Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Kỹ thuật HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY TEL 1430 KHOA VIỄN THÔNG 1 TS. NGUYỄN VIỆT HÙNG (CHỦ BIÊN) ThS. NGUYỄN THỊ THU HẰNG ThS. LÊ TÙNG HOA TS. NGUYỄN VIỆT HƯNG TS. NGUYỄN QUÝ SỸ TS. VŨ TRƯỜNG THÀNH Hà Nội - 2014PTIT Lời Mở Đầu i LỜI MỞ ĐẦU Các thiết bị cầm tay không dây đã và đang trở nên phổ biến và đóng một vài trò lớ n trong các hoạt động của xã hội loài người, cũng như đóng góp to lớn vào việc thay đổi cách mà loài người sống và làm việc. Các mạng thông tin vô tuyến truyền thống thường đòi hỏ i phải được phục vụ bởi một cơ sở hạ tầng mạng nào đó, ví dụ trong công nghệ 2G-GSM, 3G- WCDMA, 4G-LTE ứng dụng cho mạng diện rộng WAN, trong công nghệ WiMAX ứng dụ ng cho mạng đô thị MAN, trong công nghệ WiFi ứng dụng trong mạng cục bộ LAN. Mặ c dù xét kỹ thì đã có những cấu hình kỹ thuật cho phép các thiết bị trong các công nghệ nói trên kế t nối với nhau theo mô hình sơ khai của mạng Ad hoc. Khái niệm vê mô hình mạng Ad hoc lý tưởng theo nghĩa chặt là mạng không cần tới sự hỗ trợ của bất cứ hạ tầng cố định nào. Ngày nay cùng với việc thông minh hóa các thiết bị đầu cuối nói chung và các thiết bị di động cầm tay nói riêng, các thiết bị trong mạng cũng có khả năng thích ứng tự cấ u hình. Những điều này đã tạo nên sự trưởng thành của mạng Ad hoc, nơi mà người sử dụng có thể mong đợi các thiết bị cầm tay của họ có khả năng tự kết nối để tạo ra một mạng diện rộng, đảm bảo nhu cầu thông tin liên lạc của những người tham gia. Do vậy cuốn bài giảng “Mạng Ad hoc Không Dây” này ra đời với hi vọng cung cấp cho sinh viên những kiến thức liên quan đến một xu hướng lớn và tất yếu này của mạng thông tin vô tuyến. Cuốn bài giảng này được chia làm 8 chương trình bày về những khái niệm và đặc điểm cơ bản của m ạng Ad hoc cũng như những khía cạnh quan trọng trong việc thiết kế và sử dụng mạng Ad hoc. Các chương trong cuốn bài giảng bao gồm: Chương 1: Tổng Quang Mạng Ad hoc Không Dây Chương 2: Lớp Điều Khiển Truy Nhập Môi Trường Chương 3: Định Tuyến trong Mạng Ad hoc Chương 4: Lớp Truyền Tải trong các Mang Ad hoc Chương 5: Quản Lý Năng Lượng trong Mạng Ad hoc Chương 6: Các Vấn Đề QoS trong Mạng Ad hoc Chương 7: An Ninh trong mạng Ad hoc Chương 8: Ứng Dụng và Hướng Phát Triển của Mạng Ad hoc Đây là phiên bản đẩu tiên của cuốn bài giảng và tất nhiên không tránh được những sai sót. Rấ t mong nhận được ý kiến đóng góp của các đồng nghiệp và các bạn sinh viên. NHÓM BIÊN SOẠNPTIT Mục Lục ii MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. i MỤC LỤC .................................................................................................................................. ii TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................................................... ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY ............................................ 1 1.1. Định nghĩa và khái niệm về mạng Ad hoc................................................................... 1 1.1.1. Mạng Ad hoc là gì ................................................................................................ 1 1.1.2. Sự khác nhau giữa mạng di động và mạng Ad hoc .............................................. 2 1.2. Một số công nghệ không dây cho Ad hoc.................................................................... 2 1.2.1. Công nghệ Bluetooth ............................................................................................ 3 1.2.2. Công nghệ IrDA ................................................................................................... 4 1.2.3. Công nghệ SWAP HomeRF ................................................................................. 5 1.2.4. Họ công nghệ IEEE 802.11-WiFi ........................................................................ 7 1.2.5. Họ công nghệ IEEE 802.16-WiMAX .................................................................. 9 1.2.6. Công nghệ 4G-LTE .............................................................................................. 9 1.3. Các đặc tính kỹ thuật của mạng Ad hoc .................................................................... 19 1.3.1. Các giao thức MAC ............................................................................................ 19 1.3.2. Định tuyến .......................................................................................................... 21 1.3.3. Điều khiển truyền tải .......................................................................................... 25 1.3.4. Chất lượng dịch vụ ............................................................................................. 26 1.3.5. Quản lý năng lượng ............................................................................................ 27 1.3.6. Các vấn đề về thiết kế liên lớp ........................................................................... 29 1.3.7. Các thử thách an ninh trong mạng Ad hoc không dây ....................................... 30 1.4. Tổng kết chương 1 ..................................................................................................... 31 1.5. Câu hỏi ôn tập chương 1 ............................................................................................ 31 1.6. Tài liệu tham khảo chương 1 ..................................................................................... 31 CHƯƠNG 2: LỚP ĐIỂU KHIỂN TRUY NHẬP MÔI TRƯỜNG ...................................... 33PTIT Mục Lục iii 2.1. Giới thiệu chung ........................................................................................................ 33 2.2. Những vấn đề quan trọng và cần thiết cho các giao thức lớp MAC .......................... 34 2.3. Phân loại giao thức MAC .......................................................................................... 36 2.3.1. Các giao thức MAC dựa trên sự hài lòng ........................................................... 38 2.3.2. Các giao thức MAC hài lòng với các cơ chế đặt chỗ ......................................... 38 2.3.3. Các giao thức MAC sử dụng anten tính hướng .................................................. 44 2.3.4. Các giao thức MAC đa kênh .............................................................................. 45 2.3.5. Các giao thức MAC tính đến năng lượng ........................................................... 49 2.4. Tổng kết chương 2 ..................................................................................................... 53 2.5. Câu hỏi ôn tập chương 2 ............................................................................................ 54 2.6. Tài liệu tham khảo chương 2 ..................................................................................... 54 CHƯƠNG 3: ĐỊNH TUYẾN TRONG CÁC MẠNG AD HOC .......................................... 55 3.1. Mở đầu ....................................................................................................................... 55 3.2. Những vấn đề thiết kế các giao thức định tuyến cho mạng Adhoc ........................... 57 3.2.1. Kiến trúc định tuyến ........................................................................................... 57 3.2.2. Hỗ trợ các liên kết đơn hướng ............................................................................ 57 3.2.3. Sử dụng siêu trạm ............................................................................................... 58 3.2.4. Định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) .................................................. 58 3.2.5. Hỗ trợ đa điểm .................................................................................................... 59 3.3. Định tuyến chủ động (Proactive) ............................................................................... 60 3.3.1. Giao thức định tuyến DSDV .............................................................................. 61 3.3.2. Giao thức định tuyến OLSR ............................................................................... 63 3.3.3. Giao thức định tuyến FSR .................................................................................. 65 3.4. Định tuyến theo yêu cầu ............................................................................................ 68 3.4.1. Giao thức định tuyến AODV .............................................................................. 68 3.4.2. Giao thức định tuyến DSR.................................................................................. 72 3.4.3. Giao thức định tuyến TORA .............................................................................. 74 3.4.4. Một số giao thức định tuyến theo yêu cầu khác ................................................. 76 3.5. Các giao thức định tuyến khác ................................................................................... 79PTIT Mục Lục iv 3.5.1. Giao thức định tuyến lai giữa giao thức định tuyển chủ động và theo yêu cầu.. 79 3.5.2. Giao thức định tuyến theo vị trí .......................................................................... 80 3.5.3. Giao thức định tuyến phân cấp ........................................................................... 80 3.6. Tổng kết chương 3 ..................................................................................................... 80 3.7. Câu hỏi ôn tập chương 3 ............................................................................................ 80 3.8. Tài liệu tham khảo chương 3 ..................................................................................... 81 CHƯƠNG 4: LỚP TRUYỀN TẢI TRONG MẠNG AD HOC ............................................ 83 4.1. Giới thiệu ................................................................................................................... 83 4.2. Những thách thức và vấn đề thiết kế TCP trong các mạng Ad hoc ........................... 83 4.2.1. Các thách thức .................................................................................................... 83 4.2.2. Các ràng buộc năng lượng .................................................................................. 88 4.2.3. Các mục tiêu thiết kế .......................................................................................... 88 4.3. Hiệu năng TCP trên mạng di động Ad Hoc (MANETs) ........................................... 89 4.3.1. Hiệu năng TCP ................................................................................................... 89 4.3.2. Các vấn đề khác .................................................................................................. 90 4.4. Giao thức truyền tải Ad Hoc ...................................................................................... 91 4.4.1. Phương pháp tiếp cận chia tách .......................................................................... 91 4.4.2. Phương pháp tiếp cận đầu cuối đến đầu cuối ..................................................... 92 4.4.3. Giao thức truyền tải Ad hoc (ATP) .................................................................. 100 4.4.4. Giao thức ATP .................................................................................................. 102 4.5. Giao thức truyền tải được ứng dụng điều khiển (ACTP)......................................... 108 4.6. Tổng kết chương 4 ................................................................................................... 109 4.7. Câu hỏi ôn tập chương 4 .......................................................................................... 110 4.8. Tài liệu tham khảo chương 4 ................................................................................... 110 CHƯƠNG 5: QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG AD HOC............................. 111 5.1. Giới thiệu chung ...................................................................................................... 111 5.1.1. Tại sao quản lý năng lượng lại cần thiết đối với mạng Adhoc ......................... 111 5.1.2. Phân loại các chế độ quản lý năng lượng ......................................................... 112 5.1.3. Tổng quan về công nghệ pin ............................................................................ 113PTIT Mục Lục v 5.1.4. Nguyên lý xả pin .............................................................................................. 114 5.1.5. Ảnh hưởng của các đặc tính xả tới dung lượng pin .......................................... 115 5.1.6. Mô hình hóa pin................................................................................................ 121 5.1.7. Hệ Thống pin thông minh................................................................................. 123 5.2. Giao thức định tuyến tiết kiệm năng lượng ............................................................. 125 5.2.1. Giới thiệu chung ............................................................................................... 125 5.2.2. Giao thức đề xuất kiểm soát truy cập đường truyền tiết kiệm năng lượng ...... 126 5.3. Truyền chế độ quản lý công suất ............................................................................. 128 5.3.1. Quản lý công suất của mạng Ad Hoc ............................................................... 128 5.3.2. Giao thức định tuyến tính toán cân bằng chi phí năng lượng PCCB................ 131 5.3.3. Phân tích giao thức định tuyến PCCB .............................................................. 133 5.3.4. Giao thức MAC ................................................................................................ 133 5.3.5. Tiết kiệm năng lượng........................................................................................ 134 5.3.6. Chức năng đồng bộ hóa thời gian ..................................................................... 135 5.3.7. Chức năng tiết kiệm năng lượng ...................................................................... 135 5.3.8. Tiềm năng Tiết kiệm năng lượng ..................................................................... 137 5.4. Điều khiển công suất truyền tải ............................................................................... 138 5.4.1. Đáp ứng công suất truyền theo trạng thái của kênh ......................................... 139 5.4.2. Kỹ thuật MAC .................................................................................................. 139 5.4.3. Điều khiển liên kết logic................................................................................... 141 5.5. Giao thức AODV ..................................................................................................... 143 5.5.1. Giới thiệu chung về giao thức AODV .............................................................. 143 5.5.2. Tìm đường ........................................................................................................ 143 5.5.3. Bảo trì định tuyến ............................................................................................. 144 5.6 Định tuyến tính đến năng lượng cục bộ dựa trên AODV ............................................. 144 5.5.4. Giới thiệu .......................................................................................................... 144 5.5.5. Tìm đường ........................................................................................................ 144 5.5.6. Bảo trì định tuyến ............................................................................................. 144 5.6. Định tuyến tính đến công suất dựa trên AODV (PAR-AODV) .............................. 145PTIT Mục Lục vi 5.6.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 145 5.6.2. Tìm đường ........................................................................................................ 145 5.6.3. Bảo trì định tuyến ............................................................................................. 146 5.7. Định tuyến dự báo thời gian tồn tại dựa trên AODV (LPR-AODV) ....................... 146 5.7.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 146 5.7.2. Tìm đường ........................................................................................................ 146 5.7.3. Bảo trì định tuyến ............................................................................................. 147 5.8. Tổng kết chương 5 ................................................................................................... 147 5.9. Câu hỏi ôn tập chương 5 .......................................................................................... 148 5.10. Tài liệu tham khảo chương 5 ................................................................................ 148 CHƯƠNG 6: CÁC VẤN ĐỀ QOS TRONG MẠNG AD HOC ......................................... 150 6.1. Mở đầu ..................................................................................................................... 150 6.2. Thách thức khi triển khai QoS cho mạng ad hoc không dây ................................... 150 6.3. Phân loại giải pháp QoS........................................................................................... 153 6.3.1. Giải pháp lớp MAC .......................................................................................... 153 6.3.2. Giải pháp lớp mạng .......................................................................................... 154 6.4. QoS- Giao thức định tuyến vecto khoảng cách Ad Hoc On-demand ...................... 155 6.4.1. Mở rộng QoS cho giao thức AODV ................................................................. 155 6.4.2. Ưu và nhược điểm ................................................
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY TEL 1430 KHOA VIỄN THÔNG 1 TS NGUYỄN VIỆT HÙNG (CHỦ BIÊN) ThS NGUYỄN THỊ THU HẰNG ThS LÊ TÙNG HOA TS NGUYỄN VIỆT HƯNG TS NGUYỄN QUÝ SỸ TS VŨ TRƯỜNG THÀNH Hà Nội - 2014 Lời Mở Đầu LỜI MỞ ĐẦU Các thiết bị cầm tay không dây đã và đang trở nên phổ biến và đóng một vài trò lớn trong các hoạt động của xã hội loài người, cũng như đóng góp to lớn vào việc thay đổi cách mà loài người sống và làm việc Các mạng thông tin vô tuyến truyền thống thường đòi hỏi phải được phục vụ bởi một cơ sở hạ tầng mạng nào đó, ví dụ trong công nghệ 2G-GSM, 3G- WCDMA, 4G-LTE ứng dụng cho mạng diện rộng WAN, trong công nghệ WiMAX ứng dụng cho mạng đô thị MAN, trong công nghệ WiFi ứng dụng trong mạng cục bộ LAN Mặc dù xét kỹ thì đã có những cấu hình kỹ thuật cho phép các thiết bị trong các công nghệ nói trên kết nối với nhau theo mô hình sơ khai của mạng Ad hoc Khái niệm vê mô hình mạng Ad hoc lý tưởng theo nghĩa chặt là mạng không cần tới sự hỗ trợ của bất cứ hạ tầng cố định nào Ngày nay cùng với việc thông minh hóa các thiết bị đầu cuối nói chung và các thiết bị di động cầm tay nói riêng, các thiết bị trong mạng cũng có khả năng thích ứng tự cấu hình Những điều này đã tạo nên sự trưởng thành của mạng Ad hoc, nơi mà người sử dụng có thể mong đợi các thiết bị cầm tay của họ có khả năng tự kết nối để tạo ra một mạng diện rộng, đảm bảo nhu cầu thông tin liên lạc của những người tham gia Do vậy cuốn bài giảng “Mạng Ad hoc Không Dây” này ra đời với hi vọng cung cấp cho sinh viên những kiến thức liên quan đến một xu hướng lớn và tất yếu này của mạng thông tin vô tuyến Cuốn bài giảng này được chia làm 8 chương trình bày về những khái niệm và đặc điểm cơ bản của mạng Ad hoc cũng như những khía cạnh quan trọng trong việc thiết kế và sử dụng mạng Ad hoc Các chương trong cuốn bài giảng bao gồm: Chương 1: Tổng Quang Mạng Ad hoc Không Dây Chương 2: Lớp Điều Khiển Truy Nhập Môi Trường Chương 3: Định Tuyến trong Mạng Ad hoc Chương 4: Lớp Truyền Tải trong các Mang Ad hoc Chương 5: Quản Lý Năng Lượng trong Mạng Ad hoc Chương 6: Các Vấn Đề QoS trong Mạng Ad hoc Chương 7: An Ninh trong mạng Ad hoc Chương 8: Ứng Dụng và Hướng Phát Triển của Mạng Ad hoc Đây là phiên bản đẩu tiên của cuốn bài giảng và tất nhiên không tránh được những sai sót Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các đồng nghiệp và các bạn sinh viên NHÓM BIÊN SOẠN i Mục Lục MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .i MỤC LỤC ii TỪ VIẾT TẮT ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY 1 1.1 Định nghĩa và khái niệm về mạng Ad hoc 1 1.1.1 Mạng Ad hoc là gì 1 1.1.2 Sự khác nhau giữa mạng di động và mạng Ad hoc 2 1.2 Một số công nghệ không dây cho Ad hoc 2 1.2.1 Công nghệ Bluetooth 3 1.2.2 Công nghệ IrDA 4 1.2.3 Công nghệ SWAP HomeRF 5 1.2.4 Họ công nghệ IEEE 802.11-WiFi 7 1.2.5 Họ công nghệ IEEE 802.16-WiMAX 9 1.2.6 Công nghệ 4G-LTE 9 1.3 Các đặc tính kỹ thuật của mạng Ad hoc 19 1.3.1 Các giao thức MAC 19 1.3.2 Định tuyến 21 1.3.3 Điều khiển truyền tải 25 1.3.4 Chất lượng dịch vụ 26 1.3.5 Quản lý năng lượng 27 1.3.6 Các vấn đề về thiết kế liên lớp 29 1.3.7 Các thử thách an ninh trong mạng Ad hoc không dây 30 1.4 Tổng kết chương 1 31 1.5 Câu hỏi ôn tập chương 1 31 1.6 Tài liệu tham khảo chương 1 31 CHƯƠNG 2: LỚP ĐIỂU KHIỂN TRUY NHẬP MÔI TRƯỜNG 33 ii Mục Lục 2.1 Giới thiệu chung 33 2.2 Những vấn đề quan trọng và cần thiết cho các giao thức lớp MAC 34 2.3 Phân loại giao thức MAC 36 2.3.1 Các giao thức MAC dựa trên sự hài lòng 38 2.3.2 Các giao thức MAC hài lòng với các cơ chế đặt chỗ 38 2.3.3 Các giao thức MAC sử dụng anten tính hướng 44 2.3.4 Các giao thức MAC đa kênh 45 2.3.5 Các giao thức MAC tính đến năng lượng 49 2.4 Tổng kết chương 2 53 2.5 Câu hỏi ôn tập chương 2 54 2.6 Tài liệu tham khảo chương 2 54 CHƯƠNG 3: ĐỊNH TUYẾN TRONG CÁC MẠNG AD HOC 55 3.1 Mở đầu 55 3.2 Những vấn đề thiết kế các giao thức định tuyến cho mạng Adhoc 57 3.2.1 Kiến trúc định tuyến 57 3.2.2 Hỗ trợ các liên kết đơn hướng 57 3.2.3 Sử dụng siêu trạm 58 3.2.4 Định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) 58 3.2.5 Hỗ trợ đa điểm 59 3.3 Định tuyến chủ động (Proactive) 60 3.3.1 Giao thức định tuyến DSDV 61 3.3.2 Giao thức định tuyến OLSR 63 3.3.3 Giao thức định tuyến FSR 65 3.4 Định tuyến theo yêu cầu 68 3.4.1 Giao thức định tuyến AODV 68 3.4.2 Giao thức định tuyến DSR 72 3.4.3 Giao thức định tuyến TORA 74 3.4.4 Một số giao thức định tuyến theo yêu cầu khác 76 3.5 Các giao thức định tuyến khác 79 iii Mục Lục 3.5.1 Giao thức định tuyến lai giữa giao thức định tuyển chủ động và theo yêu cầu 79 3.5.2 Giao thức định tuyến theo vị trí 80 3.5.3 Giao thức định tuyến phân cấp 80 3.6 Tổng kết chương 3 80 3.7 Câu hỏi ôn tập chương 3 80 3.8 Tài liệu tham khảo chương 3 81 CHƯƠNG 4: LỚP TRUYỀN TẢI TRONG MẠNG AD HOC 83 4.1 Giới thiệu 83 4.2 Những thách thức và vấn đề thiết kế TCP trong các mạng Ad hoc 83 4.2.1 Các thách thức 83 4.2.2 Các ràng buộc năng lượng 88 4.2.3 Các mục tiêu thiết kế 88 4.3 Hiệu năng TCP trên mạng di động Ad Hoc (MANETs) 89 4.3.1 Hiệu năng TCP 89 4.3.2 Các vấn đề khác 90 4.4 Giao thức truyền tải Ad Hoc 91 4.4.1 Phương pháp tiếp cận chia tách 91 4.4.2 Phương pháp tiếp cận đầu cuối đến đầu cuối 92 4.4.3 Giao thức truyền tải Ad hoc (ATP) 100 4.4.4 Giao thức ATP 102 4.5 Giao thức truyền tải được ứng dụng điều khiển (ACTP) .108 4.6 Tổng kết chương 4 109 4.7 Câu hỏi ôn tập chương 4 110 4.8 Tài liệu tham khảo chương 4 110 CHƯƠNG 5: QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG AD HOC 111 5.1 Giới thiệu chung 111 5.1.1 Tại sao quản lý năng lượng lại cần thiết đối với mạng Adhoc 111 5.1.2 Phân loại các chế độ quản lý năng lượng 112 5.1.3 Tổng quan về công nghệ pin 113 iv Mục Lục 5.1.4 Nguyên lý xả pin 114 5.1.5 Ảnh hưởng của các đặc tính xả tới dung lượng pin 115 5.1.6 Mô hình hóa pin 121 5.1.7 Hệ Thống pin thông minh .123 5.2 Giao thức định tuyến tiết kiệm năng lượng 125 5.2.1 Giới thiệu chung 125 5.2.2 Giao thức đề xuất kiểm soát truy cập đường truyền tiết kiệm năng lượng 126 5.3 Truyền chế độ quản lý công suất 128 5.3.1 Quản lý công suất của mạng Ad Hoc 128 5.3.2 Giao thức định tuyến tính toán cân bằng chi phí năng lượng PCCB 131 5.3.3 Phân tích giao thức định tuyến PCCB 133 5.3.4 Giao thức MAC 133 5.3.5 Tiết kiệm năng lượng 134 5.3.6 Chức năng đồng bộ hóa thời gian 135 5.3.7 Chức năng tiết kiệm năng lượng 135 5.3.8 Tiềm năng Tiết kiệm năng lượng 137 5.4 Điều khiển công suất truyền tải 138 5.4.1 Đáp ứng công suất truyền theo trạng thái của kênh 139 5.4.2 Kỹ thuật MAC 139 5.4.3 Điều khiển liên kết logic 141 5.5 Giao thức AODV 143 5.5.1 Giới thiệu chung về giao thức AODV 143 5.5.2 Tìm đường 143 5.5.3 Bảo trì định tuyến 144 5.6 Định tuyến tính đến năng lượng cục bộ dựa trên AODV 144 5.5.4 Giới thiệu 144 5.5.5 Tìm đường 144 5.5.6 Bảo trì định tuyến 144 5.6 Định tuyến tính đến công suất dựa trên AODV (PAR-AODV) 145 v Mục Lục 5.6.1 Giới thiệu 145 5.6.2 Tìm đường 145 5.6.3 Bảo trì định tuyến 146 5.7 Định tuyến dự báo thời gian tồn tại dựa trên AODV (LPR-AODV) .146 5.7.1 Giới thiệu 146 5.7.2 Tìm đường 146 5.7.3 Bảo trì định tuyến 147 5.8 Tổng kết chương 5 147 5.9 Câu hỏi ôn tập chương 5 148 5.10 Tài liệu tham khảo chương 5 148 CHƯƠNG 6: CÁC VẤN ĐỀ QOS TRONG MẠNG AD HOC 150 6.1 Mở đầu 150 6.2 Thách thức khi triển khai QoS cho mạng ad hoc không dây 150 6.3 Phân loại giải pháp QoS 153 6.3.1 Giải pháp lớp MAC 153 6.3.2 Giải pháp lớp mạng 154 6.4 QoS- Giao thức định tuyến vecto khoảng cách Ad Hoc On-demand 155 6.4.1 Mở rộng QoS cho giao thức AODV .155 6.4.2 Ưu và nhược điểm 155 6.5 Mô hình QoS cho mạng không dây Ad Hoc 156 6.5.1 Các mô hình QoS 157 6.6 Mô hình QoS INSIGNIA 159 6.6.1 Hoạt động của mô hình INSIGNIA 160 6.6.2 Ưu và nhược điểm 162 6.7 Mô hình QoS INORA 162 6.7.1 Mô hình phản hồi kém 163 6.7.2 Mô hình phản hồi tốt dựa trên lớp 163 6.7.3 Ưu điểm 164 6.8 Tổng kết chương 6 164 vi Mục Lục 6.9 Câu hỏi ôn tập chương 6 165 6.10 Tài liệu tham khảo chương 6 165 CHƯƠNG 7: AN NINH TRONG MẠNG AD HOC 166 7.1 Mở đầu 166 7.2 Các yếu tố an ninh chính của mạng Ad hoc 166 7.2.1 Tính khả dụng (Availability) 167 7.2.2 Tính bảo mật (Confidentiality) 167 7.2.3 Tính toàn vẹn (Integrity) 167 7.2.4 Nhận thực (Authentication) 168 7.2.5 Chống từ chối (non-repudiation) 168 7.2.6 Chống phát lại (non-replay) 168 7.3 Các thách thức an ninh đặc trưng của mạng Ad hoc 168 7.4 Các giao thức thỏa thuận và phân phối khóa trong mạng ad hoc 170 7.4.1 Quản lý khóa trong các mạng vô tuyến 170 7.5 Các giao thức định tuyến an toàn 174 7.5.1 Các mô hình tấn công lớp mạng [9] 174 7.5.2 Các giao thức định tuyến an toàn 181 7.5.3 Định tuyến thống kê ngẫu nhiên .185 7.6 Tổng kết chương 7 186 7.7 Câu hỏi và bài tập chương 7 187 7.8 Tài liệu tham khảo chương 7 188 CHƯƠNG 8: ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG AD HOC 191 8.1 Giới thiệu 191 8.2 Các ứng dụng điển hình 192 8.2.1 PAN 193 8.3 Các ứng dụng và các cơ hội 194 8.3.1 Các ứng dụng trong môi trường học thuật 194 8.3.2 Các ứng dụng quốc phòng 195 8.3.3 Các ứng dụng trong môi trường công nghiệp 196 vii Mục Lục 8.3.4 Các ứng dụng chăm sóc sức khỏe 196 8.3.5 Các ứng dụng tìm kiếm và cứu hộ 197 8.3.6 Các mạng ad hoc xe cơ giới 197 8.4 Những thách thức 198 8.4.1 An ninh 200 8.5 Một số nghiên cứu nổi bật gần đây trong lĩnh vực 201 8.5.1 Các bộ cảm biến 201 8.5.2 Các mạng cảm biến Ad hoc vô tuyến 202 8.6 Tổng kết chương 8 202 8.7 Câu hỏi ôn tập chương 8 202 8.8 Tài liệu tham khảo chương 8 203 DANH MỤC HÌNH VẼ 204 DANH MỤC BẢNG 206 viii Từ Viết Tắt TỪ VIẾT TẮT Nghĩa Tiếng Việt Từ Viết Tắt Viết Đầy Đủ A ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự số AKA AKM Auxiliary Key Agreement Thỏa thuận khóa trợ giúp AMRIS Autonomous Key Management Quản lý khóa tự trị AODV Adhoc Multicast Routing protocol Giao thức định tuyến Multicast AP utilizing Increasing ID numbers trong mạng Ad hoc sử dụng số ARAN nhận dạng tăng dần ATM B Ad hoc On-demand Distance Vector Vector khoảng cách theo yêu BH cầu trong mạng ad hoc BTMA C Access Point Điểm truy nhập CA CAMP Authenticated Routing for Ad hoc Định tuyến có xác thựccho CB Network mạng ad hoc CBM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển giao không đồng bộ Black Hole Hố đen Busy Tone Multiple Access Đa truy nhập sử dụng âm bận Certificate Authority Chủ thể chứng thực Core-Assisted Mesh Protocol Giao thức hỗn hợp hỗ trợ lõi Cell Broadcast Quảng bá ô Condition Based Maintenance Bảo dưỡng dựa trên điều kiện ix Từ Viết Tắt CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo CLIQ mã CoA CLIQues COMP Care of Address Quan tâm địa chỉ CPO Composite Key Management for Ad hoc Quản lý khóa tổng hợp cho CRC CRL Network mạng ad hoc CSMA Control Packet Overhead Tiêu đề gói điều khiển Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng thặng dư CSMA/CA Certificate Revocation List Danh sách thu hồi chứng chỉ Đa truy nhập cảm nhận sóng CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access mang CVIS Carrier Sense Multiple Access with Đa truy nhập cảm nhận sóng D Collision Avoidance D&C IDS mang với tránh xung đột DBTMA Carrier Sense Multiple Access with Đa truy nhập cảm nhận sóng DCA-PC Collision Detection mang với phát hiện xung đột D-H Hệ thống cơ sở hạ tầng xe cộ DM Cooperative Vehicle Infrastructure DoS System hợp tác Distributed and Coperative Intrusion Hệ thống phát hiện xâm nhập Detection System hợp tác phân bố Dual Busy Tone Multiple Access Đa truy nhập âm bận hai chiều Dynamic Channel Assignment with Gán kênh động với điều khiển Power Control năng lương Diffe-Hellman Desirable Matrix Ma trận mong muốn Denial of Service Từ chối dịch vụ x Từ Viết Tắt Department Of Transportation Bộ phận vận chuyển DOT Dynamic Power-Saving Mechanism Cơ chế tiết kiệm băng tần động DPSM DS Data-Sending Gửi dữ liệu DSDV DSR Destination Sequence Distance Vector Vec tơ khoảng cách chuỗi đích DSRC EC Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động ECDH ERP2 Dedicated Short Range Communication Thông tin khoảng ngắn dành EU riêng F FAMA Europe Council Hội đồng châu Âu FDMA FHSS Elliptic Curve Diffe-Hellman FSK FSR Electronic Road Project 2 Dự án đường điện tử G GAMA-PS Europe Union Liên minh châu Âu GH GIDP Floor Acquisition Multiple Access Đa truy nhập giữ nền GPS Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo Frequency Hopping Spectrum Spread tần số Frequency Shift Key Trải phổ nhẩy tần Fishey State Routing Khóa chuyển tần Định tuyến trạng thái Fishey Group Allocation Multiple Access with Đa truy nhập phân bổ nhóm Packet Sensing với cảm nhận gói Gray Hole Lỗ xám General Intrusion Detection Protocol Giao thức phát hiện xâm nhập tổng quát Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu xi Từ Viết Tắt Hypercube and Octopus H Hop-by-Hop Authentication Routing- Quản lý động hướng dẫn bằng H&O driven Dynamic Key Management định tuyến xác thực theo từng HARD-KM chặng HMAC Hash Message Authentication Code Mã xác thực bản tin băm HRMA I Hop-Reservation Multiple Access Đa truy nhập phân chia đặt IBC-K trước chặng ID IDS Khóa công cộng dựa trên nhận IETF Identity-Based Public Key IFS IKA dạng ING IP Identification Nhận dạng IrDA ISM Intrusion Detection System Hệ thống phát hiện xâm nhập ISO ISP Internet Engineering Task Force Nhóm làm việc về internet ITS ITU Interframe Spacing Slot Khe giữa các khung KBID Initial Key Agreement Thỏa thuận khóa ban đầu Ingemarsson, Tang and Wong Internet Protocol Giao thức internet Infrared Data Association Liên kết sẽ liệu hồng ngoại Industrial, Scientific and Medical band Băng tần tự do International Standard Organization Hệ thống tiêu chuẩn quốc tế Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ internet Intelligent Transport System Hệ thống giao vận thông minh International Telecomunication Union Liên minh viễn thông quốc tế Knowledge-Based Intrusion Detection Phát hiện xâm nhập dựa trên xii Từ Viết Tắt LAN Local Area Network thông tin có trước LKH Logical Key Hierarchy Mạng nội hạt LSU LZRW3 Link State Update Phân cấp khóa logic M Lempel-Ziv Ross Williams Cập nhật trạng thái liên kết MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi MAC trường MAC MACA Media Access Control Điều khiển truy nhập môi MACAW trường MANET Message Authentication Code Mã xác thực bản tin MAODV Multiple Access Collision Avoidance Tránh xung đột đa truy nhập MIM MMAC MACA for Wireless LANs MOB Mobile Ad hoc Network Mạng Ad hoc di động MOCA Multicast Ad hoc On-demand Distance Vec tơ khoảng cách theo yêu MPR Vector cầu cho mạng Ad hoc phát MSAODV multicast Man In the Middle Ở giữa hai bên Multichannel Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường đa kênh Mô hình quản lý khóa dựa trên Mobility-Based Key Management Scheme tính di dộng MObile Certificate Authority Nhà quản lý chứng nhận di động Multi-Point Relay Chuyển tiếp đa điểm Vec tơ khoảng cách theo yêu Modified Secure Ad hoc On-demand cầu cho mạng Ad hoc đảm bảo xiii Từ Viết Tắt Distance Vector an ninh đã được chỉnh sửa N Network Allocation Vector Vec tơ phân bổ mạng NAV NCM Network Characteristic Matrix Ma trận đặc tính mạng OBU ODMRP On-Board Unit Đơn vị trên bảng mạch OLSR Giao thức định tuyến multicast OSI On-Demand Multicast Routing Protocol P theo yêu cầu PAMAS Optimized Link State Routing Định tuyến trạng thái liên kết PAN tối ưu PCI Open System Interconnection Hệ thống tham chiếu mở PCM Power-Aware Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi PCMA with Signaling trường có cảm nhận năng PDA PDR Personal Area Network lượng với báo hiệu PKG Peripheral Component Interconnect PKI Mạng cỡ cá nhân PSGK Power-Control Medium Access Control Liên kết nối thành phần ngoại Power-Controlled Multiple Access vi Personal Digital Assitant Packet Dropped Rate Điều khiển đa truy nhập theo Private Key Generator năng lượng Public Key Infrastructure Pre-Shared Group Key Đa truy nhập điều khiển bằng năng lượng Thiết bị hỗ trợ số Tỉ lệ mất gói Bộ tạo khóa riêng Cơ sở hạ tầng khóa công cộng Khóa nhóm chia sẻ trước xiv Từ Viết Tắt Q Quality of Service Chất lượng dịch vụ QoS R Route Discovery Packet Gói khám phá tuyến RDP RERR (ERR) Route Error Lỗi tuyến RREP (REP) RREQ (REQ) Route Reply Trả lời tuyến RSA RSU Route Request Yêu cầu tuyến RSVP RTS/CTS Ron Rivest, Adi Shamir, Len Adleman SAHODSR RoadSide Unit Đơn vị bên cạnh đường SAODV Reservation Protocol Giao thức đặt trước SBID request-to-send/clear-to-send Yêu cầu gửi/tốt để gửi SCK SD Secure Ad hoc On-Demand Source Giao thức định tuyến nguồn SEAD Routing protocol theo yêu cầu của mạng ad hoc SEAR an ninh SEKM Secure Ad hoc On-demand Distance Vec to khoảng cách theo yêu Vector cầu của mạng ad hoc an ninh Specified-Based Intrustion Detection Phát hiện xâm nhập dựa trên xác định Self-Certified Key Khóa tự xác nhận Sleep Deprivation Chống ngủ Secure Efficient Distance Vector Véc tơ khoảng cách hiệu quả an ninh Secure Efficient Ad hoc on-demand Giao thức định tuyến theo yêu Routing protocol cầu của mạng ad hoc hiệu quả an toàn Secure and Efficient Key Management Quản lý khóa hiệu quả và an xv Từ Viết Tắt toàn SHA1 Secure Hash Algorithm 1 Thuật toán hàm băm an toàn S-HEAL SKiMPy Self-Healing Session Key Distribution Phân bổ khóa phiên tự sửa SLSP chữa SMOCK SMTP Symmetric Key Management Protocol Giao thức quản lý khóa đối SRM xứng SRP SSID Giao thức định tuyến trạng thái SSR Secure Link State routing Protocol SWAP T đường an toàn TBRPF TBTTs Scalable Method of Cryptographic Key Phương thức linh hoạt của TCP khóa bảo mật TDMA TESLA Secure Message Transmission Protocol Giao thức truyền tài bản tin bảo mật Secure Route Maintenance Bảo dưỡng tuyến an toàn Secure Routing Protocol Giao thức định tuyến an toàn Service Set Identification Nhận dạng nhóm dịch vụ Signal Stability Routing Định tuyến ổn định tín hiệu Shared Wireless Access Point Điểm truy nhập vô tuyến chia sẻ Topology dissemination Based on Chuyển tiếp đường đặt trước Reserve Path Forwarding dựa trên thông tin cấu hình mạng Target Beacon Transmission Times Thời gian phát đèn hiệu đích Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian Timed Efficient Stream Loss-tolerant Nhận thực có lỗi trên luồng xvi Từ Viết Tắt Authentication hiệu quả được định thời TORA Temporally Ordered Routing Algorithm Giao thức định tuyến được đặt TSF tạm thời TTL UBIQ Timing Synchronization Function Chức năng đồng bộ thời gian USOR V Time To Live Thời gian sống V2I Ubiquitous Security Support Hỗ trợ an ninh mọi nơi V2V Unobservable Secure On-demand Routing Giao thức định tuyến theo yêu VANET protocol cầu an toàn không quan trắc VLSI WAN Vehical to Infrastructure Từ phương tiện đến cơ sở hạ Wi-Fi tầng WiMAX WLAN Vehical to Vehical Từ phương tiện đến phương WSN tiện Z Z-H Vehicular Ad hoc NETwork Mạng ad hoc cho phương tiện ZRP giao thông Very Large-Scale Integration circuit Mạch tích hợp kích cỡ lớn Wide Area Network Mạng diện rộng Wireless Fidelity Độ trung thực vô tuyến Worldwide Interoperability for Hệ thống tương thích toàn cầu Microwave Access cho truy nhập vô tuyến Wireless Local Area Network Mạng cụ bộ vô tuyến Wireless Sensor Network Mạng cảm biến vô tuyến Zhou and Haas Zone-based Routing Protocol Giao thức định tuyến dựa theo vùng xvii Từ Viết Tắt xviii Chương 1: Tổng quan mạng Ad hoc không dây CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY Nguyễn Việt Hùng 1.1 Định nghĩa và khái niệm về mạng Ad hoc 1.1.1 Mạng Ad hoc là gì Một mạng ad hoc là một tập các nút (thiết bị) di động không dây tạo thành một mạng tạm thời, và mạng này không cần sử dụng bất kì hạ tầng mạng hay hệ thống quản lý tập trung nào Các nút có thể tự do di chuyển ngẫu nhiên và có khả năng tự tổ chức Điều này làm cho topo không dây của mạng ad hoc có thể thay đổi nhanh chóng và không thể đoán trước được Mạng ad hoc là mạng có thể hoạt động trong một mô hình độc lập hoặc có thể được kết nối với tới mạng Internet Tính đa chặng, tính di động và việc kích thước mạng lớn kết hợp với sự không đồng nhất về mặt thiết bị, băng thông và năng lượng pin khiến cho việc thiết kế một giao thức định tuyến đầy đủ cho mạng ad hoc là một thử thách không hề nhỏ Trên Hình 1.1 cho ta một ví dụ về hai nút mong muốn trao đổi các gói dữ liệu với nhau, việc trao đổi thông tin này có thể không được thực hiện trực tiếp mà phải thông qua những nút trung gian Mạng ad hoc Hình 1.1: Mạng di động ad hoc Những người dùng di động sẽ muốn truyền thông trong các tình huống mà trong đó không hạ tầng mạng có dây cố định nào là có sẵn Ví dụ, một nhóm các nhà nghiên cứu trên đường tới một hội nghị có thể gặp tại sân bay và yêu cầu kết nối tới mạng diện rộng, các sinh viên có thể cần tương tác trong suốt bài giảng hay những nhân viên cứu hỏa cần kết nối tới xe cứu thương trên đường tới một trường hợp khẩn cấp Trong các tình huống đó, một tập các nút di động với các giao diện mạng không dây có thể tạo thành một mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp của bất kỳ hạ tầng được thiết lập hay quản lý tập trung nào Ý tưởng hình thành một mạng giữa các nhà nghiên cứu, giữa sinh viên hay giữa các thành viên của một đội cứu hộ, những người mà có thể dễ dàng được trang bị với các thiết bị có khả năng kết nối với 1