MHWN s Multihop Wireless Networks

Chương 2 : Các vấn đề về giao thức tầng giao vận trong Multi-hop Wireless Networks

2.1 MHWN s Multihop Wireless Networks

2.1.1 Giới thiệu về Multihop Wireless Networks

Mạng Multi-hop Wireless Network là một mạng lưới các nút mạng được nối với nhau bằng liên kết truyền thông không dây. Do phạm vi truyền sóng (tranmission range) trong mơi trường khơng dây hạn chế, các nút có thể khơng có khả năng giao tiếp trực tiếp với nhau. Vì vậy trong MHWNs, có một hoặc nhiều nút mạng trung gian dọc theo đường truyền tiếp nhận và chuyển tiếp các gói tin cho người khác thông qua mạng không dây[7][8][9].

Điều này khác với mạng di động và mạng nội bộ không dây (Wireless LAN), những nơi giao tiếp không dây chỉ thực hiện trên các liên kết cuối cùng giữa một trạm cơ sở và thiết bị đầu cuối, ví dụ: máy tính xách tay, điện thoại di động. MHWN có nhiều lợi thế hơn mạng WLAN.

 Mạng MHWN có thể mở rộng vùng phủ sóng của mạng lưới và cải thiện kết nối một cách hiệu quả khơng tốn chi phí và có thể triển khai rộng rãi mà khơng phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng của mạng

 MHWN giảm tiêu thụ năng lượng do truyền dữ liệu giữa các liên kết ngắn làm tiêu thụ ít điện năng hơn so với trên một phạm vi liên kết dài số lượng các bước (hop).

 Có thể lựa chọn nhiều tuyến đường giữa các nút trong mạng Multi-hop Wireless Network giúp cải thiện sự ổn định và hiệu suất của mạng.

2.1.2 Đặc điểm và ứng dụng của mạng MHWNs

Multi-hop Wireless Network có thể được gọi khác nhau trong các trường hợp được sử dụng vào các ứng dụng khác nhau. Wireless Mesh Network (WMN) được đề xuất để cung cấp dịch vụ Internet băng thông rộng cho người sử dụng dân sự. WMN bao gồm bộ định tuyến lưới và các client dạng lưới, nơi mà các bộ định tuyến lưới gần như cố dịnh thì được gọi là xương sống của mạng và là nơi giao tiếp với các client thông qua các liên kết lưới khơng dây[8]. Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của một lưới mạng không dây, số lượng các kênh sử dụng, cấu trúc mạng thay đổi liên tục, các nút mạng có tính di động,…vv.

30

Một loại MHWNs đó là Mobile Ad-hoc Network (MANET). MANET là một tập hợp của những nút (node) mạng khơng dây, những nút này có thể được thiết lập tại bất kỳ thời điểm nào và bất kỳ nơi nào, mà không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng nào. Nó là một hệ thống tự trị mà máy chủ di động được kết nối bằng đường vơ tuyến và có thể di chuyển tự do. Hậu quả của việc di chuyển tự do này là cấu trúc mạng trong MANET sẽ thay đổi thường xuyên. Những tuyến đường được thiết lập giữa các nút bị thay đổi liên tục, dẫn tới các liên kết bị phá hủy, gây mất thời gian khi phải thiết lập lại các liên kết đó. Do đó thách thức lớn nhất của mạng MANET đó là định tuyến, tìm ra tuyến đường ngắn, ổn định và hợp lý nhất là vấn đề quan trọng nhất.

Hình 2.1: Mobile Ad-hoc Network

Một biến thể khác của MANET đó là Vehicular Ad hoc Network (VANET) có các nút được thường được di chuyển. Điểm khác nhau lớn nhất giữa MANET và VANET đó là, sự di chuyển của các nút trong VANET là có tổ chức chứ khơng di chuyển ngẫu nhiên như trong MANET, do đó sự di động của các nút có thể sự đoán được trong khoảng thời gian nhất định. VANET được ứng dụng vào trong những ứng dụng đảm bảo độ an toàn và chính xác cao, ví dụ như trong giao thơng, các nút mạng có thể thơng báo cho nhau các thơng tin về tai nạn và ùn tắc giao thông.

Bảng bên dưới đây liệt kê các ứng dụng của MHWNs. Cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và cải thiện hiệu suất cũng như tính ổn định của MHWNs.

31 Tactical

networks

• Military communication and operations • Automated battlefields

Emergency services

• Search and rescue operations • Disaster recovery

• Replacement of fixed infrastructure in case of environmentaldisasters

• Policing and fire fighting

• Supporting doctors and nurses in hospitals

Commercial and civilian

• E-commerce: electronic payments anytime and anywhere

environments • Business: dynamic database access, mobile offices

• Vehicular services: road or accident guidance, transmission ofroad and weather conditions, taxi cab network, inter-vehicle networks

• Sports stadiums, trade fairs, shopping malls

• Networks of visitors at airports Home and

enterprise • Home/office wireless networking networking • Conferences, meeting rooms

• Personal area networks (PAN), Personal networks (PN)

• Networks at construction sites Education • Universities and campus settings

• Virtual classrooms

• Ad hoc communications during meetings or lectures

Entertainment • Multi-user games

• Wireless P2P networking • Outdoor Internet access

32 • Robotic pets • Theme parks

Sensor networks

• Home applications: smart sensors and actuators embedded inconsumer electronics

• Body area networks (BAN) • Data tracking of environmental

conditions, animalmovements, chemical/biological detection Context aware

services

• Follow-on services: call-forwarding, mobile workspace

• Information services: location specific services, timedependent services • Infotainment: touristic information Coverage

extension

• Extending cellular network access • Linking up with the Internet, intranets,

etc.

Bảng 2.2: Bảng liệt kê các ứng dụng của MHWNs

2.1.3 Những vấn đề trong mạng Multihop Wireless Network

Mặc dù MHWN có rất nhiều ưu điểm nổi bật cũng như tính năng hữu ích, nhưng cũng gặp phải những vấn đề cần được nghiên cứu và cải thiện. Việc triển khai nhiều hop rất đến việc quản lý không tập trung trong việc định tuyến và gây ra tình trạng hiệu suất bị sụt giảm mạnh. Do tất cả các nút trong mạng hoạt động như một bộ định tuyến độc lập chuyển tiếp các gói tin trên toàn mạng, đồng thời trong cùng một phạm vi truyền tin chỉ có một hop được phép truyền tin (quy tắc kiểm soát truy cập mạng khơng dây). Việc kiểm sốt cấu trúc liên kết đòi hỏi phải có một chương trình truyền tải phù hợp với mức nhiễu tối thiểu chấp nhận được. Nhiều thuật toán điều khiển cấu trúc liên kết dựa trên địa điểm, năng lượng, hướng và các nút lân cận đã được phát triển để giải quyết những vấn đề trên.

Trong MHWN, mỡi nút có thể được trang bị nhiều giao diện vơ tuyến có phạm vi truyền tải và tần số khác nhau, dẫn tới nhiều vấn đề phát sinh liên quan đến các nút (hidden node, exposed) và phạm vi truyền dẫn sẽ được trình bày cụ thể ở phần 2.2. Hoạt

33

động của các nút mạng trong cùng một phạm vi bị hạn chế, dẫn tới không tận dụng được hết toàn bộ tài nguyên trong hệ thống. Vì vậy việc thiết kế thuật tốn định tuyến trong