Mạng vô tuyến không dây (17)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I - - BÀI TẬP CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN Đề bài: “Mạng ad hoc không dây” Giảng viên : Nguyễn Viết Đảm Sinh viên : Nguyễn Khắc Anh Mã sinh viên : B18DCVT017 Ngày nộp : 22/05/2022 Hà Nội – 2022 MỤC LỤC Định nghĩa mạng ad hoc không dây 2 Trình bày nguyên lý thách thức thiết kế mạng ad hoc không dây 2.1 Nguyên lý 2.2 Các thách thức 1 Định nghĩa mạng ad hoc không dây Mạng ad-hoc không dây (Wireless ad-hoc network) tập hợp gồm nhiều thiết bị/nút mạng với khả nối mạng giao tiếp không dây với mà không cần hỗ trợ quản trị trung tâm Mỗi nút mạng tùy biến không dây hoạt động vừa máy chủ (host) vừa thiết bị định tuyến Mạng loại gọi tùy biến (ad-hoc) nút sẵn sàng chuyển tiếp liệu cho nút khác, việc định xem nút thực việc chuyển tiếp liệu dựa tình trạng kết nối mạng Cấu hình tối thiểu khả triển khai nhanh chóng làm cho mạng tùy biến khơng dây thích hợp cho tình khẩn cấp thảm họa, xung đột quân sự, cấp cứu y tế, v.v Tơ pơ mạng ad-hoc khơng dây nói chung động, tình trạng kết nối nút mạng thay đổi theo thời gian tùy theo chuyển động nút, xuất nút việc nút cũ rời khỏi mạng Do đó, giao thức định tuyến hiệu cần thiết phép nút giao tiếp với Các thiết bị nút mạng tùy biến phải có khả phát có mặt thiết bị khác để giao tiếp chia sẻ thơng tin Một số đặc điểm mạng ad-hoc không dây:  Mỗi máy chủ vừa đóng vai trị hệ thống cuối vừa hoạt động hệ thống trung gian  Topo mạng thay đổi theo thời gian  Không cần sở hạ tầng từ trước router mạng có dây  Mọi nút mạng có khả di động  Các nút di dộng sử dụng nguồn lượng pin có hạn Đặc điểm chung thiết bị sử dụng Ad hoc sử dụng nguồn lượng pin cung cấp Đây nguồn lượng có hạn, hoạt động thu phát vô tuyến, truyền lại dẫn đường tiêu thụ lượng Điểm coi nhược điểm mạng Ad hoc  Mạng Ad hoc có thêm nhược điểm vùng phủ sóng bị giới hạn, người sử dụng phải nằm vùng “nghe” lẫn Chất lượng kênh ln thay đổi  Tính bảo mật không cao truyền thông không gian sử dụng sóng vơ tuyến (radio) nên khó kiểm sốt dễ bị cơng so với mạng có dây  Khơng có thực thể tập trung hay nói cách khác mạng phân bố, đáp ứng nhu cầu cầu truyền tin mang tính tạm thời nhằm mục đích truyền tin thời gian ngắn Trình bày nguyên lý thách thức thiết kế mạng ad hoc không dây 2.1 Nguyên lý Nguyên lý thiết kế Ad-hoc không dây chủ yếu dựa vào việc mạng khơng có hạ tầng, khơng có trạm gốc triển khai nhanh chóng, topo mạng thay đổi liên tục với nhiều chặng Mạng ad hoc tự hình thành thích nghi với thay đổi Mạng Ad hoc kế thừa số vấn đề cố hữu truyền thống mạng truyền thông không dây môi trường truyền dẫn mở, kênh vô tuyến không đáng tin cậy không bảo vệ  Các giao thức MAC Các giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC) đóng vai trị quan trọng việc xác định nút chia sẻ nguồn tài nguyên hữu hạn cách hiệu Mục đích thiết kế giao thức MAC bao gồm: - Hoạt động giao thức nên phân tán - Giao thức nên hỗ trợ QoS cho lưu lượng thời gian thực - Giữ cho trễ truy nhập trung bình với gói tin thấp - Băng thông phải sử dụng hiệu - Đảm bảo phân bổ công băng thông cho nút - Giữ chi phí điều khiển mức thấp - Tối thiểu ảnh hưởng vấn đề đầu cuối ẩn - Có khả mở rộng với mạng lớn - Nên có chế điều khiển cơng suất - Nên có kỹ thuật điều khiển tốc độ liệu thích ứng - Nên sử dụng anten định hướng - Nên cung cấp đồng nút  Định tuyến Mục đích giao thức định tuyến unicast thiết lập trì tuyến xác hiệu hai nút để tin chuyển phát tin cậy kịp thời Một phương pháp phổ biến để phân biệt giao thức định tuyến unicast mạng Ad hoc dựa việc thông tin định tuyến thu thập trì nút di động Sử dụng phương pháp này, giao thức thường chia thành ba nhóm chính: định tuyến chủ động, định tuyến phản ứng giao thức lai - Định tuyến multicast: dịch vụ truyền thông hiệu cho việc hỗ trợ ứng dụng đa điểm - Định tuyến nhận thức vị trí: sử dụng vị trí nút cung cấp hệ thống định vị toàn cầu GPS hay chế khác, khơng u cầu việc thiết lập trì tuyến không thông tin định tuyến lưu lại Tính đa chặng, tính di động việc kích thước mạng lớn kết hợp với không đồng mặt thiết bị, băng thông lượng pin khiến cho việc thiết kế giao thức định tuyến đầy đủ cho mạng ad hoc thử thách không nhỏ Việc thiết kế đảm bảo yếu tố an ninh: - Tính bảo mật (Confidentiality): đảm bảo thông tin không bị tiết lộ cho đối tượng khơng phép biết thơng tin - Tính tồn vẹn (Integrity): Mục đích nhằm đảm bảo thơng tin truyền thông không bị làm sai lệch đường truyền - Nhận thực (Authentication): Cho phép nút chắn danh tính nút đối tác mà trao đổi thơng tin Nếu khơng có nhận thực, kẻ cơng giả mạo nút, truy cập cách trái phép tài nguyên - Chống từ chối (non-repudiation): Đảm bảo phía gửi thơng tin khơng thể phủ nhận gửi thơng tin - Chống phát lại (non-replay) Nguyên tắc thiết kế liên lớp: Bản chất động mạng không dây Ad hoc khiến cho kiến trúc phân lớp tỏ không linh hoạt mơi trường lớp khơng có thơng tin đầy đủ mạng Nó khơng cho phép chia sẻ thông tin lớp cách tự động Điều thúc đẩy thiết kế liên lớp Ad hoc Sự diện liên kết không dây thúc đẩy nhà thiết kế vi phạm nguyên tắc kiến trúc phân lớp vấn đề đặc biệt mạng khơng dây Tiếp đó, môi trường không dây cần số yêu cầu cho truyền thông mà sở vật chất chúng không hỗ trợ kiến trúc phân lớp Cụ thể, việc tiếp nhận gói tin thực lớp vật lý thời điểm 2.2 Các thách thức Mặc dù mạng ad hoc di động cung cấp lợi đáng kể so với mạng hữu tuyến, có số thách thức cần xác định để có đầy đủ lợi ích Các nút mạng ad hoc di động bị ràng buộc sau: + Năng lượng pin tuổi thọ pin bị hạn chế + Băng thông truyền thông dung lượng bị hạn chế + An ninh thơng tin + Kích thước thiết bị di động + Tiêu đề truyền thông tin + Cấu trúc liên kết thay đổi nhiều Thiết bị thông tin di động bị hạn chế lượng điện có sẵn Do di động thường xuyên, họ kết nối với nguồn điện cố định Các thiết bị cấp điện pin nhỏ, pin cung cấp số lượng hạn chế lượng Kết là, thiết bị di động cần phải giảm thiểu việc sử dụng lượng để tăng tuổi thọ chúng Do dung lượng bị giới hạn môi trường truyền thông, mạng vô tuyến gặp phải vấn đề băng thông Điều hạn chế số lượng thông tin truyền đo khoảng thời gian thời gian cụ thể kỹ thuật truyền dẫn hiệu sáng tạo cần phải phát minh để sử dụng băng thông hiệu làm tăng dung lượng Do an tồn mơi trường truyền thơng khơng dây, mạng ad hoc không dây dễ bị đe dọa an ninh so với mạng hữu tuyến Để đạt mức độ an ninh thông tin mong muốn yêu cầu xử lý tiêu đề bổ sung, vấn đề lớn cho nút di động lực xử lý hạn chế chúng Nó địi hỏi thêm băng thơng để truyền dẫn bảo đảm Do lực hạn chế môi trường không dây, việc giảm thiểu tiêu đề thông tin cho việc chuyển giao thông tin mạng ad hoc không dây trở thành thách thức lớn vượt trội Một thách thức lớn cho việc thiết kế giao thức định tuyến cho mạng ad hoc di động xử lý cấu trúc liên kết thường xuyên thay đổi mạng Đối với nút nguồn để gửi thơng tin đến nút đích, nguồn phải có khả tìm vị trí nút đích nút trung gian khác  Những thách thức vấn đề thiết kế TCP mạng Ad hoc Hoạt động TCP bị suy giảm mạng ad hoc Đó TCP phải đối mặt với thách thức mạng ad hoc như: kênh, trạm ẩn hiện, bất đối xứng đường dẫn, phần riêng mạng, lỗi tuyến ràng buộc lượng - Mất kênh: gồm nguyên nhân chính: + Suy hao tín hiệu: Đó giảm cường độ lượng điện từ phía thu (chẳng hạn khoảng cách), dẫn tới tín hiệu tạp âm (SNR) thấp + Dịch Doppler: Đó vận tốc liên quan máy phát máy thu Dịch Doppler gây dịch tần số tín hiệu, làm phức tạp phần thu tín hiệu + Pha đinh đa đường: Các sóng điện từ phản xạ bề mặt vật thể nhiễu xạ xung quanh vật thể gây truyền tín hiệu nhiều đường dẫn từ máy phát tới máy thu - Các trạm ẩn và hiện: vấn đề trạm ẩn mạng ad hoc sử dụng bắt tay RTS-CTS Đó thực tế lượng cần cho gián đoạn nhận gói thấp nhiều so với truyền gói thành cơng Vấn đề trạm gây từ tình mà truyền dẫn phải bị trì hỗn truyền dẫn hai trạm khác phạm vi truyền bên phát - Bất đối xứng đường dẫn: Bất đối xứng đường dẫn mạng ad hoc xuất nhiều dạng băng thông bất đối xứng, bất đối xứng tỷ lệ suy hao, bất đối xứng định tuyến: + Băng thơng bất đối xứng: mạng truyền hình vệ tinh bị bất đối xứng lớn băng thông, kết từ nhiều kỹ thuật cân khác thực tế sứ mệnh khoa học không gian, hầu hết liệu bắt nguồn từ vệ tinh truyền trái đất + Bất đối xứng tốc độ tổn thất: Đây loại bất đối xứng xảy đường dẫn ngược lại lại tổn thất đáng kể đường dẫn chuyển tiếp Trong mạng ad hoc, bất đối xứng thực tế tổn thất gói phụ thuộc vào ràng buộc cục thay đổi từ nơi đến nơi khác + Bất đối xứng tuyến: Bất đối xứng giao thức định tuyến tạo Bất đối xứng định tuyến làm tăng chi phí quản lý định uyến tổn thất gói trường hợp tính di động cao, nút di chuyển, sử dụng định tuyến riêng biệt chuyển tiếp ngược lại (backward) làm tăng xác suất lỗi tuyến kết nối TCP - Phân vùng mạng - Các cố định tuyến: Nguyên nhân cố tuyến di động nút Một yếu tố khác dẫn đến cố tuyến cố liên kết kết nối kênh vơ tuyến, ngun nhân suy giảm hiệu suất TCP MANETs  Thách thức triển khai QoS cho mạng ad hoc không dây - Tự động thay đổi cấu trúc mạng: Vì nút mạng ad hoc quảng bá vô tuyến khơng có hạn chế việc di động nút mạng Vì phiên QoS bị ảnh hưởng xấu đường truyền bị phá vỡ, cần phải có nhiều phiên tái lập đường - Thông tin trạng thái khơng xác: thay đổi động cấu trúc liên kết mạng lưới đặc tính kênh Do đó, định định tuyến khơng xác, dẫn đến số gói liệu thời gian thực lỡ thời hạn chúng - Thiếu phối hợp trung tâm - Dễ bị lỗi kênh vô tuyến chia sẻ - Vấn đề thiết bị đầu cuối ẩn - Hạn chế nguồn nguyên có - trường bảo mật  Các thách thức an ninh đặc trưng mạng Ad hoc Việc sử dụng kết nối vô tuyến không gian tự làm cho mạng ad hoc dễ bị công vào đường truyền thông tin, bao gồm từ việc nghe trộm thụ động đến việc mạo danh, phát lại tin sửa đổi tin truyền dẫn từ nút sang nút Vì mạng ad hoc khơng có sở hạ tầng cố định đáng tin cậy, nên nhằm tăng cao khả sống sót mạng, mạng ad hoc cần áp dụng kiến trúc mạng có tính phân tán, khơng nên có nút trung tâm, việc có nút trung tâm mạng ad hoc tạo điểm yếu đáng kể cho mạng, nút bị chiếm quyền cách trái phép tồn mạng bị đánh sập Một vấn đề khác mạng ad hoc thay đổi thường xuyên topo mạng số lượng thành viên (tức nút thường xuyên tham gia vào rời khỏi mạng) Ngoài ra, việc phân biệt lỗi gây hành động công ác ý với lỗi mạng tự nhiên khó Các thiết bị di động vơ tuyến thường gặp vấn đề tài nguyên hạn chế, lượng (pin) lực xử lý Vì vấn đề này, kiến trúc an ninh cho mạng ad hoc cần phải thiết kế cho u cầu tính tốn trao đổi thơng tin cho mục đích an ninh Vì lý trên, thông thường việc thiết kế giao thức truyền dẫn liệu an toàn mạng ad hoc thường dựa liên kết an ninh end-to-end, giảm thiểu hành động liên quan tới việc trì tuyến, loại bỏ việc phải quan sát liên tục thời gian dài nút nguy hại, tránh việc nút cố tình báo sai hành vi nút khác, giảm thiểu phí tổn trễ gây việc tin truyền qua đường truyền lỗi ... nghĩa mạng ad hoc không dây 2 Trình bày nguyên lý thách thức thiết kế mạng ad hoc không dây 2.1 Nguyên lý 2.2 Các thách thức 1 Định nghĩa mạng ad hoc không dây Mạng. .. ad-hoc không dây (Wireless ad-hoc network) tập hợp gồm nhiều thiết bị/nút mạng với khả nối mạng giao tiếp không dây với mà không cần hỗ trợ quản trị trung tâm Mỗi nút mạng tùy biến không dây hoạt... chặng Mạng ad hoc tự hình thành thích nghi với thay đổi Mạng Ad hoc kế thừa số vấn đề cố hữu truyền thống mạng truyền thông không dây môi trường truyền dẫn mở, kênh vô tuyến không đáng tin cậy không