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

BÁO CÁO BÀI TẬP
CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN
TÌM HIỂU VỀ MẠNG ADHOC KHƠNG DÂY

Họ tên sinh viên

: Lê Minh Duẩn

Mã sinh viên

: B18DCVT055

Giảng viên

: Nguyễn Viết Đảm

Năm học

: 2021-2022

HÀ NỘI – 5/2022


Mục lục
1. Định nghĩa mạng ADHOC không dây? ............................................................... 3
2. Trình bày nguyên lý và thách thức khi thiết kế mạng không dây ADHOC ........ 4

2


1. Định nghĩa mạng ADHOC 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 5.1).
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).

Mạng ad hoc
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 không 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
3


phân bố, dự phịng 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 thơng 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.
2. Trình bày ngun lý và thách thức khi thiết kế mạng không dây ADHOC

không dây
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
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 không 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. 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 vá 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 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. 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
4


có kết nối một phần trong mạng như thấy trên hình 5.1. Tuy nhiên các nút có thể
thích ứng với SINR băng cách sử dụng điều chế thích ứng hay điều khiển công suất.
Các giá trị SINR của các liên kết khác nhau được minh họa bằng các đường có độ
rộng khác nhau trên hình 5.1. 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
không 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. 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 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 cơng suất phát (tổng cơng 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.
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. 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 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
5


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 tốn 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.

6