ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ DI ĐỘNG CỦA NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU QUẢ CỦA CÁC THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANETLUẬN VĂN THẠC SĨ

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHAN HỮU DŨNG

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ DI ĐỘNG
CỦA NÚT MẠNG ĐẾN HIỆU QUẢ CỦA CÁC THUẬT
TOÁN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2011


2

Lời cảm ơn
Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Trường Đại học Công
nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội, Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện và Viện Công
nghệ Thông tin - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình chỉ bảo tôi trong
suốt khóa học; cảm ơn tập thể lớp K15T1, tập thể lớp K15 chuyên ngành Mạng và
Truyền thông máy tính. Cảm ơn các thành viên trong nhóm nghiên cứu với những ý
kiến góp ý quý báu trong quá trình tôi thực hiện đề tài, và đặc biệt tôi chân thành cảm
ơn thầy hướng dẫn - PGS.TS Nguyễn Đình Việt, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo
tôi trong học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè của tôi,
những người đã luôn ở bên động viên và khích lệ tôi trong suốt khóa học.
Do thời gian và điều kiện có hạn nên luận văn không tránh khỏi có những thiếu
sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý từ bạn bè, thầy cô và những người quan tâm đến

đề tài này.
Let’s start at the very beginning,
a very nice place to start,
when you sing, you begin with A, B, C,
when you simulate, you begin with the topology
The

ns

Manual


3

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm của riêng cá
nhân tôi, không sao chép lại của người khác. Trong toàn bộ nội dung của luận văn,
những điều được trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn
tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp
pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định
cho lời cam đoan của mình.
Hà Nội, ngày 01 tháng 05 năm 2011
Phan Hữu Dũng


4

Mục lục
Lời cảm ơn ..................................................................................................................1
Lời cam đoan...............................................................................................................3

Danh mục hình vẽ........................................................................................................7
Danh mục bảng............................................................................................................9
Bảng ký hiệu các chữ viết tắt .....................................................................................10
Chương 1: GIỚI THIỆU ............................................................................................12
1.1. Đặt vấn đề.......................................................................................................12
1.2. Mục tiêu nghiên cứu........................................................................................12
1.3. Tổ chức của luận văn ......................................................................................13
Chương 2: MẠNG WLAN VÀ MẠNG MANET ......................................................14
2.1. Mạng không dây .............................................................................................14
2.1.1. Mạng cục bộ WLAN ................................................................................14
2.1.1.1. Lịch sử ra đời mạng WLAN ..............................................................15
2.1.1.2. Phân loại mạng WLAN .....................................................................15
2.1.1.3. Các chuẩn đối với mạng WLAN........................................................17
2.1.2. Một số mạng không dây phổ biến khác.....................................................18
2.1.2.1. Mạng cá nhân WPAN theo chuẩn 802.15.1, 802.15.3 và 802.15.4.....18
2.1.2.2. Mạng đô thị WMAN theo chuẩn 802.16 ............................................18
2.1.2.3. Mạng diện rộng WWAN theo chuẩn 802.20 ......................................19
2.2. Mạng di động không dây đặc biệt MANET.....................................................19
2.2.1. Giới thiệu mạng MANET .........................................................................19
2.2.2. Các đặc điểm của mạng MANET .............................................................22
2.2.3. Phân loại ..................................................................................................22
2.2.3.1. Phân loại mạng MANET theo cách thức định tuyến ..........................22
2.2.3.2. Phân loại mạng MANET theo chức năng của Nút..............................23
Chương 3: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET ................26
3.1. Các giao thức định tuyến phổ biến trong mạng có dây truyền thống................26
3.1.1. Distance Vector........................................................................................26
3.1.2. Link State.................................................................................................26
3.1.3. Source Routing.........................................................................................27
3.1.4. Kỹ thuật Flooding ....................................................................................27
3.2. Các yêu cầu đối với thuật toán định tuyến trong mạng MANET......................27

3.2.1. Mục tiêu thiết kế các giao thức định tuyến cho mạng MANET.................27


5
3.2.2. Áp dụng các thuật toán định tuyến truyền thống trong mạng MANET......28
3.3. Phân loại các giao thức định tuyến cho MANET [16] ........................................29
3.3.1. Các khái niệm liên quan ...........................................................................30
3.3.1.1. Định tuyến chủ ứng và định tuyến phản ứng......................................30
3.3.1.2. Cập nhật định kỳ và cập nhật theo sự kiện .........................................30
3.3.1.3. Tính toán phi tập trung và tính toán phân tán .....................................31
3.3.1.4. Đơn đường và đa đường ....................................................................31
3.3.2. Phân loại các giao thức định tuyến ...........................................................31
3.3.2.1. Destination-Sequence Distance Vector (DSDV) ................................32
3.3.2.2. Optimized Link State Routing Protocol (OLSR)................................33
3.3.2.3. Ad hoc On-demand Distance Vector Routing (AODV) .....................35
3.3.2.4. Dynamic Source Routing (DSR) [12] ..................................................36
3.3.2.5. So sánh các giao thức định tuyến cho MANET..................................38
Chương 4: NGHIÊN CỨU VIỆC SỬ DỤNG CÔNG CỤ MÔ PHỎNG VÀ PHÂN
TÍCH KẾT QUẢ .......................................................................................................41
4.1. Lựa chọn phương pháp và công cụ đánh giá hiệu năng mạng [1] ......................41
4.1.1. Lựa chọn phương pháp.............................................................................41
4.1.1.1. Mô hình Giải tích ..............................................................................42
4.1.1.2. Mô phỏng mạng bằng chương trình máy tính ....................................42
4.1.1.3. Đo trên mạng thực .............................................................................42
4.1.1.4. Lý do sử dụng phương pháp mô phỏng để đánh giá hiệu năng mạng .43
4.1.2. Công cụ mô phỏng NS-2 [1, 12, 15]...............................................................43
4.1.2.1. Các chức năng mô phỏng chính của NS.............................................45
4.1.2.2 Cấu trúc phần mềm của NS ................................................................46
4.1.2.3. Lập trình mô phỏng bằng NS.............................................................46
4.1.3 Công cụ hỗ trợ phân tích kết quả mô phỏng...............................................46

4.1.3.1 Cấu trúc tệp vết chứa kết quả mô phỏng mạng không dây ..................46
4.1.3.2 Một số công cụ hỗ trợ việc phân tích và hiển thị kết quả mô phỏng ....47
4.1.4. Công cụ hiển thị trực quan mạng MANET trong quá trình hoạt động
iNSPECT ...........................................................................................................48
4.2. Thiết lập mô phỏng mạng MANET trong NS..................................................53
4.2.1. Tạo các nút mạng trong MANET .............................................................53
4.2.1.1 Nút di động.........................................................................................53
4.4.1.2 Mô hình phương tiện chia sẻ trong NS2..............................................54
4.4.1.3 Hoạt động của nút di động..................................................................55
4.4.1.4 Cấu hình nút di động trong NS ...........................................................56


6
4.4.1.5 Tạo sự di chuyển của nút trong NS .....................................................57
4.4.2. Tạo các đường truyền không dây (air interface) trong MANET ................58
4.4.2.1 Mô hình FreeSpace.............................................................................58
4.4.2.2 Mô hình Two Ray Ground..................................................................58
4.4.2.3 Mô hình Shadowing ...........................................................................59
4.4.3. Tạo ngữ cảnh chuyển động.......................................................................59
4.4.3.1 Tạo diện tích mô phỏng ......................................................................60
4.4.3.2. Tạo các thực thể giao thức và các nguồn sinh lưu lượng ....................60
4.4.3.3. Tạo các dạng chuyển động theo mẫu .................................................61
4.4.4. Sơ đồ khái quát quá trình mô phỏng .........................................................64
4.5 Các tham số hoạt động của các giao thức định tuyến trong NS-2......................65
4.5.1 Giao thức định tuyến DSDV......................................................................65
4.5.2 Giao thức định tuyến OLSR ......................................................................66
4.5.3 Giao thức định tuyến AODV .....................................................................66
4.5.4 Giao thức định tuyến DSR.........................................................................67
Chương 5: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO
MỨC ĐỘ LINH ĐỘNG CỦA CÁC NÚT MẠNG.....................................................68

5.1. Thực nghiệm mô phỏng ..................................................................................68
5.1.1 Các thông số mô phỏng .............................................................................68
5.1.2 Chương trình mô phỏng ............................................................................69
5.2. Các độ đo hiệu năng được dùng trong luận văn ...............................................70
5.3. Kết quả mô phỏng ...........................................................................................70
5.3.1 Mô phỏng sử dụng mô hình Random Waypoint.........................................70
5.3.1.1 Thiết lập thông số mô phỏng ..............................................................70
5.3.2.2 Kết quả và nhận xét ............................................................................72
5.3.3 Mô phỏng sử dụng mô hình Random Walk ...............................................75
5.3.3.1 Thiết lập thông số mô phỏng ..............................................................75
5.3.3.2 Kết quả và nhận xét ............................................................................77
5.3.4 Đánh giá hiệu quả của các giao thức định tuyến ........................................79
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU...............................................81
6.1. Kết quả đạt được của luận văn.........................................................................81
6.2. Hướng nghiên cứu...........................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................83
PHỤ LỤC..................................................................................................................84


7

Danh mục hình vẽ
Hình 1. Phân loại các mạng không dây dựa trên quy mô. ..........................................14
Hình 2. Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng .....................................................................16
Hình 3. Mạng WLAN không có cơ sở hạ tầng [10] ...................................................17
Hình 4. Mạng MANET và Sensor không dây [14].....................................................21
Hình 5. Định tuyến Single-hop..................................................................................23
Hình 6. Định tuyến Multi-hop ...................................................................................23
Hình 7. Mạng MANET phân cấp ..............................................................................24
Hình 8. Mạng MANET kết hợp.................................................................................24

Hình 9. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET [13].......................32
Hình 10. Tập chuyển tiếp đa điểm MPRs ..................................................................34
Hình 11. Định tuyến Link State và định tuyến cải tiến trong OLSR............................34
Hình 12. AODV tìm kiếm và duy trì tuyến đường .....................................................36
Hình 13. Ví dụ về Route discovery: nút A là nút nguồn, nút E là nút đích. ................37
Hình 14. Ví dụ về Route maintenance: ......................................................................38
Hình 15. Kiến trúc NS-2 ...........................................................................................44
Hình 16. Ba giai đoạn của một phiên truyền từ nút nguồn 1 đến nút đích 48 .............49
Hình 17. Hình tròn bao phủ biểu diễn khu vực tắc nghẽn ..........................................50
Hình 18. Hình tròn bao phủ biểu diễn khu vực nguy hiểm.........................................51
Hình 19. iNSpect hiển thị tọa độ (x, y) của các nút ....................................................52
Hình 20. Nút di động mô phỏng trong NS2 ...............................................................53
Hình 21. Mô hình phương tiện chia sẻ trong NS2......................................................55
Hình 22. Sơ đồ của một mobilenode dưới chuẩn wireless của Monarch CMU mở rộng
ra NS [12] ..................................................................................................................57
Hình 23. Các mô hình truyền thông trong NS2..........................................................60
Hình 24. Di chuyển của một nút theo mô hình Random Waypoint ............................62
Hình 25. Di chuyển của một nút theo mô hình Random Walk ...................................63
Hình 26. Sơ đồ tổng quan quá trình mô phỏng ..........................................................64
Hình 27. Đánh giá kết quả phân phát gói tin trong mô hình Random Waypoint.........72
Hình 28. Đánh giá kết quả trễ đầu cuối trong mô hình Random Waypoint ................72
Hình 29. Đánh giá kết quả thông lượng trong mô hình Random Waypoint................73
Hình 30. Đánh giá kết quả tải chuẩn hóa trong mô hình Random Waypoint ..............73
Hình 31. Đánh giá kết quả phân phát gói tin trong mô hình Random Walk ...............77
Hình 32. Đánh giá kết quả trễ đầu cuối trong mô hình Random Walk .......................77
Hình 33. Đánh giá kết quả thông lượng trong mô hình Random Walk.......................78


8
Hình 34. Đánh giá kết quả tải chuẩn hóa trong mô hình Random Walk.....................78

9

Danh mục bảng
Bảng 1. Tổng quan về họ các chuẩn IEEE 802.11 [2] ................................................17
Bảng 2. Tổng quan về họ các chuẩn ETSI HIPERLAN [2]........................................17
Bảng 3. Tổng quan về họ các chuẩn IEEE 802.15 .....................................................18
Bảng 4: So sánh độ phức tạp của các giao thức định tuyến ........................................39
Bảng 5: So sánh các đặc điểm của các giao thức định tuyến ......................................39
Bảng 6: So sánh các đặc điểm của các giao thức định tuyến ......................................40
Bảng 7. Các tham số của mô hình Random Waypoint ..............................................62
Bảng 8. Các tham số của mô hình Random Walk ......................................................63
Bảng 9. Các tham số hoạt động của DSDV trong NS2...............................................65
Bảng 10. Các tham số hoạt động của OLSR trong NS2 .............................................66
Bảng 11. Các tham số hoạt động của AODV trong NS2 ............................................66
Bảng 12. Các tham số hoạt động của DSR trong NS2................................................67
Bảng 13. Cấu hình các mạng mô phỏng trong mô hình Random Waypoint ...............71
Bảng 14. Cấu hình các mạng mô phỏng theo mô hình Random Walk........................76


10

Bảng ký hiệu các chữ viết tắt
AODV

Ad hoc On-demand Distance Vector

CSMA/CA

Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

DARPA

Defense Advanced Research Projects Agency

DSDV

Destination-Sequenced Distance Vector

DSR

Dynamic Source Routing

DV

Distance Vector

ETSI

European Telecommunications Standards Institute

FCC

US Federal Communications Commission

FIFO

First In First Out

GPRS

General Packet Radio Service

GSM

Global System for Mobile communication

HiperLAN

High Performance European Radio LAN

IEEE

Institute of Electrical and Electronic Engineering

IETF

Internet Engineering Task Force

iNSpect

interactive NS-2 protocol and environment confirmation tool

ISM

Industrial, Scientific and Medical bands

LAN

Local Area Network

LS

Link State

MAC

Media Access Control

MANET

Mobile Wireless Adhoc Network

NEST

Network Simulation Testbed

NS2

Network Simulator 2

OLSF

Open Shortest Path First

OLSR

Optimized Link State Routing Protocol

11
PDA

Personal Digital Assistant

PRnet

Packet Radio Network

QoS

Quality of Service

REAL

Realistic and Large

RIP

Routing Information Protocol

RREP

Route Reply

RREQ

Route Request

RTS

Request To Send

SURAN

Survivable Radio Network

TDMA/TDD

Time Division Multiple Access/ Time Division Duplex

TORA

Temporally-Ordered Routing Algorithm

UMTS

Universal Mobile Telecommunications Systems

VINT

Virtual InterNetwork Testbed

WIFI

Wireless Fidelity

WiMAX

World Interoperability for MicroAccess

WLAN

Wireless Local Area Network

WMAN

Wireless Metropolitan Area Networks

WPAN

Wireless Personal Area Networks

WRP

Wireless Routing Protocol

WWAN

Wireless Wide Area Networks

ZRP

Zone Routing Protocol


12

Chương 1: GIỚI THIỆU

1.1. Đặt vấn đề
Mạng di động không dây đặc biệt MANET (Mobile Wireless Adhoc Network) cho
phép các máy tính di động thực hiện kết nối và truyền thông với nhau không cần dựa trên
cơ sở hạ tầng mạng có dây. Trong MANET mọi nút mạng đều có thể thực hiện chức năng
của một router, chúng cộng tác với nhau, thực hiện chuyển tiếp các gói tin hộ các nút mạng
khác nếu các nút mạng này không thể truyền trực tiếp với nút nhận. Định tuyến là bài toán
quan trọng nhất đối với việc nghiên cứu MANET. Cho đến nay, đã có nhiều thuật toán định
tuyến được đề xuất, mỗi thuật toán đều có các ưu và nhược điểm riêng. Điều đặc biệt là
mức độ của các ưu nhược điểm phụ thuộc rất nhiều vào mức độ di động của các nút mạng.
Một số thuật toán là ưu việt hơn các thuật toán khác trong điều kiện các nút mạng di động ở
mức độ thấp nhưng lại kém hơn hẳn khi mức độ di động của các nút mạng tăng cao. Đề tài
luận văn này nhằm mục đích đánh giá và so sánh ảnh hưởng của sự di động của nút mạng
đến hiệu quả của một số thuật toán định tuyến trong mạng MANET.
Về mặt thực tiễn, mạng MANET rất hữu ích cho các nhu cầu thiết lập mạng khẩn
cấp tại những nơi xảy ra thảm họa như: hỏa hoạn, lụt lội, động đất ... hay những nơi yêu
cầu tính nhanh chóng, tạm thời như trong các trận chiến, do thám …Việc đánh giá và so
sánh ảnh hưởng của sự di động đến hiệu quả của các thuật toán định tuyến giúp cho việc
lựa chọn thuật toán định tuyến thích hợp cho các điều kiện cụ thể khi sử dụng MANET.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Các mạng AD HOC ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
cuộc sống như khoa học, giáo dục, y tế, quân sự … do nó có ưu điểm nổi bật là loại bỏ
sự phụ thuộc vào các cơ sở hạ tầng mạng cố định. Vấn đề đặt ra là đánh giá hiệu quả
hoạt động của các giao thức định tuyến trong mạng MANET trên nhiều khía cạnh và
phương diện khác nhau. Một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của
các giao thức định tuyến đó là sự linh động của các nút mạng. Mục đích của luận văn
là nghiên cứu các giao thức định tuyến kết hợp với việc đưa ra các kết quả mô phỏng
để đánh giá hiệu quả làm việc của chúng. Căn cứ vào mục đích chính của luận văn, tôi
xin đưa ra các mục tiêu cụ thể như sau:
 Giới thiệu tổng quan về mạng LAN không dây (Wireless LAN) và Mạng di
động không dây đặc biệt – MANET (Mobile Wireless Adhoc Network).

 Nghiên cứu một số giao thức định tuyến không dây sử dụng trong mạng
MANET: DSDV, OLSR, AODV, DSR.
 Xác định các tham số hiệu suất chính của các giao thức định tuyến.
 Tìm hiểu khả năng mô phỏng các giao thức định tuyến cũng như các mô hình
chuyển động khác nhau của bộ mô phỏng mạng NS-2.


13
 Đánh giá bằng mô phỏng một số giao thức định tuyến phổ biến trong các ngữ
cảnh chuyển động của các nút mạng khác nhau.
1.3. Tổ chức của luận văn
Luận văn được tổ chức thành sáu chương, cụ thể như sau:
 Chương 1: GIỚI THIỆU
 Chương 2: MẠNG WLAN VÀ MẠNG MANET
 Chương 3: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET
 Chương 4: NGHIÊN CỨU VIỆC SỬ DỤNG CÔNG CỤ MÔ PHỎNG VÀ
PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
 Chương 5: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN
THEO MỨC ĐỘ LINH ĐỘNG CỦA CÁC NÚT MẠNG
 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU
Trong đó, chương một trình bày cơ sở khoa học và tính thực tiễn cũng như mục
tiêu nghiên cứu của luận văn. Chương hai đưa ra kiến thức cơ sở về mạng WLAN và
mạng MANET. Các kỹ thuật định tuyến truyền thống được sử dụng trong mạng cố
định và các giao thức định tuyến dùng trong mạng MANET được trình bày chương ba.
Chương bốn đưa ra cái nhìn tổng quan về bộ mô phỏng NS-2 và giới thiệu công cụ mô
phỏng mới iNSpect từ đó ứng dụng vào việc mô phỏng các giao thức định tuyến.
Chương năm sử dụng những kết quả mô phỏng thu được trong chương bốn để tính
toán các độ đo hiệu năng sau đó kết hợp với cơ sở lý thuyết về các giao thức định
tuyến trình bày trong chương ba để rút ra những đánh giá về ảnh hưởng của sự di dộng
của nút mạng đến hiệu quả của các giao thức định tuyến trong mạng MANET. Cuối

cùng, trong chương sáu là những nhận xét về kết quả đạt được và hướng nghiên cứu
tiếp theo của luận văn.


14

Chương 2: MẠNG WLAN VÀ MẠNG MANET
Mục tiêu của chương này là giới thiệu với người đọc những kiến thức cơ sở về
mạng WLAN và mạng MANET bao gồm lịch sử ra đời, các đặc điểm, những ưu nhược
điểm cũng như các ứng dụng trong khoa học, công nhệ và cuộc sống từ đó có cái nhìn
tổng quan về hai mạng này và dễ dàng phân biệt được chúng.
2.1. Mạng không dây
Các mạng không dây (Wireless networks) thường được phân thành mạng cá
nhân WPAN - chuẩn IEEE 802.15, mạng cục bộ WLAN - chuẩn IEEE 802.11, mạng
đô thị WMAN - chuẩn IEEE 802.16 và mạng diện rộng WWAN - chuẩn IEEE 802.20.
Sự phân chia này dựa trên quy mô và phạm vi truyền dẫn của các bộ phát (transmitter)
vô tuyến và mỗi lớp mạng có thể gồm một vài tiêu chuẩn và công nghệ riêng.
Hình 1 bên dưới minh họa sự phân lớp các mạng không dây dựa trên quy mô:

Hình 1. Phân loại các mạng không dây dựa trên quy mô.
2.1.1. Mạng cục bộ WLAN
Wireless Local Area Network (WLAN) là một mạng cục bộ kết nối hai hay
nhiều máy tính với nhau mà không cần các kết nối vật lý giữa chúng. Môi trường
truyền được sử dụng trong WLAN là môi trường không khí với một dải tần số được
quy định cho các loại hình truyền thông. Có hai công nghệ chính được sử dụng để
truyền thông trong WLAN là truyền thông bằng tia hồng ngoại (bước sóng 900 nm)
hoặc truyền thông bằng sóng vô tuyến, thông thường thì sóng vô tuyến 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).


15
2.1.1.1. Lịch sử ra đời mạng WLAN
Năm 1971, tại Đại học Hawaii các công nghệ mạng và truyền thông vô tuyến đã
được kết hợp lần đầu tiên trong dự án Alohanet. Dự án này sử dụng các thiết bị máy
tính tại bảy điểm khác nhau nằm rải rác trên bốn hòn đảo thực hiện việc giao tiếp với
máy tính trung tâm trên đảo Oahu bằng cách sử dụng không khí làm môi trường
truyền. Nó thiết lập một topo Star và các trạm từ xa chỉ có thể giao tiếp thông qua máy
tính trung tâm đặt tại đảo Oahu.
Tuy nhiên, đến giữa thập niên 1980 thì mạng WLAN mới phát triển mạnh khi
Uỷ ban Truyền thông Liên bang Mỹ FCC (US Federal Communications Commission)
quyết định cho phép sử dụng phổ biến các dải tần số công nghiệp, khoa học và y tế
ISM (Industrial, Scientific and Medical bands). Quyết định này cho phép các công ty
và người dùng sản xuất và sử dụng các sản phẩm không dây của họ mà không cần
FCC cấp giấy phép hoạt động. Từ đó, dẫn đến sự tăng trưởng vượt bậc trong lĩnh vực
mạng WLAN. Tuy nhiên, do sự xuất hiện của nhiều sản phẩm độc quyền nhưng lại
không có một tiêu chuẩn chung thống nhất, dẫn đến các sản phẩm không cùng một
công ty sản xuất có thể sẽ không tương thích với nhau. Vì vậy, yêu cầu đặt ra là phải
chuẩn hóa trong lĩnh vực mạng WLAN.
Hiện nay, trên thế giới chủ yếu sử dụng hai chuẩn phổ biến cho mạng WLAN là:
Chuẩn IEEE 802.11x do các Nhóm công tác của Viện công nghệ Điện và Điện Tử IEEE
(Institute of Electrical and Electronics Engineers) phát triển và chuẩn HiperLAN/x
(High Performance European Radio LAN) được phát triển bởi nhóm RES10 thuộc Viện
Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu ETSI (European Telecommunications Standards
Institute). Chuẩn IEEE 802.11x sử dụng giao thức CSMA/CA, còn chuẩn HiperLAN/x
là giao thức TDMA/TDD. Chuẩn IEEE 802.11x được sử dụng phổ biến hơn so với
chuẩn HiperLAN/x nhưng chuẩn HiperLAN/x có những ưu điểm nổi trội khi đối phó
với vấn đề lưu lượng thời gian thực.

2.1.1.2. Phân loại mạng WLAN
Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng
Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng là mạng mà các nút 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 trạm cơ sở không chỉ cung cấp khả năng
kết nối mạng mà nó còn thực hiện chức năng điều khiển truy cập đường truyền nhằm
chuyển tiếp thông tin từ nguồn đến đích. Ngoài ra, các điểm truy cập mạng 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 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 nút
mạng mà còn phụ thuộc vào bán kính phủ sóng của các điểm truy cập mạng. Các nút
mạng càng gần điểm truy cập mạng 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 điểm


16
truy cập mạng khiến chúng ta cần phải cân nhắc, khi đó nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới
hiệu năng hoạt động của mạng và của điểm truy cập mạng.
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 bị mà nó quản lý có thể lên đến 5km.

Hình 2. Mạng WLAN có cơ sở hạ tầng
Mạng WLAN không có cơ sở hạ tầng (mạng Ad Hoc)
Một mạng Ad Hoc là một tập hợp các nút không dây di động (có chứ năng như
routers) cấu thành nên một mạng tạm thời mà không cần sử dụng cơ sở hạ tầng có sẵn
hoặc việc quản trị tập trung. Các routers được tự do di chuyển ngẫu nhiên và tự thiết
lập tùy ý, vì vậy topo mạng không dây có thể thay đổi nhanh chóng và không thể biết
trước [10].

Mạng Ad Hoc là mạng mà các nút trong mạng có thể tự thiết lập, tự tổ chức và
tự thích nghi khi có một nút mới gia nhập mạng, các nút trong mạng cần có cơ chế
phát hiện nút mới gia nhập mạng, thông tin về nút mới sẽ được cập nhật vào bảng định
tuyến của các nút hàng xóm và gửi đi. Khi có một nút ra khỏi mạng, thông tin về nút
đó sẽ được xóa khỏi bảng định tuyến và hiệu chỉnh lại tuyến, ...Mạng Ad Hoc có nhiều
loại thiết bị khác nhau tham gia mạng lên các nút mạng không những phát hiện được
khả năng kết nối của các thiết bị, mà còn phải phát hiện ra được loại thiết bị và các đặc
tính tương ứng của các loại thiết bị đó (vì các thiết bị khác nhau sẽ có các đặc tính
khác nhau ví dụ như: khả năng tính toán, lưu trữ hay truyền dữ liệu trong mạng,...)


17

Hình 3. Mạng WLAN không có cơ sở hạ tầng [10]
2.1.1.3. Các chuẩn đối với mạng WLAN
Chuẩn IEEE 802.11/x
802.11

802.11a

802.11b

802.11g

2.4-2.4835

2.4-2.4835

5.15-5.25 (lower)

Frequency Range

2.4-2.4835

(GHz)

5.25-5.35 (middle)
5.725-5.825 (upper)

Max.DataRate
(Mbps)

2

55

11

54

Range

< 10 m

27-30(lowerband)

75-100

30

Bảng 1. Tổng quan về họ các chuẩn IEEE 802.11 [2]
Chuẩn HIPERLAN/x
HIPERLAN
1

Application

Frequency Range
(GHz)
Max.DataRate
(Mbps)

HIPERLAN
2

HIPERLAN
3

HIPERLAN
4

WLAN

WATM
Indoor Access

Fixed Wireless
Access WATM
Remote
Access

Wireless Point
to Point Links WATM
interconnection

5

5

5

17

23.5

20

20

155

Bảng 2. Tổng quan về họ các chuẩn ETSI HIPERLAN [2]


18
2.1.2. Một số mạng không dây phổ biến khác
2.1.2.1. Mạng cá nhân WPAN theo chuẩn 802.15.1, 802.15.3 và 802.15.4
Mạng WPAN (Wireless Personal Area Networks) thường liên quan đến khái
niệm văn phòng không dây. Phạm vi của mạng PAN là một vài mét, cung cấp khả
năng đồng bộ hóa các máy tính, truyền files và truy cập được vào thiết bị ngoại vi cục

bộ như máy in hay các thiết bị cầm tay khác như điện thoại di động và PDAs. Hiện tại,
công nghệ nổi tiếng nhất của PAN là Bluetooth.
Viện công nghệ Điện và Điện Tử IEEE đưa ra chuẩn 802.15 sử dụng cho mạng
WPAN với các tốc độ truyền dữ liệu như sau: 802.15.1 đặc tả công nghệ Bluetooth có
tốc độ truyền dữ liệu ở mức trung bình, trong khi 802.15.3 được phát triển cho mạng Ad
hoc với lớp MAC phù hợp cho truyền dữ liệu đa phương tiện có tốc độ truyền dữ liệu ở
mức cao và 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 có tốc độ truyền ở mức thấp.
802.15.1

802.15.3

802.15.4

Frequency Range

2.4 Ghz

2.4 Ghz

2.45 Ghz

915MHz

868MHz

Max.Data Rate

1 Mpbs

55 Mpbs

250 Kpbs

40 Kbps

20 Kbps

Range

< 10 m

< 10 m

10 - 75 m

Bảng 3. Tổng quan về họ các chuẩn IEEE 802.15
2.1.2.2. Mạng đô thị WMAN theo chuẩn 802.16
Mạng đô thị không dây WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) được
định nghĩa là mạng có qui mô lớn có thể bao phủ một vùng đô thị như một thành phố,
một quận, huyện hoặc là một khu vực dân cư rộng lớn 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.
Năm 2001, 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. 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 và 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

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 GHz - 66 GHz.
Ngoài ra chúng ta có thể kể ra các chuẩn mở rộng của chuẩn IEEE 802.16 như
chuẩn IEEE 802.16a ra đời năm 2003, chuẩn 802.16d được đưa ra năm 2004 là sự kết
hợp của chuẩn IEEE 802.16 và chuẩn IEEE 802.16a có thay đổi lớp MAC và lớp vật
lý PHY.


19
Mạng WiMax là tập hợp các mạng WiFi và được thiết kế riêng cho việc phân
bố và di động rộng, phục vụ cho: các xí nghiệp, các khu dân cư nhỏ lẻ, mạng cáp truy
nhập 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. WiMax đem lại tốc độ cao, trên 30 Mbps.
Hiện nay, công nghệ WiMAX 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.
Ưu điểm của WiMax là:
 Được thiết kế riêng cho hoạt động mạng không dây diện rộng.
Những khó khăn của WiMax bao gồm:
 Giá thành sản phẩm WiMax đắt hơn rất nhiều so với WiFi.
2.1.2.3. Mạng diện rộng WWAN theo chuẩn 802.20
Các mạng trải dài trên một quốc gia hoặc thậm chí toàn thế giới được gọi là
mạng diện rộng WWAN (Wireless Wide Area Networks), Internet là một trong những
mạng WAN cố định nổi tiếng nhất và các mạng GSM/GPRS và 3G đại diện cho các
mạng WAN không dây. GSM (Global System for Mobile communication) hiện là hệ
thống thông tin liên lạc di động lớn nhất thế giới cung cấp các dịch vụ chuyển mạch
kênh. GPRS (General Packet Radio Service) được giới thiệu như là một phần mở rộng
dịch vụ chuyển mạch gói được chuẩn hóa của kiến trúc GSM cung cấp tốc độ truyền
tối đa cao hơn. Với dịch vụ chuyển mạch gói ta có thể sử dụng thiết bị di động kết nối
GPRS tương tự như một máy tính kết nối với Internet, mạng GPRS hoạt động chỉ khi

dữ liệu đang được truyền đi, do đó làm giảm chi phí sử dụng.
Các mạng di động thế hệ thứ ba (3G), phát triển bởi ETSI vào năm 1999, được
thiết kế để cung cấp cuối cùng tốc độ truyền ngang bằng với các mạng cố định. Điều
này làm 3G trở thành một thay thế thú vị cho các mạng WLAN. Mặc dù mục tiêu ban
đầu của mạng không dây toàn cầu cuối cùng là hai công nghệ khác nhau cùng tồn tại.
Tại châu Âu WCDMA được chọn là công nghệ chính, trong khi CDMA2000 đang phổ
biến ở Mỹ, 85% các mạng 3G trên thế giới được dựa trên công nghệ WCDMA.
2.2. Mạng di động không dây đặc biệt MANET
2.2.1. Giới thiệu mạng MANET
MANET là chữ viết tắt của cụm từ Mobile wireless Ad hoc NETwork, là tập hợp
các nút di động có trang bị các giao tiếp mạng không dây khi thiết lập truyền thông
không cần tới sự hiện diện của các cơ sở hạ tầng mạng và các quản trị trung tâm. Trong
MANET mọi nút mạng đều thực hiện chức năng của một router, chúng cộng tác với nhau,
thực hiện chuyển tiếp các gói tin hộ các nút mạng khác nếu các nút mạng này không thể
truyền trực tiếp với nút nhận.
MANET =

Mobile = di động, không chịu sự quản lý của quản trị mạng.
Adhoc = không hạ tầng mạng, topo mạng động.
NETwork


20
Năm 1971, tại Đại học Hawaii các công nghệ mạng và truyền thông vô tuyến đã
được kết hợp lần đầu tiên trong dự án Alohanet. Mục tiêu của mạng này là kết nối các
cơ sở giáo dục ở Hawaii. Mặc dù các trạm làm việc là cố định nhưng giao thức
ALOHA thực hiện việc quản lý truy cập kênh truyền dưới dạng phân tán, do đó cung
cấp cơ sở cho sự phát triển về sau của các lược đồ truy cập kênh phân tán cho phép
hoạt động của mạng Ad Hoc.
Mạng MANET có khởi nguồn từ mạng PRNet (Packet Radio Network) và dự

án SURAN (Survivable Radio Network) của tổ chức DARPA (Defense Advanced
Research Projects Agency) thuộc chính phủ Mỹ.
Năm 1972, mạng PRnet ra đời. Đây là mạng vô tuyến gói tin đa chặng đầu tiên.
Trong ngữ cảnh này, đa chặng có nghĩa là các nút hợp tác để chuyển tiếp truyền thông
cho các nút ở xa nằm ngoài dải truyền thông của một nút khác. PRnet cung cấp cơ chế
để quản lý hoạt động trên cơ sở tập trung cũng như phân tán. PRnet cũng là mạng đầu
tiên sử dụng trạm điều khiển tập trung, sử dụng những công nghệ sau này là tiền đề để
cấu thành một mạng MANET như sau:
 Phát triển kiến trúc phân tán
 Là mạng sử dụng sóng vô tuyến quảng bá
 Tối thiểu hóa quản lý tập trung
 Sử dụng định tuyến nhớ và chuyển tiếp đa chặng (sử dụng Aloha/CSMA, phổ
trải rộng trong thập kỷ 80 thế kỷ 20)
Vào năm 1983, dự án SURAN được phát triển. Động lực thúc đẩy là:
 Xu hướng kích thước thiết bị truyền dẫn ngày càng nhỏ hơn, chí phí giảm, công
suất sóng vô tuyến thấp.
 Hỗ trợ nhiều giao thức sóng vô tuyến phức tạp.
 Phát triển và chứng minh được các thuật toán có tính khả mở rộng (scalable
algorithms), mạng có thể có đến 10.000 nút.
 Phát triển và chứng minh sức chịu đựng và khả năng tồn tại chống lại các cuộc
tấn công tinh vi. (cải tiến trải phổ rộng, topo mạng phân cấp, tạo nhóm động …)
Trong quân đội (Army Research Office-ARO):
 Đầu tiên, họ sử dụng MANET cho các ứng dụng trên mặt đất.
 Được sử dụng chính thay cho các mạng có cơ sở hạ tầng cố định.
Trong hải quân (Office of Naval Research-ONR):
 Ban đầu được dùng cho các tàu trên biển.
 Mạng MANET trên biển không có mật độ dày như mạng trên đất liền.
 Đòi hỏi kết hợp với liên kết vệ tinh.
Trong lực lượng không quân:
 Khảo sát sử dụng những máy bay để cung cấp truyền thông với các trạm mặt đất.