Các phương pháp định tuyến trong mạng AD HOC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------MAI VĂN LINH

MAI VĂN LINH

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN
THÔNG

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG ADHOC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

2009
Hà Nội – 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------MAI VĂN LINH

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG ADHOC

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Tử Viễn Thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TRUNG

Hà Nội – 2012


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc

MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................1 
LỜI NÓI ĐẦU ...........................................................................................................5 
TÓM TẮT ĐỒ ÁN .....................................................................................................7 
ABSTRACT................................................................................................................8 
DANH SÁCH HÌNH VẼ ............................................................................................9 
DANH SÁCH BẢNG BIỂU .....................................................................................10 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC VÔ TUYẾN ...........................11 
1.1 

KHÁI NIỆM VỀ MẠNG AD HOC VÔ TUYẾN.......................................................11 

1.2 

CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MẠNG AD HOC ................................................................13 

1.2.1 

Tính không đồng nhất của các thiết bị .......................................................13 

1.2.2 

Các đặc trưng lưu lượng trong Ad hoc ......................................................13 

1.2.3 

Các kiểu truyền thông trong Ad hoc ..........................................................14 

1.2.4 

Sự di chuyển máy chủ.................................................................................14 

1.2.5 

Các hình thức chuyển động của các nút trong một tuyến ..........................14 

1.2.6 

Sự chuyển động của các nút cầu nối ..........................................................15 

1.2.7 

Sự di chuyển đồng thời các nút mạng ........................................................16 

1.3 

ỨNG DỤNG TRONG MẠNG AD HOC VÔ TUYẾN..............................................17 

1.3.1 

Dịch vụ khẩn cấp........................................................................................17 

1.3.2 

Hội nghị......................................................................................................17 

1.3.3 

Home Networking.......................................................................................18 

1.3.4 

Mạng cá nhân (PAN) .................................................................................18 

1.3.5 

Hệ thống nhúng (embeded system) ............................................................19 

1.3.5.1 
1.3.6 
1.4 

Mạng xe cộ (vehicular network) ................................................................19 
Mạng cảm biến(sensor network)................................................................20 

NHỮNG THÁCH THỨC ĐỐI VỚI MẠNG AD HOC.............................................20 

1.4.1 

Hiệu quả sử dụng nguồn nuôi ....................................................................20 

1.4.2 

Trạm ẩn/ hiện đầu cuối ..............................................................................21 

1.4.3 

Cơ chế truy nhập ........................................................................................22 

1.4.4 

Định tuyến và chuyển tiếp gói tin trong Ad hoc.........................................22 

1.4.5 

Chất lượng dịch vụ (QoS) ..........................................................................23 

1.4.6 

Tính an toàn và bảo mật.............................................................................23 

CHƯƠNG 2. ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG AD HOC .........................................24 
Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 1 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc
2.1 

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CỔ ĐIỂN ..................................................................24 

2.1.1 

Định tuyến dựa trên trạng thái liên kết ......................................................24 

2.1.2 

Định tuyến dựa trên vector khoảng cách ...................................................25 

2.2 

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG AD HOC .............................................25 

2.2.1 

Các yêu cầu chung .....................................................................................25 

2.2.2 

Phân loại ....................................................................................................27 

2.2.2.1 

Định tuyến tiên phong, tương tác và lai ....................................................28 

2.2.2.2 

Cấu trúc và phân bổ tiến trình định tuyến .................................................29 

2.2.2.3 

Khai thác các metric mạng cho định tuyến................................................30 

2.3 

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OLSR ........................................................................31 

2.3.1 

Tổng quan giao thức ..................................................................................31 

2.3.2 

Multipoint relay..........................................................................................32 

2.3.3 

Sự hoạt động của giao thức.......................................................................35 

2.3.4 

Sự hoạt động của lõi ..................................................................................35 

2.3.4.1 

Định dạng và gửi gói tin ............................................................................35 

2.3.4.2 

Nhận thức với liên kết ................................................................................37 

2.3.4.3 

Phát hiện hàng xóm ...................................................................................38 

2.3.4.4 

Sự chọn lọc MPR và tín hiệu hóa MPR ....................................................38 

2.3.4.5 

Sự truyền bá bản tin điều khiển topo .........................................................38 

2.3.4.6 

Tính toán tuyến ..........................................................................................38 

2.3.5 
2.4 

Ưu điểm và nhược điểm của giao thức định tuyến OLSR ..........................38 

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DSR...........................................................................39 

2.4.1 

Định tuyến nguồn .......................................................................................39 

2.4.2 

Khám phá tuyến..........................................................................................40 

2.4.3 

Duy trì tuyến...............................................................................................43 

2.4.4 

Các chức năng mở rộng của Khám phá tuyến ...........................................44 

2.4.4.1 

Cất giữ thông tin định tuyến nghe lỏm được .............................................44 

2.4.4.2 

Trả lời Yêu cầu tuyến sử dụng Bộ nhớ tuyến.............................................45 

2.4.4.3 

Giới hạn số chặng Yêu cầu tuyến ..............................................................45 

2.4.5 

Các chức năng mở rộng của Duy trì tuyến ................................................46 

2.4.5.1 

Tận dụng lại tuyến .....................................................................................46 

2.4.5.2 

Các gói tin xếp hàng được định sẵn trên một liên kết hỏng ......................46 

2.4.5.3 

Tự động thu ngắn tuyến .............................................................................47 

2.4.5.4 

Tăng quá trình truyền lan các bản tin Lỗi tuyến .......................................48 

2.4.6 

Sự mở rộng trạng thái luồng tùy chọn .......................................................48 

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 2 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc
2.4.7 

Định dạng DSR Options header.................................................................49 

2.4.7.1 

Route Request Option ................................................................................49 

2.4.7.2 

Route Reply Option....................................................................................51 

2.4.7.3 

Route Error Option....................................................................................52 

2.4.7.4 

Acknowledgement Request Option.............................................................52 

2.4.7.5 

Acknowledgement Option ..........................................................................53 

2.4.8 
2.5 

Ưu điểm và nhược điểm của giao thức định tuyến DSR ............................53 

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV .......................................................................54 

2.5.1 

Khám phá tuyến..........................................................................................55 

2.5.2 

Thiết lập tuyến đường ngược .....................................................................56 

2.5.3 

Thiết lập tuyến đường thuận ......................................................................57 

2.5.4 

Quản lý bảng định tuyến ............................................................................58 

2.5.5 

Duy trì tuyến...............................................................................................60 

2.5.6 

Quản lý kết nối cục bộ................................................................................61 

2.5.7 

Định dạng bản tin.......................................................................................61 

2.5.7.1 

Định dạng bản tin RREQ ...........................................................................62 

2.5.7.2 

Định dạng bản tin RREP ...........................................................................63 

2.5.7.3 

Định dạng bản tin RERR ...........................................................................64 

2.5.8 

Định dạng bản tin RREP-ACK...................................................................64 

2.5.9 

Ưu điểm và nhược điểm của giao thức định tuyến AODV .........................65 

2.6 

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DYMO.......................................................................65 

CHƯƠNG 3. THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ VÀ MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG
TRONG MÔ PHỎNG MẠNG AD HOC..............................................................68 
3.1 

THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ GIAO THỨC MẠNG AD HOC .......................................68 

3.1.1 

Thông số đánh giá chất lượng....................................................................68 

3.1.1.1 

Tỷ lệ gói nhận được ...................................................................................68 

3.1.1.2 

Trễ từ đầu cuối đến đầu cuối .....................................................................68 

3.1.1.3 

Thông lượng từ đầu cuối đến đầu cuối ......................................................69 

3.1.1.4 

Phần tải thông tin định tuyến.....................................................................69 

3.1.2 

Thông số kịch bản ......................................................................................69 

3.1.2.1 

Thông số di chuyển ....................................................................................70 

3.1.2.2 

Thời gian tạm dừng....................................................................................71 

3.2 

MÔ HÌNH DI CHUYỂN MÔ PHỎNG MẠNG AD HOC .......................................71 

3.2.1 

Mô hình di chuyển ngẫu nhiên ...................................................................71 

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 3 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc
3.2.2 

Mô hình di chuyển hướng ngẫu nhiên với vận tốc không đổi ....................71 

3.2.3 

Mô hình di chuyển Random Waypoint .......................................................72 

3.2.4 

Mô hình di chuyển hướng ngẫu nhiên........................................................72 

CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ TỶ LỆ NHẬN GÓI CHO CÁC GIAO THỨC ĐỊNH
TUYẾN MẠNG AD HOC DÙNG OMNET ++....................................................74 
4.1 

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ OMNET++ ..................................................................74 

4.1.1 

Ứng dụng....................................................................................................75 

4.1.2 

Chạy các ứng dụng trong OMNeT++........................................................75 

4.2 

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG..........................................................................................78 

4.2.1 

Khởi tạo mô phỏng.....................................................................................78 

4.2.2 

Một số hình ảnh mô phỏng.........................................................................78 

4.2.3 

Đánh giá tỉ lệ nhận gói theo thời gian dừng ..............................................83 

4.2.4 

Đánh giá tỉ lệ gói nhận theo tốc độ phát gói..............................................84 

4.2.5 

Đánh giá và kết luận ..................................................................................88 

KẾT LUẬN ..............................................................................................................89 
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................91 
BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT..............................................................................93 
PHỤ LỤC................................................................................................................95 

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 4 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc

LỜI NÓI ĐẦU
Ưu điểm của mạng máy tính đã được thể hiện khá rõ trong mọi lĩnh vực của
cuộc sống. Đó chính là sự trao đổi, chia sẻ, lưu trữ và bảo vệ thông tin. Bên cạnh
nền tảng mạng máy tính hữu tuyến, mạng máy tính không dây ngay từ khi ra đời đã
thể hiện nhiều ưu điểm nổi bật về độ linh hoạt, tính giản đơn, khả năng tiện dụng.
Ad hoc là một phần trong công nghệ thông tin hiện nay, trong đó người sử dụng
trao đổi thông tin với nhau không cần hạ tầng cơ sở mạng cố định và hay chịu sự
quản lý tập trung. Mỗi nút mạng bao gồm cả chức năng máy trạm và router, chúng
sẵn sàng chuyển tiếp các gói tin trong mạng. Do cấu trúc topo mạng động, thường
xuyên phải đáp ứng, thích nghi với những yêu cầu mới nên định tuyến trong mạng
Ad hoc là một vấn đề rất quan trọng. Giao thức định tuyến phải giảm lưu lượng điều
khiển, đơn giản tính toán đường định tuyến. Chính vì thế giao thức định tuyến đóng
vai trò quan trọng trong vận hành mạng Ad hoc.
Luận văn là tổng quan về bốn giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc: DSR,
DYMO, AODV, OLSR; đánh giá các giao thức đó dựa trên công mô phỏng
OMNET++. Do thời gian cũng như trình độ còn hạn chế, luận văn không tránh khỏi
những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp.
Để có thể hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này, em đã được học hỏi những
kiến thức quý báu từ các thầy, cô giáo của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong
suốt năm năm đại học. Em vô cùng biết ơn sự dạy dỗ, chỉ bảo tận tình của các thầy,
các cô trong thời gian học tập này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn của mình tới thầy Nguyễn Quốc Trung – Bộ môn
Kỹ thuật thông tin – Khoa Điện tử viễn thông – Trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội, người đã định hướng cho những nghiên cứu của em, người trực tiếp hướng dẫn

và chỉ bảo em hoàn thành luận văn này.

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 5 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn tạo điều kiện thuận lợi,
động viên và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu đồ án. Ngoài ra,
kiến thức thu được từ các thầy cô cũng là nguồn cổ vũ tinh thần lớn nhất giúp em có
thể tập trung và hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này.
Hà Nội, tháng 4 - 2012
Học viên
Mai Văn Linh

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 6 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Mạng Ad hoc là một công nghệ hữu dụng trong mạng không dây. Công nghệ
này cho phép các nút mang giao tiếp trực tiếp với nhau bằng cách sử dụng máy thu
phát vô tuyến mà không cần có cơ sở hạ tầng cố định. Đây là một đặc trưng riêng
của mạng Ad hoc so với các mạng truyền thống trước đây như mạng cellular hay
mạng không dây LAN khi ở đó các nút giao tiếp với nhau thông qua BS. Tuy nhiên,
mang Ad hoc phải đối mặt với một số thách thức như giới hạn phạm vi truyền dẫn,

vấn đề trạm ẩn, mất gói do lỗi đường truyền, sự chuyển động của các nút mạng làm
thay đổi định tuyến, sự rằng buộc về băng thông và năng lượng. Giao thức định
tuyến được sử dụng để Khám phá tuyến giữa các nút giúp cho việc giao tiếp trong
mạng dễ dàng hơn. Mục đích chính của môt giao thức định tuyến trong mạng Ad
hoc là thiết lập tuyến đường chính xác và hiệu quả giữa các cặp nút. Luận văn đưa
ra tổng quan về bốn giao thức định tuyến: DYMO, DSR, AODV, OLSR, sử dụng
công cụ mô phỏng OMNET++ và đánh giá các giao thức này dựa trên các thông số
đặt ra.

Luận văn gồm 5 chương
• Chương 1: Tổng quan về mạng Ad hoc vô tuyến
• Chương 2: Định tuyến cho mạng Ad hoc
• Chương 3: Thông số đánh giá và mô hình chuyển động trong mô phỏng
mạng Ad hoc 
• Chương 4: Đánh giá tỷ lệ nhận gói cho các giao thứ định tuyến mạng Adhoc
dùng Omnet ++
• Chương 5: Kết luận

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 7 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc

ABSTRACT
Ad hoc networks are the ultimate frontier in wireless communication. This
technology allows network nodes to communicate directly to each other using
wireless transceivers without the need for a fixed infrastructure. This is a very
distinguishing feature of ad hoc networks with respect to more traditional wireless

networks, such as cellular networks and wireless LAN, in which nodes
communicate with each other through BS. Some challenges that ad hoc networking
faces are limited wireless transmission range, hidden terminal problems, packet
losses due to transmission errors, mobility- induced route changes, bandwidth and
battery constraints. In order to facilitate communication within the network, a
routing protocol is used to discover routes between nodes. The primary goal of such
an Ad hoc network routing protocol is correct and efficient route establishment
between a pair of nodes so that message may be delivered in a timely manner. This
thesis provides an overview of four different routing protocols: DYMO, DSR,
AODV, OLSR, uses OMNET++ simulator and evaluates these protocols based on a
given set of parameters.

The thesis has a total of 5 chapters:
• Chapter 1: Overview of Ad hoc network
• Chapter 2: Routing in Ad hoc network
• Chapter 3: Protocol Evaluation parameters and Mobility models for Ad hoc
network simulation
• Chapter 4: Simulating in OMNET++
• Chapter 5: Summary

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 8 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Mô hình Ad hoc gồm 4 nút mạng ...................................................................11
Hình 1.2 Các mô hình lưu lượng đối với môi trường không dây tùy biến ...................14

Hình 1.3 Sự chia tách và hợp nhất các mạng con di động tùy biến ..............................16
Hình 1.4 Ứng dụng cho các dịch vụ khẩn cấp khi có thiên tai .....................................17
Hình 1.5 Ứng dụng trong các hội nghị..........................................................................18
Hình 1.6 Ứng dụng cho home networking....................................................................18
Hình 1.7 Ứng dụng cho mạng cá nhân..........................................................................19
Hình 1.8 Ứng dụng cho mạng xe cộ .............................................................................20
Hình 1.9 Thách thức vấn đề trạm ẩn/hiện ......................................................................22
Hình 2.1 Hệ tọa độ cơ bản mô tả trường mạng Ad Hoc ...............................................26
Hình 2.2 Bảng phân loại các giao thức định tuyến trong AD HOC .............................28
Hình 2.3 Quá trình phát tràn lan bản tin quảng bá........................................................33
Hình 2.4 Giao thức định tuyến OLSR...........................................................................34
Hình 2.5 Định dạng gói tin OLSR ................................................................................37
Hình 2.6 Quá trình khám phá tuyến ..............................................................................41
Hình 2.7 Quá trình duy trì tuyến ...................................................................................43
Hình 2.8 Cất giữ thông tin định tuyến nghe lỏm được .................................................45
Hình 2.9 Quá trình thu ngắn tuyến.................................................................................47
Hình 2.10 Định dạng DSR Options header...................................................................49
Hình 2.11 Định dạng Route Request Option của DSR .................................................50
Hình 2.12 Định dạng Reply Option của DSR...............................................................51
Hình 2.13 Định dạng Route Error Option của DSR .....................................................52
Hình 2.14 Định dạng ACK Request Option của DSR ...................................................52
Hình 2.15 Định dạng ACK Options của DSR ..............................................................53
Hình 2.16 Hình thành tuyến đường đi ngược ...............................................................57
Hình 2.17 Hình thành tuyến đường đi thuận.................................................................58
Hình 2.18 Định dạng bản tin RREQ của AODV ..........................................................62
Hình 2.19 Định dạng RREP của AODV.......................................................................63
Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 9 

Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc
Hình 2.20 Định dạng RERR của AODV ......................................................................64
Hình 2.21 Định dạng RREP-ACK của AODV .............................................................65
Hình 2.22 Khác nhau cơ bản giữa AODV và DYMO ..................................................66
Hình 3.1 Mô hình di chuyển Random Waypoint ..........................................................72
Hình 3.2 Mô hình di chuyển hướng ngẫu nhiên ...........................................................73
Hình 4.1 Lược đồ xây dựng và chạy một chương trình mô phỏng OMNeT++............76
Hình 4.2 Quá trình gửi bản tin RREQ của DYMO.......................................................79
Hình 4.3 Quá trình gửi bản tin RREP của DYMO .......................................................80
Hình 4.4 Quá trình gửi gói tin dữ liệu của DYMO.......................................................81
Hình 4.5 Quá trình gửi ACK báo nhận của DYMO .....................................................82
Hình 4.6 Đánh giá tỷ lệ gói nhận được theo thời gian dừng.........................................84
Hình 4.7 Đánh giá tỉ lệ gói nhận của DSR theo tốc độ phát gói...................................86
Hình 4.8 Đánh giá tỷ lệ gói nhận của AODV theo tốc độ phát gói ..............................86
Hình 4.9 Đánh giá tỷ lệ gói nhận của OLSR theo tốc độ phát gói................................87
Hình 4.10 Đánh giá tỉ lệ gói nhận của DYMO theo tốc độ phát gói ............................87

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Bảng các biến trong thông số di chuyển.........................................................70
Bảng 4.1 Bảng giá trị thông số đánh giá theo thời gian dừng.......................................83
Bảng 4.2 Bảng giá trị các thông số đánh giá theo tốc độ phát gói................................85

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 10 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC VÔ TUYẾN
Chương này trình bày các khái niệm tổng quan nhất về mạng Ad hoc, các ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực cuộc sống của mạng Ad hoc. Đồng thời, đề cập đến các
thách thức mà mạng Ad hoc đang phải đối mặt.

1.1 KHÁI NIỆM VỀ MẠNG AD HOC VÔ TUYẾN
Mạng Ad hoc là tập hợp các node di động hoặc bán di động và không có cơ sở
hạ tầng trước, chỉ là mạng tạm thời. Mỗi node mạng có 1 giao diện vô tuyến và giao
tiếp với các node mạng khác thông qua sóng vô tuyến hoặc tia hồng ngoại. Máy tính
xách tay và PDA là ví dụ về node mạng trong mạng Ad hoc. Node mạng trong
mạng Ad hoc thông thường sẽ chuyển động nhưng cũng có những node đứng yên
(ví dụ như điểm truy nhập internet - AP). Node mạng bán tự động được sử dụng
như node chuyển tiếp tạm thời trong mạng.

Hình 1.1 Mô hình Ad hoc gồm 4 nút mạng
Trong Ad hoc không tồn tại khái niệm quản lý tập trung, nó đảm bảo mạng sẽ
không bị sập vì trường hợp nút mạng di chuyển ra ngoài khoảng truyền dẫn của các
nút mạng khác. Nút mạng có thể ra vào bất cứ lúc nào. Do khoảng truyền dẫn của
nút mạng là hạn chế nên chúng trao đổi thông tin bằng phương pháp truyền gói tin
qua nhiều bước (Multihops). Để làm được điều này, thì tất cả các nút mạng phải có
khả năng chuyển tiếp gói tin đến nút mạng khác, do vậy tất cả các nút mạng trong
Ad hoc có thể hoạt động như máy trạm và router. Nên nút mạng có thể bao gồm

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 11 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc
một router và một máy trạm liên kết với nhau. Một router thực hiện các giao thức

định tuyến, máy trạm di động có địa chỉ IP.
Các node trong mạng Ad hoc có khả năng hoạt động như các bộ định tuyến
theo yêu cầu. Để ngăn các gói không đi theo các tuyến vô tận, yêu cầu là các tuyến
được chọn không bị lặp. Tuy nhiên, khi topo mạng thay đổi thường xuyên, việc tìm
ra một tuyến chính thống giữa một cặp nguồn – đích có thể không có.
Ad hoc cũng có khả năng thực hiện thay đổi về cấu hình mạng và khắc phục sự
cố của nút mạng thông qua thủ tục cấu hình lại mạng. Các giao thức định tuyến có
cơ chế tự phát hiện các thay đổi về định tuyến thông qua các thuật toán định tuyến
thông thường như vector khoảng cách và trạng thái các liên kết. Nếu nút mạng rời
khỏi mạng sẽ gây ra sự cố liên kết, nút mạng bị ảnh hưởng có thể yêu cầu đường
định tuyến mới và vấn đề sẽ được giải quyết. Điều này sẽ gây ra trễ trên mạng, tuy
nhiên với người sử dụng Ad hoc vẫn hoạt động bình thường.
Một đăc điểm khác của các nút mạng trong Ad hoc bị giới hạn về khả năng của
CPU, bộ nhớ, dung lượng pin và băng thông. Khi năng lượng sử dụng bị giới hạn
kéo theo giới hạn về khả năng truyền dẫn. Thiết bị truy nhập, môi trường vô tuyến
cũng có các đặc điểm đặc biệt mà người thiết kế cần lưu tâm khi đưa ra các giao
thức định tuyến cho Ad hoc. Ví dụ: các liên kết một chiều, nó xuất hiện trong
trường hợp hai nút mạng có công suất phát khác nhau nên có khoảng truyền dẫn
khác nhau, chỉ cho phép một nút mạng nghe nút mạng kia. Liên kết một chiều chỉ
có trong Ad hoc, không tồn tại trong mạng tế bào. Phương pháp định tuyến nhiều
bước trong môi trường vô tuyến có thể cho kết quả về khả năng truyền dẫn và công
suất do mối quan hệ bình phương giữa năng lượng phát ra theo yêu cầu và tổng
năng lương. Hay nói cách khác, sử dụng phương pháp định tuyến nhiều bước thì các
nút mạng có thể tiết kiệm được năng lượng phát ra.
Ad hoc có nhiều ưu điểm của mạng truyền thông vô tuyến thông thường, liên
kết giữa các nút mạng được hình thành ngay khi chúng nằm trong khoảng truyền
dẫn của nhau. Với việc khám phá công nghệ mạng Ad hoc, những thiết bị cầm tay
đủ chủng loại (điện thoại di động, máy tính xách tay, máy nhắn tin) và các thiết bị

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 12 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc
cố định (trạm vô tuyến cơ sở, các điểm truy cập Internet không dây) có thể được kết
nối với nhau, tạo thành mạng toàn cầu, khắp mọi nơi.

1.2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MẠNG AD HOC
1.2.1 Tính không đồng nhất của các thiết bị
Các thiết bị trong Ad hoc có thể tồn tại ở nhiều dạng với chỉ tiêu kỹ thuật khác
nhau đáng kể. Tính không đồng nhất này có thể ảnh hưởng đến chất lượng truyền
thông và việc thiết kế các giao thức truyền thông. Mỗi một thiết bị trong mạng có
thể hoạt động như là một máy chủ hoặc một nhà cung cấp dịch vụ tùy thuộc khả
năng tính toán, bộ nhớ, lưu trữ và nguồn nuôi. Mặc dù có sự khác nhau, các thiết bị
này vẫn có thể nối mạng không dây với nhau.

1.2.2 Các đặc trưng lưu lượng trong Ad hoc
Truyền thông tùy biến xảy ra theo nhiều dạng khác nhau (hình 1.2): đối với
một cặp nút, việc truyền thông sẽ xảy ra giữa chúng qua 1 khoảng thời gian đến khi
kết thúc phiên giao tiếp hay một trong các nút đã dịch chuyển đi xa. Điều này tương
tự với trường hợp truyền thông ngang cấp (peer to peer). Một dạng khác, khi 2 hay
nhiều thiết bị đang giao tiếp với nhau và đang di chuyển về thành từng nhóm, thì
mô hình lưu lượng biểu thị quá trình truyền thông xảy ra qua một khoảng thời gian
quá dài. Đặc trưng này tương tự như trường hợp giao tiếp từ xa (remote-to remote).
Cuối cùng là trường hợp khi mà các thiết bị giao tiếp theo cách không tương quan
và do đó phiên giao tiếp giữa chúng ngắn, đột ngột và không xác định. Đặc trưng
lưu lượng của các trường hợp trên được mô tả trong hình 1.2.

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 13 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc

Hình 1.2 Các mô hình lưu lượng đối với môi trường không dây tùy biến

1.2.3 Các kiểu truyền thông trong Ad hoc
Các máy chủ di động trong Ad hoc có thể giao tiếp qua các đồng cấp trung
gian của chúng (tức là các máy chủ ngang hàng) và cả giao tiếp chặng vô tuyến đơn
từ xa.Tuy nhiên, nếu có hơn 3 nút trong dải vô tuyến thì xảy ra truyền thông nút di
động ở xa. Đặc biệt, truyền thông từ xa đi kèm với sự di chuyển về thành từng
nhóm. Các loại truyền thông tùy biến khác nhau cũng tạo ra các đặc trưng lưu lượng
khác nhau.

1.2.4 Sự di chuyển máy chủ
Trong Ad hoc, các máy chủ có thể di chuyển linh hoạt. Tuy nhiên,sự di chuyển
máy chủ có thể ảnh hưởng đến tính xác thực của tuyến thông tin.

1.2.5 Các hình thức chuyển động của các nút trong một tuyến
Một tuyến đường trong Ad hoc bao gồm 1 nút nguồn (gọi là nút SRC), 1 nút
đích (gọi là nút DEST), và 1 hay nhiều nút trung gian (gọi là nút IN). Sự di chuyển
của bất cứ một trong số các nút này sẽ làm thay đổi tuyến truyền thông. Một nút
SRC có tuyến luồng xuống (downstream) nếu chuyển động ra khỏi dải phủ sóng vô
tuyến của nút lân cận nó thì tuyến hiện tại ngay lập tức sẽ không còn đúng nữa. Do
đó, tất cả các nút luồng xuống được thông báo để chúng có thể xóa các thực thể
tuyến không đúng. Tương tự như vậy khi một nút DEST di chuyển ra ngoài vùng
phủ sóng của nút lân cận luồng lên (upstream) của nó thì tuyến hiện hành sẽ không
Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 14 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc
còn đúng nữa. Trong trường hợp này, các nút luồng lên phải được thông báo để
chúng xóa bỏ các thực thể tuyến không đúng. Cuối cùng, bất cứ sự chuyển động nào
của nút trung gian IN đang hỗ trợ một tuyến hiện hành cũng có thể làm cho tuyến
đó trở nên không còn đúng nữa.
Tất cả các chuyển động này có thể làm cho các giao thức định tuyến phân bố
truyền thông phải đáp ứng một cách thích nghi với những thay đổi. Điều này sẽ dẫn
đến việc cập nhật tất cả các nút còn lại trong mạng để thông tin định tuyến tức thời
có thể được duy trì. Tuy nhiên, quá trình cập nhật bao gồm việc phát gói tin quảng
bá qua các phương tiện thông tin không dây sẽ làm lãng phí băng thông và tăng lưu
lượng điều khiển mạng tổng thể. Do vậy, cần có các giao thức định tuyến mới để
giải quyết vấn đề này.

1.2.6 Sự chuyển động của các nút cầu nối
Ngoài những hình thức chuyển động đã nói ở trên, mọi sự chuyển động của
nút đang thực hiện chức năng cầu nối giữa hai mạng con cũng có thể chia các mạng
con đó thành các mạng con nhỏ hơn. Tính chất của một mạng con di động cho thấy
rằng nếu cả nút SRC và DEST đều là phần tử của mạng con thì sẽ tồn tại một hay
nhiều tuyến trừ phi mạng con bị chia phần bởi một số nút di động cầu nối. Trái lại,
các chuyển động của các nút cụ thể cũng có thể ảnh hưởng đến sự hợp nhất mạng
con, tạo thành các mạng con lớn hơn. Điều này được mô tả trong hình 1.3.

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 15 

Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc

Hình 1.3 Sự chia tách và hợp nhất các mạng con di động tùy biến
Khi hợp nhất các mạng con di động để hình thành các mạng con lớn hơn thì
thuật toán định tuyến có thể chấp nhận mạng con mới bằng cách cập nhật tất cả các
bảng định tuyến của các nút. Tuy nhiên, phương thức này thường kém hiệu quả.Một
thuật toán định tuyến hiệu quả sẽ bỏ qua quá trình này mà chỉ cập nhật thông tin
trong bảng liên kết của các nút bị ảnh hưởng. Trong trường hợp phân chia mạng
thành các mạng con nhỏ hơn cũng cần có cách điều khiển tối ưu tương tự.
Từ khía cạnh ứng dụng, các mạng con di động có thể được sử dụng để hỗ trợ
việc tính toán sự phối hợp di chuyển. Các đối tác phối hợp có thể tăng kích cỡ lên 2
lần khi 2 nhóm phối hợp nhất lại và hoặc khi các máy di động mới gia nhập vào dải
vô tuyến.

1.2.7 Sự di chuyển đồng thời các nút mạng
Trong thực tế, tồn tại sự chuyển động đồng thời của các nút SRC, DEST hay
IN. Do đó, cần có sự đảm bảo tính ổn định khi tái cấu trúc nhiều tuyến hoặc cần đến
quá trình sửa chữa tuyến. Các quá trình như vậy cuối cùng cũng sẽ hội tụ khi thực
hiện xong việc tái cấu trúc tuyến thích hợp nhất.

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 16 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc

1.3 ỨNG DỤNG TRONG MẠNG AD HOC VÔ TUYẾN
Ad hoc được ứng dụng cho hội thảo,ứng dụng trong quân sự. Nó cũng được sử

dụng cho trường hợp triển khai cơ sở hạ tầng mạng là khó khăn. Ví dụ: khách hàng
có thể chia sẻ tệp tin dữ liệu ở sân bay, hoặc trong lớp học khi mà sinh viên cần trao
đổi thông tin với nhau trong tiết học. Khi máy tính di động giao tiếp thông qua giao
diện mạng LAN vô tuyến thì nhóm các máy tính đó hình thành Ad hoc, khi đó máy
tính có thể truy nhập Internet,tài nguyên trên mạng như máy in, máy scan...

1.3.1 Dịch vụ khẩn cấp
Bất kỳ đâu khi có trường hợp khẩn cẩp xảy ra đều cần có sự kết hợp các nhân
viên cứu hộ. Giải pháp thông thường là dùng thiết bị vô tuyến. Tuy nhiên, khi cơ sở
hạ tầng bị hỏng hoặc không còn hoạt động thì giải pháp là gì? Ad hoc chính là câu
trả lời nhanh nhất và phù hợp nhất. Điều này có thể không có ý nghĩa với khu vực
tổn thất nhỏ,tuy nhiên với thảm họa thiên nhiên có khu vực ảnh hưởng tàn phá rộng
lớn, việc liên lạc rất quan trọng nên Ad hoc trở thành giải pháp hữu ích.

Hình 1.4 Ứng dụng cho các dịch vụ khẩn cấp khi có thiên tai

1.3.2 Hội nghị
Trong hội nghị,hội thảo cần trao đổi thông tin giữa các đại biểu hoặc với
hội nghị khác. Đây là một nhu cầu lớn trong thời đại phát triển nhanh về thông tin
như hiện nay, khi mà giải pháp homenetwork chưa thật sự sẵn sàng. Giải pháp hiện
Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 17 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc
tại là sử dụng các mạng có sẵn cho các đại biểu tham dự tuy nhiên nó có độ trễ lớn,
ví dụ giải pháp Mobile IP .Và Ad hoc là giải pháp chiếm ưu thế.

Hình 1.5 Ứng dụng trong các hội nghị

1.3.3 Home Networking
Rõ ràng sự hiện diện của máy tính xách tay và ứng dụng không dây làm nhu
cầu về home network tăng cao.Việc sử dụng kỹ thuật của Ad hoc cho phép chúng tự
cấu hình và hình thành mạng, điều này tiện lợi cho cả người không thật sự am hiểu
về mạng cũng như giảm được chi phí cho xây dựng thiết kế mạng. Hơn nữa, nếu ta
có nhu cầu sử dụng máy tính ở công sở, trường học thì khối lượng thông tin quản lý
mạng giảm xuống rõ rệt.

Hình 1.6 Ứng dụng cho home networking

1.3.4 Mạng cá nhân (PAN)
Ở thời đại thông tin thì 1 người cần mang theo nhiều công cụ hỗ trợ cho công
việc (điện thoại,Palm...) khi chúng ta liên kết với nhau hình thành mạng cá nhân

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 18 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc
PAN thì rõ ràng mang lại nhiều tiện ích hơn cho người sử dụng. PAN là mạng di
động do con người không thể ngồi yên một chỗ, tuy nhiên khi kết nối với mạng
PAN khác cần trợ giúp của Ad hoc.

Hình 1.7 Ứng dụng cho mạng cá nhân

1.3.5 Hệ thống nhúng (embeded system)
Ngày càng có nhiều máy móc cần kết nối với những vật xung quanh kéo theo
nhu cầu của Ad hoc. Nó có thể là đồ chơi có khả năng kết nối mạng, tương tác được

với home network để tìm kiếm dữ liệu trên internet hoặc có thể kết nối với điện
thoại, có thể điều chỉnh volume của TV khi có cuộc gọi đến....đáp ứng nhiều nhu
cầu của người sử dụng.
1.3.5.1 Mạng xe cộ (vehicular network)
VANET (Vehicular Ad Hoc Network)gọi là mạng xe cộ Ad hoc, là hệ thống
mạng không cần cơ sở hạ tầng được tạo thành từ các phương tiện xe cộ lưu thông
trên đường. Chúng được trang bị thiết bị thu phát để có thể liên lạc, chia sẻ và trao
đổi thông tin lẫn nhau giống như một nút trong Ad hoc. Thông tin trao đổi trong
mạng VANET bao gồm thông tin về lưu lượng xe cộ, tình trạng kẹt xe, tai nạn giao
thông, nguy hiểm cần tránh và cả những dịch vụ thông thường như dịch vụ đa
phương tiện, Internet....

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 19 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc

Hình 1.8 Ứng dụng cho mạng xe cộ

1.3.6 Mạng cảm biến(sensor network)
Mạng cảm biến không dây là một ứng dụng điển hình của Ad hoc. Hiện nay đã
có những quan tâm đáng kể cho sự phát triển kiểu mạng này,chủ yếu là kỹ thuật số
trong quân sự, công an, tình báo, khảo cổ học, nghiên cứu địa lý....Các bộ cảm biến
này có thể có kích thước nhỏ nhưng khả năng truyền thông và lưu trữ tương đối tốt.
Trong quân sự đã dùng những máy móc hiện đại nhưng kích cỡ gần như hạt bụi nên
đối phương rất khó phát hiện và phá hủy chúng.
Trong lĩnh vực y tế, các bộ cảm biến cho phép giám sát liên tục thông tin tiêu
chuẩn về sự sống. Trong công nghệ thực phẩm, kỹ thuật nhịp cảm biến được áp

dụng để giám sát chất lượng có thể giúp ngăn ngừa các sản phẩm không đạt yêu cầu
nên tăng mức thỏa mãn cho khách hàng. Trong nông nghiệp, các bộ cảm biến có thể
giúp xác định chất lượng đất trồng và độ ẩm, chúng cũng có thể phát hiện các hợp
chất khác. Ngoài ra,các bộ cảm biến cũng được sử dụng rộng rãi trong thông tin thời
tiết và môi trường.

1.4 NHỮNG THÁCH THỨC ĐỐI VỚI MẠNG AD HOC
1.4.1 Hiệu quả sử dụng nguồn nuôi
Hầu hết các giao thức trong mạng hiện nay không quan tâm đến tiêu tốn năng
lượng nguồn nuôi vì các máy chủ và các bộ tính tuyến thường được giả định là tĩnh

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 20 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc
và được cấp nguồn từ nguồn điện chính. Tuy nhiên, các thiết bị dị động hầu hết
được cấp nguồn từ nguồn nuôi độc lập.Kỹ thuật nguồn nuôi vẫn thường đi chậm
hơn so với kỹ thuật vi xử lý. Thời gian cấp nguồn của pin loại tốt như Li-ion
Hiện nay cũng chỉ tối đa từ 2 đến 3 giờ. Sự giới hạn thời gian hoạt động như
thế nói lên tính cần thiết phải bảo tồn tốt nguồn nuôi. Đặc biệt,đối với MANET, do
các thiết bị di động phải thực hiện vai trò của cả hệ thống đầu cuối (tương tác người
dùng khi thực hiện các ứng dụng người dùng) lẫn vai trò của một hệ thống trung
gian (chuyển tiếp gói tin đi) nên sẽ tiêu tốn năng lượng nguồn nuôi một cách đáng
kể, đặc biệt là các nút trung gian.

1.4.2 Trạm ẩn/ hiện đầu cuối
Thông tin khái quát về trạm ẩn/hiện đã được trình bày ở mục 1.3.1. Vấn đề
trạm ẩn/hiện ảnh hưởng tới phạm vi truyền. Bằng cách tăng phạm vi truyền, vấn đề

đầu cuối ẩn sẽ giảm đi. Mặt khác, vấn đề đầu cuối hiện trở nên nghiêm trọng khi
phạm vi truyền xác định vùng bị ảnh hưởng bởi một truyền dẫn đơn.
Thực tế, công suất cần thiết để ngắt các gói tin nhận thấp hơn nhiều so với các
gói phát thành công, nói cách khác giới hạn truyền của một node thấp hơn nhiều so
với phạm vi node cảm ứng. Các vấn đề trạm ẩn là do việc trễ truyền giữa hai trạm
khác nhau của hai giới hạn truyền. Trong hình 1.7 là một ví dụ điển hình. Các trạm
A và C đều nằm trong phạm vi truyền của B. Giả thiết rằng B đang truyền tới A và
C đang có một gói được truyền tới D. Như vậy, C nhận kênh bận vì B đang truyền.
Vì vậy C không truyền tới D dù nó không ảnh hưởng đến A. Trạm ẩn làm giảm số
kênh sử dụng.

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 21 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc

Hình 1.9 Thách thức vấn đề trạm ẩn/hiện

1.4.3 Cơ chế truy nhập
Không giống như mạng tế bào, trong Ad hoc sẽ không có sự điều khiển tập
trung và đồng bộ toàn cục. Do đó các phương pháp đa truy nhập truyền thông như
TDMA và FDMA không còn thích hợp nữa.Ngoài ra,nhiều giao thức điều khiển
truy nhập phương tiện MAC (Media Access Control) cũng không giải quyết được
sự di động của máy chủ.Do vậy,các kỹ thuật lập lịch trình và định thời để hỗ trợ
QoS gặp nhiều khó khăn.
Trong Ad hoc, do cùng một phương tiện truyền thông được chia sẻ bởi nhiều
bên tham gia nên thủ tục truy nhập đến kênh chung phải được thực hiện theo kiểu
phân bố nhờ sự hỗ trợ của giao thức MAC. Giao thức MAC phải tính đến truy nhập

kênh trong khi đồng thời phải tránh được sự xung đột với các nút lân cận. Do vậy,
khi tính toán thiết kế các giao thức MAC cho Ad hoc phải tính đến khả năng di
chuyển,vấn đề đầu cuối ẩn và các vấn đề liên quan khác.

1.4.4 Định tuyến và chuyển tiếp gói tin trong Ad hoc
Đặc tính động của Ad hoc gây ra sự thay đổi thường xuyên và khó đoán trước
của topo mạng, làm tăng độ khó và độ phức tạp để định tuyến giữa các nút di động.
Nhiều giao thức và thuật toán định tuyến đã được đề xuất cho mạng Ad hoc, tuy

Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 22 


Các phương pháp định tuyến trong mạng Adhoc
nhiên mỗi giao thức lại có một hạn chế riêng. Do vậy, nghiên cứu về các giao thức
định tuyến trong Ad hoc là một vấn đề rất quan trọng.

1.4.5 Chất lượng dịch vụ (QoS)
Khả năng cung cấp QoS của một mạng phụ thuộc vào các đặc tính bên trong
của toàn bộ các thành phần mạng, từ các liên kết truyền phát đến tầng MAC và tầng
mạng. Các kết nối không dây có năng lực thấp và hay thay đổi, tỉ lệ lỗi cao. Các
topo mạng là động và có tỷ lệ mất gói cao. Các giao thức MAC dựa trên truy nhập
ngẫu nhiên không hỗ trợ QoS.
Các giao thức MAC QoS giải quyết vấn đề về xung đột phương tiện,hỗ trợ
truyền thông unicast tin cậy, và cung cấp việc dự trữ tài nguyên cho các lưu lượng
thời gian thực trong môi trường không dây phân tán. Rất nhiều các giao thức MAC
và các cải tiến đã được đề xuất để cung cấp việc đảm bảo QoS cho lưu lượng thời
gian thực trong môi trường không dây phân tán bao gồm giao thức GAMA/PR và
cơ chế xung đột BB.

1.4.6 Tính an toàn và bảo mật
Mạng tùy biến có thể được xem xet như mạng Intranet trừ phi chúng có khả
năng kết nối đến Internet. Sự truyền thông có ranh giới như vậy đã cách ly những kẻ
tấn công từ bên ngoài. Điều này không xảy ra đối với mạng hữu tuyến và mạng
không dây chặng cuối. Thông qua việc nhận thực người dùng lân cận, một người
dùng có thể biết là người dùng lân cận đó có phải là “bạn” hay “địch”. Thông tin
được gửi trong một tùy biến có thể được bảo vệ do tính đến khả năng có mặt của
nhiều nút, sự chuyển tiếp các gói đã được nhận thực bằng việc nhận ra nguồn gốc
xuất xứ các gói và số ID nhận dạng luồng hay nhãn.
TỔNG KẾT
Chương này đã trình bày những lý thuyết tổng quan mạng Ad hoc. Trong
mạng Ad hoc, topo mạng thường xuyên thay đổi. Do vậy, các giao thức định tuyến
trong mạng Ad hoc cần giải quyết sự di chuyển của nút, đồng thời giải quyết các
rằng buộc về băng thông. Phần giao thức định tuyến mạng Ad hoc sẽ được trình bày
trong chương 2.
Mai Văn Linh-ĐTVT2-CH2009 

 23