HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG 1
---------------  ---------------

BÀI TẬP
BỘ MÔN: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN
MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY
Giảng viên hướng dẫn:

NGUYỄN VIẾT ĐẢM

Sinh viên:

TƠ ĐÌNH AN – B18DCVT003

Nhóm:

3

HÀ NỘI – 5/2022


Tơ Đình An -B18DCVT003

Bài tập

MỤC LỤC
MẠNG AD HOC KHƠNG DÂY...................................................................................... 3
1. Định nghĩa mạng ad hoc không dây ................................................................................ 3
2. Các nguyên lý và các thách thức thiết kế ........................................................................ 4

2


Tơ Đình An -B18DCVT003

Bài tập

MẠNG AD HOC KHƠNG DÂY
1. Định nghĩa mạng ad hoc không dây
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
2.1). 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).

Các đường không liên tục biểu thi cho không kết nối được do SINR thấp.
Độ rộng các đường càng lớn thì mức SINR càng cao.
Hình 1.1. Mạng ad hoc

3


Tơ Đình An -B18DCVT003

Bài tập

Định tuyến đa chặng trong đó các nút trung gian làm nhiệm vụ chuyển tiếp các gói
đến nơi nhận cuối cùng cho phép cải thiện thơng lượng mạng và hiệu suất nguồn. 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 và (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. Các đặc tính này đặc biệt quan trong cho các ứng dụng quân sự và vì thế
rất nhiều nghiên cứu đã được hỗ trợ bởi (DARPA: (Defense) Advanced Research
Projects agency). Rất nhiều nguyên lý thiết kế mang tính đột phá cho các mạng ad hoc
đã được định nghĩa và nghiên cứu. Tuy nhiên mặc dù đã đạt được rất nhiều tiến bộ trong
các thập niên gần đây trong thông tin khơng dây nói chung và trong các mạng ad hoc
nói riếng, hiệu năng thiết kế tối ưu và hiểu biết vể các khả năng cơ bản của các mạng
này vẫn cịn ít. Phần này trước hết xét tổng quan các ứng dụng của mạng khơng dây ad
hoc. Sau đó trình bày các nguyên lý thiết kế cơ sở và các thách thức của các mạng ad
hoc. Tiếp theo phần này sẽ xét khái niệm phân lớp giao thức cùng với tương tác lớp và
các lợi ích của thiết kế lớp tương tác chéo. Cuối cùng chương này xét các giới hạn dung
lượng và các luật định cỡ cho các mạng này.
2. Các nguyên lý và các thách thức thiết kế
Nguyên lý
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
4


Tơ Đình An -B18DCVT003


Bài tập

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 đừơng 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. Việc
khơng có cấu trúc chuẩn cũng phổ biến trong các mạng hữu tuyến. Tất nhiên hầu hết
các mạng vùng đô thị (MAN) và các mạng vùng rộng (WAN) bao gồm cả interrnet có
cấu trúc ad hoc. 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. SINR của liên kết quyết định hiệu năng thông tin của liên kết: tốc độ số
liệu và xác suất mất gói hay BER. Thơng thường các liên kết có SINR rất thấp khơng
được sử dụng do hiệu năng qua kém dẫn đến chỉ có kết nối một phần trong mạng như
thấy trên hình 2.1. Tuy nhiên các nút có thể thích ứng với SINR băng cách sử dụng điều
chế thích ứng hay điều khiển cơng suất. Các giá trị SINR của các liên kết khác nhau
được minh họa bằng các đường có độ rộng khác nhau trên hình 2.1. 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
5


Tơ Đình An -B18DCVT003

Bài tập

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 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.
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
6


Tơ Đình An -B18DCVT003

Bài tập

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.

7