Nghiên cứu về mạng di động và công nghệ IEEE 802.10

• Người hướng dẫn: PTS. Nguyễn Văn Tam
• Trường học: Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Nghiên cứu về mạng di động và công nghệ IEEE 802.10
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: ĐỊNH NGHĨA MẠNG ĐẶC BIỆT DI ĐỘNG
• 1.1. Thế nào được gọi là đặc biệt (ad-hoc)
• 1.2. Định nghĩa mạng đặc biệt di động
• 1.3. Thuật ngữ của mạng đặc biệt di động
• 1.4. Ứng dụng của mạng đặc biệt di động
• 1.4.1. Ứng dụng trong quân đội
• 1.4.2. Ứng dụng trong cuộc sống
• 1.5. Mạng cảm biến (Sensor networks)
• 1.6. Mở rộng phạm vi của điểm truy cập
• 2. CHƯƠNG 2: VẤN ĐỀ CỦA MẠNG ĐẶC BIỆT DI ĐỘNG
• 2.1. Một số kiểu tấn công
• 2.2. Đảm bảo an ninh đối với giao thức định tuyến
• 2.3. Chiến lược an ninh cho mạng ad-hoc
• 2.4. Kết nối với các mạng ngoài
• 2.4.1. Destination-sequenced distance vector (DSDV)
• 2.4.2. Ad-Hoc On-Demand Distance Vector (AODV)
• 3. CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ CHO MẠNG MANET
• 3.1. Mô hình kiến trúc và giao thức của IEEE 802.1 DCF – Distributed Coordination Function
• 3.2. Mạng ad-hoc với IEEE 802.3
• 3.3. Mô hình kiến trúc và giao thức của Bluetooth
• 3.3.1. Tầng tần số vô tuyến của Bluetooth (RF – Radio Frequency Layer)
• 3.3.2. Tầng dải tần cơ sở (Bluetooth baseband)
• 3.3.3. Cấu trúc frame của Bluetooth
• 3.3.4. Các kiểu gói tin của liên kết ACL
• 3.3.5. Các kiểu gói tin của liên kết SCO
• 3.3.6. An ninh mạng của Bluetooth
• 3.3.7. Mạng ad-hoc Bluetooth
• 4. CHƯƠNG 4: MỘT SỐ SO SÁNH GIỮA IEEE 802.1 MẠNG AD-HOC VỚI BAN VÀ PAN
• 4.1. Một số so sánh giữa IEEE 802.3
• 4.2. Triển khai mô phỏng và đánh giá kết quả
• 4.3. Thiết lập mô phỏng
• 4.4. Kết quả mô phỏng và thảo luận
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Mạng Di Động Ad hoc và IEEE 802

Mạng đặc biệt di động (MANET) là một tập hợp các máy di động không dây tự hình thành một mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp của cơ sở hạ tầng mạng có sẵn. Các mạng này có nhiều ứng dụng trong quân đội, trong các trường hợp phản ứng với thảm họa hoặc trong mạng cá nhân (PAN) do tính tự hỗ trợ, không nhất thiết phải có một cơ sở hạ tầng truyền thông có sẵn. Mặc dù ý tưởng nghiên cứu về mạng ad-hoc có từ những năm 70 khi nghiên cứu về công nghệ Mobile Packet Radio, hiện tại vẫn còn rất nhiều vấn đề về mạng ad-hoc dành được sự quan tâm của cộng đồng nghiên cứu. Luận văn này khám phá việc sử dụng hai công nghệ IEEE 802.11b và Bluetooth để triển khai các mạng đặc biệt di động ở phạm vi nhỏ.

1.1. Định nghĩa mạng Ad hoc và ứng dụng thực tế

Mạng ad-hoc là mạng tự phát, gồm các nút, được tạo ra nhân một sự kiện hoặc nhu cầu nào đó. Điều này có nghĩa là một mạng MANET có thể có tuổi thọ rất ngắn, ngược lại hoàn toàn với mạng hữu tuyến truyền thống – được lắp đặt và tồn tại trong một khoảng thời gian rất dài mà không hề thay đổi về cấu trúc. Các công nghệ của mạng đặc biệt di động đem lại rất nhiều lợi ích so với các mạng truyền thống (cả không dây và có dây) trong những ngữ cảnh khó có thể triển khai được một cơ sở hạ tầng mạng cố định hoặc việc triển khai là không khả thi do những lý do về mặt thực hành (địa hình,…) hoặc do những lý do về kinh tế (chi phí cáp trong một không gian lớn, chi phí thiết lập nhiều điểm truy cập).

1.2. Các thuật ngữ quan trọng trong mạng MANET

Các thuật ngữ của mạng đặc biệt di động được sử dụng trong luận văn này: Nút mạng (node): Các máy tính/thiết bị riêng lẻ tham gia vào mạng ad-hoc. Một mạng đặc biệt di động có thể được biểu diễn như trong Hình vẽ 1-1. Hai nút là có liên kết với nhau bởi một đường liên kết (link) nếu như chúng ở trong phạm vi hoạt động của nhau. Trong luận văn này, các từ (cụm từ) “mạng đặc biệt di động”, “mạng MANET”, “mạng ad-hoc” đều chỉ cùng một mạng đặc biệt di động (mobile adhoc network) với định nghĩa đã được đưa ra trong mục 1.

II. Thách Thức An Ninh Mạng Di Động Ad hoc Cách Giải Quyết

Mạng MANET đối mặt với nhiều thách thức về an ninh do tính chất phân tán, di động và không có cơ sở hạ tầng cố định. Các cuộc tấn công có thể nhắm vào tính toàn vẹn, tính sẵn sàng và tính bảo mật của mạng. Việc đảm bảo an ninh cho các giao thức định tuyến và dữ liệu truyền tải là vô cùng quan trọng. Các giải pháp an ninh cần phải nhẹ nhàng, linh hoạt và có khả năng thích ứng với sự thay đổi của cấu trúc mạng.

2.1. Các kiểu tấn công phổ biến vào mạng MANET

Một số kiểu tấn công phổ biến bao gồm tấn công từ chối dịch vụ (DoS), tấn công nghe lén, tấn công giả mạo và tấn công lỗ đen. Các cuộc tấn công này có thể gây ra gián đoạn dịch vụ, đánh cắp thông tin và làm suy yếu hiệu suất mạng. Việc phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công này đòi hỏi các cơ chế an ninh mạnh mẽ và hiệu quả.

2.2. Giải pháp đảm bảo an ninh cho giao thức định tuyến

Các giải pháp an ninh cho giao thức định tuyến bao gồm sử dụng chữ ký số, mã hóa và các cơ chế xác thực để bảo vệ thông tin định tuyến khỏi bị giả mạo và sửa đổi. Các giao thức định tuyến an toàn như AODVsec và DSRsec được thiết kế để chống lại các cuộc tấn công vào giao thức định tuyến. Việc triển khai các giao thức này có thể cải thiện đáng kể an ninh của mạng MANET.

2.3. Chiến lược an ninh cho mạng Ad hoc

Các chiến lược an ninh cho mạng ad-hoc bao gồm sử dụng các cơ chế phát hiện xâm nhập, hệ thống phòng thủ đa lớp và các chính sách an ninh linh hoạt. Việc giám sát liên tục hoạt động mạng và phản ứng nhanh chóng với các sự cố an ninh là rất quan trọng. Các giải pháp an ninh cần phải được thiết kế để có thể mở rộng và thích ứng với sự thay đổi của môi trường mạng.

III. Công Nghệ IEEE 802

IEEE 802.11b và Bluetooth là hai công nghệ không dây phổ biến có thể được sử dụng để xây dựng mạng MANET. IEEE 802.11b cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và phạm vi phủ sóng rộng hơn so với Bluetooth, nhưng tiêu thụ nhiều năng lượng hơn. Bluetooth có ưu điểm là tiêu thụ ít năng lượng và chi phí thấp, nhưng tốc độ truyền dữ liệu thấp hơn và phạm vi phủ sóng hẹp hơn. Việc lựa chọn công nghệ phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

3.1. Kiến trúc và giao thức của IEEE 802.11b

IEEE 802.11b là một chuẩn công nghệ mạng không dây được sử dụng rộng rãi nhất đối với WLAN. Ngoài ra trên thị trường có rất nhiều thiết bị tương thích với WLAN.11b là một chuẩn rất tốt cho xây dựng mạng ad hoc đơn giản. Chuẩn này sử dụng giao thức CSMA/CA để tránh xung đột và cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 11 Mbps. Kiến trúc của IEEE 802.11b bao gồm các thành phần như trạm (STA), điểm truy cập (AP) và hệ thống phân phối (DS).

3.2. Mô hình kiến trúc và giao thức của Bluetooth

Bluetooth là một chuẩn công nghệ trong thực tế cho phép xây dựng các mạng ad-hoc trong bán kính 10m. Bluetooth sử dụng tần số vô tuyến 2.4 GHz và cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 1 Mbps. Kiến trúc của Bluetooth bao gồm các thành phần như piconet và scatternet. Bluetooth có ưu điểm là tiêu thụ ít năng lượng và chi phí thấp, nhưng tốc độ truyền dữ liệu thấp hơn và phạm vi phủ sóng hẹp hơn so với IEEE 802.11b.

3.3. So sánh hiệu suất giữa IEEE 802.11b và Bluetooth

Hiệu suất của IEEE 802.11b và Bluetooth phụ thuộc vào nhiều yếu tố như khoảng cách giữa các nút, số lượng nút trong mạng và môi trường truyền dẫn. IEEE 802.11b thường cung cấp hiệu suất tốt hơn trong các môi trường có mật độ nút thấp và khoảng cách giữa các nút lớn. Bluetooth có thể phù hợp hơn trong các môi trường có mật độ nút cao và khoảng cách giữa các nút nhỏ.

IV. Phân Tích Hiệu Năng Mạng Di Động IEEE 802

Việc phân tích hiệu năng của mạng MANET sử dụng IEEE 802.11b và Bluetooth là rất quan trọng để đánh giá tính khả thi của các công nghệ này trong các ứng dụng thực tế. Các chỉ số hiệu năng quan trọng bao gồm thông lượng, độ trễ, tỷ lệ mất gói và tiêu thụ năng lượng. Các kết quả mô phỏng và thử nghiệm thực tế có thể cung cấp thông tin hữu ích về hiệu năng của các công nghệ này trong các môi trường khác nhau.

4.1. Thông lượng mạng IEEE 802.11b và Bluetooth

Thông lượng là lượng dữ liệu được truyền thành công qua mạng trong một đơn vị thời gian. IEEE 802.11b thường cung cấp thông lượng cao hơn so với Bluetooth do tốc độ truyền dữ liệu cao hơn. Tuy nhiên, thông lượng thực tế có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như xung đột, nhiễu và khoảng cách giữa các nút.

4.2. Độ trễ và tỷ lệ mất gói trong mạng MANET

Độ trễ là thời gian cần thiết để một gói dữ liệu được truyền từ nguồn đến đích. Tỷ lệ mất gói là tỷ lệ các gói dữ liệu bị mất trong quá trình truyền. Độ trễ và tỷ lệ mất gói có thể ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ (QoS) của các ứng dụng thời gian thực như thoại và video. Các giao thức định tuyến và cơ chế kiểm soát tắc nghẽn có thể được sử dụng để giảm độ trễ và tỷ lệ mất gói.

4.3. Tiêu thụ năng lượng của các thiết bị di động

Tiêu thụ năng lượng là một yếu tố quan trọng cần xem xét trong mạng MANET, đặc biệt là đối với các thiết bị di động chạy bằng pin. IEEE 802.11b thường tiêu thụ nhiều năng lượng hơn so với Bluetooth. Các kỹ thuật quản lý năng lượng như chế độ ngủ và điều chỉnh công suất có thể được sử dụng để giảm tiêu thụ năng lượng và kéo dài tuổi thọ pin.

V. Ứng Dụng Thực Tế Mạng Di Động Ad hoc và IEEE 802

Mạng MANET có nhiều ứng dụng thực tế trong các lĩnh vực như quân sự, cứu hộ, hội nghị và đời sống hàng ngày. Trong quân sự, mạng MANET có thể được sử dụng để cung cấp thông tin liên lạc an toàn và tin cậy cho các đơn vị di động. Trong cứu hộ, mạng MANET có thể được sử dụng để hỗ trợ các hoạt động tìm kiếm và cứu nạn trong các khu vực bị thiên tai. Trong hội nghị, mạng MANET có thể được sử dụng để chia sẻ tài liệu và thông tin giữa những người tham dự. Trong đời sống hàng ngày, mạng MANET có thể được sử dụng để kết nối các thiết bị di động trong các môi trường như xe buýt và tàu điện.

5.1. Ứng dụng mạng MANET trong quân sự và cứu hộ

Trong quân sự, mạng MANET có thể được sử dụng để cung cấp thông tin liên lạc an toàn và tin cậy cho các đơn vị di động trong các môi trường chiến đấu. Mạng MANET có thể được sử dụng để truyền tải dữ liệu, thoại và video giữa các đơn vị di động. Trong cứu hộ, mạng MANET có thể được sử dụng để hỗ trợ các hoạt động tìm kiếm và cứu nạn trong các khu vực bị thiên tai. Mạng MANET có thể được sử dụng để truyền tải thông tin về vị trí của nạn nhân và các nguồn lực cứu hộ.

5.2. Mạng MANET trong hội nghị và đời sống hàng ngày

Trong hội nghị, mạng MANET có thể được sử dụng để chia sẻ tài liệu và thông tin giữa những người tham dự. Mạng MANET có thể được sử dụng để tạo ra một môi trường cộng tác cho những người tham dự. Trong đời sống hàng ngày, mạng MANET có thể được sử dụng để kết nối các thiết bị di động trong các môi trường như xe buýt và tàu điện. Mạng MANET có thể được sử dụng để chia sẻ file, chơi game và truy cập internet.

VI. Tương Lai Mạng Di Động Ad hoc 5G 6G và IoT

Tương lai của mạng MANET hứa hẹn nhiều tiềm năng với sự phát triển của các công nghệ như 5G, 6G và IoT. Các công nghệ này sẽ cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, độ trễ thấp hơn và khả năng kết nối nhiều thiết bị hơn. Mạng MANET sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc kết nối các thiết bị IoT và cung cấp các dịch vụ mới trong các lĩnh vực như thành phố thông minh, nhà thông minh và xe tự lái.

6.1. Mạng MANET và công nghệ 5G 6G

Công nghệ 5G và 6G sẽ cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và độ trễ thấp hơn cho mạng MANET. Điều này sẽ cho phép mạng MANET hỗ trợ các ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn và độ trễ thấp như video trực tuyến, thực tế ảo và thực tế tăng cường. Mạng MANET có thể được sử dụng để mở rộng phạm vi phủ sóng của mạng 5G/6G và cung cấp các dịch vụ mới trong các khu vực không có cơ sở hạ tầng mạng cố định.

6.2. Mạng MANET và Internet of Things IoT

Mạng MANET sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc kết nối các thiết bị IoT. Các thiết bị IoT thường có tài nguyên hạn chế và không thể kết nối trực tiếp với internet. Mạng MANET có thể được sử dụng để kết nối các thiết bị IoT và cung cấp các dịch vụ mới trong các lĩnh vực như thành phố thông minh, nhà thông minh và xe tự lái.