Đồ án xây dựng mô hình lựa chọn thuật toán định tuyến giảm thiểu tỷ lệ mất gói trong mạng AD HOC

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Mục lục

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii
DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ ....................... vi
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................viii
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... ix
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................... 2
1.1. Khái niệm mạng Ad hoc không dây ..................................................................... 2
1.2. Những vấn đề và thách thức trong truyền tin qua mạng Ad hoc ......................... 3
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC VÀ TRUYỀN TIN QUA
MẠNG AD HOC ........................................................................................................... 5
2.1. Lịch sử phát triển của mạng Ad hoc ................................................................... 5
2.2. Những đặc điểm cơ bản của mạng Ad hoc ......................................................... 5
2.2.1. Phân loại mạng Ad hoc ................................................................................. 6
2.2.2. Đặc điểm chính của mạng Ad hoc ................................................................. 6
2.3. Những thách thức cơ bản trong truyền tin qua mạng Ad hoc ............................. 8
2.3.1. Môi trường truyền dẫn .................................................................................. 8
2.3.1.1. Lỗi bit trong mạng không dây................................................................. 8
2.3.1.2. Sự dao động của các kết nối không dây ................................................. 9
2.3.1.3. Di động ................................................................................................... 9
2.3.1.4. Kết nối tới các mạng có dây ................................................................. 10
2.3.1.5. Băng thơng kênh thấp ........................................................................... 11
2.3.2. Bảo mật thông tin ........................................................................................ 11
2.3.3. Vấn đề định tuyến ........................................................................................ 12
2.3.4. Một số vấn đề khác ...................................................................................... 14
2.4. Một số giải pháp cơ bản nâng cao chất lượng truyền tin qua mạng Ad hoc ...... 14
2.5. Giải pháp nâng cao chất lượng truyền tin với lựa chọn định tuyến ................... 14

2.5.1. Các nguyên lý định tuyến cơ bản trong mạng Ad hoc................................. 15
2.5.2. Giải pháp nâng cao chất lượng truyền tin với lựa chọn định tuyến ........... 16
CHƯƠNG III: MỘT SỐ GIAO THỨC ĐIỂN HÌNH VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG
CHO MẠNG AD HOC ............................................................................................... 17
3.1. Giao thức DSDV (giao thức Vector khoảng cách chuỗi đích) .......................... 17
3.1.1. Tổng quan về giao thức ............................................................................... 17
3.1.2. Cấu trúc bảng định tuyến ........................................................................... 17
3.1.3. Cơ chế hoạt động......................................................................................... 18
3.1.4. Tiêu chuẩn để lựa chọn tuyến ..................................................................... 19
3.1.5. Ví dụ về hoạt động của DSDV .................................................................... 20
3.1.5.1. Giảm những thay đổi thất thường ........................................................ 23
3.1.6. Kết luận ....................................................................................................... 24
3.2. Giao thức DSR (định tuyến nguồn động).......................................................... 25
3.2.1. Giới thiệu .................................................................................................... 25
3.2.2. Cơ chế hoạt động của giao thức.................................................................. 25
3.2.3. Phát hiện tuyến DSR cơ bản ....................................................................... 26
3.2.4. Duy trì tuyến DSR cơ bản ........................................................................... 28
3.2.5. Các tính năng phát hiện tuyến gia tăng ...................................................... 28
3.2.5.1. Lưu thông tin định tuyến Overhead ...................................................... 28


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Mục lục

3.2.5.2. Hồi âm Route Request sử dụng các tuyến đã được lưu ....................... 29
3.2.5.3. Ngăn ngừa nhiễu Route Reply .............................................................. 30
3.2.5.4. Giới hạn bước Route Request ............................................................... 30
3.2.6. Các tính năng duy trì tuyến gia tăng ........................................................... 30
3.2.6.1. Cứu gói dữ liệu ..................................................................................... 30

3.2.6.2. Tự động làm ngắn tuyến ....................................................................... 31
2.2.6.3. Giảm truyền thông báo Route Error..................................................... 31
3.2.7. Hỗ trợ cho các mạng di động và Mobile IP ................................................ 31
3.2.8. Kết luận ....................................................................................................... 32
3.3. Giao thức TORA (thuật toán định tuyến thứ tự tạm thời) ................................. 33
3.3.1. Tổng quan về giao thức ............................................................................... 33
3.3.2. Hoạt động của giao thức TORA .................................................................. 33
3.3.3. Các cơ chế cơ bản ....................................................................................... 34
3.3.3.1. Cơ chế tạo tuyến ................................................................................... 35
3.3.3.2. Cơ chế duy trì tuyến .............................................................................. 36
3.3.3.3 Cơ chế xóa tuyến .................................................................................. 37
3.3.4. Kết luận ....................................................................................................... 37
3.4 Giao thức AODV (giao thức Vector khoảng cách theo yêu cầu) ....................... 38
3.4.1. Tổng quan về giao thức ............................................................................... 38
3.4.2. Hoạt động của AODV ................................................................................. 39
3.4.2.1. Duy trì các số tuần tự ........................................................................... 39
3.4.2.2. Quản lý bảng định tuyến ....................................................................... 40
3.4.3. Phát hiện tuyến ............................................................................................ 41
3.4.3.1. Thiết lập tuyến ngược .......................................................................... 42
3.4.3.2. Thiết lập tuyến tiếp theo ...................................................................... 42
3.4.5. Duy trì tuyến ................................................................................................ 43
3.4.6. Quản lý kết nối nội bộ ................................................................................. 44
3.4.7. Ví dụ về hoạt động của AODV .................................................................... 44
3.4.8. Kết luận ....................................................................................................... 44
3.5. Tóm lại ............................................................................................................... 45
CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MƠ HÌNH LỰA CHỌN THUẬT TỐN ĐỊNH
TUYẾN ĐỂ GIẢM TỶ LỆ MẤT GĨI ...................................................................... 46
4.1. Bài tốn thực tế................................................................................................... 46
4.2. Mơ tả bài tốn định tuyến áp dụng cho nút mạng Ad hoc trong giao thơng ...... 47
4.3. Mơ hình hệ thống lựa chọn thuật tốn định tuyến.............................................. 47

4.3.1. Mơ hình tổng quát cho hệ thống lựa chọn ra quyết định ............................ 47
4.3.2. Cấu tạo của nút mạng di động có phần ra quyết định ................................ 49
4.4. Hoạt động của mơ hình lựa chọn thuật tốn định tuyến giảm thiểu tỷ lệ mất gói
................................................................................................................................... 52
4.5. Lựa chọn phương pháp ra quyết định cho mơ hình............................................ 54
4.6. Xây dựng hàm ra quyết định .............................................................................. 55
CHƯƠNG V: THỰC HIỆN MÔ PHỎNG................................................................ 56
5.1. Phần mềm NSZ2 ................................................................................................. 56
5.1.1. Giới thiệu phần mềm NSe2 .......................................................................... 56
5.1.2. Hỗ trợ hoạt động của NSe2 ......................................................................... 57
5.2. Phương pháp mô phỏng...................................................................................... 58
5.3. Thực hiện mô phỏng xây dựng hàm ra quyết định............................................. 59


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Mục lục

5.3.1. Mô tả kịch bản mơ phỏng ............................................................................ 59
5.3.2. Thiết lập mơ hình lưu lượng ........................................................................ 59
5.3.3. Thiết lập mơ hình di động............................................................................ 60
5.3.4. Thông số để đánh giá .................................................................................. 61
5.3.5. Thực hiện mô phỏng .................................................................................... 61
5.3.5.1. Mã lệnh tạo nút mạng di động .............................................................. 61
5.3.5.2. Mã lệnh thiết lập tham số trong chương trình chính ............................ 62
5.3.6. Kết quả mơ phỏng........................................................................................ 62
5.3.6.1. Hình ảnh minh họa mô phỏng ............................................................. 62
5.3.6.2. Dữ liệu tạo ra qua mô phỏng................................................................ 63
5.3.6.3. Đánh giá kết quả mô phỏng .................................................................. 63
5.3.7. Ra quyết định lựa chọn thuật toán định tuyến............................................. 65

5.4. Mơ phỏng cho bài tốn ứng dụng mạng Ad hoc trong giao thông..................... 66
5.4.1. Mô tả kịch bản mô phỏng ............................................................................ 66
5.4.2. Thực hiện mô phỏng .................................................................................... 67
5.4.3. Đánh giá mức độ áp dụng ........................................................................... 67
5.5. Tổng kết .............................................................................................................. 68
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG MỞ ................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 71
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 73
1. Thuật toán Bellman – Ford.................................................................................... 73
2. Thuật toán đảo ngược liên kết (Link veversel) ..................................................... 73
3. Ví dụ về hoạt động của AODV ............................................................................. 74
4. Hướng dẫn cài đặt NSZ2 ........................................................................................ 76
5. Hướng dẫn bóc tách dữ liệu và tính tốn trên Cygwin ......................................... 78
6. Hướng dẫn chạy chương trình mơ phỏng .............................................................. 79
7. Mã code chương trình ........................................................................................... 79
7.1. Mã lệnh tạo nút di động.................................................................................. 79
7.2.Mã lệnh chương trình mơ phỏng thực hiện xây dựng hàm ra quyết định ....... 81
7.3. Mã lệnh chương trình mơ phỏng ứng dụng cho giao thơng ........................... 82


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Danh mục ký hiệu các chữ viết tắt và thuật ngữ

DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ
ACK
AGT

Acknowlegment
Agent Level Trace

Ad hoc On Demand Distance
AODV
Vector
Application Programming
API
Interface
ARP
Address Resolution Protocol
CBR
Constant Bit Rate
CDPD
Cellular Digital Packet Data
CTS
Clear_to_send
DAG
Directed Acyclic Graph
Defense Advanced Research
DARPA Projects Agency
Destination Sequence Distance
DSDV
Vector
DSR
Dynamic Source Routing
FIFO
First In First Out
Global Mobile Information
GLoMo System
IFq
InterFace queue
IP

Internet Protocol
LL
Link Layer
MAC
Medium Access Control
MANET Mobile Ad hoc NETwork
MH
Mobile Host
NAM
Network AniMator
NPDU
Network Protocol Data Unit
NSZ2
NTDR
OSI
Otcl
PRNET
QRY
RERR

Network Simulator version 2
Near Term Digital Radio
Open System Interconnection
Object Tool Command
Language
Packet Radio NETwork
Query (TORA)
Route Error

Bản tin xác nhận

Trace mức tác nhân
Giao thức Vecter khoảng cách theo
yêu cầu
Giao diện lập trình ứng dụng
Giao thức chuyển đổi địa chỉ
Tốc độ bit không đổi
Công nghệ dữ liệu gói số tế bào
Gói yêu cầu xóa
Đồ thị liên thơng có hướng
Cơ quan quản lý các dự án nghiên cứu
cao cấp Bộ quốc phòng Mỹ
Giao thức Vector khoảng cách chuỗi
đích.
Giao thức định tuyến nguồn động
Vào trước ra trước
Hệ thống thơng tin di động tồn cầu
Hàng đợi giao diện
Giao thức Internet
Lớp liên kết
Điều khiển truy nhập phương tiện
Mạng Ad hoc di động
Máy chủ di động
Hình ảnh động về mạng
Đơn vị dữ liệu giao thức mạng
Chương trình mơ phỏng mạng phiên
bản 2.
Vô tuyến số hạn gần
Liên kết các hệ thống mở
Ngôn ngữ lệnh công cụ đối tượng
Mạng vô tuyến gói

Gói truy vấn
Gói lỗi tuyến


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

RR
RREP
RREQ
RTR
RTS
SUSAN
TORA
UPD
WLAN

Danh mục ký hiệu các chữ viết tắt và thuật ngữ

Route Request (TORA)
Route Reply
Route Request (AODV)
Routing Trace Level
Request_to_send
SUrvivable Adaptive Network
TemprallaZOrdered Routing
Algorithm
Update (TORA)
Wireless Local Area Network

Gói yêu cầu tuyến

Gói trả lời tuyến
Gói yêu cầu tuyến
Mức trace định tuyến
Gói u cầu
Mạng có khả năng thích nghi
Giao thức định tuyến thứ tự tạm thời
Gói cập nhật
Mạng cục bộ không dây


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Một mạng Ad hoc với các nút mạng di chuyển theo các hướng và tốc độ
khác nhau ................................................................................................................. 2
Hình 2.1: Tính động trong mạng Ad hoc ....................................................................... 7
Hình 3.1Z Sự di chuyển trong mạng AdZhoc ................................................................. 20
Hình 3.2Z Các tuyến thay đổi thất thường ..................................................................... 23
Hình 3.3: ví dụ về phát hiện tuyến: nút A là nút khởi đầu và nút E là nút đích............ 26
Hình 3.4. Những giới hạn trong việc lưu thông tin định tuyến overhead: nút mạng C từ
gửi các gói tới E và các gói overhear từ X ............................................................ 29
Hình 3.5: Ví dụ về hồi âm RR sử dụng các tuyến đã lưu ............................................. 29
Hình 3.6: Nút mạng C thơng báo tuyến nguồn tới D có thể là ngắn nhất, khi nó tình cờ
nghe được một gói từ A đầu tiên định tới B .......................................................... 30
Hình 3.7: Các nút mạng kết nối thơng qua các sóng ngắn ............................................ 32
Hình 3.8: Mơ tả khái niệm thiết lập hướng của DAG ................................................... 34
Hình 3.9: Hoạt động của TORA ................................................................................... 37
Hình 3.10: Hình ảnh trực quan của một mạng chiến lược ............................................ 38

Hình 3.11: Sự hình thành tuyến ngược và tiếp theo..................................................... 43
Hình 4.1: Mơ tả hình dạng của mơ hình xây dựng........................................................ 47
Hình 4.2: Mơ hình truyền thơng chung của các nút mạng di động ............................... 48
Hình 4.3: Mơ hình truyền thơng có phần lựa chọn định tuyến ..................................... 48
Hình 4.4: Cấu tạo của một nút mạng di động trong mơ hình ........................................ 50
Hình 4.5: Biểu đồ hoạt động của mơ hình lựa chọn thuật tốn định tuyến giảm thiểu tỷ
lệ mất gói trong mạng Ad hoc ............................................................................... 53
Hình 4.6: Các bước mơ phỏng để xây dựng hàm ra quyết định ................................... 55
Hình 5.1: Cấu trúc chương trình mơ phỏng NSZ2 ......................................................... 57
Hình 5.2: NSZ2 hỗ trợ mơ phỏng ở các tầng của mơ hình OSI ..................................... 58
Hình 5.3. Phương pháp thực hiện mơ phỏng ................................................................ 58
Hình 5.4: Hình ảnh các nút mạng truyền phát tín hiệu ................................................. 62
Hình 5.5: Đồ thị tỷ lệ mất gói, số nút nguồn là 10, tốc độ di chuyển lớn nhất là 20m/s
............................................................................................................................... 64
Hình 5.6: Đồ thị tỷ lệ mất gói, số nút nguồn là 20, tốc độ di chuyển lớn nhất là 20m/s
............................................................................................................................... 64
Hình 5.7: Đồ thị tỷ lệ mất gói, số nút nguồn là 10, tốc độ di chuyển lớn nhất 1m/s .... 64
Hình 5.8: Đồ thị tỷ lệ mất gói, số nút nguồn là 20, tốc độ di chuyển lớn nhất 1m/s ... 65
Hình 5.9: Mơ phỏng các nút mạng Ad hoc trong bài toán áp dụng mạng Ad hoc cho
tuyến đường giao thông. ........................................................................................ 67


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Danh mục bảng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1Z Cấu trúc bảng định tuyến truyền đi của MH4 ............................................... 21
Bảng 3.2Z Bảng định tuyến quảng bá của MH4 ............................................................ 21
Bảng 3.3Z Bảng định tuyến truyền đi của MH4 đã cập nhật ......................................... 22

Bảng 3.4Z Bảng định tuyến quảng cáo của MH4 (đã cập nhật) .................................... 22


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Lời nói đầu

LỜI NĨI ĐẦU
Sự phát triển của các thiết bị phần cứng đã và đang tạo động lực để mạng di động
phát triển với nhiều loại hình mạng và dịch vụ khác nhau. Trong số những loại hình
mạng, mạng Ad hoc đã thu hút được nhiều sự quan tâm của giới chuyên môn. Với
những đặc điểm nổi bật như: khả năng không sử dụng cơ sở hạ tầng, các nút mạng có
thể di chuyển theo hướng và tốc độ tùy ý, mạng Ad hoc có thể đáp ứng được yêu cầu
khắt khe của những ứng dụng trong môi trường đặc biệt như: chiến trường, thám hiểm,
lị vũ khí hạt nhân, nơi xảy ra thiên tai, hỏa hoạn… Tuy nhiên, mạng Ad hoc cũng gặp
nhiều thách thức trong mơi trường truyền thơng do chính những đặc điểm của nó. Vì
vậy, việc đảm bảo chất lượng truyền tin trong mạng Ad hoc là một vấn đề cần được
quan tâm. Nếu trong các mạng cố định, định tuyến là vấn đề khơng thể thiếu thì trong
mạng Ad hoc Z là mạng định tuyến động Z định tuyến là cơ chế quan trọng ảnh hưởng
tới chất lượng dịch vụ. Vậy làm thế nào để nâng cao chất lượng truyền tin trong mạng
Ad hoc?
Với suy nghĩ trên, cùng với sự định hướng và chỉ dẫn của TSKH. Hoàng Đăng Hải
em đã chọn đề tài “Xây dựng mơ hình lựa chọn thuật tốn định tuyến giảm thiểu tỷ
lệ mất gói trong mạng Ad hoc”. Mục tiêu của đồ án là nghiên cứu vấn đề định tuyến
trong mạng Ad hoc và xây dựng mơ hình lựa chọn thuật tốn định tuyến để giảm thiểu
tỷ lệ mất gói. Trên cơ sở đó, bài đồ án xem xét khả năng áp dụng mô hình cho bài tốn
giao thơng.
Để đạt được những mục tiêu trên đồ án sẽ tập trung nghiên cứu một số giao thức
định tuyến cơ bản hỗ trợ cho Ad hoc, xây dựng mơ hình giảm thiểu tỷ lệ mất gói và
thực hiện mô phỏng hệ thống.

Do thời gian thực hiện đồ án có hạn nên trong khn khổ của đồ án này em xin tập
trung nghiên cứu 4 giao thức định tuyến DSDV, DSR, AODV, TORA (trong số hơn
30 giao thức hỗ trợ cho Ad hoc); thực hiện mô phỏng với ba giao thức DSDV, DSR,
AODV; xây dựng mơ hình giảm thiểu tỷ lệ mất gói cho mạng Ad hoc trên cơ sở xây
dựng lý thuyết một hàm ra quyết định.


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Chương I: Đặt vấn đề

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ
Mạng truyền thông trong những năm qua đã phát triển không ngừng. Bên cạnh sự
phát triển của Kinh tế là những nhu cầu ngày càng cao của con người, trong đó phải kể
đến nhu cầu thơng tin liên lạc. Sự xuất hiện của công nghệ không dây đang đưa con
người tiến đến gần hơn với dịch vụ mà trước đây chỉ là tưởng tượng. Ngày càng có
nhiều người sử dụng mong muốn có những thiết bị thật gọn nhẹ và tiện ích. Điều này
đã đặt ra những u cầu đối với các hệ thống truyền thơng, đó là: phải thực hiện kết
nối giữa các nút mạng di động trong khi người sử dụng di chuyển tự do, đảm bảo
truyền dữ liệu (GPS, hình ảnh) và âm thanh giữa các nút, tiện dụng cho việc sử dụng
Compaq, iPaq, Pocket, PC… Tuy nhiên, không phải khi nào việc thiết lập truyền thông
dựa trên những điểm truy nhập cố định và cơ sở hạ tầng backbone cũng có thể thực
hiện được như: cơ sở hạ tầng không thể triển khai ở những vùng đang chịu thảm họa
hoặc những vùng chiến tranh, cơ sở hạ tầng cũng khơng thích hợp với vơ tuyến ngắn
hay Bluetooth (~ 10m). Do đó, cần một mạng thỏa mãn các u cầu: khơng có cấu
trúc, tự khởi động, tự cấu hình… Mạng Ad hoc khơng dây đã ra đời thỏa mãn những
yêu cầu trên. Vậy, mạng Ad hoc không dây là mạng như thế nào?
1.1. Khái niệm mạng Ad hoc không dây
Mạng Ad hoc không dây là một tập hợp của hai hoặc nhiều các thiết bị, nút mạng
hoặc thiết bị đầu cuối kết nối không dây có khả năng hoạt động mạng và liên lạc với

các nút mạng khác không cần đến cơ sở hạ tầng cũng như sự giúp đỡ của người quản
lý trung tâm [8, tr.01]. Mỗi nút mạng trong một mạng Ad hoc không dây hoạt động
vừa như một máy chủ vừa như một bộ định tuyến tham gia vào việc phát hiện và duy
trì các tuyến tới các nút mạng khác trong mạng. Các nút mạng Ad hoc có thể di chuyển
theo các hướng và tốc độ một cách ngẫu nhiên. Do đó tơpơ của mạng Ad hoc thay đổi
động. Các mạng Ad hoc thường hữu ích trong các hoạt động tìm kiếm và giải cứu, các
buổi họp và hội nghị với nhiều người mong muốn chia sẻ thông tin một cách nhanh
chóng.

Hình 1.1: Một mạng Ad hoc với các nút mạng di chuyển theo các hướng và tốc độ
khác nhau


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Chương I: Đặt vấn đề

1.2. Những vấn đề và thách thức trong truyền tin qua mạng Ad hoc
Hiện nay, môi trường di động đang thu hút được sự quan tâm của nhiều người và
mang lại nhiều tiện ích. Mơi trường di động đang xóa dần khoảng cách về mặt địa lý,
làm cho mọi người gần nhau hơn. Bên cạnh những lợi ích mà mơi trường di động
mang lại, chúng ta cũng phải đứng trước những thách thức trong mơi trường này để có
thể phát triển mạng và các dịch vụ mạng.
Những giới hạn của môi trường di động:
Z Gói có thể bị mất do các lỗi truyền thơng.
Z Các kết nối có dung lượng thay đổi.
Z Do có sự di động nên việc đứt kết nối, phân mảnh thường xuyên xảy ra.
Z Giới hạn băng thông truyền.
Z Quảng bá tự nhiên các thông tin (thừa thông tin).
Z Khả năng tắc nghẽn cao.

Giới hạn khả năng di động:
Z Thay đổi động tôpô và các bộ định tuyến.
Z Các hệ thống hoặc các ứng dụng thiếu nhận thức về sự di động.
Những giới hạn về máy di động:
Z

Khả năng lưu trữ bị giới hạn.

Z

Khả năng xử lý của các máy di động có hạn.

Ad hoc được phát triển cơ bản trong mơi trường di động, vì vậy ít nhiều cũng chịu
tác động của những thách thức trên. Bên cạnh đó, Ad hoc với đặc điểm nổi bật là tôpô
thay đổi động gây ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ của mạng. Việc người sử dụng có
thể di chuyển theo hướng và tốc độ một cách tùy ý làm cho tôpô mạng thường xuyên
thay đổi, phải định tuyến liên tục và không thể dự báo được. Điều này làm tăng tỷ lệ
mất gói trong mạng, giảm hiệu năng truyền thơng. Việc mất gói sẽ gây thiếu hụt thơng
tin hoặc làm cho thơng tin khơng cịn chính xác nữa. Với dữ liệu loại voice thì có thể
tạm chấp nhận được, nhưng nếu mất thông tin định tuyến hay các dữ liệu loại khác thì
sẽ phải định tuyến lại hoặc gửi lại. Như vậy sẽ làm tăng thời gian thực hiện, ảnh hưởng
tới các mục tiêu khác của mạng Ad hoc (định tuyến, bảo mật, di động, tiết kiệm tài
nguyên, nguồn điện… ).
Để giải quyết vấn đề tỷ lệ mất gói cao, một trong những giải pháp hữu hiệu là lựa
chọn thuật tốn định tuyến thích hợp. Lựa chọn thuật tốn định tuyến thích hợp sẽ


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Chương I: Đặt vấn đề

giảm các bước truyền, độ trễ gói, lưu lượng mạng do đó cũng làm giảm tỷ lệ mất gói.
Vì vậy trong đồ án này, em xin được tập trung nghiên cứu về đặc điểm định tuyến
trong mạng Ad hoc, xây dựng mơ hình chọn lựa thuật tốn định tuyến một cách linh
thoạt để giảm thiểu tỷ lệ mất gói và thực hiện mô phỏng hệ thống bằng NSZ2.
Đồ án được chia thành những phần như sau:
Lời nói đầu.
Chương I: Đặt vấn đề.
Chương II: Nêu tổng quan về mạng Ad hoc, những vấn đề liên quan đến chất
lượng truyền tin, vấn đề định tuyến, những thách thức liên quan giữa định tuyến với
môi trường di động, tôpô thay đổi và tỷ lệ mất gói.
Chương III: Trình bày các cơ chế định tuyến điển hình hiện nay và phân tích khả
năng áp dụng cho Ad hoc.
Chương IV: Xây dựng mơ hình lựa chọn thuật tốn định tuyến để giảm thiểu tỷ lệ
mất gói.
Chương V: Thực hiện mô phỏng và kết quả mô phỏng.
Kết luận và hướng mở.


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC VÀ TRUYỀN TIN QUA
MẠNG AD HOC
2.1. Lịch sử phát triển của mạng Ad hoc
Mạng Ad hoc xuất phát từ mạng vơ tuyến gói. Vì vậy, trước hết bài đồ án tóm tắt
vài nét tìm hiểu qua về sự ra đời và phát triển của mạng vơ tuyến gói.
Sự phát triển vơ tuyến gói cho truyền thơng máy tính ra đời đầu tiên vào năm 1970
là một phần của dự án ALOHANET được thực hiện bởi Đại học Hawaii. ALOHANET

bao gồm một mạng vô tuyến để kết nối các máy tính trong trường đại học với nhau.
Tuy nhiên, mạng mới chỉ gồm các nút mạng giao tiếp trực tiếp với nhau. Từ dự án
ALOHANET, vơ tuyến gói phát triển trên hai hướng chính là: các mạng vơ tuyến gói
nghiệp dư và các mạng vơ tuyến gói qn sự. Trong đó mạng vơ tuyến gói qn sự là
nền tảng cho sự phát triển của mạng Ad hoc [6, 13,18].
Bên cạnh phát triển ALOHANET, DARPA (Defense Advanced Research Projects
Agency) dự án mạng vơ tuyến gói (Packet Radio Network Z PRNET) mở rộng vơ
tuyến gói đơn bước thành mạng vơ tuyến gói đa bước (multiZhop) được phát triển từ
năm 1972 đến năm 1983, dự án PRNET thiết kế và kiểm tra các giao thức trong môi
trường mà các nút mạng trên nền tảng di động. Kết quả là các giao thức đã tự động
thích ứng với sự thay đổi tơpơ mạng. Năm 1987, PRNET hỗ trợ cho 183 nút mạng, cả
các trạm vô tuyến gói và các trạm tham gia. Nó sử dụng giao thức vector khoảng cách
để định tuyến.
Khi dự án PRNET chấm dứt, dự án SUSAN (Survivable Adaptive Network) bắt
đầu và thực hiện từ năm 1983 tới năm 1992. SUSAN lại được tiếp tục bởi dự án
GLoMo (Global Mobile Information System Z Hệ thống thơng tin di động tồn cầu)
thực hiện từ 1995 đến 2000. Tiếp theo, dự án NTDR (Near Term Digital Radio) được
thực hiện để phát triển vô tuyến gói một cách chiến thuật để triển khai trên chiến
trường.
Trên cơ sở dự án ALOHANET, PRNET… mạng Ad hoc đã ra đời đáp ứng nhu cầu
không chỉ trong quân sự mà trong giao dịch thương mại và nhu cầu của đời sống. Sau
đây chúng ta sẽ tìm hiểu qua về mạng Ad hoc.
2.2. Những đặc điểm cơ bản của mạng Ad hoc
Như đã giới thiệu ở mục 2.1, lịch sử của các mạng vô tuyến được bắt đầu từ những
năm 1970 và từ đấy đã thu hút được sự quan tâm đặc biệt của thế giới. Trong suốt thập
kỷ sau, sự quan tâm này đã bùng nổ bởi sự phát triển nhanh chóng của Internet và sau
đấy là cơng nghệ mạng không dây [7]. Mạng không dây là một công nghệ nổi bật hiện


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

nay, nó cho phép người sử dụng truy nhập thông tin và các dịch vụ xử lý số liệu bằng
điện tử mà không quan tâm tới vị trí địa lý của họ. Các loại mạng khơng dây có thể
chia thành hai loại: mạng có cơ sở hạ tầng (thường được biết đến như các WLAN) và
mang không có cơ sở hạ tầng (thường gọi là Ad hoc). Mạng Ad hoc với những khả
năng ưu việt vẫn đang được tiếp tục phát triển và sẽ phổ biến trong tương lai khơng xa.
2.2.1. Phân loại mạng Ad hoc
Có hai loại mạng Ad hoc không dây là: Mạng Ad hoc di động (MANET) và mạng
cảm ứng thông minh .
Mạng cảm ứng thông minh bao gồm một số những sensor rải dọc theo một vùng
địa lý. Mỗi sensor có khả năng kết nối không dây và khả năng hiểu biết để xử lý tín
hiệu và hoạt động mạng của dữ liệu.
MANET là một tập độc lập các nút mạng hoặc người sử dụng di động mà kết nối
qua đường không dây. Ví dụ: thiết lập liên lạc trong những tình trạng khẩn cấp hoặc
các hoạt động cứu trợ, những nỗ lực làm giảm nhẹ thảm hoạ và các mạng lưới thông
tin quân sự. Trong những viễn cảnh này, việc kết nối tập trung khơng thể tin cậy, do đó
MANET sẽ là một giải pháp hiệu quả. Với mạng tập trung, các nút mạng phải thực
hiện tìm ra tơpơ mạng và chuyển giao thơng báo. Với MANET, thuật tốn tìm đường
ngắn nhất khơng đáp ứng như một thuật tốn định tuyến tối ưu. Các nhân tố như: chất
lượng kết nối không dây thường xuyên biến đổi, mất đường truyền, sự giảm âm, nhiễu
do nhiều người sử dụng, nguồn điện sử dụng và sự thay dổi tôpô trở thành những vấn
đề quan trọng. Mạng phải thay đổi một cách phù hợp với định tuyến để làm giảm bớt
những tác động trên..
MANET dựa trên những nền tảng di động. MANET là một hệ thống độc lập của
các nút mạng di động và nó có thể hoạt động một cách riêng biệt hoặc có thể có các
gateway như mạng cố định. Những nút mạng MANET được trang bị những máy phát
không dây và máy thu sử dụng anten mà có thể tác dụng theo mọi hướng (quảng bá) và
có thể định hướng ở mức độ cao (điểm tới điểm).

Trong phạm vi chủ đề của bài đồ án sẽ chỉ tập trung nghiên cứu về mạng Ad hoc di
động (MANET). Vì vậy, thuật ngữ “mạng Ad hoc” ở các phần sau chính là nói tới
mạng MANET.
2.2.2. Đặc điểm chính của mạng Ad hoc
Điểm nổi bật nhất trong mạng Ad hoc là khơng có các thiết bị cơ bản cố định ngoại
trừ các nút mạng di động tham gia, tất cả các nút mạng đều di động và có thể được kết
nối động một cách ngẫu nhiên.
Kết nối giữa các nút mạng có thể thay đổi theo thời gian do tính chuyển động của
các nút mạng, sự ra đi của nút mạng và sự xuất hiện của những nút mạng mới làm cho


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

các giao thức mạng trở nên động và khơng thể dự báo được. Vì thế, tơpơ của mạng là
động nhiều hơn và sự thay đổi thường xuyên khơng thể dự báo trước được.
Như đã trình bày ở trên, sự kết nối giữa các máy tính di động tạo thành một mạng
gọi là mạng AdZhoc khác với các loại mạng đang tồn tại. Thứ nhất là hình trạng của
mạng có thể là khá động. Thứ hai phần lớn người dùng không muốn thực hiện các hoạt
động quản lý để thiết lập một mạng. Các nút mạng không chắc chắn là đều nằm trong
vùng truyền thông của các nút mạng khác. Một nút di động có thể trao đổi dữ liệu với
hai nút di động khác mà hai nút này không thể trực tiếp trao đổi dữ liệu với nhau. Kết
quả là người dùng có thể khơng cần đến sự kết hợp dựa trên các kết nối duy trì mạng,
đặc biệt khi người dùng di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Hình 2.1 mơ tả tính động
trong mạng Ad hoc [15].

Hình 2.1: Tính động trong mạng Ad hoc
Đầu tiên, nút mạng A và D có một kết nối trực tiếp giữa chúng. Khi D di chuyển
ra ngoài vùng vơ tuyến của A thì kết nối bị đứt (Tơpơ mạng thay đổi). Tuy nhiên, mạng

vẫn được kết nối vì A có thể liên lạc với D qua C, E và F.
Bên cạnh đó, các nút mạng cũng có thể tự do di chuyển theo các hướng và tốc độ
tùy ý trong q trình truyền thơng.
Ngồi ra, các nút mạng hoặc thiết bị Ad hoc có thể phát hiện những thiết bị khác
mới xuất hiện để cho phép việc liên lạc và chia sẻ thơng tin. Bên cạnh đó, nút mạng
cũng có thể nhận biết các loại dịch vụ và những thuộc tính tương ứng. Khi các nút
mạng thay đổi trên quãng đường, thông tin định tuyến cũng sẽ thay đổi để phản ánh
kịp thời những thay đổi trong kết nối.
Tóm lại, mạng Ad hoc có những đặc điểm nổi bật sau:
Z

Khơng có cơ sở hạ tầng, khơng cần người quản lý.

Z

Tự khởi động, tự cấu hình.

Z

Tơpơ mạng thay đổi động.


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

Z

Định tuyến động.

Z

Các nút mạng vừa là máy chủ vừa là các bộ định tuyến.

Z

Hoạt động phân tán.

Z

Các thiết bị có cơng suất nhỏ.

Z

Tỷ lệ mất gói cao.

Với một hệ thống thay đổi động như trong mạng Ad hoc thì một trong những vấn
đề được quan tâm hàng đầu là vấn đề định tuyến. Đây là vấn đề quan trọng trong mạng
khơng dây và nó có ảnh hưởng tới những vấn đề liên quan khác (như vấn đề bảo mật,
tài nguyên, nguồn năng lượng…). Và cũng vì thế đặt ra nhiều thách thức đối với mạng
Ad hoc.
2.3. Những thách thức cơ bản trong truyền tin qua mạng Ad hoc
2.3.1. Môi trường truyền dẫn
Môi trường mạng Ad hoc chính là mơi trường mạng khơng dây, vì vậy trước hết
mạng Ad hoc phải đối mặt với những thách thức chung từ môi trường mạng không dây
[24]
2.3.1.1. Lỗi bit trong mạng không dây
Lỗi bit trong các mạng không dây xảy ra bởi có nhiều nguyên nhân khác nhau làm
suy yếu tín hiệu như: nhiễu, sự giao thoa, tổn hao đường truyền, fading, nhiễu truyền
đa hướng và sự tắc nghẽn.

Nhiễu là vấn đề tự nhiên của kênh truyền thông. Truyền thông giữa một người gửi
và một người nhận từ xa được thực hiện bằng việc truyền bit một cách tuần tự sử dụng
các dạng sóng riêng biệt trong khoảng thời gian giới hạn. Do nhiễu, phía người nhận từ
xa có thể nhận một bản có các dạng sóng tín hiệu bị hỏng.
Sự giao thoa xảy ra do các nguyên nhân khác nhau. Nguyên nhân chính là dùng lại
tần số. Những tần số này được sử dụng lại cho nhiều người ở các vị trí khơng xa để
tăng năng suất của quang phổ. Một nguyên nhân khác là bởi những tín hiệu trong các
kênh liền kề. Sự giao thoa dải hẹp có thể giảm việc sử dụng lọc mức hoặc các công
nghệ quang phổ dải rộng.
Tổn hao đường truyền là một đặc trưng của tần số sóng mang, khoảng cách truyền,
và tăng ích của anten. Có nhiều loại mơ hình tổn hao truyền khác nhau được sử dụng
để tính tốn đường truyền, trong đó mơ hình khơng gian tự do là mơ hình đường
truyền cơ bản.
Fading là sự thay đổi bất thường của nguồn tín hiệu nhận. Có ba loại chính: fading
do che chắn (shadow fading), fading phẳng (flat fading), fading lựa chọn tần số


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

(frequencyZselective fading). Fading che chắn xảy ra do các đối tượng gây cản trở trên
đường truyền như: đồi núi, nhà, hay những vật cản khác. Fading phẳng xảy ra do
truyền đa hướng của các sóng điện từ từ người truyền tới người nhận, khi tín hiệu
tương tự được nhận ở người nhận ở những thời gian khác nhau do tán sắc và phản hồi
các bề mặt trong vùng phủ sóng. Fading phẳng được mơ tả như sự dao động nhanh của
nguồn tín hiệu nhận qua các khoảng thời gian ngắn. Fading lựa chọn tần số có do việc
truyền đa hướng. Do truyền đa hướng nên có sự tự giao thoa giữa các thành phần sóng
truyền. Khi những thành phần này đến người nhận thì các sóng phản hồi bị trễ khác
nhau.

Với các tốc độ ứng dụng và tốc độ dữ liệu khác nhau, những suy yếu trên gây ra
hiện tượng lỗi nhóm (error bursts) làm cho khó có thể sử dụng chính xác mã sửa lỗi
thơng thường. Thêm vào đó, truyền đa hướng có thể làm giảm tốc độ dữ liệu. Qua đó
cần thiết lập được những giới hạn nghiêm ngặt cho các tốc độ dữ liệu.
Một vài công nghệ đã được đề xuất để cải thiện cho truyền tin không dây và giảm
thiểu sự tác động khắt khe của các yếu tố làm suy yếu tín hiệu. Mặc dù những công
nghệ này tỏ ra hữu hiệu với mạng có dây, tỷ lệ bit lỗi trong mạng không dây giảm
không đáng kể. Tỷ lệ lỗi bit điển hình của các mạng khơng dây là giữa 10Z2 tới 10Z6 phụ
thuộc vào điều kiện môi trường và hệ thống tương ứng. Các giao thức mức cao hơn và
các ứng dụng phải đưa vào tính tốn tỷ lệ lỗi bit cao và cần các cơ chế thích hợp cho
điều khiển chất lượng dịch vụ, hiệu chỉnh chất lượng dịch vụ và các chiến lược giảm
cấp chất lượng dịch vụ để có thể cung cấp một chất lượng dịch vụ có thể chấp nhận
được tới người sử dụng di động.
2.3.1.2. Sự dao động của các kết nối không dây
Kết nối không dây có những đặc điểm thay đổi theo thời gian có thể ảnh hưởng
đáng kể đến việc đảm bảo thực hiện kết nối. Băng thông kết nối không dây thay đổi
qua thời gian bởi sự không ổn định về thời gian và fading tạm thời cùng với các lỗi
burst. Sự biến đổi ngẫu nhiên của các kết nối, đặc biệt là khi người truyền và/hoặc
người nhận di chuyển, dẫn tới trễ thay đổi trong thời gian hành trình và kết nối. Sự
biến đổi này có ảnh hưởng đáng kể tới việc thực hiện các giao thức có phản hồi.
Hơn thế nữa, sự biến đổi của các kết nối dẫn đến thay đổi trễ truyền đầu cuối tới
đầu cuối. Vì vậy, những tính tốn dựa trên độ trễ như tính tốn thời gian chờ truyền lại
cho các giao thức kiểu như TCP có thể cho lại giá trị lớn và dẫn tới khoảng nghỉ dài
tức là gây hậu quả thông lượng thấp hơn và lãng phí băng thơng.
2.3.1.3. Di động
Khơng dây khơng có nghĩa là di động nhưng đa phần các thiết bị không dây thường
di động. Di động gây ra những thách thức cho việc bảo đảm chất lượng dịch vụ. Vấn
đề đầu tiên là nguồn tín hiệu của người nhận gồm nhiều loại khác nhau với vị trí và

Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

thời gian do đó xuất hiện fading và hiệu ứng chắn đa hướng như đã đề cập ở phần trên.
Kết quả là tỷ lệ lỗi bit cao và tăng sự giao động ngẫu nhiên của các kết nối khơng dây.
Những đặc điểm này gây khó khăn cho việc bảo đảm kết nối tin cậy và dự báo tỷ lệ dữ
liệu, độ trễ và mất đường truyền. Vấn đề thứ hai là phải đối phó với việc duy trì kết
nối, cụ thể là quản lý vị trí và định tuyến. Đa phần các mạng không dây được thiết lập
trong một tôpô tế bào. Việc di chuyển của các đầu cuối di động từ một cell tới cell
khác được gọi là chuyển vùng. Khi người dùng vào một cell mới thì mạng khơng dây
cần một khoảng thời gian để quản lý (xác nhận và quảng cáo) và để tính tốn lại tuyến
mới. Do chuyển vùng chắc chắn là có góc trễ. vì vậy trong suốt thời gian cuộc gọi có
thể kết nối bị gián đoạn ngắn và một số gói có thể bị mất. Ở các tầng cao hơn và các
ứng dụng phải có khả năng chỉnh sửa lại cho hợp góc trễ này và cần các cơ chế để
giảm ảnh hưởng của q trình chuyển vùng.
Thêm vào đó, chuyển vùng có thể gây ra những vấn đề khác. Khi một người sử
dụng di chuyển vào một cell với tải cao, q trình chuyển vùng có thể bị lỗi và kết nối
bị ngắt nếu khơng có kênh sẵn (hoặc khơng có tài ngun sẵn) trong cell mới. Về
ngun tắc, hai kỹ thuật có thể được áp dụng, cụ thể là dành sẵn trước (reservation in
advance) và mượn kênh (channel borrowing). Sử dụng kỹ thuật mượn kênh, người
dùng có thể nhận một phần tài nguyên từ cell lân cận hoặc trạm gốc và sử dụng cơ chế
chuyển vùng mềm (soft handover).
Dịch vụ không ranh giới (seamless) tạo khả năng cho người sử dụng di động di
chuyển tùy ý giữa các cell khác nhau. Tuy nhiên, các đầu cuối di động trong các cell
khác nhau có thể chịu các tỷ lệ lỗi kênh khác nhau. Điều này cũng đúng cho các di
động cùng một cell. Vấn đề này có thể xảy ra trong suốt quá trình chuyển vùng, khi
một chủ di động đang di vào một cell giả dụ có tỷ lệ lỗi cao hơn so với ở cell cũ.
2.3.1.4. Kết nối tới các mạng có dây
Truy nhập Internet sẽ là đặc trưng quan trọng của mạng không dây thế hệ sau. Các

đầu cuối di động có thể kết nối tới các máy cố định cho một cuộc gọi, một cuộc hội
thảo video hoặc truyền thông đa phương tiện. Kết nối đầu cuối kiểu này bao gồm một
hoặc nhiều kết nối khơng dây và có dây với ít nhất một kết nối khơng dây. Tuy nhiên,
các kết nối khác nhau có tỷ lệ dữ liệu khác nhau, sự biến đổi và những ràng buộc về tỷ
lệ lỗi bit và độ trễ khác nhau. Hỗ trợ chất lượng dịch vụ cho các kết nối đầu cuối tới
đầu cuối trong trường hợp này là một thách thức lớn.
Một vấn đề khác là hiệu ứng khơng đối xứng, nghĩa là có sự chênh lệch băng thơng
giữa hai vùng: khơng dây và có dây. Băng thông theo chiều từ máy cố định tới máy
chủ di động luôn lớn hơn băng thông trong đường truyền theo chiều ngược lại. Điều
này được gọi là hiệu ứng không đối xứng. Kết quả là các độ trễ không đối xứng trong
các hướng ngược nhau, nghĩa là độ trễ khác nhau trong hướng gửi và trả lời.


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

2.3.1.5. Băng thông kênh thấp
Băng thông kết nối khơng dây là khan hiếm bởi vì phổ sóng vơ tuyến có hạn. Các
mạng khơng dây có những ràng buộc cụ thể về băng thông trong so sánh với mạng có
dây. Việc cấp phát cho băng thơng khơng dây rất eo hẹp. Vì vậy, cung cấp dịch vụ cho
các kết nối mang tính định tính nhiều hơn. Mặt khác, cần có sự cân bằng giữa hiệu
năng và tài nguyên mạng không dây và sự công bằng giữa những người sử dụng.
Các mạng có dây ngày nay thường đảm bảo truyền thông với tỷ lệ lỗi bit thấp và
tốc độ cao. Ngược lại, các mạng khơng dây điển hình thường có hiệu năng thấp do tỷ
lệ lỗi bó (bursty) cao, tốc độ dữ liệu thấp và hiệu suất phụ thuộc nhiều vào các yếu tố
khác như vị trí thuê bao, mơi trường truyền trong khơng khí, các điều kiện mơi
trường… Ví dụ, tốc độ truyền dữ liệu của mạng khơng dây là 19.2 kbps với cơng nghệ
dữ liệu gói số tế bào (Cellular Digital Packet Data Z CDPD), khoảng 300 kbps với công
nghệ tốc độ dữ liệu tăng cường qua GSM (Enhanced Data rates for GSM Evolution Z

EDGE), từ 384 kbps cho tới 2 Mbps với các hệ thống thế hệ di động thứ 3 (Third
Generation Z 3G). Tuy nhiên, tốc độ truyền qua mạng không dây vẫn thấp hơn nhiều so
với tốc độ truyền dữ liệu cơ bản của Internet và các mạng có dây, vì vậy các kết nối
khơng dây sẽ tiếp tục cịn vấn đề nút cổ chai trong môi trường kết nối mạng không
đồng nhất.
Bên cạnh những thách thức từ môi trường truyền dẫn, mạng Ad hoc cịn gặp rất
nhiều thách thức từ chính những đặc điểm nổi bật của nó so với các mạng có dây khác,
cụ thể là bảo mật thông tin và điển hình là vấn đề định tuyến.
2.3.2. Bảo mật thơng tin
Bảo mật cũng là một vấn đề quan trọng đối với mạng Ad hoc, đặc biệt là cho các
ứng dụng cảm ứng. Tuy nhiên, chính những đặc điểm nổi bật của mạng Ad hoc lại đặt
ra những thách thức cho việc thực hiện các mục tiêu bảo mật.
Trước hết, sử dụng kết nối không dây làm cho mạng Ad hoc nhạy cảm hơn với
những tấn công kết nối từ việc nghe trộm thụ động cho tới việc giả mạo chủ động, lặp
thông báo và xuyên tạc thông báo [15]. Việc nghe trộm sẽ giúp cho đối thủ truy nhập
vào thông tin bí mật, xâm phạm tính cẩn mật. Những tấn cơng chủ động có thể cho
phép đối thủ xố thơng báo, xen vào những thông báo lỗi, chỉnh sửa thông báo và giả
mạo nút mạng.
Thứ hai, những nút mạng di chuyển trong những môi trường nhạy cảm (như chiến
trường) với sự bảo vệ tương đối ít, có thể bị lỗi. Do đó, chúng ta khơng chỉ đề phịng
sự phá hoại có chủ ý từ bên ngồi mà cịn phải đề phịng những phá hoại xuất phát từ
bên trong gây ra bởi những nút mạng bị lỗi. Vì vậy, để có thể thích nghi cao, các mạng
Ad hoc phải có kiến trúc phân tán khơng có các thực thể trung tâm. Vì nếu thực thể
trung tâm bị tổn thương thì tồn bộ mạng sẽ bị phá huỷ.


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

Thứ ba, một mạng Ad hoc là động bởi việc thay đổi thường xuyên của giao thức và
cả thành viên của nó. Mối quan hệ tin cậy giữa các nút mạng cũng thay đổi khi một nút
mạng bị phát hiện là đang bị tổn thương. Không giống như các mạng di động không
dây khác như mobile IP, những nút mạng trong mạng Ad hoc có thể gia nhập một cách
năng động vào các miền khác. Giải pháp bảo mật với một cấu hình tĩnh bất kỳ là
khơng đủ khả năng đáp ứng mạng Ad hoc. Thêm vào đó, mạng Ad hoc có thể bao gồm
hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn nút mạng. Do đó, cơ chế bảo mật sẽ phải thay đổi
tỉ lệ theo độ lớn của mạng.
Đối với vấn đề định tuyến, là vấn đề sống cịn của mạng Ad hoc, bảo mật thơng
tin định tuyến là rất quan trọng. Có hai mối đe doạ cho các giao thức định tuyến. Thứ
nhất là những kẻ tấn cơng từ bên ngồi. Bằng việc xen thơng tin định tuyến lỗi, chạy
lại thông tin định tuyến cũ hoặc xuyên tạc thông tin định tuyến, một kẻ phá hoại có thể
chia cắt mạng thành cơng hoặc đưa lưu lượng quá tải nạp vào mạng bằng cách gây ra
việc truyền lại và định tuyến khơng có hiệu quả. Thứ hai và cũng là mối đe doạ lớn
hơn xuất phát từ những nút mạng bị tổn thương có thể thơng báo những thông tin định
tuyến sai lệch cho các nút mạng khác. Việc phát hiện những thông tin lỗi kiểu này là
rất khó. Khi đó, những u cầu thơng tin định tuyến được ký nhận bởi mỗi nút mạng sẽ
không làm việc, bởi những nút mạng bị tổn thương có thể phát sinh những chữ ký có
giá trị bằng cách sử dụng những khố riêng của nó.
Vì những lý do nêu trên, thông tin định tuyến cần được đảm bảo. Đây cũng là
cách để đảm bảo hiệu năng của mạng.
2.3.3. Vấn đề định tuyến
Vấn đề định tuyến cơ bản là tìm ra một chuỗi thứ tự các nút mạng trung gian để có
thể truyền tải các gói tin qua mạng từ nguồn tới đích bằng cách đi qua các nút mạng
trung gian đó một cách phù hợp nhất [6].
Sự thay đổi động trong mạng Ad hoc tạo ra thách thức với những mục tiêu định
tuyến bởi các tài nguyên khác nhau như: băng thông, nguồn điện và những yêu cầu
như trễ và những yêu cầu khác về chất lượng dịch vụ. Giao thức định tuyến trong các
mạng có dây thường là khơng hồn tồn phù hợp với mơi trường khơng dây. Chúng
thường được dựa trên việc cập nhật định kỳ của các bộ định tuyến và tạo ra một

overhead lớn trong một mạng tương đối rỗng và đó cũng là nguyên nhân chính gây ra
những thay đổi trong tơpơ [11]. Bên cạnh đó, mơi trường khơng dây khác với mơi
trường có dây, nó có phạm vi giới hạn và biến đổi khác với mơi trường hữu tuyến.Vì
vậy, cần có những giao thức định tuyến phù hợp để cho phép các nút mạng này liên lạc
với nhau.
Trong vấn đề định tuyến theo giải pháp từng chặng (hopZbyZhop) truyền thống, mỗi
nút mạng duy trì một bảng định tuyến [6]. Theo cách này, với mỗi đích đến, bảng định


Báo cáo Đồ án Tốt nghiệp

Chương II: Tổng quan về mạng Ad hoc và…

tuyến liệt kê các nút mạng kế tiếp để gửi gói tin tới đích. Bảng định tuyến trong mỗi
nút mạng có thể được coi như là sự bao quát trong cấu trúc dữ liệu phân phối. Mục tiêu
của giao thức định tuyến là để đảm bảo cho tồn bộ cấu trúc dữ liệu, bao gồm cách
nhìn chắc chắn và chính xác của tơpơ mạng thực tế. Nếu bảng định tuyến ở một số nút
mạng trở nên không thích hợp thì các gói tin có thể bị lặp trong mạng. Cịn nếu bảng
định tuyến bao gồm những thơng tin khơng chính xác thì các gói tin có thể bị mất. Vấn
đề duy trì chắc chắn và chính xác trở nên khó khăn hơn khi có sự gia tăng số lượng các
nút mạng và tốc độ thay đổi tôpô.
Thách thức trong việc tạo ra một giao thức định tuyến cho mạng AdZhoc là thiết kế
một giao thức đơn giản mà có thể đáp ứng được tính đa dạng của điều kiện thực tế để
có thể đưa vào mạng AdZhoc. Ví dụ, độ rộng băng thơng khả dụng giữa hai nút mạng
có thể thay đổi từ hơn 10Kbps đến 10Mbps hoặc ít hơn. Tốc độ cao nhất đạt được khi
sử dụng các giao diện mạng tốc độ cao với nhiễu nhỏ và tốc độ cực thấp có thể đạt đến
khi sử dụng các giao diện mạng tốc độ thấp hoặc khi có nhiễu tác động từ các nguồn
bên ngồi hoặc từ sự truyền dẫn của nút mạng.
Một nguyên nhân khác gây ra sự thay đổi độ rộng băng thông là các nút mạng
trong một mạng Ad hoc có thể luân chuyển giữa các thời điểm dừng cũng như di

chuyển tới nút mạng khác. Các điều kiện truyền qua một mạng đơn lẻ cũng có thể thay
đổi, có nghĩa là trong khi một số nút mạng di chuyển chậm thì các nút mạng khác có
thể thay đổi vị trí nhanh.
Giao thức định tuyến phải được thực hiện hiệu quả trong các điều kiện mà các nút
mạng giữ nguyên và độ rộng băng thông không phải là yếu tố giới hạn. Giao thức vẫn
phải thực hiện chức năng hiệu quả trong khi độ rộng băng thơng thấp, tính di động cao
và tơpơ mạng thay đổi nhanh.
Phần lớn các giao thức định tuyến đều vận hành giao thức một cách liên tục trong
vài khoảng thời gian mà không để ý đến các sự kiện bên ngoài (tác động tuần hoàn).
Các tác động tuần hoàn giới hạn khả năng của các giao thức để đáp ứng sự thay đổi
của môi trường. Nếu các khoảng thời gian tuần hoàn được thiết lập quá ngắn, giao thức
sẽ khơng hiệu quả so với việc nó thực thi các hoạt động thường xuyên hơn yêu cầu cần
đáp ứng, làm thay đổi tôpô mạng. Nếu khoảng thời gian tuần hồn được thiết lập q
dài, giao thức sẽ khơng đáp ứng được đầy đủ và nhanh chóng đối với sự thay đổi hình
trạng mạng. Gói tin sẽ bị mất.
Từ những thách thức nêu trên cho thấy, vấn đề định tuyến quan hệ mật thiết tới
chất lượng truyền tin. Định tuyến nhanh, chính xác, số bước ngắn và an tồn là điều
kiện đảm bảo cho chất lượng truyền tin.