kl dang quoc hung

ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn Khoa Điện-Điện tử thầy cô trường Đại Học Tôn Đức Thắng tạo điều kiện cho em nghiên cứu thực luân văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Phan Vĩnh Lộc nguưười trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ tận tình suốt trình làm luận văn Dù cố gắng hoàn thành luận văn cách tốt , khơng thể tránh khỏi có thiếu sót định , kính mong quan tâm giúp đỡ tận tình bảo q thầy bạn TP Hồ Chí Minh ,ngày 12 tháng năm 2010 Đặng Quốc Hùng ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK MỤC LỤC Lời mở đầu 12 Danh mục từ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình ảnh 10 Tài liệu tham khảo 86 Chương : Giới thiệu Ad Hoc Network………… 13 1.1 Giới thiệu ……………………………… 13 1.2 Một số đặc tính Ad Hoc Network 15 1.3 Ứng dụng …………… 20 1.4 Những thách thức Ad Hoc Network 26 Chương : Định tuyến Ad Hoc Network 29 2.1 Khái niệm 29 2.2 Giao thức định tuyến Ad Hoc Network 31 2.2.1 Lược đồ định tuyến 31 2.2.1.1 Bellman_Ford 31 2.2.1.2 DV 32 2.2.1.3 LS 33 2.2.2 Giao thức định tuyến 35 2.2.2.1 Proactive routing protocols………………… 35 2.2.2.2 Reactive on-demand routing protocols……… 36 2.2.2.3 Hybrid 36 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK 2.2.2.4 TORA……………………………………… 37 2.2.2.5 DSDV…………………………………… 40 2.2.2.6 DSR………………………………………… 41 2.2.2.7 AODV…………………………………… 43 Chương : Mô Ad Hoc Network NS2 47 3.1 Giới thiệu công cụ mô NS2 47 3.1.1 Tổng quan NS2 47 3.1.2 Kiến trúc NS2 47 3.2 Mạng không dây NS2 52 3.2.1 Cấu hình node 52 3.2.2 Các Agent NS2 54 3.2.3 Tạo kịch chuyển động cho node NS2 56 3.2.4 File mô NS2 57 3.3 Mô định tuyến Ad Hoc Network 58 3.3.1 Mơ hình A 58 3.3.2 Mơ hình B 61 3.3.3 Mơ hình C 63 3.3.4 Mơ hình D 65 3.3.5 Mơ hình E 67 3.3.6 Mơ hình F 68 3.3.7 Mô hình G 70 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK 3.3.8 Mơ hình H 73 3.3.9 Mơ hình I 76 3.4 Nhận xét 80 Chương :Tổng kết hướng phát triển 85 4.1 Tổng kết 85 4.2 Hướng phát triển 85 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ABR: Associa tivity-Based Routing - Định tuyến dựa tính liên kết ACK: Acknowledgment AODV: Ad Hoc On-Demand Distance Vector – Giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu dùng cho mạng Ad Hoc ARP: Address Resolution Protocol - Giao thức phân giải địa CBR: constant Bit Rate - Tốc độ bit không đổi CBRP: Cluster Based Routing Protocol - giao thức định tuyến dựa nhóm ConThresh: Threshhold of the Control Window Size - ngưỡng kích thước cửa sổ điều khiển D-ACK: Delayed-ACK – Tin báo nhận trễ DDR: Distributed Dynamic Routing - Định tuyến phân phối động 10 DML: Domain Modeling Language 11 DSDV: Destination-Sequenced Distance Vector – vector khoảng cách đến địa đích 12 DSR: Dynamic Source Routing - Định tuyến source route động 13 DV: Distance-Vector - vector khoảng cách 14 FTP: File Tranfer Protocol – Giao thức truyền file 15 GSR: Global State Routing - Định tuyến trạng thái toàn cục 16 LAN: Local Area Network - Mạng cục 17 LAR: Location Aided Routing - Định tuyến dựa vào vị trí 18 MAC: Media Access Control - Kiểm sốt truy cập mơi trường truyền thông 19 MANET: Mobile Ad Hoc Network - Mạng di động khơng kiểm sốt 20 MPLS: Multiprotocol Label Switching - Chuyển mạch nhãn đa giao thức 21 NAM: Network Animator - Bộ mô mạng 22 NIC: Network Interface Card – Card giao tiếp mạng 23 NS: Network Simulator - Bộ giả lập mạng 24 OSPF: Open Shortest Path First Protocol – Giao thức định tuyến đường ngắn 25 OTcl: Object Tool Command Language – Ngôn ngữ lệnh hướng đối tượng 26 PDA : Personal Digital Assistant - Thiết bị hổ trợ cá nhân 27 RBP: Rate Based Pacing 28 RREP: Route Reply - Phản hồi thông tin định tuyến 29 RREQ: Route Request – Yêu cầu thông tin định tuyến 30 RRER: Route Error – Thông báo lỗi thông tin định tuyến 31 RTP: Real-time Transport Protocol - Giao thức truyền tải thời gian thực 32 RTT: Round Trip Time - Thời gian trình gởi nhận 33 TCL: Tool Command Language – Ngôn ngữ lệnh 34 TCP: Transmission Control Protocol – Giao thức kiểm soát truyền ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK 35 TORA: Temporally Ordered Routing Algorithm - thuật toán định tuyến trình tự tạm thời 36 TTL: Time To Live 37 UDP: User Datagram Protocol – tạm dịch Giao thức liệu người dùng ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 : Thơng tin cấu hình node Bảng 3.2 : Kết mơ mơ hình A Bảng 3.3 : Kết mơ mơ hình B Bảng 3.4 : Kết mơ mơ hình C Bảng 3.5 : Kết mơ mơ hình D Bảng 3.6 : Kết mơ mơ hình E Bảng 3.7 : Kết mơ mơ hình F Bảng 3.8 : Kết mô mô hình G Bảng 3.9 : Kết mơ mơ hình H Bảng 3.10 : Kết mơ mơ hình I Bảng 3.11 : Bảng tổng hợp kết mô nhảy node Bảng 3.12 : Bảng biểu số lượng gói tin nhận nhảy multihop Bảng 3.13 : Bảng biểu thời gian trễ nhảy node Bảng 3.14 : Tỉ lệ gói tin gửi thành công theo số lượng node trung gian ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 : Khái quát ứng dụng Ad Hoc Network Hình 1.2 : Khả mở rộng mạng Ad Hoc Hình 1.3: Những ứng dụng di động mạng Ad Hoc Hình 1.4 : Multihop Hình 1.5 : Cấu trúc HSR Hình 1.6 : Ví dụ quy mơ mạng Ad Hoc Hình 1.7 : Gateway Ad Hoc Network Hình 1.8 : Ứng dụng khơng gian Ad Hoc Network Hình 1.9 : Ứng dụng quân Ad Hoc Network Hình 1.10 : Ứng dụng trường hợp khẩn cấp Hình 1.11 : Ví dụ mơ hình mạng nội Hình 1.12 : Ứng dụng Ad Hoc để mở rộng mạng wifi Hình 1.13 : Mơ hình Ad Hoc giao thơng cơng cộng Hình 1.14 : Hiện tượng đầu cuối ẩn Hình 1.15 : Hiện tượng đầu cuối Hình 2.1 : Ma trận định tuyến DV Hình 2.2 : Ma trận định tuyến LS Hình 2.3 : Phân loại giao thức định tuyến Hình 2.4 : Ma trận định tuyến TORA Hình 2.5 : Đường giao thức định tuyến TORA Hình 3.1 : Q trình mơ NS2 10 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK - Số gói tin nhận : 300 - Số gói tin : - Thời gian truyền : 0.039s - Thời gian định tuyến :0.015s - Thời gian di chuyển gói tin : 0.024s - Tỉ lệ gói tin truyền thành cơng : 50%  Phân tích kết mơ : Trong mơ hình G tiến hành mô trường hợp cố đầu cuối Mặc dù xảy tượng đầu cuối số lượng gói tin bị thấp Thực xảy tượng có gói tin tham gia q trình truyền bị lỗi , cịn gói tin xảy sau khơng bị lỗi chưa truyền mà thời gian delay đợi đường truyền rảnh Thao tác gửi gói tin chưa thực nên gói tin khơng tính Tại thời điểm 1.5s bắt đầu có chồng chất đường truyền mật độ gói tin chưa trùng nên chưa xảy cố D 1.881176074 _3_ RTR CBK 45 cbr 1020 [13a 800] - [3:1 5:1 30 4] [22] 0 D 1.881176074 _3_ RTR CBK 47 cbr 1020 [0 800] - [3:1 5:1 30 4] [23] 0 D 1.881176074 _3_ RTR CBK 49 cbr 1020 [0 800] - [3:1 5:1 30 4] [24] 0 D 1.881176074 _3_ RTR CBK 51 cbr 1020 [0 800] - [3:1 5:1 30 4] [25] 0 Tại thời điểm 1.88s , sau node tiến sát lại gần bắt đầu xảy cố , tất gói tin từ tuyến đường thứ hai phải chờ tuyến đường thứ hoàn thành thao tác 72 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK Hiện tượng xảy hệ thống IEEE 802.11 dành cho mạng Ad Hoc cho phép node thực thao tác đơn vị thời gian Khi có hai yêu cầu truyền tin xuất lúc có u cầu thực thi u cầu phải đợi 3.3.8 Mơ hình H : Kịch mô :  Số node mô 16 node  Bắt đầu truyền tín hiệu thời điểm 1.0s  Kết thúc thời điểm 10.0s 73 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK Hình 3.11 74 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK Bảng 3.9  Kết mơ : - Số gói tin gửi :298 - Số gói tin nhận :154 - Số gói tin : 159 - Thời gian truyền gói tin : 0.14s - Thời gian định tuyến :0.042s - Thời gian di chuyển gói tin : 0.098s - Tỉ lệ gói tin truyền thành cơng : 51.67% 75 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK  Phân tích kết mơ : Trong mơ hình H số lượng node trung gian nhiều so với mơ hình B số lượng gói tin nhận lại cao Điểm khác giải thích sau :  Trong mơ hình B xảy cố node phải tái định tuyến tiếp tục truyền tải tuyến đường cũ , cố chưa khắc phục lại tiếp tục bị gói tin  Trong mơ hình H cố xảy , hệ thống tái định tuyến tìm đường khác tới node đích sẵn sàng cho việc truyền tin , nhờ giảm tỉ lệ lỗi ,tăng tỉ lệ thành công truyền gói tin Dựa vào hình 3.22 , thấy cố xảy hệ thống tìm kiếm đường truyền khác khơng có gói tin bị tương ứng với đoạn có giá trị khơng đổi đồ thị gói tin (paskets_lost) 3.3.9 Mơ hình I : Kịch mô :  Số node mô 16 node  Bắt đầu truyền tín hiệu thời điểm 1.0s  Tại thời điểm 1.5s node 14 di chuyển tới vị trí ( 800,200)  Tại thời điểm 8.0s node 12 di chuyển tới vị trí (400.200)  Kết thúc thời điểm 10.0s 76 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK Hình 3.12 Hình 3.14 77 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK Bảng 3.10  Kết mơ : - Số gói tin truyền : 300 - Số gói tin nhận : 146 - Số gói tin : 219 - Thời gian truyền :0.14s - Thời gian định tuyến :0.04s - Thời gian di chuyển gói tin : 0.1s - Tỉ lệ gói tin truyền thành cơng :48.67% 78 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK  Phân tích kết mơ : Khi node 14 di chuyển , gói tin truyền tới địa bị Khi hệ thống tái định tuyến để tìm đường tới đích M 1.50000 14 (601.00, 401.00, 0.00), (800.00, 200.00), 3000.00 r 1.507764595 _13_ MAC - 11 cbr 1020 [13a d 800] - [0:1 14:1 27 13] [11] s 1.507774595 _13_ MAC - ACK 38 [0 0] Việc gói tin xảy thời gian đầu di chuyển thông tin cấu trúc mạng node khác chưa thông báo di chuyển M 1.50000 14 (601.00, 401.00, 0.00), (800.00, 200.00), 3000.00 r 1.507764595 _13_ MAC - 11 cbr 1020 [13a d 800] - [0:1 14:1 27 13] [11] s 1.507774595 _13_ MAC - ACK 38 [0 0] r 1.507789595 _13_ RTR - 11 cbr 1020 [13a d 800] - [0:1 14:1 27 13] [11] f 1.507789595 _13_ RTR - 11 cbr 1020 [13a d 800] - [0:1 14:1 26 14] [11] r 1.508079261 _9_ MAC - ACK 38 [0 0] s 1.508548595 _13_ MAC - RTS 44 [242e e d 0] r 1.508901204 _14_ MAC - RTS 44 [242e e d 0] s 1.508911204 _14_ MAC - CTS 38 [22f4 d 0] r 1.509215810 _13_ MAC - CTS 38 [22f4 d 0] s 1.509225810 _13_ MAC - 11 cbr 1078 [13a e d 800] - [0:1 14:1 26 14] [11] Khi node 12 di chuyển q trình truyền tin hồn tồn khơng bị ảnh hưởng khơng tham gia vào q trình truyền tín hiệu 79 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK 3.4 Nhận xét : Dựa vào kết mô , có bảng sau : Số node trung gian 10 13 Số gói tin nhận 300 Số gói tin Thời gian truyền gói 0.3 tin (s) Thời gian di chuyển 0.2 gói tin(s) Tỉ lệ truyền gói 100 tin (%) 28 134 94 123 98 65 257 450 500 400 550 0.09 0.16 0.29 0.29 0.61 0.04 0.07 0.17 0.15 0.32 44.67 31.33 41 32.67 21.67 Bảng 3.11 Bảng tổng kết cho thấy ảnh hưởng việc nhảy node q trình truyền tải gói tin chất lượng đường truyền 80 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK Số gói tin nhận nhảy multihop 600 500 400 300 Số gói tin nhận Số gói tin 200 100 10 13 28 Bảng 3.12 Số lượng gói tin mà node đích nhận giảm mạnh số lượng node trung gian tăng lên lượng gói tin bị tăng cao vượt qua lượng gói tin truyền từ node nguồn Số lượng gói tin bị khơng ảnh hưởng tới tồn mạng Trong mạng Ad Hoc , có nhiều liên kết tồn thời điểm băng thơng mạng chia cho liên kết Ví dụ A có liên kết truyền tin cho B C có liên kết truyền tin cho D băng thơng mạng chia cho hai liên kết Tương tự , q trình nhảy multihop , số lượng gói tin lỗi xảy thời điểm tăng lên node gửi lại gói tin lần tới node đích số lượng liên kết tồn tăng lên khiến cho băng thông mạng giảm mạng 81 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK 0.7 0.6 0.5 0.4 Thời gian truyền tin 0.3 Thời gian truyền gói tin 0.2 0.1 10 13 28 Bảng 3.13 Việc nhảy node không ảnh hưởng tới băng thơng mạng mà cịn ảnh hưởng tới thời gian trễ trình truyền tin Trong hình 3.29 , ca có hai đường đồ thị : - Thời gian truyền gói tin : thời gian để truyền gói tin từ nguồn tới đích Thời gian truyền tin : bao gồm thời gian tái định tuyến xảy lỗi thời gian truyền gói tin Số lượng node mạng tăng lên khiến cho thời gian cần thiết để gửi gói tin định tuyến thời gian cập nhập cấu trúc mạng tăng lên Số lượng node trung gian tăng lên làm tăng thời gian di chuyển gói tin lý khác làm tăng thời gian truyền Hơn , gói tin truyền lại xảy trường hợp node nhận yêu cầu truyền gói tin khác hai node phải chờ Đây nguyên nhân kéo dài thời gian trễ trình truyền tải 82 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK Ngoài phải quan tâm tới ảnh hưởng qua lại số lượng gói tin bị lỗi thời gian truyền , hai vấn đề có ảnh hưởng qua lại lẫn : - Tại node , thực thao tác truyền lại gói tin bị có gói tin khác truyền tới lúc gói tin truyền tới bị lỗi , lúc gói tin mà node truyền tới node đích trùng với lúc node đích có thao tác khác gói tin bị Lúc node phải tiếp tục lại thao tác truyền tin Giả sử số lượng gói tin node nhận tăng lên gói tin từ truyền tới node đích bị lỗi liên tục , số lượng gói tin đợi tăng lên thời gian delay cao - Trong mơ hình mạng ,các gói tin khơng truyền liên tiếp mà có thời gian chờ để tránh gói tin Nhưng thời gian trễ truyền tải tăng lên nêu nên có lúc hai nhiều gói tin truyền sát xảy lỗi Gói tin báo phải truyền lại làm tăng thời gian trễ Tỉ lệ truyền gói tin thành cơng 100 90 80 70 60 50 Tỉ lệ truyền gói tin thành công 40 30 20 10 10 13 28 Bảng 3.14 83 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK Đối với mạng Ad Hoc dùng giao thức định tuyến AODV , việc nhảy multihop ảnh hưởng lớn tới lượng gói tin nhận so với lượng gói tin truyền từ nguồn Mạng hoạt động tối ưu số node trung gian Khi số node trung gian tăng lên chất lượng mạng giảm xuống đáng kể Cấu trúc mạng ảnh hưởng tới chất lượng đường truyền Khi xuất lỗi , việc có đường truyền làm tăng tỉ lệ tiếp tục xảy lỗi gói tin gửi lỗi chưa khắc phục Với mơ hình tồn nhiều tuyến đường tới đích tỉ lệ số gói tin truyền thành công nhiều so với mô hình có đường truyền Q trình di chuyển node gây gói tin gói tin truyền vào thời điểm đầu thông tin việc di chuyển chưa thơng báo Khi node di chuyển gói tin khơng truyền thơng tin vị trí node xác định tuyến đường thành lập 84 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK CHƯƠNG : TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Tổng kết : Giao thức định tuyến AODV cung cấp cho mơ hình mạng Ad Hoc với khẳ truyền tải thơng tin linh hoạt , khả tìm xác lập đường truyền ngắn , đáp ứng nhanh linh hoạt thao tác tìm đường truyền tối ưu trình truyền bị lỗi Trong giao thức AODV , cấu trúc mạng thay đổi không gây tác động tới thao tác truyền tin giao thức không cập nhập đường định tuyến Nó thực thao tác tìm đường đường cũ Tuy nhiên hạn chế kỹ thuật nên AODV đảm bảo chất lượng đường truyền với số lượng node trung gian ( tỉ lệ truyền thành công 100% ) node trì đường truyền thời điểm nên có nhiều liên kết yêu cầu thiết lập có thực cịn liên kết khác phải chờ Quá trình di chuyển node ảnh hưởng tới việc gói tin lỗi đường truyền , ảnh hưởng nhiều tới thời gian trễ node di chuyển làm đường truyền bị mạng phải đợi tới đường truyền xác lập tiếp tục truyền tin Hệ thống tiêu chuẩn dành cho thiết bị mạng Ad Hoc IEEE 802.11n công bố vào năm 2009 với thay đổi băng thông , phương thúc truyền lượng kênh truyền node cải thiện giải phần vấn đề nêu Một node lúc thực bốn liên kết lúc có nghĩa gửi nhận lúc bốn gói tin Điều làm giảm đáng kể lượng gói tin bị , giảm thời gian chờ gói tin , tăng tốc độ mạng , giảm hao phí băng thơng phát sinh lỗi 4.2 Hướng phát triển : Ad Hoc Network cung cấp cho chúng hệ thống mạng không dây linh động , đáp ứng nhanh với thay đổi cấu trúc mạng vượt trội so với hệ thống khác Bên cạnh giao thức định tuyến AODV cịn có giao thức DSDV DSR Đặc biệt giao thức OSDF (Open Shortest Path First ) ứng dụng cho mạng lớn , có khả mở rộng Ngồi kỹ thuật truyền tải gói tin , liên kết thời gian thực đáng để quan tâm nghiên cứu 85 ĐỊNH TUYẾN TRONG AD HOC NETWORK DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Abdul Hadi Abd Rahman, PERFORMANCE COMPARISON OF AODV, DSDV AND I-DSDV ROUTING PROTOCOL IN MANET [2]Elmar Schoch, Michael Feiri, Frank Kargl, Michael Weber , SIMULATION Ò AD HOC [3]Kevin Fall , Kannan Varadhan, May 9, 2010, THE NS MANUAL [4]MOBILITET I INTERNET MOBILITY IN THE INTERNET AND AD HOC NETWORK [5]Mohammad Ilyas, THE HANDBOOK OF AD HOC WIRELESS NETWORKS 86 ... TRONG AD HOC NETWORK 2.2 Giao thức định tuyến Ad Hoc network : Trong mạng thông tin vơ tuyến nói chung mạng Ad Hoc nói riêng nút mạng có khả di chuyển nên topo mạng thay đổi theo thời gian Đặc điểm