Đặt vấn đề Dung lượng mạng là một trong những độ đo hiệu năng mạng hết sức quan trọng. Dung lượng của mạng được định nghĩa là năng lực vận chuyển tối đa của đường truyền (trong điều kiện tốt nhất). Dung lượng mạng phụ thuộc rất nhiều vào rất nhiều yếu tố như: kích thước mạng, dạng truyền thông, giao thức định tuyến,. Trong nghiên cứu trước đây về dung lượng MANET của Gupta P,.
R [5], các tác giả đã đánh giá dung lượng của mỗi nút có thể nhận được trong mạng. Nghiên cứu này có tính lý thuyết cao và chủ yếu dựa vào phân tích toán học. Các tác giả đã bố trí các nút mạng có vị trí cố định ngẫu nhiên, mỗi nút sẽ chọn một đích ngẫu nhiên trong vùng mô phỏng và truyễn dữ liệu với một tốc độ ngẫu nhiên. Họ cũng đã phân tích các tình huống dưới dạng mô hình giao thức và mô hình vật lý sao cho gói tin từ nguồn có thể được gửi đến đích.
Mô hình giao thức được phát biểu một cách đơn giản là gói tin có thể được nhận nếu khoảng cách giữa nút nguồn và nút đích nhỏ hơn bất kỳ nút nguồn nào đang gửi dữ liệu đến đích. Gupta và Kumar đã chỉ ra nếu tất cả các nút được đặt ở vị trí tốt nhất, dạng truyền thông là tốt nhất, phạm vi truyền là tốt nhất thì dung lượng có thể nhận được của mỗi nút là O(1/sqrt(n)). Một nghiên cứu về dung lượng MANET khác của các tác giả Jinyang Li, Charles Blake, Douglas S. De Couto, Hu Imm Lee, Robert Morris [4] có xem xét các topo mạng đa chặng chia sẻ một kênh truyền (chain, vertical/horizontal chains và grid).
Họ đã nghiên cứu và sử dụng giao thức 802.11 trong việc truyền các gói tin trong mạng nhưng lại bỏ qua sự có mặt của các giao thức định tuyến. Qua các nghiên cứu trên các tác giả chỉ đánh giá dung lượng của mạng MANET trong những trường hợp lý tưởng, các nút mạng ở trạng thái tĩnh trong khi thực tế thì các nút trong mạng MANET di chuyển liên tục dẫn đến topo của mạng cũng luôn thay đổi. Một yếu tố khác rất quan trọng mà các tác giả không tính đến đó là sự ảnh hưởng của các giao thức định tuyến đến dung lượng của MANET. Chính vì vậy trong đề tài luâ ̣n văn này chúng tôi tiế p tu ̣c nghiên cứu đánh giá dung lượng của mạng MANET khi thay đổi số nút và độ linh động của nút dựa trên một số giao thức định tuyến trong mạng MANET để từ đó đưa ra sự so sánh hiệu quả của một số giao thức này.
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn Trong luận văn, chúng tôi tập trung phân tích và mô phỏng dung lượng của mạng MANET khi số nút mạng và tốc độ di chuyển của các nút mạng thay đổi dựa trên một số giao thức định tuyến phổ biến trong mạng MANET. Căn cứ vào mục đích chính của luận văn, chúng tôi nghiên cứu và trình bày các vấn đề sau: z 2 Tổng quan về mạng MANET (Mobile Adhoc Network). Nghiên cứu và nắm vững các giao thức định tuyến trong mạng MANET như DSR, AODV. Nghiên cứu các phương pháp thực hiện việc thay đổi số nút mạng và độ linh động của nút mạng khi thực hiện mô phỏng.
Xây dựng môi trường mô phỏng, đưa các giao thức định tuyến trong mạng MANET vào mô phỏng thông qua NS-2. Đánh giá dung lượng MANET theo số nút và độ linh động của nút thông qua các giao thức định tuyến AODV và DSR bằng bộ mô phỏng mạng NS2. Từ đó đưa ra các nhận xét so sánh giữa hai giao thức. Tổ chức của luận văn Nội dung luận văn bao gồm sáu chương như sau: Chƣơng 1: Giới thiệu Chƣơng 2: Tổng quan về mạng không dây Chƣơng 3: Các giao thức định tuyến chính trong mạng MANET Chƣơng 4: Nghiên cứu việc sử dụng bộ mô phỏng NS-2 để đánh giá dung lượng mạng MANET Chƣơng 5: Đánh giá dung lượng MANET theo số nút và độ linh động của nút Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo z 3 Chƣơng 2.
TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY Mục tiêu của chương này là giới thiệu với người đọc những kiến thức cơ bản về mạng không dây WPAN, WLAN, WWAN và mạng MANET bao gồm các đặc điểm, ứng dụng của chúng trong khoa học, công nghệ và trong cuộc sống từ đó có cái nhìn tổng quan về các loại mạng này. Giới thiệu về mạng không dây Mạng không dây có tính linh hoạt cao , hỗ trợ các thiết bị di động nên không bị ràng buộc cố định về vị trí địa lý như trong mạng hữu tuyến. Ngoài ra, trong quá trình hoạt động chúng ta còn có thể dễ dàng bổ sung hay thay thế các thiết bị tham gia mạng mà không cần phải cấu hình lại toàn bộ tô -pô của mạng. Trong đó ma ̣ng MANET (Mobile Ad Hoc Network ) là một trong những mạng không dây được ứng dụng hầu hế t trong các liñ h vực quân s ự, hàng không, vâ ̣n tải tàu biể n.
viê ̣c triể n khai hê ̣ thố ng mạng không đòi hỏi nhiều về cơ sở hạ tầng mạng , không cầ n thiế t phải có các thiế t bi ̣ điề u khiể n trung tâm và không phu ̣ thuô ̣c vào vi ̣trí điạ lý [2, 3]. Khác với các hê ̣ thố ng ma ̣ng có dây , viê ̣c xác định đường đi tố i ưu để truyề n dữ liê ̣u trong các hê ̣ thố ng ma ̣ng không dây khá phức ta ̣p do các nút mạng có thể di động và trạng thái các đường truyền có thể thay đổi nhanh theo thời gian , đòi hỏi phải có các cơ chế điều khiển phù hợp với từng mô hình cụ thể. Đây là mô ̣t trong những hạn chế lớn nhất của mạng không dây làm ảnh hưởng đế n tốc độ truyền dữ liê ̣u. Bên cạnh đó, tỉ lệ mấ t gói tin cao trong quá trình truyề n dữ liê ̣u của mạng không dây cũng là một hạn chế lớn của nó.
Hiện nay, những hạn chế trên đang dần được khắc phục thông qua hàng loạt các nghiên cứu về ma ̣ng không dây. Những nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại những bước phát triển nhảy vọt trong liñ h vực ma ̣ng máy tính , đặc biệt là trong lĩnh vực mạng không dây. Phân loại mạng không dây Tương tự như ma ̣ng có dây , mạng không dây có thể triển khai trong nhiề u da ̣ng khu vực điạ lý khác nhau , với mô ̣t số công nghê ̣ ha ̣ tầ ng để triể n khai phù hơ ̣p. Như vâ ̣y, viê ̣c phân loa ̣i ma ̣ng không dây có thể dựa vào 2 tiêu chí cơ bản : Theo qui mô triể n khai ma ̣ng và theo quan hê ̣ di đô ̣ng của các thiế t bi ̣ma ̣ng [18].
Phân loại theo qui mô triển khai mạng Dựa trên qui mô triể n khai mạng, mạng không dây có thể được phân thành ba loại: - WPAN (Wireless Personal Area Network). Phân loại theo quan hệ di động của các bộ định tuyến và nút mạng Với hướng này có thể phân thành ba loại: - Mạng không dây cố định (Fixed wireless network). - Mạng không dây với các điểm truy cậy cố định (Wireless network with fixed access points). -Mạng di động tùy biến (Mobile ad hoc network) [2, 3].
Mạng di động tùy biến (MANET - Mobile Ad hoc Network) Đây là một mô hiǹ h bao gồ m các nút mạng có thể di động , mọi nút mạng đều có khả năng đóng vai trò của bộ đinḥ tuyế n và chuyển tiếp các gói tin của các nút mạng khác đến các nút lân cận để đi đến đích. Như vâ ̣y , viê ̣c triể n khai mô hình mạng dạng MANET sẽ không yêu cầu có các thiết bị trung tâm , vì thế mô hình này rấ t thích hơ ̣p trong các khu vực không thể xây dựng các cơ sở ha ̣ tầ ng ma ̣ng. Một ví dụ điển hình cho kỹ thuật này là một hệ thống mạng bao gồm những nút mạng di động (các tàu bè , xe cộ… ) được kết nối ngang hàng với nhau thông qua các thiế t bi ̣ truy câ ̣p không dây [2, 3]. Minh họa mạng di động tùy biến [18] 2.
Các đặc điểm chính của mạng MANET Mỗi nút trong mạng MANET đều có những đặc điểm về nguồn năng lượng, bộ phận thu phát sóng khác nhau; Chúng có thể di chuyển về mọi hướng theo các tốc độ khác nhau, do đó ta có thể nhận thấy rõ một số đặc điểm chính của mạng MANET như sau: - Tô-pô mạng động: Tô-pô mạng có thể luôn biến đổi theo các mức độ di chuyển của các nút mạng. z 5 - Khoảng cách truyền/nhận sóng ngắn: Khoảng cách sóng của các thiết bị di động là rất hạn chế. - Năng lƣợng hạn chế: Tất cả các thiết bị di động đều sử dụng pin nên khi tham gia vào mạng MANET chúng bị hạn chế về nguồn năng lượng, khả năng xử lý của CPU và kích thước bộ nhớ. - Băng thông hạn chế: Các liên kết không dây có băng thông thấp hơn so với đường truyền cáp và chúng còn chịu ảnh hưởng mạnh của sự nhiễu, sự suy giảm tín hiệu, các điều kiện giao thoa.
- Bảo mật yếu: Đặc điểm của mạng MANET là truyền sóng qua môi trường không khí, điều này khiến cho độ bảo mật kém hơn so với môi trường truyền cáp vì nó tiềm ẩn nhiều nguy cơ bị tấn công, nghe lén đường truyền, giả mạo, DoS,… [18]. Một số ứng dụng mạng MANET Truyền dữ liệu không dây di động có những bước tiến cả về công nghệ và khả năng sử dụng, động lực thúc đẩy là sự phát triển mạnh mẽ của Internet và sự thành công của thế hệ hệ thống di động thứ hai (2G), thế hệ hệ thống di động thứ ba (3G). Dự kiến trong tương lai gần, vai trò truyền dữ liệu khoảng cách ngắn sẽ phát triển, là một phần bổ sung cho truyền thông quy mô lớn truyền thống bởi phần lớn các thiết bị thông tin liên lạc cũng như giao tiếp giữa con người xảy ra ở khoảng cách nhỏ hơn mười mét. Một yếu tố khác thúc đẩy sự phát triển của mạng Ad Hoc là các dải tần số được cấp phép miễn phí đem đến việc sử dụng các công nghệ truyền thông phát triển (như Bluetooth) triển khai dễ dàng và không tốn kém [2, 3, 18].