đánh tỷ lệ mất gói của 2 giao thức dsdv và aodv trong mạng manet

Chúng có thể di chuyển về mọi hướngtheo các tốc độ khác nhau, do đó ta có thể nhận thấy rõ một số đặc điểm chính củamạng MANET như sau: Cấu hình mạng động: Cấu hình mạng luôn biến đổi t

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc Lời Cam Đoan

- Sinh viên Trần Quốc Nam

Đà Nẵng, Tháng 6 Năm 2013

Sinh viên thực hiện

Trương Thanh Nguyên Trần Quốc Nam

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự bùng nổ, phát triển mạnh mẽ của các thiết bị di động cánhân như: Laptop, smartphone, tablet, , thì nhu cầu kết nối giữa các thiết bị nàycũng ngày càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ và khả năng kết nối Mạng di động đặc biệtMANET ( Mobile Ad – hoc Network) là một trong những công nghệ vượt trội đáp ứngnhu cầu kết nối đó nhờ khả năng hoạt động hoạt động không phụ thuộc vào cơ sở hạtầng mạng cố định, với chi phí hoạt động thấp, triển khai nhanh chóng và có tính diđộng cao

Tuy nhiên, hiện nay mạng MANET vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi và đangđược thúc đẩy nghiên cứu nhằm cải tiến hơn nữa các giao thức định tuyến để mạng đạthiệu quả hoạt động tốt hơn Đề tài đánh giá tỷ lệ mất gói giữa 2 giao thức định tuyếnAODV và DSDV trong mạng MANET Bằng những kiểm chứng thông qua môphỏng, đồ án tốt nghiệp của chúng em đưa các nhận xét, đánh giá về khả năng truyềntin giữa 2 giao thức định tuyến AODV và DSDV khi các nút mạng chuyển động vớitốc độ và hướng đi thay đổi

Chương 1: Sẽ đi tìm hiểu về mạng MANET, lịch sử phát triển và hình thànhmạng, đặc điểm của mạng, các kiểu kết nối, ứng dụng của mạng MANET.Chúng em

sẽ nghiên cứu kĩ hơn về mạng MANET: Cấu trúc mạng MANET, các thành phầntrong mạng, bản chất hoạt động của mạng MANET Các kỹ thuật định tuyến trongmạng MANET: Phân loại các giao thức định tuyến,

Chương 2: Ở đây chúng em sẽ đi sâu vào 2 giao thức định tuyến AODV vàDSDV, cách thức cập nhật bảng định tuyến của 2 giao thức và cơ chế hoạt động của 2giao thức AODV và DSDV

Chương 3: Giới thiệu về phần mềm mô phỏng mạng NS – 2, áp dụng ngôn ngữlập trình C++, OtcL vào phần mềm lập trình NS – 2, giới thiệu về các đặc tính củaphần mềm này

Chương 4: Thực hiện mô phỏng tỷ lệ mất gói của 2 giao thức định tuyến AODV

và DSDV

Đồ án được thực hiện bởi 2 sinh viên:

Sinh viên Trần Quốc Nam nghiên cứu và thực hiện các công việc liên quan đếnmạng MANET, các kỹ thuật định tuyến trong mạng MANET, đánh giá ưu nhược điểmcủa các giao thức trong mạng MANET

Sinh viên Trương Thanh Nguyên thực hiện chương 3 và chương 4 bao gồm tìmhiểu về công cụ mô phỏng mạng bằng phần mềm mô phỏng NS – 2, thực hiện môphỏng đánh giá tỉ lệ mất gói của 2 giao thức AODV và DSDV trong mạng MANET.Qua đây, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo đã tận tình chỉbảo chúng em trong những năm học vừa qua, đặc biệt là thầy Phạm Xuân Trung, xincảm ơn thầy sâu sắc vì đã luôn bên cạnh chúng em, giúp đỡ chúng em nhiệt tình trướckhó khăn thách thức của đề tài, để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án này

Mặc dù chúng em đã cố hết sức, tuy nhiên do hạn chế về kiến thức nên không thểtránh khỏi sai xót, xin thầy cô thông cảm

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI MỞ ĐẦU 2

MỤC LỤC 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET 11

1.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG MANET 11

1.1.1 Khái niện cơ bản 11

1.1.2 Lịch sử phát triển 12

1.1.3 Đặc điểm mạng MANET 13

1.1.4 Kiểu kết nối 13

1.1.4.1 Các kiểu kết nối topo mạng 13

1.1.4.1.1 Mạng máy chủ di động 13

1.1.4.1.2 Mạng có các thiết bị di động không đồng nhất 14

1.1.5 ỨNG dụng phổ biến của MANET 14

1.1.6 Những khó khăn đối với mạng MANET 16

1.1.6.1 Giao diện bán quảng bá SBI 16

1.1.6.2 Mối liên hệ giữa các router MANET cạnh nhau và vùng lân cận mở rộng của các router 17

1.1.7 Phân loại MANET 18

1.1.7.1 Theo giao thức 18

1.1.7.1.1 Singal-hop 18

1.1.7.1.2 Multi-hop 19

1.1.7.1.3 Mobile multi-hop 19

1.1.7.2 Theo chức năng 19

1.1.7.2.1 Mạng MANET đẳng cấp 19

1.1.7.2.2.Mạng MANET phân cấp 19

1.1.7.2.3 Mạng MANET kết hợp (Aggre gate) 20

1.2 CẤU TRÚC MẠNG MANET 21

1.2.1 Các thành phần một mạng MANET 23

1.2.2.Các chế độ hoạt động của mạng MANET 23

1.2.2.1 Chế độ cơ sở 23

1.2.2.2.Chế độ IEEE Ad-hoc 23

1.2.3 Bản chất hoạt động của mạng MANET 24

1.2.3.1 Các mạng gói vô tuyến 24

1.2.3.2 Mạng gói vô tuyến và mạng Internet 25

1.2.3.3 Mạng gói vô tuyến và MANET 25

1.3 CÁC KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN 26

1.3.1.Các kỹ thuật định tuyến 26

1.3.1.1 Định tuyến Bellman-Ford 26

1.3.1.2.Định tuyến tìm đường 27

1.3.1.3.Định tuyến on-demand 27

1.3.1.4.Định tuyến vùng 27

1.3.2 Phân loại các giao thức định tuyến 28

1.3.2.1 Giao thức định tuyến theo bảng ghi 29

1.3.2.2 Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu 30

1.3.2.4 Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu trên mạng MANET 30

CHƯƠNG 2. GIAO THỨC DSDV VÀ AODV 32

2.1 Giao thức DSDV 32

2.1.1 Đặt điểm trong DSDV 32

2.1.2 Các cơ chế trong DSDV 32

2.1.3 Hoạt động của DSDV 33

2.1.4 Mở rộng phạm vi hoạt động cơ sơ trung tâm 35

2.2 GIAO THỨC AODV 36

2.2.1.Tổng quan về giao thức AODV 36

2.2.2.Cơ chế hoạt động 37

2.2.2.1.Tiến trình Discovery 37

2.2.2.2 Tạo Router Request 37

2.2.2.3.Chuyển tiếp Router Request 38

2.2.2.4.Tạo Router Relay 39

2.2.2.5.Chuyển tiếp Route Relay 39

2.2.3 Quản lý kết nối cục bộ 40

2.2.4 Duy trì đường đi 40

2.2.5.Thời gian hết hạn và việc hủy bỏ một đường đi 41

CHƯƠNG 3 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG NS-2 43

3.1.GIỚI THIỆU VỀ NS-2 43

3.2.C++ và OTcL 45

3.3.Các đặc tính của NS-2 47

CHƯƠNG 4 Kết quả mô phỏng 48

4.1 Đánh giá tỉ lệ mất gói giữa 2 giao thức AODV và DSDV 48

4.1.1 Mô phỏng giao thức AODV và DSDV trên phần mềm NS – 2 .48

4.1.1.1 Kịch bản mô phỏng 48

4.1.1.2 Quá trình mô phỏng 48

4.1.2 Kết quả trong Xraph 50

4.2 Thông số để đánh giá 51

4.2.1 Tỷ lệ gói nhận được 51

4.3 Đánh giá kết quả mô phỏng 52

Kết luận và hướng phát triển đề tài 53

1 Kết luận 53

2 Hướng phát triển đề tài 53 Tài liệu tham khảo 55

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1.Minh họa mạng MANET 12

Hình 1.2.Biểu đồ mạng MANET 12

Hình 1.3 Mạng máy chủ di động 14

Hình 1.4 Hình minh họa mạng có các thiết bị di động không đồng nhất 14

Hình 1.5 Các router lân cận giao diên SBI 17

Hình 1.6 Định tuyến Singal-hop 18

Hình 1.7 Định tuyến Mullti-hop 19

Hình 1.8 Mạng MANET phân cấp 20

Hình 1.9 Mạng MANET kết hợp 21

Hình 1.10 Cấu trúc mạng MANET 21

Hình 1.11 Mạng máy chủ di động 22

Hình 1.12 Thiết bị không đồng nhất 22

Hình 1.13 Chế độ cơ sở hạ tầng 23

Hình 1.14 Chế độ IEEE Ad-hoc 24

Hình 1.15 Mạng gói vô tuyến (PR) cơ bản 24

Hình 1.16 Router MANET với một giao diện MANET 25

Hình 1.17 Mạng Ad hoc di động (MANET) 26

Hình 1.18 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad – Hoc 29

Hình 2.1 Ví dụ minh họa giao thức DSDV 33

Hình 2.2 Qúa trình lan truyền của gói tin RREQ 37

Hình 2.3 Đường đi ngược được tạo ra khi RREQ lan truyền trong môi trường 39

Hình 2.4.Đường đi từ nguồn đến đích được hình thành 39

Hình 2.5 Lan truyền gói tin RERR 41

Hình 3.1.Cấu trúc của NS-2 43

Hình 3.2.Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS-2 44

Hình 3.3.Kiến trúc của NS-2 45

Hình 3.4 C++ và OTcl 45

Hình 3.5 TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B 46

Hình 4.1 Các node nằm tại gốc tọa độ 48

Hình 4.2 Các node di chuyển đến vị trí mới 49

Hình 4.3 Quá trình định tuyến và truyền tin 49

Hình 4.4 Quá trình định tuyến và truyền tin 50

Hình 4.5 Quá trình định tuyến và truyền tin từ node 0 đến node 5 50

Hình 4.6 Biểu đồ kết quả truyền tin của giao thức AODV 51

Hình 4.7 Biểu đồ kết quả truyền tin của giao thức DSDV 51

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Định tuyến cự ly vector theo yêu cầu tùy biến

định tuyến vector khoảng cách tuần tự đích

Giao diện bán quảng bá

Yêu cầu tuyến

Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử

Phần mềm mô phỏng mạng

Lỗi tuyến

Lớp điều khiển truy nhập

Hệ thống tự trị

định tuyến trạng thái tối ưu liên kết

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET1.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG MANET

1.1.1 Khái niệm cơ bản

Các thiết bị di động như các máy tính xách tay, với đặc trưng là công suất CPU, bộnhớ lớn dung lượng lớn, dung lượng hàng trăm gigabyte khả năng âm thanh đaphương tiện và màn hình màu đã trở nên phổ biến trong đời sống hàng ngày và trongcông việc Đồng thời các kết nối mạng để sử dụng các thiết bị di động gia tăng đáng

kể, bao gồm việc hỗ trợ các sản phẩm mạng vô tuyến hoặc hồng ngoại ngày càngnhiều.Với kiểu thiết bị điện toán di động này thì giữa những người sử dụng di độngluôn mong muốn có sự chia sẽ thông tin

Với hàng loạt các ưu điểm của công nghệ truyền thông không dây, các mạng diđộng không dây đã được phát triển rất mạnh trong thời gian gần đây Mạng di độngkhông dây có thể chia thành hai kiểu mạng: mạng hạ tầng và mạng không hạ tầng.Trong mạng hạ tầng, truyền thông giữa các phần tử mạng phụ thuộc vào sự hỗ trợ của

hạ tầng mạng, các thiết bị đầu cuối di động truyền thông đơn bước không dây qua cácđiểm truy nhập (các trạm cơ sở) để tới hạ tầng mạng cố định Kiểu mạng không phụthuộc hạ tầng còn được gọi chung là các mạng tùy biến di động MANET (mobileadhoc network) là một tập hợp của những node mạng không dây, những node này cóthể được thiết lập tại bất kỳ thời điểm và tại bất cứ nơi nào

Mạng di động đặc biệt (Mobile Adhoc Netwowk) là mạng tự cấu hình của cácnode di động kết nối với nhau thông qua các liên kết không dây tạo nên mạng độc lậpkhông phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng Các thiết bị trong mạng có thể di chuyểnmột cách tự do theo mọi hướng, do đó liên kết của nó với các thiết bị khác cũng thayđổi một cách thường xuyên

cơ chế cho việc quản lý hoạt động trên cơ sở tập trung và phân tán.

Một lợi điểm của làm việc đa chặng so với đơn chặng là triển khai đa chặng tạothuận lợi cho việc dùng lại tài nguyên kênh truyền về cả không gian, thời gian và giảmnăng lượng phát cần thiết

Sau đó có nhiều mạng vô tuyên gói tin phát triển nhưng các hệ thống không dâynày vẫn chưa bao giờ tới tay người dùng cho đến khi chuẩn 802.11 ra đời IEEE đã đổitên mạng vô tuyến gói tin thành mạng Adhoc

1.1.3 Đặt điểm mạng MANET:

Mỗi nút di động khác nhau trong mạng MANET đều có những đặc điểm về nguồn

năng lượng, bộ phận thu phát sóng khác nhau Chúng có thể di chuyển về mọi hướngtheo các tốc độ khác nhau, do đó ta có thể nhận thấy rõ một số đặc điểm chính củamạng MANET như sau:

Cấu hình mạng động: Cấu hình mạng luôn biến đổi theo các mức độ di chuyển

Băng thông hạn chế: Các liên kết không dây có băng thông thấp hơn so với đường

truyền cáp và chúng còn chịu ảnh hưởng của sự nhiễu, suy giảm tín hiệu, các điều kiệngiao thoa vì thế mà thường nhỏ hơn tốc độ truyền lớn nhất của sóng vô tuyến

Bảo mật yếu: Đặc điểm của mạng MANET là truyền sóng qua môi trường không

khí, điều này khiến cho cơ chế bảo mật kém hơn so với môi trường truyền cáp vì nótiềm ẩn nhiều nguy cơ bị tấn công, nghe lén đường truyền, giả mạo, DoS,…

1.1.4 Kiểu kết nối:

1.1.4.1 Các kiểu kết nối topo mạng

1.1.4.1.1 Mạng máy chủ di động

Ở topo này các thiết bị chỉ liên kết với một máy chủ duy nhất.Các thiết bị khác

liên kết qua máy chủ đó như hình vẻ

1.1.4.1.2 Mạng có các thiết bị di động không đồng nhất:

Ở topo này các máy có thể liên kết trực tiếp với nhau trong phạm vi phủ sóng của

mình

1.1.5 Ứng dụng phổ biến của MANET:

Công nghệ mạng adhoc di động tương tự như mạng vô tuyến gói di động

(Mobile Packet Radio Networking), mạng lưới di động (Mobile Mesh Networking) vàkết nối mạng vô tuyến, nhiều chặng, di động (Mobile, Multihop, Wireless etworking).Vấn đề nổi trội của kết nối mạng di động với sự nhấn mạnh về hoạt động của giao thức

IP di động sẽ được mở rộng dần và yêu cầu công nghệ kết nối di động có khả năngtương thích cao để có thể quản lý hiệu quả các nhóm mạng ad hoc nhiều chặng, trong

đó các nhóm mạng có thể hoạt động độc lập hoặc cũng có thể kêt nối với một số điểmInternet cố định Các ứng dụng của công nghệ MANET có thể bao gồm các ứng dụngcông nghiệp và thương mại liên quan đến trao đổi dữ liệu di động có tính chất cộng tác

lẫn các máy Ngoài ra, các mạng di động cấu hình lưới có thể được vận hành một cáchhiệu quả dưới dạng mạng thay thế hoặc mạng mở rộng của mạng di động tổ ong Việckết nối mạng trong quân đội cũng yêu cầu các dịch vụ dữ liệu IP trong các mạngtruyền thông di động vô tuyến, nhiều mạng trong số này bao gồm các phần với cấuhình mạng tự trị với tính động cao Bên cạnh đó, sự phát triển của các công nghệ tínhtoán và truyền thông có thể cung cấp các ứng dụng cho các mạng MANET Khi đượckết hợp một cách hợp lý với truyền thông vệ tinh, mạng MANET có thể cung cấp cácphương thức cực kỳ linh hoạt trong việc thiết lập truyền thông cho hoạt động cứu hỏa,cứu thương, khắc phục sự cố tai nạn hoặc các trường hợp cần triển khai mạng thậtnhanh chóng để phục vụ tức thì

Ứng dụng trong tìm kiếm, cứu trợ: Khi chúng ta phải đối mặt với một tình huốngkhông may như: động đất, bão lũ hoặc những thảm hoạ tương tự Mạng MANET dâyrất có ích trong những ứng dụng tìm kiếm và cứu trợ Thảm hoạ để lại hậu quả lớn màkhông thể thông tin liên lạc được bởi vì chúng phá huỷ hết cơ sở hạ tầng mạng MạngMANET có thể thiết lập lại mà không có những cơ sở hạ tầng đó Có thể cung cấpthông tin liên lạc đến những tổ chức liên quan để cứu trợ kịp thời

Mạng cảm biến không dây (một hình thức khác của mạng MANET) được sửdụng để tìm kiếm những người sống sót và chăm sóc sức khoẻ Hoạt động cứu trợcũng sử dụng những Robot trong việc tìm kiếm những người sống sót Những Robotnày có thể giao tiếp với những Robot khác sử dụng mạng MANET và phối hợp cáchoạt động Dựa vào phạm vi ảnh hưởng của thảm hoạ, một số Robot có thể triển khaiviệc tìm kiếm và thu thập thông tin trong khoản thời gian ngắn Thông tin thu thập cóthể được phân tích, xử lý và trợ giúp trực tiếp nơi nào cần

Ứng dụng trong quân đội, hải quân và không quân: Hoạt động phi tập trung củamạng Adhoc và không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng là một yếu tố thiết yếu đốivới lĩnh vực quân sự, nhất là trong các trường hợp chiến đấu khốc liệt, các cơ sở hạtầng mạng bị phá hủy Lúc này mạng Adhoc là lựa chọn số một để các thiết bị truyềnthông liên lạc với nhau một cách nhanh chóng

Trường học: Chúng ta cũng có thể thiết lập các mạng Adhoc trong trường học,

lớp học, thư viện, sân trường,… để kết nối các thiết bị di động (laptop, smartphone) lại

với nhau, giúp sinh viên, thầy cô giáo có thể trao đổi bài một cách nhanh chóng thôngqua mạng adhoc vừa tạo.

Gia đình: Tại nhà bạn có thể tạo nhanh mạng Adhoc để kết nối các thiết bị di

động của bạn với nhau, nhờ đó ta có thể di chuyển tự do mà vẫn đảm bảo kết nốitruyền tải dữ liệu

Kết nối các thiết bị điện tử với nhau: Trong những năm tới khi mà các thiết bị

điện tử đều được gắn các giao tiếp không dây, giúp chúng có thể trao đổi giao tiếp vớinhau thì mạng Adhoc sẽ rất phù hợp để tạo nên một hệ thống thông mình có khả năngliên kết với nhau

1.1.6 Những khó khăn đối với mạng MANET:

Các đặc điểm của mạng MANET dẫn đến nhiều thử thách dưới nhiều hình thức

do vậy cần phải có giao thức hoạt động riêng cho mạng MANET

1.1.6.1 Giao diện bán quảng bá SBI :

Với một giao diện SBI có khả năng tiếp cận không đối xứng thay đổi theo thờigian và các router MANET phân bố rời rạc trong không gian, mỗi router có thể có tầmnhìn khác nhau đối với mạng MANET Nghĩa là mỗi node có thể nhìn thấy nhóm cácrouter MANET lân cận khác nhau Nhóm các router MANET lân cận do mỗi router

MANET nhận thấy trong khu vực xung quanh thuờng yêu cầu các router MANETkhác gửi các gói từ cùng giao diện vô tuyến mà các router này nhận các gói tin Vềmặt cấu hình mạng, việc chuyển tiếp các gói tin qua cùng một giao diện sẽ dẫn đếnviệc một gói tin sẽ được gửi đến nhiều router do đuợc truyền qua phuơng tiện truyềnthông vô tuyến tại một vị trí mới Một ví dụ đuợc chỉ ra trong hình 1.5, mỗi router cóthể giao tiếp với một nhóm router khác nhau Việc chuyển tiếp các gói tin qua cùnggiao diện mà các router nhận các gói tin tới cũng dẫn dến nhân đôi số lượng gói tin IP

mà các router nhận đuợc với nhiều hơn một router lân cận trong khi đang chuyển sangtiếp cận nhóm các router lân cận mới Do vậy, việc phát hiện gói tin đuợc nhân đôicũng là một phần luôn có trong vấn đề thiết kế giao thức MANET

Hình 1.5 – Các Route lân cận giao diện SBI 1.1.6.2 Mối liên hệ giữa các router MANET cạnh nhau và vùng lân cận mở rộng của các router :

- Việc xác định quá trình quyết định sự có mặt của các router bên cạnh, sự tiếp tục

có mặt và kết thúc có mặt là một thử thách lớn đối với mạng MANET Mối liên hệgiữa các router cạnh nhau rất khó xác định do các đặc điểm của giao diện MANET.Hainode bất kì có thể là node lân cận hoặc không phải node lân cận và một số cơ chế đơngiản đuợc sử dụng để xác định mối quan hệ node lân cận như: chỉ nhận gói đơn, tỉ lệmất gói chấp nhận được, và bắt tay đơn giản RFC2461 thực hiện trao đổi bản tin banđầu để xác định mối quan hệ lân cận hoặc sự vắng mặt Trong mạng với giao diệnMANET các loại mối quan hệ nốt lân cận cũng như các cơ chế phát hiện và duy trìtrạng thái của các mối liên hệ sẽ mở rộng hơn.Các giao diện mạng vô tuyến có thể thựchiện truyền thông đơn hướng Các mạng vô tuyến động cũng có thể thực hiện phânphối các gói thay đổi lớn theo thời gian giữa các cặp giao diện mạng, do vậy tỉ lệ mấtgói có thể không đủ để xác định mối quan hệ nốt lân cận Tương tự như vậy, khi các

node di chuyển tương đối với nhau, tỉ lệ mất gói cũ có thể không ảnh hưởng đến khảnăng truyền thông trong tương lai Trong mạng MANET với giao diện SBI, các routerMANET trong cùng một vùng không gian nhỏ thường được kết nối với các router ởgần với mật độ dày đặc Các router này tạo thành một tập các mối quan hệ nốt lân cận

mở rộng

- Tập các router này được gọi là một quần thể MANET (MANET neighborhood).Một quần thể MANET thường bao gồm một vài router MANET, với mỗi router lạiđược kết nối dày đặc với các router khác Các mối quan hệ quần thể động này khôngthích hợp với các giao thức Internet được thiết kế cho các mạng cố định như mô hìnhmạng Ethernet.Với mối quan hệ quần thể mờ nhạt như vậy giữa các router MANET,

mô hình địa chỉ liên kết với một Ethernet link là không hợp lý

Ví dụ, trong một mạng Ethernet, các node thường được thông báo dải các địa chỉđang sử dụng trên liên kết (“on-link”) Trong mạng MANET thì các router MANETkhông thể chắc chắn được nhóm router MANET nào đó sẽ luôn có thể kết nối tớiđược Thay vào đó, các router MANET phải dò tìm và xác định ra các router lân cậncủa nó và sau đó xử lý đối với sự thay đổi trong số các router lân cận này theo thờigian

1.1.7 Phân loại MANET

1.1.7.1 Theo giao thức:

1.1.7.1.1 Singal-hop:

Mạng Manet định tuyến singal-hop là loại mô hình mạng ad-hoc đơn giản nhất.Trong đó, tất cả các node đều nằm trong cùng một vùng phủ sóng, nghĩa là các node

có thể kết nối trực tiếp với nhau mà không cần các node trung gian

Mô hình này các node có thể di chuyển tự do nhưng chỉ trong một phạm vi nhất định

đủ để các node liên kết trực tiếp với các node khác trong mạng

Hình 1.6 - Định tuyến Singal-hop

1.1.7.1.2 Multi-hop:

Đây là mô hình phổ biến nhất trong mạng MANET, nó khác với mô hình trước làcác node có thể kết nối với các node khác trong mạng mà có thể không cần kết nối trựctiếp với nhau Các node có thể định tuyến với các node khác thông qua các node trunggian trong mạng Để mô hình này hoạt động một cách hoàn hảo thì cần phải có giaothức định tuyến phù hợp với mô hình mạng MANET.

1.1.7.2.2 Mạng Manet phân cấp (Hierarchical):

Đây là mô hình sử dụng phổ biến nhất Trong mô hình này thì mạng chia thànhcác domain, trong mỗi domain bao gồm một hoặc nhiều cluster mỗi cluster chia thànhnhiều node Có hai loại node là master node và nomal node

Master node là node quản trị một router có nhiệm vị chuyển dữ liệu của các node trongcluster đến các node trong cluster khác và ngược lại Nói cách khác nó có nhiệm vụnhư một gateway

Normal node là các node nằm trong cùng một cluster Nó có thể kết nối với các nodetrong cluster hoặc kết nối với các cluster khác thông qua master node

Hình 1.8 - Mạng MANET phân cấp

Với các cơ chế trên mạng sử dụng tài nguyên băng thông hiệu quả hơn vì cáctin nhắn chỉ phải truyền trong 1 cluster Tuy nhiên việc quản lý tính chuyển động củacác node trở nên phức tạp hơn Kiến trúc mạng phân cấp thích hợp cho các mạng cótính chuyển động thấp

1.1.7.2.3 Mạng MANET kết hợp (Aggregate):

Mạng = Zones, Zone = nodes

Mỗi node bao gồm hai mức topo : Topo mức thấp ( node level ), và topo mức cao(zone level )

Mỗi node đặc trưng bởi: node ID và zone ID Trong một Zone có thể áp dụng kiến trúcđẳng cấp hoặc kiến trúc phân cấp

Hình 1.10 - Cấu trúc mạng MANET

Mỗi nút mạng có một giao diện vô tuyến và giao tiếp với nút mạng khác thôngqua sóng vô tuyến hoặc tia hồng ngoại.Topo mạng thay đổi liên tục khi các nút mạngtham gia hoặc rời khỏi mạng hay khi kết nối vô tuyến trở nên không còn thích hợp.Mạng Ad hoc được hình thành bởi các node di động có khả năng phát hiện ra sự cómặt của những node khác và tự định dạng để tạo nên mạng Ví dụ như một node yêucầu truyền tới một mạng ở xa thì trong mạng có thể thiết lập qua những node trunggian, các gói được chuyển tiếp tới node nguồn, đích nhờ những node trung gian Do

đó các nút mạng internet

Trong mạng Ad hoc không tồn tại khái niệm quản lý tập trung, nó đảm bảomạng không bị sập vì trường hợp node mạng di chuyển ra ngoài khoảng truyền dẫncủa node mạng khác vì nó trao đổi thông tin bằng phương pháp truyền gói tin quanhiều bước(multi hop), đồng thời mạng sẽ tự cấu hình lại Ví dụ: Nếu nút mạng rờikhỏi mạng sẽ gây ra sự cố mất liên kết, node mạng bị ảnh hưởng có thể yêu cầu đườngđịnh tuyến mới và vấn đề sẽ được giải quyết Điều này chỉ gây trễ trên mạng màkhông ảnh hưởng đến người sử dụng vì mạng Ad hoc vẫn hoạt động bình thường

- Hiện nay tồn tại hai kiểu topo mạng Ad hoc:

Hình 1.11- Mạng máy chủ di động

Hình 1.12 - Thiết bị không đồng nhất

1.2.1 Các thành phần một mạng MANET:

Do đặt điểm của mạng manet(di động, vô tuyến, không dự tính trước) nên việc xác địnhcác thành phần của một mạng manet là rất khó khăn.Tại một thời điểm mạng MANET cóthể bao gồm một số node nào đó, nhưng tại thời điểm sau đó mạng này có thể chia thànhnhiều mạng MANET Sau đó nó có thể nhập lại thành một nhóm mới các node và tạothành mạng MANET lớn hơn

Các router nhất định trong một mạng MANET có thể kết nối với các vùng địnhtuyến khác nhau, các router này được gọi là router biên BR(border router), và chúngthường chạy nhiều giao thức định tuyến Các router biên có nhiệm vụ lựa chọn thông tinđịnh tuyến để thông báo giữa các vùng định tuyến liên quan đến nhau Router biên cũngcho thấy các router có thể tiếp cận được thông qua nó Khi các thành viên trong mạngMANET thay đổi, thì kết nối của các router biên trong mạng MANET cũng thay đổi

Do vậy, rất khó để router biên có thể thể hiện tập hợp cố định các node tiếp cậnđược(reachable node) Nó có thể lựa chọn không thông báo bất kỳ thông tin định tuyếnnào về mạng MANET đó cho các vùng định tuyến khác

1.2.2 Các chế độ hoạt động của mạng MANET

MANET có hai chế độ hoạt động chính là chế độ cơ sở và chế độ IEEE Ad-hoc:

1.2.2.1 Chế độ cơ sở (Basic Service sets – BSS)

Một BSS là một nhóm các thiết bị 802.11 kết nối với nhau Chế độ BSS đòi hỏiphải có một thiết bị đặc biệt làm tâm điểm, gọi là trạm truy nhập AP (Access Point)

AP là điểm trung tâm liên lạc cho mọi thiết bị trong cùng một vùng dịch vụ cơ bản.Các thiết bị sẽ không liên lạc trực tiếp nhau, mà liên lạc thông qua AP Thông tin sẽchuyển đến AP và AP sẽ chuyển tiếp thông tin đến thiết bị đến, AP trong chế độ này

có thể kết nối với một mạng có dây

Hình 1.13 - Chế độ cơ sở

1.2.2.2 Chế độ IEEE Ad- hoc:

Chế độ này thì các node di động truyền thông trực tiếp với nhau mà không cần tớimột cơ sở hạ tầng nào cả Trong chế độ này thì các liên kết không thể thực hiện qua

Hình 1.14 - Chế độ IEEE Ad- hoc

1.2.3 Bản chất hoạt động của mạng MANET:

Các nguyên lý thiết kế dựa trên gói đặc biệt thích hợp áp dụng kế lõi giao thức IPnhư kết nối mạng MANET Tuy nhiên, cần có thêm một số chức năng bổ sung không kếtnối (connectionless) và chuyển tiếp đối với trường hợp mạng động để đáp ứng những thửthách và cơ hội trong mạng MANET

1.2.3.1 Các mạng gói vô tuyến:

Động lực ban đầu của mạng MANET là kết nối mạng gói vô tuyến PR (PacketRadio) Trong mạng gói vô tuyến, mỗi router được trang bị một giao diện vô tuyến Mỗirouter đều có thể di động và các router có thể hoặc có thể trở thành bị phân tách về mặtkhông gian, do vậy các router không thể giao tiếp trực tiếp với nhau Hai router có thểyêu cầu một hoặc nhiều router trung gian để chuyển tiếp (định tuyến) các gói tin thay mặtcho chúng Trong ví dụ trong hình 1.15, để mạng PR1 gửi các gói tin đến mạng PR3,mạng PR2 trung gian phải chuyển tiếp cá gói tin này Như vậy mạng PR2 phải nhận góitin từ mạng PR1 tại giao diện của nó và quyết định truyền lại các gói tin qua cùng giaodiện đó như khi các gói tin này được nhận để các gói tin này có thể đến được mạng PR3.Nhìn từ mạng PR2 thì cả mạng PR1 và PR3 đều là các router lân cận trong đó PR1 vàPR3 lại không phải là các router lân cận của nhau

Hình 1.15- Mạng gói vô tuyến (PR) cơ bản

1.2.3.2 Mạng gói vô tuyến và mạng Internet:

Các mạng gói vô tuyến dẫn đến các thử thách liên quan đến kiến trúc mạng như làmthế nào để kết nối các mạng gói vô tuyến với các mạng khác, đặc biệt là các mạng cốđịnh Một thử thách khác nữa là làm thế nào để giải quyết sự khác biệt về đặc tính củacác giao diện và các nốt khác nhau có mặt trong các mạng khác nhau Các phương diệntrên của mạng gói vô tuyến đã giúp kích thích sự phát triển của giao thức Internet, mộtkiến trúc dựa trên kết nối mạng không kết nối (connectionless networking) và chuyểntiếp dựa trên gói (packet-based forwarding), hai đặc điểm cho phép việc kết nối giữa cácthiết bị khác loại bởi các công nghệ truyền thông hỗn hợp

1.2.3.3 Mạng gói vô tuyến và mạng MANET:

Cấu hình router trong (hình 1.16) là cấu hình router MANET đơn giản nhất: mộtgiao diện duy nhất triển khai các đặc điểm của giao diện MANET

Hình 1.16 - Router MANET với một giao diện MANET

Ngoài ra còn rất nhiều thử thách khác đối với cả mạng MANET và mạng gói vôtuyến như: Các giao diện không dây dẫn đến việc chia sẻ tài nguyên truyền thông và dẫnđến sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các node lân cận, và các node này thường giao tiếp trựctiếp hoặc gián tiếp Sự thay đổi linh hoạt của các kênh vô tuyến và sự di chuyển của cácnode sẽ dẫn đến khả năng mất gói và sự thay đổi cấu hình mạng liên tục.(Hình 1.17) chothấy một giản đồ chung về mạng MANET: mỗi router MANET (MNR) có một hoặcnhiều giao diện MANET, qua đó các giao thức nhận ra giao diện MANET sẽ hoạt động

để đảm bảo truyền thông trong mạng MANET và vận hành các giao diện khác khôngphải giao diện MANET, liên lạc với phía các host hoặc các mạng khác Qua các giao diệnnhận dạng không phải mạng MANET (non-MANET), các giao thức không cần nhận racác đặc tính của mạng MANET

Hình 1.17- Mạng Ad hoc di động (MANET)

1.3 CÁC KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN

Trong mạng thông tin vô tuyến nói chung và mạng Ad hoc nói riêng do mọi nodemạng đều có khả năng di chuyển nên topo mạng cũng thay đổi theo thời gian Đặcđiểm này gây ra khó khăn trong việc truyền tải gói tin Mạng Ad hoc riêng gói tinmuốn đến được đích thì phải truyền qua nhiều trạm và node mạng do đó để gói tin đếnđược đích thì phải truyền qua nhiều trạm và node mạng do đó để gói tin muốn đếnđược đích thì nút mạng phải sử dụng phương pháp định tuyến Giao thức định tuyến cóhai chức năng: Tìm, chọn đường tốt nhất và chuyển gói tin đến đúng đích Dễ thấyrằng chức năng thứ hai rất đơn giản có thể sử dụng nhiều giao thức và cấu trúc dữ liệu

phân bố Tuy nhiên nhược điểm của nó là hội tụ chậm khi topo mạng thay đổi và có xuhướng tạo các vòng lặp định tuyến đặc biệt là khi các điều kiện liên kết không ổn định.

1.3.1.2 Định tuyến tìm đường:

Các giao thức mới như DSDV (Destination Sequenced Distance Vector) và WRP(Wireless Routing Protocol) dựa trên DBF để cung cấp định tuyến lặp tự do Cho dù làvấn đề đã được giải quyết thì vẫn còn tồn tại vấn đề về độ thiếu chính xác trong địnhtuyến DBF, vấn đề này có thể gây ra suy giảm hiệu suất mạng Nguyên nhân dẫn đến

sự thiếu chính xác là do node mạng không có được các thông tin trạng thái toàn mạngdẫn đến các quyết định đưa ra chỉ tối ưu trong phạm vi cục bộ, nó không đảm bảo mộtgiải pháp tối ưu trong môi trường di động Thêm vào đó khi DBF chỉ duy trì mộtđường đi duy nhất tới đích, nó thiếu khả năng thích nghi với các lỗi liên kết và yêu cầunghiên cứu mở rộng cho các hỗ trợ multicasting

1.3.1.3 Định tuyến on-demand:

Định tuyến On-demand được biết đến như DC (Diffusion Computation) cũng được sửdụng trong mạng không dây Trong lược đồ định tuyến On-demand, một node xâydựng đường đi bằng cách chất vấn tất cả các node trong mạng Gói chất vấn tìm được

ID của các node trung gian và lưu giữ ở phần Path Khi dò tìm các chất vấn, node đíchhay các node đã biết đường đi tới đích trả lời chất vấn bằng cách phúc đáp “sourcerouted” cho nơi gửi Do nhiều phúc đáp nên có nhiều đường đi được tính toán và duytrì Sau khí tính toán đường đi node liên kết bất kỳ bắt đầu các chất vấn, phúc đáp khácnên luôn cập nhật định tuyến Mặc dù các tiếp cận dựa trên cơ sở DC có độ chính xáccao hơn và phản ứng nhanh hơn với sự thay đổi mạng nhưng phụ trợ điều khiển quámức do thường xuyên yêu cầu flooding đặc biệt khi tính di động cao hơn và lưu lượngdày đặc phân bố đều nhau Kết quả là các giao thức định tuyến Ondemand chỉ phùhợp với mạng không dây băng thông rộng trễ truyền gói nhỏ và lưu lượng rất nhỏ

1.3.1.4 Định tuyến vùng:

Định tuyến vùng là một giao thức định tuyến khác thiết kế trong môi trường Ad hoc.Đây là giao thức lai giữa định tuyến On-demand với một giao thức bất kỳ đã tồn tại.Trong định tuyến vùng mỗi nút xác định vùng riêng khi node ở khoảng cách nhất định.Định tuyến vùng trung gian sử dụng định tuyến Ondemand để tìm đường đi Ưu điểmcủa định tuyến vùng là khả năng mở rộng cấp độ khi nhu cần lưu trữ cho bảng địnhtuyến giảm xuống Tuy nhiên do gần giống với định tuyến On-demand nên định tuyếnvùng cũng gặp phải vấn đề về trễ kết nối và điểm kết thúc của các gói yêu cầu

1.3.2 Phân loại các giao thức định tuyến

Mạng MANET (Mobile Ad hoc Network) là mạng không dây đặc biệt gồm tậphợp các thiết bị di động, giao tiếp không dây, có khả năng truyền thông trực tiếp vớinhau hoặc thông qua các nút trung gian làm nhiệm vụ chuyển tiếp Các node mạng vừađóng vai trò như thiết bị truyền thông vừa đóng vai trò như thiết bị định tuyến Vớinguyên tắc hoạt động như vậy, nó không bị phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng cố địnhnên có tính linh động cao, đơn giản trong việc lắp đặt, chi phí triển khai và bảo trìthấp

Như vậy, khi sử dụng các giao thức định tuyến thông thường dựa trên các giảithuật Distance-Vector hoặc Link-State trong mạng Ad Hoc sẽ dẫn đến một số vấn đềphát sinh:

 Tiêu tốn băng thông mạng và năng lượng nguồn nuôi cho các cập nhật định kỳ: Hầu hết các thiết bị di động trong mạng Ad Hoc sẽ hoạt động dựa trên nguồn

pin, việc truyền hoặc nhận gói tin sẽ tiêu tốn đáng kể đến nguồn năng lượng này Ở cácmạng thông thường, việc kết nối các bộ định tuyến nhìn chung là không thay đổi về vịtrí, chính vì thế ít xảy ra việc thay đổi cấu hình tôpô mạng nên việc hội tụ mạng là ítxảy ra.Tuy nhiên, trong mạng Ad Hoc, các node luôn thay đổi vị trí dẫn đến cấu hìnhtôpô mạng thay đổi, nên đòi hỏi cần phải có sự hội tụ của mạng cho các tuyến mới mộtcách nhanh chóng Để thực hiện được việc này, các giao thức định tuyến phải liên tụcgửi cập nhật định tuyến, dẫn đến việc tiêu tốn khá nhiều băng thông và năng lượng

 Các đường đi dư thừa được tích lũy một cách không cần thiết: Trong môi

trường mạng Ad Hoc, có rất nhiều đường đi từ nút nguồn đến nút đích và nhữngđường đi này sẽ được cập nhật tự động vào bảng định tuyến trong các thiết bị địnhtuyến (thiết bị di động), dẫn đến việc dư thừa đường đi trong bảng định tuyến

Các giao thức định tuyến trong mạng Ad Hoc được chia thành 3 loại: Giao thứcđịnh tuyến theo bảng ghi (Table-Driven Routing Protocol), Giao thức định tuyến điềukhiển theo yêu cầu (On-Demand Routing Protocol) và Giao thức định tuyến kết hợp(Hybrid Routing Protocol)