M ng MANET (Mobile Ad hoc Network) là m t lo i m ng Ad hoc cho phép các ạ ộ ạ ạ
máy tính, thi t b c hi n k t n i và truy n thông v i nhau không c n d a vào h t ng ế ịthự ệ ế ố ề ớ mà ầ ự ạ ầ
m ng và h thạ ệ ống điều khi n trung tâm [29][84](p.24-49). V i s phát tri n c a các d ch ể ớ ự ể ủ ị
v m ng theo ụ ạ hướng cá nhân hóa, di động hóa và hướng đến các d ch v tích h p thì kh ị ụ ợ ả năng phát triển c a m ng MANET có nhi u tri n v ng ủ ạ ề ể ọ trong tương lai. V th c ti n, m ng ề ự ễ ạ
MANET r t h u ích cho các nhu c u truy n thơng có tính ch t t m thấ ữ ầ ề ấ ạ ời như trong một khu v c h i ngh , h i th o ho c s kiự ộ ị ộ ả ặ ự ện nơi mà khó khăn trong việc thi t l p h ng m ng có ế ậ ệthố ạ
s dử ụng cơ sở ạ ầ h t ng.
Với đặc điểm là m ng t c u hình g m các nút k t n i v i nhau thông qua các kạ ự ấ ồ ế ố ớ ết n i vô tuyố ến t o nên m ng khơng có ạ ạ cơ sở ạ ầ h t ng, các nút m ng có th di chuy n m t ạ ể ể ộ
cách t do theo mự ọi hướng, do đó ế ố ủk t n i c a nó v i các nút ớ khác cũng thay đổi m t cách ộ thường xuyên. Do kho ng truy n d n c a m i nút m ng là h n ch nên chúng truy n tin ả ề ẫ ủ ỗ ạ ạ ế ề
bằng phương pháp truyền gói tin đa chặng (multihops). Để thực hiện điều này, các nút m ng ph i có kh ạ ả ả năng chuyển tiếp gói tin đến nút m ng khác. Mạ ạng MANET được mơ t ả
có c u trúc ấ thay đổi do s ự thay đổ ịi v trí c a các nút m ng v i vi c s d ng giao thủ ạ ớ ệ ử ụ ức định tuyến có cơ chế ự t phát hiện các thay đổ ề đường đi i v thơng qua các thuật tốn định tuy n ế cơ bả như éc tơn v kho ng cách và tr ng thái liên k t. ả ạ ế
Mạng MANET được ứng d ng trong cụ ác lĩnh vực:
+ Ứng d ng trong hoụ ạt động quân s : ự với cơ chế hoạt động c a m ng Ad hoc là mủ ạ ột y u t c n thi t i vế ố ầ ế đố ới lĩnh vực quân s , nhự ất là trong các trường h p ợ các đơn vị tham gia các chi n dế ịch, các cơ sở ạ ầ h t ng m ng b phá h y. ạ ị ủ Khi đó, ạ m ng Ad hoc là l a ch n tự ọ ối ưu để các thi t b truy n thông liên l c v i nhau m t cách nhanh chóng, khơng ph thu c vào ế ị ề ạ ớ ộ ụ ộ
h t ng s n có t i khu vạ ầ ẵ ạ ực đó [59][96];
+ Ứng d ng trong h i ngh , sân bay, ụ ộ ị trường h c cọ : húng ta cũng có thể thi t l p các ế ậ
m ng Ad ạ hoc trong trường học, thư viện, sân bay k t n i các thi t b để ế ố ế ị di động (máy tính xách tay, n tho i thông minh, các thi t b khác) l i v i nhau, có th điệ ạ ế ị ạ ớ để ể trao đổi, chia s ẻ
d u, làm vi c v i nhau [70](pp.6-22)[84](pp.293-306); ữliệ ệ ớ
+ Ứng d ng trong các d ch v kh n c p: ụ ị ụ ẩ ấ các trường h p n ợ ày ng d ng r t nhi u ứ ụ ấ ề
trong th c t , ví d ự ế ụ các trường h p thiên tai, h a ho n hoợ ỏ ạ ặc các trường h p kh n c p thì ợ ẩ ấ
giải pháp thơng thường là dùng thi t b không dây. Tuy nhiên, ế ị khi đó khơng thể ử ụ s d ng h ạ
t ng khơng dây ầ đang sẵn có vì có th b h ng ho c khơng có sể ị ỏ ặ ẵn, do đó mạng MANET là g i pháp hi u qu [96]; ả ệ ả
+ Ứng d ng h th ng nhúng, k t n i các h thụ ệ ố ế ố ệ ống điệ ửn t , m ng c m bi n: ngày càng ạ ả ế
nhi u h ng tề ệthố ại gia đình, hoặc các thi t b k t n i v i ế ị ế ố ớ nhau như ti vi, thi t b ế ị trò chơi điệ ử, điện t n tho i, ho c các h thạ ặ ệ ống điều khi n khác, giúp chúng có th giao ti p v i ể để ể ế ớ
nhau thì m ng Ad hoc s r t phù hạ ẽ ấ ợp để ạ t o nên m t h ng thông minh có kh ộ ệthố ả năng ếk t n i v i nhau. Mố ớ ột ứng dụng khác đang áp dụng trong quân s , y t , tình báo, kh o c h c ự ế ả ổ ọ
12
bao gồm các b c m biộ ả ến có kích thước nh s k t n i v i nhau c hi n các công vi c ỏ ẽ ế ố ớ đểthự ệ ệ như cảm biến môi trường, th i ti t, y t , nông nghi p [43][50]; ờ ế ế ệ
+ Ứng d ng cho các thi t b thông minh k t n i Internet: ụ ế ị ế ố đây là một lĩnh vực m i và ớ
khá tiềm năng của m ng MANET, m t th c t i v i các thi t b thông minh ạ ộ ự ế đố ớ ế ị như ô tô,
ho c các thi t b khác có th k t n i Internet thông qua m ng MANET là m t cách ti p cặ ế ị ể ế ố ạ ộ ế ận h p lýợ , đây cũng là hướng ng d ng Internet of Things [21][81]; ứ ụ
+ Ứng d ng trong giao thông: ụ đây là m t ộ lĩnh vự ức ng d ng quan tr ng hi n nay, các ụ ọ ệ phương tiện giao thông là các nút m ng và có th t ạ ể ự thu phát để có th liên l c, chia s và ể ạ ẻ
trao i thông tin vđổ ới nhau, đ ều này cũng tương tự ới v i tàu bi n, ô tô và ể các phương tiện khác [78].
Các đặc điể cơ bảm n c a m ng MANET ủ ạ
V i nhớ ững đặc tính và lĩnh vự ức ng d ng, m nút trong m ng MANET u có ụ ỗi ạ đề
những đặc điểm v nguề ồn năng lượng, b ph n thu phát sóng khác nhau. Chúng có th di ộ ậ ể
chuy n mể ọi hướng theo tốc độ khác nhau, với đặc điểm các thi t b khác nhauế ị , do đó
chúng ta có th ểthấy được m t s ộ ố đặc điểm chính c a m ng MANET [70](pp.1-6) ủ ạ như sau:
+ C u hình mấ ạng động và t c u hình: vự ấ ới đặc điểm khơng ph thu c vào b t k ụ ộ ấ ỳ cơ
s h t ng nào, c nút di chuy n ở ạ ầ ác ể do đó cấu hình m ng ln ạ thay đổi tùy theo các mức độ
di chuy n c các nút m ng. ây ể ủa ạ Đ là đặc điểm cơ bản và quan tr ng c a m ng MANET, và ọ ủ ạ
nó ảnh hưởng đến việc định tuy n chế ọn đường đi và duy trì đường đi trong các thuật toán
định tuy n. ế Do đó cần định tuy n lế ại đường đi liên tục và kh ả năng mất gói tin cao hơn do
việc xác định lại đường đi không k p th i; ị ờ
+ Kho ng cách sóng ng n: M ng MANET d a trên các công ngh m ng WLAN do ả ắ ạ ự ệ ạ đó k ảho ng cách phát sóng c a các thi t b mủ ế ị ạng cũng chính là kho ng cách thu phát c a ả ủ
các thi t b ế ị di động tham gia vào mạng, vì v kho ng cách phát sóng khá h n ch ; ậy ả ạ ế
+ Định tuy n ế đa chặng: Do không s d ng các b nh tuyử ụ ộ đị ến, do đó mỗi nút ph i có ả
chức năng như ộm t b nh tuy n và gói tin chuy n ti p t ộ đị ế ể ế ừ nút này đến nút khác để cho phép chia s , truy n tin gi a các nút; ẻ ề ữ
+ Các nút m ng v i nạ ớ ăng lượng h n ch : H u h t các thi t b ạ ế ầ ế ế ị di động u s d ng đề ử ụ
ngu n nuôi là pin nên khi tham gia vào m ng MANET chúng b h n ch v ồ ạ ị ạ ế ề năng lượng, kh ả năng xử lý c vi x lý (CPU)ủa ử , kích thước b nh , kh ộ ớ ả năng xử lý tín hi u và mệ ức
năng lượng phát và nh n sóng, tín hi u. ậ ệ Điều này cũng là vấn đề quan tr ng cho vi c nh ọ ệ đị
tuy n vì cế ần năng lượng nhiều hơn để chuy n ti p các gói tin v i vai trị là b nh tuyể ế ớ ộ đị ến c a các nút; ủ
+ Băng thông hạn ch : Các k t n i ế ế ố khơng dây có băng thơng thấp hơn so với đường truy n cáp và chúng còn ch u ề ị ảnh hưởng c a nhi u, suy gi m tín hiủ ễ ả ệu, các điều ki n giao ệ
thoa vì th ế băng thông thự ế thườc t ng nh ỏ hơn băng thông truy n d n tề ẫ ối đa Dung lượ. ng thấp thường gây ra các vấn đề ắ t c nghẽn, nghĩa là ật độ lưu lượm ng tổng thường vượt quá
dung lượng c a m ng c bi t khi s nút c a m ng trong mủ ạ đặ ệ ố ủ ạ ột vùng tăng lên trong lúc năng
l c c a mự ủ ạng thì khơng tăng tương ứng [68];
+ B o m v t lý h n chả ật ậ ạ ế: Đặc điểm c a m ng MANET là truy n sóng qua mơi ủ ạ ề trường khơng khí, điều này khiến cho cơ chế ả b o mật kém hơn so ớ mơi trườv i ng truyền
13
cáp vì nó tiềm ẩn nhiều nguy cơ bị ấn cơng, nghe lén đườ t ng truy n, gi m o, t n công ề ả ạ ấ
ki u DoS [70](pp.249-264). ể
Như vậy, với các đặc điểm c a m ng MANET, chúng ta th y r ng m ng MANET ủ ạ ấ ằ ạ đượ ức ng d ng khá ph bi n và vi c nghiên c u các vụ ổ ế ệ ứ ấn để để gi i quy t nhả ế ững nhược
điểm trên c a mủ ạng MANET để tăng ệ hi u qu , tính ng d ng h th ng m ng này là m t ả ứ ụ ệ ố ạ ộ
vấn đề có tính i s và th c tithờ ự ự ễn cao để góp ph n nâng cao chầ ất lượng mạng đáp ứng các yêu c u ng d ng trong ầ ứ ụ các lĩnh vực như đã đề ậ c p.
1.3 Các y u t ế ố ảnh hưởng hiệu năng và phương pháp đánh giá hiệu năng m ng ạ
MANET
1.3.1 Các vấn đề đị nh tuy n trong m ng MANET ế ạ
Như đã phân tích ph n trênở ầ , các đặ điểc m chính c a m ng Ad hoc nói chung và ủ ạ
m ng MANET nói riêng bao g m các thi t b có tài nguyên h n ch (ch y u s d ng ạ ồ ế ị ạ ế ủ ế ử ụ
ngu n là pin)ồ , băng thông thấp, t l l i cao và tô pô m ng ỷ ệ ỗ ạ động. Do đó, do đó vấn đề quan trọng trong thi k cho các giao thết ế ức định tuy n m ng Ad hoc phế ạ ải đạt đượ các đặc c tính sau :
+ Phụ ải điề t u khi n t i thi u (Minimal control overhead): Ki m sốt vi c g i gói tin ể ố ể ể ệ ử để ế ti t kiệm băng thông, ảgi m chi phí x ử l và năng lượng pin cho c vi c truy n và nh n ả ệ ề ậ
gói tin. B i vì s dở ử ụng băng thơng là một ph n chi phí c a giao thầ ủ ức định tuy nế , do đó phải thi t k ế ế theo hướng không nên g i nhiử ều hơn số lượng t i thiố ểu các thông báo điều khiển c n cho các hoầ ạt động, sao cho con s này là t i thi u. Trong khi truy n ố ố ể ề tinnăng lượng tiêu thụ ấ g p nhi u l n khi nhề ầ ận, do đó việc ki m sốt giể ảm thơng báo cũng giúp ử ụs d ng năng lượng pin hi u qu ệ ả hơn;
+ Phụ ả t i x lý t i thi u (Minimal processing overhead): Các thu t tốn tính tốn ử ố ể ậ
ph c tứ ạp địi hỏi nhi u chu trình x lý trong các thi t b . Các chu trình x lý làm cho các ề ử ế ị ử
thi t b ế ị di động s d ng nhi u ngu n tài nguyên và tiêu th nhiử ụ ề ồ ụ ều năng lượng pin hơn. Các giao thức đơn giả hơn ớn v i yêu c u quá trình x lý t i thi u t thi t b ầ ử ố ể ừ ế ị di động thì s d n ẽ ẫ đến năng lượng pin được d tr cho các nhi m v ự ữ ệ ụ theo định hướng ngườ ử ụi s d ng nhi u ề hơn, đồng th i kéo dài th i gian s d ng nguờ ờ ử ụ ồn năng lượng hơn;
+ Khả năng định tuyến đa chặng (Multihop routing capability): Ph m vi truy n d n ạ ề ẫ
không dây c a các nút ủ thường b i h n, các nút ngu n và ị giớ ạ ồ đích có thể khơng n m trong ằ
ph m vi truy n d n tr c ti p cạ ề ẫ ự ế ủa nhau. Do đó, các giao thức định tuy n ph i có kh ế ả ả năng
khám phá các đường đi đa chặng gi a nguữ ồn và đích để ế ố k t n i a các nút là có th xgiữ ể ảy ra.
Như vậy, m t trong nh ng vộ ữ ấn đề quan trọng đố ớ ệ ối v i h th ng m ng Ad hoc là vi c ạ ệ
tối ưu giao thức định tuyến để truy n d u trong h ng m ng là khá ph c tề ữliệ ệthố ạ ứ ạp, địi hỏi phải có các cơ chế điề u khi n phù h p v i t ng mơ hình c ể ợ ớ ừ ụthể, đây là m t trong nh ng ộ ữ
h n ch l n nh t c a m ng Ad hoc làm ạ ế ớ ấ ủ ạ ảnh hưở g đế ốc độn n t và tín tin c y trong truy n d ậ ề ữ
liệu. Ngoài ra, vi c b nhi u và m t gói tin trong q trình truy n d ệ ị ễ ấ ề ữ liệu c a m ng ad hoc ủ ạ
14
hi u qu ệ ả hơn ựd trên các giao th c chua ứ ẩn để nâng cao hi u qu c giao thệ ả ủa ức định tuyến và hiệu năng ủc a h ng mệthố ạng MANET.
1.3.2 Vấn đề ử ụ s d ng các thuật toán định tuy n trong m ng MANET ế ạ
V i nhớ ững đặc điểm c a m ng MANET ủ ạ như đã trình bày ở trên, vi c áp d ng các ệ ụ
thu t toán nh tuy n s d ng cho các giao th m ng vậ đị ế ử ụ ức ạ ới các đặc điểm tỷ l l i gói tin ệ ỗ
thấp, băng thơng l n, c u hình mớ ấ ạng ít thay đổ như i thuật toán định tuyến theo véc tơ
kho ng cách (Distance Vector Routing) hay thu t toán nh tuyả ậ đị ến theo trạng thái liên k t ế
(Link State Routing) thì c n ph i nghiên c u, xem xét tính phù h p có th áp d ng hiầ ả ứ ợ để ể ụ ệu qu . Chúng ả ta đánh giá ộ ố ấn đề ủm t s v c a thuật toán định tuy n véế c tơ khoảng cách và trạng thái liên k t khi áp d ng trong m ng ế ụ ạ MANET như sau:
Thứ nh t, thu t toán nh tuy n theo tr ng thái liên k t và ấ ậ đị ế ạ ế véc tơ khoảng cách được thi t k cho m tô pô ế ế ột tĩnh Như vậ. y thu t toán ng thái liên k và thu t toán vậ trạ ết ậ éc tơ
kho ng cách s làm vi c t t trong mả ẽ ệ ố ạng Ad hoc có tính di động th p, t c là m t m ng mà ấ ứ ộ ạ
tô pô không thay đổi thường xuyên. M t nộ hược điểm thu t toán ng thái liên k t và véc là ậ trạ ế tơ khoảng cách ph thu c nhi u vào các thông báo kiụ ộ ề ểm soát định k . ỳ Giả ử ật độ s m phát sinh lưu lượng c a mủ ỗi nút là như nhau, khi ố lượs ng các nút m ng l n dạ ớ ẫn đến s ố lượng
các đích đến cũng lớn, đ ềi u này đòi hỏi trao đổ ữ ệ ớn và thười d li u l ng xuyên gi a các nút ữ
m ng. Trong c t là t t c các thông tin c p nh t trong m t m ng Ad hoc ạ thự ế ấ ả ậ ậ ộ ạ được k t nế ối và truy n khơng dây ề do đó tiêu tốn các tài ngun như băng thông, năng lượng pin và thời gian vi x ử lý, trong khi c ả phương pháp định tuy n theo ng thái liên k và vế trạ ết éc tơ
kho ng cách u c gả đề ố ắng để duy trì các đường đi cho các đích đến có th truy cể ập. Đ ềi u này c n thilà ầ ết để duy trì các đường đi ln s n sàng s dẵ ử ụng được và cũng làm tăng
ngu n tài nguyên yêu c u. ồ ầ
Thứ hai, một đặc tính khác c a các giao thủ ức này là chúng gi nh các liên k t theo ả đị ế hai hướng đố ứi x ng, ví d : vi c truy n gi a hai nút m ng ho c hai tr m hoụ ệ ề ữ ạ ặ ạ ạt động tốt như
nhau trong c ả hai hướng, tuy nhiên trong môi trường truyền không dây đ ềi u này không phải lúc nào cũng đúng như vậy.
T nhừ ững đặc điểm này, các thu t toán giao thậ ức định tuy n ng thái liên k và véc ế trạ ết
tơ khoảng cách không th áp d ng hồn tồn trong m ng MANET. Vì v y, chúng ta ph i ể ụ ạ ậ ả