(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu cải tiến chất lượng dịch vụ cho mạng AD HOC đa chặng luận văn ths công nghệ thông tin 60 48 15

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
- - - - *** - - - - -

Ngô Hải Anh

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO
MẠNG AD HOC ĐA CHẶNG
Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính
Mã số: 60 48 15

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Nguyễn Văn Tam

HÀ NỘI – 2011


4

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................ 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .................................................................................... 8
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... 10
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 11
Chương 1 – Giới thiệu ............................................................................................. 12
1.1 Mạng Ad hoc đa chặng ........................................................................................ 12
1.2 Hiệu năng của các mạng ad hoc đa chặng ........................................................... 13

Chương 2 – Kiến trúc mạng không dây .................................................................. 15
2.1 Chuẩn 802.11....................................................................................................... 15
2.1.1 Tầng vật lý ........................................................................................................ 15
2.1.1.1 Hồng ngoại .................................................................................................... 16
2.1.1.2 Trải phổ tuần tự (DSSS) ................................................................................. 16
2.1.1.3 Trải phổ nhảy tần (FHSS) .............................................................................. 17
2.1.1.4 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) ....................................... 17
2.1.2 Tầng MAC ........................................................................................................ 17
2.1.2.1 Chức năng cộng tác phân tán .......................................................................... 18
2.1.2.2 Chức năng cộng tác điểm ............................................................................... 20
2.1.3 Lý thuyết về thông lượng tối đa ........................................................................ 20
2.1.3.1 Kỹ thuật truy cập cơ bản ................................................................................ 21
2.1.3.2 Kỹ thuật truy cập RTS/CTS ........................................................................... 22
2.3 Giao thức định tuyến mạng Ad hoc ..................................................................... 23
2.3.1 Giao thức Destination-Sequenced Distance Vector (DSDV) ............................. 24
2.3.2 Giao thức Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) ................................. 24
2.3.3 Giao thức Dynamic Source Routing (DSR) ....................................................... 26
2.3.4 Giao thức Zone Routing Protocol (ZRP) ........................................................... 26
2.3.5 Kết luận về các giao thức định tuyến trong mạng ad hoc ................................... 28
Chương 3 – Các vấn đề về tính cơng bằng trong các mạng khơng dây ................. 29
3.1 Các vấn đề ở tầng MAC ....................................................................................... 29
3.1.1 Vấn đề EIFS...................................................................................................... 29
3.1.2 Vấn đề trạm ẩn .................................................................................................. 31
3.2 Vấn đề ở tầng liên kết .......................................................................................... 32
3.2.1 Vấn đề với lập lịch FIFO ................................................................................... 32
3.2.2 Vấn đề với lập lịch RR ...................................................................................... 33
Chương 4 – Một số giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng ad hoc đa
chặng ........................................................................................................................ 34

5

4.1 Lập lịch có điều khiển dựa trên xác suất với hàng đợi Round Robin .................... 34
4.1.1 Thuật toán 1: Điều khiển số lượng các gói tin đầu vào của hàng đợi ................. 35
4.1.2 Thuật toán 2: Điều khiển lượt các hàng đợi đang được đọc ............................... 35
4.1.3 Thuật toán 3: Điều khiển số lượng các gói tin đầu ra của hàng đợi .................... 35
4.2 Mơ hình xun tầng điều khiển cửa sổ tranh chấp trong mạng ad hoc đa chặng .. 36
4.2.1 CS Flow Estimation Module ............................................................................. 37
4.2.2 TX Flow Estimation Module ............................................................................. 38
4.2.3 Utilization Estimation Module .......................................................................... 38
4.2.4 Queue Estimation Module ................................................................................. 39
4.2.5 CW Monitor Module......................................................................................... 39
4.2.6 Module Set I ..................................................................................................... 40
4.2.7 Module Set II .................................................................................................... 40
4.2.8 Định nghĩa tính cơng bằng trên mỗi luồng......................................................... 41
Chương 5 – Mơ phỏng và phân tích kết quả .......................................................... 43
5.1 Kịch bản 1: The Large-EIFS Topology ................................................................ 44
5.2 Kịch bản 2: The Three-Pair Topology .................................................................. 46
5.3 Kịch bản 3: The Long Station Chain Topology..................................................... 48
5.4 Kịch bản 4: The Grid Topology............................................................................ 50
5.5 Kịch bản 5: The Random Topology ...................................................................... 52
5.6 Kịch bản 6: The Large-EIFS Topology (dữ liệu TCP) .......................................... 53
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ....................................... 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 55
PHỤ LỤC: MÃ NGUỒN DÙNG ĐỂ MÔ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN .................. 58


6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu
ACK
AODV
AP
BEB
CS
CSMA/CA

Tiếng Anh
ACKnowledgment
Ad hoc On Demand Distance
Vector
Access Point
Binary Exponential Back-off
Carrier Sensing
Carrier Sense Multiple Access
with Collision Avoidance

CTS

Clear To Send

CW
CWND

Contention Window
Congestion Window
Distributed Coordination
Function

DCF
DIFS
DSDV
EIFS
FCC
FH
FHSS
FIFO
IEEE
IFS
LAN
LOS
MAC
NAV
NS
PC
PCF

DCF Inter-Frame Space
Destination Sequenced Distance
Vector
Extended Inter-Frame Space
Federal Communications
Commission
Frequency Hopping
Frequency Hopping Spread
Spectrum
First In First Out
Institute of Electrical and
Electronics Engineers

Inter-Frame Space
Local Area Network
Line Of Sight
Medium Access Control
Network Allocation Vector
Network Simulator
Point Coordinator
Point Coordination Function

Ý nghĩa
Biên nhận
Véc-tơ khoảng cách theo yêu cầu tự
học
Điểm truy cập
Rút lui hàm mũ nhị phân
Cảm nhận sóng mang
Đa truy cập cảm nhận sóng mang có
tránh xung đột
Gói tin thơng báo sẵn sàng để truyền
trong IEEE 802.11
Cửa sổ tranh chấp
Cửa sổ tắc nghẽn
Chức năng cộng tác phân tán
Khe thời gian trống giữa các khung
DCF
Véc-tơ khoảng cách tuần tự đích
Khe thời gian trống mở rộng
Ủy ban truyền thông liên bang (Hoa
Kỳ)
Nhảy tần số

Trải phổ nhảy tần
Xử lý hàng đợi vào-trước-ra-trước
Viện kỹ nghệ điện và điện tử
Khe thời gian trống
Mạng cục bộ
Truyền trực tiếp (hồng ngoại)
Điều khiển truy cập môi trường
Véc-tơ cấp phát mạng
Bộ mô phỏng mạng (phần mềm)
Cộng tác điểm
Chức năng cộng tác điểm


7

PHY

Physical layer

PIFS

PCF Inter-Frame Space

QoS

Quality of Service

RTS

Request To Send

SIFS
SR
SS
TCP
TX
UDP
WLAN

Short Inter-Frame Space
Sensing Range
Spread Spectrum
Tranmission Control Protocol
Transmission
User Datagram Protocol
Wireless Local Area Network

Tầng vật lý
Khe trống thời gian giữa các khung
PCF
Chất lượng dịch vụ
Gói tin thông báo yêu cầu truyền
trong IEEE 802.11
Khe trống thời gian ngắn
Miền cảm nhận
Trải phổ
Giao thức điều khiển giao vận
Truyền
Giao thức gói dữ liệu người dùng
Mạng cục bộ khơng dây

8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Các chuẩn IEEE 802.11 .......................................................................... 15
Hình 2.2: Tầng MAC trong IEEE 802.11 ............................................................... 18
Hình 2.3: Kỹ thuật truy cập RTS/CTS ................................................................... 19
Hình 2.4: Inter-frame spacing trong IEEE 802.11 ................................................. 19
Hình 2.5: Các phụ phí đóng gói............................................................................... 21
Hình 2.6: Kỹ thuật truy cập cơ bản ........................................................................ 21
Hình 2.7: Kỹ thuật RTS/CTS .................................................................................. 22
Hình 3.1: Mơ hình ba trạm...................................................................................... 29
Hình 3.2: M1 và M2 đang truyền thơng trong khi GW trì hỗn ........................... 30
Hình 3.3: M1 và GW đang truyền thông trong khi M2 từ chối ............................. 30
Hình 3.4: Vấn đề trạm ẩn ........................................................................................ 31
Hình 3.5: Một mơ hình mạng khơng dây đa chặng cơ bản .................................... 32
Hình 4.1: Điều khiển dựa trên xác suất với các hàng đợi Round Robin ............... 34
Hình 4.2: Các mơđun đề xuất. (I) và (II) và các tập môđun I, II tương ứng ......... 37
Hình 5.1: Kịch bản 1: vấn đề EIFS-lớn (Large-EIFS problem) ............................ 44
Hình 5.2: Chỉ số cơng bằng trong kịch bản 1 ......................................................... 45
Hình 5.3: Thơng lượng tổng cộng trong kịch bản 1 ............................................... 46
Hình 5.4: Kịch bản 2: vấn đề three-pair ................................................................. 47
Hình 5.7: Chỉ số cơng bằng trong kịch bản 2 ......................................................... 47
Hình 5.6: Thơng lượng tổng cộng trong kịch bản 2 ............................................... 48
Hình 5.7: Kịch bản 3: Chuỗi năm trạm với bốn luồng .......................................... 49
Hình 5.8: Chỉ số cơng bằng trong kịch bản 3 ......................................................... 49
Hình 5.9: Thơng lượng tổng cộng trong kịch bản 3 ............................................... 50
Hình 5.10: Kịch bản 4: kịch bản lưới ...................................................................... 50

9

Hình 5.11: Chỉ số cơng bằng trong kịch bản 4 ....................................................... 51
Hình 5.12: Thơng lượng tổng cộng trong kịch bản 4 ............................................. 52
Hình 5.13: Chỉ số cơng bằng trong kịch bản 5 ....................................................... 53
Hình 5.14: Thơng lượng tổng cộng trong kịch bản 5 ............................................. 53


10

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1 Các tham số dùng trong mô phỏng ........................................................... 43


11

MỞ ĐẦU
Ngày nay, mạng không dây ngày càng trở nên phổ biến. Ưu điểm của mạng
khơng dây là tính di động và sự giải phóng khỏi giới hạn của các kết nối có dây hoặc
cố định. Rất đơn giản để hai hoặc nhiều máy tính kết nối với nhau nhờ sóng rađiơ
nhằm mục đích truyền dữ liệu hoặc chia sẻ tài ngun. Tuy nhiên, có rất nhiều cơng
nghệ phức tạp nằm phía sau mạng khơng dây, trong đó chất lượng dịch vụ (Quality of
Service – QoS) là một lĩnh vực quan trọng với mục tiêu gia tăng hiệu năng của mạng
không dây.
Trong luận văn này, tôi tập trung nghiên cứu kiến trúc của mạng không dây, các
giao thức định tuyến tự học (ad hoc), các tầng MAC và tầng PHY trong mạng không
dây, chủ yếu tập trung vào các ảnh hưởng của chúng đến hiệu năng của các mạng
không dây. Trong các thành phần của mạng không dây, chuẩn IEEE 802.11 đóng vai
trị quan trọng nhất, nó bao gồm ngun lý hoạt động của cả hai tầng MAC và PHY.

Tuy nhiên, chuẩn IEEE 802.11, chuẩn khơng chính thức cho các mạng không dây ad
hoc hoạt động chưa tốt nếu xét trên các yếu tố trễ (delay), thông lượng (throughput),
và đặc biệt là yếu tố công bằng (fairness) trong các mạng ad hoc đa chặng bất đối
xứng. Tính bất đối xứng ở đây thể hiện qua việc các trạm có những điều kiện khác
nhau về truy cập kênh truyền hoặc sự khác nhau về số luồng, sự khác nhau về số chặng
đến đích. Để giải quyết vấn đề này, cần xem xét sự tranh chấp ở cả tầng MAC và tầng
liên kết. Thơng thường, sẽ có sự đánh đổi giữa việc đảm bảo tính cơng bằng và hiệu
suất thơng lượng, luận văn này sẽ nghiên cứu một mơ hình xun tầng nhằm đảm bảo
tính cơng bằng trên mỗi luồng nhưng vẫn duy trì hiệu suất thơng lượng tốt.

Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn này được bố cục như sau:
- Chương 1: Giới thiệu.
- Chương 2: Kiến trúc mạng không dây.
- Chương 3: Các vấn đề về tính cơng bằng trong các mạng không dây.
- Chương 4: Một số giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng ad hoc đa
chặng.
- Chương 5: Mô phỏng và đánh giá kết quả.
- Danh sách tài liệu tham khảo.
- Phần phụ lục gồm mã nguồn các kịch bản mô phỏng và xử lý kết quả mô phỏng.


12

Chương 1 – Giới thiệu
1.1 Mạng Ad hoc đa chặng
Vào năm 1997, Viện Kỹ nghệ điện và điện tử (Institute of Electrical and
Electronics Engineers – IEEE) tạo ra chuẩn WLAN đầu tiên, đó là chuẩn 802.11.
Chuẩn 802.11 [1] này định nghĩa hai chế độ làm việc chính cho các mạng cục bộ
không dây (Wireless Local Area Networks – WLANs): dựa trên hạ tầng cơ sở

(infrastructure based) và không cần hạ tầng cơ sở (infrastructure-less hay ad hoc) [2].
Kiến trúc dựa trên hạ tầng cơ sở là chế độ thường dùng để xây dựng các điểm
truy cập không dây (Wi-Fi hostpot) dựa trên một điểm truy cập mạng. Điều trở ngại
với kiểu kiến trúc này là chi phí mua và cài đặt cơ sở hạ tầng, các chi phí loại này có
thể khơng được chấp nhận trong các mơi trường động, ở đó người và/hoặc các phương
tiện chỉ cần kết nối tạm thời trong một vùng mà không cần một cơ sở hạ tầng truyền
thơng sẵn có, ví dụ như trường hợp cứu hộ khi có thảm họa động đất, sóng thần, lúc đó
hạ tầng mạng gần như bị phá hủy hoàn toàn, hoặc trường hợp các sinh viên trong
chuyến xe bus đi du lịch có nhu cầu muốn chia sẻ tài liệu hoặc chơi game tương tác
với nhau trong lúc đi trên xe. Trong những trường hợp như vậy, một giải pháp hiệu
quả hơn có thể được cung cấp, đó là chế độ hoạt động không cần hạ tầng cơ sở hay ad
hoc.
Trong mạng ad hoc, kết nối được thiết lập cho khoảng thời gian tương ứng với
một phiên làm việc và không cần trạm cơ sở (base station). Các thiết bị sẽ khám phá
những thiết bị khác ở trong cùng một miền để hình thành nên mạng. Các thiết bị có thể
sẽ tìm kiếm các trạm trong cùng miền bằng cách phát tràn (flooding) các thông điệp
quảng bá mà được chuyển tiếp bởi mỗi trạm. Khi hoạt động ở chế độ này, các trạm
được xem như đóng vai trị một tập dịch vụ cơ sở độc lập (Independent Basic Service
Set – IBSS). Bất kỳ trạm nào ở trong miền phát (transmission range) của trạm khác,
sau một bước đồng bộ hóa, đều có thể bắt đầu truyền thơng. Điểm truy cập (Acess
Point – AP) không cần thiết với chế độ mạng này, nhưng nếu một trong số các trạm
đang hoạt động ở chế độ ad hoc có kết nối với mạng có dây, các trạm trong mạng ad
hoc sẽ có truy cập không dây đến Internet.
Mạng ad hoc đa chặng (multi-hop ad hoc networks) [3, 4, 5] là các mạng ad
hoc mà các kết nối của chúng có thể qua nhiều trạm. Các giao thức định tuyến do đó sẽ
cung cấp các kết nối ổn định cho dù các trạm chuyển động liên tục. Mỗi trạm sẽ cố
gắng chuyển tiếp dữ liệu đến các trạm khác, và do đó việc xác định trạm nào chuyển
tiếp dữ liệu được thực hiện tự động dựa trên kết nối mạng. Điều này ngược lại với các
cơng nghệ mạng truyền thống ở đó một vài trạm được thiết kế trước, thông thường với
các thiết bị phần cứng như router, switch, hub và firewall, sẽ thực hiện nhiệm vụ

chuyển tiếp dữ liệu.


13

1.2 Hiệu năng của các mạng ad hoc đa chặng [19, 22, 23]
Giao thức MAC trong chuẩn IEEE 802.11 cho việc truy cập đường truyền trong
WLANs là một chuẩn không chính thức (de facto) cho các mạng khơng dây ad hoc.
Công nghệ 802.11 là một nền tảng tốt để cài đặt các mạng ad hoc đơn chặng (singlehop) bởi tính đơn giản của nó. Tính đơn chặng có nghĩa là các trạm phải ở trong cùng
miền phát (thường từ 100-200 mét) để có thể truyền thơng trực tiếp với nhau. Sự hạn
chế đó có thể được khắc phục bởi mạng ad hoc đa chặng.
Trong môi trường mạng ad hoc, các thiết bị di động của người dùng hình thành
nên mạng và chúng phải cộng tác với nhau để cung cấp chức năng thông thường được
cung cấp bởi cơ sở hạ tầng mạng (ví dụ routers, switches, và servers). Cách tiếp cận
này đòi hỏi mật độ người dùng phải đủ lớn để đảm bảo việc chuyển tiếp các gói tin
giữa bên gửi và bên nhận. Nếu mật độ người dùng thấp, mạng có thể trở nên khơng
hoạt động được. Tuy nhiên, nếu mật độ người dùng cao thì hiệu năng của mạng như độ
trễ, tính cơng bằng sẽ suy giảm nghiêm trọng. Trong các mạng ad hoc đa chặng, các
trạm cộng tác để chuyển tiếp các gói tin từ các trạm khác qua mạng. Do đó, một trạm
phải truyền đi cả luồng trực tiếp (direct flow), sinh ra bởi chính trạm đó và các luồng
chuyển tiếp (forwarding flows), được sinh ra bởi các trạm hàng xóm, do đó nó chia sẻ
dung lượng kênh truyền với các trạm hàng xóm của nó. Hiệu ứng của sự tranh chấp tại
tầng MAC và tầng liên kết sẽ ảnh hưởng đến hiệu năng của mạng, đặc biệt là sự công
bằng.
Chức năng cộng tác phân tán (Distributed Coordination Function – DCF) là một
kỹ thuật tầng MAC cơ bản trong IEEE 802.11, nó được thiết kế để cung cấp cơ hội
công bằng cho mọi trạm để truyền đi các frames trong ngữ cảnh phân tán. DCF sử
dụng giao thức đa truy cập sử dụng sóng mạng có tránh xung đột (Carrier Sense
Multiple Access with Collision Avoidance – CSMA/CA) với cách truy cập dựa trên kỹ
thuật quay lui hàm mũ nhị phân (Binary Exponential Back-off – BEB). Kỹ thuật BEB

điều khiển tần suất truy cập kênh truyền của mỗi trạm bằng cách chọn ngẫu nhiên một
giá tri quay lui từ một đến CW dựa trên phân phối ngẫu nhiên chuẩn, với CW là kích
thước cửa sổ tranh chấp (Contention Window – CW). Do đó, dường như tồn bộ các
trạm đang tranh chấp sẽ có cùng cơ hội để truy cập kênh truyền được chia sẻ, tuy nhiên,
trong cấu hình mạng đa chặng bất đối xứng, kỹ thuật BEB lại gặp phải vấn đề không
công bằng (unfairness) và lưu lượng thấp (low throughput), đặc biệt trong trường hợp
tải đề xuất (offered load) có lưu lượng lớn.
Kỹ thuật BEB xác định kích thước cửa sổ tranh chấp tương ứng với điều kiện
tắc nghẽn. Kỹ thuật này sẽ nhân đôi giá trị CW sau mỗi lần đụng độ cho đến khi đạt
ngưỡng CWmax và đặt lại (reset) giá trị CW thành CWmin với mỗi lần phát thành công.
Tuy nhiên, kỹ thuật BEB không xem xét các điều kiện khác về các trạm hàng xóm,
thơng tin tầng trên,… số luồng trong kênh truyền hoặc số người dùng trong hệ thống.
Do đó, giá trị CW sau vài lần tắc nghẽn có thể sẽ khơng phải là giá trị tối ưu cho tính


14

công bằng, đặc biệt trong các mạng đa chặng bất đối xứng. Thêm nữa, bởi vì giá trị
CW là như nhau với tất cả các luồng được sinh ra từ một trạm, mọi luồng sẽ truy cập
kênh truyền với cùng độ ưu tiên. Sẽ có sự khơng cơng bằng giữa các luồng trong
khơng gian bộ đệm (buffer space), vì vậy các giá trị CW khác nhau nên được gán cho
mỗi luồng để giảm bớt sự tranh chấp giữa chúng.
Nếu giá trị CW tối ưu được xác định và gán cho mỗi luồng riêng lẻ, kỹ thuật
BEB có thể giúp cấp phát băng thông công bằng giữa các luồng. Thêm nữa, nếu giá trị
CW khác nhau được gán cho mỗi luồng thì việc tranh chấp giữa các luồng sẽ điều
khiển được. Tuy nhiên, việc xác định giá trị CW tối ưu cần thơng tin tồn cục về mạng,
điều gần như khơng thể thực hiện trong mạng ad hoc đa chặng bởi mỗi trạm đều làm
việc phân tán. Luận văn này sẽ tìm hiểu một mơ hình xun tầng, ở đó thơng tin được
thu thập từ các tầng vật lý, MAC và liên kết, nhằm mục đích xác định một giá trị CW
tốt hơn để đạt được tính cơng bằng trên mỗi luồng mà khơng cần thơng tin tồn cục.

15

Chương 2 – Kiến trúc mạng không dây
2.1 Chuẩn 802.11
Giao thức MAC 802.11 dùng cho việc điều khiển truy cập đường truyền trong
các mạng không dây cục bộ (Wireless Local Area Networks – WLANs) là chuẩn
khơng chính thức (de facto) cho các mạng không dây ad hoc. Chuẩn 802.11 chi tiết
hóa cả hai tầng MAC và vật lý (hình vẽ 2.1). Tầng MAC đề xuất hai kiểu dịch vụ:
chức năng cộng tác phân tán (Distributed Coordination Function – DCF) và chức
năng cộng tác điểm (Point Coordination Function – PCF). Các dịch vụ này nằm trên
một sự đa dạng các tầng vật lý, đặc biệt có ba cơng nghệ đã được chuẩn hóa: hồng
ngoại (Infrared), trải phổ điều khiển tuần tự (Direct Sequence Spread Spectrum –
DSSS), trải phổ nhảy tần (Frequency Hopping Spread Spectrum – FHSS); ngoài ra kỹ
thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency-Division
Multiplexing OFDM) cũng được dùng nhiều trong những năm gần đây.

Hình 2.1: Các chuẩn IEEE 802.11

2.1.1 Tầng vật lý
Tầng vật lý (PHY) là giao diện giữa MAC và thiết bị không dây ở đó các khung
tin (frames) được truyền và nhận. PHY cung cấp ba chức năng. Thứ nhất, PHY cung
cấp một giao diện để trao đổi các khung tin với tầng MAC ở trên phục vụ việc truyền
và nhận dữ liệu. Thứ hai, PHY sử dụng tín hiệu vận chuyển (signal carrier) và điều chế
trải phổ (spread spectrum modulation) để truyền các khung dữ liệu qua thiết bị truyền.
Thứ ba, PHY cung cấp một dấu hiệu sóng mang (carrier sense indication) trở lại MAC
để xác nhận hoạt động trên thiết bị truyền.
Chuẩn 802.11 cung cấp ba định nghĩa PHY khác nhau: hồng ngoại, DSSS và
FHSS.

16

2.1.1.1 Hồng ngoại
Các hệ thống hồng ngoại (Infrared – IR) có thiết kế đơn giản và do đó giá thành
rẻ. Chúng sử dụng các tần số tín hiệu giống nhau được dùng trong các liên kết quang
học. Các hệ thống này chỉ phát hiện biên độ của tín hiệu và nhờ đó sự nhiễu được giảm
đi đáng kể. Băng thơng trong các hệ thống hồng ngoại khơng có giới hạn và do vậy có
thể đạt được tốc độ truyền nhanh hơn các hệ thống khác. Việc truyền hồng ngoại thực
hiện theo phổ quang học và không cần giấy phép từ các cơ quan quản lý viễn thơng, đó
là một tính năng thú vị của của hồng ngoại. Có hai cách thiết lập một mạng IR LAN.
Cách thứ nhất là truyền hồng ngoại, nó cung cấp một miền truyền khá lớn lên đến hàng
kilơ-mét và có thể sử dụng bên ngồi (outdoors), nó cũng cung cấp băng thơng
(bandwith) và thơng lượng (throughput) lớn nhất. Cách thứ hai là truyền theo mọi
hướng (omni-directionally) và làm các tín hiệu có thể bị chặn bởi mọi vật cản theo mọi
hướng. Công nghệ hồng ngoại ban đầu rất phổ biến bởi nó vận chuyển được tỷ lệ dữ
liệu cao và giá thành tương đối rẻ. Nhược điểm của các hệ thống hồng ngoại là phổ
truyền được chia sẻ bởi các nguồn sáng mặt trời và huỳnh quang. Nếu có đủ giao thoa
từ các nguồn khác, nó có thể làm cho mạng LAN trở nên khơng thể sử dụng. Các hệ
thống hồng ngoại yêu cầu một tính chất khơng cản trở (unobstructed) gọi là Line of
Sight (LOS). Các tín hiệu hồng ngoại khơng thể xun qua các đối tượng chắn sáng.
Điều đó có nghĩa là tường, màn chắn hoặc thậm chí sương mù có thể cản trở tín hiệu.
Mạng LAN hồng ngoại (InfraLAN) là một ví dụ về mạng LAN không dây sử dụng
công nghệ hồng ngoại.

2.1.1.2 Trải phổ tuần tự (DSSS)
Trong kỹ thuật trải phổ tuần tự (Direct Sequence Spread Spectrum), tín hiệu
truyền dẫn được trải khắp một dải tần (ví dụ 25 Mhz). Một chuỗi nhị phân ngẫu nhiên
được dùng để điều chế các tín hiệu đã được truyền dẫn. Chuỗi ngẫu nhiên này được

gọi là mã trải (spreading code). Các bit dữ liệu được ánh xạ vào một mẫu các “chips”
và ánh xạ ngược lại thành một bit tại đích đến. Số các chips sẽ biểu diễn một bit gọi là
tỷ lệ trải (spreading ratio). Tỷ lệ trải càng cao thì càng bền vững đối với nhiễu. Tỷ lệ
trải càng thấp thì càng tốn nhiều băng thông của người dùng. Tổ chức FCC quy định tỷ
lệ trải phải lớn hơn hoặc bằng mười. Hầu hết các ứng dụng có tỷ lệ trải nhỏ hơn 20 và
chuẩn 802.11 mới yêu cầu một tỷ lệ trải là mười một. Phía gửi và phía nhận phải được
đồng bộ hóa với cùng một mã trải. Nếu các mã trải trực giao (orthogonal spreading
codes) được dùng thì nhiều mạng LAN có thể chia sẻ cùng một dải tần. Tuy nhiên, bởi
vì các hệ thống DSSS sử dụng các kênh con rộng (wide sub channels), số các LAN
đồng vị (co-located) sẽ bị giới hạn bởi kích thước của các kênh con đó. Sự khơi phục
trong các hệ thống DSSS thường nhanh hơn bởi khả năng trải tín hiệu trên một dải tần
rộng.


17

Chuẩn 802.11 DSSS PHY sử dụng dải tần số vô tuyến 2.4 GHz, làm việc với tỷ
lệ dữ liệu khoảng 1 hoặc 2 Mbps.

2.1.1.3 Trải phổ nhảy tần (FHSS)
Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (Frequency Hopping Spread Spectrum) chia dải tần
thành các kênh con (1 MHz). Tín hiệu do đó nhảy từ kênh con này đến kênh con khác
để truyền các khối dữ liệu ngắn trên mỗi kênh trong một khoảng thời gian gọi là dwell.
Thứ tự nhảy tần phải được đồng bộ hóa tại phía gửi và phía nhận. Cơ quan FCC quy
định dải tần phải được chia thành ít nhất 75 kênh con và nhờ đó thời gian dwell khơng
lớn hơn 400 ms. Việc nhảy tần ít ảnh hưởng đến sự giao thoa bởivì tần số thường dịch
chuyển cố định. Điều này khiến các hệ thống nhảy tần trở nên rất khó phân chia. Do
đó, các hệ thống nhảy tần có mức độ an tồn cao.
Chuẩn 802.11 FHSS PHY sử dụng dải tần số vô tuyến 2.4 GHz

2.1.1.4 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM)
Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing) là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng
mang, trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tính hiệu ở các
sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khơi phục lại tín
hiệu ban đầu. Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng
phổ lớn hơn nhiều so với kỹ thuật điều chế thông thường.
OFDM phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng, do ảnh hưởng
của sự phân tập về tần số đối với chất lượng của hệ thống được giảm nhiều so với hệ
thống truyền dẫn đơn sóng mang.

2.1.2 Tầng MAC
Tầng MAC trong IEEE 802.11 [1] cung cấp chức năng cho phép vận chuyển dữ
liệu tin cậy với các tầng trên thông qua phương tiện không dây ở tầng PHY. Việc vận
chuyển dữ liệu dựa trên các chế độ bất đồng bộ (asynchronous), nỗ lực tối đa (besteffort), không hướng kết nối (connectionless). Khơng có sự đảm bảo nào rằng các
khung tin sẽ được chuyển đi thành công. Chuẩn 802.11 định nghĩa hai kiểu phương
tiện truyền, chức năng cộng tác phân tán (DCF) và chức năng cộng tác điểm (PCF)
như hình 2.2.


18

Hình 2.2: Tầng MAC trong IEEE 802.11

2.1.2.1 Chức năng cộng tác phân tán
Chức năng cộng tác phân tán (Distributed Coordination Function – DCF) cung
cấp phương pháp truy cập cơ bản với các giao thức MAC và dựa trên một lược đồ đa
truy cập sử dụng sóng mang có tránh xung đột (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Avoidance – CSMA/CA). Các yếu tố chính của DCF là ACK, RTS/CTS với
NAV, IFS và thuật toán quay lui với CW.

Khung biên nhận
Các biên nhận (ACKnowledgments – ACK) được dùng để phát hiện xung đột.
Các khung ACK cho phép các trạm di động quyết định liệu việc truyền của nó có
thành cơng hay khơng. Phía gửi sẽ được cảnh báo xung đột sau một khoảng thời gian
ngừng (time-out) chờ đợi ACK tương ứng với các gói tin đã truyền đi. Nếu khơng
nhận được khung ACK hoặc nhận được ACK báo lỗi, phía gửi sẽ cố gắng truy cập lại
đường truyền để truyền lại khung dữ liệu.

Các khung RTS và CTS
Request-To-Send và Clear-To-Send (RTS/CTS) với vec-tơ định vị mạng
(Network Allocation Vector – NAV) dùng để giải quyết vấn đề trạm ẩn (Hidden
Terminal Problem). Trong DCF, các đụng độ của các trạm ẩn trong một vùng có thể
tránh được bằng q trình bắt tay bốn bước dựa trên các khung RTS và CTS. Bằng
cách trao đổi hai khung điều khiển ngắn giữa bên gửi và bên nhận, tồn bộ các trạm
hàng xóm sẽ nhận ra việc truyền và thời gian quay lui trong suốt thời gian truyền được
quảng bá nhờ các khung RTS và CTS.


19

Sử dụng thơng tin này, mỗi trạm sẽ duy trì một NAV, dùng để cảnh báo thời
gian còn lại của q trình truyền thơng đang diễn ra. Hình 2.3 biểu diễn kỹ thuật truy
nhập sử dụng RTS/CTS giữa trạm nguồn (Source) và trạm đích (Destination). Các
trạm khác trong hình 2.3 là các trạm ở trong miền phát của trạm nguồn và trạm đích.

Hình 2.3: Kỹ thuật truy cập RTS/CTS

Inter-Frame Space
Inter-Frame Space (IFS) là khoảng thời gian mỗi trạm phải chờ trước khi truyền
bất kỳ khung tin nào và được dùng để cung cấp một sự truy cập kênh truyền theo độ

ưu tiên (prioritized access) như hình vẽ 2.4.

Hình 2.4: Inter-frame spacing trong IEEE 802.11

 Short IFS (SIFS): là IFS ngắn nhất và được dùng sau khi nhận được CTS,
DATA, và các khung ACK.
 DCF IFS (DIFS): lớn hơn SIFS và được dùng khi khởi tạo một quá trình truyền
dữ liệu trong DCF.
 Extended IFS (EIFS): là IFS lớn nhất và được dùng để phát hiện ACK từ các
xung đột, Khi các trạm phát hiện có sự phát nhưng khơng thể giải mã (decode)
nó, chúng sẽ thiết lập các NAVs của mình cho khoảng thời gian EIFS. EIFS
được đặt bằng SIFS + ACK + DIFS trong chuẩn MAC 802.11.
 PCF IFS (PIFS): lớn hơn SIFS và nhỏ hơn DIFS, được dùng khi khởi tạo một
quá trình truyền dữ liệu trong PCF.


20

Mối quan hệ giữa các kiểu IFS là
SIFS < SlotTime < PIFS < DIFS < EIFS

(2.1)

Thuật tốn quay lui
Mục đích chính của thuật tốn quay lui là để giảm bớt xác suất đụng độ khi sự
tranh chấp trở nên gay gắt. Sau khi chờ một khoảng thời gian IFS, mỗi trạm tranh đấu
(competing station) sẽ chờ một thời gian quay lui (back-off), thời gian này được chọn
ngẫu nhiên trong khoảng (0, CW), được định nghĩa là cửa sổ tranh chấp. Giá trị CW
phụ thuộc vào số lần truyền lỗi các gói tin. Ở bước phát đầu tiên, CW được đặt bằng
một giá trị CWmin được gọi là cửa sổ tranh chấp tối thiểu. Sau mỗi lần phát không

thành công, CW được nhân đôi cho đến khi đạt giá trị tối đa.
Bộ đếm thời gian quay lui được giảm dần khi kênh truyền được cảm nhận là
đang rỗi (idle), được dừng (frozen) khi có một sự phát được phát hiện trên kênh truyền,
và lại được kích hoạt lại khi kênh truyền được cảm nhận là rỗi với nhiều hơn một
DIFS. Trạm sẽ phát khi thời gian quay lui đạt giá trị khơng (zero).
Việc dừng thời gian quay lui đóng vai trị quan trọng trong việc đảm bảo tính
cơng bằng cho mỗi nút. Trong một chu kỳ tranh đấu (competition cycle), các trạm
tham gia tranh đấu lần đầu sẽ có cơ hội phát bằng nhau, các trạm đã bị “thua” (lost –
hiểu theo nghĩa mất cơ hội phát) trước đó nên được gán độ ưu tiên cao hơn so với các
trạm mới tham gia, các độ ưu tiên cao hơn này được xác định nhờ thời gian dừng dựa
trên quy tắc đến-trước-phục-vụ-trước (First-Come, First-Serve).

2.1.2.2 Chức năng cộng tác điểm
Chức năng cộng tác điểm (Point Coordination Function – PCF) chỉ có thể dùng
trong các mạng có cơ sở hạ tầng. Một điểm truy cập (Access Point – AP) đóng một vai
trị cộng tác gọi là cộng tác theo điểm (Point Coordinator – PC). PC sẽ cung cấp một
kênh truyền khơng có tranh chấp cho các trạm riêng lẻ theo cơ chế bầu (polling).

2.1.3 Lý thuyết về thông lượng tối đa [22]
Trong các mạng không dây, thông lượng tối đa luôn luôn nhỏ hơn tỷ lệ dữ liệu
của kênh truyền, đó là do phụ phí (overhead) của thơng tin mào đầu (header
information) như hình vẽ 2.5 và do hoạt động của 802.11[1, 9, 10]. Để tính tốn thơng
lượng tối đa, chúng ta cần phân tích chi tiết các phụ phí có liên quan đến hai kỹ thuật
truy cập: kỹ thuật truy cập cơ bản và kỹ thuật truy cập RTS/CTS.


21

Hình 2.5: Các phụ phí đóng gói

2.1.3.1 Kỹ thuật truy cập cơ bản
Kỹ thuật truy cập cơ bản là một kỹ thuật dựa trên quá trình bắt tay hai bước
(two-way handshaking). Kỹ thuật này có đặc trưng là dựa trên việc truyền trực tiếp
một khung ACK của trạm đích, với việc nhận thành cơng một gói tin được phát bởi
trạm gửi. Chi tiết việc truyền một ACK cần được thực hiện ở phương tiện truyền
không dây, thực thể truyền tin khơng thể xác định liệu một gói tin có được nhận thành
cơng hay khơng bằng cách lắng nghe q trình phát của chính nó (xem hình 2.6).

Hình 2.6: Kỹ thuật truy cập cơ bản

Công thức (2.2) định nghĩa thông lượng tối đa được kỳ vọng cho một phiên
truyền đơn chủ động (ví dụ chỉ một cặp gửi nhận đang hoạt động) khi sử dụng lược đồ
truy cập cơ bản.

ở đây:
 P là kích thước tải trọng gói tin,
 δ là trễ lan truyền,
 T(H + P) là thời gian yêu cầu để phát một khung dữ liệu, nó bao gồm header các
tầng PHY và MAC,


22

 ACK là thời gian yêu cầu để phát một khung ACK, nó bao gồm header tầng
PHY,
 σCWmin/2 là thời gian quay lui trung bình.

2.1.3.2 Kỹ thuật truy cập RTS/CTS
Kỹ thuật truy cập RTS/CTS được biết đến như một kỹ thuật bắt tay bốn bước.
Trước khi truyền một gói tin, một trạm hoạt động ở chế độ RTS/CTS sẽ “đặt chỗ”

kênh truyền bằng cách gửi một khung RTS. Trạm đích sẽ biên nhận RTS đó bằng cách
gửi trả khung CTS, sau khi truyền gói tin thơng thường và phản hồi bằng gửi ACK.
Đụng độ có thể sẽ xảy ra chỉ trên khung RTS, và nó được phát hiện qua sự thiếu khung
phản hồi CTS, kỹ thuật RTS/CTS cho phép tăng hiệu năng mạng bằng cách giảm bớt
khoảng thời gian của một tắc nghẽn khi các thông điệp dài được truyền đi (hình 2.7).

Hình 2.7: Kỹ thuật RTS/CTS

Khi kỹ thuật RTS/CTS được sử dụng, các phụ phí liên quan đến việc truyền các
khung RTS và CTS phải được thêm vào mẫu số của cơng thức (2.2). Do đó, trong
trường hợp này, lưu lượng tối đa được định nghĩa như sau:

ở đây:
 RTS là thời gian cần để truyền đi một khung RTS, nó chứa header tầng PHY,
 CST là thời gian cần để truyền đi một khung CTS, nó chứa header tầng PHY.


23

2.3 Giao thức định tuyến mạng Ad hoc [24]
Mạng không dây ad hoc là mạng được tạo thành và hoạt động mà khơng cần có
bất cứ một cơ sở hạ tầng mạng nào được thiết lập trước hoặc một sự quản lý tập trung.
Các nút mạng sử dụng giao diện khơng dây để truyền thơng với nhau, đóng vai trị vừa
là host, vừa là router, có khả năng chuyển tiếp gói tin thay mặt lẫn nhau. Cũng chính vì
thế các nút mạng di động có khả năng truyền thơng với nhau vượt ra ngoài phạm vi
truyền của mỗi nút bằng cách truyền thông đa chặng.
Vấn đề định tuyến trong mạng ad hoc là một thách thức do các nút mạng ln
có xu hướng tự do chuyển động. Các liên kết có thể bị phá vỡ hoặc khơi phục bất cứ
lúc nào và có những đặc điểm khác hẳn với những lý do khác. Ngồi ra, dải thơng
trong mạng khơng dây là thấp, các nút bị hạn chế bởi nguồn nuôi nên tổng lưu lượng

dành cho định tuyến cần phải nhỏ. Các thuật tốn định tuyến cho mạng ad hoc có thể
được phân loại thành: proactive, reactive, và các thuật toán định tuyến lai (hybrid).
 Trong chiến lược định tuyến proactive, bảng định tuyến của mỗi nút được cập
nhật định kỳ. Các thuật toán định tuyến truyền thống như distance vector (vectơ
khoảng cách) và link state (trạng thái liên kết) là thuộc loại proactive: duy trì
tuyến đường tới tất cả các nút trong mạng, kể cả các nút mà khơng có gói tin
(packet) nào được truyền tới. Chính vì lý do này, các thuật tốn định tuyến
proactive u cầu nhiều thơng điệp điều khiển định kỳ, dẫn tới việc khan hiếm
tài nguyên do năng lượng, băng thông,… được sử dụng nhiều hơn trong trường
hợp di động. Một ví dụ về giao thức định tuyến theo kiểu proactive là
Destination-Sequenced Distance Vector (DSDV). Một thuật toán định tuyến
proactive khác tốt hơn do giảm việc sử dụng băng thông một cách hiệu quả là
Optimized Link State Routing (OLSR).
 Trong chiến lược định tuyến reactive, việc định tuyến được thực hiện theo nhu
cầu (on-demand), tức là chỉ khi có nhu cầu truyền thơng, nút gửi tự tìm kiếm
tuyến đường tới nút đích. Chiến lược này cho phép các nút mạng chỉ cần quan
tâm tới các tuyến đường đang được sử dụng hoặc đang được thiết lập. Ví dụ về
các thuật tốn định tuyến theo kiểu reactive là Ad-hoc On-Demand Distance
Vector (AODV) và Dynamic Source Routing (DSR).
 Các thuật toán định tuyến lai (hybrid routing protocol) kết hợp hai chiến lược
định tuyến trên: sử dụng định tuyến theo proactive trong một khu vực giới hạn
nào đó (khu vực định tuyến) và sử dụng định tuyến reactive ngồi khu vực này.
Ví dụ về một giao thức định tuyến theo chiến lược lai là Zone Routing Protocol
(ZRP).
Cả hai chiến lược proactive và reactive đều có những ưu nhược điểm riêng, phù
hợp riêng với từng ngữ cảnh sử dụng. Các giao thức định tuyến proactive có bảng định
tuyến được cập nhật định kỳ, thường xuyên, do đó độ trễ khi gửi đi một gói tin là rất


24

nhỏ (tối thiểu). Tuy nhiên việc cập nhật các bảng định tuyến thường xuyên lại cần
nhiều thông điệp điều khiển, làm tràn ngập mạng (flooding); tiêu tốn rất nhiều thời
gian, băng thơng và năng lượng. Ngược lại, các thuật tốn reactive xác định tuyến
đường đi giữa các nút chỉ khi cần chuyển đi các gói tin giữa hai nút đó. Do đó, khi có
yêu cầu gửi đi một gói tin, nút mạng di động trước tiên phải tìm tuyến đường nếu như
nó chưa biết tuyến đường đi. Q trình tìm kiếm tuyến đường này có thể gây ra một độ
trễ truyền tin đáng kể. Kết hợp cả hai chiến lược proactive và reactive là các thuật toán
định tuyến lai. Chiến lược này có ít nhược điểm nhất, đồng thời lại có những ưu điểm
do hai chiến lược trên đem lại. Dưới đây trình bày tóm lược về các thuật tốn định
tuyến đã được nhắc tới. Tuy nhiên cần chú ý rằng có rất nhiều các thuật tốn định
tuyến khác nhau đã được đề xuất, mỗi thuật tốn có những ưu nhược điểm riêng và
phù hợp đối với từng trường hợp cụ thể.

2.3.1 Giao thức Destination-Sequenced Distance Vector (DSDV)
Giao thức DSDV yêu cầu mỗi một trạm di động phải quảng bá tới các trạm lân
cận với nó về bảng định tuyến của chính nó (ví dụ, quảng bá các dịng của nó). Các
dịng trong danh sách này có thể thay đổi động theo thời gian vì vậy số lần quảng bá
phải được thực hiện phải đủ lớn để đảm bảo rằng mọi máy tính di động đều ln ln
có thể xác định được các máy tính khác trong vùng. Thêm vào đó, mỗi một máy tính di
động phải chuyển tiếp các gói dữ liệu tới các máy tính khác trên cơ sở được yêu cầu.
Việc chuyển tiếp này tạo khả năng xác định một con đường tới đích với số lượng các
chặng chuyển tiếp là nhỏ nhất. Một máy tính di động có thể trao đổi dữ liệu với bất kỳ
một máy tính di động nào khác trong nhóm mặc dù máy tính kia khơng nằm trong
vùng truyền thơng trực tiếp. Nếu DSDV hoạt động được tại tầng 2 thì nó sẽ hoạt động
được ở các tầng cao hơn (chẳng hạn như Tầng Mạng).

2.3.2 Giao thức Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV)
Thuật toán AODV cho phép định tuyến động, đa chặng và tự khởi động giữa
các nút mạng di động tham gia vào mạng không dây kiểu không cấu trúc. AODV cho

phép các nút mạng di động tìm được các con đường tới một nút đích nào đó một cách
nhanh chóng và khơng u cầu các nút duy trì các con đường tới đích khi khơng truyền
thơng. AODV cho phép các nút di động làm việc được với sự thay đổi hình trạng của
mạng hoặc liên kết bị đứt.
Hoạt động của AODV là hoạt động tránh lặp vòng và cung cấp khả năng hội tụ
nhanh khi hình trạng mạng thay đổi. Khi một liên kết bị đứt, AODV sẽ gây ra một hiệu
ứng để báo cho tập các nút mạng di động biết rằng chúng có thể bỏ tính hiệu lực của
các con đường sử dụng liên kết đã bị đứt.
Một đặc điểm khác biệt quan trọng của AODV so với các thuật tốn định tuyến
truyền thống trong mạng có dây là nó sử dụng một số thứ tự đích cho mỗi một dịng
trong bảng định tuyến. Số thứ tự đích được nút đích tạo ra được đưa vào cùng với các


25

thông tin định tuyến khác và được gửi đi đến nút có yêu cầu. Nút yêu cầu sẽ lựa chọn
một con đường có số thứ thứ lớn nhất.
Các thơng điệp yêu cầu đường đi (RREQ), đáp ứng đường đi (RREP) và lỗi
đường đi (RERR) là các thông điệp được định nghĩa trong AODV. Các kiểu thông
điệp này được nhận về qua UDP và công việc xử lý IP header thông thường sẽ được áp
dụng. Khi một nút muốn xác định một đường đi đến đích, nó sẽ quảng bá thơng điệp
RREQ. Một con đường có thể được xác định khi thơng điệp RREQ đến được đích của
nó hoặc một khi thơng điệp RREQ đến được một nút trung gian có một con đường “đủ
mới” đến đích. Một con đường “đủ mới” là một con đường tới đích hợp lệ trong bảng
định tuyến có một số thứ tự ít nhất là bằng với số thứ tự chứa trong thông điệp RREQ.
Nút chứa con đường này sẽ gửi thông điệp RREP dạng unicast tới nút yêu cầu đường
đi. Mỗi một nút nhận thông điệp RREQ sẽ đưa vào bộ nhớ đệm để hình thành con
đường quay trở lại cho thơng điệp RREP. Thông điệp RREP quay trở lại qua các nút
đã chuyển thông điệp RREQ cho đến khi tới được nút ban đầu yêu cầu đường đi.
Các nút theo dõi trạng thái liên kết của các chặng tiếp theo trong các con đường

hiện hành. Khi một liên kết bị đứt trong một con đường hiện hành được phát hiện, một
thông điệp báo lỗi RERR sẽ được sử dụng để báo cho các nút khác biết rằng một liên
kết đã bị đứt. Thông điệp RERR chỉ ra rằng các đích này khơng thể đi đến được nếu sử
dụng liên kêt đã bị đứt. Để cho phép thực hiện được cơ chế báo cáo này, mỗi một nút
phải giữ một “danh sách con trỏ trước”, danh sách này sẽ chứa địa chỉ IP của mỗi một
nút hàng xóm được sử dụng để đi đến một đích xác định nào đó.
AODV là một giao thức định tuyến và nó thực hiện cơng việc của mình bằng việc
quản lý bảng định tuyến. Thông tin bảng định tuyến là các con đường có thời gian tồn
tại ngắn, chẳng hạn một con đường tạm được tạo ra để lưu trữ đường trở lại các nút
phát ra thông điệp RREQ. AODV sử dụng các trường sau cho mỗi một dịng trong
bảng định tuyến:
-

Địa chỉ IP đích

-

Số thứ thự đích

-

Cờ số thứ tự đích hợp lệ

-

Các cờ trạng thái và cờ định tuyến khác (chẳng hạn như hợp lệ, không hợp lệ,
đã được sửa, đang được sửa).

-

Network Interface

-

Số chặng

-

Chặng tiếp theo

-

Danh sách các con trỏ trước.

-

Thời gian sống


26

Việc quản lý số thứ tự là một công việc thiết yếu để tránh định tuyến vịng, thậm
chí khi các liên kết đã bị đứt và một nút khơng cịn cung cấp các thơng tin của nó về số
thứ tự nữa. Một nút đích sẽ trở thành khơng tới được khi một liên kết bị đứt hoặc
không hiện hành. Khi những điều kiện này xảy ra, một con đường sẽ bị mất hiệu lực
bằng thao tác gán số thứ tự và đánh dấu con đường đó trong bảng định tuyến là con
đường không hợp lệ.

2.3.3 Giao thức Dynamic Source Routing (DSR)
Giao thức DSR là một giao thức định tuyến đơn giản và hiệu quả được thiết kế

để sử dụng trong các mạng khơng dây kiểu khơng cấu trúc có nhiều chặng. Giao thức
DSR cho phép việc tổ chức và cấu hình trên các máy di động trong một mạng có thể
diễn ra tự động hoàn toàn. Giao thức này bao gồm hai cơ chế chính là cơ chế Tìm
đường (Route Discovery) và cơ chế Duy trì đường (Route Maintenance). Hai cơ chế
này phối hợp với nhau để cho phép các nút di động tìm và duy trì các con đường tới
các đích bất kỳ trong mạng khơng dây kiểu khơng cấu trúc. Việc sử dụng kiểu định
tuyến nguồn cho phép tránh khỏi vấn đề định tuyến vòng, các nút mạng trung gian
không cần phải cập nhật liên tục các thông tin định tuyến và cho phép các nút chuyển
tiếp hoặc đọc và lưu các thông tin định tuyến cần thiết từ các gói dữ liệu để sau đó sử
dụng.
Giao thức DSR cho phép các nút mạng tự khám phá một con đường nguồn qua các nút
mạng trung gian tới bất kỳ một nút đích nào trong mạng ad hoc. Mỗi một gói dữ liệu
được gửi đi sau đó sẽ chứa một danh sách đầy đủ các nút trung gian mà gói này phải đi
qua để đến được đích mà khơng có vấn đề di chuyển theo vịng diễn ra đồng thời tránh
khỏi việc cập nhật liên tục các thông tin định tuyến trên các nút trung gian chuyển tiếp
gói tin dữ liệu này. Bằng cách đưa con đường nguồn vào trong phần header của các
gói dữ liệu, mỗi một nút khi chuyển tiếp bất kỳ một gói tin nào dạng này cũng dễ dàng
lưa trữ lại để sử dụng.
Giao thức DSR là một giao thức yêu cầu mức độ xử lý rất nhẹ nhàng để đáp
ứng lại với sự thay đổi rất nhanh của hình trạng mạng và là một dịch vụ có độ tác động
trở lại cao để đảm bảo có thể truyền các gói dữ liệu một cách thành công dọc theo một
chuỗi các nút mạng di động hoặc điều kiện về mạng thay đổi thường xuyên.

2.3.4 Giao thức Zone Routing Protocol (ZRP)
Một trong những mục tiêu chính khi thiết kế một giao thức định tuyến cho
mạng ad hoc là một mặt để xác định một con đường chuyển gói dữ liệu, một nút cần
biết thơng tin về khả năng đi tới của các nút hàng xóm. Mặt khác, trong mạng ad hoc,
hình trạng mạng thay đổi rất thường xuyên. Hơn nữa khi trong mạng có một số lượng
lớn các nút mạng, số lượng nút đích tiềm ẩn cũng có thể là lớn. Điều này u cầu q
trình trao đổi dữ liệu diễn ra thường xuyên với khối lượng lớn giữa các nút mạng. Do

đó, lượng thơng tin cập nhật cũng có thể là nhiều. Điều này trái ngược với thực tế là tất


27

cả các cập nhật trong mạng ad hoc không dây đều được thực hiện qua mơi trường
khơng khí và do đó nó là một nguồn tài nguyên có giá.
Trong thực tế, các giao thức định tuyến đang tồn tại có thể được phân loại thành
2 nhóm chính là proactive và reactive. Các giao thức dạng proactive thường xuyên
định giá các con đường trong một mạng để khi cần chuyển tiếp một gói tin dữ liệu, nút
đó đã biết con đường thích họp và có thể sử dụng ngay con đường này. Họ các giao
thức dạng Distance-Vector là các giao thức thuộc loại proactive ví dụ như giao thức
Wireless Routing Protocol (WRP) hoặc Distination-Sequenced Distance-Vector
(DSDV). Ngược lại với các giao thức proactive, các giao thức định tuyến dạng reactive
chỉ gọi một thủ tục xác định đường khi có nhu cầu. Do đó, khi cần một con đường nào
đó, một vài dạng thủ tục tìm kiếm sẽ được triển khai. Họ các giao thức sử dụng thuật
toán flooding cổ điển thuộc loại reactive. Các giao thức định tuyến dạng này có thể là
Dynamic Source Routing (DSR), Ad-hoc On demand Distance Vector (AODV) hoặc
Temporally Ordered Routing Algorithm (TORA).
Ưu điểm của các giao thức kiểu proactive là khi cần một con đường thì thời
gian trễ để xác định con đường này là rất nhỏ. Trong các giao thức dạng reactive, vì
thơng tin về đường đi có thể khơng có tại thời điểm cần chuyển tiếp các gói tin dữ liệu
nên thời gian trễ để xác định con đường này là rất quan trọng. Hơn nữa các thủ tục tìm
kiếm quảng bá cổ điển của các giao thức reactive yêu cầu việc điều khiển lưu lượng
mạng rất lớn. Vì thời gian trễ và yêu cầu khả năng điều khiển lưu lượng của các giao
thức reactive là lớn nên trong thực tế các giao thức dạng reactive ít được sử dụng trong
các mạng ad hoc chạy các ứng dụng thời gian thực. Tuy nhiên các giao thức proactive
nguyên thủy cũng không phù hợp với môi trường mạng ad hoc khi mà chúng thường
xuyên sử dụng một phần lớn băng thơng của mạng để duy trì các thông tin định tuyến
hiện tại. Khi các nút trong một mạng ad hoc di chuyển rất nhanh làm cho yêu cầu thay

đổi của các con đường trong mạng trở thành liên tục thì thậm chí các thơng tin định
tuyến này hầu như không được sử dụng. Hơn nữa, các kết quả này làm lãng phí băng
thơng của mạng khơng dây. Như vậy, cần thiết phải có một giao thức mà một mặt nó
có khả năng khởi tạo thủ tục tìm kiếm đường đi khi có nhu cầu. Mặt khác chi phí tìm
kiếm phải là giới hạn. Giao thức “Định tuyến vùng” Zone Routing Protocol (ZRP) là
một trong các giao thức thuộc kiểu giao thức định tuyến lai giữa proactive và reactive.
Với giao thức ZRP, một mặt nó giới hạn phạm vi của thủ tục proactive chỉ trong
các nút hàng xóm nội bộ. Mặt khác việc tìm kiếm trong tồn bộ mạng được thực hiện
bằng cách truy vấn một cách có hiệu quả một số nút được lựa chọn trong mạng thay vì
việc truy vấn tồn bộ các nút trong mạng.
Một vấn đề có liên quan là việc cập nhật khi hình trạng mạng thay đổi. Với các
giao thức định tuyến có tính hiệu quả, các sự thay đổi về hình trạng mạng chỉ tác động
vào một khu vực nội bộ. Nói cách khác, việc tạo ra một liên kết mới tại một điểm cuối
của mạng là một sự kiện nội bộ quan trọng nhưng hầu hết trong các trường hợp lại là