BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG 1
----------------

BÀI TẬP HỌC PHẦN
CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

MẠNG ADHOC KHÔNG DÂY

Giảng viên:

Nguyễn Viết Đảm

Sinh viên:

Đồn Đức Tình

Mã sinh viên:

B18DCVT362

Nhóm mơn học: 03
Ngày nộp:

22/05/2022

Hà Nội - 2022


Mạng Ad-hoc không dây

Câu 1:

Định nghĩa mạng ad hoc không dây?

Một mạng ad hoc là một tập các nút (thiết bị) di động không dây tạo thành một
mạng tạm thời, và mạng này khơng 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 khơng dây của mạng ad hoc có thể thay đổi nhanh chóng và
khơng thể đốn trước được.
Mạng ad hoc là mạng có thể hoạt động trong một mơ hình độc lập hoặc có thể
được kết nối với tới mạng Internet. Tính đa chặng, tính di động và việc 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 ad hoc là một thử thách
khơng hề nhỏ.

Hình 1.1. Mạng Ad-hoc khơng dây

Trên Hình 1.1 cho ta một ví dụ về hai nút mong muốn trao đổi các gói dữ liệu
với nhau, việc trao đổi thơng tin này có thể không được thực hiện trực tiếp mà phải thông
qua những nút trung gian. Các đường không liên tục biểu thị khơng kết nối được do tỷ

Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 2


Mạng Ad-hoc khơng dây

số tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm (SINR - Signal to Interference plus Noise Ratio) thấp.

Độ rộng các đường càng lớn thì mức SINR càng cao.

Câu 2:

Nguyên lý và thách thức thiết kế mạng ad hoc khơng dây?

Mạng ad hoc khơng dây 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.
2.1 Ngun lý thiết kế
Mạng ad hoc khơng dây có kết nối thông 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. Tạo nên một hạ tầng đường trục từ một tập con các nút trong mạng để cải
thiện độ tin cậy, khả năng định cỡ và dung lượng. Nếu một nút trong tập con đường trục
này rời mạng, mạng có thể lập lại được cấu hình đường trục.
Nếu đủ cơng suất phát, mọi nút đều có thể phát tín hiệu trực tiếp đến một nút
khác. Nếu cơng 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 (Hình 1.1) 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
không thể kết nối trực tiếp với nhau. Các liên kết có SINR rất thấp khơng được sử dụng
do hiệu năng quá kém dẫn đến chỉ có kết nối một phần trong mạng. Kết 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 công 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 q trình định tuyến. Các nút

có thể gửi trực tiếp các gói đến nơi nhận cuối cùng thơng qua định tuyến một chặng
chừng nào SINR cịn lớn hơn một ngưỡng tối thiểu nào đó. Tuy nhiên thơng thường đối
Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 3


Mạng Ad-hoc không dây

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 cơng suất phát (tổng công suất phát cần thiết 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 khơng
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 cầu tốc độ số liệu cao và trễ nhỏ (như video) trên mạng
không dây ad hoc.
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. Cần lưu ý rằng 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 thơng 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 không dây định cỡ đến các mạng kích cỡ lớn vẫn cịn chưa rõ.

Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 4


Mạng Ad-hoc không dây

2.2 Thách thức về thiết kế
-

Giao thức định tuyến:
 Các mạng adhoc di động sự di chuyển của nút làm cho hình trạng mạng
thường xuyên thay đổi và gián đoạn,
 Dung lượng của các liên kết không dây là thay đổi và khơng thể đốn
trước nên có thể thường xuyên xảy ra hiện tượng mất gói tin.

-

Thách thức về năng lượng và dung lượng:
 Thiết bị thông tin di động bị hạn chế về lượng điện năng có sẵn. Do di
động thường xun, họ khơng thể được kết nối với một nguồn điện cố

định. Các thiết bị này được cấp điện bằng pin nhỏ, các pin này chỉ có thể
cung cấp một số lượng hạn chế năng lượng,
 Do dung lượng bị giới hạn của môi trường truyền thông, mạng vô tuyến
gặp phải các vấn đề về băng thông. Điều này hạn chế số lượng thông tin
được truyền đo trong một khoảng thời gian thời gian cụ thể.

-

Khung quản lý năng lượng:
 Trong các mạng ad hoc, một nút có thể đồng thời là nguồn dữ liệu và là
một bộ định tuyến chuyển tiếp dữ liệu cho các nút khác và tham gia vào
các giao thức định tuyến và kiểm sốt ở cấp độ cao. Ngồi ra, vai trị của
một nút cụ thể có thể thay đổi theo thời gian,
 Khơng có thực thể tập trung như một điểm truy cập để kiểm sốt và duy
trì chế độ quản lý điện năng của mỗi nút trong mạng, đệm dữ liệu, và
đánh thức các nút đang ngủ,
 Bảo tồn năng lượng thường đi kèm với đánh đổi về suy giảm hiệu năng,
chẳng hạn như băng thông thấp hơn hoặc trễ lâu hơn.

-

Thách thức về an ninh
 Việc sử dụng kết nối vô tuyến trong không gian tự do làm cho mạng ad
hoc dễ bị tấn công vào đường truyền thông tin, bao gồm từ việc nghe trộm
thụ động đến việc mạo danh, phát lại bản tin hoặc sửa đổi bản tin được
truyền dẫn từ nút này sang nút kia.

Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 5



Mạng Ad-hoc không dây

 Mạng ad hoc cần áp dụng các kiến trúc mạng có tính phân tán,
khơng nên có các nút trung tâm, vì việc có nút trung tâm trong mạng ad
hoc sẽ tạo ra một điểm yếu đáng kể cho mạng, vì nếu nút này bị chiếm
quyền một cách trái phép thì tồn bộ mạng sẽ bị đánh sập.
 Mặt khác, khi các nút di chuyển trong một mơi trường thù địch (ví dụ như
trên chiến trường) thì khả năng bảo vệ vật lý là tương đối khó khăn. Trong
trường hợp này, nút có thể bị chiếm quyền điều khiển trái phép. Do đó,
việc truyền dẫn thơng tin cần có khả năng chống lỗi cao để tăng tính khả
dụng của mạng.
 Sự thay đổi thường xuyên về topo mạng và số lượng thành viên (tức là các
nút thường xun tham gia vào và rời khỏi mạng)

Đồn Đức Tình – B18DCVT362

Trang 6