mạng không dây phải sử dụng giao thức
CSMA/CA (Carier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance), một giao thức có
nhiều đặc điểm tương tự như giao thức của mạng LAN có dây.
Để tránh xung đột, giao thức CSMA/CA có những quy tắc nghiêm ngặt hơn so
với CSMA/CD. Khi một nút mạng trong mạng muốn truyền một gói tin, nó phải lắng
nghe xem trong mạng có nút mạng nào đang thực hiện truyền tin hay không (cảm nhận
sóng mang). Nếu môi trường mạng đang bị chiếm, nút mạng sẽ tính toán một khoảng
trễ ngẫu nhiên để lặp lại việc nghe đường truyền. Ngay sau khoảng thời gian trễ đó,
nút mạng lại lắng nghe xem môi trường mạng có rỗi hay không. Chính nhờ khoảng
thời gian trễ đó mà nhiều nút mạng trong mạng sẽ không cố gắng truyền tin vào cũng
một thời điểm. Đây chính là cách để mạng không dây tránh xung đột.
Điểm khác biệt lớn nhất giữa hai giao thức này là CSMA/CA tránh xung đột
(còn CSMA/CD phát hiện xung đột) và sử dụng gói tin ACK để xác nhận việc gửi gói
tin thành công hay công. Nếu bên gửi nhận được gói tin ACK sau khi truyền một gói
tin thì có nghĩa gói tin đã đến bên nhận thành công, ngược lại, nếu không nhận được
gói tin ACK, bên gửi sẽ coi như là có tắc nghẽn và sẽ truyền lại gói tin.
Bây giờ, chúng ta sẽ tìm hiểu các thành phần chính của giao thức CSMA/CA:

• Cảm nhận sóng mang (carrier sense):
Các nút mạng trong mạng không dây muốn truyền một gói tin phải kiểm tra xem
đường truyền có bận hay không. Nếu bận phải trì hoãn việc truyền lại cho đến khi đường
truyền rỗi. Các nút mạng xác định trạng thái của đường truyền dựa trên hai cơ chế:
22


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

9 Kiểm tra lớp vật lý xem có sóng mang hay không
9 Sử dụng chức năng carrier sense ảo là Network Allocation Vector (NAV)
Một nút mạng có thể kiểm tra đường truyền có rỗi hay không nhờ việc kiểm tra
lớp vật lý. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, đường truyền có thể được đặt trước
thông qua NAV. NAV thực ra một đồng hồ đếm giờ được cập nhật bởi các frame dữ
liệu được gửi đi trong đường truyền.
Ví dụ, trong một hệ thống mạng WLAN có cơ sở hạ tầng gồm 3 nút mạng là N1,
N2 và N3. Giả sử N1 đang truyền một frame đến N2. Do đường truyền không dây là
đường truyền chia sẻ dựa trên quảng bá nên N3 cũng có thể nhận được frame. Nhưng
trong các frame của chuẩn 802.11 có chứa một trường là trường thời gian (Duration
Field). Giá trị của trường này là đủ lớn để cho frame có thể truyền được đến đích và
gói tin ACK có thể về được nơi gửi. Khi nhận được frame này, N3 sẽ cập nhật giá trị
NAV của mình với giá trị của trường thời gian trong frame, và sẽ không thực hiện
truyền ngay cho đến khi giá trị của duration trong frame là bằng 0. Một điểm cần lưu
ý ở đây đó là các nút mạng chỉ cập nhật NAV của mình khi mà trường thời gian của
frame lớn hơn giá trị NAV mà nút mạng đang lưu giữ. Ví dụ nếu N3 có NAV = 10mili
giây thì N3 sẽ chỉ cập nhật NAV nếu duration của frame lớn hơn 10. Ngược lại, nó vẫn
giữ nguyên giá trị của NAV.
• Chức năng cộng phân tán (DCF-Distributed Coordination Function)
IEEE xác định cơ chế truy nhập cho mạng 802.11 là DCF hoặc PCF. Cơ chế
PCF dựa trên phương pháp truy nhập CSMA/CA. Trong cơ chế hoạt động của DCF,

một nút mạng muốn truyền frame phải đợi một khoảng thời gian xác định sau khi
đường truyền rỗi. Khoảng thời gian này được gọi là DIFS (DCF Interframe Space).
Khi mà DIFS trôi qua, đường truyền đã có thể sẵn sàng cho các nút mạng truy nhập
vào. Trong ví dụ trên, giả sử N2 và N3 muốn truyền frame sau khi N1 đã truyền xong.
Mà N2 và N3 lại có cùng giá trị NAV, cả hai cũng thấy đường truyền rỗi. Lúc này khả
năng xảy ra xung đột là rất lớn. Và để giải quyết vấn đề này, DCF sử dụng thuật toán
Random Back-Off timer.

23


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

Hình 8: Chức năng cộng phân tán DCF
Thuật toán Random Back-Off sẽ chọn ngẫu nhiên một giá trị từ 0 đến giá trị của
vùng cửa sổ tranh chấp (CW-Contention Window) – vùng màu hồng trong hình vẽ.
Giá trị của CW có thể khác nhau, tùy theo mặc định của nhà sản xuất và nó được lưu
trữ trong NIC (Network Interface Card) của nút mạng. Giá trị Random Back-off thực
chất là khoảng thời gian mà máy trạm phải chờ thêm sau khi đường truyền rỗi và DIFS
đã trôi qua. Giá trị của khoảng thời gian sẽ giảm đi 1 nếu sau mỗi khoảng thời gian
DIFS, đường truyền vẫn rồi. Đến khi giá trị của nó giảm xuống còn 0, nút mạng bắt
đầu truyền frame. Tuy nhiên, nếu có một nút mạng khác truy cập đường truyền trước
khi giá trị Random Back-Off của nút mạng này giảm đến 0 thì nút mạng vẫn lưu giá trị
đó lại (dừng đồng hồ) để sử dụng cho lần sau.
Nút mạng nhận sau khi nhận được frame thành công sẽ gửi trở lại một frame
biên nhận cho trạm truyền. Muốn làm được điều đó, trạm nhận cần phải chiếm được
đường truyền. Để tránh khả năng frame ACK bị trì hoãn do phải giành đường truyền,
frame ACK được phép bỏ qua quá trình Random Back-Off và chỉ phải đợi một khoảng
thời gian ngắn được gọi là Short Interframe Space (SIFS) để có thể truyền. Giá trị của
SIFS nhỏ hơn DIFS để đảm bảo nút mạng nhận có nhiều cơ hội chiếm được đường

truyền để gửi biên nhận trước các nút mạng khác.
• Vấn đề Hidden Terminal và việc sử dụng các gói tin RTS/CTS:
Trong cơ chế CSMA/CA, chúng ta cần quan tâm đến vấn đề là hiện tượng cuối
ẩn (hidden terminal) và trạm cuối lộ (exposed terminal).

24


Mạng Adhoc, Khóa luận tốt nghiệp Cử nhân CNTT, Ngô Hải Sơn, 2008

9 Hiện tượng đầu cuối ẩn:

Hình 9: Hiện tượng đầu cuối ẩn
Hiện tượng này có thể được mô tả như sau: nút mạng B nằm trong vùng phủ
sóng của hai nút mạng A và C. Hai nút mạng A và nút mạng C lại không nằm trong
vùng phủ sóng của nhau. Nút mạng A đang truyền một gói dữ liệu cho B. C cảm nhận
kênh truyền và do C nằm ngoài vùng phủ sóng của A nên C không cảm nhận được
sóng mang của A. Do đó, C cũng truyền dữ liệu cho B, dẫn đến tại B xảy ra xung đột.
9 Hiện tượng trạm cuối lộ:

Hình 10: Hiện tượng trạm cuối lộ
Mô tả hiện tượng: Nút mạng B đang truyền dữ liệu cho nút mạng A. Cùng lúc đó,
nút mạng C cũng muốn truyễn dữ liệu cho nút mạng D nhưng nút mạng C cảm nhận
sóng mang thấy đường truyền đang bận nên không truyền nữa, trong khi nó hoàn toàn
có thể truyền cho nút mạng D.
9 Chức năng cộng tác phân tán sử dụng gói tin điều khiển RTS/CTS:
Gói tin RTS chứa địa chỉ nút mạng nhận và khoảng thời gian cần thiết cho quá
trình truyền dữ liệu (bao gồm thời gian truyền toàn bộ dữ liệu và thời gian gói tin biên
nhận của nút mạng nhận gửi lại). Khi nhận được gói tin RTS, nút mạng nhận sẽ gửi trả
lại gói tin CTS sau khoảng thời gian SIFS. Khi nút mạng gửi nhận được gói CTS, nó

bắt đầu truyền dữ liệu cho nút mạng nhận sau khoảng thời gian chờ SIFS và chờ nút
mạng nhận gửi trả về gói ACK xác nhận đã gửi thành công. Sau khi nhận gói ACK,
nút mạng sẽ giải phóng NAV để bắt đầu một chu kì mới. Sử dụng các gói tin
RTS/CTS, vấn đề hidden terminal và exposed terminal có thể được khắc phục.
Với hiện tượng đầu cuối ẩn, khi A truyền quảng bá gói tin RTS cho B, do C
nằm ngoài vùng phủ sóng của A nên không cảm nhận được sóng mang, cho rằng

25