ĐỒ ÁN: NGHIÊN CỨU GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG HÌNH LƯỚI KHÔNG DÂY WMN

ĐỒ ÁN: NGHIÊN CỨU GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG HÌNH LƯỚI KHÔNG DÂY WMNMỤC LỤCTHUẬT NGỮ VIẾT TẮTiiiDANH MỤC HÌNH VẼvLỜI NÓI ĐẦU1CHƯƠNG I3GIỚI THIỆU CHUNG31.1 Giới thiệu chung về MANET31.2 Các giao thức định tuyến trong MANET41.2.1 Các giải pháp định tuyến thông thường41.2.2 Phân loại giao thức định tuyến trong MANET61.3 Giới thiệu chung về mạng hình lưới không dây WMN81.4 Định tuyến trong mạng WMN101.5 Tiêu chuẩn 802.11s111.5.1 Giới thiệu chung111.5.2 Tổng quan về IEEE 802.11s111.6 Định tuyến trong mạng hình lưới 802.11s141.6.1 Phân loại các giao thức định tuyến MANET141.6.2 Tham số đo lượng liên kết vô tuyến151.6.3 Giao thức định tuyến không dây lai HWRP151.7 Kết luận chương18CHƯƠNG II19GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN19VECTƠ CỰ LY THEO YÊU CẦU TÙY BIẾN AODV192.1 Tổng quan về AODV192.1.1 Khám phá đường202.1.2 Duy trì đường212.2. Định dạng các gói tin:232.2.1 Định dạng gói tin ROUTE REQUEST232.2.2 Định dạng gói ROUTE REPLY242.2.3 Định dạng gói ROUTE ERROR252.2.4 Định dạng gói Route Rply Acknowledgment262.3 Hoạt động của AODV262.3.1 Sự duy trì các chỉ số thứ tự262.3.2 Các mục của bảng định tuyến và danh sách chặng trước282.3.3 Khởi tạo các Route Request282.3.4 Điều khiển sự phân phát các bản tin Route Request302.3.5 Xử lý và chuyển tiếp các Route Request302.3.6 Khởi tạo các Route Reply322.3.7 Nhận và chuyển tiếp các Route Reply332.3.8 Hoạt động qua các liên kết đơn hướng342.3.9 Bản tin Hello352.3.10 Duy trì liên kết nội vùng352.3.11 Các bản tin Route Error, sự hết hạn tuyến và sự xóa bỏ tuyến362.3.12 Sửa chữa nội vùng372.3.13 Các hoạt động sau khi khởi động lại392.3.14 Các giao diện mạng402.4 Kết luận chương40CHƯƠNG III41GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN NGUỒN ĐỘNG DSR413.1 Tổng quan và tầm quan trọng của giao thức413.2 Vấn đề cơ bản của cơ chế khám phá tuyến và duy trì tuyến433.2.1 Vấn đề cơ bản của khám phá tuyến433.2.2 Vấn đề cơ bản của duy trì tuyến453.3 Định dạng mào đầu các lựa chọn DSR463.3.1 Sự phân chia cố định của mào đầu các lựa chọn DSR473.3.2 Lựa chọn ROUTE REQUEST493.3.3 Lựa chọn ROUTE REPLY503.3.4 Lựa chọn ROUTE ERROR513.3.5 Lựa chọn Acknowledgement Request533.3.6 Lựa chọn Acknowledgment533.3.7 Lựa chọn tuyến nguồn DSR543.3.8 Lựa chọn Pad1553.3.9 Lựa chọn PadN563.4 Hoạt động của DSR573.4.1 Quá trình xử lý gói tin thông thường573.4.2 Xử lý khám phá tuyến633.4.3 Xử lý duy trì tuyến713.4.4 Hỗ trợ nhiều giao diện mạng783.4.5 Sự phân mảnh và ghép lại IP803.5 Vị trí của chức năng định tuyến DSR trong mô hình tham khảo của ISO813.6Kết luận chương81KẾT LUẬN83TÀI LIỆU THAM KHẢO84

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

-o0o -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN

TRONG MẠNG HÌNH LƯỚI KHÔNG DÂY WMN

Hà Nội 11 - 2008

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC HÌNH VẼ v

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I 3

GIỚI THIỆU CHUNG 3

1.1 Giới thiệu chung về MANET 3

1.2 Các giao thức định tuyến trong MANET 4

1.2.1 Các giải pháp định tuyến thông thường 4

1.2.2 Phân loại giao thức định tuyến trong MANET 6

1.3 Giới thiệu chung về mạng hình lưới không dây WMN 8

1.4 Định tuyến trong mạng WMN 10

1.5 Tiêu chuẩn 802.11s 11

1.5.1 Giới thiệu chung 11

1.5.2 Tổng quan về IEEE 802.11s 11

1.6 Định tuyến trong mạng hình lưới 802.11s 14

1.6.1 Phân loại các giao thức định tuyến MANET 14

1.6.2 Tham số đo lượng liên kết vô tuyến 15

1.6.3 Giao thức định tuyến không dây lai HWRP 15

1.7 Kết luận chương 18

CHƯƠNG II 19

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 19

VECTƠ CỰ LY THEO YÊU CẦU TÙY BIẾN AODV 19

2.1 Tổng quan về AODV 19

2.1.1 Khám phá đường 20

2.1.2 Duy trì đường 21

2.2 Định dạng các gói tin: 23

2.2.1 Định dạng gói tin ROUTE REQUEST 23

2.2.2 Định dạng gói ROUTE REPLY 24

2.2.3 Định dạng gói ROUTE ERROR 25

2.2.4 Định dạng gói Route Rply Acknowledgment 26

2.3 Hoạt động của AODV 26

2.3.1 Sự duy trì các chỉ số thứ tự 26

2.3.2 Các mục của bảng định tuyến và danh sách chặng trước 28

2.3.3 Khởi tạo các Route Request 28

2.3.4 Điều khiển sự phân phát các bản tin Route Request 30

2.3.5 Xử lý và chuyển tiếp các Route Request 30

2.3.6 Khởi tạo các Route Reply 32

2.3.7 Nhận và chuyển tiếp các Route Reply 33

2.3.8 Hoạt động qua các liên kết đơn hướng 34

2.3.9 Bản tin Hello 35

2.3.10 Duy trì liên kết nội vùng 35

2.3.11 Các bản tin Route Error, sự hết hạn tuyến và sự xóa bỏ tuyến 36

2.3.12 Sửa chữa nội vùng 37

2.3.13 Các hoạt động sau khi khởi động lại 39

2.3.14 Các giao diện mạng 40

2.4 Kết luận chương 40

CHƯƠNG III 41

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN NGUỒN ĐỘNG DSR 41

3.1 Tổng quan và tầm quan trọng của giao thức 41

3.2 Vấn đề cơ bản của cơ chế khám phá tuyến và duy trì tuyến 43

3.2.1 Vấn đề cơ bản của khám phá tuyến 43

3.2.2 Vấn đề cơ bản của duy trì tuyến 45

3.3 Định dạng mào đầu các lựa chọn DSR 46

3.3.1 Sự phân chia cố định của mào đầu các lựa chọn DSR 47

3.3.2 Lựa chọn ROUTE REQUEST 49

3.3.3 Lựa chọn ROUTE REPLY 50

3.3.4 Lựa chọn ROUTE ERROR 51

3.3.5 Lựa chọn Acknowledgement Request 53

3.3.6 Lựa chọn Acknowledgment 53

3.3.7 Lựa chọn tuyến nguồn DSR 54

3.3.8 Lựa chọn Pad1 55

3.3.9 Lựa chọn PadN 56

3.4 Hoạt động của DSR 57

3.4.1 Quá trình xử lý gói tin thông thường 57

3.4.2 Xử lý khám phá tuyến 63

3.4.3 Xử lý duy trì tuyến 71

3.4.4 Hỗ trợ nhiều giao diện mạng 78

3.4.5 Sự phân mảnh và ghép lại IP 80

3.5 Vị trí của chức năng định tuyến DSR trong mô hình tham khảo của ISO 81

3.6 Kết luận chương 81

KẾT LUẬN 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ACK Acknowledgment Báo nhận

AODV Ad-hoc on-demand distance

DSR Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động

ETT Expected Transmission Time Thời gian truyền dẫn mong đợiETX Expected Transmission Count Dự báo số truyền dẫn mong đợiFIFO First In First Out Vào trước ra trước

HWRP Hybrid Wireless Routing

Tổ chức chuẩn hóa Quốc tế

LLACKS link-layer acknowledgments Báo nhận lớp liên kết

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi

trườngMANET Mobile Ad-hoc Network Mạng tùy biến di động

MAP Mesh Access Point Điểm truy nhập hình lưới

MIC Metric of Interference and

Channel-switching

Tham số nhiễu và chuyển mạch kênh

ML Minimum Loss Tổn thất tối thiểu

MP Mesh Point Điểm hình lưới

MPP Mesh Point Portal Điểm cổng mạng hình lướiMPR Multi-Point Relay Trễ đa điểm

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp

OLSR Optimized Link State Routing Định tuyến trạng thái liên kết

tối ưuOSI Open Systems Interconnection Mô hình tham chiếu các hệ

thống mở OSI

RD Route Discovery Khám phá tuyến

RERR Route Error Lỗi tuyến

RM Route Maintenance Duy trì tuyến

RREP Route Reply Hồi đáp tuyến

RREP- ACK Route Reply Acknowledgment Báo nhận hồi đáp tuyến

RREQ ID Route Request Identification Nhận dạng yêu cầu tuyến

STA Station Thiết bị đầu cuối

TBR Tree Based Routing Giao thức định tuyến dựa trên

hình cây TTL Time to live Thời gian sống

WCETT Weighted Cumulative ETT Thời gian truyền dẫn mong đợi

tích lũy tải WDS Wireless Distribution Systems Khung hệ thống phân bổ không

dây WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây

WMAN Wireless Metropolitan Area

Network

Mạng không dây đô thị

WMN Wireless Mesh Network Mạng hình lưới không dây

WPAN Wireless Personnal Area

Network

Mạng không dây cá nhân WWAN Wireless Wide Area Network Mạng không dây diện rộng

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Chế độ cơ sở hạ tầng trong MANET 4

Hình 1.2: Chế độ IEEE Ad hoc trong MANET 4

Hình 1.3: Phân loại giao thức định tuyến 7

Hình1.4: Các thành phần cơ bản của mạng WMN 9

Hình 1.5: Các thành phần cơ bản của mạng kết nối hình lưới WLAN 12

Hình 1.6: Kiến trúc các khối chức năng của 802.11s 13

Hình 1.7: Các bước thủ tục chính của giao thức TBR 17

Hình 2.1: Quá trình gửi yêu cầu khám phá đường 20

Hình 2.2: Tóm tắt xử lý nhận tại một node 22

Hình 2.3: Định dạng bản tin Route Request .23

Hình 2.4: Định dạng gói tin Route Reply 24

Hình 2.5: Định dạng gói tin Route Error 25

Hình 2.6: Định dạng gói tin Route Reply Acknowledgment .26

Hình 3.1: Node nguồn A thực hiện khám phá tuyến tới đích E 43

Hình 3.2: Node C không thể chuyển tiếp gói tin từ A đến E do liên kết giữa nó và D bị gãy 46

Hình 3.3: Sự phân chia cố định mào đầu các lựa chọn DSR 47

Hình 3.4: Định dạng lựa chọn Route Request DSR 49

Hình 3.5: Định dạng lựa chọn Route Reply DSR 50

Hình 3.6: Định dạng lựa chọn Route Error DSR 51

Hình 3.7: Định dạng thông tin chỉ định kiểu node không thể đến được 52

Hình 3.8: Định dạng thông tin lựa chọn không được hỗ trợ 53

Hình 3.9: Định dạng lựa chọn Acknowledgment Request 53

Hình 3.10: Định dạng lựa chọn Acknowledgment 53

Hình 3.11: Lựa chọn tuyến nguồn DSR 54

Hình 3.12: Lựa chọn Pad1 55

Hình 3.13: Lựa chọn PadN 56

Hình 3.14: Ví dụ về cơn bão Route Reply 70

Hình 3.15: Mạng Ad hoc bao gồm các node với các giao diện mạng hỗn tạp 79

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, các mạng không dây được thiết kế để hoạt động ở một phạm vi nhất định và được phân loại theo khả năng phủ sóng của từng công nghệ Trong thực tế thường được phân chia thành các loại mạng: Mạng cá nhân WPAN, mạng nội bộ WLAN, mạng đô thị WMAN, mạng diện rộng WWAN Tính chất của mỗi loại mạng

lượng tiêu thụ, vị trí của người sử dụng Ưu điểm về tốc độ truyền cao và phạm viphủ sóng rộng, WiMAX là lựa chọn số một cho các ứng dụng mạng không dây có sốlượng người sử dụng lớn, cung cấp đồng thời nhiều dịch vụ khác nhau trên cùng mộtđường truyền không dây Tuy nhiên, với các ứng dụng mạng có phạm vi vừa và nhỏ,công nghệ WiMAX không phải là một giải pháp phù hợp do giá thành thiết bị đầu cuốicao, chi phí thiết lập mạng lớn nên công nghệ WLAN (IEEE 802.11) vẫn là một giảipháp hoàn toàn phù hợp về đặc điểm kỹ thuật cũng như chi phí sử dụng Tuy nhiên, dohạn chế về tầm phủ sóng, công nghệ WLAN truyền thống không thể đáp ứng được cácứng dụng cần mở rộng mạng Vì vậy, trên cơ sở các yếu tố công nghệ có sẵn của côngnghệ không dây chuẩn, yêu cầu đặt ra là phải xây dựng được giải pháp kết nối để tạo

ra mạng có phạm vi phủ sóng cao hơn nhưng vẫn đảm bảo được tính chất của mạng.Mạng hình lưới không dây WMN (Wireless Mesh Network) có thể được coi là mộtgiải pháp tốt cho vấn đề đặt ra, nhằm mở rộng phạm vi phủ sóng cho các mạng WLANchuẩn Dựa trên các thiết bị có sẵn của WLAN cùng với một số cải tiến về cả phầncứng, phần mềm; xây dựng giao thức truyền thông mới, mạng WMN có thể cải thiệnđáng kể tầm phủ sóng của mạng ban đầu Mạng WMN có khả năng tự hàn gắn, tự cấuhình lại và tạo ra mạng có độ tin cậy cao; có thể hoạt động khi có một node bị lỗi hoặcchất lượng kết nối mạng kém Trong lĩnh vực mạng không dây, mạng lưới được ápdụng để nới rộng phạm vi phủ sóng của mạng không dây truyền thống Các node trongmạng truyền thông trực tiếp với các node khác và tham gia trong mạng lưới Nếu mộtnode có thể kết nối với một node lận cận khác thì sẽ có kết nối với toàn mạng

Do tính chất của mạng WMN là bao gồm những phần tử cố định và những phần

tử di động (trong đó các phần tử cố định thì không phục thuộc chủ yếu vào nguồn pin,

nó có thể được coi như cơ sở hạ tầng của mạng) nên vấn đề định tuyến trong mạngWMN rất được quan tâm Các thuật toán định tuyến phải đảm bảo định tuyến hiệu quảđối với cả thành phần cố định và thành phần di động, có thêm các tham số mới để đánhgiá hiệu suất mạng, tính ổn định, tốc độ định tuyến,… Định tuyến trong mạng hìnhlưới không dây cũng chính là vấn đề được đề cập trong đồ án này Đồ án nghiên cứu

về giao thức định tuyến trong mạng hình lưới WMN và gồm có 3 chương, được trìnhbày như sau:

Chương I: Giới thiệu chung Chương này trình bày tổng quan về mạng tùy

biến di động MANET, mạng hình lưới không dây WMN, tiêu chuẩn 802.11s và cácgiao thức trong nó

Chương II: Giao thức định tuyến vectơ cự ly theo yêu cầu tùy biến AODV.

Chương này nghiên cứu về giao thức định tuyến vectơ cự ly theo yêu cầu tùy biến

AODV Trình bày các vấn đề cơ bản của giao thức và các hoạt động cũng như các quátrình xử lý cụ thể của giao thức

Chương III: Giao thức định tuyến nguồn động DSR Chương này nghiên

cứu về giao thức định tuyến nguồn động DSR Trình bày các vấn đề cơ bản của giaothức và các hoạt động, các kĩ thuật xử lý cụ thể có trong giao thức

Do hạn chế về thời gian cũng như năng lực bản thân nên nội dung của đồ ánnày không tránh khỏi những khiếm khuyết Em mong được các thầy, cô giáo và cácbạn quan tâm, đóng góp ý kiến và bổ sung cho em những điều còn thiếu sót để đồ ánđược hoàn thành tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Hoàng Trọng Minh đã tận tìnhhướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến cácthầy, cô giáo trong khoa Viễn thông I- Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đãcung cấp tài liệu và có những lời khuyên bổ ích giúp đỡ em trong quá trình làm đề tàinày!

Hà Nội, tháng 11 năm 2008 Sinh viên

Phạm Quang Huy

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Giới thiệu chung về MANET

Các thiết bị di động như các máy tính xách tay, với đặc trưng là công suất CPU,

bộ nhớ lớn, dung lượng đĩa hàng trăm gigabyte, khả năng âm thanh đa phương tiện và

thời, các yêu cầu kết nối mạng để sử dụng các thiết bị di động gia tăng đáng kể, baogồm việc hỗ trợ các sản phẩm mạng vô tuyến dựa trên vô tuyến hoặc hồng ngoại ngàycàng nhiều Với kiểu thiết bị điện toán di động này, thì giữa những người sử dụng diđộng luôn mong muốn có sự chia sẻ thông tin.

Một mạng tùy biến là một tập hợp các thiết bị di động hình thành nên một mạngtạm thời mà không cần sự trợ giúp của bất kỳ sự quản lý tập trung hoặc các dịch vụ hỗtrợ chuẩn nào thường có trên mạng diện rộng mà ở đó các thiết bị di động có thể kếtnối được Các node được tự do di chuyển và thiết lập nó tùy ý, do đó, topo mạngkhông dây có thể thay đổi một cách nhanh chóng và không thể dự báo Nó có thể hoạtđộng một mình hoặc có thể được kết nối tới Internet MANET là một mạng có cơ sở

hạ tầng nhỏ do nó không yêu cầu bất cứ một cơ sở hạ tầng cố định nào (như một trạm

cơ sở) cho hoạt động của nó vì và vậy nó có thể được triển khai nhanh chóng và cókhả năng tự cấu hình Các node truyền thông không dây và chia sẻ cùng phương tiện

Do MANET là một mạng mềm dẻo mà có thể được thiết lập tại bất cứ đâu vàobất cứ thời điểm nào mà không cần đến cơ sở hạ tầng hiện tại, bao gồm cả sự cấu hìnhtrước đó và người quản trị, mọi người có thể nhận ra tiềm năng thương mại và lợi thếcủa mạng Ad hoc có thể mang lại MANET có thể được dùng trong quân sự, trong cácmạng cảm biến, các hoạt động cứu hộ, sử dụng để truyền thông giữa các sinh viêntrong khu trường sở, trao đổi thông tin và dữ liệu trong các khu thương mại, tự do chia

sẻ kết nối Internet, dùng trong các buổi hội thảo…

MANET có hai chế độ hoạt động chính là chế độ cở sở hạ tầng và chế độ IEEE

Ad hoc

Chế độ cơ sở hạ tầng: Chế độ này thì mạng bao gồm các điểm truy cập AP cố

định và các node di động tham gia vào mạng, thực hiện truyền thông qua các điểmtruy cập Trong chế độ này thì các liên kết có thể thực hiện qua nhiều chặng

MN

Hình 1.2: Chế độ IEEE Ad hoc trong MANET

Chế độ IEEE Ad hoc: Chế độ này thì các node di động truyền thông trực tiếp

với nhau mà không cần tới một cơ sở hạ tầng nào cả Trong chế độ này thì các liên kếtkhông thể thực hiện qua nhiều chặng

1.2 Các giao thức định tuyến trong MANET

1.2.1 Các giải pháp định tuyến thông thường

Một phương pháp đơn giản để thực hiện việc định tuyến trong mạng tùy biến làxem mỗi thiết bị di động như một bộ định tuyến và vận hành một giao thức định tuyếnthông thường giữa chúng Các giao thức định tuyến thông thường dựa trên các thuậttoán vectơ khoảng cách (distance vector) hoặc thuật toán trạng thái liên kết (link state)

Trong định tuyến vectơ khoảng cách, mỗi bộ định tuyến duy trì một bảng cáckhoảng cách từ nó đến tất cả các đích có thể Mỗi bộ định tuyến định kỳ quảng bánhững thông tin này tới từng bộ định tuyến lân cận của nó và sử dụng các giá trị nhậnđược từ các bộ định tuyến lân cận của nó để tính toán các giá trị được cập nhật chobảng của nó Bằng cách so sánh khoảng cách nhận được cho từng đích từ mỗi bộ địnhtuyến lân cận của nó, bộ định tuyến có thể xác định bước nhẩy tiếp theo chính xác trênđường ngắn nhất tới từng đích Khi đưa ra một gói để chuyển tiếp tới đích nào đó, mỗi

bộ định tuyến đơn giản là chuyển tiếp gói tới đúng bộ định tuyến bước nhẩy tiếp theo.Bằng cách truyền các thông số bảng định tuyến cập nhật thường xuyên như vậy thậmchí bất kỳ thông tin nào về những thay đổi bảng, thuật toán hướng nhanh chóng tớiđúng đường kết nối (ví dụ khi một kết nối lên hoặc xuống) nhưng phần phụ trội trongthời gian CPU và băng thông mạng để truyền các cập nhật bảng định tuyến đang tănglên

Trong định tuyến trạng thái liên kết, mỗi bộ định tuyến duy trì trọn vẹn mộtkiểu tôpô về toàn bộ mạng Mỗi bộ định tuyến giám sát chi phí của tuyến liên kết tớitừng bộ định tuyến lân cận của nó và định kỳ các thông báo các cập nhật thông tin nàytới toàn bộ các bộ định tuyến trong mạng Với những thông tin chi phí mỗi liên kếttrong mạng, mỗi bộ định tuyến sẽ tính toán đường ngắn nhất tới từng đích có thể Khiđưa ra một gói để chuyển tiếp tới đích nào đó, mỗi bộ định tuyến chuyển tiếp gói tới

bộ định tuyến bước nhẩy tiếp theo dựa trên đường tối ưu nhất hiện nay tới đích Cácgiao thức định tuyến trạng thái liên kết hướng tới đích nhanh hơn khi các điều kiệntrong mạng thay đổi, nhưng nói chung đòi hỏi thời gian CPU nhiều hơn (để tính toánđường ngắn nhất tới đích) và nhiều băng thông mạng hơn các thuật toán vectơ khoảngcách

Khi sử dụng các giao thức định tuyến thông thường trong một mạng tùy biến,mỗi thiết bị di động được coi là một bộ định tuyến, có một số vấn đề với phương phápnày:

- Truyền dẫn giữa 2 thiết bị di động qua một mạng vô tuyến không nhất thiết phảitốt như nhau trên cả 2 hướng Do đó một số tuyến được các giao thức địnhtuyến truyền thống xác định có thể không hoạt động trong các môi trường nhưvậy

- Nhiều liên kết giữa các bộ định tuyến có được bởi thuật toán đinh tuyến có thể

dư thừa Các mạng có dây thì ngược lại, thường được cấu hình chỉ có 1 hoặcmột số ít các bộ định tuyến để kết nối 2 mạng bất kỳ Các đường dư thừa khôngcần thiết trong môi trường vô tuyến làm tăng kích cỡ các cập nhật định tuyến

mà phải gửi qua mạng, và tăng phần phụ trội CPU để xử lý cập nhật và tínhtoán tuyến mới.

- Việc định kỳ gửi các cập nhật định tuyến tiêu tốn băng thông mạng Đôi khi,không có thay đổi trong cập nhật định tuyến, nhưng mỗi bộ định tuyến (thiết bị

di động) vẫn phải tiếp tục gửi các cập nhật định kỳ để các bộ định tuyến khác sẽtiếp tục coi các tuyến qua bộ định tuyến đó là có hiệu lực Các cập nhật địnhtuyến từ các thiết bị ở ngoài phạm vi truyền dẫn của nhau sẽ không gây nhiễucho nhau, nhưng khi nhiều thiết bị di động là trong phạm vi truyền dẫn củanhau, các cập nhật định tuyến của chúng sẽ tiêu tốn băng thông mạng của nhau

- Các cập nhật định tuyến được gửi định kỳ tiêu tốn nguồn ăcquy Hầu hết cácthiết bị di động trong mạng tùy biến sẽ hoạt động trên nguồn ăcquy, và việctruyền gói sẽ làm cạn kiện đáng kể nguồn ắcquy Mặc dù việc nhận gói nóichung yêu cầu ít công suất nguồn hơn việc gửi chúng, nhưng cần phải nhận cáccập nhật định tuyến định kỳ ngăn cản thiết bị tiết kiệm nguồn bằng cách thiếtlập thiết bị trong chế độ chờ

- Cuối cùng, các giao thức định tuyến thông thường không được thiết kế cho kiểuthay đổi tôpô động mà điều này xảy ra trong mạng tùy biến Ở các mạng thôngthường, các kết nối giữa các bộ định tuyến thường đi xuống và đi lên và đoi khichi phí cho một tuyến kết nối có thể thay đổi do nghẽn nhưng các bộ định tuyếnnhìn chung không chuyển động theo nhiều hướng mà chỉ dịch chuyển các phầnchính của tôpô mạng tiến hoặc lùi Các thiết bị di động mặc dù có thể đượcphân biệt bởi sự thay đổi động vì nói cho cùng thì chúng là các thiết bị di động.Việc hội tụ tiến tới các tuyến mới và ổn định sau các thay đổi động trong topo

có thể khá chậm, đặc biệt với các thuật toán vectơ khoảng cách Tốc độ hội tụ

có thể được nâng cao bằng cách gửi cập nhật định tuyến thường xuyên hơn,nhưng cách như vậy tiêu tốn nhiều băng thông và công suất ắcquy khi nhữngthay đổi tôpô là không đáng kể

1.2.2 Phân loại giao thức định tuyến trong MANET

Có nhiều tiêu chí khác nhau để phân loại các giao thứ định tuyến nhưng nhìnchung, có thể phân loại các giao thức định tuyến như sau:

a Định tuyến dựa vào topo mạng

Các giao thức định tuyến dựa vào topo mạng lựa chọn đường đi cho gói tin theocác thông tin về cấu hình của mạng, ví dụ như liên kết giữa các node mạng Trong bất

trì đường đi (route maintenance) Tùy thuộc vào việc phát hiện đường và duy trì đường

có thể được chia giao thức định tuyến thành các loại sau: reactive, proactive và hybrid

Multihop ad hoc routing protocols

Topology- based Position- based

Reactive Proactive

Hybrid

AODV RM- AODV DSR

…

ZRP HWMP

…

RA- OLSR OSPF- MANET FSR

…

GPSR

Hình 1.3: Phân loại giao thức định tuyến

Các giao thức định tuyến reactive là các giao thức được xây dựng dựa vào việctách riêng phát hiện đường (route discovery), duy trì đường (route maintenance) vàkhông cần cập nhật các đường theo chu kỳ Các giao thức loại này sẽ yêu cầu thủ tụcquyết định đường khi cần thiết Khi một node nguồn cần một đường đến đích, nó sẽthực hiện quá trình tìm đường trong mạng Node nguồn phát quảng bá gói tin yêu cầutìm đường đi đến các node lân cận, các node lân cận này lại gửi gói tin đến các nodehàng xóm của nó, và gửi như vậy cho đến khi tới đích Đích sẽ gửi gói tin phúc đápcho node nguồn thông qua các node trung gian Khi đường đi được thiết lập, nó đượcduy trì nhờ một thủ tục giữ đường cho đến khi đích không chấp nhận gói do nguồn gửiđến hoặc không cần sử dụng đường đó nữa Với phương pháp reactive, việc tính toántìm đường chỉ thực hiện khi cần thiết nên độ phức tạp tính toán giảm so với phươngpháp proactive nhưng lại bị trễ nhiều hơn do thủ tục thiết lập đường

Các giao thức định tuyến proactive là các giao thức kết hợp việc phát hiệnđường đi và duy trì đường đi bằng cách gửi các gói cập nhật định tuyến Nếu trạng tháicủa một liên kết hoặc một router có sự thay đổi thì các gói tin cập nhật này sẽ thôngbáo cho tất cả các router còn lại biết để tính toán lại đường đi Do đó, mỗi node đềubiết đường đi đến các node còn lại Như vậy sẽ không có trễ nhưng duy trì thườngxuyên các đường đi không sử dụng làm cho việc quản lý các đường phức tạp hơn

Các giao thức định tuyến hybrid được tạo ra để cố gắng kết hợp các ưu điểmcủa 2 loại giao thức trên: sử dụng phương pháp định tuyến proactive với các node gần

hoặc cần dùng thường xuyên; sử dụng giao thức reactive với các node ở xa hoặc ít khicần truyền thông tin đến.

b Định tuyến dựa vào vị trí

Đối với thuật toán định tuyến này, các gói được chuyển đi dựa vào vị trí địa lýcủa các node chuyển tiếp, các node hàng xóm của chúng và đích đến Phương phápnày yêu cầu mỗi node phải biết vị trí địa lý của mình Vị trí node đích do dịch vụ định

vị (location service) cung cấp Một số giao thức thuộc loại này là: Greedy forwarding(gửi gói tin đến node gần đích nhất), face routing, GPSR,…

1.3 Giới thiệu chung về mạng hình lưới không dây WMN

Khái niệm mạng hình lưới (Mesh Network) nói chung được sử dụng trong một

số lĩnh vực của ngành công nghệ thông tin Kỹ thuật mạng hình lưới là cách thứctruyền tải dữ liệu, âm thanh và câu lệnh giữa các node xử lý, cho phép truyền thôngliên tục và tự xác định lại cấu hình xung quanh đường đi bị che chắn bằng cách “nhảy”

từ node này sang node khác cho đến khi thiết lập được kết nối Mạng lưới có khả năng

tự hàn gắn và tạo ra mạng có độ tin cậy cao; có thể hoạt động khi có một node bị lỗihoặc chất lượng kết nối mạng kém Trong lĩnh vực mạng không dây, mạng lưới được

áp dụng để nới rộng phạm vi phủ sóng của mạng không dây truyền thống Các nodetrong mạng truyền thông trực tiếp với các node khác và tham gia trong mạng lưới Nếumột node có thể kết nối với một node lận cận khác thì sẽ có kết nối với toàn mạng

Mạng WMN chuyển tiếp dữ liệu gói thông qua các chặng vô tuyến Mỗi mộtnode lưới hoạt động giống như một điểm chuyển tiếp hay một router với các node lướikhác trong mạng Mạng WMN dùng trong những kịch bản nổi bật nhất là mạng truynhập công cộng và những mạng không dây trong thành phố nơi mà các điểm truy cập

là các node lưới của mạng

Sự tin cậy và hiệu năng của mạng là 2 tiêu chí chính của mạng WMN, đặc biệttrong môi trường kênh vô tuyến Tính di động của node mạng thường không được xemxét đến Những node cố định có thể nằm trên những đế đèn, hay gắn liền đối với nhàcửa, v.v… , nơi được cung cấp năng lượng đầy đủ Như vậy, các giao thức định tuyến

có thể được tối ưu theo sự tin cậy và hiệu năng của mạng Các giao thức định tuyến cóthể được mở rộng để sử dụng những tham số định tuyến đặc biệt Và thậm chí chúng

có thể nằm trên lớp 2 để có thể truy cập tốt hơn thông tin lớp MAC và lớp vật lý

Các node hình lưới có thể có nhiều giao diện vô tuyến để gia tăng khả năng của

lượng bởi các gói nhận và chuyển tiếp tuần tự trong các node hình lưới với chỉ mộtgiao diện vô tuyến Điều này cũng có thể sử dụng nhiều kênh Dung lượng tuỳ biếncủa mạng WMN là giới hạn nhưng sự cài đặt đơn giản và tính mềm dẻo vẫn là những

ưu điểm của mạng

Hình1.4: Các thành phần cơ bản của mạng WMN

Gần đây các thiết bị khách hàng ngày càng đóng vai trò như là một node hìnhlưới Điều này mở rộng mạng WMN về vùng mạng tuỳ biến không dây cổ điển Điềunày không thành vấn đề, vì MANET và WMN có chung một khái niệm Chúng chỉ sửdụng các giá trị khác nhau trong các tham số mạng: các node với tính di động từ “tĩnh”sang “chuyển động với tốc độ v” sử dụng truyền thông vô tuyến qua một hay nhiềugiao diện trên các chặng vô tuyến, nơi mà các tuyến được xác định rõ với các giaothức định tuyến tự tổ chức làm việc với các tham số định tuyến khác nhau

Có 3 kiểu mạng WMN, đó là : WMN hạ tầng, WMN khách hàng, và WMN laighép WMN hạ tầng bao gồm các thiết bị chuyên dụng của hạ tầng mạng, như là cácđiểm truy nhập hay chuyển tiếp Các thiết bị khách hàng không tham gia vào việc địnhtuyến ở node lưới Thay vào đó , chúng kết nối vào các điểm truy nhập bằng côngnghệ truy nhập vô tuyến truyền thống WMN khách hàng bao gồm các thiết bị kháchhàng như máy tính xách tay Các thiết bị khách hàng tham gia vào việc định tuyến ởnode lưới Hơn nữa chúng có thể thực hiện chức năng như một thiết bị hạ tầng WMNlai ghép bao gồm cả hai loại thiết bị trên

1.4 Định tuyến trong mạng WMN

Vì WMN có chung đặc điểm với những mạng tuỳ biến không dây, những giaothức định tuyến được phát triển cho MANET có thể được ứng dụng vào WMN Chẳnghạn, những mạng hình lưới được Microsoft xây dựng dựa vào định tuyến nguồn động(DSR), và nhiều công ty khác, sử dụng định tuyến vector cự ly theo yêu cầu tuỳ biến(AODV) Đôi khi, những khái niệm lõi của những giao thức định tuyến hiện hữu được

mở rộng để đạt được những yêu cầu đặc biệt của mạng hình lưới không dây

Dù đã có nhiều giao thức định tuyến cho mạng tuỳ biến không dây, những giaothức định tuyến cho WMN vẫn được tích cực nghiên cứu vì vài lý do sau:

- Trong đa số WMN, nhiều node ở một chỗ hay ít di chuyển và không phụ thuộcvào nguồn pin Do đó, những thuật toán định tuyến không cần chú ý vào việcđối phó với sự di động hay tối thiểu dùng nguồn nuôi

- Khoảng cách giữa những node có lẽ đã được ngắn lại ở một WMN, do vậy giatăng chất lượng liên kết và tốc độ truyền Tuy nhiên, những khoảng cách ngắncũng tăng ảnh hưởng giữa các chặng, giảm bớt dải thông sẵn có trên mỗi mốiliên kết Bởi vậy, những tham số định tuyến mới cần được tìm hiểu và dùng đểcải thiện hiệu năng của những giao thức định tuyến ở một mạng WMN vớinhiều chặng và nhiều đường truyền vô tuyến

- Đối với mạng WMN có nhiều kênh và nhiều đường truyền vô tuyến, giao thứcđịnh tuyến không những cần thiết để lựa chọn đường đi trong những node khácnhau, mà còn cần thiết để lựa chọn kênh thích hợp nhất hay đường truyền vôtuyến cho mỗi node lưới Bởi vậy, những tham số định tuyến cần được tìm hiểu

và được dùng để tận dụng nhiều kênh, nhiều đường vô tuyến trong một mạnghình lưới không dây

Trong một mạng WMN, sự thiết kế xuyên lớp là cần thiết vì sự thay đổi của mộtđường định tuyến sẽ liên quan đến chuyển mạch kênh vô tuyến trong node lưới nhiềukênh và nhiều đường truyền vô tuyến

Dựa trên hiệu năng của các giao thức định tuyến đang dùng cho mạng tuỳ biến

và những yêu cầu đặc biệt của mạng WMN, giao thức định tuyến tối ưu cho WMN cầnđạt được những yêu cầu sau:

- Dung sai lỗi: Một vấn đề quan trọng của các mạng là khả năng sống của mạng.

Khả năng sống của mạng là khả năng hoạt động của mạng thậm chí khi có nodehoặc liên kết bị lỗi WMN có thể bảo đảm chắc chắn chống lại lỗi liên kết bởi

tự nhiên gây ra Tương ứng là giao thức định tuyến cũng nên hỗ trợ chọn đườnglại tuỳ vào các liên kết lỗi.

- Cân bằng tải: Các bộ định tuyến vô tuyến cho mạng hình lưới tốt cho cân bằng

tải bởi vì chúng có thể lựa chọn đường đi hiệu quả nhất cho dữ liệu

- Giảm thiểu tiêu đề định tuyến: Sự bảo vệ băng thông là bắt buộc cho sự thành

công của bất kì mạng vô tuyến nào Giảm thiểu tiêu đề định tuyến là điều quantrọng, đặc biệt bởi một nguyên nhân tái quảng bá

- Khả năng mở rộng: Mạng hình lưới có khả năng mở rộng và có thể kiểm soát

hàng trăm hàng nghìn node Bởi vì nhà điều hành mạng không phụ thuộc vàomột điểm điều khiển trung tâm, cộng thêm các điểm thu thập dữ liệu hoặcgateway là rất tiện lợi Điều quan trọng cho mạng WMN với hàng nghìn node là

hỗ trợ khả năng mở rộng trong các giao thức định tuyến

- Hỗ trợ QoS: Để giới hạn dung lượng kênh, ảnh hưởng của xuyên nhiễu, số

lượng lớn các người dùng và sự nổi trội của các ứng dụng đa phương tiện thờigian thực, việc hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) trở nên một yêu cầu quyết địnhtrong các mạng như vậy

1.5 Tiêu chuẩn 802.11s

1.5.1 Giới thiệu chung

Các dịch vụ mạng không dây đang bùng nổ và trở thành một phần không thểthiếu trong hệ thống dịch vụ mạng thế hệ kế tiếp NGN (Next generation Network).Chính vì vậy, sự hình thành và phát triển mạnh mẽ của các công nghệ không dây mớitrong thời gian gần đây đã và đang thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu của rất nhiềucác tổ chức nghiên cứu cũng như các trung tâm triển khai thử nghiệm Trong nỗ lựcchuẩn hóa các hệ thống và tìm kiếm các giải pháp kết nối và nâng cao hiệu năng mạng,

tổ chức IEEE đã hình thành một số nhóm dành riêng để phát triển lĩnh vực WMN(Wireless Mesh Network) như: IEEE 802.11s [Mạng không dây cục bộ WLAN],802.15.5 [Mạng không dây cá nhân WPAN – Wireless Personal Area Network], IEEE802.16j [Mạng không dây đô thị WMAN – Wireless Metropolital Network] WMN cóthể được ứng dụng cho nhiều kiểu hạ tầng mạng không dây khác nhau và một trong số

đó là mạng không dây cục bộ WLAN (Wireless Local Area Network )

1.5.2 Tổng quan về IEEE 802.11s

Với các đặc tính thế mạnh của các mạng hình lưới không dây WMN như tính tựcấu hình, tự tổ chức nhằm tạo ra các hình thái tùy biến để duy trì kết nối Các ứng

dụng của mạng WMN có thể tạo ra miền ứng dụng rộng rãi như: mạng truy nhập băngrộng, mạng cộng đồng, mạng doanh nghiệp, hỗ trợ các hệ thống an ninh, y tế, v.v…Với các đặc điểm riêng của công nghệ WiFi, mạng hình lưới không dây WLAN gặpnhiều thách thức cần phải vượt qua, một trong các vấn đề đó là vấn đề kết nối, mởrộng mạng để tạo ra miền ứng dụng rộng Phần này giới thiệu các thành phần cơ bảncủa mạng hình lưới WLAN và kiến trúc khối chức năng của tiêu chuẩn IEEE 802.11s

a Các thành phần mạng kết nối hình lưới WLAN

Như chỉ ra trên Hình 1.5, một mạng kết nối hình lưới WLAN gồm các node cóchức năng quản lý, điều khiển các dịch vụ và điều hành mạng hình lưới gọi là cácđiểm hình lưới MP (Mesh Point) Nếu một node (MP) thêm chức năng truy nhập tớithiết bị đầu cuối STA (Station) hoặc các node không nằm trong mạng hình lưới thìđược gọi là điểm truy nhập hình lưới MAP (Mesh Access Point)

Portal MP

MP

MP AP

MP AP STA

STA

MP Điểm hình lưới

MPP (Cổng mạng hình lưới)

MAP Điểm truy nhập hình lưới

Thiết bị đầu cuối

MAP Điểm truy nhập hình lưới

Thiết bị đầu cuối

Thiết bị đầu cuối Thiết bị đầu cuối

Mạng ngoài (Internet)

Hình 1.5: Các thành phần cơ bản của mạng kết nối hình lưới WLAN

Thiết bị Cổng mạng hình lưới MPP (Mesh Point Portal) là MP có thêm chức năng kếtnối tới Internet và hoạt động như một gateway Các chức năng MAP và MPP có thểđược cung cấp đồng thời trên cùng một thiết bị Khung hệ thống phân bổ không dâyWDS (Wireless Distribution Systems) sử dụng để truyền dữ liệu giữa các MP, MAP

và MPP

b Kiến trúc khối chức năng của 802.11s

Kiến trúc khối chức năng của 802.11s được chia thành 4 khối chức năng như

Kết nối liên mạng Quản lý và cấu hình mạng Mesh

Định tuyến, chuyển tiếp

và học cấu hình

An ninh mạng

Điều phối truy nhập phương tiện

Đo lường và tính toán mạng

Lớp MAC (thấp) hỗ trợ cho Mesh (IEEE 802.11e/n)

Lớp vật lý (IEEE 802.11a/b/g) Lớp thấp

Lớp cao

Hình 1.6: Kiến trúc các khối chức năng của 802.11s

- Khối chức năng định tuyến, chuyển tiếp và học cấu hình: Chứa các chức

năng phát hiện node lân cận, thu thập các tham số đo trạng thái đường liên kết

vô tuyến sử dụng cho định tuyến Các giao thức định tuyến sử dụng địa chỉMAC làm địa chỉ nhận dạng cũng như cho chức năng chuyển tiếp gói Để sửdụng hiệu quả nguồn tài nguyên vô tuyến, giao thức định tuyến sử dụng cáctham số vô tuyến và các kênh đa tần phù hợp với các điều kiện vô tuyến đểchọn đường

- Khối đo lường và tính toán: Chứa các chức năng tính toán các tham số vô

tuyến được sử dụng trong giao thức định tuyến; đo lường các điều kiện vôtuyến để lựa chọn kênh tần số

- Khối điều phối truy nhập phương tiện: Bao gồm các chức năng chống suy

giảm hiệu năng do các hiện tượng che dấu thông tin node (Hidden, ExposedNode); các chức năng thực hiện điều khiển ưu tiên, điều khiển tắc nghẽn, điềukhiển quản lý và chức năng kích hoạt sử dụng lại tần số

- Khối an ninh: Chứa các chức năng an ninh để bảo vệ các khung dữ liệu mang

trên WLAN và các khung quản lý được sử dụng bởi các chức năng quản lý nhưgiao thức định tuyến Các phương pháp an ninh cho WLAN được định nghĩatrong 802.11i

- Khối liên mạng: IEEE 802.11 là một phần trong cấu trúc IEEE 802 vì thế

WLAN thực hiện kết nối với các mạng khác (ví dụ: 802.3) thông qua chức năngcầu nối nằm tại MPP

- Khối chức năng quản lý và cấu hình: Khối này gồm một giao diện WLAN sử

dụng để tự động thiết lập các tham số tần số vô tuyến MP với mục đích quản lýchính sách chất lượng dịch vụ

1.6 Định tuyến trong mạng hình lưới 802.11s

Giao thức định tuyến và các tham số đo lượng (Metrics) là các phần tử quantrọng nhất đối với hiệu năng mạng hình lưới WMN Một số giao thức định tuyến được

đề xuất kế thừa từ các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây MANET(Mobile Ad-hoc Network) vì một số đặc tính tương đồng

1.6.1 Phân loại các giao thức định tuyến MANET

Mạng MANET chia các giao thức định tuyến thành: định tuyến theo bảng(proactive), định tuyến theo yêu cầu (reactive) và định tuyến lai ghép giữa hai loạitrên Các giao thức định tuyến proactive sử dụng phương pháp tràn lụt (Floading) đểquảng bá thông tin tới các thiết bị Phương pháp này cho phép thời gian thiết lậpđường nhanh dựa trên các tham số gửi tới thiết bị sẵn sàng cho kết nối Tuy nhiên, việclưu lượng thông tin tiêu đề tăng lên chính là nhược điểm của phương pháp này Giaothức định tuyến trạng thái liên kết tối ưu OLSR (Optimized Link State Routing) vàgiao thức định tuyến vector khoảng cách tuần tự đích DSDV (Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing) là hai ví dụ của giao thức định tuyến proactive

Các giao thức định tuyến theo yêu cầu thiết lập tuyến dựa theo từng yêu cầu kếtnối Phương pháp này hạn chế được thông tin tiêu đề chọn đường, nhưng nhược điểm

cơ bản là gây trễ lớn cho các khung truyền dẫn đầu tiên cũng như thời gian chọnđường dẫn chậm Hai giao thức reactive điển hình là giao thức định tuyến vectorkhoảng cách theo yêu cầu AODV (On-demand Distance Vector Routing) và giao thứcđịnh tuyến định tuyến nguồn động DSR (Dynamic Source Routing)

Một khi xảy ra lỗi tại node, các giao thức định tuyến thường khôi phục đườngdẫn bằng phương pháp thiết lập tuyến mới Hầu hết các tiếp cận hiện nay đều sử dụngthông tin phản hồi tới thiết bị nguồn nhằm khởi tạo tuyến mới, vì vậy lưu lượng bảntin trao đổi là rất lớn và tăng lên rất nhanh khi kích thước mạng lớn, nhất là đối với cácgiao thức định tuyến proactive Khi kích thước mạng tăng cũng đồng nghĩa với sự suygiảm hiệu năng mạng do hiện tượng trễ của thủ tục định tuyến và truyền khung đầutiên tăng lên rất lớn nếu sử dụng giao thức định tuyến reactive

Để khắc phục một số nhược điểm của hai loại giao thức trên, 802.11s đưa ragiải pháp định tuyến lai và sử dụng giao thức định tuyến không dây lai HWRP (Hybridwireless routing protocol) là giao thức định tuyến ngầm định trong WLAN

1.6.2 Tham số đo lượng liên kết vô tuyến

Chất lượng dịch vụ của WLAN phụ thuộc lớn vào chất lượng các liên kếtkhông dây, độ xuyên nhiễu và tỉ lệ chiếm dụng tài nguyên vô tuyến Để phản ánh cácđiều kiện trên, 802.11s định nghĩa tham số đo lượng liên kết Airtime được sử dụng đểtính toán năng lực truyền dẫn giữa các cặp liên kết trong mạng hình lưới Tham số này

mô tả số lượng nguồn tài nguyên kênh tiêu thụ bởi các khung truyền dẫn qua liên kết

cụ thể Để sử dụng trong tính toán định tuyến, tham số đo lượng liên kết Airtime đượcthể hiện qua tham số tính giá (cost) Tham số tính giá Ca được định nghĩa theo tốc độđiều chế r và tỉ lệ bít lỗi ept cho một khung kiểm tra có kích thước Bt

pt

t P CQ

Q

e - 1

1 ) r

B O

O (

C   

Tiêu đề truy nhập kênh Oca, tiêu đề giao thức Op và kích thước khung kiểm tra Bt làhằng số theo bảng 1

Bảng 1: Các hằng số đo lượng liên kết Airtime

Tham số 802.11a 802.11b Mô tả

Oca 75 µs 335 µs Tiêu đề truy nhập kênh

Op 110 µs 364 µs Tiêu đề giao thức

Bt 8224 8224 Số lượng bit trong

khung

1.6.3 Giao thức định tuyến không dây lai HWRP

802.11s định nghĩa giao thức định tuyến không dây lai HWMP là giao thứcđịnh tuyến ngầm định và giao thức RA-OLSR là giao thức định tuyến tùy chọn.HWMP tổ hợp hai giao thức định tuyến (proactive, reactive) tương ứng với giao thứcđịnh tuyến dựa trên hình cây TBR (Tree Based Routing) và giao thức định tuyếnRadio Metric-AODV Radio Aware-OLSR là giao thức định tuyến proactive sử dụngtham số đo lượng liên kết Airtime để lựa chọn node trễ đa điểm MPR (Multi-PointRelay), MPR có nhiệm vụ chuyển tiếp các bản tin điều khiển, giảm tối thiểu lưu lượngtiêu đề Cả hai giao thức đề xuất RA-OLSA và RM-AODV đều hoạt động trên lớp 2theo các địa chỉ MAC và sử dụng thông số đo lượng liên quan trực tiếp tới đặc tínhliên kết vô tuyến

- Định tuyến reactive: Với giao thức định tuyến theo yêu cầu, các tuyến yêu cầu

kết nối trong mạng không bắt buộc phải đi qua node gốc Trong IEEE 802.11s

sử dụng hai cơ chế yêu cầu tuyến RREQ (Route Request) và đáp ứng tuyếnRREP (Route Reply) để thu thập các thông tin định tuyến Để thực hiện duy trìtuyến, các node gửi định kỳ bản tin RREQ có gắn số thứ tự nhằm tránh hiệntượng lặp vòng Cơ chế trễ thường được thêm vào để tránh việc cập nhật tuyếnquá nhanh, thường xảy ra trong trường hợp lỗi tuyến và các bản tin cập nhậtRREQ từ tuyến nguyên thủy bị mất hoặc RREQ từ các tuyến khác đến nhanhhơn Cơ chế trễ thực hiện việc lưu lại tuyến tốt nhất trong một khoảng thời giannhất định

- Định tuyến proactive: Mạng WMN có đặc tính động của các node hình lưới

thấp hơn rất nhiều so với mạng MANET Vì vậy, phương pháp định tuyếnproactive được đề xuất trong IEEE 802.11s là giao thức định tuyến hình câyTBR TBR coi WMN như một cây phân cấp có cấu trúc với một node gốc làMPP và các node lá là các MP hoặc MAP Giao thức TBR sử dụng MPP để tìm

và duy trì các tuyến Thông tin tuyến giữa các node lá và node gốc được thuthập qua bản tin thăm dò node nguồn gửi đi từ node gốc xuống các node lá theophương thức quảng bá và phát lại quảng bá bản tin Thông tin tuyến từ nodegốc tới bất kỳ node lá bất kỳ được thu thập qua bản tin đáp ứng tuyến RREPhướng từ node lá tới node gốc Các thông tin này được lưu trong bảng chuyểntiếp để sử dụng như địa chỉ bước kế tiếp cho các gói tin đến node Các bướchoạt động cơ bản của giao thức định tuyến TBR được trình bày trên lược đồ tạihình 1.7

Bước 1: Lựa chọn MP trong mạng hình lưới làm gốc, thông thường là MPP.

Bước 2: Bản tin thông báo được phát chuyển quảng bá từ node gốc tới các node lá, các

node nhận thông tin thực hiện thiết lập đường dẫn tới node gốc và lựa chọn node chaqua bản tin RREP hướng ngược

Bước 3: MP duy trì đường dẫn bằng cách gửi bản tin RREQ tới node cha và nhận lại

bản tin RREP

Bước 4: Khi nhận được node cha, MP đăng ký chính nó với node gốc bằng bản tin

RREP Mỗi một node trung gian trên đường dẫn đều nhận được bản tin tương tự đểcập nhật vào bảng định tuyến

Bước 5: Việc chuyển tiếp dữ liệu, duy trì cấu hình và tối ưu hóa được thực hiện tại

bước này Dữ liệu được chuyển tiếp dọc theo đường dẫn tới node gốc qua các nodetrung gian và chức năng duy trì cấu hình được thực hiện qua các bản tin RREQ đượcgửi định kỳ

Bước 6: Nếu một node MP thay đổi node cha bởi một node cha khả tuyển nằm trong

danh sách định tuyến, nó sẽ gửi bản tin đăng ký lại tới node gốc sau đó node gốc sẽgửi bản tin thông báo lỗi tới đường dẫn cũ Nếu không có node cha khả tuyển trongdanh sách, thủ tục khởi tạo lại tuyến bắt đầu lại từ bước 1

Có trong danh sách?

Yes

No

Yes

No

Hình 1.7: Các bước thủ tục chính của giao thức TBR

Như trên lược đồ đã chỉ ra, giao thức TBR luôn chỉ thiết lập duy nhất mộtđường dẫn hoạt động cho một kết nối Vì vậy, khi xuất hiện các yêu cầu thay đổiđường dẫn, TBR phải thực hiện lại một số thủ tục cùng với hàng loạt bản tin, điều này

sẽ là trở ngại lớn khi mạng mở rộng và có số lượng node lớn Trong đề xuất giao thứcđịnh tuyến dựa trên hình cây với các node chuyển tiếp hình lưới TBR-MRN (MeshRelaying Node), cung cấp thuật toán thiết lập đa đường để giảm trễ kết nối và cungcấp tuyến thay thế dự phòng Tuy nhiên, các kết quả so sánh mới chỉ được đánh giábởi chương trình mô phỏng

RA-OLSR cho phép tìm kiếm và duy trì đường dẫn tối ưu dựa trên các metricxác định trước, điều này cho phép mỗi MP có một cơ cấu riêng để xác định giá của

liên kết tới node cận kề Để truyền các thông tin giá liên kết giữa các MP, một trườngchức năng riêng được sử dụng trong các phần tử thông tin RA-OLSR Việc sử dụngcấu trúc MPR của giao thức OLSR nhằm để tối ưu các bản tin điều khiển tràn lụt vàgiảm tiêu đề giao thức Tuy nhiên, giao thức này cần phải tiếp tục cải thiện vì cấu trúcMPR có thể gây ra các hiện tượng như: Quảng bá liên kết kém chất lượng, có xuhướng tập trung lưu lượng vào một số liên kết và chịu tác động lớn khi có lỗi xảy ra

Tiêu chuẩn mạng hình lưới WLAN 802.11s cho tập dịch vụ mở rộng ESS đóngvai trò tiêu chuẩn then chốt cho khung làm việc của bài toán kết nối và định tuyếnWLAN Vì thế đó là một tiêu chuẩn rất hữu ích cho những nhà thiết kế và khai thácmạng WiFi hiện nay Dù vậy, tiêu chuẩn này còn chứa đựng nhiều khía cạnh cần tiếptục cải thiện để phù hợp tốt nhất với môi trường ứng dụng lớn, nhất là vấn đề địnhtuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ và hiệu năng mạng Các giao thức định tuyến đề cậptrên đây đều hướng vào lớp MAC để khai thác hiệu quả nhất tài nguyên vô tuyến Vìvậy, các phương pháp định tuyến đa đường đảm bảo chất lượng dịch vụ hay địnhtuyến heuristic sẽ là những hướng mở cho môi trường mạng phức hợp nhằm phát huythế mạnh của mạng hình lưới không dây

1.7 Kết luận chương

Chương I đã giới thiệu một cách tổng quan về mạng tùy biến di động MANET,mạng hình lưới không dây WMN, tiêu chuẩn 802.11s, qua đó cung cấp những kháiniệm tổng quát nhất về các mạng này và tiêu chuẩn 802.11s Cho thấy mạng hình lướikhông dây WMN là xu hướng phát triển của mạng không dây trong tương lai Nó cungcấp một giải pháp tối ưu cho mạng không dây, tận dụng cơ sở hạ tầng vốn có củamạng WLAN, tạo nên một mạng hình lưới với tính ổn định cao hơn, phạm vi phủ sónglớn hơn, gia tăng khả năng họat động của mạng bằng cách hỗ trợ nhiều giao diện vật lýkhác nhau,

Chương I cũng đề cập tới các giao thức định tuyến có trong mạng tùy biến diđộng MANET, mạng hình lưới không dây WMN và trong tiêu chuẩn 802.11s; trìnhtổng quan về các giao thức trong các mạng này và trong tiêu chuẩn 802.11s, từ đó cócái nhìn bao quát về các giao thức định tuyến trong các mạng không dây và có cáckhái niệm ban đầu về các giao thức được nghiên cứu trong các chương sau

CHƯƠNG II:

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN VECTƠ CỰ LY THEO YÊU CẦU TÙY BIẾN AODV

2.1 Tổng quan về AODV

Yêu cầu cơ bản của thuật toán có thể được gọi là các hệ thống tiếp nhận đường

đi theo yêu cầu thuần túy; các node không nằm trên tuyến hoạt động thì không duy trìbất kì thông tin định tuyến cũng như không tham gia vào bất kì bảng định tuyến nào.Hơn nữa, một node không có gì để khám phá và duy trì tuyến tới node khác cho đếnkhi hai node phải kết nối, trừ khi các node trước cung cấp các dịch vụ của mình như làtrạm trung chuyển để duy trì kết nối giữa hai node khác Khi khu vực kết nối của node

di động được quan tâm, mỗi node di động có thể nhận biết được các node hàng xómnhờ việc sử dụng một số kĩ thuật, bao gồm quảng bá nội vùng ( không phải toàn hệthống) được biết đến như các bản tin Hello Bảng định tuyến của các node lân cậnđược tổ chức tối ưu hóa thời gian để đáp ứng nội vùng và cung cấp cho các yêu cầuthành lập tuyến mới Mục tiêu chính của thuật toán là:

- Chỉ phát gói quảng bá khi cần thiết

- Để phân biệt giữa quản lý kết nối nội vùng và duy trì topo mạng nói chung

- Để phổ biến thông tin về các thay đổi trong kết nối nội cùng với các node diđộng hàng xóm có khả năng cần thông tin

AODV sử dụng một cơ chế khám phá tuyến, cũng như được sử dụng ( với sửađổi, bổ sung) trong thuật toán định tuyến nguồn động DSR Thay vì dùng tuyến nguồn,AODV lại dựa vào bảng định tuyến thiết lập động tại các node trung gian Sự khác biệtnày phải trả giá trong mạng mà có nhiều node, nơi mà chi phí lớn hơn là các tuyếnnguồn được mang trong mỗi gói dữ liệu.Mỗi node Ad hoc duy trì một bộ đếm số củachỉ số thứ tự tăng đơn điệu cái mà được dùng để thay thế cho bộ nhớ tuyến Sự kết hợpcủa các kĩ thuật này tạo ra một thuật toán sử dụng băng thông một cách hiệu quả (bằngcách giảm tối thiểu tải trọng mạng để điều khiển và phân phát dữ liệu) là đáp ứng sựthay đổi trong topo và đảm bảo vòng lặp tuyến tự do

Các vấn đề cơ bản của thuật toán định tuyến AODV là:

- Các bản tin ROUTER REQUEST và ROUTER REPLY (Khám phá đường)

- Các bản tin ROUTER ERORR, HELLO và danh sách lưu giữ tuyến trước( Duy trì đường)

Quá trình gửi yêu cầu

Tuyến có sẵn sàng?

Chuyển tiếp bản tin

Lưu bản tin vào hàng đợi; phát động

cơ chế yêu cầu tuyến

Kết thúc

Hình 2.1: Quá trình gửi yêu cầu khám phá đường

Khi một node cần xác định tuyến tới một node đích, nó tạo ra sự tràn lụt cácbản tin RREQ trong mạng Node khởi đầu này quảng bá một bản tin RREQ tới tất cảcác node lân cận, các node này lại tiếp tục quảng bá bản tin tới các hàng xóm của nó,

và cứ như vậy Để ngăn chặn sự quay vòng chu kì, mỗi node nhớ việc chuyển tiếptuyến yêu cầu mới nhất trong một bộ nhớ đệm tuyến yêu cầu (route request buffer).Khi các yêu cầu này trải rộng trong mạng, các node trung gian lưu giữ các tuyếnngược quay lại node nguồn Khi một node trung gian có nhiều tuyến ngược, nó luônluôn chọn các tuyến với giá trị hop count nhỏ nhất

Khi một node nhận được yêu cầu của một node khác hoặc nó biết một tuyến đủmới tới đích, hoặc bản thân nó chính là đích, node này sẽ phát động một bản tin RREP,

và gửi bản tin này dọc theo tuyến ngược quay trở lại node nguồn Khi bản tin RREPvượt qua các node trung gian, các node này sẽ cập nhật bản định tuyến của nó, để màtrong tương lai, các bản tin có thể được gửi theo tuyến này tới đích Node khởi đầuRREQ có thể nhận được bản tin RREP từ nhiều hơn một node

Mỗi node hàng xóm khi nhận được RREQ hoặc gửi bản tin Route Reply(RREP) quay trở lại node nguồn hoặc quảng bá tiếp gói tin RREQ tới các hàng xómkhác của nó sau khi đã tăng chỉ số hop count lên 1

2.1.2 Duy trì đường

Mỗi node lưu giữ một danh sách chặng trước và danh sách cổng ra Một danhsách chặng trước là một thiết lập các node mà tuyến xuyên suốt qua node giữ danhsách Danh sách cổng ra là thiết lập các chặng tiếp theo mà node gửi qua Trong cácmạng nơi mà tất cả các tuyến là song hướng, các danh sách này về cơ bản là như nhau

Mỗi node gửi định kì các bản tin Hello tới các chặng trước của nó Một nodequyết định gửi một bản tin Hello tới một chặng trước xác định chỉ khi nếu không cóbản tin nào được gửi gần đây tới chặng trước đó Do đó, mỗi node mong đợi nhận định

kì các bản tin (không giới hạn các bản tin Hello) từ mỗi node trong danh sách cổng racủa node Nếu một node không nhận được bản tin nào từ một vài node cổng ra trongmột khoảng thời gian dài, khi đó node được cho là không còn có thể tới được

Mỗi khi một node xác định được một trong số các chặng tiếp theo của nó khôngcòn tới được, nó hủy bỏ tất cả các mục tuyến ảnh hưởng và phát động một bản tinRERR Bản tin RERR này bao gồm một danh sách tất cả các đích mà không thể tớiđược như một kết quả của liên kết gãy Các node gửi RERR tới mỗi chặng trước của

nó Các chặng trước này cập nhận bản định tuyến và lần lượt chuyển tiếp RERR đếncác chặng trước của nó, và cứ như vậy Để ngăn chặp lặp các bản tin RERR, một nodechỉ chuyển tiếp bản tin RERR nếu ít nhất một tuyến đã bị hủy bỏ

Hoạt động của các node không nằm dọc theo một tuyến hoạt động nào khôngảnh hưởng tới tuyến đường tới đích Nếu các node nguồn di chuyển trong suốt mộtphiên hoạt động, nó có thể phát động lại khám phá tuyến để thành lập một tuyến mớitới đích Khi hoặc đích hoặc một vài node trung gian di chuyển, một RREP đặc biệtđược gửi tới các node nguồn bị ảnh hưởng Bản tin Hello định kì có thể được sử dụng

để đảm bảo liên kết đối xứng cũng như phát hiện liên kết lỗi

Quá trình xử lý nhận

Kiểm tra kiểu tin

Cập nhật tuyến (nếu tốt hơn tuyến cũ)

Cập nhật bảng định tuyến Loại bỏ tuyến ảnh hưởng

Đích? Nguồn? Còn ít nhất một loại bỏ?

Là tuyến đủ mới?

Chuyển tiếp bản tin RRER đến các chặng trước

Chuyển tiếp bản tin RREP tới chặng tiếp

Xếp hàng đợi gửi tin nhắn

Gửi RREP

Kết thúc

Nếu không có trong bộ nhớ, chuyển tiếp gói RREQ tới các hàng xóm

Bản tin RREQ Bản tin RERR

Bản tin RREP

Yes

No

No Yes

No Yes

Yes No

Hình 2.2: Tóm tắt xử lý nhận tại một node

Như một sự lựa chọn, sự tiềm tàng như các lỗi có thể được phát hiện nhờ việc

sử dụng link-layer acknowledgments (LLACKS) Một liên kết lỗi cũng được chỉ ranếu việc cố gắng chuyển tiếp một gói tin tới node hàng xóm thất bại Chỉ một lầnchặng tiếp theo trở nên không nhận được, node luồng lên bị gẫy sẽ quảng bá mộtRREP được gửi đi với một chỉ số thứ tự mới nhất (ví dụ, một chỉ số thứ tự mà lớn hơnchỉ số trước đấy được biết) và hop count tại vô cùng tới tất cả các hoạt động luồng lêncủa các hàng xóm khác Những node này sau đó chuyển tiếp bản tin tới các hàng xómhoạt động của nó Quá trình này được tiếp tục cho đến khi tất cả các hoạt động củanode nguồn được thông báo là kết thúc bởi vò AODV chỉ duy trì vòng lặp tuyến tự do

và chỉ có một số lượng có hạn các node trong mạng Ad hoc Nhờ vào việc nhận khaibáo của các liên kết gãy, node nguồn có thể khởi động lại quá trình khám phá tuyến

không, một node có thể kiểm tra các tuyến được sử dụng mới đây, cũng như các khốiđiều khiểu các giao thức lớp trên xác định các kết nối mở còn lại được chỉ đến đích.Nếu các node nguồn (hay bất cứ node nào dọc theo tuyến trước đó) quyết định nómuốn thiết lập lại tuyến đường tới đích, nó sẽ gửi một RREQ với chỉ số thứ tự đíchcủa một số lớn hơn chỉ số được biết đến trước đấy, để đảm bảo rằng nó xây dựng mộttuyến mới, tuyến có thể tồn tại, và không có node hồi đáp nếu nó vẫn quan tâm đếntuyến trước đó

2.2 Định dạng các gói tin:

2.2.1 Định dạng gói tin ROUTE REQUEST

Hình 2.3: Định dạng bản tin Route Request.

Các trường trong gói tin RREQ:

- Type: Xác định kiểu gói tin Khi một node không hiểu kiểu của một gói tin thì

phải hủy bỏ gói tin

- J: Join flag Được dự trữ cho Multicast

- R: Repair flag Được dùng dự trữ cho Multicast.

- G: Gratuitous RREP flag Chỉ định một Gratuitous RREP có nên được truyền

tải unicast hay không tới node đã được chỉ định trong trường địa chỉ IP đích

- D: Destination only flag Xác định rõ là chỉ có một đích hồi đáp RREQ này.

- U: Unknow sequence number Xác định rõ là chỉ số thứ tự đích không được

biết

- Hop count: Chỉ số chặng Khi một node trung gian quảng bá tiếp bản tin

RREQ đến các node hàng xóm, nó sẽ tăng chỉ số hop count lên 1 khi gửi

- RREQ id: Chỉ số RREQ id được quyết định bởi node khởi tạo RREQ Mỗi khi

nó khởi tạo một RREQ mới thì chỉ số broadcast id được tăng thêm 1

- Destination IP Address: Địa chỉ của node đích mà cần tìm đường để thực hiện

truyền tin từ node nguồn tới node đích

- Destination Sequence Number: Chỉ số thứ tự đích Là chỉ số cuối cùng được

nhận bởi nguồn từ bất kì tuyến nào theo hướng tới đích

- Originator IP Address: Địa chỉ của node nguồn phát động bản tin RREQ.

- Originator Sequence Number: Chỉ số thứ tự hiện tại được sử dụng trong mục

tuyến trỏ theo hướng nguồn của RREQ

2.2.2 Định dạng gói ROUTE REPLY

- Prefix Size: Kích thước tiền tố Nếu khác không, 5 bit kích thước tiền tố xác

định rằng các chỉ báo chặng tiếp theo có thể được sử dụng cho bất kì tuyến nàovới cùng một tiền tố định tuyến như đích được yêu cầu

- Hop count: Chỉ số chặng Khi một node trung gian quảng bá tiếp bản tin

RREQ đến các node hàng xóm, nó sẽ tăng chỉ số hop count lên 1 khi gửi

- Destination IP Address: Địa chỉ của node đích mà cần tìm đường để thực hiện

truyền tin từ node nguồn tới node đích

- Destination Sequence Number: Chỉ số thứ tự đích Là chỉ số cuối cùng được

biết đến của đích được yêu cầu

- Orginator IP Address: Địa chỉ IP của node khởi đầu RREQ.

Chú ý rằng Prefix Size cho phép Router của mạng con cung cấp một tuyến chomọi trặm trong mạng con được định nghĩa bởi tiền tố định tuyến, cái mà được xác định

rõ bởi địa chỉ IP của Router mạng con và kích thước tiền tố Để mà sử dụng tính năngnày, Router mạng con đảm bảo có thể đến được tất cả các trạm chia sẻ chỉ định tiền tốmạng con

Bit A được sử dụng khi liên kết qua cái mà bản tin RREP được gửi có thểkhông đáng tin cậy hoặc là đơn hướng Khi bản tin RREP chứa bit A được thiết lập,node nhận RREP sẽ được mong chờ hồi đáp lại bản tin RREP-ACK

2.2.3 Định dạng gói ROUTE ERROR

0 7 8 23 31

Unreachable Destination IP Address (1) Unreachable Destination Sequence Number (1) Additional Unreachable Destination IP Addresses (if needed) Additional Unreachable Destination Sequence Numbers (if needed)

Hình 2.5: Định dạng gói tin Route Error.

Các trường trong gói RERR:

- Type: 3

- N: No delete flag Cờ này được thiết lập khi một node thực hiện sửa chữa một

liên kết nội vùng và các node đường lên không nên xóa tuyến

- Destination Count: Số lượng các đích không thể đến được trong bản tin Phải

ít nhất là 1

- Unreachable Destination IP Address: Địa chỉ IP của đích mà không thể đến

được do liên kết gãy

- Unreachable Destination Sequence Number: Chỉ số thứ tự trong mục bảng

định tuyến cho đích được liệt kê trong trường Unreachable Destination IPAddress trước

Bản tin RERR được gửi mỗi khi một liên kết bị gãy làm cho một hay nhiều đích khôngthể đến được từ một vài node hàng xóm

2.2.4 Định dạng gói Route Rply Acknowledgment

2.3 Hoạt động của AODV

Phần này mô tả các tính huống mà trong đó các node khởi tạo các bản tinRREQ, RREP, RERR cho truyền thông unicast về phía đích, và các bản tin được điềukhiển như thế nào Để xử lý các bản tin chính xác, thông tin trạng thái chắc chắn đượcduy trì trong các mục của bảng định tuyến đối với các node đích được quan tâm

2.3.1 Sự duy trì các chỉ số thứ tự

Mọi mục của của bảng định tuyến tại mọi node phải chứa những thông tin mớinhất có hiệu lực về chỉ số thứ tự đối với địa chỉ IP của node đích mà ở đó mục củabảng định tuyến được duy trì Chỉ số thứ tự này được gọi là “chỉ số thứ tự đích” Nóđược cập nhận mỗi khi một node nhận được thông tin mới về chỉ số thứ tự từ các bảntin RREQ, RREP, RERR mà có thể nhận được sự liên quan tới đích đó Một node đíchtăng chỉ số thứ tự của nó trong hai tình huống sau:

- Ngay trước khi một node phát động một khám phá tuyến, nó phảu tăng chỉ sốthứ tự của nó Điều này ngăn chặn sự xung đột với các tuyến ngược được thiếtlập trước đó theo hướng node khởi đầu của một RREQ

- Ngay trước khi một node đích khởi tạo một RREP để hồi đáp tới một RREQ, nóphải cập nhật chỉ số thứ tự của nó với giá trị chỉ số thứ tự lớn nhất hiện tại vàchỉ số thứ tự đích trong gói RREQ

Khi đích tăng chỉ số thứ tự của nó, nó phải làm vậy bằng cách xử lý các giá trịchỉ số thứ tự như thể nó là một số chưa được đánh dấu Để hoàn thành cuộn số thứ tự,

đánh dấu 32 bit (ví dụ 4294967295), thì khi nó được tăng nó sẽ có giá trị 0 Mặt khác,nếu dãy số hiện tại có giá trị hiện tại là 2147483647, là số nguyên dương lớn nhất cóthể nếu số bù thứ hai được sử dụng với hệ số nguyên 32-bit, giá trị tiếp theo sẽ là

2147483648, là số nguyên âm lớn nhất trong cùng hệ số Sự đại diện của các số âm làkhông thích hợp cho sự gia tăng của các dãy số AODV Việc này đối lập với kiểu mà

sự so sánh hai dãy số AODV được xử lý

Để có thể biết chắc rằng thông tin về đích đến là không cũ, node sẽ so sánh giátrị hiện tại của dãy số của nó với giá trị mà nó thu được từ thông điệp AODV đi tới Sự

so sánh này bắt buộc phải được thực hiện bằng các số 32-bit đã đánh dấu, đây là điềucần thiết để hoàn thành việc đảo ngược dãy số Nếu kết quả của việc trừ đi dãy số đanglưu trữ từ giá trị của dãy số đang tới là nhỏ hơn 0 thì thông tin liên quan đến đích đến

đó trong thông điệp AODV bắt buộc phải bị bỏ đi, do thông tin đó đã cũ so với cácthông tin hiện có của node

Trường hợp khác duy nhất mà một node có thể thay đổi dãy số đích đến trongmột trong số các mục bảng định tuyển của nó, là trong sự phản hồi tới một liên kết đã

cũ hay quá hạn tới chặng tiếp theo hướng đến đích Node sẽ xác định đích nào sử dụngmột chặng đặc biệt tiếp theo bằng cách hỏi ý kiến bảng định tuyển Trong trường hợpnày, đối với mỗi đích sử dụng chặng tiếp theo, node gia tăng dãy số và đánh dấu tuyếnnhư là không có hiệu lực Mỗi khi có một thông tin định tuyến nào đủ mới (chứa mộtdãy số ít nhất là cân bằng với dãy số đã ghi nhận) cho đích đến bị ảnh hưởng được tiếpnhận bởi một node mà đã đánh dấu mục bảng định tuyển đó là không có hiệu lực, node

sẽ phải cập nhật thông tin bảng định tuyển dựa theo thông tin chứa trong phần cậpnhật

Một node có thể thay đổi dãy số trong mục bảng định tuyển của một đích đếnchỉ khi:

Bản thân nó là node đích đến, và nó cung cấp một tuyến mới cho chính nó, hoặc

Nó tiếp nhận một thông điệp AODV với các thông tin mới về dãy số cho node đíchđến, hoặc

Đường dẫn tới node đích đến đã quá hạn hoặc hư hỏng

2.3.2 Các mục của bảng định tuyến và danh sách chặng trước

Khi một node nhận được một gói điều khiển AODV từ một hàng xóm, hoặckhởi tạo hay cập nhật một tuyến cho một đích hoặc mạng con cụ thể, nó kiểm tra bảngđịnh tuyến của nó với một mục cho đích Trong sự kiện mà không có mục tương ứng

cho đích đó, một mục được tạo ra Chỉ số thứ tự hoặc được xác định từ thông tin chứatrong gói điều khiển hoặc ngược lại trường chỉ số thứ tự hợp lệ được thiết lập là false.Tuyến chỉ được cập nhật nếu chỉ số thứ tự mới hoặc hoặc là cao hơn chỉ số thứ tự đíchcủa bảng định tuyến, hoặc chỉ số thứ tự bằng, nhưng chỉ số hop count cộng 1 nhỏ hơnchỉ số hop count hiện nay trong bảng định tuyến hoặc chỉ số thứ tự không biết.

Trường Lifetime của mục bảng định tuyến hoặc được xác định từ gói điềukhiển hoặc được thiết lập bằng ACTIVE_ROUTE_TIMEOUT Tuyến này có thể được

sử dụng hiện tại để gửi bất kì gói dữ liệu được xếp hàng nào và thực hiện bất kì yêucầu tuyến nào chưa được giải quyết

Mỗi lần một tuyến được dùng để chuyển tiếp gói dữ liệu, trường Active RouteLifetime của nguồn, đích và chặng tiếp theo trong đường tới đích được cập nhậnkhông nhỏ hơn thời gian hiện tại cộng với ACTIVE_ROUTE_TIMEOUT Vì cặptuyến giữa mỗi đích và nguồn được mong đợi là đối xứng, thời gian Active RouteLifetime cho chặng trước, dọc theo tuyến ngược trở lại node nguồn cũng được cậpnhật với giá trị không nhỏ hơn thời gian hiện tại cộng vớiACTIVE_ROUTE_TIMEOUT Thời gian sống Lifetime cho một tuyến hoạt độngđược cập nhật mỗi khi tuyến được sử dụng mà không quan tâm đến đích là node đơnhay là một mạng con

Đối với mỗi tuyến hợp lệ được duy trì bởi một node như một mục bảng địnhtuyến, node cũng duy trì một danh sách chặng trước mà có thể chuyển tiếp các gói tintrên tuyến này Những chặng trước này sẽ nhận được thông báo từ node trong trườnghợp phát hiện các tổn thất của liên kết chặng kế tiếp Danh sách của các chặng trướcnày trong một mục bảng định tuyến bao gồm các hàng xóm của node này trong đó mộtRREP đã được khởi tạo hoặc chuyển tiếp

2.3.3 Khởi tạo các Route Request

Một node phổ biến một RREQ khi nó xác định rằng nó cần một tuyến tới mộtđích và chưa có tuyến nào sẵn sàng Điều này có thể xảy ra nếu đích là một nodekhông biết trước, hoặc nếu một tuyến hợn lệ trước đó tới đích hết hạn hoặc bị đánh dấu

là không hợp lệ Trường chỉ số thứ tự đích trong bản tin RREQ là chỉ số thứ tự cuốicùng được biết tới đối với đích này và được sao chép từ trường chỉ số thứ tự đích trongbảng định tuyến Nếu chỉ số thứ tự không được biết, cờ chỉ số thứ tự không biết phảiđược thiết lập Chỉ số thứ tự nguồn trong bản tin RREQ là chỉ số thứ tự của chính node

đó, cái mà được tăng trước khi được gài vào một RREQ Trường RREQ ID được tăng

từ một giá trị RREQ ID cuối cùng được sử dụng bởi node hiện tại Mỗi node chỉ duytrì một RREQ ID Trường Hop Count được thiết lập là 0.

Trước khi quảng bá RREQ, node khởi đầu nhớ đệm RREQ ID và địa chỉ IPnguồn (địa chỉ của chính nó) của RREQ trong thời gian khám phá tuyếnPATH_DISCOVERY_TIME Bằng cách này, khi node nhận lại gói từ các hàng xómcủa nó, nó sẽ không xử lý và chuyển tiếp lại gói

Một node khở đầu thường mong đợi có các đường truyền song hướng với node đích.Trong những trường hợp như vậy, nó không phải là đủ cho node khởi đầu để có mộttuyến tới đích; đích cũng phải có một tuyến quay lại node nguồn Để cho việc này diễn

ra hiệu quả có thể, bất cứ sự khởi đầu RREP bởi một node trung gian để hồi đáp tớinode nguồn nên được thêm vào bằng một vài hoạt động mà báo tin cho đích về mộttuyến quay lại node khởi đầu Node khởi đầu chọn chế độ hoạt động này trong cácnode trung gian băng việc thiết lập cờ G

Một node không nên khởi đầu nhiều hơn RREQ_RATELIMIT các bản tinRREQ trên một giây Sauk hi quảng bá một RREQ, một node đợi một RREP (hoặcbản tin điều khiển khác với thông tin hiện tại về một tuyến tới đích thích hợp) Nếumột tuyến không được nhận trong vòng NET_TRAVERSAL_TIME milliseconds,node có thể cố gắng thử lại để tìm một tuyến bằng các quảng bá một RREQ khác, tănggiá trị TTL lên giá trị lớn nhất của số lần RREO_RETRIES Mỗi một sự thử mới phảităng và cập nhật RREQ ID Đối với mỗi sự thử, trường TTL của mào đầu IP được thiếtlập để mà kích hoạt tính năng điều khiển các RREQ ở xa được phổ biến cho mỗi lầnthử

Các gói dữ liệu chờ một tuyến nên được nhớ đệm Việc đệm nên theo cơ chếFIFO Nếu một khám phá tuyến được thử RREQ_RETRIES lần tại giá trị TTL lớnnhất mà không nhận được một RREP nào, tất cả các gói tin từ trước cho đích tươngứng nên được hủy bỏ từ bộ nhớ đệm và một bản tin Destination Unreachable nên đượchồi đáp

Để giảm sự tắc nghẽn trong mạng, các sự thử được lặp lại bởi node nguồn vớikhám phá tuyến cho một node đơn phải sử dụng một hàm mũ cơ số 2 Lần đầu tiênmột node quảng bá một RREQ, nó đợi trong NET_TRAVERSAL_TIME millisecond

để nhận một RREP Nếu một RREP không được nhận trong vòng thời gian này, nodenguồn gửi một RREQ mới Khi tính toán thời gian để chờ một RREP sau khi gửiRREQ thứ hai, node nguồn phải dùng một hàm mũ cơ số 2 Do đó, thời gian chờ đểnhận RREP cho RREQ thứ hai là 2 x NET_TRAVERSAL_TIME millisecond Nếu

một RREP không được nhận trong khoảng thời gian này, một RREQ khác được gửi,lên đến RREQ_RETRIES số lần gửi thêm sau RREQ đầu tiên.

2.3.4 Điều khiển sự phân phát các bản tin Route Request

Khi một node cần xác định tuyến tới một node đích, nó tạo ra sự tràn lụt cácbản tin RREQ trong mạng Node khởi đầu này quảng bá một bản tin RREQ tới tất cảcác node lân cận, các node này lại tiếp tục quảng bá bản tin tới các hàng xóm của nó,

và cứ như vậy Khi kích thước của một mạng nhỏ, thì đây không phải là một mối quantâm lớn Tuy nhiên, khi một mạng lớn, thì nó có thể cực kì hoang phí, đặc biệt nếunode đích tương đối gần với node nguồn Do đó người ta thiết lâpk giá trị tham số TTLtrong bản tin RREQ để vừa đủ lớn cho bản tin này có thể tìm được đích, nhưng khôngquá lớn Tuy nhiên, thật khó để một node có thể xác định được tham số tối ưu TTL màkhông có kiến thức trước về toàn bộ mạng

Để giải quyết vấn đề này, người ta thực hiện một thuật toán mở rộng vòng tìmkiếm được hoạt động như mô tả sau đây Khi một node phát động một RREQ, đầu tiên

nó quảng bá bản tin RREQ với một giá trị TTL nhỏ ( chẳng hạn 1) Nếu node khởi đầubản tin không nhận được bản tin hồi đáp RREP trong một khoảng thời gian ngắn, nó sẽquảng bá lại bản tin với một giá trị TTL lớn hơn ( và cùng với một chỉ số nhận dạngkhác để phân biệt là yêu cầu mới với cùng một node cũ) Các node quảng bá tiếp tụcbản tin và tăng giá trị TTL và RREQ id cho đến khi nó nhận được một RREP

Nếu giá trị TTL trong yêu cầu tuyến đạt tới một ngưỡng nhất định, và vẫn không cóbản tin RREP nào được trả lời, sau đó có vẻ như không đến được node đích, và cácbản tin này được xếp hàng đợi cho đích này cho đến khi bị ném ra

2.3.5 Xử lý và chuyển tiếp các Route Request

Khi một node nhận một RREQ, đầu tiên nó tạo hoặc cập nhật một tuyến tới cácchặng trước không có một chỉ số thứ tự hợp lệ sau đó kiểm tra để xác định nó có phả

đã nhận một RREQ với cùng địa chỉ IP nguồn và RREQ ID trong vòng ít nhất thờigian PATH_DISCOVERY_TIME cuối cùng hay không Nếu như một RREQ đã đượcnhận, node lẳng lặng hủy bỏ RREQ được nhận mới nhất này Phần sau đây sẽ mô tảcác hành động đối với các RREQ mà được cho rằng không phải hủy bỏ

Đầu tiên, nó tăng giá trị hop count trong RREQ thêm 1, để tính toán cho chặngmới qua node trung gian Sau đó nó tìm một tuyến ngược tới node nguồn, nếu cầnthiết, một tuyến được tạo, hoặc được cập nhật sử dụng chỉ số thứ tự nguồn từ RREQ

RREP quay lại node mà đã khởi đầu RREQ Khi tuyến ngược được tạo hoặc cập nhật,các hành động sau cũng được thực hiện:

Chỉ số thứ tự nguồn từ RREQ được so sánh với chỉ số thứ tự đích tương ứng trongmục bảng định tuyến và được sao chép nếu lớn hơn giá trị trước đó

Trường chỉ số thứ tự hợp lệ được thiết lập là true

Chặng tiếp theo trong bảng định tuyến trở thành node mà từ đó RREQ được nhận (nóđược thu được từ địa chỉ IP nguồn trong mào đầu IP và thường xuyên không bằngtrường địa chỉ IP nguồn tring bản tin RREQ)

Chỉ số hop count được sao chép từ trường Hop count trong bản tin RREQ

Mỗi khi một bản tin RREQ được nhận, thời gian tồn tại của mục tuyến ngượcđối với địa chỉ IP đích được thiết lập là giá trị lớn nhất cảu ExitingLifetime vàMinimalLifetime, với MinilLifetime = (thời gian hiện tại + 2 xNET_TRAVERSAL_TIME – 2 x hop count x NODE_TRAVERSAL_TIME)

Node hiện tại có thể sử dụng tuyến ngược để chuyển tiếp các gói dữ liệu trong cùngmột tuyến như đối với bất kì tuyến nào trong bảng định tuyến

Nếu một node không khởi tạo một RREP và nếu mào đầu IP đến có TTL lớnhơn 1, node cập nhật và quảng bá RREQ với địa chỉ broadcast 255.255.255.255 trênmỗi giao diện mạng được cấu hình của nó Để cập nhật RREQ, TTL hoặc trường hoplimit trong mào đầu IP ra được tăng, để tính toán cho chặng mới qua node trung gian.Cuối cùng, chỉ số thứ tự đích cho đích được yêu cầu được thiết lập giá trụ lớn nhất củagiá trị được nhận tương ứng trong bản tin RREQ, và giá trị chỉ số thứ tự đích hiện tạiđược duy trì bởi node cho đích được yêu cầu

Tuy nhiên, node chuyển tiếp không được sửa đổi giá trị được duy trì của nó chochỉ số thứ tự đích, mặc dù nếu giá trị được nhận trong RREQ đến lớn hơn giá trị hiệntại được duy trì bởi node chuyển tiếp

Mặt khác, nếu một node khởi tạo một RREP, thì node hủy bỏ RREQ Chú ýrằng, nếu các node trung gian hồi đáp mọi sự truyền của các RREQ cho một đích cụthể, nó phải chỉ ra rằng đích không nhận bất kì bản tin khám phá nào Trong hoàn cảnhnày, đích không học được tuyến tới node khởi đầu từ các bản tin RREQ Điều này cóthể là nguyên nhân dẫn đến đích khởi tạo một khám phá tuyến Để mà đích học đượccác tuyến tới node khởi đầu, node khởi đầu nên thiết lập bit cờ G trong RREQ nếu vớibất kì lý do nào đích cần một tuyến tới node khởi đầu Nếu, trong hồi đáp RREQ vớibit G được thiết lập, một node trung gian hồi đáp mội RREP, nó cũng phải truyềnunicast tới node đích

2.3.6 Khởi tạo các Route Reply

Một node khởi tạo một RREP nếu hoặc:

- Nó chính là đích

- Nó có một tuyến hoạt đông tới đích, chỉ số thứ tự đích trong bảng định tuyếnhiện tại của node cho đích này là hợp lệ và lớn hơn hoặc bằng chỉ số thứ tự đíchtrong RREQ, và cờ D không được thiết lập

Khi khởi tạo một bản tin RREP, một node sao chép địa chỉ IP đích và chỉ số thứ

tự nguồn từ bản tin RREQ vào các trường tương ứng trong bản tin RREP Việc xử lýkhác nhau là không đáng kể tùy thuộc vào node chính là đích hay là một node trunggian với một tuyển đủ mới tới đích

Chỉ một lần được tạo, RREP là unicast tới chặng tiếp theo theo hướng tới node nguồncủa RREQ như được chỉ ra bởi mục bảng định tuyến cho node nguồn đó Khi RREPđược chuyển tiếp quay lại theo hướng node khởi đầu bản tin RREQ, trường Hop Count

sẽ được tăng qua mỗi chặng

a Sự khởi tạo RREP bởi đích

Nếu node khở tạo là đích, nó phải tăng chỉ số thứ tự của chính nó thêm 1 nếuchỉ số thứ tự trong gói RREQ bằng với giá trị được tăng đó Nếu không, đích khôngthay đổi chỉ số thứ tự của nó trước khi khởi tạo bản tin RREP Node đích đặt chỉ số thứ

tự của nó vào trường Destination Sequence Number của RREP, và điền giá trị 0 vàotrường Hop count của RREP

Node đích sao chép giá trị MY_ROUTE_TIMEOUT vào trường Lifetime củaRREP Mỗi node có thể cấu hình lại giá trị của nó cho MY_ROUTE_TIMEOUT

b Sự khởi tạo RREP bởi một node trung gian

Nếu như node khởi tạo RREP không là node đích, nhưng để thay thế thì mộtnode trung gian dọc theo tuyến từ nguồn tới đích sao chép chỉ số thứ tự nó biết chođích này vào trường chỉ số thứ tự đích trong bản tin RREP

Node trung gian cập nhật mục tuyến chuyển tiếp bằng cách thay thế node chặngcuối vào danh sách chặng trước cho mục chuyển tiếp Node trung gian cũng cập nhậnmục bảng định tuyến của nó cho node khởi đầu RREQ bằng cáh thay thế chặng tiếptheo theo hướng đích trong danh sách chặng trước cho mục tuyến ngược

Node trung gian đặt khoảng cách của nó trong các chặng từ nó tới đích vàotrường Hop Count của RREP Trường Lifetime của RREP được tính toán bằng phép

2.3.7 Nhận và chuyển tiếp các Route Reply

Khi một node nhận bản tin RREP, nó sẽ tìm kiếm tìm kiếm một tuyến tới chặngtrước Nếu cần, một tuyến được tạo cho chặng trước, nhưng không có chỉ số thứ tựhợp lệ Tiếp theo, node tăng giá trị hop count trong RREP thêm 1, để tính toán chochặng mới qua node trung gian Sau đó, tuyến chuyển tiếp cho đích này được tạo nếu

nó không có trước đó Nếu không, node so sánh chỉ số thứ tự đích trong bản tin với chỉ

số thứ tự được lưu bởi nó cho địa chỉ IP đích trong bản tin RREP Nhờ vào sự so sánh,mục hiện tại được cập nhật chỉ trong các hoàn cảnh sau:

- Chỉ số thứ tự trong bảng định tuyến được đánh dấu như là không hợp lệ

- Chỉ số thứ tự đích trong RREP lớn hơn bản sao chỉ số thứ tự đích của node vàgiá trị được biết là hợp lệ

- Chỉ số thứ tự là như nhau, nhưng tuyến được đánh dấu không hoạt động

- Chỉ số thứ tự là như nhau, nhưng giá trị hop count mới nhỏ hơn chỉ số hopcount trong mục bảng định tuyến

Nếu mục bảng định tuyến tới đích được tạo hoặc cập nhật, thì các hoạt động sau xảyra:

 Tuyến được đánh dấu là hoạt động

 Chỉ số thứ tự đích được đánh dấu là hợp lệ

 Chặng tiếp theo trong mục tuyến được chỉ định từ node mà từ đó RREP đượcnhận, được xác định bởi trừong địa chỉ IP nguồn trong mào đầu IP

 Giá trị hop count được thiết lâpk là giá trị hop count mới

 Thời gian hết hạn được thiết lập bằng thời gian hiện tại cộng với giá trị củaLifetime trong bản tin RREP

 Và chỉ số thứ tự đích là chỉ số thứ tự đích trong bản tin RREP

Sau đó, node hiện nay có thể sử dụng tuyến này để chuyển tiếp các gói dữ liệu tớiđích

Nếu node hiện tại không phải node được xác định bởi địa chỉ IP nguồn trongbản tin RREP và một tuyến chuyển tiếp đã được tạo hoặc cập nhật như mô tả ở trên,node tra cứu mục bảng định tuyến của nó cho node khở đầu để xác định chặng tiếptheo cho gói RREP, và chuyển tiếp RREP theo hướng nguồn sử dụng thông tin trongmục bảng định tuyến Nếu một node chuyển tiếp một RREP qua một liên kết như là cólỗi hay là đơn hướng, node nên thiết lập cờ A để yêu cầu nhận một báo nhận RREPcủa RREP bằng cách gửi một bản tin RREP- ACK quay lại