Chương 1 và 2 tìm hiểu các khái niệm về mạng ad-hoc và một vài giao thức định tuyến chính của nó. Chương 3 tìm hiểu về thuật toán flooding trong mạng di động ad-hoc và một số thuật toán flooding có cải tiến. Trong đó sẽ mô tả chi tiết về thuật toán FWDP, sau đó sẽ chọn thuật toán này để cài đặt và thử nghiệm. Chương 4, mô phỏng và đánh giá thuật toán FWDP bằng bộ mô phỏng mạng ns2, so sánh hiệu năng với giao thức định tuyến AODV.
Và cuối cùng là chương 5, tổng kết luận văn và các tài liệu tham khảo. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 2: Mạng di động ad-hoc và định tuyến CHƢƠNG 2 MẠNG DI ĐỘNG AD-HOC VÀ ĐỊNH TUYẾN 2.1 Mạng di động ad-hoc (Mobile Ad-hoc Network) Mạng di động ad-hoc hay còn gọi là mạng ad-hoc (Mobile Ad-hoc Network, MANET), là một mạng tự định hình từ các thiết bị di động có thể được kết nối với nhau bởi các liên kết không dây. Trong mạng di động ad-hoc, các nút mạng di chuyển tự do vì thế tô-pô mạng có thể thay đổi một cách nhanh chóng và không thể dự đoán được. Hơn nữa, các nút mạng bị giới hạn phạm vi truyền thông làm cho một số nút mạng khác không thể giao tiếp trực tiếp được với nhau.
Vì các tuyến đường trong mạng ad-hoc nhiều khả năng sẽ phải đi qua nhiều chặng nên mỗi nút mạng đóng vai trò như một router.1: Mô hình của một mạng ad-hoc. Sự phát triển nhanh chóng của hệ thống mạng không dây 802.11/Wifi và laptop đã làm cho MANET là một chủ đề nghiên cứu phổ biến trong những năm gần đây. Nhiều bài báo đã nghiên cứu và phát triển các giao thức định tuyến cũng như khả năng ứng dụng với những mức độ khác nhau cho tính di động trong một khuôn khổ nhất định. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 2: Mạng di động ad-hoc và định tuyến 2.2 Đặc tính của mạng ad-hoc Mạng ad-hoc là tập hợp các thiết bị di động được trang bị các bộ phận truyền và nhận, được kết nối với nhau mà không cần bất kỳ cơ sở hạ tầng cố định nào.
MANET được định nghĩa với các đặc tính như mục đích riêng biệt, di động và tự điều khiển. So với mạng không dây có cơ sở hạ tầng, không tồn tại mối quan hệ khách – chủ trong mạng ad-hoc. Các nút mạng dựa vào nút khác để thiết lập đường truyền thông, do đó mỗi nút mạng hoạt động như một router. Vì vậy, trong MANET, gói tin có thể truyền từ nút nguồn đến nút đích một cách trực tiếp hoặc thông qua một tập nút chuyển tiếp gói tin trung gian.
Điều khiển và quản lý mạng ad-hoc được phân tán dọc theo các nút mạng tham gia. Mỗi nút chịu trách nhiệm chuyển tiếp gói tin đến các nút mạng khác. Các nút mạng cũng cộng tác với nhau để thực hiện chức năng mạng thông thường, chẳng hạn như bảo mật mạng. Các nút trong mạng ad-hoc di động cao làm cho tô-pô mạng thay đổi nhanh chóng và không thể đoán trước được.
Hơn nữa, việc kết nối dọc theo các host sẽ thay đổi theo thời gian. Trong nhiều trường hợp, mạng ad-hoc hoạt động dựa trên các thiết bị có nguồn năng lượng thấp. Thông thường, những thiết bị này với khả năng xử lý CPU thấp và kích thước bộ nhớ nhỏ. Vì vậy, khả năng ảnh hưởng của MANET đến các thiết bị khác là hoàn toàn có thể.
Rõ ràng định tuyến trong mạng ad-hoc khác với định tuyến trong mạng cố định. Định tuyến trong MANET phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tô-pô mạng, chọn các tuyến đường, khởi tạo yêu cầu và băng thông sẵn có. Cuối cùng, một vài vấn đề kỹ thuật phải được giải quyết trước khi mạng ad-hoc trở nên thiết thực hơn. Vấn đề định tuyến phải được giải quyết một cách tự động khi các nút mạng chuyển động và do đó tô-pô mạng thường xuyên thay đổi.
Nút mạng chuyển động, giới hạn nguồn pin, băng thông thấp của các liên kết không dây và đặc tính mất đường đi của chúng tạo nên các giải pháp cho các vấn đề độc đáo và thú vị.3 Ứng dụng của mạng ad-hoc Đáp ứng nhu cầu truyền thông mang tính chất tạm thời: tại một địa điểm trong một thời gian nhất định, như trong một cuộc hội thảo hay trong một lớp học, …Việc xây dựng một mạng mang tính chất tạm thời để truyền thông với nhau diễn ra trong một thời gian ngắn. Nếu ta thiết lập một mạng có cơ sở hạ tầng, dù là mạng không dây vẫn rất tốn kém về tài chính, nhân lực và cả về thời 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 2: Mạng di động ad-hoc và định tuyến gian. Do đó, trong những trường hợp này thì việc xây dựng một mạng di động ad-hoc là thích hợp nhất. Hỗ trợ khi xảy ra thiên tai, hỏa hoạn: khi xảy ra thiên tai, hỏa hoạn ở một nơi nào đó, cơ sở hạ tầng ở đó như máy chủ, các máy trạm và đường dây, … có thể bị phá hủy dẫn đến hệ thống mạng bị tê liệt là hoàn toàn khó tránh khỏi.
Vì thế, việc thiết lập nhanh chóng một mạng có tính tin cậy mà không cần cơ sở hạ tầng để đáp ứng nhu cầu truyền thông, giúp khắc phục, giảm tổn thất sau thiên tai, hỏa hoạn là cần thiết. Mạng di động ad-hoc lại là một lựa chọn thích hợp cho những tình huống như vậy. Đáp ứng vấn đề truyền thông tại những nơi xa trung tâm, các vùng sâu, vùng xa: tại những nơi xa trung tâm, dân cư thưa thớt hay những vùng sâu, vùng xa, việc thiết lập một mạng có cơ sở hạ tầng là rất tốn kém và khó khăn. Cho nên, ở những nơi này, giải pháp được đưa ra là sử dụng mạng di động ad- hoc hay các mạng vệ tinh.
Tính hiệu quả: trong một số ứng dụng nào đó, nếu sử dụng dịch vụ mạng có cơ sở hạ tầng có thể hiệu quả không cao bằng việc dùng mạng di động ad- hoc. Ví dụ như với một mạng có cơ sở hạ tầng, do được điều khiển bởi một base station nên các nút mạng muốn truyền thông với nhau đều phải thông qua nó. Ngay cả khi hai nút mạng ở gần nhau, chúng cũng không thể trực tiếp truyền thông với nhau mà phải chuyển tiếp qua một base station ở xa. Điều đó gây ra sự lãng phí thời gian và băng thông mạng.
Trong khi đó, nếu sử dụng mạng di động ad-hoc thì việc truyền thông giữa hai nút mạng đó lại trở nên vô cùng dễ dàng và nhanh chóng. Hai nút mạng gần nhau có thể truyền thông trực tiếp với nhau mà không cần phải thông qua thiết bị trung gian nào khác.4 Chuẩn mạng không dây 802.11 Năm 1997, tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) phát hành chuẩn mạng cục bộ không dây (WLAN) 802. Như tên khuyến nghị, nó thuộc về nhóm chuẩn IEEE 802.x phổ biến, chẳng hạn như IEEE 802.3 Ethernet và IEEE 802.11 định nghĩa điều khiển truy cập môi trường (MAC) và đặc tả tầng vật lý (PHY) cho mạng không dây LAN. Ba đặc tả tầng vật lý khác nhau được định nghĩa với tên gọi là trải phổ nhảy tầng (FHSS), trải phổ trực tiếp (DSSS) và tia hồng ngoại (IR), tốc độ 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 2: Mạng di động ad-hoc và định tuyến truyền dữ liệu tối đa lên đến 2 Mbps.
Các tầng vật lý DSSS và FHSS hoạt động ở dải băng đăng ký miễn phí 2. Thời gian qua, MAC ban đầu vẫn còn nguyên vẹn, công nghệ được phát triển với đặc tả tầng vật lý mới. Năm 1999, IEEE giới thiệu hai đặc tả tầng vật lý cải tiến là 802.11a với tốc độ truyền dữ liệu lên đến 11 Mbps và 54 Mbps tương ứng.11b cũng dựa vào DSSS và hoạt động ở dải băng 2.11a dựa vào ghép kênh theo tần số trực giao (OFDM) và hoạt động ở dải băng 5 GHz. Năm 2003, IEEE phát hành phiên bản 802.11g là mở rộng của tầng vật lý 802.11b hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54 Mbps ở dải băng 2.11 đã thu được lợi nhuận lớn bởi vì hiệu quả chi phí và dễ phát triển nó.
Ngày nay, sức nóng của IEEE 802.11 có sẵn tại các phòng làm việc, khu đại học, sân bay, khách sạn, các trạm vận chuyển công cộng, tại các nhà riêng, … làm cho nó là một trong những công nghệ mạng không dây được triển khai rộng lớn trên thế giới.11 định nghĩa hai kiến trúc khác nhau là tập dịch vụ cơ bản (BSS) và tập dịch vụ cơ bản phụ thuộc (IBSS). Trong BSS, số trạm không dây được gọi là STA, được liên kết với điểm truy cập (AP). Tất cả truyền thông với nhau thông qua AP. Trong IBSS, các trạm STA có thể truyền thông trực tiếp với nhau khi chúng cùng ở trong phạm vi truyền thông.
Dạng kiến trúc này dễ dàng hình thành một mạng ad-hoc không dây khi thiếu vắng bất kỳ cơ sở hạ tầng mạng. Một vài BSS có thể được kết nối với nhau qua một hệ thống phân phối (DS) để hình thành một mạng mở rộng, được gọi là tập dịch vụ mở rộng (ESS).2 minh họa kiến trúc mạng IEEE 802.11 MAC định nghĩa hai cơ chế truy cập khác nhau, chức năng điều phối phân tán bắt buộc (DCF) cung cấp việc truy cập kênh phân phối dựa vào CSMA/CA và chức năng phối hợp điểm tùy ý (PCF) cung cấp việc truy cập kênh kiểm soát trung tâm thông qua việc kiểm tra vòng. Trong DCF, tất cả các trạm tranh chấp để truy cập môi trường theo kiểu phân bố dựa vào giao thức CSMA/CA. Lý do của các cơ chế truy cập này cũng được quy vào như việc truy cập kênh dựa vào tranh chấp.
Trong PCF, một bộ điều phối điểm (PC) hầu như thường xuyên được bố trí trong AP, điều khiển truy cập môi trường dựa vào sơ đồ kiểm tra vòng. Như vậy, PC thăm dò các 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 2: Mạng di động ad-hoc và định tuyến trạm riêng biệt để cung cấp việc truy cập môi trường dựa vào nhu cầu của chúng.2: Kiến trúc mạng IEEE 802.11b IEEE đã mở rộng chuẩn gốc 802.11 vào tháng 7/1999 thành chuẩn 802. Chuẩn này hỗ trợ băng thông lên đến 11 Mbps, tương ứng với Ethernet truyền thống.11b sử dụng tần số vô tuyến 2.4 GHz giống như chuẩn ban đầu 802. Các hãng thích dùng tần số này để giảm chi phí sản xuất.
Các thiết bị dùng 802.11b có thể bị xuyên nhiễu từ như điện thoại di động, lò vi sóng hoặc các thiết bị khác sử dụng cùng dải tần 2. Mặc dù vậy, bằng cách cài đặt chuẩn 802.11b cách xa các thiết bị như vậy có thể giảm được hiện tượng xuyên nhiễu này.