Nghiên cứu các giao thức định tuyến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM VĂN TRUNG

NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN
ĐIỀU KHIỂN THEO YÊU CẦU TRÊN MẠNG MANET

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Huế 2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM VĂN TRUNG

NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN
ĐIỀU KHIỂN THEO YÊU CẦU TRÊN MẠNG MANET

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH
MÃ SỐ: 60.48.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. VÕ THANH TU

Huế 2009

1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu
và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả
cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào
khác.
Học viên
Phạm Văn Trung


2

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất
đến thầy giáo hướng dẫn Tiến sĩ Võ Thanh Tú, người đã tận tình dẫn dắt và
tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công nghệ thông
tin trường Đại học Khoa học Huế, các thầy giáo của Viện Công nghệ Thông
tin và trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các cán bộ phòng Quản lý Khoa
học - Đối ngoại, những người đã trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ và tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Xin được cảm ơn trường Đại học Phạm Văn Đồng Quảng Ngãi, Khoa
Công nghệ thông tin đã tạo mọi điều kiện để tôi được đi học và hoàn thành
tốt khoá học.
Xin chân thành cảm ơn các anh chị lớp cao học Khoa học máy tính khoá
2007 và các bạn đồng nghiệp đã luôn bên cạnh, động viên, khuyến khích tôi
trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn!
Học viên
Phạm Văn Trung


3

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................1
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT....................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ...........................................................9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ...........................................................9
MỤC LỤC.......................................................................................................14
CHƯƠNG 1....................................................................................................16
Giới thiệu về mạng không dây.........................................................16
Phân loại mạng không dây:..............................................................17
Theo quy mô triển khai mạng:.......................................................17
Theo quan hệ di động của các bộ định tuyến và nút mạng:..........19
Hình 1.1. Ví dụ về mạng không dây cố định.........................................19
Hình 1.2. Ví dụ về mạng không dây với các điểm truy cập cố định......20
Hình 1.3. Ví dụ về mạng di động tùy biến.............................................20
Một số mô hình mạng không dây.....................................................20
Mô hình mạng độc lập (Independent Basic Service sets – IBSS
hay còn gọi là mạng Ad hoc):........................................................21
Hình 1.4. Mô hình mạng độc lập...........................................................21
Mô hình mạng cơ sở (Basic Service sets – BSS):........................21
Hình 1.5. Mô hình mạng cơ sở..............................................................22
Mô hình mạng mở rộng (Extended Service sets – ESS)...............22
Hình 1.6. Mô hình mạng mở rộng.........................................................22

Yêu cầu về thiết bị sử dụng trong mạng không dây:........................22
Điểm truy cập: (AP – Access Point):..............................................23


4

Hình 1.7. Mô hình điểm truy cập và các máy khách.............................23
Hình 1.8. Mô hình Root Mode.......................................................24
Hình 1.9. Mô hình Bridge Mode............................................................24
Hình 1.9. Mô hình Repeater Mode........................................................25
Thiết bị truy cập không dây:..........................................................25
Hình 1.10. Các thiết bị truy cập mạng không dây.................................25
Yêu cầu thiết bị sử dụng trong mạng MANET:..............................25
Những đặc điểm chính và ứng dụng của mạng không dây:............26
Những đặc điểm chính của mạng không dây:...............................26
Những ứng dụng cơ bản của mạng không dây:............................26
Công nghệ WiMax:................................................................................26
Công nghệ Wireless USB (WUSB):......................................................27
Công nghệ Ultra WideBand (UWB):.....................................................28
Kết luận chương 1:..........................................................................30
CHƯƠNG 2....................................................................................................33
Giới thiệu về định tuyến trong hệ thống mạng máy tính:.................33
Một số thuật toán định tuyến cơ bản trong mạng:............................33
Thuật toán Vectơ khoảng cách (Distance Vector):........................33
Thuật toán trạng thái kết nối (Link State):.....................................35
Các giao thức định tuyến trong mạng MANET.................................36
Hình 2.3. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad Hoc........38
Giao thức định tuyến theo bảng ghi (Table-Driven Routing
Protocol):.......................................................................................38
Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu (On-Demand

Routing Protocol):..........................................................................39
Giao thức định tuyến kết hợp (Hybrid Routing Protocol):..............40


5

Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET:..40
Giao thức DSR (Dynamic Source Routing):..................................41
Cơ chế tạo thông tin định tuyến (Route Discovery):.............................42
Lưu đồ 2.1. Cơ chế xử lý khám phá đường tại node trung gian của DSR
................................................................................................................43
Hình 2.5. Mô hình mạng Ad Hoc gồm 12 nút.......................................44
Hình 2.5.1. Nút S phát gói tin RREQ đến các nút lân cận A, E, F........45
Hình 2.5.2. Nút A, F phát gói tin RREQ đến các nút F, B, A, K, G.......45
Hình 2.5.3. Nút B, K, G phát gói tin RREQ đến các nút C, G, H, K.....46
Hình 2.5.4. Nút H, C phát gói tin RREQ đến các nút láng giềng I, D, J
................................................................................................................47
Hình 2.5.5. Nút D phát gói tin RREP về nút S theo đường đã khám phá
................................................................................................................48
Cơ chế duy trì thông tin định tuyến (Route Maintanance):...................48
Hình 2.6. Minh họa cơ chế duy trì thông tin định tuyến........................49
Giao thức AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector):..............49
Cơ chế tạo thông tin định tuyến (Route Discovery):.............................50
Hình 2.6. Các trường trong gói tin RREQ.............................................50
Lưu đồ 2.1. Cơ chế xử lý khám phá đường tại node trung gian của
AODV....................................................................................................51
Hình 2.7. Các trường trong gói tin RREP..............................................52
Cơ chế duy trì thông tin định tuyến:......................................................53
So sánh và đánh giá hiệu quả làm việc của các giao thức:.............53
Kết luận chương 2:..........................................................................54

CHƯƠNG 3....................................................................................................56


6

Giới thiệu môi trường mô phỏng NS:...............................................56
Hình 3.1. Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng............................57
Hình 3.2: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS.......................59
Mô phỏng mạng không dây trong môi trường NS:...........................59
Hình 3.3. Kiến trúc tầng của NS2..........................................................59
Tạo MobileNode trong NS.............................................................59
Tạo sự hoạt động cho Node:.........................................................60
Hình 3.4. Mã cấu hình sự di chuyển cho Node......................................60
Các thành phần cấu thành mạng trong một MobileNode:.............61
Viết mã tcl để thực thi mô phỏng mạng wireless...........................62
Thiết kế mô hình mạng để mô phỏng cho các giao thức định tuyến
theo yêu cầu trên mạng MANET:.....................................................65
Hình 3.5. Mô hình mạng MANET gồm 50 node...................................66
Phân tích kết quả mô phỏng:...........................................................66
Trường hợp số nguồn phát thay đổi, tôpô cố định:.......................67
Hình 3.6a. So sánh tỉ lệ phát gói tin thành công của AODV và DSR....67
Hình 3.6b. Kết quả phân phát gói tin thành công của AODV và DSR. .68
Hình 3.6c. Trễ đầu cuối trung bình toàn hệ thống.................................68
Kết quả mô phỏng trong trường hợp số nguồn phát cố định, tôpô
thay đổi theo từng thời điểm:........................................................69
Hình 3.7a. Tỉ lệ phân phát gói tin thành công trường hợp 10 nguồn.....69
Hình 3.7b. Tỉ lệ phân phát gói tin thành công trường hợp 20 nguồn.....70
Hình 3.7c. Tỉ lệ phân phát gói tin thành công trường hợp 30 nguồn.....71
Hình 3.8. Thời gian trễ trung bình trường hợp 10, 20 và 30 nguồn.......72
Kết luận chương 3:..........................................................................72

7

TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................75


8

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AODV
AP
BSS
DSR
ESS
IBSS
IEEE
LAN
MANET
RREP
RREQ
RRER
UWB
WiMAX
WLAN
WPAN
WUSB
WWAN

Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing

Access Point
Basic Service Set
Dynamic Source Routing
Extended Service sets
Independent Basic Service sets
Institute of Electrical and Electronics Engineers
Local Area Network
Mobile Ad Hoc Network
Route Reply
Route Request
Route Error
Ultra-WideBand
Worldwide Interoperability for Microwave Access
Wireless Local Area Network
Wireless Persional Area Network
Wireless Universal Serial Bus
Wireless Wide Area Network


9

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, LƯU ĐÔ

TRANG

Bảng 2.1. Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 1...............Error:
Reference source not found42
Bảng 2.2. Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 2...............Error:
Reference source not found43
Bảng 2.3. Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 3...............Error:

Reference source not found43
Bảng 2.4. Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 4...............Error:
Reference source not found44
Lưu đồ 2.1. Cơ chế xử lý khám phá đường tại node của DSR Error: Reference
source not found
Lưu đồ 2.2. Cơ chế xử lý khám phá đường tại node của AODV.............Error:
Reference source not found


9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐÔ THI

TRANG

LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................1
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT....................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ...........................................................9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ...........................................................9
MỤC LỤC.......................................................................................................14
CHƯƠNG 1....................................................................................................16
Giới thiệu về mạng không dây.........................................................16
Phân loại mạng không dây:..............................................................17
Theo quy mô triển khai mạng:.......................................................17
Theo quan hệ di động của các bộ định tuyến và nút mạng:..........19
Hình 1.1. Ví dụ về mạng không dây cố định.........................................19
Hình 1.2. Ví dụ về mạng không dây với các điểm truy cập cố định......20
Hình 1.3. Ví dụ về mạng di động tùy biến.............................................20
Một số mô hình mạng không dây.....................................................20

Mô hình mạng độc lập (Independent Basic Service sets – IBSS
hay còn gọi là mạng Ad hoc):........................................................21
Hình 1.4. Mô hình mạng độc lập...........................................................21
Mô hình mạng cơ sở (Basic Service sets – BSS):........................21
Hình 1.5. Mô hình mạng cơ sở..............................................................22
Mô hình mạng mở rộng (Extended Service sets – ESS)...............22
Hình 1.6. Mô hình mạng mở rộng.........................................................22
Yêu cầu về thiết bị sử dụng trong mạng không dây:........................22
Điểm truy cập: (AP – Access Point):..............................................23


10

Hình 1.7. Mô hình điểm truy cập và các máy khách.............................23
Hình 1.8. Mô hình Root Mode.......................................................24
Hình 1.9. Mô hình Bridge Mode............................................................24
Hình 1.9. Mô hình Repeater Mode........................................................25
Thiết bị truy cập không dây:..........................................................25
Hình 1.10. Các thiết bị truy cập mạng không dây.................................25
Yêu cầu thiết bị sử dụng trong mạng MANET:..............................25
Những đặc điểm chính và ứng dụng của mạng không dây:............26
Những đặc điểm chính của mạng không dây:...............................26
Những ứng dụng cơ bản của mạng không dây:............................26
Công nghệ WiMax:................................................................................26
Công nghệ Wireless USB (WUSB):......................................................27
Công nghệ Ultra WideBand (UWB):.....................................................28
Kết luận chương 1:..........................................................................30
CHƯƠNG 2....................................................................................................33
Giới thiệu về định tuyến trong hệ thống mạng máy tính:.................33
Một số thuật toán định tuyến cơ bản trong mạng:............................33

Thuật toán Vectơ khoảng cách (Distance Vector):........................33
Thuật toán trạng thái kết nối (Link State):.....................................35
Các giao thức định tuyến trong mạng MANET.................................36
Hình 2.3. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad Hoc........38
Giao thức định tuyến theo bảng ghi (Table-Driven Routing
Protocol):.......................................................................................38
Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu (On-Demand
Routing Protocol):..........................................................................39
Giao thức định tuyến kết hợp (Hybrid Routing Protocol):..............40


11

Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET:..40
Giao thức DSR (Dynamic Source Routing):..................................41
Cơ chế tạo thông tin định tuyến (Route Discovery):.............................42
Lưu đồ 2.1. Cơ chế xử lý khám phá đường tại node trung gian của DSR
................................................................................................................43
Hình 2.5. Mô hình mạng Ad Hoc gồm 12 nút.......................................44
Hình 2.5.1. Nút S phát gói tin RREQ đến các nút lân cận A, E, F........45
Hình 2.5.2. Nút A, F phát gói tin RREQ đến các nút F, B, A, K, G.......45
Hình 2.5.3. Nút B, K, G phát gói tin RREQ đến các nút C, G, H, K.....46
Hình 2.5.4. Nút H, C phát gói tin RREQ đến các nút láng giềng I, D, J
................................................................................................................47
Hình 2.5.5. Nút D phát gói tin RREP về nút S theo đường đã khám phá
................................................................................................................48
Cơ chế duy trì thông tin định tuyến (Route Maintanance):...................48
Hình 2.6. Minh họa cơ chế duy trì thông tin định tuyến........................49
Giao thức AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector):..............49
Cơ chế tạo thông tin định tuyến (Route Discovery):.............................50

Hình 2.6. Các trường trong gói tin RREQ.............................................50
Lưu đồ 2.1. Cơ chế xử lý khám phá đường tại node trung gian của
AODV....................................................................................................51
Hình 2.7. Các trường trong gói tin RREP..............................................52
Cơ chế duy trì thông tin định tuyến:......................................................53
So sánh và đánh giá hiệu quả làm việc của các giao thức:.............53
Kết luận chương 2:..........................................................................54
CHƯƠNG 3....................................................................................................56


12

Giới thiệu môi trường mô phỏng NS:...............................................56
Hình 3.1. Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng............................57
Hình 3.2: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS.......................59
Mô phỏng mạng không dây trong môi trường NS:...........................59
Hình 3.3. Kiến trúc tầng của NS2..........................................................59
Tạo MobileNode trong NS.............................................................59
Tạo sự hoạt động cho Node:.........................................................60
Hình 3.4. Mã cấu hình sự di chuyển cho Node......................................60
Các thành phần cấu thành mạng trong một MobileNode:.............61
Viết mã tcl để thực thi mô phỏng mạng wireless...........................62
Thiết kế mô hình mạng để mô phỏng cho các giao thức định tuyến
theo yêu cầu trên mạng MANET:.....................................................65
Hình 3.5. Mô hình mạng MANET gồm 50 node...................................66
Phân tích kết quả mô phỏng:...........................................................66
Trường hợp số nguồn phát thay đổi, tôpô cố định:.......................67
Hình 3.6a. So sánh tỉ lệ phát gói tin thành công của AODV và DSR....67
Hình 3.6b. Kết quả phân phát gói tin thành công của AODV và DSR. .68
Hình 3.6c. Trễ đầu cuối trung bình toàn hệ thống.................................68

Kết quả mô phỏng trong trường hợp số nguồn phát cố định, tôpô
thay đổi theo từng thời điểm:........................................................69
Hình 3.7a. Tỉ lệ phân phát gói tin thành công trường hợp 10 nguồn.....69
Hình 3.7b. Tỉ lệ phân phát gói tin thành công trường hợp 20 nguồn.....70
Hình 3.7c. Tỉ lệ phân phát gói tin thành công trường hợp 30 nguồn.....71
Hình 3.8. Thời gian trễ trung bình trường hợp 10, 20 và 30 nguồn.......72
Kết luận chương 3:..........................................................................72


13

TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................75


14

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, nhu cầu truyền thông ngày càng lớn với những dịch vụ chất
lượng cao, đòi hỏi cần phải có cơ sở hạ tầng đảm bảo cho quá trình truyền
thông trên nhiều môi trường khác nhau. Đặc biệt sự ra đời mạng không dây đã
đáp ứng một phần giải quyết cho việc truyền thông trên những địa hình di
động mà mạng có dây không thể thực hiện tốt được như đã nghiên cứu trong
[4],[5]. Mặc khác, có nhiều giao thức định tuyến ra đời đã được trình bày ở
[7],[8] nhằm đáp ứng việc nâng cao chất lượng dịch vụ. Từ đó có những đánh
giá hiệu năng [1],[2] để không ngừng cải thiện các độ đo của nó, làm cơ sở
cho các nghiên cứu tiếp theo. Vì vậy, luận văn này chúng tôi tiếp tục nghiên
cứu mạng di động tùy biến không dây (Mobile Ad Hoc Network - MANET).
Mạng MANET là một mạng bao gồm các thiết bị di động vô tuyến kết nối
ngang hàng với nhau hình thành nên một mạng tạm thời mà không cần sự trợ
giúp của các thiết bị trung tâm cũng như các cơ sở hạ tầng mạng cố định, nên

nó vừa đóng vai trò truyền thông, vừa đóng vai trò như thiết bị định tuyến. Vì
thế, một số giao thức định tuyến truyền thống không còn phù hợp với mạng
MANET mà được thay thế bằng các giao thức định tuyến theo yêu cầu, bảng
ghi, kết hợp...[8],[9].
Nội dung chính của luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu các giao thức định
tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET. Đồng thời đánh giá hiêu
năng của một số giao thức định tuyến theo yêu cầu tiêu biểu trong mạng
MANET dựa trên phương pháp mô phỏng bằng NS-2. Từ đó đề xuất môi
trường áp dụng tốt cho từng giao thức khác nhau, đảm bảo truyền thông tin
cậy và hiệu quả.
Nội dung luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về mạng không dây. Trong chương này, chúng
tôi nghiên cứu các cơ sở lý thuyết nền của mạng không dây, phân loại mạng


15

không dây, các thiết bị hạ tầng để triển khai hệ thống mạng không dây và ứng
dụng tích cực vào mạng MANET.
Chương 2: Nghiên cứu các giao thức định tuyến điều khiển theo yêu
cầu trên mạng MANET nhằm phân tích một số thuật toán định tuyến truyền
thống trên hệ thống mạng, từ đó rút ra khuyết điểm mà các giao thức truyền
thống không thể áp dụng cho mạng MANET. Thông qua việc phân loại các
giao thức định tuyến trên mạng MANET để so sánh và đánh giá một số giao
thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET.
Chương 3: Mô phỏng một số giao thức định tuyến điều khiển theo
yêu cầu trên mạng MANET. Sau khi nghiên cứu kỹ các giao thức định
tuyến ở chương 2, chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp mô phỏng NS-2 cho
môi trườn mạng MANET để so sánh, đánh giá hiệu năng một số giao thức
định tuyến theo yêu cầu.

Cuối cùng là kết luận và đề xuất một số hướng nghiên cứu tiếp tục trong
tương lai.Trong quá trình nghiên cứu, do còn nhiều hạn chế về khả năng và
thời gian thực hiện nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính
mong nhận được sự chỉ bảo của các Thầy Cô giáo, các nhận xét và góp ý của
bạn bè, đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.


16

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY
Với sự phát triển của công nghệ thông tin đã mang lại nhiều hiệu quả đối
với khoa học cũng như trong các hoạt động thực tế, trong đó mạng máy tính
là một lĩnh vực đem lại hiệu quả thiết thực cho con người. Thông qua mạng
máy tính chúng ta có thể chia sẻ thông tin ở bất kỳ nơi nào trên mạng, tìm
kiếm thông tin một cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả.
Mặc dù mạng máy tính đã xuất hiện từ nhiều thập niên nhưng cho đến
những năm gần đây, cùng với sự ra đời các thiết bị di động thì nhu cầu nghiên
cứu và phát triển các hệ thống mạng không dây ngày càng trở nên cấp thiết.
Nhiều công nghệ, phần cứng, các giao thức, chuẩn giao tiếp mạng lần lượt ra
đời và đang được tiếp tục nghiên cứu để nâng cao hiệu năng làm việc.
1.1.

Giới thiệu về mạng không dây
Mạng không dây có tính linh hoạt cao, hỗ trợ các thiết bị di động nên

không bị ràng buộc cố định về phân bố địa lý như trong mạng hữu tuyến.
Ngoài ra, trong quá trình hoạt động chúng ta còn có thể dễ dàng bổ sung hay
thay thế các thiết bị tham gia mạng mà không cần phải cấu hình lại toàn bộ
topology của mạng. Trong đó, mô hình mạng MANET (Mobile Ad Hoc

Network) là một trong những mô hình mạng không dây được ứng dụng hầu
hết trong các lĩnh vực quân sự, hàng không, vận tải tàu biển... việc triển khai
hệ thống mạng không đòi hỏi nhiều về cơ sở hạ tầng mạng, không cần thiết
phải có các thiết bị điều khiển trung tâm và không phụ thuộc vào vị trí địa lý
[5].
Khác với các hệ thống mạng có dây, việc định tuyến tìm đường đi tối ưu
để truyền dữ liệu trong các hệ thống mạng không dây khá phức tạp, đòi hỏi
phải có các cơ chế điều khiển phù hợp với từng mô hình cụ thể. Đây là một
trong những hạn chế lớn nhất của mạng không dây làm ảnh hưởng đến tốc độ


17

truyền dữ liệu. Bên cạnh đó, khả năng gây nhiễu và mất gói tin trong quá
trình truyền dữ liệu của mạng không dây là khá cao.
Hiện nay, những hạn chế trên đang dần được khắc phục thông qua các
nghiên cứu về mạng không dây được đề xuất và thử nghiệm trên các mô hình
mạng thực tế nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng của hệ thống mạng, hứa
hẹn những bước phát triển mới trong tương lai về lĩnh vực mạng máy tính.
1.2.

Phân loại mạng không dây:
Tương tự như mạng có dây, mạng không dây có thể triển khai trong

nhiều dạng khu vực địa lý khác nhau, với một số công nghệ hạ tầng để triển
khai phù hợp. Như vậy, việc phân loại mạng không dây chúng ta có thể dựa
vào 2 tiêu chí cơ bản: Theo qui mô triển khai mạng và theo quan hệ di động
của các thiết bị mạng [5],[9].
1.2.1. Theo qui mô triển khai mạng:
Dựa trên qui mô triển khai mạng, mạng không dây có thể được phân

thành 3 loại: WPAN (Wireless Personal Area Network), WLAN (Wireless
Local Area Network), và WWAN (Wireless Wide Area Network).
-

Mạng WPAN (Wireless Personal Area Network): Mạng WPAN hay

còn gọi là Bluetooth là một công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện,
điện tử giao tiếp với nhau bằng sóng radio qua băng tần chung ISM
(Industrial, Scientific and Medical) 2.4 GHz. Năm 1994 hãng Ericsson đề
xuất việc nghiên cứu và phát triển giao diện vô tuyến công suất nhỏ, chi phí
thấp, sử dụng sóng vô tuyến để kết nối không dây giữa các thiết bị di động
với nhau và các thiết bị điện tử khác, tổ chức SIG (Special Interest Group) đã
chính thức giới thiệu phiên bản 1.0 của Bluetooth vào tháng 7 năm 1999.
Mạng WPAN cho phép các thiết bị kết nối tạm thời khi cần thiết (ad hoc) với
khoảng cách giữa các thiết bị tối đa là 10m. Hỗ trợ tối đa 8 kết nối đồng thời


18

với các thiết bị khác. Băng thông tối đa 1 Mbps được chia sẻ cho tất cả kết nối
trên cùng 1 thiết bị.
-

Mạng WLAN (Wireless Local Area Network): Công nghệ WLAN lần

đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990, khi những nhà sản xuất giới thiệu
những sản phẩm hoạt động trong băng tần 900Mhz, sử dụng sóng điện từ
(thường là sóng radio hay tia hồng ngoại) để liên lạc giữa các thiết bị trong
phạm vi trung bình. So với Bluetooth, Wireless LAN có khả năng kết nối
phạm vi rộng hơn với nhiều vùng phủ sóng khác nhau, do đó các thiết bị di

động có thể tự do di chuyển giữa các vùng với nhau. Phạm vi hoạt động từ
100m đến 500m với tốc độ truyền dữ liệu trong khoảng 11Mbps-54Mbps.
Sự ra đời của các cầu nối WLAN đã đem lại nhiều lợi ích về khả năng di
động và khai thác mạng linh hoạt. Với mạng WLAN, người dùng có thể truy
cập các thông tin dùng chung mà không cần tìm chỗ cắm thiết bị và các nhà
quản lý mạng có thể thiết lập hoặc làm tăng thêm mạng lưới mà không cần
lắp đặt hoặc di chuyển hệ thống dây. WLAN còn cho năng suất lưu lượng
tăng, thuận tiện, lợi thế về chi phí so với các hệ thống mạng hữu tuyến truyền
thống.
Mạng WLAN hoạt động khá linh hoạt với các ưu điểm như: dễ cấu hình
và cài đặt, tiết kiệm chi phí mở rộng mạng. Tuy nhiên, tốc độ còn chậm hơn
so với LAN và dễ bị nhiễu.
-

Mạng WWAN (Wireless Wide Area Network): Hệ thống WWAN

được triển khai bởi một công ty hay tổ chức trên phạm vi rộng, khai thác băng
tần đã đăng ký trước với cơ quan chức năng và sử dụng các chuẩn mở như:
AMPS, GSM, TDMA và CDMA. Phạm vi hoạt động có thể lên đến hàng trăm
km với tốc độ truyền từ 5Kbps đến 20Kbps. Ưu điểm nỗi trội của WWAN
như: dễ dàng mở rộng hệ thống mạng, tránh được giới hạn của việc sử dụng
cáp và các thiết bị phần cứng khác, các thiết bị di động có khả năng di chuyển


19

trong phạm vi rộng. Bên cạnh đó, WWAN cũng có những nhược điểm cơ bản
như: dễ bị ảnh hưởng của tác động môi trường, không an toàn, chất lượng
mạng chưa cao, chi phí cao trong việc thiết lập cơ sở hạ tầng.
1.2.2. Theo quan hệ di động của các bộ định tuyến và nút mạng:

Với hướng này có thể phân thành 3 loại: Mạng không dây cố định (Fixed
wireless network), Mạng không dây với các điểm truy cậy cố định (Wireless
network with fixed access points) và Mạng di động tùy biến (Mobile ad hoc
network).
-

Mạng không dây cố định (Fixed wireless network): Các bộ định tuyến

và nút mạng (host) sử dụng các kênh không dây để kết nối với nhau. Một ví
dụ điển hình của loại mạng này là những thiết bị truy cập mạng được cố định
và sử dụng thiết bị anten để kết nối.

Hình 1.1. Minh họa mạng không dây cố định
-

Mạng không dây với các điểm truy cập cố định (Wireless network

with fixed access points): các nút mạng (host) sử dụng những kênh không
dây để kết nối với các điểm truy cập cố định. Các điểm truy cập cố định đóng
vai trò như các thiết bị định tuyến cho các nút mạng. Một ví dụ điển hình cho
kỹ thuật này là việc sử dụng các laptop trong một tòa nhà để truy cập đến các
điểm truy cập cố định.


20

Hình 1.2. Minh họa mạng không dây với các điểm truy cập cố định
-

Mạng di động tùy biến (MANET - Mobile Ad hoc Network): Đây là

một mô hình bao gồm các nút mạng di động, một vài host sẽ đóng vai trò định
tuyến và chuyển các gói tin đến các nút lân cận. Như vậy, việc triển khai mô
hình mạng dạng MANET sẽ không yêu cầu có các thiết bị trung tâm, vì thế
mô hình này rất thích hợp trong các khu vực không thể xây dựng các cơ sở hạ
tầng mạng. Một ví dụ điển hình cho kỹ thuật này là một hệ thống mạng bao
gồm những nút mạng di động (các chiếc tàu) được kết nối ngang hàng với
nhau thông qua các thiết bị truy cập không dây. [9]

Hình 1.3. Minh họa mạng di động tùy biến
Trên cơ sở phân loại, chúng ta sẽ xét tiếp các mô hình hoạt động của nó.
1.3.

Một số mô hình mạng không dây
Mô hình truy nhập cơ bản của mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.11

bao gồm một nhóm các trạm phát sóng (Access Point - AP) được kết nối với
nhau trong vùng dịch vụ cơ bản BSS (Basic Service Set), được xác định bởi


21

các tính truyền dẫn của môi trường vô tuyến. Một trạm AP trong miền dịch vụ
cơ bản có thể kết nối với các AP khác trong cùng BSS hoặc BSS khác. Mô
hình mạng không dây có thể chia thành 3 loại: Mô hình mạng độc lập, mô
hình mạng cơ sở và mô hình mạng mở rộng.
1.3.1. Mô hình mạng độc lập (Independent Basic Service sets – IBSS hay
còn gọi là mạng Ad hoc):
Các trạm trong IBSS kết nối trực tiếp với nhau vì thế các trạm này cần
phải nằm trong phạm vi kết phủ sóng với nhau (Hình 1.4). Một IBSS còn

được xem như là một kiểu cấu hình "ad hoc" vì nó không cần thông qua một
hạ tầng mạng nào cả mà chỉ là kết nối peer-to-peer (từng đôi một). Hai máy
tính có lắp đặt card mạng wifi sẽ có thể tạo thành một mạng WLAN.

Hình 1.4. Mô hình mạng độc lập
1.3.2. Mô hình mạng cơ sở (Basic Service sets – BSS):
Một BSS là một nhóm các thiết bị 802.11 kết nối với nhau. Khác với cấu
hình ad hoc, cấu hình BSS đòi hỏi phải có một thiết bị đặc biệt làm tâm điểm,
gọi là trạm truy nhập AP (Access Point). AP là điểm trung tâm liên lạc cho
mọi thiết bị trong cùng một vùng dịch vụ cơ bản. Các thiết bị sẽ không liên
lạc trực tiếp nhau, mà liên lạc thông qua AP. Thông tin sẽ chuyển đến AP và
AP sẽ chuyển tiếp thông tin đến thiết bị đến, AP trong mô hình này có thể kết
nối với một mạng có dây.


22

Hình 1.5. Mô hình mạng cơ sở
1.3.3. Mô hình mạng mở rộng (Extended Service sets – ESS)
BSS có thể sử dụng trong gia đình, văn phòng nhỏ nhưng không thể sử
dụng trong khu vực lớn. 802.11 cho phép xây dựng mạng không dây kích
thước lớn bằng cách liên kết các BSS vào một ESS.
Các trạm trong cùng một ESS có thể liên lạc với nhau thậm chí các trạm
này có thể di chuyển giữa các khu vực này với nhau.

Hình 1.6. Mô hình mạng mở rộng
Dựa trên các mô hình đã xét, chúng ta sẽ phân tích một số các thiết bị
yêu cầu để triển khai một hệ thống mạng.
1.4.

Yêu cầu về thiết bị sử dụng trong mạng không dây:
Tương tự như các hệ thống mạng có dây, việc triển khai hệ thống mạng

không dây cũng yêu cầu một số thiết bị truy cập mạng hợp lý. Đa số các thiết
bị truy cập mạng hiện nay đều có hỗ trợ việc kết nối mạng không dây. Trong
phần này, chúng tôi giới thiệu một số thiết bị chủ yếu để triển khai một hệ
thống mạng không dây.