Bài giảng: Mạng Ad hoc không dây TEL 1430

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG<br /> <br /> BÀI GIẢNG<br /> <br /> MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY<br /> <br /> IT<br /> <br /> TEL 1430<br /> <br /> PT<br /> <br /> KHOA VIỄN THÔNG 1<br /> <br /> TS. NGUYỄN VIỆT HÙNG (CHỦ BIÊN)<br /> ThS. NGUYỄN THỊ THU HẰNG<br /> ThS. LÊ TÙNG HOA<br /> <br /> TS. NGUYỄN VIỆT HƯNG<br /> TS. NGUYỄN QUÝ SỸ<br /> TS. VŨ TRƯỜNG THÀNH<br /> <br /> Hà Nội - 2014<br /> <br /> Lời Mở Đầu<br /> <br /> LỜI MỞ ĐẦU<br /> Các thiết bị cầm tay không dây đã và đang trở nên phổ biến và đóng một vài trò lớn<br /> trong các hoạt động của xã hội loài người, cũng như đóng góp to lớn vào việc thay đổi cách<br /> mà loài người sống và làm việc. Các mạng thông tin vô tuyến truyền thống thường đòi hỏi<br /> phải được phục vụ bởi một cơ sở hạ tầng mạng nào đó, ví dụ trong công nghệ 2G-GSM, 3GWCDMA, 4G-LTE ứng dụng cho mạng diện rộng WAN, trong công nghệ WiMAX ứng dụng<br /> cho mạng đô thị MAN, trong công nghệ WiFi ứng dụng trong mạng cục bộ LAN. Mặc dù xét<br /> kỹ thì đã có những cấu hình kỹ thuật cho phép các thiết bị trong các công nghệ nói trên kết<br /> nối với nhau theo mô hình sơ khai của mạng Ad hoc. Khái niệm vê mô hình mạng Ad hoc lý<br /> tưởng theo nghĩa chặt là mạng không cần tới sự hỗ trợ của bất cứ hạ tầng cố định nào.<br /> <br /> PT<br /> <br /> IT<br /> <br /> Ngày nay cùng với việc thông minh hóa các thiết bị đầu cuối nói chung và các thiết bị<br /> di động cầm tay nói riêng, các thiết bị trong mạng cũng có khả năng thích ứng tự cấu hình.<br /> Những điều này đã tạo nên sự trưởng thành của mạng Ad hoc, nơi mà người sử dụng có thể<br /> mong đợi các thiết bị cầm tay của họ có khả năng tự kết nối để tạo ra một mạng diện rộng,<br /> đảm bảo nhu cầu thông tin liên lạc của những người tham gia. Do vậy cuốn bài giảng “Mạng<br /> Ad hoc Không Dây” này ra đời với hi vọng cung cấp cho sinh viên những kiến thức liên quan<br /> đến một xu hướng lớn và tất yếu này của mạng thông tin vô tuyến. Cuốn bài giảng này được<br /> chia làm 8 chương trình bày về những khái niệm và đặc điểm cơ bản của mạng Ad hoc cũng<br /> như những khía cạnh quan trọng trong việc thiết kế và sử dụng mạng Ad hoc. Các chương<br /> trong cuốn bài giảng bao gồm:<br /> Chương 1: Tổng Quang Mạng Ad hoc Không Dây<br /> Chương 2: Lớp Điều Khiển Truy Nhập Môi Trường<br /> Chương 3: Định Tuyến trong Mạng Ad hoc<br /> Chương 4: Lớp Truyền Tải trong các Mang Ad hoc<br /> Chương 5: Quản Lý Năng Lượng trong Mạng Ad hoc<br /> Chương 6: Các Vấn Đề QoS trong Mạng Ad hoc<br /> Chương 7: An Ninh trong mạng Ad hoc<br /> Chương 8: Ứng Dụng và Hướng Phát Triển của Mạng Ad hoc<br /> Đây là phiên bản đẩu tiên của cuốn bài giảng và tất nhiên không tránh được những sai sót. Rất<br /> mong nhận được ý kiến đóng góp của các đồng nghiệp và các bạn sinh viên.<br /> <br /> NHÓM BIÊN SOẠN<br /> i<br /> <br /> Mục Lục<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> <br /> LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. i<br /> MỤC LỤC .................................................................................................................................. ii<br /> TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................................................... ix<br /> CHƯƠNG 1:<br /> 1.1.<br /> <br /> TỔNG QUAN MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY ............................................ 1<br /> <br /> Định nghĩa và khái niệm về mạng Ad hoc................................................................... 1<br /> <br /> 1.1.1.<br /> <br /> Mạng Ad hoc là gì ................................................................................................ 1<br /> <br /> 1.1.2.<br /> <br /> Sự khác nhau giữa mạng di động và mạng Ad hoc .............................................. 2<br /> <br /> 1.2.<br /> <br /> Một số công nghệ không dây cho Ad hoc.................................................................... 2<br /> Công nghệ Bluetooth ............................................................................................ 3<br /> <br /> 1.2.2.<br /> <br /> Công nghệ IrDA ................................................................................................... 4<br /> <br /> 1.2.3.<br /> <br /> Công nghệ SWAP HomeRF ................................................................................. 5<br /> <br /> 1.2.4.<br /> <br /> Họ công nghệ IEEE 802.11-WiFi ........................................................................ 7<br /> <br /> 1.2.5.<br /> <br /> Họ công nghệ IEEE 802.16-WiMAX .................................................................. 9<br /> <br /> 1.3.<br /> <br /> PT<br /> <br /> 1.2.6.<br /> <br /> IT<br /> <br /> 1.2.1.<br /> <br /> Công nghệ 4G-LTE .............................................................................................. 9<br /> <br /> Các đặc tính kỹ thuật của mạng Ad hoc .................................................................... 19<br /> <br /> 1.3.1.<br /> 1.3.2.<br /> 1.3.3.<br /> <br /> Các giao thức MAC ............................................................................................ 19<br /> Định tuyến .......................................................................................................... 21<br /> Điều khiển truyền tải .......................................................................................... 25<br /> <br /> 1.3.4.<br /> <br /> Chất lượng dịch vụ ............................................................................................. 26<br /> <br /> 1.3.5.<br /> <br /> Quản lý năng lượng ............................................................................................ 27<br /> <br /> 1.3.6.<br /> <br /> Các vấn đề về thiết kế liên lớp ........................................................................... 29<br /> <br /> 1.3.7.<br /> <br /> Các thử thách an ninh trong mạng Ad hoc không dây ....................................... 30<br /> <br /> 1.4.<br /> <br /> Tổng kết chương 1 ..................................................................................................... 31<br /> <br /> 1.5.<br /> <br /> Câu hỏi ôn tập chương 1 ............................................................................................ 31<br /> <br /> 1.6.<br /> <br /> Tài liệu tham khảo chương 1 ..................................................................................... 31<br /> <br /> CHƯƠNG 2:<br /> <br /> LỚP ĐIỂU KHIỂN TRUY NHẬP MÔI TRƯỜNG ...................................... 33<br /> ii<br /> <br /> Mục Lục<br /> <br /> 2.1.<br /> <br /> Giới thiệu chung ........................................................................................................ 33<br /> <br /> 2.2.<br /> <br /> Những vấn đề quan trọng và cần thiết cho các giao thức lớp MAC .......................... 34<br /> <br /> 2.3.<br /> <br /> Phân loại giao thức MAC .......................................................................................... 36<br /> <br /> 2.3.1.<br /> <br /> Các giao thức MAC dựa trên sự hài lòng ........................................................... 38<br /> <br /> 2.3.2.<br /> <br /> Các giao thức MAC hài lòng với các cơ chế đặt chỗ ......................................... 38<br /> <br /> 2.3.3.<br /> <br /> Các giao thức MAC sử dụng anten tính hướng .................................................. 44<br /> <br /> 2.3.4.<br /> <br /> Các giao thức MAC đa kênh .............................................................................. 45<br /> <br /> 2.3.5.<br /> <br /> Các giao thức MAC tính đến năng lượng ........................................................... 49<br /> <br /> 2.4.<br /> <br /> Tổng kết chương 2 ..................................................................................................... 53<br /> <br /> 2.5.<br /> <br /> Câu hỏi ôn tập chương 2 ............................................................................................ 54<br /> <br /> 2.6.<br /> <br /> Tài liệu tham khảo chương 2 ..................................................................................... 54<br /> ĐỊNH TUYẾN TRONG CÁC MẠNG AD HOC .......................................... 55<br /> <br /> IT<br /> <br /> CHƯƠNG 3:<br /> 3.1.<br /> <br /> Mở đầu ....................................................................................................................... 55<br /> <br /> 3.2.<br /> <br /> Những vấn đề thiết kế các giao thức định tuyến cho mạng Adhoc ........................... 57<br /> Kiến trúc định tuyến ........................................................................................... 57<br /> <br /> 3.2.2.<br /> <br /> Hỗ trợ các liên kết đơn hướng ............................................................................ 57<br /> <br /> 3.2.3.<br /> 3.2.4.<br /> 3.2.5.<br /> 3.3.<br /> <br /> PT<br /> <br /> 3.2.1.<br /> <br /> Sử dụng siêu trạm ............................................................................................... 58<br /> Định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) .................................................. 58<br /> Hỗ trợ đa điểm .................................................................................................... 59<br /> <br /> Định tuyến chủ động (Proactive) ............................................................................... 60<br /> <br /> 3.3.1.<br /> <br /> Giao thức định tuyến DSDV .............................................................................. 61<br /> <br /> 3.3.2.<br /> <br /> Giao thức định tuyến OLSR ............................................................................... 63<br /> <br /> 3.3.3.<br /> <br /> Giao thức định tuyến FSR .................................................................................. 65<br /> <br /> 3.4.<br /> <br /> Định tuyến theo yêu cầu ............................................................................................ 68<br /> <br /> 3.4.1.<br /> <br /> Giao thức định tuyến AODV .............................................................................. 68<br /> <br /> 3.4.2.<br /> <br /> Giao thức định tuyến DSR.................................................................................. 72<br /> <br /> 3.4.3.<br /> <br /> Giao thức định tuyến TORA .............................................................................. 74<br /> <br /> 3.4.4.<br /> <br /> Một số giao thức định tuyến theo yêu cầu khác ................................................. 76<br /> <br /> 3.5.<br /> <br /> Các giao thức định tuyến khác ................................................................................... 79<br /> <br /> iii<br /> <br /> Mục Lục<br /> <br /> 3.5.1.<br /> <br /> Giao thức định tuyến lai giữa giao thức định tuyển chủ động và theo yêu cầu.. 79<br /> <br /> 3.5.2.<br /> <br /> Giao thức định tuyến theo vị trí .......................................................................... 80<br /> <br /> 3.5.3.<br /> <br /> Giao thức định tuyến phân cấp ........................................................................... 80<br /> <br /> 3.6.<br /> <br /> Tổng kết chương 3 ..................................................................................................... 80<br /> <br /> 3.7.<br /> <br /> Câu hỏi ôn tập chương 3 ............................................................................................ 80<br /> <br /> 3.8.<br /> <br /> Tài liệu tham khảo chương 3 ..................................................................................... 81<br /> <br /> CHƯƠNG 4:<br /> <br /> LỚP TRUYỀN TẢI TRONG MẠNG AD HOC ............................................ 83<br /> <br /> 4.1.<br /> <br /> Giới thiệu ................................................................................................................... 83<br /> <br /> 4.2.<br /> <br /> Những thách thức và vấn đề thiết kế TCP trong các mạng Ad hoc ........................... 83<br /> Các thách thức .................................................................................................... 83<br /> <br /> 4.2.2.<br /> <br /> Các ràng buộc năng lượng .................................................................................. 88<br /> <br /> 4.2.3.<br /> <br /> Các mục tiêu thiết kế .......................................................................................... 88<br /> <br /> 4.3.<br /> <br /> IT<br /> <br /> 4.2.1.<br /> <br /> Hiệu năng TCP trên mạng di động Ad Hoc (MANETs) ........................................... 89<br /> <br /> 4.3.1.<br /> <br /> Hiệu năng TCP ................................................................................................... 89<br /> <br /> 4.3.2.<br /> <br /> Các vấn đề khác .................................................................................................. 90<br /> <br /> Giao thức truyền tải Ad Hoc ...................................................................................... 91<br /> <br /> 4.4.1.<br /> 4.4.2.<br /> 4.4.3.<br /> 4.4.4.<br /> <br /> PT<br /> <br /> 4.4.<br /> <br /> Phương pháp tiếp cận chia tách .......................................................................... 91<br /> Phương pháp tiếp cận đầu cuối đến đầu cuối ..................................................... 92<br /> Giao thức truyền tải Ad hoc (ATP) .................................................................. 100<br /> Giao thức ATP .................................................................................................. 102<br /> <br /> 4.5.<br /> <br /> Giao thức truyền tải được ứng dụng điều khiển (ACTP)......................................... 108<br /> <br /> 4.6.<br /> <br /> Tổng kết chương 4 ................................................................................................... 109<br /> <br /> 4.7.<br /> <br /> Câu hỏi ôn tập chương 4 .......................................................................................... 110<br /> <br /> 4.8.<br /> <br /> Tài liệu tham khảo chương 4 ................................................................................... 110<br /> <br /> CHƯƠNG 5:<br /> 5.1.<br /> <br /> QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG AD HOC............................. 111<br /> <br /> Giới thiệu chung ...................................................................................................... 111<br /> <br /> 5.1.1.<br /> <br /> Tại sao quản lý năng lượng lại cần thiết đối với mạng Adhoc ......................... 111<br /> <br /> 5.1.2.<br /> <br /> Phân loại các chế độ quản lý năng lượng ......................................................... 112<br /> <br /> 5.1.3.<br /> <br /> Tổng quan về công nghệ pin ............................................................................ 113<br /> <br /> iv<br /> <br />