Chương I: Tổng Quan 1. Các mô hình mạng không dây 1. Khái niệm về mạng không dây Mạng không dây là một mạng được thiết lập bằng cách sử dụng tần số sóng vô tuyến để truyền thông giữa các máy tính và các thiết bị mạng khác. Mạng không dây được bắt đầu thử nghiệm từ năm 1894 do Guglielmo Marconi.
Cho tới năm 1899 Marconi đã thực hiện gửi một bức điện qua kênh đào Anh mà không sử dụng bất kỳ loại dây nào. Đến tận bây giờ trải qua nhiều cải tiến về công nghê, mạng không dây đã thu hút được n h i ề u sự chú ý và phát triển ngày càng mạnh mẽ, trở nên rất quan trọng trong sự phát triển của loài người. So với mạng có dây truyền thống, mạng không dây có những đặc trưng riêng: Không giống như sự cố định trong mạng có dây , sự gắn kết trong mạng không dây thay đổi liên tục dưới tác động của các yếu tố năng lượng, độ nhạy của thiết bị thu, sự ảnh hưởng của môi trường nhiễu và fading. Mạng di động có tỉ lệ lỗi cao và bị giới hạn về mặt băng thông cũng như năng lượng.
Các node có thể di chuyển ra khỏi mạng hoặc đi vào trong mạng làm cho mô hình mạng thay đổi, điều này ít khi xảy ra trong mạng có dây. Tính ổn định trong chất lượng thu tín hiệu của mạng không dây là kém hơn.1: Mô hình mạng không dây Do tính chất phụ thuộc vào các thiết bị hạ tầng cố định, mạng không dây có thể được chia thành hai mô hình chính: Mô hình mạng hạ tầng (Infrastructure-based network. Mô hình mạng adhoc 1. Khái niệm về mạng adhoc Ad hoc networks là điểm biên cuối cùng của thông tin không dây (thông tin vô tuyến).
Công nghệ này cho phép các nodes (điểm nối) mạng truyền trực tiếp với nhau sử dụng bộ thu phát không dây (wireless transceiver) mà không cần bất cứ một cơ sở hạ tầng cố định nào. Đây là một đặc tính riêng biệt của ad hoc network so với các mạng không dây truyền thống như các mạng chia ô (cellular networks) và mạng WLAN, trong đó các nodes (ví dụ như các thuê bao điện thoại di động) giao tiếp với nhau thông qua các trạm vô tuyến cơ sở (wired radio antennae). Trong một mạng Ad-hoc các nút di chuyển tự do, đồng thời không có các AP cố định kết nối với nhau tạo nên mạng xương sống nên topo mạng có thể bị thay đổi một cách nhanh chóng và ko thể dự đoán được. Hơn nữa các nút trong mạng 14 Ad- hoc bị giới hạn phạm vi truyền (khoảng vô tuyến) làm cho một số nút ko thể giao tiếp trực tiếp với một nút khác.
Vì thế các nút mạng phải đóng vai trò như các router để tạo nên một mạng hoàn chỉnh. Ad hoc networks được mong đợi sẽ làm cách mạng hóa thông tin không dây trong một vài năm tới bằng việc bổ sung thêm vào các mô hình mạng truyền thống (như Internet, cellular networks, truyền thông vệ tinh – satellite communication). Mạng Ad hoc cũng có thể được xem như những bản sao công nghệ của những khái niệm máy tính thường gặp. Bằng việc khám phá công nghệ mạng không dây Ad hoc, những thiết bị cầm tay đủ chủng loại (như điện thoại di động, PDAs, máy tính xách tay, máy nhắn tin “pager”….) và các thiết bị cố định (như các trạm vô tuyến cơ sỡ, các điểm truy cập Internet không dây, … ) có thể được kết nối với nhau, tạo thành mạng toàn cầu, khắp mọi nơi.
Trong tương lai, công nghệ mạng Ad hoc có thể sẽ là lựa chọn rất hữu ích. Ví dụ, hãy xem tình huống sau. Một cơn động đất khủng khiếp đã tàn phá thành phố của chúng ta, trong đó có hầu hết các cơ sở hạ tầng viễn thông (như các đường điện thoại, trạm vô tuyến cơ sở …). Nhiều đội cứu hộ ( như lính cứu hỏa, cảnh sát, bác sĩ, các tình nguyện viên …) đang nỗ lực để cứu mọi người khỏi cơn động đất và chữa trị cho những người bị thương.
Để hỗ trợ tốt hơn cho đội cứu hộ, các hoạt động cứu hộ của họ phải được hợp tác với nhau. Rõ ràng là 1 hoạt động hợp tác như thế chỉ đạt được thành quả khi đội cứu hộ có thể giao tiếp, thông tin với nhau, cả với đồng nghiệp của mình ( ví dụ 1 cảnh sát với 1 cảnh sát khác) và cả với thành viên của đội cứu hộ khác (ví dụ 1 lính cứu hỏa yêu cầu sự trợ giúp từ 1 bác sĩ). Với những công nghệ hiện có, những nỗ lực của đội cứu hộ sẽ rất khó thành công khi những cơ sở hạ tầng viễn thông cố định bì tàn phá nặng nề. Thậm chí những thành viên của đội cứu hộ này được trang bị máy vô tuyến cầm tay (walkie-talkie) hay các thiết bị tương tự khác trong trường hợp không thể truy cập được với các điểm cố định, chỉ những kết nối giữa những thành viên của đội cứu hộ đứng gần nhau mới thực hiện được.
Vì vậy, một trong những ưu tiên trong việc quản lý và không chế thảm họa 15 ngày nay là cài đặt lại các cơ sở hạ tầng viễn thông nhanh nhất có thể, bằng cách sửa chữa các thiết bị, kết cấu hư hỏng hay triển khai các thiết bị viễn thông tạm thời (ví dụ như vans được trang bị angten radio). Khó khăn này có thể được giải quyết đáng kể nếu chúng ta áp dụng những công nghệ dựa vào mạng Ad hoc : bằng cách sử dụng các giao tiếp không dây phân tán giữa nhiều điểm truy cập khác nhau, thậm chí các đội cứu hộ ở cách xa nhau cũng có thể liên lạc với nhau hay liên lạc với các thành viên đội cứu hộ khác ở khoảng giữa như hoạt động của một trạm chuyển tiếp. Vì khu vực xảy ra thảm họa sẽ tập trung nhiều đội cứu hộ, nên các liên lạc trong phạm vi thành phố (hay thậm chí là phạm vi cả nước) có thể thực hiện được, cho phép các nỗ lực cứu hộ được hợp tác thành công mà không cần thiết lập lại các cơ sở viễn thông cố định. Đặc điểm của mạng adhoc: Mỗi máy chủ không chỉ đóng vai trò là một hệ thống cuối cùng mà còn hoạt động như một hệ thống trung gian Mọi nút mạng đều có khả năng di động.
Topo mạng thay đổi theo thời gian. Các nút di động sử dụng nguồn năng lượng pin có hạn Băng thông trong thông tin vô tuyến hẹp. Chất lượng kênh luôn thay đổi. Không có thực thể tập trung , nói cách khác là mạng phân bố.2: Mô hình mạng adhoc Hai mô hình mạng Ad-hoc được đề xuất trong thời gian gần đây là : Mô hình mạng MANET (Mobile Ad-hoc Network).
Mô hình mạng VANET (Vehicular Ad- hoc Network). Khái niệm về mạng hạ tầng Trong mạng hạ tầng có các điểm truy cập AP (Access Point) cố định đóng vai trò là các điểm truy cập cho các nút di động trong phạm vi phủ sóng của nó. Các AP được kết nối với nhau hình thành nên một xương sống (backbone) cho một mạng hạ tầng. Một số ví dụ cho mạng này là mạng di động tế bào (cellular) và mạng WLAN.
Tìm hiểu về mạng MANET Ta cần hiểu MANET là từ viết tắt của cụm từ Mobile Adhoc Network (mạng di động tùy biến không dây. Mạng MANET (Mobile Ad-hoc Network) là một tập hợp của những nút mạng không dây, những nút này có thể được thiết lập tại bất kỳ thời điểm nào và tại bất cứ nới nào. Mạng MANET không dựa trên bất kỳ cơ sở hạ tầng nào. Nó là một hệ thống tự trị mag máy chủ di động được kết nối bằng đường vô tuyến và có thể di chuyển tự do, thường hoạt động như một router.
Mobile: Hình trạng mạng có thể thay đổi được Các nút mạng có thể di chuyển linh động. Adhoc: Hình trạng mạng được thiết lập tùy ý. Không hạ tầng mạng, không server, không access point. Network: Tất cả các node mạng đều có chức năng và hoạt động như một router.
Hiện có rất nhiều ứng dụng được triển khai trong môi trường mạng adhoc như : ứng dụng trong mạng sensor (sensor network) - Phân bố các sensor trên một cánh đồng, một thành phố,. để thu thập dữ liệu (nhiệt độ, thời tiết độ ẩm,.) gửi về trung 18 tâm, home network - người dùng có thể điều khiển các thiết bị trong nhà của mình khi đang di chuyển trên đường. Các đặc trưng của mạng MANET: Thiết bị tự trị đầu cuối (Automonous Teminal): Trong mạng MANET, mỗi thiết bị di động đầu cuối là một nút tự trị. Nó có thể mang chức năng của host và router.
Bên cạnh khả năng xử lý cơ bản của một host, các nút di động này có thể chuyển đổi chức năng như một router. Vì vậy thiết bị đầu cuối và chuyển mạch không thể phân biệt được trong mạng MANET. Hoạt động phân tán (Distributed operation): Vì không có hạ tầng mạng cho việc kiểm soát hoạt động của mạng, nên việc kiểm soát và quản lý hoạt động của mạng được phân tán cho các thiết bị đầu cuối. Các nút trong mạng MANET đòi hỏi phải có sự phối hợp với nhau.
Khi cần thiết các nút hoạt động như một relay để thự hiện chức năng của mình (như bảo mật và định tuyến). Định tuyến đa đường: Thuật toán định tuyến không dây cơ bản có thể định tuyến một chặng và nhiều chặng dựa vào các thuộc tính liên kết khác nhau và giao thức định tuyến. Khi truyền các gói dữ liệu từ một nguồn của nó đến một đích trong phạm vi của mạng, các gói dữ liệu sẽ được chuyển tiếp qua một hoặc nhiều nút trung gian. Cấu hình động (dynamic network topology): vì các nút là di động, nên cấu trúc mạng có thể thay đổi nhanh và không biết trước được đồng thời các kết nối giữa các nút mạng có thể thay đổi theo thời gian.
MANET sẽ thích ứng tuyến và điều kiện lan truyền. Các nút di động trong mạng thiết lập định tuyến động với nhau trong khi chúng di chuyển, hình thành mạng riêng của trung trong một phạm vi không gian. Hơn nữa, một nút mạng trong mạng MANET không chỉ hoạt động trong nội bộ mạng, mà còn có thể yêu cầu truy nhập vào một mạng cố địng công cộng (như mạng Internet). Dao động về dung lượng liên kết (Fluctuating link capacity): Bản chất tỷ lệ lỗi bít cao của mạng không dây cần được quan tâm trong mạng MANET.
Truyền thông từ đầu cuối này tới đầu cuối kia có thể trải qua nhiều nút trung 19 gian.