CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TÙY BIẾN KHÔNG DÂY 1. Định nghĩa mạng tùy biến không dây Một mạng tùy biến không dây (Wireless ad-hoc network) là một tập các nút, thiết bị di động không dây tạo thành một mạng tạm thời mà không cần sử dụng bất kì hạ tầng mạng hay hệ thống quản lý tập trung nào. Các nút có thể tự do di chuyển ngẫu nhiên và có khả năng tự tổ chức. Điều này làm cho topo không dây của mạng tùy biến có thể thay đổi nhanh chóng và không thể đoán trước được.
Mạng tùy biến không dây là mạng có thể hoạt động trong một mô hình độc lập hoặc có thể được kết nối với mạng Internet. Tính đa chặng, tính di động và kích thước mạng lớn kết hợp với sự không đồng nhất về mặt thiết bị, băng thông và năng lượng pin khiến cho việc thiết kế một giao thức định tuyến đầy đủ cho mạng tùy biến không dây là một thử thách không hề nhỏ.1 cho thấy ví dụ về các nút mạng muốn trao đổi các gói dữ liệu với nhau, việc trao đổi thông tin này có thể không được thực hiện trực tiếp và phải thông qua những nút trung gian. Mô hình mạng tùy biến không dây Mạng ad hoc không dây (Wireless ad hoc network – WANET hay Mobile ad hoc network – MANET) được hình thành bởi các nút di động có khả năng phát hiện ra sự có mặt của các nút khác và tự định dạng để tạo nên mạng mà không cần phải thông qua máy chủ (server) quản trị mạng. Mỗi nút trong một mạng tùy biến không dây hoạt động vừa như một máy chủ (host) vừa như một thiết bị định tuyến.
Mạng tùy biến không dây được gọi là tùy biến ad-hoc vì mỗi nút đều sẵn sàng chuyển tiếp dữ liệu cho các nút khác, và do đó việc quyết định xem nút nào sẽ thực hiện việc chuyển tiếp dữ liệu được dựa trên tình trạng kết nối của mạng. Điều này trái ngược với các công nghệ mạng cũ hơn, mà trong đó nhiệm vụ chuyển tiếp dữ liệu được thực hiện bởi một số nút chuyên biệt, thường là có phần cứng đặc biệt và được xếp thành các loại như thiết bị định tuyến, thiết bị chuyển mạch, hub, tường lửa. Cấu hình tối thiểu và khả năng triển khai nhanh chóng làm cho mạng tùy biến không dây thích hợp cho các tình huống khẩn cấp như các thảm họa, xung đột quân sự, cấp cứu y tế, v.v… 9 Topo của mạng tùy biến không dây nói chung là động, do tình trạng kết nối giữa các nút mạng có thể thay đổi theo thời gian tùy theo chuyển động của nút, sự xuất hiện của nút mới và việc nút cũ rời khỏi mạng. Do đó, các giao thức định tuyến hiệu quả là cần thiết để cho phép các nút giao tiếp với nhau.
Các thiết bị hoặc nút mạng tùy biến phải có khả năng phát hiện sự có mặt của các thiết bị khác để có thể giao tiếp và chia sẻ thông tin. Ngoài ra, nó còn phải có khả năng xác định các loại dịch vụ và thuộc tính tương ứng. Do các nút có thể liên tục thay đổi, các thông tin định tuyến cũng phải thay đổi theo để phản ánh các thay đổi của tình trạng của các đường kết nối. Đặc điểm của mạng tùy biến không dây Một số đặc điểm của mạng tùy biến không dây: Chức năng của topo: các nút di chuyển tự do, do đó các topo mạng thường là multihop có thể thay đổi ngẫu nhiên và nhanh chóng vào các thời điểm không thể đoán trước, có thể bao gồm các liên kết 2 chiều và theo đường dẫn duy nhất.
Băng thông hạn chế, khả năng thay đổi liên kết: liên kết không dây sẽ tiếp tục có công suất thấp hơn các loại khác. Ngoài ra, thông qua việc thực hiện các giao tiếp không dây sau khi đã tính toán ảnh hưởng của người truy cập, sự nhiễu sóng, tiếp ồn và sự can thiệp có điều kiện. thường nhỏ hơn rất nhiều so với khả năng truyền tối đa của sóng vô tuyến. Hạn chế năng lượng hoạt động: một vài hoặc tất cả các nút trong mạng tùy biến không dây có thể dựa vào năng lượng yếu hoặc cạn kiệt.
Đối với các nút, quan trọng nhất khi thiết kế hệ thống là tiêu chí tối ưu hóa có thể bảo toàn được năng lượng. Giới hạn an ninh vật lý: mạng di động không dây thường dễ bị đe dọa về an ninh vật lý hơn là mạng cáp cố định. Khả năng nghe trộm, giả mạo và từ chối các cuộc truy cập của dịch vụ nên được xem xét cẩn thận. Mỗi máy chủ vừa đóng vai trò là một hệ thống cuối cùng vừa hoạt động như một hệ thống trung gian.
Topo mạng thay đổi theo thời gian, không cần cơ sở hạ tầng từ trước như router trong mạng có dây. Mọi nút mạng đều có khả năng di động sử dụng nguồn năng lượng pin có hạn. Đặc điểm chung của các thiết bị sử dụng trong Ad hoc là sử dụng nguồn năng lượng do pin cung cấp. Đây là nguồn năng lượng có hạn, hơn nữa mọi hoạt động như thu phát vô tuyến, truyền lại và dẫn đường đều tiêu thụ năng lượng.
Điểm này được coi là một nhược điểm của mạng Ad hoc. Mạng Ad hoc có thêm một nhược điểm là vùng phủ sóng bị giới hạn, mọi người sử dụng phải nằm trong vùng có thể “nghe” được lẫn nhau. Chất lượng kênh luôn thay đổi. 10 Tính bảo mật không cao do truyền thông trong không gian sử dụng sóng vô tuyến (radio) nên khó kiểm soát và dễ bị tấn công hơn so với mạng có dây.
Không có thực thể tập trung hay nói cách khác là mạng phân bố, nó đáp ứng nhu cầu cầu truyền tin mang tính tạm thời nhằm mục đích truyền tin trong thời gian ngắn. Đặc điểm chính của mạng tùy biến không dây là sử dụng phân quyền cho các nút mạng. Các nút mạng tự sắp xếp và triển khai, mạng tùy biến không dây không có đường truyền chuyên dụng, không dùng các đường truyền cố định hay các đường truyền vật lý. Ứng dụng của mạng tùy biến không dây.
Những người dùng di động sẽ muốn truyền thông trong các tình huống mà trong đó không hạ tầng mạng có dây cố định nào là có sẵn. Ví dụ, một nhóm các nhà nghiên cứu trên đường tới một hội nghị có thể gặp tại sân bay và yêu cầu kết nối tới mạng diện rộng, các sinh viên có thể cần tương tác trong suốt bài giảng hay những nhân viên cứu hỏa cần kết nối tới xe cứu thương trên đường tới một trường hợp khẩn cấp. Trong các tình huống đó, một tập các nút di động với các giao diện mạng không dây có thể tạo thành một mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp của bất kỳ hạ tầng được thiết lập hay quản lý tập trung nào. Ý tưởng hình thành một mạng giữa các nhà nghiên cứu, giữa sinh viên hay giữa các thành viên của một đội cứu hộ, những người mà có thể dễ dàng được trang bị với các thiết bị có khả năng kết nối với nhau là khả thi.
Các mạng như vậy nhận được sự quan tâm đáng kể trong những năm gần đây ở cả khía cạnh thương mại và ứng dụng quân sự do những thuộc tính hấp dẫn của việc xây dựng một mạng không dây và không đòi hỏi bất kỳ hạ tầng được lên kế hoạch trước cũng như trạm gốc hay trạm điều khiển trung tâm. Một số ứng dụng của công nghệ mạng tùy biến không dây có thể bao gồm các ứng dụng công nghiệp và thương mại liên quan đến trao đổi dữ liệu trên điện thoại di động. Ngoài ra dựa trên mạng lưới điện thoại di động có thể hoạt động mạnh mẽ thay thế các phương pháp rẻ tiền hoặc cải tiến các thiết bị dựa trên cơ sở hạ tầng mạng. Ứng dụng trong quân đội: mạng tùy biến không dây cho quân đội các nút phân nhóm theo bản chất tự nhiên của chúng khi chúng cùng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể.
Xu hướng di động ở đây là theo nhóm. Do đó, nếu đưa ra được một mô hình chuyển động theo nhóm, các vấn đề của mạng tùy biến không dây sẽ trở nên cụ thể hơn, cho phép phát triển một giải pháp tối ưu. Ứng dụng trong cuộc sống: mạng tùy biến không dây thích hợp trong các trường hợp không có sẵn một cơ sở hạ tầng thông tin, tuy nhiên lại cần phải thành lập một trạm tạm thời nhằm trao đổi thông tin và hợp tác cùng làm việc. Môi trường mạng không dây 11 không có cấu trúc thuần túy, không có cơ sở hạ tầng về cáp, các thiết bị đầu cuối tự cấu hình để thành lập mạng mà không có sự quản lý tập trung.
Mạng này có thể tự chia nhỏ thành các mạng con, được trộn lẫn với nhau một cách động. Tất cả các người trong hội thảo có thể dùng thiết bị di động để tạo thành một mạng tùy biến không dây trong suốt thời gian đó. Các thiết bị có thể truyền thông với nhau, truyền nhận các dữ liệu được sử dụng trong hội thảo khi hội thảo kết thúc các thiết bị được tắt nguồn mạng bị hủy bỏ. Ứng dụng trong công tác cứu hộ, cứu nạn: tại các vùng thiên tai, thảm họa, khó có thể có được một cơ sở hạ tầng về thông tin vững chắc, hệ thống có trước đó rất có thể bị hỏng hoặc bị phá hủy hoàn toàn.
Mỗi chiếc xe của cảnh sát cứu hỏa, cứu thương đều được trang bị như một thiết bị đầu cuối di động, là một phần của mạng tùy biến không dây. Mỗi nhân viên 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 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 tin mà còn có thể chuyển tiếp thông tin, đóng vai trò như router trên Internet.
Một số công nghệ không dây cho mạng tùy biến không dây Để giảm bớt chi phí và mong muốn tạo ra một môi trường thuận tiện, nhiều chuẩn và các công nghệ kết nối không dây đã được nghiên cứu triển khai, cho phép người dùng kết nối phạm vi rộng các thiết bị tính toán và truyền thông một cách dễ dàng và đơn giản hơn mà không cần mua, lắp đặt hay kết nối hàng km cáp. Những công nghệ này mang tới cơ hội cho các kết nối mạng tùy biến không dây nhanh chóng và khả năng kết nối tự động giữa các thiết bị.