phần mở đầu, nội dung giới thiệu Chƣơng 1 trình bày về vấn đề định tuyến trong mạng MANET. Lý thuyết về phƣơng pháp và kỹ thuật cải tiến giao thức định tuyến AODV trên cơ sở đánh giá chất lƣợng liên kết đƣợc trình bày trong Chƣơng 2. Các kết quả của việc thử nghiệm đánh giá kết quả về hiệu năng của giao thức cải tiến AODV-DM so với giao thức gốc AODV đƣợc trình bày trong Chƣơng 3. Cuối cùng là phần kết luận đƣa ra những tổng kết và hƣớng phát triển của luận văn.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 CHƢƠNG 1. ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET 1. Giới thiệu về mạng MANET 1. Khái niệm mạng MANET Mạng MANET (Mobile Ad hoc Network) [18] là một tập các nút không dây di động có thể trao đổi dữ liệu một cách linh động mà không cần sự hỗ trợ của trạm cơ sở cố định hoặc mạng có dây.
Mỗi nút di động có một phạm vi truyền giới hạn, do đó chúng cần sự trợ giúp của các nút láng giềng để chuyển tiếp các gói dữ liệu.1 minh họa một mạng MANET. Trong ví dụ này, các gói tin từ nút nguồn là một máy tính cần chuyển tới một nút đích là một điện thoại thông minh không nằm trong phạm vi truyền của nút nguồn. Vì vậy, cần có sự trợ giúp của các nút trung gian để chuyển tiếp gói tin từ nút nguồn tới nút đích. Để thực hiện đƣợc công việc này, các nút mạng phải sử dụng giao thức định tuyến phù hợp cho mạng MANET.
Một ví dụ của mạng MANET Thuật ngữ “Ad hoc” áp dụng cho mạng không dây mô tả một mạng không có cơ sở hạ tầng cố định, trong đó hình trạng mạng đƣợc tạo thành bởi chính các LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Chế độ “Ad hoc” của chuẩn IEEE 802.11 [33] hoạt động theo mô hình này, mặc dù nó chỉ hỗ trợ để thiết lập một mạng đơn chặng. Các mạng di động không dây kiểu không cấu trúc (MANET) đã mở rộng khái niệm “Ad hoc” đa chặng [66] theo nghĩa: một nút mạng có thể định tuyến và chuyển tiếp một gói tin nó nhận đƣợc từ một nút mạng khác. Nói cách khác, con đƣờng chuyển tiếp gói tin từ nút nguồn tới nút đích có thể chứa các nút trung gian khác.
Các nút trung gian sẽ đọc thông tin trong phần header của các gói tin dữ liệu và chuyển tiếp chúng tới chặng kế tiếp trên một con đƣờng đã đƣợc hình thành. Các nút trong mạng MANET thông thƣờng sẽ kết nối với nhau trong một khoảng thời gian để trao đổi thông tin. Trong khi trao đổi thông tin, các nút này vẫn có thể di chuyển, do đó, mạng này phải đáp ứng đƣợc yêu cầu truyền dữ liệu trong khi hình trạng mạng có thể thay đổi liên tục. Các nút mạng phải có cơ chế tự tổ chức thành một mạng để thiết lập các đƣờng truyền dữ liệu mà không cần sự hỗ trợ từ bên ngoài.
Trong mô hình này, mỗi nút mạng có thể đóng vai trò là một nút đầu cuối để chạy các chƣơng trình ứng dụng của ngƣời sử dụng hoặc là một bộ định tuyến để chuyển tiếp các gói tin cho các nút mạng khác. Đặc điểm của mạng MANET Do MANET là một mạng không dây hoạt động không cần sự hỗ trợ của hạ tầng mạng cơ sở trên cơ sở truyền thông đa chặng giữa các thiết bị di động vừa đóng vai trò là thiết bị đầu cuối, vừa đóng vai trò là bộ định tuyến nên mạng MANET còn có một số đặc điểm nổi bật sau [8]: Cấu trúc động: Do tính chất di chuyển ngẫu nhiên của các nút mạng nên cấu trúc của loại mạng này cũng thƣờng xuyên thay đổi một cách ngẫu nhiên ở LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 những thời điểm không xác định trƣớc. Trong khi thay đổi, cấu trúc của mạng MANET có thêm hoặc mất đi các kết nối hai chiều hoặc kết nối một chiều. Chất lƣợng liên kết hạn chế: Các liên kết không dây thƣờng có băng thông nhỏ hơn so với các liên kết có dây.
Ngoài ra, do ảnh hƣởng của cơ chế đa truy cập, vấn đề suy giảm tín hiệu, nhiễu và các yếu tố khác, băng thông thực của các liên kết không dây thƣờng thấp hơn nhiều so với tốc độ truyền tối đa theo lý thuyết của môi trƣờng truyền không dây. Các nút mạng có tài nguyên hạn chế: Mỗi nút di động trong mạng MANET có thể là một bộ cảm biến, một điện thoại thông minh hoặc một máy tính xách tay. Thông thƣờng các thiết bị này có tài nguyên hạn chế so với các máy tính trong mạng có dây và không dây truyền thống về tốc độ xử lý, dung lƣợng bộ nhớ và năng lƣợng nguồn pin nuôi sống hoạt động của nút. Độ bảo mật thấp ở mức độ vật lý: Mạng không dây di động thƣờng chịu tác động về mặt vật lý từ các nguồn gây nguy hại về an ninh nhiều hơn so với mạng có dây.
Về khía cạnh vật lý, các kỹ thuật gây mất an ninh và bảo mật trong mạng nhƣ nghe lén, giả mạo và tấn công từ chối dịch vụ thƣờng dễ triển khai trong mạng MANET hơn là trong mạng có dây truyền thống. Có thể thấy những đặc điểm này là các yếu tố ảnh hƣởng rất nhiều đến hiệu năng của mạng MANET. Để có thể triển khai đƣợc mạng MANET trong thực tế, các thiết kế mạng MANET phải giải quyết đƣợc những thách thức sinh ra do những đặc điểm đã nêu trên của mạng MANET. Những thách thức này gồm các vấn đề kỹ thuật nhƣ khả năng truyền dữ liệu và định tuyến hiệu quả khi kích thƣớc mạng thay đổi; đảm bảo chất lƣợng dịch vụ (QoS) cho các chƣơng trình ứng dụng; cơ chế chuyển đổi một số dịch vụ từ mô hình client-server; tiết LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 kiệm năng lƣợng pin để kéo dài thời gian hoạt động của các nút mạng riêng lẻ và của toàn mạng; đảm bảo an ninh mạng; khả năng hợp tác giữa các nút mạng và khả năng tự tổ chức của mạng; 1.
Ứng dụng của mạng MANET Ngày nay, mạng MANET có nhiều những ứng dụng trong đời sống, kinh tế, xã hội của con ngƣời. Mô hình mạng này phù hợp đối với những tình huống cần triển khai hệ thống mạng một cách nhanh chóng, linh động và thƣờng xuyên có sự biến đổi trong cấu trúc mạng. Ngày nay, mạng MANET đƣợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực từ các ứng dụng trong thƣơng mại tới các ứng dụng trong các hoạt động quân sự, ứng dụng trong các hoạt động khẩn cấp, ứng dụng trong gia đình, văn phòng và giáo dục, mạng giao thông và mạng cảm biến. Đối với các ứng dụng của mạng MANET trong thƣơng mại, những ngƣời dùng có thể chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị di động trong một cuộc họp hay hội thảo mà không cần sự hỗ trợ của một cơ sở hạ tầng mạng cố định.
Các máy tính của những cá nhân có thể kết nối với nhau để tạo thành một mạng tạm thời phục vụ cho các ứng dụng truyền thông dữ liệu trong một nhóm những ngƣời dùng mà không cần sự hiện diện của các bộ thu phát tập trung. Kết nối Internet từ một thiết bị của một ngƣời dùng cũng có thể đƣợc chia sẻ tới các thiết bị của những ngƣời dùng khác thông qua mạng MANET. Ứng dụng mạng MANET trông quân đội là một trong những ý tƣởng đƣợc đƣa ra ngay từ khi mạng MANET đƣợc phát triển. Trong mô hình chiến đấu của quân đội trên chiến trƣờng không có sự hỗ trợ về hạ tầng mạng cố định, mỗi ngƣời lính hoặc một phƣơng tiện quân sự nhƣ xe tăng, máy bay, tàu chiến, tàu thủy đều có thể đƣợc kết nối và trao đổi thông tin tạm thời với nhau hoặc với LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 trạm chỉ huy một cách linh động thông qua mạng MANET đƣợc hình thành bởi kết nối giữa các thiết bị di động truyền thông không dây đƣợc gắn vào các phƣơng tiện quân sự hay những ngƣời lính tham gia vào cuộc chiến.
Tại các vùng bị thiên tai, thảm họa, có thể tất cả các phƣơng tiện và hạ tầng truyền thông đƣợc xây dựng trƣớc đó đều bị phá hủy hoàn toàn. Mỗi chiếc xe của cảnh sát, cứu hỏa, cứu thƣơng,… có thể đƣợc trang bị các thiết bị truyền nhận không dây để trở thành một thiết bị đầu cuối di động và là một phần của mạng MANET. Mỗi nhân viên cứu hộ cũng có thể cũng mang theo một thiết bị đầu cuối di động. Các thiết bị đầu cuối này đều liên kết với nhau, hình thành nên một mạng MANET tạm thời nhằm trao đổi thông tin.
Cấu hình mạng thay đổi theo những thời điểm khác nhau. Ngoài ra, các thiết bị đầu cuối di động không chỉ cung cấp chức năng gửi và nhận thông tin mà còn có thể chuyển tiếp thông tin nhƣ vai trò nhƣ các bộ định tuyến. Mỗi thiết bị thông minh trong gia đình, các điên thoại di động thông minh và máy tính của những ngƣời sử dụng trong văn phòng, trong môi trƣờng trƣờng học, các lớp học có thể đóng vai trò nhƣ một nút mạng trong một mạng MANET đƣợc hình thành tạm thời mà không cần sự hỗ trợ của hạ tầng mạng cố định nhằm phục vụ cho các ứng dụng chia sẻ thông tin, truyền dữ liệu multimedia, quản lý ngôi nhà thông minh, quản lý lớp học thông minh,… Trong vấn đề quản lý và hỗ trợ giao thông, mỗi phƣơng tiện giao thông là một nút mạng di động trong mạng MANET đƣợc hình thành tạm thời trên một khu vực địa lý nhằm hỗ trợ trao đổi và quản lý các thông tin về tình trạng giao thông, hỗ trợ tìm đƣờng tránh tắc nghẽn giao thông, theo dõi và quản lý các thiết bị tham gia giao thông, v. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 Cảm biến là các thiết bị nhỏ, phân tán, giá thành thấp, tiết kiệm năng lƣợng, có khả năng truyền thông không dây và xử lý cục bộ.
Một mạng MANET có thể là một mạng cảm biến gồm các nút cảm biến. Các nút này hợp tác với nhau để cùng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể, ví dụ nhƣ: giám sát môi trƣờng (không khí, đất, nƣớc), theo dõi môi trƣờng sống, hành vi, dân số của các loài động, thực vật, dò tìm động chấn, theo dõi tài nguyên, thực hiện trinh thám trong quân đội,. Định tuyến trong mạng MANET 1. Những yêu cầu đối với giao thức định tuyến trong mạng MANET Nhƣ đã đƣợc đề cập ở phần trƣớc, mạng MANET có những khác biệt lớn với mạng truyền thống về tài nguyên hạn chế tại các nút mạng, băng thông hạn chế, tỷ lệ lỗi cao, topo mạng thay đổi liên tục.