Tìm hiểu mạng vô tuyến ad hoc

Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn khoa viễn thông I - Học viện công nghệ bưu chính
viễn thông đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập và thực hiện đồ án tốt
nghiệp này.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS.Vũ Văn Thoả, nguời thầy đã tận
tình huớng dẫn và chỉ bảo em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Em
kính chúc thầy luôn mạnh khoẻ để giảng dạy được nhiều thế hệ sinh viên hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa viễn thông I đã tận
tình giảng dạy, trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu trong suốt những năm
học tại Học viện công nghệ bưu chính viễn thông.
Xin cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ và ủng hộ của gia đình, bạn bè đã giúp đỡ em
trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.
Mặc dù em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, nhưng chắc chắn
sẽ không tránh khỏi những thiếu sót về kiến thức, và những kinh nghiệm thực tế. Em
mong nhận được sự thông cảm, góp ý tận tình và chỉ bảo của các thầy cô và các bạn để
đồ án của em được hoàn thiện hơn.

Hà Nội, ngày….. tháng…. Năm 2012
Sinh viên

H09VT7

1


Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục

MỤC LỤC
Hình 1.1. Tổng quan về mạng vô tuyến....................................................................................10
Hình 1.2. Tổng quát về các chuẩn mạng không dây................................................................11
Hình 1.3. Mô hình mạng không dây có cơ sở hạ tầng..............................................................15
Hình 1.4. Mô hình mạng không dây Ad-hoc.............................................................................16
Hình 1.5. Ví dụ về mạng Ad-hoc...............................................................................................18
Hình 1.6. Mạng MANET định tuyến Singal-hop......................................................................20
Hình 1.7. Mạng MANET định tuyến Multi-hop........................................................................20
Hình 1.8. Mô hình mạng MANET phân cấp.............................................................................21
Hình 1.9. Các ứng dụng của mạng WMAN chuẩn 802.16 (WiMax)........................................23
Hình 2.1. Các chuẩn giao thức IEEE 802.11 và mô hình OSI.................................................25
Hình 2.2. Mô hình kiến trúc theo chuẩn 802.11.......................................................................26
Hình 2.3: Các lựa chọn chuẩn 802.11b....................................................................................28
Hình 2.4. Định dạng của một frame quy định trong FHSS 802.11 PHY..................................31
Hình 2.5. Các kênh và dải tần số hoạt động trùng nhau đáng kể............................................32
Hình 2.6. Các kênh không xung đột nhau khi ở cùng một khu vực..........................................33
Hình 2.7. Định dạng của một khung quy định trong DSSS 802.11..........................................33
Hình 2.8. Trực giao sub-carrier OFDM trong miền tần số.....................................................35
Hình 2.9. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)..........................................35
Hình 2.10. Quá trình mã hóa và điều chế theo OFDM............................................................36
Hình 2.11. Tầng MAC và tầng vật lý theo chuẩn 802.11.........................................................36
Hình 2.12. Định nghĩa các khoảng thời gian truy cập môi trường truyền...............................37
Hình 2.13. Minh họa về khoảng tranh chấp truy cập CSMA/CA.............................................38
Hình 2.14. Minh họa về giao thức truy cập CSMA/CA với 5 trạm..........................................38
Hình 2.15. Gửi dữ liệu unicast theo CSMA/CA........................................................................39
Hình 2.16. Gửi dữ liệu unicast theo DFWMAC.......................................................................40
Hình 2.17. Phân mảnh gói tin dữ liệu unicast theo DFWMAC................................................40
Hình 2.18. DCF sử dụng giao thức CSMA/CA.........................................................................41

Hình 2.19. DCF sử dụng gói tin RTS/CTS...............................................................................42
Hình 2.20. Hiện tượng đầu cuối ẩn..........................................................................................43
Hình 2.21. Giải quyết hiện tượng đầu cuối ẩn.........................................................................43
Hình 2.22. Hiện tượng trạm cuối lộ.........................................................................................43
Hình 2.23. Cơ chế RTS/CTS giải quyết vấn đề trạm cuối ẩn...................................................44
Hình 2.24. Mô tả chu kỳ hoạt động của PCF...........................................................................44

H09VT7

2


Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục

Hình 2.25. Khuôn dạng gói tin tầng MAC................................................................................46
Hình 2.26. Khuôn dạng gói tin RTS.........................................................................................47
Hình 2.27. Khuôn dạng gói tin CTS.........................................................................................47
Hình 2.28. Khuôn dạng gói tin ACK........................................................................................47
Hình 2.29. AP gửi gói tin beacon trong mạng không dây cơ sở hạ tầng.................................48
Hình 2.30. Truyền gói tin beacon trong mạng Ad-hoc.............................................................49
Hình 2.31. Quản lý năng lượng trong mạng dựa trên cơ sở hạ tầng.......................................50
Hình 2.32. Quản lý năng lượng trong mạng Ad-hoc................................................................51
Hình 3.1. Ví dụ về việc phân chia vùng trong mạng Ad-hoc....................................................57
Hình 3.2. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc..........................................58
Hình 3.3. Minh họa bảng định tuyến của DSDV......................................................................61
Hình 3.4. Bộ tiếp sóng đa điểm (Multipoint relays).................................................................62
Hình 3.5. Quá trình khám phá tuyến trong AODV...................................................................63
Hình 3.6. Định tuyến nguồn động (DSR).................................................................................65

Hình 3.7. ZRP bán kính vùng...................................................................................................68
Hình 3.8. Ví dụ khám phá đường đi ZRP.................................................................................68

H09VT7

3


Đồ án tốt nghiệp đại học

Bảng các thuật ngữ viết tắt

Hình 1.1. Tổng quan về mạng vô tuyến....................................................................................10
Hình 1.2. Tổng quát về các chuẩn mạng không dây................................................................11
Hình 1.3. Mô hình mạng không dây có cơ sở hạ tầng..............................................................15
Hình 1.4. Mô hình mạng không dây Ad-hoc.............................................................................16
Hình 1.5. Ví dụ về mạng Ad-hoc...............................................................................................18
Hình 1.6. Mạng MANET định tuyến Singal-hop......................................................................20
Hình 1.7. Mạng MANET định tuyến Multi-hop........................................................................20
Hình 1.8. Mô hình mạng MANET phân cấp.............................................................................21
Hình 1.9. Các ứng dụng của mạng WMAN chuẩn 802.16 (WiMax)........................................23
Hình 2.1. Các chuẩn giao thức IEEE 802.11 và mô hình OSI.................................................25
Hình 2.2. Mô hình kiến trúc theo chuẩn 802.11.......................................................................26
Hình 2.3: Các lựa chọn chuẩn 802.11b....................................................................................28
Hình 2.4. Định dạng của một frame quy định trong FHSS 802.11 PHY..................................31
Hình 2.5. Các kênh và dải tần số hoạt động trùng nhau đáng kể............................................32
Hình 2.6. Các kênh không xung đột nhau khi ở cùng một khu vực..........................................33
Hình 2.7. Định dạng của một khung quy định trong DSSS 802.11..........................................33
Hình 2.8. Trực giao sub-carrier OFDM trong miền tần số.....................................................35
Hình 2.9. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)..........................................35

Hình 2.10. Quá trình mã hóa và điều chế theo OFDM............................................................36
Hình 2.11. Tầng MAC và tầng vật lý theo chuẩn 802.11.........................................................36
Hình 2.12. Định nghĩa các khoảng thời gian truy cập môi trường truyền...............................37
Hình 2.13. Minh họa về khoảng tranh chấp truy cập CSMA/CA.............................................38
Hình 2.14. Minh họa về giao thức truy cập CSMA/CA với 5 trạm..........................................38
Hình 2.15. Gửi dữ liệu unicast theo CSMA/CA........................................................................39
Hình 2.16. Gửi dữ liệu unicast theo DFWMAC.......................................................................40
Hình 2.17. Phân mảnh gói tin dữ liệu unicast theo DFWMAC................................................40
Hình 2.18. DCF sử dụng giao thức CSMA/CA.........................................................................41
Hình 2.19. DCF sử dụng gói tin RTS/CTS...............................................................................42
Hình 2.20. Hiện tượng đầu cuối ẩn..........................................................................................43
Hình 2.21. Giải quyết hiện tượng đầu cuối ẩn.........................................................................43
Hình 2.22. Hiện tượng trạm cuối lộ.........................................................................................43
Hình 2.23. Cơ chế RTS/CTS giải quyết vấn đề trạm cuối ẩn...................................................44
Hình 2.24. Mô tả chu kỳ hoạt động của PCF...........................................................................44
Hình 2.25. Khuôn dạng gói tin tầng MAC................................................................................46
Hình 2.26. Khuôn dạng gói tin RTS.........................................................................................47

H09VT7

4


Đồ án tốt nghiệp đại học

Bảng các thuật ngữ viết tắt

Hình 2.27. Khuôn dạng gói tin CTS.........................................................................................47
Hình 2.28. Khuôn dạng gói tin ACK........................................................................................47
Hình 2.29. AP gửi gói tin beacon trong mạng không dây cơ sở hạ tầng.................................48

Hình 2.30. Truyền gói tin beacon trong mạng Ad-hoc.............................................................49
Hình 2.31. Quản lý năng lượng trong mạng dựa trên cơ sở hạ tầng.......................................50
Hình 2.32. Quản lý năng lượng trong mạng Ad-hoc................................................................51
Hình 3.1. Ví dụ về việc phân chia vùng trong mạng Ad-hoc....................................................57
Hình 3.2. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc..........................................58
Hình 3.3. Minh họa bảng định tuyến của DSDV......................................................................61
Hình 3.4. Bộ tiếp sóng đa điểm (Multipoint relays).................................................................62
Hình 3.5. Quá trình khám phá tuyến trong AODV...................................................................63
Hình 3.6. Định tuyến nguồn động (DSR).................................................................................65
Hình 3.7. ZRP bán kính vùng...................................................................................................68
Hình 3.8. Ví dụ khám phá đường đi ZRP.................................................................................68

BẢNG CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu/chữ
Tên tiếng Anh đầy đủ
viết tắt
ACK
Acknowledgement
AES
Advanced Encryption Standard
Ad-hoc On-Demand Distance
AODV
Vector
AP
Access Point
ATIM
Ad-hoc Traffic Indication Map
BSS
Basic Service Set
CCK

Complementary Code Keying
Carrier Sense Multiple Access
CSMA/CA
with Collision Avoidance
Carrier Sense Multiple
CSMA/CD
Access/Collision Detect
CTS
Clear To Send
Distributed Coordination
DCF
Function
Destination Sequenced Distance
DSDV
Vector
DSR
Dynamic Source Routing
Direct Sequence Spread
DSSS
Spectrum
DTIM
H09VT7

Delivery Traffic Indication Map

Nghĩa tiếng Việt
Báo nhận
Chuẩn mã hoá tiên tiến
Định tuyến vector khoảng cách
theo yêu cầu tuỳ biến

Điểm truy cập
Sơ đồ chỉ định lưu lượng tuỳ biến
Tập hợp dịch vụ cơ bản
Mã khoá bổ sung
Đa truy cập cảm nhận sóng mang
tránh xung đột
Đa truy cập cảm nhận sóng mang
phát hiện xung đột
Bỏ chọn để gửi
Chức năng cộng tác phân tán
Định tuyến theo vector khoảng
cách tuần tự đích
Định tuyến nguồn động
Trải phổ tuần tự trực tiếp
Sơ đồ chỉ định lưu lượng phân
phối
5


Đồ án tốt nghiệp đại học
EIRP
FCC
FEC
FHSS
HEC
IEEE
LAN
LLC
MAC
MANET

MPR
NIC
OFDM

Effective Isotropic Radiated
Power
Federal Communication
Commission
Forward Error Correction
Frequency Hopping Spread
Spectrum
Header Error Check
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Local Area Network
Logical Link Control
Medium Access Control
Mobile Ad-hoc Network
Multipoint Relays
Network Interface Card
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing

OLSR

Optimized Link State Routing

PCF

Point Coordination Function

Physical Layer Convergence
Protocol
Physical Layer Convergence
Procedure
Physical Medium Dependent
Physical
Quality of Service
Request To Send
Service Access Point
Start Frame Delimiter
Short Interframe Space
Sub-network Access Protocol
Traffic Indication Map
Temporally Ordered Routing
Algorithm
Timing Synchronization
Function
Wide Area Network
Wireless Local Area Network
Wireless Metropolitan Area
Network
Wireless Personal Area
Networks

PLCP
PLCP
PMD
PHY
QoS
RTS

SAP
SFD
SIFS
SNAP
TIM
TORA
TSF
WAN
WLAN
WMAN
WPAN
H09VT7

Bảng các thuật ngữ viết tắt
Hiệu quả công suất bức xạ đẳng
hướng
Uỷ ban truyền thông liên bang
Sửa lỗi về phía trước
Trải phổ nhảy tần
Kiểm tra lỗi tiêu đề
Viện công nghệ điện và điện tử
Mạng cục bộ
Điều khiển liên kết vật lý
Điều khiển truy nhập môi trường
Mạng tuỳ biến di động
Chuyển tiếp đa điểm
Card giao diện mạng
Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao
Định tuyến theo trạng thái đuờng

liên kết tối ưu
Chức năng cộng tác điểm
Giao thức hội tụ lớp vật lý
Quy trình hội tụ lớp vật lý
Phụ thuộc môi trường vật lý
Lớp vật lý
Chất lượng dịch vụ
Yêu cầu để gửi
Điểm truy cập dịch vụ
Giới hạn bắt đầu khung
Không gian giữa các khung ngắn
Giao thức truy cập mạng con
Sơ đồ chỉ định lưu lượng
Thuật toán định tuyến tuần tự tạm
thời
Chức năng đồng bộ thời gian
Mạng diện rộng
Mạng cục bộ không dây
Mạng đô thị không dây
Mạng cá nhân không dây
6


Đồ án tốt nghiệp đại học
WWAN
ZRP

H09VT7

Wireless Wide Area Network

Zone Routing Protocol

Bảng các thuật ngữ viết tắt
Mạng diện rộng không dây
Giao thức định tuyến vùng

7


Đồ án tốt nghiệp đại học

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Tổng quan về mạng vô tuyến....................................................................................10
Hình 1.2. Tổng quát về các chuẩn mạng không dây................................................................11
Hình 1.3. Mô hình mạng không dây có cơ sở hạ tầng..............................................................15
Hình 1.4. Mô hình mạng không dây Ad-hoc.............................................................................16
Hình 1.5. Ví dụ về mạng Ad-hoc...............................................................................................18
Hình 1.6. Mạng MANET định tuyến Singal-hop......................................................................20
Hình 1.7. Mạng MANET định tuyến Multi-hop........................................................................20
Hình 1.8. Mô hình mạng MANET phân cấp.............................................................................21
Hình 1.9. Các ứng dụng của mạng WMAN chuẩn 802.16 (WiMax)........................................23
Hình 2.1. Các chuẩn giao thức IEEE 802.11 và mô hình OSI.................................................25
Hình 2.2. Mô hình kiến trúc theo chuẩn 802.11.......................................................................26
Hình 2.3: Các lựa chọn chuẩn 802.11b....................................................................................28
Hình 2.4. Định dạng của một frame quy định trong FHSS 802.11 PHY..................................31
Hình 2.5. Các kênh và dải tần số hoạt động trùng nhau đáng kể............................................32
Hình 2.6. Các kênh không xung đột nhau khi ở cùng một khu vực..........................................33
Hình 2.7. Định dạng của một khung quy định trong DSSS 802.11..........................................33

Hình 2.8. Trực giao sub-carrier OFDM trong miền tần số.....................................................35
Hình 2.9. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)..........................................35
Hình 2.10. Quá trình mã hóa và điều chế theo OFDM............................................................36
Hình 2.11. Tầng MAC và tầng vật lý theo chuẩn 802.11.........................................................36
Hình 2.12. Định nghĩa các khoảng thời gian truy cập môi trường truyền...............................37
Hình 2.13. Minh họa về khoảng tranh chấp truy cập CSMA/CA.............................................38
Hình 2.14. Minh họa về giao thức truy cập CSMA/CA với 5 trạm..........................................38
Hình 2.15. Gửi dữ liệu unicast theo CSMA/CA........................................................................39
Hình 2.16. Gửi dữ liệu unicast theo DFWMAC.......................................................................40
Hình 2.17. Phân mảnh gói tin dữ liệu unicast theo DFWMAC................................................40
Hình 2.18. DCF sử dụng giao thức CSMA/CA.........................................................................41
Hình 2.19. DCF sử dụng gói tin RTS/CTS...............................................................................42
Hình 2.20. Hiện tượng đầu cuối ẩn..........................................................................................43
Hình 2.21. Giải quyết hiện tượng đầu cuối ẩn.........................................................................43
Hình 2.22. Hiện tượng trạm cuối lộ.........................................................................................43
Hình 2.23. Cơ chế RTS/CTS giải quyết vấn đề trạm cuối ẩn...................................................44
Hình 2.24. Mô tả chu kỳ hoạt động của PCF...........................................................................44

H09VT7

6


Đồ án tốt nghiệp đại học

Danh mục hình vẽ

Hình 2.25. Khuôn dạng gói tin tầng MAC................................................................................46
Hình 2.26. Khuôn dạng gói tin RTS.........................................................................................47
Hình 2.27. Khuôn dạng gói tin CTS.........................................................................................47

Hình 2.28. Khuôn dạng gói tin ACK........................................................................................47
Hình 2.29. AP gửi gói tin beacon trong mạng không dây cơ sở hạ tầng.................................48
Hình 2.30. Truyền gói tin beacon trong mạng Ad-hoc.............................................................49
Hình 2.31. Quản lý năng lượng trong mạng dựa trên cơ sở hạ tầng.......................................50
Hình 2.32. Quản lý năng lượng trong mạng Ad-hoc................................................................51
Hình 3.1. Ví dụ về việc phân chia vùng trong mạng Ad-hoc....................................................57
Hình 3.2. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc..........................................58
Hình 3.3. Minh họa bảng định tuyến của DSDV......................................................................61
Hình 3.4. Bộ tiếp sóng đa điểm (Multipoint relays).................................................................62
Hình 3.5. Quá trình khám phá tuyến trong AODV...................................................................63
Hình 3.6. Định tuyến nguồn động (DSR).................................................................................65
Hình 3.7. ZRP bán kính vùng...................................................................................................68
Hình 3.8. Ví dụ khám phá đường đi ZRP.................................................................................68

H09VT7

7


Đồ án tốt nghiệp đại học
đầu

Mở

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển về mặt kỹ thuật trên thế giới nói
chung và nước ta nói riếng đang diễn ra mạnh mẽ. Sự phát triển này này nhằm đáp ứng
nhu cầu của con người về nhiều mặt, một trong số đó là nhu cầu thông tin liên lạc giữa
mọi người ở mọi lúc, mọi nơi. Bên cạnh đó, sự bùng nổ của các thiết thông minh cầm
tay với giá thành rẻ, khả năng tự tính toán đồng thời có thể kết nối không dây với nhau

mở ra một trang mới trong lĩnh vực viễn thông. Đó là sự xuất hiện của mạng không dây.
Kết nối mạng không dây đang ngày càng trở nên phổ biến và dễ dàng giúp cho
việc truyền thông trở nên nhanh chóng và thuận tiện. Mạng Ad-hoc là một mạng sử
dụng các giao tiếp không dây phân tán giữa nhiều điểm truy cập khác nhau mà không
cần tới bất cứ một cơ sở hạ tầng cố định nào. Bất cứ thiết bị cầm tay và cố định nào
như điện thoại di động, laptop, máy nhắn tin, các trạm vô tuyến cơ sở… đều có thể là
một kênh thông tin trong mạng Ad-hoc tạo thành mạng toàn cầu, rộng khắp mọi nơi.
Các thiết bị này có thể mang trên người, tích hợp vào các đối tượng di chuyển (xe cộ,
tàu thuyền,…) hoặc đặt cố định ở các điểm khiển cho việc truyền thông có thể diễn ra
ở mọi nơi.
Do các node trong mạng Ad-hoc có thể thường xuyên di chuyển, dẫn đến topo
mạng dễ dàng thay đổi. Các thiết bị trong mạng hoạt động chủ yếu nhờ nguồn năng lượng
là pin. Vì vậy, định tuyến trong mạng Ad-hoc là một bài toán khó, đòi hỏi các giao thức
định tuyến phải hạn chế tối đa quá trình xử lý, đảm bảo tiết kiệm năng lượng…
Với những lợi ích và thách thức như vậy, em đã tập trung nghiên cứu về mạng
Ad-hoc và một số giao thức định tuyến được sử dụng trong mạng Ad-hoc. Tất cả điều
này được thực hiện trong đồ án với tên đề tài: “Tìm hiểu về mạng vô tuyến Ad-hoc”.
Đề tài gồm các nội dung chính sau:
Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến: Giới thiệu một số chuẩn mạng
không dây. Tập trung tìm hiểu về các đặc điểm, ứng dụng và các cách phân loại mạng
vô tuyến Ad-hoc,….
Chương II. Mô hình kiến trúc mạng không dây 802.11: Tìm hiểu về mô hình
kiến trúc của mạng WLAN, các chuẩn 802.11, kỹ thuật trải phổ và kỹ thuật ghép kênh
trong tầng vật lý. Các phương thức truy cập chính trong mạng WLAN, và định dạng
gói tin tầng MAC.
Chương III. Định tuyến trong mạng vô tuyến Ad-hoc: Tìm hiểu một số giao
thức định tuyến được sử dụng trong mạng vô tuyến Ad-hoc. So sánh các giao thức
định tuyến cùng kiểu và so sánh các giao thức định tuyến khác kiểu.

H09VT7

8


Đồ án tốt nghiệp đại học
Mở
đầu
Phụ lục: Giới thiệu cách thiết lập một mạng vô tuyến Ad-hoc trên Windows 7,
cách kết nối các máy với nhau và chia sẻ thông tin qua mạng vừa lập.
Do còn nhiều hạn chế về mặt thời gian cũng như kiến thức, nên đồ án không thể
tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp và phê bình của quý thầy cô
cùng các bạn sinh viên để đồ án của em ngày càng hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo - TS. Vũ Văn
Thỏa và khoa viễn thông I đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đồ án này.

Hà Nội, ngày…. tháng…. năm……
Sinh viên thực hiện

H09VT7

9


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÔ TUYẾN
1.1. Giới thiệu chung
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ viễn thông, đang ngày

càng được ứng dụng ở hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống xã hội như kinh tế, giáo
dục, xây dựng, y học, … Song song với việc ứng dụng công nghệ viễn thông vào giải
quyết các công việc, Internet ngày càng khẳng định được vị trí quan trọng của mình
trong cuộc sống xã hội thời hiện đại. Khi cuộc sống con người ngày càng phát triển thì
nhu cầu trao đổi thông tin của con người ngày càng cao. Con người muốn mình có thể
được kết nối với thế giới vào bất cứ lúc nào, từ bất cứ nơi đâu mà không cần phải có
đường nối. Đó chính 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, các công ty,
bệnh viện, trường học hay thậm chí là 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 nhu cầu trao đổi thông tin và truyền thông của con người một cách tốt
nhất.
Mạng không dây (Wireless – vô tuyến) đang được quan tâm, đầu tư nghiên cứu
và phát triển. Hiện tại, nhiều mô hình, kiến trúc mạng được đề xuất bởi các nhà khoa
học, các tổ chức quốc tế.
Song song với sự phát triển của mạng không dây, mạng WLAN được chia ra
thành hai mô hình chính đó là mô hình mạng không dây có cơ sở hạ tầng
(Infrastructure) và mô hình mạng không dây không có cơ sở hạ tầng (Ad hoc).

Hình 1.1. Tổng quan về mạng vô tuyến
Các mô hình, kiến trúc mạng này được đưa ra nhằm làm cho mạng không dây
dần thoát khỏi sự phụ thuộc hoàn toàn vào mạng cơ sở hạ tầng. Một trong những mô
hình mạng được đề suất đó chính là mạng Ad-hoc (Mobile Ad-hoc Network) thường
được viết tắt là MANET. Việc các mạng không dây ít phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng là
H09VT7

10


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

một điều rất thuận lợi nhưng lại có những vấn đề khác đặt ra như tốc độ truyền thông
không cao, mô hình mạng không ổn định như mạng có dây truyền thống do các node
mạng hay di chuyển, năng lượng cung cấp cho các node mạng thường chủ yếu là
pin… Do đó, cùng với vấn đề bảo mật của mạng không dây thì vấn đề định tuyến
trong mạng vô tuyến Ad-hoc cũng là vấn đề vô cùng quan trọng, nó quyết định rất lớn
đến hiệu năng hoạt động của toàn hệ thống mạng.
1.2. Phân loại mạng không dây
Nếu sự phân loại của mạng có dây dựa vào quy mô hoạt động cũng như phạm vi
mạng như: mạng LAN (Local Area Network), WAN (Wide Area Network),… thì đối với
hệ thống mạng không dây, chúng ta cũng có sự phân loại theo quy mô và phạm vi triển
khai tương tự như hệ thống mạng hữu tuyến đó là: mạng WPAN theo chuẩn IEEE 802.15
(Wireless Personal Area Network) dành cho mạng cá nhân, WLAN theo chuẩn IEEE
802.11 (Wireless Local Area Network) dành cho mạng cục bộ, WMAN theo chuẩn IEEE
802.16 (Wireless Metropolitaj Area Network) dành cho mạng đô thị và mạng WWAN
theo chuẩn IEEE 802.20 (Wireless Wide Area Network) cho mạng diện rộng.

Hình 1.2. Tổng quát về các chuẩn mạng không dây.
1.3. Mạng cá nhân WPAN (Wireless Personal Area Network)
Công nghệ Bluetooth chỉ được truyền thông trong mạng WPAN. Mặc dù nó đã
được phát triển từ giữa những năm 1990, nhưng mãi đến năm 2002 sự hiện diện của
nó mới trở nên thông dụng ở các thiết bị từ máy tính xách tay (laptops) cho tới chuột,
máy quay phim và điện thoại di động nhỏ (cell phones). Công nghệ Bluetooth hiện
đang có xu hướng sử dụng nó như một sự thay thế cáp ngoại vi cho một số các thiết bị
hơn là một công cụ nhằm cho phép một số lượng lớn các thiết bị trong nhà hoặc văn
phòng có thể giao tiếp trực tiếp với nhau không cần dây cáp.

H09VT7

11


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

Viện công nghệ Điện và Điện tử IEEE (Institute of Electrical and Electronics
Engineers) đã đưa ra chuẩn IEEE 802.15 và được sử dụng trong mạng WPAN với các
tốc độ truyền dữ liệu khác nhau như 802.15.1 có tốc độ truyền dữ liệu trung bình, trong
khi 802.15.3 có tốc độ truyền dữ liệu cao và 802.15.4 có tốc độ truyền dữ liệu thấp.
IEEE 802.15.1 đặc tả công nghệ Bluetooth đã được thiết kế để cho phép kết nối
không dây băng thông hẹp cho các thiết bị như: máy tính xách tay, chuột, bàn phim,
máy in, tai nghe, điện thoại di động,… truyền thông với nhau. Bluetooth hoạt động ở
băng tần 2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical band) không cần license,
vùng phủ sóng khoảng 10m, hỗ trợ các kênh truyền dữ liệu không đồng bộ và truyền
sóng âm thanh đồng bộ có tốc độ 1 Mbps.
IEEE 802.15.3 đang được phát triển cho mạng Ad-hoc với lớp MAC phù hợp
cho truyền dữ liệu đa phương tiện. Chuẩn 802.15.3 đặc tả tốc độ truyền dữ liệu lên tới
55Mbps trong dải tần 2.4 GHz.
IEEE 802.15.4 định nghĩa giao thức liên kết nối các thiết bị ngoại vi truyền
thông sóng vô tuyến trong hệ thống mạng một người dùng. Chuẩn này sử dụng
phương pháp đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xảy ra xung đột (CSMA/CA).
IEEE 802.15.4 cũng chỉ định lớp vật lý sử dụng kỹ thuật trải phổ tuần tự trực tiếp
(DSSS) ở băng tần 2.45 GHz hỗ trợ tốc độ lên tới 250 kbps và trải phổ từ 868 đến
20,915 MHz tốc độ dữ liệu khoảng 20 kbps đến 40 kbps, phạm vi phủ sóng dưới 20 m.
1.4. Mạng cục bộ WLAN (Wireless Local Area Netwwork)
WLAN là một mạng cục bộ kết nối hai hay nhiều máy tính với nhau thông qua
việc sử dụng sóng hồng ngoại hoặc sóng vô tuyến để truyền nhận dữ liệu thay vì 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, công ty và một số nơi công cộng như
trong các quán cafe,… Có hai công nghệ chính được sử dụng để truyền thông trong
WLAN là truyền thông bằng tia hồng ngoại (Infrared Light ở bước sóng 90 nm, 1 nm =
10-9 m) hoặc truyền thông bằng sóng vô tuyến (Radio Frequency), thông thường thì sóng
radio được dùng phổ biến hơn vì nó truyền xa hơn, lâu hơn, rộng hơn, và có băng thông
cao hơn. WLAN cũng có hai dạng kiến trúc là WLAN có cơ sở hạ tầng (sử dụng các
Access Point hoặc trạm cơ sở Base Station) để kết nối phần mạng không dây với phần
mạng có dây truyền thống và mạng không có cơ sở hạ tầng (mạng Ad-hoc).
1.4.1. Lịch sử ra đời mạng WLAN
Công nghệ WLAN xuât hiện đầu tiên vào cuối năm 1990, khi mà những nhà sản
xuất giới thiệu những sản phẩm hoạt động ở băng tần 900 MHz. Những giải pháp này
(không được đồng bộ giữa các nhà sản xuất khi đó ) cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 1
Mbps, thấp hơn nhiều so với tốc độ 10 Mbps của hầu hết các mạng sử dụng cáp hiện thời.
H09VT7

12


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

Năm 1992, các nhà sản xuất bắt đầu bán những sản phẩm WLAN sử dụng băng
tần 2.4 GHz. Mặc dầu những sản phẩm này đã có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhưng
chúng vẫn là những giải pháp riêng của mỗi nhà sản xuất không được công bố rộng
rãi. Sự cần thiết cho việc hoạt động thống nhất giữa các thiết bị ở những dãy tần số
khác nhau dẫn đến một số tổ chức bắt đầu phát triển ra những chuẩn mạng không dây
chung.
Năm 1997, viện công nghệ Điện và Điện tử (IEEE – Institute of Electrical and

Electronics Engineers) đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11, và cũng được biết với
tên gọi WIFI (Wireless Fidelity) cho các mạng WLAN. Chuẩn 802.11 hỗ trợ ba
phương pháp truyền tín hiệu, trong đó có bao gồm phương pháp truyền tín hiệu vô
tuyến ở tần số 2.4 GHz.
Năm 1999, IEEE thông qua sự bổ sung cho chuẩn 802.11 là các chuẩn 802.11a
và 802.11b (định nghĩa ra những phương pháp truyền tín hiệu). Và những thiết bị
WLAN dựa trên chuẩn 802.11b đã nhanh chóng trở thành công nghệ không dây vượt
trội. Các thiết bị WLAN 802.11b truyền phát ở tần số 2.4 GHz, cung cấp tốc độ truyền
dữ liệu có thể lên tới 11 Mbps. IEEE 802.11b được tạo ra nhằm cung cấp những đặc
điểm về tính hiệu dụng gồm thông lượng (throughput) và bảo mật (security) để so sánh
với mạng có dây.
Năm 2003, chuẩn 802.11g đã được IEEE công bố thêm một sự cải tiến là có thể
truyền nhận thông tin ở cả hai dãy tần số 2.4 GHz và 5 GHz và có thể nâng tốc độ
truyền dữ liệu lên đến 54 Mbps. Thêm vào đó, những sản phẩm áp dụng 802.11g cũng
có thể tương thích ngược với các thiết bị 802.11b. Hiện nay chuẩn 802.11g đã đạt đến
tốc độ 108 Mbps – 300 Mbps.
Ngoài ra, IEEE còn thông qua chuẩn 802.11n nâng tốc độ truyền dữ liệu từ 100 –
600 Mbps và vùng phủ sóng rộng khoảng 250m vào tháng 9/2009 sau 7 năm nghiên cứu
và phát triển. Chuẩn 802.11n được thiết kế để cải thiện tính năng của 802.11g về tổng
băng thông được hỗ trợ bằng cách tận dụng nhiều tín hiệu không dây và anten (gọi là
công nghệ MIMO-Multiple Input and Multiple Output). Ưu điểm của 802.11n là tốc
độ nhanh nhất, vùng phủ sóng tốt nhất, trở kháng lớn hơn để chống nhiễu từ các tác
động của môi trường. Nhược điểm của 802.11n là giá cao hơn 802.11g, sử dụng nhiều
luồng tín hiệu có thể gây nhiễu với các thiết bị 802.11b/g kế cận.
1.4.2. Một số ưu điểm của mạng WLAN
Sự thuận lợi: Khi truy cập mạng không cần phải có dây cáp mà chỉ cần một
điểm truy cập mạng (Access Point kết nối với Internet) nên việc tạo ra một mạng
không dây là nhanh chóng và đơn giản đối với người sử dụng. Nó cho phép người
dùng có thể dễ dàng truy xuất tài nguyên từ bất cứ nơi đâu trong vùng phủ sóng mạng
H09VT7

13


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

(một tòa nhà hay các văn phòng trong công ty,…). Đặc biệt hiện nay các thiết bị di
động nhỏ và dễ dàng di chuyển như APD, Laptop có hỗ trợ Wireless ngày càng được
sử dụng nhiều thì đây là một điều vô cùng thuận lợi.
Khả năng linh động: Khả năng linh động của mạng không dây được thể hiện rõ
nhất ở việc người dùng không còn bị ràng buộc bởi dây cáp mà có thể truy cập mạng ở
bất cứ nơi đâu. Ví dụ điển hình có thể nói tới là các quán cà phê wifi, nơi người sử
dụng có thể truy cập mạng một cách miễn phí.
Tính hiệu quả trong công việc: Người dùng có thể dễ dàng duy trì kết nối mạng
khi di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Đối với xã hội ngày nay việc truy cập mạng
trong khi di chuyển sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian và có thể làm tăng thêm hiệu quả
cho công việc của họ.
Dễ thiết kế và triển khai mạng: Không giống như mạng có dây truyền thống, để
thiết lập chúng ta cần có những tính toán cụ thể cho từng mô hình rất phức tạp 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.
Khả năng mở rộng: Với mạng không dây khi có thêm các node mới gia nhập
mạng (hòa nhập vào mạng), điều đó rất là dễ dàng và tiện lợi chỉ cần bật Wireless trên
thiết bị đó và kết nối. Với hệ thống mạng dùng dây cáp thì ta cần phải gắn thêm cáp và
cấu hình.
Tính bền vững: 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.
1.4.3. Nhược điểm của WLAN
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 truyền lan phủ sóng cho 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
kém hơn. Do đó, vấn đề bảo mật cho mạng không dây là vấn đề vô cùng quan trọng và
được đặc biệt quan tâm.
Vì các thiết bị sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông nên việc bị nhiễu, hiện
tượng biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang (fading), tín hiệu bị suy giảm do tác động
của các thiết bị khác (lò vi sóng, …), ảnh hưởng của môi trường là không tránh khỏi.
Các hiện tượng đó làm giảm đáng kể hiệu quả hoạt động của mạng.
Chất lượng dịch vụ của mạng không dây kém hơn so với mạng có dây vì mạng
không dây có tốc độ chậm hơn (chỉ đạt từ 1 – 10 Mbps), độ trễ cao hơn, tỉ lệ lỗi cũng
H09VT7

14


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

lớn 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 – 200 Mbit/s.
Về vấn đề chi phí cho các thiết bị của mạng thì các thiết bị mạng WLAN có giá
thành cao hơn khá nhiều so với các thiết bị mạng có dây, điều này 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.
1.4.4. Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng

Hình 1.3. Mô hình mạng không dây có cơ sở hạ tầng
Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng là mạng mà các node mạng truyền thông với
nhau sử dụng một thiết bị trung tâm gọi là điểm truy cập chung AP (Access Point), hay
còn được gọi 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 điều khiển truy cập đường truyền
chuyển tiếp thông tin. Ngoài ra, các Access Point còn thường được kết nối với mạng
có dây và được kết nối với Internet nên nó đóng vai trò như là cầu nối giữa các mạng
H09VT7

15


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

không dây và mạng có dây với nhau tạo thành một mạng diện rộng. Tốc độ truyền dữ
liệu của mạng không chỉ phụ thuộc vào đặc điểm của các node mạng mà còn phụ
thuộc vào bán kính phủ sóng của các Access Point. Các node mạng càng gần AP thì

sóng thu được càng mạnh và tốc độ truyền dữ liệu càng cao. Do đó, việc lựa chọn tốc
độ truyền và phạm vi hoạt động của AP khiến chúng ta cần phải cân nhắc, khi đó nó sẽ
ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu năng hoạt động của mạng, của Access Point.
Khái niệm Indoor và Outdoor: Indoor là khái niệm sử dụng sóng vô tuyến trong
phạm vi không gian nhỏ, như trong một tòa nhà, một văn phòng. Outdoor là khái niệm
sử dụng sóng vô tuyến trong phạm vi không gian lớn hơn, với WLAN thì bán kính đến
các thiết mà nó quản lý có thể từ 5 – 20 km.
1.4.5. Mạng Ad-hoc (MANET)
1.4.5.1. Khái niệm mạng Ad-hoc
Mạng không dây di động Ad-hoc (Mobile Ad-hoc Network, viết tắt là MANET)
là một loại mạng không dây trong đó các node mạng có thể di chuyển tự do và không lệ
thuộc vào bất kỳ node mạng hay thiết bị mạng nào. Môi trường mạng này có thể thiết
lập dễ dàng ở bất kỳ nơi nào và không tốn nhiều chi phí. Trong môi trường mạng không
dây Ad-hoc, hai node mạng có thể liên lạc trực tiếp với nhau nếu chúng nằm trong vùng
phủ sóng của nhau (radio communication range). Ngược lại, nếu hai node mạng xa nhau
muốn trai đổi dữ liệu với nhau thì chúng cần sự hỗ trợ của các node mạng lân cận để
chuyển tiếp thông tin. Dưới đây là một mô hình mạng Ad-hoc đơn giản.

Hình 1.4. Mô hình mạng không dây Ad-hoc
1.4.5.2. Đặc điểm của mạng MANET
Thiết bị tự trị đầu cuối (Autonomous terminal): Trong mạng Ad-hoc, mỗi thiết
bị di động đầu cuối là một node tự trị. Nó có thể mang chức năng của host và router.
Bên cạnh khả năng xử lý cơ bản như một host, các node di động này có thể chuyển đổi
chức năng như một router. Vì vậy thiết bị đầu cuối và chuyển mạch là không thể phân
biệt được trong mạng Ad-hoc.
H09VT7

16

Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

Phân chia hoạt động (Distributed Operation): Vì không có hệ thống mạng nền
tảng cho trung tâm kiểm soát hoạt động của mạng, nên việc kiểm soát và quản lý hoạt
động của mạng được chia cho các thiết bị đầu cuối. Các node trong mạng Ad-hoc đòi
hỏi phải có sự phối hợp với nhau. Khi cần thiết các node hoạt động như một relay để
thực hiện chức năng của mình, ví dụ như: bảo mật và định tuyến.
Định tuyến đa đường: Thuật toán định tuyến không dây cơ bản có thể định
tuyến một chặng và nhiều chặng dựa vào các thuộc tính liên kết khác nhau và giao
thức định tuyến. Singalhop MANET đơn giản hơn multihop ở vấn đề cấu trúc và thực
hiện với chi phí thấp và ít ứng dụng. Khi truyền các gói dữ liệu từ một nguồn của nó
đến điểm trong phạm vi truyền tải trực tiếp không dây, các gói dữ liệu sẽ được chuyển
tiếp qua một hoặc nhiều node trung gian.
Cấu hình động (Dynamic network topology): Vì các node là di động, nên cấu
trúc mạng có thể thay đổi nhanh và không biết trước và các kết nối giữa các thiết bị
đầu cuối có thể thay đổi theo thời gian. MANET sẽ thích ứng tuyến và điều kiện lan
truyền giống như mẫu di động và các node mạng di động. Các node trong mạng thiết
lập định tuyến động với nhau khi chúng di chuyển, hình thành mạng riêng của chúng
trong không trung. Hơn nữa, một user trong MANET có thể không chỉ hoạt động trong
mạng lưới di động đặc biệt, mà còn có thể yêu cầu truy cập vào một mạng cố định
công cộng (ví dụ: Internet).
Dao động về dung lượng liên kết (Fluctuating link capacity): Bản chất tỉ lệ lỗi
bit cao của kết nối không dây cần quan tâm trong mạng MANET. Từ đầu cuối này đến
đầu cuối kia có thể được chia sẻ qua một vài chặng. Kênh giao tiếp ở đầu cuối chịu
ảnh hưởng của nhiễu, hiệu ứng đa đường, sự giao thoa, và băng thông của nó ít hơn so
với mạng có dây. Trong một vài tình huống, truy cập của hai người dùng có thể qua
nhiều liên kết không dây và các liên kết này có thể không đồng nhất.
Tối ưu hóa cho thiết bị đầu cuối (light-weight terminals): Trong hầu hết các

trường hợp các node trong mạng Ad-hoc là thiết bị với tốc độ xử lý của CPU thấp, bộ
nhớ ít và lưu trữ điện năng ít. Vì vậy cần phải tối ưu hóa các thuật toán và cơ chế.
1.4.5.3. Ví dụ về mạng Ad-hoc

Time =t1
Good link:
Weak link:
H09VT7

Time =t2
Good link:
Weak link:
17


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

Hình 1.5. Ví dụ về mạng Ad-hoc
Hình trên mô tả một mạng Ad-hoc đơn giản gồm có 7 node, các node mạng
được ký hiệu từ N1 đến N7. Nhìn vào hình vẽ chúng ta có thể dễ dàng thấy được: ở
thời điểm t1, các liên kết từ N1 đến N2, N1 đến N4, N2 đến N3, N2 đến N6, N4 đến
N3, N4 đến N5, N3 đến N7, N5 đến N7, N6 đến N7 là những liên kết mạnh (good
link), còn các liên kết từ N4 đến N1, N5 đến N4, N6 đến N2, N7 đến N3 là những liên
kết yếu (weak link). Như vậy ở đây một đặc điểm của mạng Ad-hoc đã được thể hiện
rõ, đó là liên kết giữa hai node 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 node mạng khác nhau hoặc do

năng lượng phát của các node mạng trong mạng là khác nhau… Tương tự chúng ta 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 do các node di chuyển đến
các vị trí khác nhau do đó các liên kết giữa các node 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 N6 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 node 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 node 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 node mạng vẫn hoàn toàn có thể thực
hiện việc truyền thông với nhau thông qua các node mạng trung gian. Ví dụ N1 có thể
thực hiện truyền dữ liệu cho N7 thông qua node mạng trung gian N2 và N3.
1.4.5.4. Các ứng dụng của mạng Ad-hoc
Các công nghệ của mạng không dây kiểu không có cơ sở hạ tầng đem lại rất
nhiều lợi ích so với các mạng truyền thống (cả không dây và có dây), trong những ngữ
cảnh khó có thể triển khai được một cơ sở hạ tầng mạng cố định hoặc việc triển khai là
không khả thi do những lý do về mặt địa hình, kinh tế (chi phí cáp trong một không
gian lớn, chi phí thiết lập nhiều điểm truy cập,…).
Một số ứng dụng của công nghệ mạng Ad-hoc có thể bao gồm các ứng dụng
công nghiệp và thương mại liên quan đến trao đổi dữ liệu trên điện thoại di động.

H09VT7

18


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

Ngoài ra, dựa trên mạng lưới điện thoại di động có thể hoạt động mạnh mẽ thay thế
các phương pháp rẻ tiền hoặc cải tiến các thiết bị dựa trên cơ sở hạ tầng mạng.
Phần dưới đây sẽ giới thiệu một vài ứng dụng của mạng Ad-hoc:
a, Mạng nội bộ: Mạng Ad-hoc có thể chủ động liên kết một mạng lưới đa
phương tiện tức thời và tạm thời nhờ sử dụng máy tính xách tay để truyền bá và chia
sẻ thông tin giữa các đại biểu tham dự như một hội nghị, lớp học. Một cách sử dụng
khác của loại mạng này là sử dụng trong gia đình để trao đổi trực tiếp thông tin với
nhau. Tương tự như vậy trong các lĩnh vực khác như taxi dân sự, thể thao, sân vận
động, thuyền và máy bay nhỏ…
b, Lĩnh vực quân sự: Trang thiết bị quân sự hiện nay thường chứa một số loại
thiết bị máy tính. Mạng lưới Ad-hoc sẽ cho phép quân đội tận dụng lợi thế của công
nghệ mạng phổ biến để duy trì một thông tin mạng lưới giữa những người lính, xe cộ
và thông tin từ bộ chỉ huy. Nhất là trong các trường hợp chiến đấu khốc liệt, các cơ sở
hạ tầng mạng bị phá hủy lúc này mạng Ad-hoc là lựa chọn số một để các thiết bị
truyền thông liên lạc với nhau một cách nhanh chóng.
c, lĩnh vực thương mại: Khi được kết hợp một cách hợp lý với truyền thông vệ
tinh, mạng Ad-hoc có thể cung cấp các phương thức cực kỳ linh hoạt trong việc thiết
lập truyền thông cho các hoạt động cứu hỏa, cứu thương, khắc phục sự cố tai nạn hoặc
các trường hợp cần thiết triển khai mạng thật nhanh chóng để phục vụ tức thì. Thông
tin được chuyển tiếp giữa các thành viên trong nhóm bằng một thiết bị nhỏ cầm tay.
1.4.5.5. Phân loại Ad-hoc
a. Phân loại theo cách thức định tuyến
 Singal-hop
Đây là loại mô hình mạng Ad-hoc đơn giản nhất, trong đó tất cả các node đều
nằm trong cùng một vùng phủ sóng, tức là các node có thể kết nối trực tiếp với các
node khác mà không cần phải qua node trung gian.
Trong mô hình này, các node có thể di chuyển tự do nhưng chỉ trong một phạm

vi nhất định đủ để node có thể liên lạc trực tiếp với các node khác trong mạng.

H09VT7

19


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

Hình 1.6. Mạng MANET định tuyến Singal-hop
 Multi-hop

Hình 1.7. Mạng MANET định tuyến Multi-hop
Đây là mô hình phổ biến nhất trong mạng Ad-hoc. Mô hình này khác với mô
hình trước là các node có thể kết nối với nhau thông qua các node trung gian. Để mô
hình định tuyến Multi-hop hoạt động hoàn hảo thì cần phải có các giao thức định tuyến
phù hợp với mô hình mạng Ad-hoc.
b. Phân loại MANET theo chức năng node
 Mạng MANET đẳng cấp (Flat)

Trong kiến trúc MANET đẳng cấp, các node có vai trò ngang hàng với nhau
(peer – to – peer). Các node đóng vai trò như các router dùng để định tuyến các gói dữ
liệu truyền trên mạng. Trong những mạng lớn thì cấu trúc Flat không tối ưu hóa việc
sử dụng tài nguyên băng thông của mạng vì những bản tin điều khiển (control
message) phải truyền trên toàn bộ mạng. Tuy nhiên nó thích hợp trong những topo có
các node di chuyển nhiều.
 Mạng MANET phân cấp (Hierarchical)
H09VT7

20


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

Mạng MANET phân cấp là mô hình mạng được sử dụng phổ biến nhất trong
mạng MANET. Trong kiến trúc này, mạng chia thành các vùng (domain), trong mỗi
vùng bao gồm một hoặc nhiều nhóm (cluster) với mỗi nhóm bao gồm nhiều node. Có
hai loại node là: master node và normal node.
•
Master node: là node quản trị một nhóm và có nhiệm vụ
chuyển dữ liệu của các node trong nhóm đến các node trong nhóm khác và ngược
lại. Nói cách khác nó có chức năng như một gateway.
•
Normal node: là các node nằm trong cùng một cluster. Nó
có thể kết nối với các node trong cluster hoặc kết nối với các cluster khác thông
qua master node.

Hình 1.8. Mô hình mạng MANET phân cấp
Với các cơ chế trên, mạng sử dụng tài nguyên băng thông hiệu quả hơn vì các
message điều khiển chỉ phải truyền trong một cluster. Tuy nhiên, việc quản lý tính
chuyển động của các node trở nên phức tạp hơn. Kiến trúc mạng phân cấp thích hợp
cho các mạng có tính chuyển động thấp.
 Mạng MANET kết hợp (Aggregate)
Trong kiến trúc này, mạng phân thành các khu vực (zone) và các node được
chia vào trong mỗi khu vực. Mỗi node bao gồm hai mức topo (topology) là topo mức
thấp (node level) và topo mức cao (zone level). Ngoài ra, mỗi node còn đặc trưng bởi

hai số ID là node ID và zone ID. Trong một zone có thể áp dụng kiến trúc đẳng cấp
hoặc kiến trúc phân cấp.
1.5. Mạng đô thị không dây WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
Mạng đô thị không dây (WMAN) được định nghĩa là mạng có quy mô lớn hơn
WLAN, có thể bao phủ một khu đô thị như một thành phố, một quận, huyện, hay một
H09VT7

21


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

khu dân cư nào đó. Mạng này sử dụng các công nghệ dành cho mạng diện rộng
(WAN), có tốc độ truyền dẫn cao và khả năng kháng lỗi mạnh. WMAN là giải pháp
mạng không dây của mạng MAN. Do vậy, có thể gọi WMAN là mạng đô thị không
dây hay có thể không phải chỉ ở các đô thị mà ngay cả các vùng nông thôn, vùng sâu,
vùng xa vẫn có thể sử dụng được mạng WMAN.
Chuẩn IEEE 802.16 đã được thiết kế để mở ra một tập hợp các giao tiếp dựa
trên giao thức tầng MAC và lớp vật lý năm 2001. Chuẩn 802.16 cũng đề cập đến công
nghệ WiMax là công nghệ không dây băng thông rộng đang phát triển rất nhanh với
khả năng triển khai trên phạm vi rộng sẽ mang lại khả năng kết nối Internet tốc độ cao
tới các gia đình và công sở.
Giao thức lớp MAC của chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ truy cập không dây băng
rộng điểm – đa điểm với tốc độ truyền dữ liệu cao trên cả hai hướng truyền đa người
dùng, trong cùng thời gian có thể cho phép hàng trăm thiết bị trên kênh truyền đó có
thể được chia sẻ đa người dùng. IEEE 802.16 là giao diện cho hệ thống truy nhập băng
rộng cố định, lớp MAC và lớp vật lý (PHY) hoạt động ở 10 – 66 GHz.
Chuẩn IEEE 802.16a là một chuẩn mở rộng của 802.16, được đưa ra năm 2003,

truyền thông trên băng tần từ 2 đến 11 GHz, vùng phủ sóng lên tới 30 dặm. IEEE
802.16a cung cấp một công nghệ không dây để kết nối với mạng 802.11 và là một sửa
đổi bổ sung cho 802.16, lớp vật lý sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao (OFDM) và (OFDMA), có thêm chức năng lớp MAC và hỗ trợ đồ hình mạng lưới.
Chuẩn 802.16d đưa ra năm 2004 đây là sự kết hợp của 802.16 và 802.16a có
thay đổi lớp MAC và lớp vật lý PHY. Chuẩn IEEE 802.16 cũng cho phép đặt anten
trong nhà nhưng tất nhiên tín hiệu thu không khỏe bằng anten ngoài trời hoạt động
băng tần 2,5 GHz hoặc 3,5 GHz với độ rộng băng tần khoảng 3,5 MHz.

H09VT7

22


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về mạng vô tuyến

Hình 1.9. Các ứng dụng của mạng WMAN chuẩn 802.16 (WiMax)
Trong mạng cố định, WiMax thực hiện cách kết nối không dây đến các modem
cáp, đến các đường dây thuê bao của mạch xDSL hoặc mạch Tx/Ex (truyền
phát/chuyển mạch) và mạch OC-x (truyền tải qua sóng quang). Wimax cố định có thể
phục vụ cho các kiểu người dùng (user) như: các xí nghiệp, các khu dân cư nhỏ lẻ,
mạng cáp truy cập WLAN công cộng nối tới mạng đô thị, các trạm gốc BS của mạng
thông tin di động và các mạch điều khiển trạm BS. Về cách phân bố theo địa lý, các
user thì có thể phân tán tại các địa phương như nông thôn và vùng sâu, vùng xa khó
đưa mạng cáp hữu tuyến đến đó.
Chuẩn 802.16e đưa ra năm 2005 có chửa đổi bổ sung chuẩn 802.16d, thay đổi
lớp MAC để giới hạn di động.
Chuẩn 802.16 dành cho công nghệ WiMax (World Interoperability for

MicroAccess) là một công nghệ nâng cao dựa trên chuẩn mở được thiết kế cho việc truy
nhập Internet diện rộng tốc độ cao với giá thành chi phí thấp, cách thức triển khai mềm dẻo.
Công nghệ WiMax ngày nay được chia ra thành 2 công nghệ chính đó là công
nghệ WiMax cố định theo chuẩn IEEE 802.16d – 2004 và công nghệ WiMax di động
theo chuẩn IEEE 802.16e – 2005.
Công nghệ WiMax lớp vật lý (PHY): sử dụng 256 sóng mang cho phương thức
ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM cung cấp giao tiếp đa truy cập tới các
trạm kết nối đa truy cập dựa theo kỹ thuật phân chia theo thời gian.
Lược đồ OFDM sử dụng 2046 sóng mang cung cấp giao tiếp đa truy cập bằng
việc gán các sóng mang cho từng thiết bị nhận riêng. Hỗ trợ điều chế theo QPSK và
64-QAM cho WiMax di động. Mỗi frame truyền hết khoảng thời gian là 5ms và có 48
H09VT7

23