Mạng vô tuyến không dây (2)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I - - MÔN HỌC CÁC MẠNG THÔNG TIN VƠ TUYẾN Đề tài : “Mạng Adhoc khơng dây” Giảng viên: THẦY NGUYỄN VIẾT ĐẢM Họ tên: Hà Long Quyền Lớp : D18CQVT05-B Mã sinh viên: B18DCVT341 STT: 56 Hà Nội, tháng 5/2022 Mục lục I Mạng Adhoc không dây Định nghĩa Ứng dụng Ưu nhược điểm mạng adhoc không dây II Các nguyên lý thách thức thiết kế mạng ad hoc khơng dây Các ngun lí Các thách thức thiết kế 10 2|Page I Mạng Adhoc không dây Định nghĩa Mạng ad hoc không dây tập hợp nút khơng dây tự lập cấu hình để tạo nên mạng mà không cần hỗ trợ hạ tầng thiết lập trước (Hình 1) Khơng cần hạ tầng, máy di động tự xử lý điều khiển nhiệm vu nối mạng cần thiết (thường thông qua giải thuật điều khiển phân bố) Hình 1: Mạng adhoc Có thể đưa hai định nghĩa liên quan đến ad hoc: 1) “ tạo hay sử dụng cho vấn đề đặc thù hay tức thì” 2) “được cấu thành từ thứ khả dụng tức thì” Các định nghĩa thể hai lợi của mạng ad hoc chúng tạo cho ứng dụng đặc thù từ nút mạng khả dụng Các mạng khơng dây ad hoc có tính khác khơng địi hỏi lắp đặt bảo dưỡng mạng hạ tầng tốn Ngoài chúng bền vững tinh chất phân bố, dự phòng nút khơng có điểm cố đơn Chúng lắp đặt lập lại cấu hình dễ ràng Tóm lại, Mạng ad hoc khơng dây (WANET) loại mạng cục (LAN) xây dựng tự phát phép hai nhiều thiết bị không dây kết nối với mà không yêu cầu thiết bị hạ tầng mạng điển hình, chẳng hạn định tuyến không dây điểm truy cập Mỗi thiết bị mạng chuyển tiếp liệu không dành cho đến thiết bị khác 3|Page Ứng dụng Bản chất tự lập cấu hình không cần hạ tầng khiến cho mạng không dây ad hoc trở nên hấp dẫn nhiều ứng dụng điều phải trả giá giảm cấp hiệu lớn Không cần hạ tâng mong muốn lớn hệ thống thương mại giá thành thấp, tránh đầu tư lớn cho xây dựng vận hành mạng, giá thành triển khai tăng với thành công mạng Dưới đề cập đến số ứng dụng mạng adhoc không dây : Các mạng số liệu Các mạng số liệu không dây ad hoc trước hết hỗ trợ trao đổi số liệu máy tính xách tay, máy tính cầm tay, PDA thiết bị thơng tin khác Nói chung mạng số liệu nằm ba loại dựa vùng phủ: mạng LAN, mạng MAN mạng WAN Các mạng LAN dựa hạ tầng mạng phổ biến cung cấp hiệu tốt với giá thành thấp Tuy nhiên mạng số liệu khơng dây ad hoc có số ưu điểm so với mạng số liệu dựa tầng Trước tiên cần điểm truy nhập kết nối đến hạ tầng hữu tuyến đường trục nên giảm giá thành yêu cầu lắp đặt Ngồi khơng hiệu nút phải kết nối qua điểm truy nhập hay trạm gốc mạng không dây dựa hạ tầng, thiết bị khơng dây cạnh mang ad hoc khơng dây trao đổi thơng tin trực tiếp không cần định tuyến qua nút trung gian Các WAN không dây ad hoc cần thiết cho ứng dụng hạ tầng mạng cần thiết để bao phủ vùng rộng lớn tốn triển khai Chẳng hạn mạng cảm biến rơi vào vùng xa xơi khơng thể phát triển hạ tầng Các mạng nhà Các mạng nhà dự kiến để hỗ trợ thơng tin gữa máy tính PC, laptop, PDA, điện thọai không dây, thiết bị thông minh, thiết bị giám sát an ninh, thiết bị điện tử dân dụng hệ thống giải trí vị trí bên xung quanh nhà Các mạng tạo nên phịng thơng minh cảm biến người di động điều chỉnh ánh sáng, sưới ấm cách phù hợp, tạo “căn nhà khả tri” cảm biến máy tính mạng sử dụng để hỗ trợ sống cuả người già người khuyết tật Mạng nhà bao gồm : 4|Page  Các hệ thống video hay hệ thống giám sát cảm biến thông minh để kết hợp, giải nghĩa số liệu cảnh báo cho chủnhà cảnh sát hay lực lượng cứu hỏa tượng bất thường  thiết bị thông minh cộng tác với sử dụng internet để điều khiển từ xa, cập nhật phần mềm lập lịch bảo dưỡng  hệ thống giải trí cho phép truy nhập đầu VCR, chuyển đổi truyền hình hay PC từ hệ thống video dàn âm sterrio nhà Các mạng thiết bị Các mạng thiết bị hỗ trợ kết nối không dây cự ly ngắn thiết bị Các mạng dự kiến trước hết để thay kết nối bất tiện cáp kết nối không dây Như loại bỏ cáp nối conectơ máy di động, modem, đầu nghe, PDA, máy tính, máy in, máy chiếu, điểm truy nhập mạng thiết bị khác Các công nghệ động lực cho mạng công nghệ vô tuyến giá thành thấp có khả nối mạng Bluetooth, Zigbee UWB (Ultrra-wide Band) Các cơng nghệ vơ tuyến tích hợp thiết bị điện tử thương mại để cung cấp khả nối mạng thiết bị Các mạng cảm biến Các mạng cảm biến bao gồm nút nhỏ có khả cảm biến, tính tốn nối mạng vô tuyến, mạng quy tụ ba công nghệ quan trọng Các mạng cảm biến có tiềm lớn cho các ứng dụng dân quân Các cảm biến sử dụng đẻ nhận dạng theo dõi mục tiêu sử dụng tuyến phát kiểu công khác Các mạng hỗ trợ chuyển động xe khơng người lái Các thí dụ mạng cảm biến cho môi trường nhà bao gồm: công tơ điện, đốt nước cho phép đọc từ xa kết nối không dây Sự sử dụng rông rãi thiết bị đo đơn giản nhà hỗ trợ nhận dạng điều chỉnh thiết bị nhà như: điều hồ khơng khi, lị sưởi nước nóng, thiết bị tiêu thụ nhiều điện khí ga Hệ thống điều khiển phân tán Mạng Ad hoc không dây cho phép ứng dụng điều khiển phân tán máy móc, cảm biến dẫn động từ xa liên kết với thông qua kênh thông tin không dây Các mạng cho phép điều phối khối di động không người điều khiển giảm đáng kể chi phí bảo trì lập lại cấu hình so với hệ thống điều khiển phân tán sử dụng kết nối thông tin hữu tuyến 5|Page Mạng ad hoc khơng dây sử dụng để hỗ trợ điều khiển phối hợp nhiều xe hệ thống đường cao tốc tự động, điều khiển từ xa trình sản xuất trình cơng nghiệp phối hợp xe qn vận chuyển hàng không (Airborne Vehicle) không người điều khiển Ưu nhược điểm mạng adhoc không dây  Ưu điểm : Các lợi ích mạng ad hoc khơng dây bao gồm:  Bởi mạng adhoc không yêu cầu phần cứng sở hạ tầng điểm truy cập định tuyến không dây, mạng cung cấp phương thức giao tiếp trực tiếp khách hàng với khách hàng với chi phí thấp  Mạng đặc biệt dễ cấu hình cung cấp cách hiệu để giao tiếp với thiết bị lân cận điều cốt yếu thời gian việc chạy hệ thống cáp không khả thi  Các mạng adhoc thường bảo mật để bảo vệ khỏi cơng, đặc tính tạm thời, thường ngẫu hứng chúng khiến chúng dễ bị công trước mối đe dọa bảo mật  Mạng adhoc liên kết số lượng nhỏ thiết bị lựa chọn thiết thực so với mạng dựa sở hạ tầng truyền thống kết nối nhiều thiết bị  Nhược điểm :  Các thiết bị mạng adhoc khơng thể tắt tính phát sóng SSID giống thiết bị chế độ sở hạ tầng Do đó, kẻ cơng tìm kết nối với thiết bị đặc biệt chúng nằm phạm vi tín hiệu  Các tùy chọn bảo mật bị hạn chế thiếu dịch vụ sở hạ tầng mạng, chẳng hạn 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 mạng LAN có dây với internet mà không cần cài đặt cổng mạng chuyên dụng  Các thiết bị sử dụng Internet số chúng kết nối chia sẻ với thiết bị khác Khi bật tính chia sẻ internet, ứng dụng khách thực chức gặp cố hiệu suất , đặc biệt có nhiều thiết bị kết nối với 6|Page  Chế độ adhoc yêu cầu sử dụng nhiều tài nguyên hệ thống điểm cuối hơn, bố cục mạng vật lý thay đổi thiết bị di chuyển xung quanh; ngược lại, điểm truy cập chế độ sở hạ tầng thường đứng yên từ góc độ thiết bị đầu cuối 7|Page II Các nguyên lý thách thức thiết kế mạng ad hoc khơng dây Các ngun lí Đặc điểm mạng ad hoc khơng dây khơng có hạ tầng hầu hết nguyên lý thiết kế thách thức bắt nguồn từ đặc điểm Ta minh họa khơng có hạ tầng cách so sánh với mạng không dây phổ biến khác như: mạng tổ ong mạng WLAN Các hệ thống tổ ong chia vùng địa lý thành ô đầu cuối di động ô kết nối thông tin với trạm gốc đặt tâm ô nối đến mạng hữu tuyến đường truc Vì khơng có kết nối trực tiếp đầu cuối di động Tất kết nối thông tin phải qua trạm gốc theo định tuyến chặng Các trạm gốc mạng đường trục thực chức nối mạng bao gồm nhận thực, định tuyến gọi chuyển giao Hầu hết mạng WLAN có kiến trúc chặng tập trung: nút di động kết nối thông tin trực tiếp với điểm truy nhập tập trung nối đến mạng interrnet đường trục điểm truy nhập thực tất chức điều khiển nối mạng cho tất nút di động Trái lại mạng ad hoc khơng dây có kết nối thơng tin đồng cấp, chức điều khiển nối mạng phân bố tất nút mạng định tuyến sử dụng nút mạng trung gian để chuyển tiếp Mạng ad hoc tạo nên cấu trúc hay phân cấp nút, cố định động Chẳng hạn đê cải thiện độ tin cậy, khả định cỡ dung lượng, rát nhiều mạng ad hoc không dây tạo nên hạ tầng đường trục từ tập nút mạng Nếu nút tập đường trục rời mạng, mạng lập lại cấu hình đường trục Như vậy, mạng ad hoc khơng dây tạo lập kết cấu để cải thiện hiệu mạng nhiên kết cấu yêu cầu thiết kế mạng Tuy nhiên tính chất quảng bá kênh vô tuyến mạng ad hoc không dây làm nên điểm khác biệt so với mạng hữu tuyến Đặc biệt, đủ công suất phát, nút phát tín hiệu trực tiếp đến nút khác Nếu công suất cố định, thông thường SINR liên kết hai nút thông tin giảm khoảng cách nút giảm, SINR thay đổi ngẫu nhiên điều kiện truyền sóng nhiễu 8|Page Các giá trị SINR liên kết khác minh họa đường có độ rộng khác hình Như mặt lý thuyết tất nút thơng tin trực tiếp đến nút khác Tuy nhiên khoảng cách nút mạng q xa điều kiện truyền sóng khơng tốt nhiễu mạnh Thì chúng khơng thể kết nối trực tiếp với Két nối mạng thay đổi nêu nút mạng nhập rời mạng điều khiển kết nối cách thích ứng cơng suất phát mạng thời xuất nút Tính linh hoạt kết nối liên kết nhận từ việc thay đổi thông số liên kết công suất tốc độ số liệu liên quan lớn đến qua trình định tuyến Các nút gửi trực tiếp gói đến nơi nhận cuối thơng qua định tuyến chặng chừng SINR lớn ngưỡng tối thiểu Tuy nhiên thơng thường định tuyến chặng SINR phương pháp gây nhiễu lớn đến nút xung quanh Trong hầu hết mạng khơng dây ad hoc gói thường gửi từ nút mạng đến nơi nhận cuối thông qua định tuyến nhiều chặng cách chuyển tiếp qua nút trung gian Vì tổn hao đường truyền tỷ lệ với khoảng cách theo hàm mũ, nên việc sử dụng chuyển tiếp trung gian giảm đáng kể tổng công suất phát (tổng công suất phát cần thiêt cho nút nguồn nút chuyển tiếp) để truyền dẫn gói từ đầu cuối đến đầu cuối 9|Page Định tuyến đa chặng sử dụng nút trung gian tính then chốt mạng khơng dây ad hoc: cho phép thơng tin nút nằm phân tán theo vùng địa lý hỗ trợ khả định cỡ điều khiển phân bố Tuy nhiên điều dẫn đến việc hỗ trợ tốc độ số liệu cao trễ nhỏ khó khăn nhiều so với kênh khơng dây đơn chặng hệ thống tổ ong mạng WLAN Đây số khó khăn cần hỗ trợ yêu càu tốc độ số liệu cao trễ nhỏ (như video) mạng không dây ad hoc Các thách thức thiết kế Các mạng không dây ad hoc với số lượng nút lớn cần phải có khả định cỡ Chìa khóa cho định cỡ giải thuật điều khiển mạng phân bố: giải thuật điều chỉnh hiệu chỗ theo điều kiện địa phương Để loại bỏ việc sử dụng thông tin tài nguyên điều khiển tập trung, giao thức phải định cỡ mạng phát triển, chúng dựa thơng tin địa phương Nghiên cứu khả định cỡ giao thức mạng không dây ad hoc chủ yếu tập trung lên tự tổ chức, định tuyến phân bố, quản lý di động an ninh Các giao thức phân bố thường tiêu thụ nhiều lượng trình xử lý chỗ trao đổi tin Vì cần cân nhắc khối lượng xử lý chỗ phát thơng tin đến vị trí trung tâm để xử lý Vấn đề đặc biệt rõ ràng mạng cảm biến nơi mà nút mạng gần có số liệu tương quan cộng tác việc định truyền số liệu qua mạng Hầu hết nghiên cứu thực nghiệm khả định cỡ tập trung lên mạng nhỏ (ít 100 nút), nhiều ứng dụng mạng ad hoc đặc biệt mạng cảm biến có đến hàng trăm hàng nghìn nút chí nhiều Vì khả giao thức mạng không dây định cỡ đến mạng kích cỡ lớn cịn chưa rõ Hạn chế lượng thách thức lớn khác mạng không dây ad hoc Các hạn chế xuất phát từ việc nút mạng cấp nguồn từ pin nạp lại (chẳng hạn mạng cảm biến) Các hạn chế lượng ảnh hưởng lớn lên lớn lên xem xét thiết kế Trước hết khơng cịn khái niệm tốc độ số liệu số lượng bit hữu hạn phát nút mạng trước pin chết Cũng cần cân nhắc độ dài bit tiêu thụ lượng cho cách gửi bit chậm trì lượng phát lâu Khai thác chờ tiêu tốn nhiều lượng, cần áp dụng chế độ ngủ để bảo tốn lượng, việc có nút chuyển vào chế độ ngủ phức tạp hóa điều khiển định tuyến Thực chất theo cách đó, hạn chế lượng ảnh hưởng lên tất giao thức mạng cần tối ưu hóa tiêu thụ lượng cho tất khía cạnh thiết kế mạng 10 | P a g e  Các thách thức mà mạng adhoc phải đối mặt :  Tiết kiệm lượng: Nod mạng Adhoc trang bị số lượng pin hạn chế  Cấu trúc liên kết mạng khơng có cấu trúc thay đổi theo thời gian: Do tính di động, điều làm cho cấu trúc liên kết mạng thường khơng có cấu trúc làm cho q trình tối ưu hóa trở nên khó khăn  Khả mở rộng: Trong số trường hợp, có số lượng lớn nút  Chất lượng truyền thơng thấp: Nhìn chung, mạng khơng dây tin cậy mạng có dây Ngồi ra, chất lượng mạng bị ảnh hưởng yếu tố môi trường  Trong mạng adhoc khơng dây, gói liệu khơng an tồn Thơng qua xác thực hàng xóm, người dùng biết lân cận người dùng thân thiện hay thù địch Để bảo mật gói tin, phải sử dụng kỹ thuật mã hóa liệu  QoS mạng adhoc không dây không phụ thuộc vào tài ngun có sẵn mà cịn phụ thuộc vào tỉ lệ tính di động nguồn Ba hạn chế liên quan đến chất lượng dịch vụ Băng thông ràng buộc, Cấu trúc liên kết động mạng, Khả xử lý lưu trữ hạn chế nút di động 11 | P a g e ... thách thức thiết kế 10 2|Page I Mạng Adhoc không dây Định nghĩa Mạng ad hoc không dây tập hợp nút không dây tự lập cấu hình để tạo nên mạng mà không cần hỗ trợ hạ tầng thiết lập trước... Mạng ad hoc không dây (WANET) loại mạng cục (LAN) xây dựng tự phát phép hai nhiều thiết bị không dây kết nối với mà không yêu cầu thiết bị hạ tầng mạng điển hình, chẳng hạn định tuyến khơng dây. ..Mục lục I Mạng Adhoc không dây Định nghĩa Ứng dụng Ưu nhược điểm mạng adhoc không dây II Các nguyên lý thách thức thiết kế mạng ad hoc không dây Các nguyên