Tóm tắt luận văn ĐÁNH GIÁ SỰ TÁC ĐỘNG CỦA TỐC ĐỘ DI CHUYỂN VÀ TẢI DỮ LIỆU ĐỐI VỚI HIỆU NĂNG ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC

Tóm tắt luận văn ĐÁNH GIÁ SỰ TÁC ĐỘNG CỦA TỐC ĐỘ DI CHUYỂN VÀ TẢI DỮ LIỆU ĐỐI VỚI HIỆU NĂNG ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC Sau thời gian học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, bằng sự biết ơn và kính trọng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo và Khoa Công nghệ thông tin thuộc Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên cùng các thầy, cô giáo đã nhiệt tình hướng dẫn, giảng dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này.Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy TS. Nguyễn Đình Dũng, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè cùng đồng nghiệp đã tạo điều kiện sát, nghiên cứu để tôi hoàn thành đề tài này.Tuy nhiên điều kiện về năng lực bản thân còn hạn chế, luận văn chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.Xin trân trọng cảm ơn

1 1 MỞ ĐẦU Trong mơ hình mạng 4GN, xoay quanh hệ thống mạng lõi Internet, với mạng viễn thông tế bào, mạng viễn thông vệ tinh, mạng không dây diện rộng, mạng không dây cục bộ, có xuất mạng ad hoc Sự xuất cho thấy tầm quan trọng mạng ad hoc công nghệ mạng truyền thông đại khả ứng dụng rộng rãi vào nhiều lĩnh vực khác từ hỗ trợ tác chiến quân đội; dự báo cảnh báo thiên tai, thảm họa; ứng dụng thương mại, gia đình, văn phịng, giáo dục giải trí; theo dõi điều hành giao thơng tới dịch vụ theo dõi chăm sóc sức khỏe cho người Trong nhiều năm qua, nghiên cứu để giải vấn đề mạng ad hoc trải từ tầng Ứng dụng tới tầng Vật lý mơ hình OSI nhiều nhà khoa học quan tâm nhằm đưa mạng ad hoc có khả ứng dụng ngày rộng rãi phục vụ sống người Do tính chất di động khả thêm rời bỏ kết nối mạng tự nút mạng di động nên topo mạng ad hoc thường xun thay đổi Thêm vào đó, khơng có định tuyến cố định mạng ad hoc Vì vậy, giao thức định tuyến mạng ad hoc cần thiết kế để thích ứng với tính chất đặc biệt Trong thời gian qua, có nhiều giao thức định tuyến dành cho mạng ad hoc nghiên cứu cơng bố Việc đánh giá tính hiệu mức độ phù hợp giao thức định tuyến mơ hình mạng ad hoc thực tế khó triển khai nghiên cứu mạng ad hoc lý kinh tế công nghệ, sản phẩm thị trường thiết bị mạng ad hoc chưa thực hồn thiện Vì vậy, phần lớn nghiên cứu đánh giá hiệu định tuyến dành cho mạng ad hoc tập trung vào việc sử dụng hệ thống mơ Mục đích đề tài nghiên cứu lý thuyết hoạt động giao thức định tuyến thực nghiệm hệ thống mô tác động tốc độ di chuyển tải liệu hiệu số giao thức định tuyến phổ biến mạng ad hoc Qua đó, rút kết luận khuyến nghị việc sử dụng giao thức định tuyến phù hợp mơ hình mạng ad hoc điều kiện cụ thể Luận văn bố cục sau: Phần mở đầu giới thiệu ý nghĩa, mục tiêu nghiên cứu bố cục luận văn Trong Chương 1, vấn đề tổng quan mạng ad hoc, chuẩn giao thức tầng MAC dành cho mạng ad hoc, chiến lược định tuyến dành cho mạng ad hoc vấn đề đánh giá hiệu mạng ad hoc trình bày Chương luận văn trình bày vấn đề mơ mạng máy tính cơng cụ mơ NS-2 Nội dung Chương trình bày chi tiết chế hoạt động số giao thức thuật toán định tuyến phổ biến mạng ad hoc Chương 2 trình bày kết mơ phân tích đánh giá hiệu số giao thức định tuyến góc nhìn mức độ ảnh hưởng tốc độ di chuyển tải liệu Cuối phần kết luận hướng phát triển luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC 1.1 Giới thiệu mạng ad hoc 1.1.1 Khái niệm mạng ad hoc Mạng ad hoc tập nút di động có khả tự kết nối tự tổ chức để hình thành mạng mà không cần thiết bị hạ tầng mạng sở đóng vai trị trung gian để thu/phát tín hiệu chuyển tiếp liệu Do nút di động sử dụng công nghệ truyền thông không dây truyền thơng phạm vi giới hạn nên cần có hỗ trợ nút lân cận để chuyển tiếp gói liệu Hình 1.1 Minh họa mạng ad hoc 1.1.2 Đặc điểm mạng ad hoc Do ad hoc mạng không dây hoạt động không cần hỗ trợ hạ tầng mạng sở sở truyền thông đa chặng thiết bị di động vừa đóng vai trị thiết bị đầu cuối, vừa đóng vai trò định tuyến nên mạng ad hoc có số đặc điểm bật sau [1]: - Cấu trúc động - Chất lượng liên kết hạn chế - Các nút mạng có tài nguyên hạn chế - Độ bảo mật thấp mức độ vật lý 1.1.3 Ứng dụng mạng ad hoc Ngày nay, mạng ad hoc có nhiều ứng dụng đời sống, kinh tế, xã hội người Mơ hình mạng phù hợp tình 3 cần triển khai hệ thống mạng cách nhanh chóng, linh động thường xuyên có biến đổi cấu trúc mạng Mạng ad hoc có tiềm ứng dụng lớn lĩnh vực sau: - Ứng dụng thương mại - Ứng dụng quân - Ứng dụng phòng chống thiên tai, thảm họa - Ứng dụng giáo dục - Ứng dụng quản lý giao thông - Ứng dụng mạng cảm biến 1.2 Chuẩn IEE 802.11 giao thức tầng MAC mạng ad hoc 1.2.1 Vấn đề trạm ẩn mạng không dây IEEE 802.11b Trong chế độ ad-hoc IEEE 802.11b, hai nút truyền thơng với chúng phạm vi hoạt động Các nút bên phạm vi hoạt động coi “không trông thấy” Vấn đề trạm ẩn xảy hai nút bên phạm vi hoạt động truyền liệu thời điểm tới nút thứ ba (ở phạm vi hoạt động hai nút kia) Do hai nút phạm vi hoạt động nên khơng thể “cảm nhận” tình Xung đột xảy nút thứ ba Để giải vấn đề này, IEEE 802.11b hỗ trợ hai trạng thái hoạt động: DCF – không sử dụng điều khiển tập trung (ở khía cạnh tương tự Ethernet) PCF – sử dụng trạm sở để điều khiển tất hoạt động tế bào (cell) Tất cài đặt phải hỗ trợ DCF PCF tùy chọn 1.2.2 DCF CSMA/CA tầng MAC Để khắc phục vấn đề khơng tương thích dị tìm xung đột mạng có dây mạng khơng dây, IEEE 802.11b sử dụng kỹ thuật tránh xung đột với chiến lược biên nhận tích cực sau (Hình 1.4): Trạm muốn truyền tin cảm nhận kênh truyền Nếu kênh truyền cảm nhận bận, chờ Nếu kênh truyền rỗi khoảng thời gian xác định (được gọi DIFS – Distributed Inter Frame Space), trạm phép truyền tin Bên nhận nhận gói tin thực thuật tốn CRC để dị tìm lỗi, sau đợi khoảng thời gian gọi SIFS (SIFS < DIFS) gửi gói ACK ACK khơng gửi gói tin trạm nguồn gửi bị lỗi bị Nếu bên gửi khơng nhận ACK, giả thiết có xung đột lập kế hoạch truyền lại Khi phát thấy gói tin gửi bị lỗi, kênh truyền phải rỗi khoảng thời gian nhỏ EIFS trước trạm kích hoạt trở lại thuật toán back-off để lập kế hoạch truyền tin 4 4 Hình 1.4 Cơ chế CSMA/CA Việc cảm nhận kênh truyền cảm nhận vật lý kênh truyền Chức cảm nhận tầng vật lý cung cấp Tuy nhiên, nhiều trường hợp cảm nhận vật lý kênh truyền không cung cấp đủ thơng tin cần thiết, ví dụ vấn đề trạm ẩn Do đó, IEEE 802.11b cịn hỗ trợ chiến lược cảm nhận ảo cung cấp NAV (Network Allocation Vector) Hình 1.6 CSMA/CA với cảm nhận sóng mang ảo 1.2.3 Mạng ad-hoc với IEEE 802.11b Trong IEEE 802.11b, chế độ IBSS cho phép triển khai mạng adhoc Để xác định mạng LAN không dây khác vùng, mạng gán với số định danh Trong chế độ ad-hoc (IBSS), số định danh IBSS IBSSID Khi trạm khởi tạo IBSS, IBSSID số 46bits sinh theo thuật toán tạo số ngẫu nhiên cho xác suất để trạm khác tạo số nhỏ Do tính linh động thuật tốn CSMA/CA, đồng hóa trạm theo đồng hồ chung không đủ để nhận truyền liệu IEEE 802.11b sử dụng hai chức đồng hóa trạm IBSS là: (1) thực đồng hóa (2) bảo trì đồng hóa 5 5 Trong môi trường di động, chức quản lý nguồn nuôi đặc biệt quan trọng nút mạng cần thực sách tiết kiệm lượng Trong IBSS, sách tiết kiệm lượng triển khai hồn tồn phân tán Một trạm hai trạng thái lượng khác nhau: - Hoạt động (awake): trạm có đủ lượng - Ngủ (doze): trạm nhận truyền liệu 1.3 Một số chiến lược định tuyến mạng ad hoc - Định tuyến tìm đường trước tìm đường theo yêu cầu - Định tuyến cập nhật định kỳ cập nhật theo kiện - Định tuyến phẳng định tuyến phân cấp - Định tuyến với kỹ thuật tính tốn tập trung tính tốn phân tán - Định tuyến nguồn định tuyến chặng - Định tuyến đơn đường định tuyến đa đường 1.4 Đánh giá hiệu mạng ad hoc Có ba phương pháp phổ biến thường sử dụng để đánh giá hiệu mạng [3] đánh giá kỹ thuật đo lường, đánh giá mơ hình phân tích đánh giá mô Các phương pháp đánh giá hiệu mạng sử dụng để đánh giá hiệu giao thức định tuyến mạng ad hoc - Đánh giá kỹ thuật đo lường - Đánh giá mơ hình phân tích - Đánh giá mô Trong ba phương pháp trên, phương pháp đánh giá mô sử dụng luận văn để đánh giá tác động tốc độ di chuyển tải liệu hiệu định tuyến mạng ad hoc sở sử dụng mô NS2 Đây mô sử dụng rộng rãi nghiên cứu mạng truyền thơng nói chung nghiên cứu mạng ad hoc nói riêng 1.5 Tổng kết Chương Mạng ad hoc tập nút di động có khả tự kết nối tự tổ chức để hình thành mạng mà không cần thiết bị hạ tầng mạng sở đóng vai trị trung gian để thu/phát tín hiệu chuyển tiếp liệu Mỗi nút mạng vừa đóng vai trị thiết bị đầu cuối vừa đóng vai trị định tuyến để tìm đường chuyển tiếp liệu cho nút mạng khác Với ưu điểm độ linh động cao khơng u cầu hạ tầng mạng có sẵn, mạng ad hoc có tiềm ứng dụng vào nhiều lĩnh vực phục vụ cho sống người mạng truyền thông quân sự, cảnh báo thiên tai hiểm họa, giao thông, thương mại, giải trí, giáo dục, … 6 Do nút mạng có khả di chuyển tự ngẫu nhiên nên topo mạng ad hoc thường xuyên thay đổi, liên kết đường truyền liệu mạng thường xuyên bị phá vỡ hình thành Vì giao thức định tuyến mạng ad hoc cần phải thiết kế phù hợp với yêu cầu Có nhiều chiến lược định tuyến thiết kế dành cho mạng ad hoc Mỗi chiến lược có ưu nhược điểm khác sử dụng phù hợp điều kiện, hoàn cảnh khác Chuẩn IEEE 802.11 chuẩn sử dụng rộng rãi tầng Vật lý tầng Liên kết liệu mạng không dây Tuy nhiên chế truy cập môi trường truyền CSMS/CD sử dụng công nghệ IEEE 802.11 Ethernet không phù hợp với mạng khơng dây ad hoc tính chất vật lý mạng không dây vấn đề trạm ẩn Cơ chế truy cập môi trường truyền CSMA/CA DCF chuẩn IEEE 802.11 thiết kế để giải vấn đề kỹ thuật tầng MAC dành cho mạng ad hoc Kỹ thuật cảm nhận sóng mang ảo sở hội thoại gói RTS, CTS, ACK trình bày chi tiết chương Hiệu mạng tiêu chuẩn sử dụng thiết kế khai thác hệ thống mạng Việc đánh giá hiệu mạng nhằm mục đích so sánh thiết kế để tìm thiết kế tốt Có ba phương pháp phổ biến thường sử dụng để đánh giá hiệu mạng đánh giá kỹ thuật đo lường, đánh giá mơ hình phân tích đánh giá mơ Các phương pháp đánh giá hiệu mạng sử dụng để đánh giá hiệu giao thức định tuyến mạng ad hoc Trong ba phương pháp trên, phương pháp đánh giá mô sử dụng luận văn để đánh giá tác động tốc độ di chuyển tải liệu hiệu định tuyến mạng ad hoc sở sử dụng mơ NS2 CHƯƠNG VẤN ĐỀ MƠ PHỎNG MẠNG VÀ PHẦN MỀM NS2 2.1 Tổng quan mô mạng 2.1.1 Khái niệm mô mạng Mô “tiến trình thiết kế mơ hình hệ thống thực áp dụng thí nghiệm với mơ hình nhằm mục đích hiểu hành vi hệ thống và/hoặc đánh giá chiến lược cho hoạt động hệ thống” 2.1.2 Các thành phần mô Các thành phần cấu thành mô bao gồm: - Thực thể (Entity) - Tài nguyên 7 - Hoạt động Sự kiện Bộ lập lịch Biến toàn cục Bộ sinh số ngẫu nhiên Bộ thu thập thống kê 2.2 Giới thiệu mô NS2 NS2 (Network Simulator version 2) công cụ mô hướng kiện xây dựng để sử dụng nghiên cứu lĩnh vực mạng truyền thơng NS2 mơ chức giao thức mạng có dây mạng khơng dây chẳng hạn thuật tốn định tuyến, giao thức TCP, giao thức UDP,… NS2 cung cấp cho người dùng cách thức đặc tả giao thức mạng mơ hoạt động chúng Do tính chất linh hoạt mơ đun hóa tự nhiên, NS2 sử dụng rộng rãi cộng đồng nhà nghiên cứu lĩnh vực mạng truyền thông kể từ sinh vào năm 1989 Kể từ đời nay, NS2 tiến hóa biến đổi mạnh mẽ đánh dấu lớn mạnh trưởng thành cơng cụ với đóng góp nhiều tổ chức cá nhân lĩnh vực nghiên cứu mạng truyền thông 2.3 Kiến trúc NS2 Hình 2.1 cho ta thấy kiến trúc NS2 Người dùng sử dụng lệnh ns với tham số kèm tên file script mô Thông thường sau chạy mô phỏng, người dùng sử dụng file trace tạo để vẽ đồ thị tạo mô trực quan Hình 2.1 Kiến trúc NS2 2.4 Mô kiện rời rạc NS2 NS2 mô kiện rời rạc hành động liên kết với kiện thay với thời gian Một kiện mô 8 kiện rời rạc gồm: thời gian thực hiện, tập hành động tham chiếu tới kiện (Hình 4.1) Mỗi kiện kết nối với với kiện khác hình thành lên chuỗi kiện diễn theo thời gian Không giống mô theo thời gian, mô theo kiện thời gian cặp kiện không thiết phải số Khi khởi động mô phỏng, kiện chuỗi kiện thực từ trái qua phải (theo thứ tự thời gian) Mô NS2 bao gồm hai pha Cấu hình mạng Mơ 2.5 Cấu hình mạng ad hoc NS2 Việc cấu hình mạng ad hoc NS2 trở nên đơn giản NS2 phát triển tích hợp thành phần mơ mạng Để cấu hình mạng ad hoc, cần cấu hình tham số cho nút mạng tạo Cú pháp csript TCL cấu hình nút mạng ad hoc NS2 sau: $ns_ node-config - [- ]…[- ] tên giá trị tương ứng tham số thứ i 2.6 Tổng kết Chương Mô “tiến trình thiết kế mơ hình hệ thống thực áp dụng thí nghiệm với mơ hình nhằm mục đích hiểu hành vi hệ thống và/hoặc đánh giá chiến lược cho hoạt động hệ thống” Một q trình mơ xem dịng tiến trình thực thể mạng Các thành phần cấu thành mô bao gồm thực thể, tài nguyên, hoạt động kiện, lập lịch, biến toàn cục, sinh số ngẫu nhiên thu thập thống kê NS2 công cụ mô hướng kiện xây dựng để sử dụng nghiên cứu lĩnh vực mạng truyền thơng NS2 mơ chức giao thức mạng, đồng thời cung cấp cho người dùng cách thức đặc tả giao thức mạng mô hoạt động chúng Trong kiến trúc NS2, có hai ngơn ngữ NS2 C++ OTcl Trong C++ tạo mô tả bên cho đối tượng mơ OTcl thiết lập mô cách liên kết cấu hình đối tượng lập lịch cho kiện rời rạc C++ OTcl liên kết với TclCL Q trình mơ kiện rời rạc NS2 gồm có pha pha cấu hình mạng pha mơ Việc cấu hình mạng ad hoc NS2 trở nên đơn giản NS2 phát triển tích hợp thành phần mơ mạng Để cấu 9 hình mạng ad hoc, cần cấu hình tham số cho nút mạng tạo CHƯƠNG MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN PHỔ BIẾN TRONG MẠNG AD HOC 3.1 Yêu cầu giao thức thuật toán định tuyến mạng ad hoc Do mạng ad hoc có nhiều điểm khác biệt so với mạng truyền thống nên giao thức thuật toán định tuyến mạng ad hoc phải thiết kế để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật sau: - Thuật toán phải thiết kế cho phù hợp với tính động topo mạng liên kết bất đối xứng - Có khả hoạt động phân tán - Tiết kiệm lượng băng thông mạng - Không để xảy tượng lặp định tuyến - Bảo mật 3.2 Giao thức định tuyến DSDV Giao thức định tuyến DSDV giao thức định tuyến “tìm đường trước” dạng véc tơ khoảng cách điển hình Nó khơng giải vấn đề định tuyến mạng ad hoc mà cịn mơ tả cách thực chức định tuyến Tầng Các gói tin truyền trạm mạng cách sử dụng bảng định tuyến lưu trữ trạm Mỗi bảng định tuyến trạm làm việc danh sách đích đến từ trạm số lượng chặng phải chuyển qua để đến đích Mỗi dịng bảng định tuyến gán thêm số thứ tự, số trạm đích thành lập Để trì tính quán bảng định tuyến hình trạng mạng thay đổi động, trạm phải định kỳ gửi nhận thông tin cập nhật gửi thông tin cập nhật phát thay đổi Vì vấn đề lưu trữ dạng thông tin thời gian đồng máy không đặt nên mối quan hệ theo pha thời gian cập nhật trạm di động khơng tính đến Trong thuật toán định tuyến dạng véc tơ khoảng cách, trạm sử dụng gói tin quảng bá từ trạm khác để xác định từ truy cập tới trạm số lượng chặng cần thiết để tới trạm cần truy cập Vấn đề đưa tập trung vào việc đưa số thứ tự liên kết với đường không tập trung vào việc đưa độ đo khoảng cách cho đường Các gói tin truyền chứa địa Tầng (MAC) địa Tầng (Network) 10 10 10 3.3 Giao thức định tuyến AODV AODV giao thức định tuyến động, hoạt động theo yêu cầu, đa chặng tự khởi động nút di động mạng khơng dây phi cấu trúc Nó cho phép nút tìm đường tới đích cách nhanh chóng khơng u cầu nút trì đường tới đích khơng truyền thơng Đồng thời, giao thức cho phép nút di động làm việc với thay đổi hình trạng mạng liên kết bị đứt AODV giao thức có khả tránh định tuyến lặp có tốc độ hội tụ nhanh hình trạng mạng thay đổi Khi liên kết bị đứt, AODV tạo hiệu ứng để báo cho tập nút liên quan cập nhật thông tin đường bị lỗi Giao thức sử dụng số thứ tự đích cho entry bảng định tuyến để biểu diễn “độ mới” đường Số thứ tự đích nút đích tạo đưa vào gói tin điều khiển với thông tin định tuyến khác gửi đến nút có u cầu tìm đường Nút u cầu lựa chọn đường có số thứ thứ lớn Các gói yêu cầu đường (RREQ), trả lời đường (RREP), báo lỗi đường (RERR) gói Hello gói điều khiển định nghĩa AODV Khi nút cần tìm đường đến đích, quảng bá gói RREQ Q trình quảng bá gói RREQ tạo đường nghịch (reverse route) hướng tới nút nguồn nút nhận gói Khi nút nhận gói RREQ, nút đích nút trung gian có thơng tin đường “đủ mới” thoả mãn yêu cầu nút nguồn, gửi gói RREP dạng unicast tới nút nguồn để trả lời đường Q trình truyền gói RREP tạo đường thuận (forward route) hướng tới nút đích nút nhận gói Gói Hello sử dụng để theo dõi trạng thái liên kết Khi liên kết thuộc đường bị đứt gói RERR sử dụng để báo lỗi đường cho nút láng giềng qua “danh sách trỏ trước” Quản lý số thứ tự việc thiết yếu để tránh định tuyến lặp Một nút đích trở thành nút khơng đến liên kết bị đứt trạng thái không hợp lệ Khi điều kiện xảy ra, đường chứa liên kết coi hiệu lực thao tác gán số thứ tự đánh dấu bảng định tuyến đường không hợp lệ 3.4 Giao thức định tuyến DSR Giao thức DSR giao thức định tuyến đơn giản hiệu thiết kế để sử dụng mạng khơng dây kiểu khơng cấu trúc có nhiều chặng Nó cho phép việc tổ chức cấu hình máy di động mạng diễn tự động hoàn toàn Giao thức bao gồm hai chế chế Tìm đường chế Duy trì đường Hai chế phối hợp với phép nút di động tìm trì đường tới đích mạng không dây kiểu không cấu trúc Việc sử dụng kiểu định tuyến nguồn cho phép tránh khỏi vấn đề định tuyến 11 11 11 vòng, nút mạng trung gian không cần phải cập nhật liên tục thông tin định tuyến cho phép nút chuyển tiếp đọc lưu thông tin định tuyến cần thiết từ gói liệu để sau sử dụng Giao thức DSR cho phép nút mạng tự khám phá đường nguồn qua nút mạng trung gian tới nút đích mạng ad hoc Mỗi gói liệu gửi sau chứa danh sách đầy đủ nút trung gian mà gói phải qua để đến đích mà khơng có vấn đề di chuyển theo vòng diễn đồng thời tránh khỏi việc cập nhật liên tục thông tin định tuyến nút trung gian chuyển tiếp gói tin liệu Bằng cách đưa đường nguồn vào phần header gói liệu, nút chuyển tiếp gói tin dạng dễ dàng lưa trữ lại để sử dụng Giao thức DSR giao thức yêu cầu mức độ xử lý nhẹ nhàng để đáp ứng lại với thay đổi nhanh hình trạng mạng dịch vụ có độ tác động trở lại cao để đảm bảo truyền gói liệu cách thành cơng dọc theo chuỗi nút mạng di động điều kiện mạng thay đổi thường xuyên 3.5 Tổng kết Chương Do đặc điểm khác biệt tính di động, vắng mặt thiết bị hạ tầng mạng sở, tính chất phân tán nên giao thức thuật toán định tuyến mạng ad hoc phải giải yêu cầu khả tìm đường qua liên kết bất đối xứng, tiết kiệm tài nguyên mạng, khả định tuyến hiệu topo mạng thay đổi liên tục, đảm bảo tính bảo mật Nội dung Chương tập trung trình bày chế hoạt động giao thức định tuyến tiêu biểu dành cho mạng ad hoc giao thức định tuyến dạng bảng tìm đường trước DSDV, giao thức định tuyến theo yêu cầu AODV giao thức định tuyến nguồn DSR Ngay sau khởi động, nút mạng sử dụng giao thức định tuyến DSDV để trao đổi thông tin định tuyến dạng bảng với nút lân cận Đây dạng giao thức định tuyến “tìm đường trước” Số chặng sử dụng giao thức DSDV để làm độ đo đường Có hai dạng quảng bá định tuyến giao thức DSDV Trong chế quảng bá định kỳ gửi đầy đủ thông tin bảng định tuyến nút mạng chế quảng bá bổ sung gửi thông tin cập nhật so với lần gửi thông tin đầy đủ gần để tiết kiệm tài nguyên mạng Giao thức định tuyến DSDV sử dụng số thứ tự đích để phân biệt độ đường Giao thức định tuyến AODV khơng tìm đường trước có yêu cầu truyền liệu Khi có yêu cầu truyền liệu tới đích đó, nút mạng khởi động tiến trình khám phá đường Tiến trình thực 12 12 12 thuật toán lan truyền gói tin yêu cầu đường RREQ qua nút trung gian Tại nút mạng, đường tới nút nguồn hình thành Khi gói RREQ đến nút đích nút trung gian biết đường tới nút đích, gói trả lời đường RREP gửi lại theo đường tới nút nguồn Khi có lỗi xảy ra, gói RRER sử dụng để báo lỗi đường kích hoạt lại tiến trình tìm đường Giao thức AODV sử dụng số thứ tự đích để phân biệt tính đường sử dụng số chặng làm độ đo giá trị đường Giao thức DSR giao thức định tuyến tìm đường theo yêu cầu dạng véc tơ khoảng cách, sử dụng số chặng làm độ đo định tuyến tương tự giao thức định tuyến AODV Tuy nhiên thông tin nút trung gian đường đưa vào gói tin điều khiển định tuyến để nút mạng biết thơng tin đầy đủ đường hình thành qua nút trung gian Thuật toán định tuyến gọi định tuyến nguồn CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG ĐỊNH TUYẾN 4.1 Mục đích phạm vi đánh giá hiệu Các giao thức định tuyến tiêu biểu DSDV, AODV DSR trình bày Chương sử dụng chiến lược, thuật toán, chế kỹ thuật định tuyến khác hướng tới mục tiêu định tuyến hiệu mạng ad hoc Đối với hệ thống mạng bất kỳ, hiệu giao thức định tuyến tải lưu lượng liệu truyền qua mạng thay đổi phép đo cần thiết để xem xét tính hiệu phù hợp giao thức Đặc biệt, mạng ad hoc, tính di động nút mạng ảnh hưởng nhiều đến hiệu mạng Vì mục đích chương đánh giá hiệu mạng sử dụng giao thức định tuyến DSDV, AODV DSR tác động tải liệu tốc độ di chuyển nút mạng Với mục đích trên, thử nghiệm mơ chương phân tích kết mơ để so sánh hiệu mạng sử dụng giao thức định tuyến DSDV, AODV DSR tác động yếu tố: Tốc độ di chuyển nút mạng; Thời gian tạm dừng lần di chuyển; Số lượng kết nối liệu; Số lượng nút mạng Các giao thức đánh giá tham số hiệu bao gồm: Tỉ lệ truyền gói thành cơng, độ trễ đầu cuối trung bình, thơng lượng tải định tuyến 4.2 Các thông số thiết lập mô 13 13 13 Các thử nghiệm mô để đánh giá hiệu giao thức định tuyến DSDV, AODV DSR thực sở thiết lập thông số mô theo kịch khác nhằm đánh giá hiệu giao thức tác động thay đổi tốc độ di chuyển tải định tuyến Để đánh giá tác động tốc độ di chuyển với hiệu định tuyến, có kịch sử dụng (1) thay đổi tốc độ di chuyển tối đa nút mạng (2) thay đổi thời gian tạm dừng lần di chuyển Để kiểm nghiệm tác động tải liệu hiệu định tuyến, có kịch sử dụng (3) thay đổi số lượng kết nối truyền liệu (số lượng luồng liệu) (4) thay đổi số lượng nút mạng Các thông số mô liệt kê Bảng 4.1 Loại thông số Giá trị Giao thức định tuyến DSDV, AODV, DSR Giao thức tầng Transport UDP Diện tích vùng mơ 1000 x 800 Kiểu địa Flat Tầng liên kết liệu LLC Tầng MAC 802.11 Kiểu kênh truyền Wireless Loại ăng ten Omni antenna Thời gian mô 1000 s Loại liệu CBR Kích thước gói liệu 512 bytes Bảng 4.1 Các thông số mô Mỗi kịch mô chạy 10 lần với topo mạng sinh ngẫu nhiên lần chạy sử dụng kịch mô cho giao thức Kết hiệu giao thức tính theo giá trị trung bình cộng 10 lần chạy cho giao thức 4.2 Mô đánh giá ảnh hưởng tốc độ di chuyển 4.2.1 Ảnh hưởng tốc độ di chuyển Để kiểm nghiệm tác động số lượng kết nối truyền liệu đến hiệu mạng, mô thực với: số lượng nút 40; tốc độ di chuyển nút mạng nhận giá trị 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 (m/s); thời gian tạm dừng 10 giây; số lượng kết nối liệu 10 Kết tham số hiệu tính trung bình từ kết 10 lần chạy mơ • Tỷ lệ truyền gói tin liệu thành cơng 14 14 14 Hình 4.1 Biểu đồ Tỉ lệ truyền gói thành cơng theo Tốc độ di chuyển Biểu đồ Hình 4.1 cho thấy tốc độ di chuyển tăng lên, tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức có xu hướng giảm Tuy nhiên mức độ sụt giảm tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức AODV nhiều DSR • Trễ đầu cuối trung bình Biểu đồ Hình 4.2 cho thấy tốc độ di chuyển tăng lên, thời gian trễ trung bình truyền gói tin liệu từ nút nguồn tới nút đích giao thức DSR tăng nhanh Đối với giao thức AODV giao thức DSDV, thời gian trễ không bị tác động nhiều tốc độ di chuyển nút mạng Tuy nhiên giao thức AODV có thời gian trễ trung bình truyền gói tin liệu từ nguồn tới đích thấp so với giao thức DSDV Hình 4.2 Biểu đồ Trễ đầu cuối trung bình theo Tốc độ di chuyển • Thơng lượng Hình 4.3 Biểu đồ Thơng lượng theo Tốc độ di chuyển Biểu đồ Hình 4.3 cho thấy tốc độ di chuyển tăng lên, thông lượng giao thức có xu hướng giảm Tuy nhiên mức độ giảm thông lượng giao thức AODV giao thức DSR nhiều • Tải định tuyến Hình 4.4 Biểu đồ Tải định tuyến theo Tốc độ di chuyển Biểu đồ Hình 4.4 cho thấy tốc độ di chuyển tăng lên, tải định tuyến giao thức tăng Điều tần suất phá vỡ liên kết tuyến đường mạng tăng lên tốc độ di chuyển nút mạng tăng Tuy nhiên tải định tuyến giao thức DSDV tăng lên không đáng kể thấp so với tải định tuyến hai giao thức AODV DSR Tải định tuyến giao thức AODV cao ba giao thức 4.2.2 Ảnh hưởng thời gian tạm dừng Để kiểm nghiệm tác động số lượng kết nối truyền liệu đến hiệu mạng, mô thực với: số lượng nút 40, tốc độ di chuyển nút mạng 30 (m/s), thời gian tạm dừng lần di chuyển thay đổi từ 0, 10, 20, 30, 40 đến 50 giây, số lượng kết nối 15 15 15 truyền liệu cặp nút nguồn-đích 10 Kết tham số hiệu tính trung bình từ kết 10 lần chạy mơ • Tỷ lệ truyền gói tin liệu thành cơng Biểu đồ Hình 4.5 cho thấy thời gian tạm dừng hai lần di chuyển nút mạng ảnh hưởng nhiều đến tỉ lệ truyền gói thành công giao thức Đối với thông số mơ thiết lập, tỉ lệ truyền gói thành cơng có xu hướng đạt giá trị cao thời gian tạm dừng 20 giây Khi thay đổi thời gian tạm dừng, tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức AODV cao giao thức DSR thấp số giao thức kiểm nghiệm Hình 4.5 Biểu đồ Tỉ lệ truyền gói thành cơng theo Thời gian tạm dừng • Trễ đầu cuối trung bình Biểu đồ Hình 4.6 cho thấy giao thức AODV DSDV, thời gian tạm dừng không làm ảnh hưởng nhiều tới trễ truyền gói tin trung bình Đối với giao thức DSR, thời gian trễ trung bình truyền gói tin liệu có xu hướng đạt giá trị nhỏ thời gian tạm dừng 20 giây Trong số giao thức, thời gian trễ đầu cuối trung bình giao thức AODV nhỏ giao thức DSR lớn Hình 4.6 Biểu đồ Trễ đầu cuối trung bình theo Tốc độ di chuyển • Thơng lượng Hình 4.7 cho thấy thời gian tạm dừng thay đổi, mức độ thay đổi thông lượng ba giao thức không đáng kể Tuy nhiên, thơng lượng giao thức có xu hướng đạt mức cao thời gian tạm dừng thiết lập mức 20 giây Thông lượng giao thức AODV cao giao thức DSR thấp thay đổi thời gian tạm dừng Hình 4.7 Biểu đồ Thơng lượng theo Thời gian tạm dừng • Tải định tuyến Dữ liệu hình ảnh Bảng 4.9 Hình 4.8 cho thấy thời gian tạm dừng không tác động nhiều tới tải định tuyến giao thức DSDV Đối với giao thức AODV DSR, tải định tuyến có xu hướng đạt giá trị thấp thời gian tạm dừng 20 giây Tải định tuyến giao thức AODV cao giao thức DSDV thấp ba giao thức 16 16 16 Hình 4.8 Biểu đồ Tải định tuyến theo Thời gian tạm dừng 4.3 Mô đánh giá ảnh hưởng tải liệu 4.3.1 Ảnh hưởng số lượng kết nối Để kiểm nghiệm tác động số lượng kết nối truyền liệu đến hiệu mạng, mô thực với: số lượng nút 40, tốc độ di chuyển nút mạng thiết lập (m/s), thời gian tạm dừng lần di chuyển 10 giây, số lượng kết nối truyền liệu cặp nút nguồn-đích thay đổi từ 6, 8, 10, 12, 14, 16 đến 18 kết nối Kết tham số hiệu tính trung bình từ kết 10 lần chạy mơ • Tỷ lệ truyền gói tin liệu thành cơng Hình 4.9 Biểu đồ Tỉ lệ truyền gói thành cơng theo Số lượng kết nối Hình 4.9 cho thấy số lượng kết nối truyền liệu tăng lên đồng nghĩa với tải liệu tăng tỉ lệ truyền gói thành công giao thức giảm Với tải liệu thấp (nhỏ 12 kết nối), tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức AODV cao giao thức DSDV thấp Tuy nhiên, số lượng kết nối tăng lên (lớn 12 kết nối), tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức DSDV lại cao giao thức DSR nhỏ • Trễ đầu cuối trung bình Hình 4.10 Biểu đồ Trễ đầu cuối trung bình theo Số lượng kết nối Hình 4.10 cho thấy tải liệu (số lượng kết nối) tăng lên, thời gian trễ trung bình truyền gói tin liệu từ nút nguồn tới nút đích giao thức DSR tăng mạnh Mức độ tăng trễ đầu cuối giao thức AODV giao thức DSDV thấp Giá trị trễ đầu cuối trung bình hai giao thức xấp xỉ nhỏ trễ đầu cuối giao thức DSR • Thơng lượng Hình 4.11 cho thấy số lượng kết nối tăng lên, thông lượng giao thức có xu hướng giảm Với tải liệu thấp trung bình (nhỏ 12 kết nối), thơng lượng giao thức AODV lớn giao thức DSDV nhỏ Tuy nhiên, tải liệu tăng cao, giao thức DSDV lại đạt thông lượng cao giao thức DSR có thơng lượng thấp số giao thức Hình 4.11 Biểu đồ Thông lượng theo Số lượng kết nối 17 17 • Tải định tuyến 17 Hình 4.12 Biểu đồ Tải định tuyến theo Số lượng kết nối Hình 4.12 cho thấy số lượng luồng liệu tăng lên, tải định tuyến giao thức AODV DSR tăng Tuy nhiên tải định tuyến giao thức DSDV biến đổi không đáng kể thấp so với tải định tuyến hai giao thức AODV DSR Tải định tuyến giao thức AODV cao ba giao thức 4.3.2 Tác động số lượng nút Để kiểm nghiệm tác động số lượng kết nối truyền liệu đến hiệu mạng, mô thực với: Số lượng nút thiết lập giá trị thay đổi từ 20 đến 30, 40, 50, 60 70 nút Tốc độ di chuyển nút mạng 30 (m/s) Thời gian tạm dừng lần di chuyển 10 giây Số lượng kết nối truyền liệu cặp nút nguồn-đích 10 Kết tham số hiệu đưa Bảng 4.14 – Bảng 4.17 tính trung bình từ kết 10 lần chạy mô với topo mạng lưu lượng khác sinh ngẫu nhiên • Tỷ lệ truyền gói tin liệu thành cơng Hình 4.13 Biểu đồ Tỉ lệ truyền gói thành cơng theo Số lượng nút mạng Hình 4.13 cho thấy số lượng nút mạng tăng lên, tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức AODV khơng thay đổi nhiều, tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức DSDV có xu hướng tăng số lượng nút mạng tăng từ 20 đến 50 có xu hướng giảm số lượng nút từ 60 nút trở lên, tỉ lệ truyền gói thành công giao thức DSR giảm số lượng nút mạng tăng lên Hiệu tỉ lệ truyền gói thành công giao thức AODV đạt cao số giao thức Khi số lượng nút mạng tăng lớn 40 nút, tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức DSR thấp • Trễ đầu cuối trung bình Hình 4.14 cho thấy số lượng nút mạng tăng lên, thời gian trễ trung bình truyền gói tin liệu từ nút nguồn tới nút đích giao thức DSR tăng nhanh Đối với giao thức AODV giao thức DSDV, thời gian trễ không bị tác động nhiều Khi số lượng nút mạng tiếp tục tăng ngưỡng lớn 60 nút, trễ đầu cuối trung bình giao thức DSDV có xu hướng tăng Giao thức AODV có trễ đầu cuối trung bình nhỏ số giao thức 18 18 18 Hình 4.14 Biểu đồ Trễ đầu cuối trung bình theo Số lượng nút mạng • Thơng lượng Hình 4.15 cho thấy số lượng nút mạng tăng lên, thông lượng giao thức AODV không thay đổi nhiều; thơng lượng giao thức DSDV có xu hướng tăng số lượng nút mạng tăng từ 20 đến 50 có xu hướng giảm số lượng nút từ 60 nút trở lên; thông lượng giao thức DSR giảm số lượng nút mạng tăng lên Thông lượng giao thức AODV đạt cao số giao thức Khi số lượng nút mạng tăng lớn 30 nút, thông lượng giao thức DSR thấp Hình 4.15 Biểu đồ Thơng lượng theo Số lượng nút mạng • Tải định tuyến Dữ liệu hình ảnh Bảng 4.17 Hình 4.16 cho thấy số lượng nút mạng tăng lên, tải định tuyến giao thức tăng Tuy nhiên mức độ tăng tải định tuyến giao thức DSDV thấp so với tải định tuyến hai giao thức AODV DSR Tải định tuyến giao thức AODV cao số lượng nút mạng nhỏ 50 nút Tải định tuyến giao thức DSR cao số lượng nút mạng lớn 60 nút Hình 4.16 Biểu đồ Tải định tuyến theo Số lượng nút mạng 4.4 Tổng kết Chương Để đánh giá mức độ ảnh hưởng tốc độ di chuyển nút mạng tài liệu hiệu giao thức định tuyến AODV, DSDV DSR, có kịch mô thử nghiệm bao gồm: thay đổi tốc độ di chuyển nút mạng; thay đổi tốc độ tạm dừng lần di chuyển nút mạng; thay đổi số lượng luồng truyền liệu thay đổi số lượng nút mạng Có tham số hiệu đánh giá kịch bao gồm: Tỉ lệ truyền gói tin thành cơng, độ trễ đầu cuối trung bình, thơng lượng tải định tuyến Kết thử nghiệm mô cho thấy: - Khi tốc độ di chuyển tăng lên: tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức có xu hướng giảm; thời gian trễ truyền gói trung bình giao thức DSR tăng nhanh; giao thức AODV DSDV bị ảnh hưởng tốc độ di chuyển nút mạng; thông lượng giao thức có xu hướng giảm; tải định tuyến giao thức tăng - Thời gian tạm dừng hai lần di chuyển nút mạng khơng có ảnh hưởng nhiều đến tỉ lệ truyền gói thành cơng, trễ đầu cuối trung bình, thơng lượng tải định tuyến giao thức định tuyến 19 19 19 - Khi số lượng kết nối truyền liệu tăng lên: tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức giảm; thời gian trễ trung bình giao thức tăng mạnh giao thức DSR; thông lượng giao thức có xu hướng giảm Với tải liệu thấp trung bình, thơng lượng giao thức AODV lớn giao thức DSDV nhỏ Khi tải liệu tăng cao, giao thức DSDV lại đạt thông lượng cao giao thức DSR có thơng lượng thấp nhất; tải định tuyến giao thức AODV DSR tăng Tuy nhiên tải định tuyến giao thức DSDV biến đổi không đáng kể Tải định tuyến giao thức AODV cao ba giao thức - Khi số lượng nút mạng tăng lên: tỉ lệ truyền gói thành cơng giao thức AODV không thay đổi nhiều; thời gian trễ trung bình giao thức DSR tăng nhanh biến đổi giao thức AODV DSDV; thông lượng giao thức AODV không thay đổi nhiều thông lượng giao thức DSR giảm Thông lượng giao thức DSDV có xu hướng tăng số lượng nút mạng tăng đến 50 nút có xu hướng giảm số lượng nút từ từ 60 trở lên; tải định tuyến giao thức tăng Mức độ tăng tải định tuyến giao thức DSDV thấp so với tải định tuyến hai giao thức AODV DSR 20 20 20 KẾT LUẬN Với ưu điểm độ linh động cao không yêu cầu hạ tầng mạng có sẵn, mạng ad hoc có tiềm ứng dụng vào nhiều lĩnh vực phục vụ cho sống người mạng truyền thông quân sự, cảnh báo thiên tai hiểm họa, giao thơng, thương mại, giải trí, giáo dục, … Do nút mạng có khả di chuyển tự ngẫu nhiên nên topo mạng ad hoc thường xuyên thay đổi, liên kết đường truyền liệu mạng thường xuyên bị phá vỡ hình thành Vì giao thức định tuyến mạng ad hoc cần phải thiết kế phù hợp với yêu cầu Có giao thức định tuyến tiêu biểu cho chiến lược định tuyến mạng ad hoc AODV, DSDV DSR Hiệu mạng tiêu chuẩn sử dụng thiết kế khai thác hệ thống mạng Việc đánh giá hiệu mạng nhằm mục đích so sánh thiết kế để tìm thiết kế tốt Phương pháp đánh giá mô sử dụng luận văn để đánh giá tác động tốc độ di chuyển tải liệu hiệu định tuyến mạng ad hoc sở sử dụng mô NS2 Các kết đạt luận văn bao gồm: Nghiên cứu tổng quan mạng ad hoc, chuẩn giao thức tầng MAC dành cho mạng ad hoc, chiến lược định tuyến dành cho mạng ad hoc vấn đề đánh giá hiệu mạng ad hoc Tìm hiểu trình bày vấn đề mơ mạng máy tính cơng cụ mơ NS-2 Nghiên cứu chế hoạt động thuật toán định tuyến giao thức định tuyến AODV, DSDV DSR mạng mạng ad hoc Đánh giá tác động di chuyển nút mạng tải liệu hiệu giao thức định tuyến với tham số hiệu gồm có tỉ lệ truyền gói thành cơng, trễ đầu cuối trung bình, thông lượng tải định tuyến sở mô hoạt động giao thức định tuyến AODV, DSDV DSR theo kịch mô khác Tuy nhiên, kết đánh giá giới hạn mơ hình di động ngẫu nhiên cho nút mạng sử dụng mô Để đánh giá cách tồn diện xác hiệu định tuyến giao thức mạng ad hoc, cần triển khai mô theo mơ hình phân bố di chuyển khác cho nút mạng sử dụng phạm vi rộng thông số biến đổi kịch mơ Ngồi ra, cần mở rộng phạm vi đánh giá cho giao thức khác giao thức cải tiến từ giao thức Đây hướng phát triển đề tài  ... mạng ad hoc, tính di động nút mạng ảnh hưởng nhiều đến hiệu mạng Vì mục đích chương đánh giá hiệu mạng sử dụng giao thức định tuyến DSDV, AODV DSR tác động tải liệu tốc độ di chuyển nút mạng Với. .. thức định tuyến DSDV, AODV DSR thực sở thiết lập thông số mô theo kịch khác nhằm đánh giá hiệu giao thức tác động thay đổi tốc độ di chuyển tải định tuyến Để đánh giá tác động tốc độ di chuyển với. .. Việc đánh giá hiệu mạng nhằm mục đích so sánh thiết kế để tìm thiết kế tốt Phương pháp đánh giá mô sử dụng luận văn để đánh giá tác động tốc độ di chuyển tải liệu hiệu định tuyến mạng ad hoc sở