Chương 1 nêu lên khái niệm về mạng ad-hoc, ứng dụng của mạng ad-hoc và các vấn đề cần giải quyết. Để đạt được tính nhất quán về các thuật ngữ sử dụng trong luận văn, một số thuật ngữ cũng được đưa ra. Chương 2 giới thiệu các thuật toán định tuyến trước và định tuyến theo yêu cầu trong mạng ad-hoc, làm cơ sở cho việc trình bày thuật toán lai ZRP trong chương 3. Ở đây, luận văn bày sâu về thuật toán DSDV, một đại diện cho loại thuật toán định tuyến trước.
Tương tự, thuật toán AODV được chọn làm đại diện cho loại thuật toán định tuyến theo yêu cầu và cũng được trình bày kỹ lưỡng. Ưu, nhược điểm của mỗi loại thuật toán được nêu ra ở phần đánh giá, cuối mỗi phần trình bày về nguyên tắc hoạt động của các thuật toán. Chương 3 trình bày về thuật toán định tuyến theo vùng Zone Routing Protocol – ZRP, trong đó, giới thiệu chi tiết các thành phần của thuật toán và mối quan hệ giữa chúng. Đồng thời, nội dung của chương này cũng trình bày các giải pháp và kỹ thuật điều khiển truy vấn sao cho thuật toán đạt được hiệu quả cao nhất.
Phần đánh giá chỉ rõ ưu, nhược điểm của thuật toán ZRP. Luận văn cũng đưa ra kết quả cài đặt và mô phỏng thuật toán trên hệ mô phỏng Qualnet và NS-2 làm minh họa và có đánh giá chung, sau đó, đưa ra các đề xuất cải tiến. Phần kết luận nêu các kết quả đạt được trong luận văn và hướng nghiên cứu tiếp theo. Cuối luận văn là danh sách các tài liệu tham khảo đã được sử dụng.
Sau cùng, hai phụ lục mô tả các bước tiến hành thí nghiệm và phân tích chi tiết kết quả thí nghiệm mô phỏng, minh hoạ thuật toán định tuyến ZRP được đính kèm. Giới thiệu mạng ad-hoc 1. Khái niệm Mạng không dây Sau thời gian dài phát triển trên thế giới, những năm gần đây mạng điện thoại di động đã và đang nở rộ trên thị trường Việt Nam, làm nên những thay đổi lớn trong xã hội. Mạng điện thoại di động chính là một thí dụ tiêu biểu của mạng không dây.
Ở đó, các điện thoại được kết nối với nhau thông qua các hệ thống thiết bị kết nối trung gian là các trạm tiếp sóng. Khi điện thoại di động không nằm trong vùng phủ sóng của bất kỳ một trạm tiếp sóng nào, nó không thể thực hiện được cuộc gọi đi hay nhận cuộc gọi đến. Tương tự, trong lĩnh vực mạng máy tính, các máy tính có thể được kết nối với nhau thông qua một thiết bị trung gian gọi là Access Point (chính là các trạm tiếp sóng - Base Station). Các thiết bị này thường kết nối với nhau và với phần còn lại của mạng bằng đường truyền hữu tuyến nhưng giao tiếp với các máy tính (có cắm vỉ mạng không dây) bằng sóng vô tuyến.
Cũng có khi các Access Point kết nối vô tuyến với nhau như trong hình 1. Đó là mạng máy tính không dây thông thường. Mạng máy tính kết nối không dây với 2 access point Với cách kết nối không dây như trên, các trạm làm việc (máy tính, điện thoại di động,…) sẽ trao đổi số liệu với nhau thông qua các trạm tiếp sóng. Tức là các gói dữ liệu gửi giữa các trạm làm việc đều được truyền tới trạm tiếp sóng và trạm tiếp sóng sẽ chịu trách nhiệm chuyển các gói tin này tới trạm đích được chỉ định.
Như vậy, trạm tiếp sóng đồng thời đóng vai trò của bộ định tuyến. z 10 Mạng ad-hoc Trong nhiều trường hợp, điều kiện không cho phép xây dựng hệ thống trạm tiếp sóng, chẳng hạn khi thiết lập hệ thống liên lạc phục vụ cứu nạn sau thiên tai, hoặc trong các trận chiến sử dụng công nghệ cao mà các vũ khí, khí tài và ngay cả các chiến binh cần thường xuyên liên lạc với nhau. Để giải quyết vấn đề, người ta đưa ra giải pháp xây dựng mạng, trong đó, mỗi trạm làm việc không dây đồng thời đảm trách cả chức năng của bộ định tuyến. Các trạm làm việc gửi số liệu cho nhau thông qua các trạm khác, không cần có các trạm kết nối trung gian (Base Station).
Một mạng như vậy được gọi là Mobile Ad-hoc Network (MANET) hay mạng di động không cấu trúc, trong luận văn, gọi tắt là mạng ad-hoc. Mạng ad-hoc 1. Các ứng dụng của mạng ad-hoc Như đã nói ở trên, mạng ad-hoc được áp dụng cho các cuộc tìm kiếm, cứu nạn sau thiên tai, như động đất, lũ lụt,… khi mà hệ thống thông tin liên lạc đã bị phá hủy. Việc tiến hành cứu nạn là khẩn cấp, và người ta không thể chờ đợi để xây dựng lại hệ thống liên lạc.
Hay việc tìm kiếm cứu nạn ở những nơi mà hệ thống thông tin liên lạc không có sẵn như các vùng núi cao, bắc cực, xa mạc… nơi không có con người sinh sống. Trong trường hợp này, ngoài tính khẩn cấp, việc xây dựng một hệ thống thông tin liên lạc nhằm mục đích chỉ phục vụ cho một công việc nhất thời là không khả thi. Mạng ad-hoc còn được áp dụng rất hiệu quả trong quân đội một số cường quốc, nơi mà các vũ khí, khí tài công nghệ cao, có độ chính xác rất lớn được sử dụng. Khi triển khai các trận đánh, các vũ khí, khí tài, thậm chí từng quân nhân có thể liên lạc với nhau để có thể đánh hiệp đồng một cách nhịp nhàng, chính xác.
z 11 Ngoài ra, mạng ad-hoc còn có thể được triển khai một cách rộng rãi cho các ứng dụng khác như: • Trong các cuộc họp (thay thế mạng không dây thông thường đang sử dụng hiện nay). Công việc chuẩn bị cho cuộc họp sẽ dễ dàng hơn do không phải chuẩn bị hệ thống liên lạc cho các máy móc thiết bị sử dụng trong cuộc họp. Do vậy các cuộc họp có thể diễn ra tại bất cứ địa điểm nào. • Mạng kết nối dành cho cá nhân (Bluetooth).
Mọi người không cần phải bận tâm trong việc thiết lập kết nối cho các thiết bị cá nhân. • Mạng kết nối các thiết bị trong gia đình. Các thiết bị sẽ hoạt động hiệu quả hơn nhờ sự phối hợp nhịp nhàng. Chẳng hạn đài sẽ tự tắt khi ta bật ti vi.
• Trong các ứng dụng khác (điều khiển công nghệp, mạng taxi, mạng kết nối các tàu thuyền,…) Hình 3. Ứng dụng rộng rãi của mạng ad-hoc trong cuộc sống 1. Đặc điểm của mạng ad-hoc Mạng ad-hoc có các đặc điểm sau: • Có cấu trúc động: Do tính di động của tất cả các trạm làm việc trong mạng, sự thay đổi về cấu trúc mạng xảy ra thường xuyên. Các kết nối giữa các trạm làm việc có thể hình thành và mất đi nhanh chóng, phụ thuộc vào tốc độ và hướng di chuyển của các trạm làm việc.
Điều này khiến cho việc truyền số liệu giữa các trạm làm việc gặp nhiều khó khăn. Chúng phải thường xuyên định tuyến lại trong suốt quá trình truyền số liệu và không sử dụng được hướng truyền mặc định (default route) như đối với mạng hữu tuyến và mạng di động thông z 12 thường. Do vậy, vấn đề định tuyến, vốn đã rất phức tạp trong mạng hữu tuyến và mạng không dây thông thường, nay còn phức tạp hơn rất nhiều trong mạng ad-hoc. • Dung lượng đường truyền thấp: Các thiết bị di động kết nối với nhau qua sóng vô tuyến, do vậy dung lượng đường truyền bị hạn chế, thấp hơn rất nhiều so với dung lượng truyền trên các đường truyền hữu tuyến.
Khi các trạm làm việc càng cách xa nhau, tín hiệu vô tuyến càng yếu và do đó dung lượng truyền cũng giảm dần. • Mức năng lượng cung cấp cho các trạm làm việc hạn chế: Do tính chất di động của các trạm làm việc, pin là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu. Do vậy các thiết bị di động phải được thiết kế (cả phần cứng lẫn phần mềm) sao cho mức tiêu thụ năng lượng đạt tối thiểu và phải áp dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng tối đa. Trong một vài năm gần đây, một số công ty lớn đã phát triển những loại pin có thời gian sử dụng lâu hơn, thậm chí thời gian sạc lại rất ngắn và sẽ tung ra thị trường trong tương lai không xa.
Tuy nhiên, vấn đề hạn chế về nguồn năng lượng cung cấp cho các thiết bị di động vẫn là một mối quan tâm lớn. • Có thể xảy ra hiện tượng kết nối một chiều (unidirectional link): Ở mạng hữu tuyến, khi trạm làm việc A truyền được dữ liệu tới trạm làm việc B thì B cũng có thể truyền dữ liệu trở lại A (bidirectional link). Tuy nhiên trong mạng không dây, đôi khi A gửi được dữ liệu tới B nhưng do mức năng lượng phát tín hiệu của B yếu, hoặc do nhiễu điện từ mà tín hiệu phát đi từ B lại không tới được A. Trường hợp này được gọi là kết nối một chiều hay kết nối không đối xứng.
Cần có biện pháp giải quyết để đảm bảo cho việc truyền số liệu khi gặp hiện tượng trên. • Ngoài ra, vấn đề bảo mật thông tin cũng là điều đáng quan tâm, do sự lan tỏa của sóng vô tuyến. Đối với mạng hữu tuyến, muốn nhận được thông tin truyền trên đường truyền, bắt buộc phải tiếp cận được với đường cáp truyền. Trong mạng không dây nói chung, sự lan tỏa của sóng vô tuyến khiến cho bất kỳ trạm làm việc nào nằm trong vùng bao phủ của sóng cũng có thể tiếp cận với tín hiệu được phát ra.
Có nghĩa là vấn đề mã hóa thông tin cần phải được chú trọng trong mạng ad-hoc nói riêng và mạng không dây nói chung. Như vậy có rất nhiều vấn đề cần được giải quyết để đảm bảo mạng ad-hoc hoạt động tin cậy, an toàn và hiệu quả. Luận văn chỉ xin đề cập chủ yếu đến vấn đề định tuyến trong mạng ad-hoc. Một số khái niệm sử dụng trong luận văn Trạm làm việc Trong mạng máy tính, các máy tính được kết nối với nhau để trao đổi thông tin.
Các máy tính là thành phần quan trọng nhất trong mạng máy tính. Nhưng để kết nối các máy tính này, cần có các thiết bị kết nối mạng như bộ định tuyến, bộ chuyển mạch,… Để có thể đảm trách được nhiệm vụ đó, chúng cũng phải truyền, nhận, xử lý thông tin ở một mức độ nào đấy. Trong mạng truyền thông nói chung, mỗi thiết bị như vậy (máy tính, bộ định tuyến, bộ chuyển mạch,…) được gọi với tên chung là trạm làm việc (node). Tuy nhiên, trong mạng ad-hoc, có thể coi các trạm làm việc chính là các máy tính vì chúng đảm trách chức năng của tất cả các thiết bị còn lại.