BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

BÁO CÁO
CÁC MẠNG THƠNG TIN VƠ TUYẾN

“Mạng Adhoc khơng dây”

Giảng Viên:

Nguyễn Viết Đảm

Sinh viên:

Phạm Ngọc Bình

Mã sinh viên:

B18DCVT037

Nhóm:

03

Hà Nội, 2022


MỤC LỤC


I.

Mạng Adhoc không dây

1. Định nghĩa
Mạng ad hoc không dây là tập hợp các nút không dây tự lập cấu hình để tạo nên một
mạng mà khơng cần sự hỗ trợ của bất cứ một hạ tầng được thiết lập trước (Hình 1).
Khơng cần hạ tầng, các máy di động tự mình xử lý điều khiển cũng như các nhiệm vu nối
mạng cần thiết (thường thông qua các giải thuật điều khiển phân bố).

Hình 1: Mạng adhoc
Có thể đưa ra hai định nghĩa liên quan đến ad hoc:

1) “ được tạo ra hay được sử dụng cho các vấn đề đặc thù hay tức thì”.
2) “được cấu thành từ bất cứ thứ gì khả dụng tức thì”.
Các định nghĩa này thể hiện được hai lợi chính của của các mạng ad hoc là chúng có thể
được tạo ra cho các ứng dụng đặc thù và từ bất cứ nút mạng khả dụng. Các mạng khơng
dây ad hoc cũng có các tính năng khác như khơng địi hỏi lắp đặt và bảo dưỡng mạng hạ
tầng tốn kém. Ngoài ra chúng cũng rất bền vững do tinh chất phân bố, dự phòng nút và
khơng có các điểm sự cố đơn. Chúng có thể được lắp đặt và lập lại cấu hình dễ ràng.
Tóm lại, Mạng ad hoc khơng dây (WANET) là một loại mạng cục bộ (LAN) được xây
dựng tự phát để cho phép hai hoặc nhiều thiết bị không dây được kết nối với nhau mà
không yêu cầu thiết bị hạ tầng mạng điển hình, chẳng hạn như bộ định tuyến không dây
hoặc điểm truy cập. Mỗi thiết bị trong mạng sẽ chuyển tiếp dữ liệu khơng dành cho
chính nó đến các thiết bị khác.


2. Ứng dụng
Bản chất tự lập cấu hình và khơng cần hạ tầng khiến cho các mạng không dây ad hoc trở
nên hấp dẫn đối với nhiều ứng dụng mặc dù điều này có thể phải trả giá bằng giảm cấp
hiệu năng rất lớn. Không cần hạ tâng là một mong muốn rất lớn đối với các hệ thống

thương mại giá thành thấp, vì nó tránh được đầu tư lớn cho xây dựng và vận hành mạng,
nhất là giá thành triển khai tăng cùng với sự thành công của mạng.
Dưới đây sẽ đề cập đến một số ứng dụng của mạng adhoc không dây :
 Các mạng số liệu

Các mạng số liệu không dây ad hoc trước hết hỗ trợ trao đổi số liệu giữa các máy tính
xách tay, máy tính cầm tay, các PDA và thiết bị thơng tin khác. Nói chung các mạng số
liệu này nằm trong ba loại dựa trên vùng phủ: các mạng LAN, các mạng MAN và các
mạng WAN.
Các mạng LAN dựa trên hạ tầng mạng rất phổ biến hiện nay và cung cấp hiệu năng tốt
với giá thành thấp. Tuy nhiên các mạng số liệu khơng dây ad hoc có một số ưu điểm so
với các mạng số liệu dựa trên ha tầng. Trước tiên vì chỉ cần một điểm truy nhập kết nối
đến hạ tầng hữu tuyến đường trục nên sẽ giảm giá thành và các yêu cầu lắp đặt. Ngoài ra
trong khi không hiệu quả khi các nút phải kết nối qua một điểm truy nhập hay trạm gốc
trong các mạng không dây dựa trên hạ tầng, thì các thiết bị khơng dây cạnh nhau trong
mang ad hoc khơng dây có thể trao đổi thông tin trực tiếp chứ không cần định tuyến qua
một nút trung gian.
Các WAN không dây ad hoc cần thiết cho các ứng dụng trong đó hạ tầng mạng cần thiết
để bao phủ các vùng rộng lớn quá tốn kém hoặc không thể triển khai. Chẳng hạn các
mạng cảm biến có thể rơi vào các vùng xa xơi trong đó khơng thể phát triển hạ tầng.
 Các mạng nhà
Các mạng nhà được dự kiến để hỗ trợ thông tin gữa các máy tính PC, laptop, PDA, điện
thọai khơng dây, các thiết bị thông minh, các thiết bị giám sát và an ninh, các thiết bị điện
tử dân dụng và các hệ thống giải trí tại mọi vị trí bên trong và xung quanh nhà. Các mạng
này có thể tạo nên các phịng thơng minh có thể cảm biến con người và sự di động cùng
như điều chỉnh ánh sáng, sưới ấm một cách phù hợp, cũng như tạo ra các “căn nhà khả
tri” trong đó các bộ cảm biến và các máy tính của mạng được sử dụng để hỗ trợ cuộc
sống cuả các người già và người khuyết tật.
Mạng trong nhà cũng bao gồm :



 Các hệ thống video hay các hệ thống giám sát bằng cảm biến thông minh để kết
hợp, giải nghĩa số liệu và cảnh báo cho chủnhà cũng như cảnh sát hay lực
lượng cứu hỏa về các hiện tượng bất thường.
 các thiết bị thông minh cộng tác với nhau sử dụng internet để điều khiển từ xa, cập
nhật phần mềm và lập lịch bảo dưỡng.
 các hệ thống giải trí cho phép truy nhập đầu VCR, bộ chuyển đổi truyền hình hay
PC từ mọi hệ thống video và dàn âm thanh sterrio trong nhà.

 Các mạng thiết bị

Các mạng thiết bị hỗ trợ các kết nối không dây cự ly ngắn giữa các thiết bị. Các mạng
này được dự kiến trước hết là để thay thế các kết nối bất tiện bằng cáp bằng các kết nối
không dây. Như vậy sẽ loại bỏ được cáp nối và các conectơ giữa và máy di động,
modem, đầu nghe, PDA, máy tính, máy in, máy chiếu, các điểm truy nhập mạng và các
thiết bị khác. Các các công nghệ động lực cho các mạng này là các công nghệ vô tuyến
giá thành thấp có khả năng nối mạng như Bluetooth, Zigbee và UWB (Ultrra-wide Band).
Các cơng nghệ vơ tuyến được tích hợp trong các thiết bị điện tử thương mại để cung cấp
khả năng nối mạng giữa các thiết bị.
 Các mạng cảm biến

Các mạng cảm biến bao gồm các nút nhỏ có khả năng cảm biến, tính tốn và nối mạng vô
tuyến, như vậy các mạng này quy tụ của ba cơng nghệ quan trọng. Các mạng cảm biến có
tiềm năng rất lớn cho các các ứng dụng dân sự và quân sự. Các bộ cảm biến này có thể
được sử dụng đẻ nhận dạng và theo dõi các mục tiêu và cũng có thể được sử dụng như là
tuyến đầu tiên phát hiện các kiểu tấn công khác nhau. Các mạng này cũng có thể hỗ trợ
sự chuyển động của các xe khơng người lái.
Các thí dụ về các mạng cảm biến cho môi trường nhà bao gồm: các công tơ điện, khi đốt
và nước cho phép đọc được từ xa bằng các kết nối không dây. Sự sử dụng rơng rãi các
thiết bị đo đơn giản trong nhà có thể hỗ trợ nhận dạng và điều chỉnh các thiết bị trong nhà

như: điều hồ khơng khi, lị sưởi bằng nước nóng, là các thiết bị tiêu thụ nhiều điện và
khí ga.
 Hệ thống điều khiển phân tán
Mạng Ad hoc không dây cũng cho phép các ứng dụng điều khiển phân tán bằng các máy
móc, các bộ cảm biến và các bộ dẫn động từ xa liên kết với nhau thông qua các kênh
thông tin không dây. Các mạng như vậy cho phép điều phối các khối di động không
người điều khiển và giảm đáng kể chi phí bảo trì và lập lại cấu hình so với các hệ thống
điều khiển phân tán sử dụng các kết nối thông tin hữu tuyến.


Mạng ad hoc khơng dây có thể được sử dụng để hỗ trợ điều khiển phối hợp nhiều xe
trong một hệ thống đường cao tốc tự động, điều khiển từ xa q trình sản xuất và các
q trình cơng nghiệp và phối hợp các xe quân sự được vận chuyển bằng hàng không
(Airborne Vehicle) không người điều khiển.

3. Ưu nhược điểm của mạng adhoc không dây
 Ưu điểm :
Các lợi ích của mạng ad hoc khơng dây bao gồm:

• Bởi vì các mạng adhoc khơng u cầu phần cứng cơ sở hạ tầng như điểm truy cập
hoặc bộ định tuyến không dây, các mạng này cung cấp phương thức giao tiếp trực
tiếp giữa khách hàng với khách hàng với chi phí thấp.
• Mạng đặc biệt rất dễ cấu hình và cung cấp một cách hiệu quả để giao tiếp với các
thiết bị lân cận khi điều cốt yếu là thời gian và việc chạy hệ thống cáp là khơng khả
thi.
• Các mạng adhoc thường được bảo mật để bảo vệ khỏi các cuộc tấn cơng, vì đặc tính
tạm thời, thường ngẫu hứng của chúng có thể khiến chúng dễ bị tấn cơng trước các
mối đe dọa bảo mật.
• Mạng adhoc liên kết một số lượng nhỏ thiết bị có thể là lựa chọn thiết thực hơn
so với mạng dựa trên cơ sở hạ tầng truyền thống có thể kết nối nhiều thiết bị hơn.


 Nhược điểm :
• Các thiết bị trong mạng adhoc khơng thể tắt tính năng phát sóng SSID giống như
các thiết bị ở chế độ cơ sở hạ tầng có thể. Do đó, những kẻ tấn cơng có thể tìm và
kết nối với một thiết bị đặc biệt nếu chúng nằm trong phạm vi tín hiệu.
• Các tùy chọn bảo mật bị hạn chế do thiếu các dịch vụ cơ sở hạ tầng mạng, chẳng
hạn như quyền truy cập vào máy chủ RADIUS (dịch vụ người dùng quay số xác
thực từ xa) cho mục đích xác thực.
• Mạng adhoc không dây không thể kết nối các mạng LAN có dây hoặc với internet
mà khơng cần cài đặt cổng mạng chun dụng.
• Các thiết bị chỉ có thể sử dụng Internet nếu một trong số chúng được kết nối và chia
sẻ nó với những thiết bị khác. Khi bật tính năng chia sẻ internet, ứng dụng khách
thực hiện chức năng này có thể gặp sự cố về hiệu suất , đặc biệt nếu có nhiều thiết bị
được kết nối với nhau.


• Chế độ adhoc yêu cầu sử dụng nhiều tài nguyên hệ thống điểm cuối hơn, vì bố cục
mạng vật lý thay đổi khi thiết bị được di chuyển xung quanh; ngược lại, một điểm
truy cập trong chế độ cơ sở hạ tầng thường đứng yên từ góc độ thiết bị đầu cuối.


II.

Các nguyên lý và các thách thức thiết kế
mạng ad hoc khơng dây

1. Các ngun lí
Đặc điểm căn bản nhất của một mạng ad hoc khơng dây là khơng có hạ tầng và vì thế hầu
hết các nguyên lý thiết kế cũng như các thách thức bắt nguồn từ đặc điểm này. Ta có thể
minh họa sự khơng có hạ tầng này bằng cách so sánh với các mạng không dây phổ biến

khác như: các mạng tổ ong và các mạng WLAN. Các hệ thống tổ ong chia vùng địa lý
thành các ô và các đầu cuối di động trong một ô kết nối thông tin với một trạm gốc đặt tại
tâm ô được nối đến mạng hữu tuyến đường truc. Vì thế khơng có kết nối trực tiếp giữa
các đầu cuối di động.
Tất cả kết nối thông tin đều phải qua trạm gốc theo định tuyến một chặng. Các trạm gốc
và mạng đường trục thực hiện các chức năng nối mạng bao gồm nhận thực, định tuyến
cuộc gọi và chuyển giao. Hầu hết các mạng WLAN đều có kiến trúc một chặng tập trung:
các nút di động kết nối thông tin trực tiếp với điểm truy nhập tập trung được nối đến
mạng interrnet đường trục. và điểm truy nhập thực hiện tất cả các chức năng điều khiển
và nối mạng cho tất cả các nút di động. Trái lại mạng ad hoc khơng dây có kết nối thơng
tin đồng cấp, các chức năng điều khiển và nối mạng được phân bố trong tất cả các nút
mạng và định tuyến có thể sử dụng các nút mạng trung gian để chuyển tiếp.
Mạng ad hoc có thể tạo nên một cấu trúc hay một phân cấp nút, hoặc cố định hoặc động.
Chẳng hạn đê cải thiện độ tin cậy, khả năng định cỡ và dung lượng, rát nhiều mạng ad
hoc không dây tạo nên một hạ tầng đường trục từ một tập con các nút trong mạng. Nếu
một nút trong tập con đường trục này rời mạng, mạng có thể lập lại được cấu hình đường
trục. Như vậy, mạng ad hoc khơng dây có thể tạo lập kết cấu để cải thiện hiệu năng mạng
tuy nhiên kết cấu này không phải là yêu cầu thiết kế căn bản của mạng. Tuy nhiên tính
chất quảng bá của các kênh vơ tuyến trong các mạng ad hoc không dây làm nên điểm
khác biệt so với các mạng hữu tuyến. Đặc biệt, nếu đủ cơng suất phát, mọi nút đều có thể
phát tín hiệu trực tiếp đến một nút khác. Nếu công suất cố định, thông thường SINR của
liên kết giữa hai nút thông tin sẽ giảm khi khoảng cách giữa các nút này giảm, ngoài ra
SINR thay đổi ngẫu nhiên do điều kiện truyền sóng và nhiễu.


Các giá trị SINR của các liên kết khác nhau được minh họa bằng các đường có độ rộng
khác nhau trên hình 2. Như vậy về mặt lý thuyết tất cả các nút đều có thể thơng tin trực
tiếp đến một nút khác bất kỳ. Tuy nhiên nếu khoảng cách giữa các nút mạng quá xa hoặc
điều kiện truyền sóng khơng tốt hoặc nhiễu mạnh. Thì có thể chúng khơng thể kết nối
trực tiếp với nhau.


Két nối mạng cũng có thể thay đổi nêu các nút mạng nhập hoặc rời mạng và có thể điều
khiển được sự kết nối này bằng cách thích ứng cơng suất phát của mạng hiện thời khi
xuất hiện của một nút mới. Tính linh hoạt trong kết nối liên kết nhận được từ việc thay
đổi các thông số liên kết như công suất và tốc độ số liệu liên quan rất lớn đến qua trình
định tuyến. Các nút có thể gửi trực tiếp các gói đến nơi nhận cuối cùng thông qua định
tuyến một chặng chừng nào SINR còn lớn hơn một ngưỡng tối thiểu nào đó.
Tuy nhiên thơng thường đối với định tuyến một chặng SINR rất kém vì thế phương pháp
này có thể gây ra nhiễu quá lớn đến các nút xung quanh. Trong hầu hết các mạng khơng
dây ad hoc các gói thường được gửi từ một nút mạng đến nơi nhận cuối cùng thông qua
định tuyến nhiều chặng bằng cách chuyển tiếp qua các nút trung gian. Vì tổn hao đường
truyền tỷ lệ với khoảng cách theo hàm mũ, nên việc sử dụng các chuyển tiếp trung gian
có thể giảm đáng kể tổng công suất phát (tổng công suất phát cần thiêt cho nút nguồn và
các nút chuyển tiếp) để truyền dẫn một gói từ đầu cuối đến đầu cuối.


Định tuyến đa chặng sử dụng các nút trung gian là tính năng then chốt của một mạng
khơng dây ad hoc: nó cho phép thơng tin giữa các nút nằm phân tán theo vùng địa lý và
hỗ trợ khả năng định cỡ cũng như điều khiển phân bố. Tuy nhiên điều này sẽ dẫn đến việc
hỗ trợ tốc độ số liệu cao và trễ nhỏ khó khăn hơn nhiều so với các kênh không dây đơn
chặng trong các hệ thống tổ ong và các mạng WLAN. Đây là một trong số các khó khăn
khi cần hỗ trợ các yêu càu tốc độ số liệu cao và trễ nhỏ (như video) trên mạng không dây
ad hoc.

2. Các thách thức thiết kế
Các mạng không dây ad hoc với số lượng các nút lớn cần phải có khả năng định cỡ.
Chìa khóa cho định cỡ là các giải thuật điều khiển mạng phân bố: các giải thuật điều
chỉnh hiệu năng tại chỗ theo điều kiện địa phương.
Để loại bỏ việc sử dụng thông tin và các tài nguyên điều khiển tập trung, các giao thức
phải có thể định cỡ khi mạng phát triển, vì chúng chỉ dựa trên thơng tin địa phương.

Nghiên cứu khả định cỡ giao thức trong các mạng không dây ad hoc chủ yếu tập trung
lên tự tổ chức, định tuyến phân bố, quản lý di động và an ninh. Các giao thức phân bố
thường tiêu thụ khá nhiều năng lượng trong quá trình xử lý tại chỗ và trao đổi bản tin. Vì
thế cần cân nhắc giữa khối lượng xử lý tại chỗ và phát thông tin đến vị trí trung tâm để xử
lý. Vấn đề này đặc biệt rõ ràng trong các mạng cảm biến nơi mà các nút mạng gần nhau
có các số liệu tương quan và cũng cộng tác trong việc định truyền số liệu qua mạng.
Hầu hết các nghiên cứu thực nghiệm về khả năng định cỡ đều tập trung lên các mạng
khá nhỏ (ít hơn 100 nút), trong khi đó rất nhiều các ứng dụng mạng ad hoc đặc biệt là các
mạng cảm biến có đến hàng trăm hoặc hàng nghìn nút và thậm chí nhiều hơn nữa. Vì thế
khả năng của các giao thức mạng khơng dây định cỡ đến các mạng kích cỡ lớn vẫn còn
chưa rõ.
Hạn chế năng lượng là một thách thức lớn khác trong mạng không dây ad hoc. Các hạn
chế này xuất phát từ việc các nút mạng được cấp nguồn từ pin không thể nạp lại (chẳng
hạn các mạng cảm biến). Các hạn chế năng lượng ảnh hưởng lớn lên lớn lên các xem xét
khi thiết kế. Trước hết khơng cịn khái niệm tốc độ số liệu vì chỉ một số lượng bit hữu hạn
là có thể được phát tại từng nút mạng trước khi pin chết.
Cũng cần cân nhắc giữa độ dài bit và tiêu thụ năng lượng sao cho bằng cách gửi đi các bit
chậm hơn sẽ duy trì năng lượng phát lâu hơn. Khai thác chờ có thể tiêu tốn khá nhiều
năng lượng, vì thế cần áp dụng chế độ ngủ để bảo toán năng lượng, nhưng việc có các nút
chuyển vào chế độ ngủ sẽ phức tạp hóa điều khiển và định tuyến. Thực chất theo một
cách nào đó, hạn chế năng lượng ảnh hưởng lên tất cả các giao thức mạng và vì thế cần
tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng cho tất cả các khía cạnh thiết kế mạng.


 Các thách thức chính mà mạng adhoc phải đối mặt :
• Tiết kiệm năng lượng: Nod trong mạng Adhoc được trang bị số lượng pin hạn chế.
• Cấu trúc liên kết mạng khơng có cấu trúc hoặc thay đổi theo thời gian: Do tính di
động, điều đó làm cho cấu trúc liên kết mạng thường khơng có cấu trúc và làm cho
q trình tối ưu hóa trở nên khó khăn.
• Khả năng mở rộng: Trong một số trường hợp, sẽ có một số lượng lớn các nút.


• Chất lượng truyền thơng thấp: Nhìn chung, mạng khơng dây kém tin cậy hơn mạng
có dây. Ngồi ra, chất lượng của mạng có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố mơi
trường.
• Trong các mạng adhoc khơng dây, gói dữ liệu là khơng an tồn. Thơng qua xác
thực hàng xóm, người dùng có thể biết nó lân cận người dùng thân thiện hay thù
địch. Để bảo mật gói tin, chúng ta phải sử dụng kỹ thuật mã hóa dữ liệu.
• QoS của mạng adhoc không dây không chỉ phụ thuộc vào tài ngun có sẵn mà cịn
phụ thuộc vào tỉ lệ tính di động của các nguồn. Ba hạn chế chính liên quan đến chất
lượng dịch vụ là Băng thông ràng buộc, Cấu trúc liên kết động của mạng, Khả năng
xử lý và lưu trữ hạn chế của các nút di động.

1