Chương 1 cơ bản về mạng không dây kiểu ad hoc 1.1 Khái niệm về mạng không dây Ad hoc Trong môi truờng phát thanh vô tuyến các thiết bị thu, phát hoàn toàn độc lập và cách xa nhau. Quá trình truyền âm thanh được thực hiện bởi sóng âm (sóng radio). Mô hình phát thanh có tính chất phi tập trung, chịu ảnh hưởng của tiếng ồn (noise), giảm âm (fading) và chất lượng của các thiết bị đầu cuối. Mạng không dây kiểu Ad hoc gần tương tự như mạng phát thanh vô tuyến.
Trong môi trường mạng Ad hoc các gói tin được truyền từ node nguồn đến node đích thông qua các node trung gian. Node vừa đóng vai trò là thiết bị nhận xử lí thông tin (giống như một Host), vừa có vai trò như một thiết bị dẫn đường (giống như một Router) làm nhiệm vụ điều khiển gói tin trên đường truyền. Trong mạng không dây kiểu Ad hoc vị trí của các node luôn luôn thay đổi bất kỳ lúc nào. Do đó Topo của mạng liên tục bị biến đổi không có qui luật.Maltz đưa ra một định nghĩa khá tổng quát về mạng không dây kiểu Ad hoc đó là “ sự liên kết tạm thời giữa các thiết bị (Node) tạo thành một mạng tạm thời (Temporary Network) không cần thiết bị điều khiển, quản lí tập trung hay các thiết bị chuẩn như trong mạng diện rộng (WAN)” Mạng không dây kiểu Ad hoc được chia thành hai loại là mạng di động kiểu Ad hoc và mạng cảm biến thông minh Ad hoc.
Mạng cảm biến 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hiệu suất hoạt động TCP trên mạng không dây Ad hoc thông minh Ad hoc là một lớp mới của mạng không dây Ad hoc được phát triển trong những năm qua. Mạng gồm hàng trăm hoặc hàng nghìn node cảm biến có thể truyền thông với nhau. Mạng có độ tin cậy cao trong những môi trường phức tạp, khó dự đoán trước được. Mạng cảm biến thông minh Ad hoc giống như là các trung tâm dữ liệu (Data Centric).
Khác với các mạng thông thường (trong mạng thông thường một node nào đó bất kỳ – node nguồn sẽ thực hiện gửi số liệu nếu có nhu cầu) mạng cảm biến thông minh Ad hoc truyền số theo một tính chất nào đó (chẳng hạn như nơi nhiệt độ là 100 0C). Những nghiên cứu, ứng dụng về mạng không dây hiện nay đang được các viện nghiên cứu, các công ty và chính phủ ở nhiều quốc gia rất quan tâm. Lĩnh vực này hiện đã và đang được áp dụng mạnh mẽ phục vụ cuộc sống. Hơn nữa lĩnh vực này còn khá mới mẻ nên còn nhiều cơ hội để nghiên cứu, sáng tạo.2 Đặc điểm của mạng không dây Ad hoc a) Topo luôn luôn thay đổi Liên kết giữa các node trong mạng chủ yếu là kiểu liên kết hai chiều (bi-directional).
Liên kết một chiều (unidirection) cũng có sử dụng nhưng chỉ khi nguồn năng lượng cung cấp ở hai node không giống nhau. Đối với mạng hữu tuyến Topo của mạng là xác định trước (có các dạng bus, vòng, sao.vv) tuy nhiên trong mạng di động Ad hoc liên kết thường xuyên bị mất vì nguyên nhân các node mạng liên tục di chuyển không theo qui luật nào cho nên Topo của mạng không thể xác định trước. 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hiệu suất hoạt động TCP trên mạng không dây Ad hoc b) Bị hạn chế băng thông Nếu không xét ảnh hưởng của các yếu tố như đa truy nhập (multiple access), nhiễu, độ ổn định của thiết bị sử dụng.vv tốc độ của mạng không dây nhỏ hơn tốc độ cực đại của sóng vô tuyến. c) Hạn chế bởi nguồn cung cấp năng lượng Nguồn cung cấp năng lượng cho các thiết bị không dây khá đa dạng, có thể là nguồn điện hoặc thậm chí là pin.
Môi trường mạng có nhiều đặc trưng riêng, không thuận tiện để cung cấp năng lượng và chi phí cao vì vậy phải sử dụng năng lượng rất tiết kiệm. d) Bảo mật kém So với mạng hữu tuyến thì độ an toàn của mạng không dây kém hơn về mặt vật lí. Thông tin truyền trong môi trường không gian khó kiểm soát hơn hơn trên mạng hữu tuyến. Mạng không dây dễ bị mất thông tin do hacker tấn công bằng hình thức như nghe lén.3 ứng dụng của mạng không dây a) Điều khiển thực Tưởng tượng khi chúng ta đang đi du lịch trên ôtô hay tàu hỏa trong thành phố và muốn tìm kiếm một vị trí cần đến như bệnh viện, trường học.vv chúng ta cần có một chương trình móc nối với một cơ sở dữ liệu từ xa qua mạng không dây.
Mô hình mạng không dây được ứng dụng nhiều trong những hệ thống loại này. b) Khám bệnh từ xa Trong những tình huống đặc biệt chẳng hạn như tai nạn giao thông xảy ra tại một những nơi xa trung tâm, bệnh viện lớn. Lúc đó nếu có được sự hỗ trợ từ xa của các Bác sĩ chuyên gia giỏi, có thiết bị tra cứu hồ sơ gốc lưu trữ của bệnh nhân thì việc chữa bệnh chắc chắn mang 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hiệu suất hoạt động TCP trên mạng không dây Ad hoc lại hiệu quả tích cực, nhanh chóng, chính xác mà lại không bị mất thời gian di chuyển bệnh nhân. Đây cũng là một lĩnh vực sử dụng nhiều công nghệ mạng không dây.
c) Các ứng dụng xử lí đồ họa từ xa Đó là ứng dụng kết hợp từ ba hệ thống khác nhau là hệ thống thông tin địa lí (GIS), hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và các hệ thống không dây di động hiệu năng cao. Truy xuất dữ liệu hoàn toàn tùy thuộc vào vị trí của người sử dụng. d) Giáo dục qua internet Thành tựu về mạng không dây được các nhà quân sự ứng dụng đầu tiên. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn tại chiến trường con người rất khó khăn trong việc xây dựng một mạng lưới thông tin liên lạc hữu tuyến.
Mạng di động không dây là giải pháp thay thế hiệu quả. Internet là mạng máy tính khổng lồ liên kết các mạng với nhau trong đó có mạng không dây Ad hoc. Ngày nay mạng di động không dây đã được áp dụng rộng rãi qua internet. 11 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hiệu suất hoạt động TCP trên mạng không dây Ad hoc Chương 2 tổng quan về phương pháp nâng cao hiệu suất hoạt động TCP trên mạng không dây kiểu ad hoc 2.1 Những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động TCP trong môi trường không dây Giao thức TCP xuất hiện gần ba thập kỷ nên đã được thay đổi và đáp ứng tốt trong môi trường mạng hữu tuyến.
TCP đáng tin cậy đối với những mạng có lỗi bit thấp, phổ biến và thông dụng nhất là mạng hữu tuyến. Sở dĩ như vậy là TCP yêu cầu bên phát truyền lại những gói tin bị mất nếu như bên phát không nhận được tín hiệu trả lời ACK của bên thu. Bên phát điều khiển tắc nghẽn bằng cơ chế cửa sổ. Mỗi lần bên phát nhận ra gói tin bị mất nó nhanh chóng giảm kích thước cửa sổ điều khiển tắc nghẽn xuống để giảm tốc độ phát dữ liệu.
Sau đó bên phát chuyển sang trạng thái sửa lỗi, phát chậm. Để xác định những gói tin bị mất bên phát sử dụng một trong hai kỹ thuật là xác định thời gian timeout của một gói tin hoặc nhận biết dựa trên thứ tự gói tin được truyền. TCP chuẩn giả thiết lỗi xảy ra là do tắc nghẽn mạng chứ không phải do mất liên kết. Nếu tắc nghẽn xảy ra TCP điều chỉnh cửa sổ và 12 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hiệu suất hoạt động TCP trên mạng không dây Ad hoc truyền lại những gói dữ liệu bị mất.
Tuy nhiên trong môi trường mạng không dây Ad hoc tỷ lệ lỗi bit rất cao. Do đó điều khiển tắc nghẽn bằng cơ chế cửa số không những không cải thiện hiệu suất hoạt động của TCP mà ngược lại còn làm giảm đáng kể hiệu suất TCP. Sau đây là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu suất hoạt động TCP trên mạng không dây. a) Băng thông bị hạn chế Đó là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của TCP trong mạng.
Tốc độ của mạng LAN hiện nay cỡ khoảng 100 Mbps nếu sử dụng cáp đồng còn nếu sử dụng cáp quang thì tốc độ lên đến hàng Gb. Trong khi đó tốc độ tiêu chuẩn IEEE 802.11b của mạng không dây Ad hoc chỉ khoảng 11 Mbps. b) Thời gian trễ (round trip) lớn hơn mạng hữu tuyến Tốc độ nhận tín hiệu ACK từ phía nhận bị ảnh hưởng trực tiếp khi phía gửi tăng kích thước cửa sổ điều khiển tắc nghẽn. Vì độ trễ lớn hơn mạng hữu tuyến cho nên kích thước cửa sổ điều khiển tắc nghẽn sẽ tăng chậm hơn.
Do đó trực tiếp ảnh hưởng đến thông lượng của mạng. c) Nút mạng thường xuyên thay đổi Kiến trúc mạng không dây Ad hoc gồm nhiều vùng (mỗi vùng gọi là một cell), mỗi vùng có một trạm điều khiển (Base Station – BS). Khi một nút mạng di chuyển từ vùng A đến vùng B thì toàn bộ thông tin cần thiết ở trạm điều khiển A phải được chuyển sang trạm điều khiển B. Quá trình xử lý này gọi là bắt tay (Handoff), tuỳ theo phương pháp áp dụng quá trình bắt tay làm mất kết nối trong một khoảng thời gian ngắn.
TCP không quan tâm đến nguyên nhân bị mất kết nối, xem 13 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hiệu suất hoạt động TCP trên mạng không dây Ad hoc đó là nguyên nhân do tắc nghẽn và thực hiện quá trình điều khiển tắc nghẽn cùng với cơ chế phòng tránh tắc nghẽn. Việc các nút mạng thường xuyên di chuyển giữa các vùng gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới hiệu suất hoạt động TCP. Tỷ lệ lỗi bit trong môi trường không dây khoảng từ 10 -3 đến 10-1 còn đối với môi trường hữu tuyến thì tỷ lệ đó thấp hơn nhiều, chỉ vào khoảng 10-6 đến 10-8. Sở dĩ mạng không dây có tỷ lệ lỗi bit cao vì đường truyền liên tục bị dán đoạn do các node thường xuyên di chuyển cho nên bên phát không nhận được tín hiệu ACK từ bên thu trong khoảng thời gian timeout.
Kết quả là bên phát phải truyền lại cả gói tin, khởi tạo lại đồng hồ thời gian (theo hàm số mũ) và đóng cửa sổ điều khiển tắc nghẽn của gói tin. Khả năng gói tin bị mất lại thường ở những node cuối cùng cho nên quá trình truyền lại cả gói tin phải bắt đầu từ đầu làm ảnh hưởng đến tải mạng. Phương pháp sửa lỗi trước (Forward Error Correction – FEC) có thể sử dụng để nâng cao hiệu suất. Tuy nhiên FEC chỉ có hiệu quả trong một số điều kiện nhất định, gây phí tổn băng thông.