Định tuyến tối ưu trong mạng ADHOC

Mẫu 1b
MẪU TRANG PHỤ BÌA LUẬN VĂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------ĐÀO HƯNG

ĐỊNH TUYẾN TỐI ƯU TRONG MẠNG ADHOC

Chuyên ngành : Điện tử viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1.TS. ĐỖ TRỌNG TUẤN

Hà Nội – Năm 2012


LÝ LỊCH KHOA HỌC
(Dùng cho học viên cao học)

I. Sơ lược lý lịch:
Họ và tên:
Đào Hưng
Giới tính:
Nam
ảnh 4x6
Sinh ngày: 11 tháng 01 năm 1985
Nơi sinh(Tỉnh mới): Nam Định

Quê quán: Trực Định- Trực Ninh- Nam Định
Chức vụ: Giảng viên
Đơn vị công tác: Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:71A Phạm Ngọc Thạch-Lộc Hạ- Nam Định
Điện thoại CQ: ................................. Điện thoại NR:
Điện thoại di động: 0982112501
Fax: ................................................... E-mail :

II. Quá trình đào tạo:
1. Trung học chuyên nghiệp (hoặc cao đẳng):
- Hệ đào tạo(Chính quy, tại chức, chuyên tu) : Thời gian đào tạo: từ. . . . /. . . . .. đến.
- Trường đào tạo. ....................................................................................................................................
- Ngành học: ....................................................... Bằng tốt nghiệp đạt loại:
2. Đại học:
- Hệ đào tạo(Chính quy,tại chức, chuyên tu) : Chính quy. Thời gian đào tạo: từ. 08 /2003 đến 06 /2008
- Trường đào tạo: Đại học Bách Khoa Hà Nội
- Ngành học: Điện tử Viễn thông
Bằng tốt nghiệp đạt loại: Khá
3. Thạc sĩ:
- Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo: từ 10/2009 đến 04/2012
- Chuyên ngành học: Điện tử Viễn thông
- Tên luận văn: Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc
- Người hướng dẫn Khoa học: TS. Đỗ Trọng Tuấn
4. Trình độ ngoại ngữ (Biết ngoại ngữ gì, mức độ nào): Tiếng Anh- Toefl ITP 453
III. Quá trình công tác chuyên môn kể từ khi tốt nghiệp đại học:
Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhận
01/02/2009 đến nay

Trường Đại học Kinh tế Kỹ
Giảng dạy
Thuật Công nghiệp
IV. Các công trình khoa học đã công bố:
Tôi cam đoan những nội dung viết trên đây là đúng sự thật.
Ngày29 tháng 03 năm 2012
NGƯỜI KHAI KÝ TÊN

Đào Hưng


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa.................................................................................................

1

Lời cam đoan.................................................................................................

4

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt.........................................................

5

Danh mục các bảng.......................................................................................

6

Danh mục các hình vẽ, đồ thị.......................................................................

7

LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................

8

Chương 1 – Khái quát chung về mạng Adhoc..............................................
1.1 Đặt vấn đề.............................................................................................

9
9

1.1.1 Khái niệm về WLAN.....................................................................

10

1.1.2 Lịch sử ra đời mạng WLAN..........................................................

10

1.1.3 Một số ưu nhược điểm của WLAN...............................................

11

1.1.3.1 Ưu điểm của WLAN.............................................................

11

1.1.3.2 Nhược điểm của WLAN.......................................................

12

1.2 Các mô hình mạng không dây.............................................................

13

1.2.1 Giới thiệu về mạng không dây.......................................................
1.2.2 Giới thiệu về mạng hạ tầng............................................................

13
15

1.2.3 Giới thiệu về mạng Adhoc.............................................................

15

1.3 Mạng Adhoc..........................................................................................
1.3.1 Khái niệm và một số đặc điểm chung của mạng Adhoc................

18
18

1.3.2 Ví dụ về mạng Adhoc.....................................................................
1.3.3 Các ứng dụng của mạng Adhoc.....................................................

20
21

1.3.4 Một số vấn đề cần quan tâm trong mạng Adhoc............................
1.4 Giới thiệu về mạng MANET ...............................................................

22
24

1.5 Giới thiệu về mạng VANET.................................................................
Chương 2 - Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc........................................

26
28

2.1 Khái niệm..............................................................................................

28

2.1.1 Định tuyến tối ưu............................................................................

28

2.1.2 Yêu cầu đối với các giao thức định tuyến trong mạng Adhoc........
2.1.3 Các tham số định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc.........................
2.2 Phân loại giao thức định tuyến trong mạng Adhoc...............................

29
30
31

HVTH:Đào Hưng

2


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

2.2.1 Giao thức định tuyến DSDV.........................................................

34

2.2.2 Giao thức định tuyến DSR............................................................
2.2.3 Giao thức định tuyến AODV........................................................

36
39

2.2.4 Giao thức định tuyến TORA.........................................................

44

2.2.5 Giao thức định tuyến GPSR..........................................................

45

Chương 3 – Mô phỏng và đánh giá hiệu năng các giao thức định tuyến.....
3.1 Mô phỏng trên mô hình hiện trường tìm kiếm cứu nạn.....................

49
49

3.2 Mô phỏng trên mô hình đường cao tốc 3 làn xe................................

57

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO..........................

62

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................

63

PHỤ LỤC...................................................................................................

65

HVTH:Đào Hưng

3


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn với đề tài:" Định tuyến tối ưu trong mạng
Adhoc" do tôi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Đỗ Trọng
Tuấn. Các số liệu và kết quả hoàn toàn trung thực.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu điều đó không đúng sự thật!
Học viên thực hiện

Đào Hưng

HVTH:Đào Hưng

4


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

Danh mục từ viết tắt
Từ viết tắt

Thuật ngữ tiếng Anh

Thuật ngữ tiếng Việt

AODV

Adhoc On-demand Distance
Vector

Giao thức định tuyến vector
khoảng cách theo yêu cầu

AP

Access Point

Điểm truy cập

CBR

Constan Bit Rate

Tốc độ bit không đổi

DSDV

Destination-Sequenced Distance
Vector

Giao thức định tuyến vector
khoảng cách tuần tự đích

DSR

Dynamic Source Routing

Định tuyến nguồn động

IEEE

Institute of Electrical and
Electronics Engineers

Viện kỹ nghệ Điện Điện tử

LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

MAC

Media Access Control

Điều khiển truy cập thiết bị

MANET

Mobile Adhoc NETwork

Mạng di động bất định

NS-2

Network Simulator 2

Chương trình mô phỏng mạng

NAM

Network Animation

Giao diện mô phỏng

OLSR

Optimized Link State Routing
Protocol

Giao thức định tuyến trạng thái
liên kết tối ưu

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

OTcl

Object oriented extension of Tcl

Đối tượng mở rộng của Tcl

RREP

Route Reply

Bản tin trả lời định tuyến

RREQ

Route Request

Bản tin yêu cầu định tuyến

TORA

Temporally-Ordered Routing
Algorithm

Giao thức định tuyến theo thứ tự
thời gian

Tcl

Tool Command language

Ngôn ngữ thông dịch

WLAN

Wireless LAN

Mạng cục bộ không dây

VANET

Vehicular Adhoc Network

Mạng xe cộ bất định

HVTH:Đào Hưng

5

Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

Danh mục bảng biểu
Bảng 2.1 Ví dụ bảng định tuyến........................................................................

35

Bảng 3.1 Thông số mô hình mạng Adhoc hiện trường tìm kiếm......................
Bảng 3.2 Thông số mô hình đường cao tốc 3 làn xe.........................................

50
57

HVTH:Đào Hưng

6


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

Danh mục hình vẽ
Hình 1.1 Mô hình mạng không dây.....................................................................
Hình 1.2 Mạng WLAN........................................................................................
Hình 1.3 Mô hình mạng Adhoc...........................................................................
Hình 1.4 Ví dụ cơ bản về mạng Adhoc...............................................................
Hình 1.5 Mô hình mạng VANET........................................................................

14
15

17
20
26

Hình 2.1 So sánh chế độ IEEE Adhoc và giao thức định tuyến..........................
Hình 2.2 Phân loại giao thức định tuyến trong mạng Adhoc..............................
Hình 2.3 Quá trình tìm kiếm đường của DSR.....................................................
Hình 2.4 Gửi trả lại tuyến đường về cho nút nguồn............................................
Hình 2.5 Quá trình truyền của RREP..................................................................
Hình 2.6 Đường đi của gói tin RREP trở về nguồn............................................
Hình 2.7 Minh họa về thuật toán định tuyến Greedy..........................................
Hình 2.8 Nhược điểm của thuật toán chuyển tiếp Greedy..................................
Hình 2.9 Ví dụ về giao thức định tuyến GPSR...................................................

28
32
38
39
42
42
46
46
48

Hình 3.1 Mô hình mô phỏng mạng Adhoc tìm kiếm hiện trường......................
Hình 3.2 Mô hình mô phỏng đường cao tốc 3 làn xe.........................................

49
58

HVTH:Đào Hưng

7


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

Lời nói đầu
Ngày nay, khi công nghệ ngày càng phát triển với sự xuất hiện phổ biến của các
thiết bị di động cá nhân như Smartphone,PDAs,Laptop... thì nhu cầu kết nối và trao
đổi dữ liệu giữa các thiết bị này càng đòi hỏi cao và tiện lợi. Công nghệ mạng nói
chung và mạng không dây nói riêng cũng gần đi đến giới hạn cuối cùng là mô hình
mạng Adhoc không cần cơ sở hạ tầng. Tuy nhiên vấn đề áp dụng và triển khai mạng
này vẫn chưa được thực hiện rộng rãi vì còn nhiều vấn đề chưa giải quyết triệt để.
Vấn đề quan trọng nhất chính là vấn đề định tuyến cho mạng có Topo luôn thay đổi
sao cho đạt hiệu quả cao nhất.

Chính vì thế tôi quyết định nghiên cứu đề tài:"Định tuyến tối ưu trong mạng
Adhoc". Đề tài tập trung mô phỏng và đánh giá hiệu suất của các giao thức định
tuyến đang được nghiên cứu và ứng dụng để có thể đưa ra quyết định lựa chọn giao
thức định tuyến tối ưu cho từng mô hình mạng Adhoc cụ thể.

Để hoàn thành được luận văn tôi xin cám ơn sự quan tâm giúp đỡ và chỉ bảo của các
Thầy, Cô trong Viện Điện tử Viễn Thông. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS.
Đỗ Trọng Tuấn, Thầy đã tận tình định hướng và hướng dẫn tôi đi đến kết quả. Cuối
cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi trong
thời gian thực hiện luận văn.
Vì điều kiện thời gian và khả năng có hạn nên chắc chắn luận văn còn nhiều thiếu
sót. Tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp để luận văn của tôi hoàn thiện hơn
và có thể tiếp tục phát triển.

Tôi xin chân thành cảm ơn !

HVTH:Đào Hưng

8


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

Chương 1: Khái quát chung về mạng Adhoc
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
mobile 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.

HVTH:Đào Hưng

9


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

1.1.1 Khái niệm về WLAN
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) 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).

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

HVTH:Đào Hưng

10


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

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 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 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

HVTH:Đào Hưng

11


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

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

HVTH:Đào Hưng

12

Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

chuẩn 802.11n việc truyền thông có thể đạt tốc độ từ 100-200Mbit/s.
- 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 Các mô hình mạng không dây
1.2.1 Giới thiệu về mạng không dây
Mạng không dây là mạng được thiết lập bằng cách sử dụng tần số sóng vô tuyến để
truyền thông giữa các máy tính và các thiết bị mạng khác.

Các cuộc thử nghiệm về mạng không dây bắt đầu từ năm 1894 do Guglielmo
Marconi thực hiện. Tới năm 1899 marconi đã thực hiện gửi một bức điện qua kênh
đào Anh mà không sử dụng bất kỳ loại dây nào. Từ đó tới nay, trải qua nhiều cải
tiến về công nghệ, mạng không dây đã thu hút được sự chú ý và phát triển ngày
càng mạnh mẽ, trở lên rất quan trọng trong sự phát triển của loài người. So với
mạng có dây truyền thống, mạng không dây có những đặc trưng riêng.

HVTH:Đào Hưng

13


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

Hình 1.1 Mô hình mạng không dây

 Trong mạng không dây, các nút có thể di chuyển ra khỏi mạng hoặc đi vào
trong mạng làm cho topo mạng thay đổi, điều này hiếm khi xảy ra trong
mạng có dây.
 Khác với sự bền vững của các liên kết trong mạng có dây, sự liên kêt trong
mạng không dây thay đổi liên tục dưới tác động của các yếu tố năng lượng,
độ nhạy của các thiết bị thu, sự ảnh hưởng của môi trường, fading và nhiễu.
 Mạng di động có tỉ lệ lỗi cao và bị giới hạn về mặt băng thông cũng như
năng lượng.

Dựa theo tính phụ thuộc vào các thiết bị hạ tầng cố định, mạng không dây có thể
được chia làm hai mô hình chính: Mô hình mạng hạ tầng ( Infrastructure-based
Network ) và mô hình mạng Ad-hoc.

HVTH:Đào Hưng

14


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

1.2.2 Giới thiệu về mạng hạ tầng
Trong mạng hạ tầng có các điểm truy cập AP (access-point) cố định đóng vai trò là
các điểm truy cập cho các nút di động trong phạm vi phủ sóng của nó. Các AP được
kết nối với nhau hình thành nên một xương sống (backbone) cho một mạng hạ tầng.
Một số ví dụ cho mạng này là mạng di động tế bào (cellular) và mạng WLAN.

Hình 1.2 Mạng WLAN

1.2.3 Giới thiệu về mạng Ad-hoc
Khác với mô hình hạ tầng ở trên, mạng Ad-hoc tự mình tổ chức mạng một cách tự
động mà không cần cơ sở hạ tầng hỗ trợ (chỉ cần có hai thiết bị không dây là có thể
tạo ra một mạng Ad-hoc).

Trong một mạng Ad-hoc các nút di chuyển tự do, đồng thời không có các AP cố
định kết nối với nhau tạo lên mạng xương sống nên topo mạng có thể bị thay đổi
một cách nhanh chóng mà không thể dự đoán được. Hơn nữa các nút trong mạng
Ad-hoc bị giới hạn phạm vi truyền (khoảng cách vô tuyến) làm cho một số nút
không thể giao tiếp trực tiếp với một nút khác. Vì thế các nút mạng phải đóng vai
trò như các router để tạo nên một mạng hoàn chỉnh.

HVTH:Đào Hưng

15


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

Mạng Ad-hoc là mô hình phát triển cuối cùng của thông tin không dây (thông tin vô
tuyến). Công nghệ này cho phép các nút mạng truyền thông trực tiếp với nhau thông
qua các bộ thu phát không dây (wireless transceiver) mà không cần bất kỳ một cơ

sở hạ tầng nào. Đây là một đặc trưng riêng biệt của mạng Ad-hoc so với mạng
không dây truyền thống: như mạng di động tế bào(cellular networks) hay mạng
WLAN, trong đó nút mạng truyền thông với nhau thông qua các trạm vô tuyến cơ
sở(base Station) hoặc các điểm truy cập (Access point)

Mạng Ad-hoc được mong chờ sẽ tạo ra một cuộc cách mạng thông tin không dây
trong thời gian tới khi được bổ sung vào các mô hình mạng truyền thống. Mạng
Ad-hoc có thể ứng dụng trong phạm vi nhỏ (như kết nối các máy tính trong một văn
phòng, điều này đã được ứng dụng trong vài năm gần đây) hoặc trong phạm vi lớn
hơn (như kết nối thông tin giữa các phương tiện giao thông, giúp truyền bản tin giao
thông hoặc các ứng dụng multimedia giữa các phương tiện này). Với công nghệ
Ad-hoc, các thiết bị cầm tay đủ chủng loại (như điện thoại di động, các thiết bị cầm
tay thông minh PDAs, máy tính xách tay...) cùng với các thiết bị cố định (như máy
tính cá nhân không dây PC có bộ thu phát không dây, các trạm vô tuyến cơ sở, các
điểm truy cập internet không dây...) có thể kết nối với nhau tạo thành một mạng
thông tin toàn cầu, rộng khắp.

HVTH:Đào Hưng

16


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

Hình 1.3 Mô hình mạng Ad-hoc

Trong tương lai, công nghệ mạng Ad-hoc có thể là một lựa chọn rất hữu ích đặc biệt
trong những trường hợp không thể xây dựng cơ sở hạ tầng hoặc cơ sở hạ tầng bị phá
hủy. Lấy ví dụ về tình huống sau: một cơn động đất khủng khiếp xảy ra, tàn phá
mọi thứ trong thành phố bao gồm nhà cửa, điện đường, các công trình công cộng,

trong đó có hầu hết các cơ sở hạ tầng viễn thông (như đường dây điện thoại,
internet, các trạm vô tuyến cơ sở...) Khi đó hoạt động cứu nạn cứu hộ trở nên cấp
bách, đòi hỏi sự kết hợp giữa nhiều bộ phận cứu hộ với nhau (như lính cứu hỏa,
cảnh sát, nhân viên y tế, quân đội, các tình nguyện viên...). Nhưng điều này chỉ có
thể được thực hiện khi đảm bảo được sự thông tin liên lạc giữa các nhóm với nhau,
hoặc các nhóm này với chính nạn nhân của thảm họa. Do hệ thống cơ sở hạ tầng
viễn thông đã bị phá hủy, việc thông tin liên lạc qua công nghệ này rõ ràng không
thể thực hiện được. Cho dù các đội cứu hộ có được trang bị máy vô tuyến cầm tay
hoặc các thiết bị tương tự khác nhưng không thể truy nhập được với các điểm truy
cập cố định. Chỉ những kết nối giữa các thành viên trong đội cứu hộ đứng gần nhau

HVTH:Đào Hưng

17


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

mới có thể thực hiện được. Như vậy, cần phải thực hiện công việc sửa chữa các
thiết bị viễn thông, các cơ sở viễn thông cố định. Điều này là vô cùng khó khăn
trong hoàn cảnh thiên tai khủng hoảng.

Khó khăn này có thể được giải quyết (hoặc có thể hạn chế) đáng kể nếu những công
nghệ mạng Ad-hoc được áp dụng. Bằng cách sử dụng mạng Ad-hoc với các thiết bị
viễn thông cầm tay, việc liên lạc giữa các đội cứu hộ hoặc với người bị nạn dù ở
cách xa nhau cũng có thể thực hiện đươc. Trong thành phố với mật độ các thiết bị
vô tuyến đủ lớn, các liên lạc trong phạm vi thành phố có thể thực hiện được, cho
phép sự hợp tác phối hợp với nhau mà không cần thiết lập các cơ sở viễn thông cố
định.

Hai mô hình mạng Ad-hoc được đề xuất trong thời gian gần đây là mô hình mạng
MANET (Mobile Ad-hoc Network) và mô hình mạng VANET (Vehicular Ad-hoc
Network).

1.3 Mạng Ad-hoc
1.3.1 Khái niệm và một số đặc điểm chung của mạng Ad-hoc
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, PDAs
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

HVTH:Đào Hưng

18


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

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.

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, PDAs, 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.

HVTH:Đào Hưng

19


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

1.3.2 Ví dụ về mạng Ad-hoc

Hình 1.4 Ví dụ cơ bản về mạng Ad-hoc

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 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.

HVTH:Đào Hưng

20


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

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.

1.3.3 Các ứng dụng của mạng Ad-hoc
- 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.

HVTH:Đào Hưng

21

Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong 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
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 nên 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.

1.3.4 Một số vấn đề cần quan tâm trong mạng Ad-hoc
- 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
thông tin và truyền thông). 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

HVTH:Đào Hưng

22


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

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.

- 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

HVTH:Đào Hưng

23


Luận văn Thạc sĩ khoa học:Định tuyến tối ưu trong mạng Adhoc

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.

1.4 Giới thiệu về mạng MANET

Mạng MANET (Mobile Ad-hoc NetWord) là một tập hợp của những nút mạng
không dây, những nút này có thể được thiết lập tại bất kỳ thời thời điểm nào và tại
bất kỳ nơi đâu. Mạng MANET không dựa trên bất kỳ một cơ sở hạ tầng nào. Nó là
một hệ thống tự trị mạng máy chủ di động được kết nối bằng đường vô tuyến và có
thể di chuyển tự do, thường hoạt động như một router.

Các đặc trưng của mạng MANET
 Thiết bị tự trị đầu cuối (Automonous Teminal): Trong mạng MANET,
mỗi thiết bị di động đầu cuối là một nút tự trị. Nó có thể mang chức năng của
host và router. Bên cạnh khả năng xử lý cơ bản của một host, các nút di động
này có khả năng chuyển đổi như một router. Vì vậy thiết bị đầu cuối và
chuyển mạch không thể phân biệt được trong mạng MANET.
 Hoạt động phân tán (Distributed operation): Vì không có hạ tầng mạng
cho việc kiểm soát hoạt động mạng cho các thiết bị đầu cuối. Các nút mạng
trong MANET đòi hỏi phải có sự phối hợp với nhau. Khi cần thiết các nút
hoạt động như một relay để thực hiên chức năng của mình (như bảo mật và
định tuyến).

HVTH:Đào Hưng

24