67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THÔNG I
---------------------------------

THIẾT LẬP HỆ THỐNG WIFI

BÀI TẬP
CÁC MẠNG ANHOC KHƠNG DÂY
Học phần

: Các mạng thơng tin vơ tuyến

Mã học phần : TEL1403
Giảng viên

: Nguyễn Viết Đảm

Sinh viên

: Nguyễn Minh Tuấn

Mã sinh viên : B18DCVT381
Ngày nộp

: 22/05/2022

Hà Nội, tháng 05 năm 2022
1

67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

MỤC LỤC
Phần I. Mạng Adhoc không dây ...............................................................3
1.1 Định nghĩa mạng Adhoc không dây ............................................3
1.2 Ứng dụng mạng Adhoc không dây .............................................4
1.3. Ưu nhược điểm của mạng adhoc không dây ..............................6
Phần II. Các nguyên lý và thách thức thiết kế mạng adhoc không dây7
2.1 Các nguyên lý ..............................................................................7
2.2 Các thách thức thiết kế ................................................................9

2


67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

Phần I. Mạng Adhoc không dây
1.1 Định nghĩa mạng Adhoc không dây
Mạng ad hoc không dây là tập hợp các nút khơng dây tự lập cấu hình để tạo nên
một mạng mà không 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).

Định nghĩa liên quan đến ad hoc:
Adhoc được tạo ra hay được sử dụng cho các vấn đề đặc thù hay tức thì.
Adhoc 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 không dây là một loại mạng không dây phân tán. Mạng này
không dựa trên cơ sở hạ tầng có sẵn từ trước, mỗi thiết bị (nút) tham gia định tuyến
3


67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

mạng bằng cách chuyển tiếp dữ liệu cho nút khác. Mỗi nút mạng có một giao diện vơ
tuyến và giao tiếp với nút mạng khác thơng qua sóng vơ tuyến hoặc tia hồng ngoại.
Mạng Ad hoc 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.

1.2 Ứng dụng mạng Adhoc khơng dây
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.
 Các mạng nhà
Các mạng nhà được dự kiến để hỗ trợ thơng tin gữa các máy tính PC, laptop,
PDA,điện thọai không 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 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.

4


67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

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 u cầu
lắp đặt. Ngồi ra trong khi khơng 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 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 ví 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 rông 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
5


67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

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 không 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 quá 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.

1.3. Ưu nhược điểm của mạng adhoc khơng dây
 Ưu điểm :
Các lợi ích của mạng ad hoc khơng dây bao gồm:
- Bởi vì các mạng adhoc không yêu 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 không 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 không 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 khơng dây khơng thể kết nối các mạng LAN có dây hoặc với internet

mà không cần cài đặt cổng mạng chuyên dụng.
6


67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

- 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.

Phần II. Các nguyên lý và các thách thức thiết kế mạng ad hoc không
dây
2.1 Các nguyên 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 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. 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 vô tuyến trong các mạng ad hoc
không dây làm nên điểm khác biệt so với các mạng hữu tuyến.Đặc biệt, nếu đủ công
7


67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

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 trên hình 2. Như vậy về mặt lý thuyết tất cả các nút đều có thể thông
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 thơng
qua định tuyến một chặng chừng nào SINR còn lớn hơn một ngưỡng tối thiểu nào đó.
8


67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

Tuy nhiên thông 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 không 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 thông 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 thông 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 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 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
9


67_Nguyễn Minh Tuấn_B18DCVT381

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 :
- 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.
- Tiết kiệm năng lượng: Nod trong mạng Adhoc được trang bị số lượng pin hạn chế.
- 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 môi 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 khơng dây khơng 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.

10