Tìm hiểu giải pháp kết hợp giao thức định tuyến harp trên mạng manet với một số tcp cải tiến

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM HIẾU NGHĨA

TÌM HIỂU GIẢI PHÁP KẾT HỢP GIAO THỨC ĐINH TUYẾN HARP TRÊN MẠNG MANET

VỚI MỘT SỐ TCP CẢI TIẾN

CHUYEN NGANH: KHOA HOC MAY TINH MA SO: 8.48.01.01

LUAN VAN THAC SI KHOA HOC DINH HUONG UNG DUNG

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Tìm hiểu giải pháp kết hợp giao thức định tuyến HARP trên mạng MANET với một số TCP cải tiến” là nội dung nghiên cứu do

tôi thực hiện Nội dung của luận văn có tham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các nguồn sách, bài báo, luận văn của những người đi trước được liệt kê

trong danh mục các tài liệu tham khảo Các thông tin tổng hợp hay các kết quả lấy

từ nhiều nguồn tài liệu khác đều được trích dẫn đầy đủ Tất cả tài liệu tham khảo

đều có xuất xứ rõ ràng và được trích đẫn hợp pháp

Thừa Thiên Huế, tháng 02 năm 2020 Tác giả đề tài

Trang 3

LOI CAM ON

Trước tiên, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới cán bộ quản lý, thầy, cô của

Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế và Trường Đại học An Giang, là những

người đã trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS Hà Viết

Hải, thầy hướng dẫn PGS.TS Võ Thanh Tú, hai thầy đã tận tình dẫn dắt và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn các bạn lớp cao học Khoa học máy tính khoá 4 — An

Giang, các bạn đồng nghiệp và gia đình đã luôn bên cạnh, động viên tôi trong suốt

thời gian học tập và thực hiện dé tai

Do thời gian và điều kiện có hạn nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong sự góp ý của bạn bè, thầy, cô và những người quan tâm

đến để tài này

Xin chân thành cảm ơn!

Thừa Thiên Huế, tháng 02 năm 2020

Học viên thực hiện

Trang 4

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN 252221 22211222122211221122121121 2112122212 erea ii

MUC LUC ooo ccc ccseccesesessssessssesssssssssesessassssaesssassssatsssssissssisessisessisessieessseesseesseessees iii DANH MỤC CÁC BẢNG Q2 2222212221222222222211222222ee vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỊ THỊ, -2-©222212221222122212222.2 xe vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1 Lý đo chọn để tài 2 222222 2212211121112111211121122211211221212222 ra 1 2 Mục đích nghiên cứu .- - c St SH hy HH Hà Hà He 2 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - 222 2222222512251223121212111212 21 e2 2 4.Ý nghĩa khoa học và thực 2 hy 38) 0u 0 .3 2

6 Bố cục luận văn - 2.2.2 2212211111111 111121111 11521 1121121112112 2x tr rsa 3

Chương 1 TÔNG QUAN VẺ MẠNG MANET 22 22222212221222.222 xe 4 1.1 CẤU TRÚC MẠNG MANETT ©2222222222212222112231122112211211122122 e6 4 1.1.1 Giới thiệu tổng quát về mạng MANET -2222222222212221222 e6 4

1.1.2 Phương thức hoạt động của MANET - íccccc St sehnhihkrrerrrrree 5 1.1.3 Một số đặc điểm chính và những thách thức phải đối mặt trong mạng

MANET 20 221 221222122110211121112112111212 21221212122 caa 6

1.1.4 Một số ứng dụng của mạng MANET -22-2222221222122122222.2 e6 7

1.2 PHÂN LOẠI GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRÊN MANET 8

1.2.1 Giao thức định tuyến theo bảng ghi 2©222222222222122122122ee 9 1.2.2 Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu 2 22-s22-c2 10 1.2.3 Giao thức định tuyến kết hợp 2: 22 22222212111211121121221122 xe 10

1.3 VẤN ĐẺ ĐIÊU KHIỂN LƯU THÔNG TRÊN MANET . 11 1.3.1 Co ché hoat déng cla TOP ooo cece cee esesesesessseseseseseseresesesereteeseresases 11

1.3.2 Các thách thức ảnh hưởng đến hiệu năng TCP trong MANET 14

1.3.3 Một số giải pháp để cải tiến hiệu năng của TCP trong MANET 15 1.4 TIỂU KÉT CHƯƠNG l -2:-©22¿222222221222511223122312211 22122 crke, 17 Chương 2 SỰ KÉT HỢP GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN VỚI GIAO THỨC CẢI TIỀN TCP SACK VÀ TCP VEGAS 2-2522 2222212221221 221cc 18

2.1 HOAT DONG CUA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN VÙNG (ZRP) 18

Trang 5

2.1.1 Giới hạn phạm vi vùng của ZRP ch HrHrereere 19

2.1.2 Cấu trúc của ZRP - s2 1E 2112211221221.21221 reo 20 2.1.3 Định tuyến của ZRP -2- 22 222221221122111211211211222222ee 21

2.1.4 Việc bảo trì tuyến của Z/RP -2- 22 222222122112112212212222ee 22

2.2 HOAT DONG CUA GIAO THUC DINH TUYEN LAI TUY BIEN HARP à 5c c2 t1 1n ung guờn 23

2.2.1 Giới hạn phạm vị vùng của HARP Share 25

2.2.2 Cầu trúc của HARP - + 5c 2E 2211211011222 2122121 trreerese 25 2.2.3 Định tuyến của HARP 222222 221221112111211221121212222 re 26

2.2.4 Việc bảo trì tuyến đường của HARP 222222 22122122212222 2e 28

2.2.5 Độ phức tạp của ZHLS, ZRP và DDR - 2522222222212 30 2.3 SỰ GIÓNG VÀ KHÁC NHAU GIỮA HAI GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN

HARP VÀ Z/RP c2 HH H221 122gr re 30 2.4 HOẠT ĐỘNG CỦA TCP SACK VÀ TCP VEGAS 5s se 31 2.4.1 Giao thức truyền tin TCP Saek 522222 2212221222112221121222 e6 32

2.4.2 Giao thức truyền tin TCP Vegas 22-222 2222212221221122.212 e6 33

2.5 ANH HUONG CUA SU KET HOP GIUA TCP VA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 2 1 122112212112 2 n1 121121 21 1212 reye 37 2.5.1 Ảnh hưởng TCP trên mạng khơng đây, 2©22¿22222E222122212222-2e 37

2.5.2 Ảnh hưởng của TCP trên MANET 2222222122212221222122212221222 e6 38

2.5.3 Ảnh hưởng của TCP với AODV, TORA và ZRP -22cccscse¿ 39 2.6 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA SỰ KÉT HỢP GIỮA GIAO THỨC TCP

VỚI MỘT SỐ CƠ CHÉ ĐỊNH TUYẾN VÙNG 55 5c teen Al 2.6.1 Ưu điểm của vùng Z.RP - 22 22222211211221112112112212222 ae 4

2.6.2 Đánh giá hiệu năng của ZRP so với một số giao thức định tuyến 41

2.6.3 Hoạt động của giao thức định tuyến AODV, DSR voi TCP New Reno,

TEP Sackva TOP Ve ga es menercresenm arene rsen meena meenreronenmersesrnrnmecernnmes 42

2.7 ANH HUGNG CUA ZRP VA HARP KHI KET HOP VOI CAI TIEN

CA TCP St 12 21101122121 21222 12121 121 121g re 45 2.8 TIỂU KÉT CHƯƠNG 2 5-52 2E 1221122111121 011021221.2122221xreye 46

Chuong 3 THIET KE VA CAI DAT MO HINH TREN PHAN MEM

MÔ PHỎNG 5 TỰ n1 1H22 guờn 47 3.1 MÔI TRƯỜNG MÔ PHỎNG NS-2 - 2-55 2 22122 2tr 47

Trang 6

3.1.2 Kiến trúc của NS-2 -s s22 E2 TT 1 re 48

3.1.3 Các phần mềm dùng kết hợp với NS-2 -©222222 2222222222 50 3.2 THIET KE MO HINH VA CAI DAT MO PHONG GIAO THUC ĐỊNH

TUYẾN ZRP VỚI TCP SACK VÀ TCP VEGAS 52-2222222222 c6 51 3.2.1 Tiêu chí đánh giá kết quả -©222222222225122112111211121112211211222 xe 51

3.2.2 Thơng số và giao diện mô phỏng 22: 22222222222252225121322122222-e2 52 3.2.3 Tao! Topo mangems6 phOng) sere csenn ase rse nner semen ersrermersesrn nner: 53

3.3 PHAN TICH KET QUA, DANH GIA HIEU NANG KHI KET HOP ZRP VỚI TCP SACK VÀ TCP VEGAS 22222 2212221222122222.22 e6 54 3.3.1 Hao phí truyền thông (CO) - 22 2222221211221112111211121122121221 2e 54

3:3.2 Tý lệ gửi gối Tìn:thành công ssecseeseieesseriiiienrdinieniastiiniogeirirrinszseinniel 55

3.3.3 Độ trễ trung bình End-to-End - 22: s 22221221221121121121212 2y 56

3.3.4 Tỷ lệ gói tỉn rơi - 2s 22122112211221121112111211122112222122222222 re 57

3.4 THIET KE MO HINH, CAI DAT MO PHONG KET HOP GIAO THUC ĐỊNH TUYẾN HARP VỚI TCP SACK VÀ TCP VEGAS 58

3.4.1 Giới thiệu môi trường mô phỏng OMNeT++ cài 59

3.4.2 Các thành phần chính của OMNeT++ 22 22222122211221121222 xe 59

3.4.3 Ứng dụng - 22 222222122112112111221121111111112111122122222 xe 59 3:44 MG hinh trong, OMNeT Fits secceecsrenn arene renner as meeneronenmerensrnnemersnnmes 60 3.4.5 Kịch bản mô phỏng c2: t1 St x2 HH Hàng 60

Trang 7

Bang 2.1 Bang 2.2 Bang 2.3 Bang 2.4 Bang 2.5 Bang 3.1 Bang 3.2 Bang 3.3 Bang 3.4 Bang 3.5 DANH MUC CAC BANG Trang Bảng nội vùng của nút K Và Ÿ - c2: 2t S vn Hành nhe 28 Bảng liên vùng của nút d - c c1 1n nhà nen net 28 So sánh sự kết nối đa điểm của hai giao thức định tuyến - 31 Kich bản;mô:phÒNezaczsotii6seeiIEEIGSIESIDARSEIGDNIEELEREUEEEHSISĐNGSiAtEga 39

Thơng số mơi trường . ©22222222122212221122112111211121121122122 e6 43

Các tham số thực hiện mô phỏng 22 22222222E222E2221222122212222-ee 52 Kết quả hao phí truyền thông 22-222 222222122212221222122122 2 xe 34

Kết quả tỷ lệ gửi gói tin thành công 2-222222222122212221222122 e6 55

Kết quả độ trễ trung bình End-to-End 2+2222222222122212221222 e6 56

Trang 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐÒ THỊ

Trang Hình 1.1 Mạng tùy biến di động không đây 2-22 2222222211215 xe 5

Hình 1.2 Mô hình hoạt động mạng MANET c2: SH Hrererre 6

Hình 1.3 Ứng đụng mạng MANET trong lĩnh vực quân sự . -¿ 7 Hình 1.4 Phân loại các giao thức định tuyến mạng MANET - s22 9

Hình 1.5 Khuôn dạng dữ liệu của TCP -.- Sc 212 nhe rererret 11

Hình 1.6 Mô hình kết nỗi yêu cầu - trả lời (request - response) - 12

Hình 2.1 Ví đụ về vùng định tuyến với P=2 22222 2122212222222222 e6 19

Hình 2.2 Cấu trúc mối quan giữa các thành phần của Z.RP 222222222 21

Hình 2.3 Mô hình định tuyến HARP -222222222221222121122.2122222 xe 24

Hình 2.4 Khung nhìn nhiều lớp của HARP và DDR -2222222212221221222ee 26 Hình 2.5 Cấu trúc liên kết mạng ban đầu 22222 2222212212221221221222 e6 27

Hình 2.6 Cấu trúc liên kết mạng theo DDR - 22 222221222122122212212222 e6 27

Hình 2.7 Chuyển tiếp nội vùng - 22222221 222122212112211222222222 se 29 Hình 2.8 Chuyển tiếp liên vùng 22222 22222122211221221121121222222ee 30 Hình 2.9 Cơ chế điều khiển cửa số truyền tin của TCP Vegas 22-22-22 35 Hình 2.10 Cơ chế hoạt động của TCP Vegas 522222 2212221222222222 xe 37 Hình 3.1 Mô hình tổng quát của NS-2 - 522222 2212221221221222222222 e6 48 Hình 3.2 Luồng các sự kiện cho file Tel chạy trong NS -2 222222222226 50 Hình 3.3 Giao diện mô phỏng đang hoạt động .- c3: Sccsisissrrsrsrreres 33 Hình 3.4 Biểu đồ hao phí truyền thông 222222 22222212211221121122222122 e6 55

Hình 3.5 Biểu đồ tỷ lệ gửi gói tin thành công 2222222212221222122122.22 e6 56 Hình 3.6 Biểu đồ độ trễ trung bình End-to-End 2222s2212221222122122122 e6 57 Hình 3.7 Biểu đồ kết quả tỷ lệ gói tin rơi 2-2222 22122212221221221222222 xe 58

Hình 3.8 Giao diện mô phỏng đang hoạt động trên OMNeT++ à 61 Hình 3.9 So sánh tỷ lệ chuyên gói tin thành công của TCP Sack va TCP Vegas 62 Hình 3.10 So sánh tỷ lệ chuyền gói tin rơi của TCP Sack và TCP Vegas 62

Trang 9

HARP MANET TCP IP PDA PAN DSDV WRP GSR OLSR DSR TORA LAR SSR CBRP ZRP ZHLS DDR ACK ISN RTT MAC RTO

DANH MUC CAC CHU VIET TAT

Hybrid Ad Hoc Routing Protocol Giao thức định tuyến lai tùy biến Mobile Ad Hoc Network

Transmission Control Protocol Internet Protocol

Personal Digital Assistants Personal Area Network

Destination Sequence Distance Vector

Wireless Routing Protocol Global State Routing

Optimised Link-State Routing Dynamic Source Routing Temporally Ordered Routing Location Aided Routing Signal Stability Routing

Cluster Based Routing Protocol Zone Routing Protocol

Zone-based Hierarchical Link State Routing Protocol

Distributed Dynamic Routing algorihm

Acknowledgement data networks Initial Sequence Number

Round Trip Time Media Access Control Recovery Time Object

Mạng tùy biến di động không dây Giao thức điều khiên truyền tin Giao thức Internet Thiết bị hỗ trợ số cá nhân Mạng cá nhân Giao thức vector khoảng cách chủ ứng

Giao thức định tuyến không dây Giao thức trạng thái toàn cầu

Định tuyến tối ưu hóa trạng thái

liên kết

Giao thức định tuyến nguồn phản ứng

Giao thức định tuyến tạm thời

Định tuyến hỗ trợ địa điểm

Định tuyến ổn định tín hiệu

Giao thức định tuyến dựa trên cụm

Giao thức định tuyến vùng

Giao thức định tuyến trạng thái liên kết phân cấp dựa trên khu vực Thuật toán định tuyến động phân tán

Segment hồi đáp

Số thứ tự Segment ban đầu Thời gian một vòng đi về

Trang 10

CSMA/ CD IEEE NDP IARP IERP BRP IETF CWND AODV FTP NS NAM

Carrier Sense Multiple Access

with Collision Detection Institute of Electrical and

Electronic Engineers

Neighbor Discovery Protocol Intrazone Routing Protocol Interzone routing protocol Broadcast Resolution Protocol Internet Engineering Task Force Congestion Window Ad-hoc On-demance Distance Vector File Transfer Protocol Network Simulator Network Animator ix

Giao thức truyền thông tin

Viện kỹ thuật điện điện tử Giao thức khám phá láng giềng Giao thức định tuyến bên trong vùng Giao thức định tuyến bên ngoài vùng

Trang 11

MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài

Trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, sự bùng nổ về công nghệ, sự phát triển nhanh chóng của mạng tùy biến không dây di động (MANET) nhờ vào sự gia tăng của các thiết bị máy tính cá nhân, các thiết bị đi động đã có rất nhiều quan tâm và nghiên cứu của các nhà khoa học trong lĩnh vực này Mạng MANET được

các nhà nghiên cứu xem như là một mạng đặc biệt, mà ở đó tất cả các nút có thể

giao tiếp với nhau thông qua việc chuyển tiếp các gói tin nhờ vào các nút trung gian Tuy nhiên, chính vì bản chất của nó mang tính di động và tự do di chuyền, độc lập với nhau đã làm cho việc truyền dữ liệu gặp nhiều khó khăn

Giao thức điều khiển truyền tin được thiết kế để sử dụng việc truyền dữ liệu

rất đáng tin cậy từ điểm này đến điểm khác, được sử dụng rất hiệu quả trên mạng có dây Vài năm trở lại đây, đã có nhiều nghiên cứu và đánh giá hiệu quả của nó trên mạng MANET Tuy nhiên, giao thức truyền tin có hạn chế trên mạng MANET chính là thường xuyên bị tôn thất và mat gói tin trong quá trình truyền nhận, bởi xây ra những nguyên nhân như: phạm vi phân vùng, liên kết thất bại, tắt nghẽn mạng

Khi kết hợp giữa giao thức định tuyến với giao thức điều khiến truyền tin cải

tiến của TCP như: TCP Reno, TCP Veno, TCP Vegas, TCP VegasA, TCP

NewVegas, TCP VegasW, TCP Sack một cách phù hợp trong mạng MANET sẽ được cải thiện và nâng cao đáng kế về hiệu năng trong sử dụng, cũng như hạn chế xây ra lỗi trong quá trình truyền nhận dữ liệu Chính vì lẽ đó, tôi tập trung vào việc nghiên cứu “Từm hiểu giải pháp kết hợp giao thức định tuyến HARP trên mạng MANET với một số TCP cải tiến”, với mục đích nghiên cứu này nhằm tìm ra những kết hợp hiệu quả nhất là điều cần thiết trong việc góp phần nâng cao hiệu năng sử dụng mạng MANET theo xu thế phát triển về công nghệ một cách nhanh

Trang 12

2 Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của các giao thức định tuyến trên mạng MANET và các giao thức TCP cải tiến, ảnh hưởng của sự kết hợp giữa TCP và giao thức định tuyến

- Đánh giá hiệu năng của giao thức TCP cải tiến khi kết hợp các giao thức

định tuyến trên MANET

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết các giao thức định tuyến của mạng MANET, trong đó

đi sâu giao thức định tuyến vùng, định tuyến lai ZRP, HARP khi kết hợp với một số

giao thire truyén tin cải tiến như: TCP Sack và TCP Vegas

- Đánh giá hiệu năng của từng kết hợp này dựa vào phương pháp mô phỏng bằng phần mềm NS-2 và OMNeT++, sau đó sử dụng công cụ lần vết và giám sát

mô phỏng @GRAPH hay TRACEGRAPH) để phân tích kết quả Từ đó, có thê

đánh giá, lựa chọn phương án tốt nhất góp phần đảm bảo truyền thông một cách tin cậy và hiệu quả

4 Ý nghĩa khoa học và thục tiễn

Mạng MANET được ứng dụng trong tình huống khẩn cấp, nơi mà không thê hoặc khó có thể xây dựng cơ sở hạ tầng cố định như: tình huống y tế khân cấp, thảm hoạ, thiên tai, xung đột về quân sự Đề góp phần thúc đây phát triển ứng dụng công nghệ thông tin trong những môi trường này thì việc nghiên cứu để kết hợp giao thức định tuyến trên mạng MANET với giao thức truyền tin cải tiến của TCP, là sự góp phân cải thiện hiệu năng truyền thông cũng là một vấn đề cần thiết hiện nay

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích và tổng hợp tài liệu có liên quan từ các nguồn như: các bài báo, sách, giáo trình trong và ngoài nước Tìm hiểu cơ sở lý thuyết để năm được những yêu cầu, nội đung cụ thể cần giải quyết cho để tài

Trang 13

6 Bồ cục luận văn

Luận văn bao gồm phần: Mở đầu, Chương 1, Chương 2, Chương 3, Kết luận

và định hướng phát triển, Tài liệu tham khảo

Chương I trình bày Tổng quan về mạng MANET gồm các phần như cấu trúc, phân loại các giao thức định tuyến và vấn đề điều khiển lưu thông trên mạng MANET, nhằm xây dựng nền tảng kiến thức chung để nghiên cứu tiếp nội đung chính của luận văn ở Chương 2

Chương 2 nghiên cứu sự kết hợp giao thức định tuyến vùng trên mạng

MANET với một số giao thức truyền tin cải tiến TCP, cụ thể là tìm hiểu các hoạt

động giao thức định tuyến ZRP và HARP trên mạng MANET, giao thức truyền tin cải tiến TCP Sack và TCP Vegas, việc kết hợp giữa giao thức định tuyến vùng với giao thức truyền tin cải tiến TCP

Chương 3 giới thiệu phần mềm mô phỏng NS-2, OMNeT++ và tử nghiên cứu cơ sở lý thuyết của Chương 2 tiến hành thực hiện mô phỏng giao thức định tuyến kết hợp giao thức truyễền tin từ đó đưa ra kết quả đánh giá hiệu năng trên MANET

Kết luận nêu lên những kết quả đạt được qua nghiên cứu và định hướng phát

triển của luận văn

Trang 14

Chương 1 TÔNG QUAN VẺ MẠNG MANET

Trong những năm gần đây, thị trường truyền thông không đây đã có sự tăng trưởng chưa từng thấy Công nghệ không dây có khả năng tiếp cận hầu như mọi vị

trí trên bể mặt trái đất Với thành công to lớn của dịch vụ nhắn tin và thoại không

dây, hầu như không ngạc nhiên khi giao tiếp không dây bắt đầu được áp dụng vào lĩnh vực máy tính cá nhân và doanh nghiệp Không còn bị ràng buộc bởi các khai thác của mạng có đây, mọi người sẽ có thể truy cập và chia sẻ thông tin trên quy mô toàn cầu gần như bất cứ nơi nào mình muốn

1.1 CẤU TRÚC MẠNG MANET

1.1.1 Giới thiệu tống quát về mạng MANET

MANET (Mobile Ad-hoc Network - Mạng tùy biến không dây di động) là

một tập hợp các nút di động không dây tạo thành một mạng tự trị động thông qua một cơ sở hạ tầng hoàn toàn di động Trong một mạng lưới như vậy, mỗi nút hoạt động như một bộ định tuyến và như một máy chủ Các nút kết hợp với nhau mà

không có sự can thiệp của các điểm truy cập tập trung hoặc trạm gốc Mạng tuỳ biến không dây di động có một số lợi thế so với các mạng không dây truyền thống

như: dễ triển khai, tốc độ triển khai và giảm sự phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng cố định

MANET hấp dẫn bởi vì nó cung cấp một sự hình thành mạng ngay lập tức mà

không có sự hiện diện của các trạm cơ sở cố định và quản trị viên hệ thống [11] MANET được hiểu một cách khác là mạng tự cầu hình các thiết bị định tuyến di dong duoc kết nối bởi các liên kết không dây, sự kết hợp nay tao thành một

Trang 15

Hình 1.1 Mạng tùy biến di động không dây

1.1.2 Phương thức hoạt động của MANET

Về phương thức hoạt động, các mạng MANET là mạng không dây di động nhiều điểm kết nối ngang hàng với nhau và không có nút nào đóng vai trò máy chủ trung tâm, mà ở đó các gói tin được truyền đi theo cách lưu trữ và chuyển tiếp từ nguồn đến đích bất kỳ, thông qua các nút trung gian Khi các nút đi chuyển thì kết quả thay đổi trong cấu trúc mạng phải làm cho các nút khác biết được cấu trúc liên

kết lỗi, để các thông tin có thể được cập nhat hay g& bo Nhu hinh 1.2, khi MH1

thay đổi vị trí của nó từ MH2 sang MH4 là phần nút khác của mạng sẽ sử dụng định tuyến mới, để chuyển tiếp các gói tin đến MHI Giả định rằng là không thê có tất cả các nút trong phạm vi phát sóng, sẽ không có vấn để về định tuyến để được giải quyết Vì vậy, chúng ta chỉ quan tâm đến các tình huống là chỉ có vài nút trong phạm vi phát sóng với nhau

Xét hình L2, đặt ra một vấn đề khác của liên kết đối xứng (hai chiều) và

Trang 16

thực hiện bởi không đối xứng là một nhiệm vụ tương đối khó khăn Trong một vai

trường hợp tìm thấy các định tuyến có thê tránh liên kết không đối xứng khi nó khá giống với liên kết sắp xảy ra thất bại (không đối xứng) Tuy nhiên, chúng ta cần xem xét các liên kết truyền thông luôn đối xứng nhau, và tất cả các nút có tính năng và nhiệm vụ giống nhau [4]

Liên kết bất đối xứng

Liên kết đối xứng

Hình 1.2 Mô hình hoạt động mạng MANET

1.1.3 Một số đặc điểm chính và những thách thức phải đối mặt trong

mạng MANET

- Giới hạn băng thông: các kết nỗi mạng không dây có công suất thấp hơn nhiều so với mạng có đây Ngồi ra, thơng lượng thực hiện của việc kết nối không

dây như là sau khi chiếm ảnh hưởng đến điều kiện nhiễu sóng, tiếng ôn

- Các thách thức an ninh: do mạng không dây có tính di động thì rất đễ bị de dọa đến tính bảo mật hơn là mạng có dây Dẫn đến gia tăng nghe trộm, giả mạo và các dịch vụ tấn cơng từ bên ngồi vào

- Cẩm trúc liên kết động: tự do di chuyên tùy biến của các nút với tốc độ khác nhau, đo đó các cầu trúc mạng có thể thay đổi ngẫu nhiên và đôi khi không thé

Trang 17

- Hoạt động hạn chế năng lượng: mạng tùy biến không dây có một số hoặc tất cả các nút sẽ phụ thuộc vào pin hoặc các phương tiện khác cung cấp năng lượng của chúng

1.1.4 Một số ứng dụng của mạng MANET

Tính năng nâng cao của hệ thống di động không dây, một số ứng dụng mạng tùy biến thông dụng nhất như sau:

- Các ứng đụng quản lý bị khủng hoảng: việc khôi phục thông tin liên lạc

một cách nhanh chóng là cần thiết, như kết quả thảm hoạ từ thiên nhiên nơi mà toàn

bộ cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc bị khủng hoảng

-_ Công việc hợp fác: trong kinh đoanh nhu câu cho việc tính toán hợp tác có thé là mơi trường bên ngồi văn phòng là quan trọng nhất

- Mạng cá nhân và Bluefoofh: mạng cá nhân (PAN) là mạng có phạm vị

ngắn, mạng cục bộ mà ở đó các nút gắn liền với cá nhân nào đó Bluetooth là một công nghệ nhằm mục đích hỗ trợ cho mạng khu vực cá nhân bằng cách loại bỏ sự

Trang 18

1.2 PHAN LOAI GIAO THUC ĐỊNH TUYẾN TREN MANET

MANET là mạng không dây đặc biệt gồm tập hợp các thiết bị di động, giao tiếp không dây, có khả năng truyền thông trực tiếp với nhau hoặc thông qua các nút trung tâm làm nhiệm vụ chuyên tiếp Vì vậy, việc định tuyến trong mạng MANET

phụ thuộc vào nhiều yếu tổ bao gồm: cấu trúc liên kết, việc lựa chọn tuyến, yêu cầu

ban đầu, tìm đường đi nhanh chóng và hiệu quả Tính chất thường xuyên thay đổi cao của các mạng này đã đặt ra các giới hạn khắc khe về giao thức định tuyến đã

được thiết kế đặc biệt cho chúng, do đó việc thúc day nghiên cứu giao thức nhằm

mục đích đạt được ổn định định tuyến Nguồn tài nguyên thấp sẵn có trong mạng này yêu cầu sử đụng hiệu quả, là động lực thúc đây đề tối ưu định tuyến trong mạng tùy biến không đây

Xuất phát từ thực tế trên sẽ xảy ra những thách thức của việc thiết kế một giao thức định tuyến cho mạng tùy biến là một nút cần phải biết các thông tin với các nút lang giéng của nó để xác định một định tuyến cho việc truyền gói tin Mặt khác, các cấu trúc liên kết mạng có thê thay đổi khá thường xuyên Ngoài ra, khi sử dụng các giao thức định tuyến thông thường dựa trên các thuật toán vectơ khoảng

cách hoặc thuật toán trạng thái kết nối sẽ dẫn đến một số vấn đề phát sinh như: - Các thiết bị di động trong mạng MANET sẽ hoạt động dựa trên nguồn pm,

việc truyền hoặc nhận gói tin sẽ tiêu tốn đáng kể đến nguồn năng lượng này Tuy nhiên, các nút luôn thay đổi vị trí dẫn đến cấu hình tôpô mạng thay đổi, nên đòi hỏi

cần phải có sự hội tụ của mạng cho các tuyến mới một cách nhanh chóng

- Có rất nhiều đường đi từ nút nguồn đến nút đích và những đường đi này sẽ

được cập nhật tự động vào bảng định tuyến trong các thiết bị định tuyến, dẫn đến

việc dư thừa đường đi trong bảng định tuyến

Trang 19

Giao thức định tuyến trên MANET Vv Vv Vv

Bang ghi Theo yéu cau Két hop

Đăng cấp Dang cap Dang cp

DSDV DSR ZRP

WRP TORA SHARP

GSR LAR

OLSR SSR Phan cap

Phân cá ân câi an cA - ZHLS P Phân câp DDR SLURP CGSR HSR CBRP HARP

Hình 1.4 Phân loại các giao thức định tuyến mạng MANET 1.2.1 Giao thức định tuyến theo bảng ghi

Giao thức định tuyến theo bảng ghi còn được gọi là giao thức chủ ứng (Proactive) Hoạt động của giao thức này là bất kỳ một nút trong mạng đều luôn duy trì trong bảng định tuyến của nó, thông tin định tuyến đến tất cả các nút khác trong mạng Thông tin định tuyến được phát theo kiểu broadcast (nghĩa là từ một điểm đến tất cả các điểm khác) trên cùng một mạng theo một khoảng thời gian quy định dé giúp cho bảng định tuyến luôn cập nhật những thông tin mới nhất Chính vì thế, giao thức định tuyến theo bảng ghi chỉ áp đụng trong các mô hình mạng MANET mà các nút ít di chuyền

Trang 20

Vector), Giao thức WRP (Wireless Routing Protocol), Giao thức GSR (Global State Routing), Giao thức OLSR (Optimised Link-State Routing)

1.2.2 Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu

Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu còn được gọi là giao thức phản ing (Reactive) Hoạt động của giao thức này là các con đường đi sẽ được tao ra nếu

như có nhu cầu, khi một nút yêu cầu một tuyến đến đích, nó phải khởi đầu một quá

trình khám phá tuyến để tìm đường đi đến đích Với các cơ chế đó, các giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu không phát broadcast đến các nút lân cận về các thay đôi của bảng định tuyến theo thời gian, nên tiết kiệm được tài nguyên mạng Vì vậy, loại giao thức này có thê sử đụng trong các mạng MANET phức tạp, các nút di chuyển nhiễu

Một số giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu tiêu biểu như: Giao thức DSR (Dynamic Source Routing), Giao thức TORA (Temporally Ordered Routing AIgorihhm), Giao thức LAR (Locaton Aided Routing), Giao thức SSR (Signal

Stability Routing), Giao thức CBRP (Cluster Based Routing Protocol)

1.2.3 Giao thức định tuyến kết hợp

Trong giao thức định tuyến này là kết hợp cả hai cơ chế của giao thức định tuyến theo bảng ghi và giao thức định tuyến điều khiến theo yêu cầu hay gọi là giao thức định tuyến lai (Hybrid) Hoạt động giao thức định tuyến này là mạng được chia thành các vùng (zone) Mỗi nút duy trì cả thông tin về kiến trúc mạng trong vùng của nó và thông tin về các vùng láng giểng Điều đó có nghĩa là giao thức lai sử dụng giao thức định tuyến phản ứng giữa các vùng và giao thức định tuyến chủ ứng cho các nút mạng trong cùng vùng Chính vì thế, giao thức này phù hợp với

những mạng có quy mô, kích thước lớn, mật độ các nút mạng dày đặc

Các giao thức định tuyến tiêu biểu sử đụng kiểu Hybrid: Giao thức ZRP (Zone Routing Protocol), Giao thức ZHLS (Zone-based Hierarchical Link State Routing Protocol), Giao thức HARP (Hybnd Ad Hoc Routing Protocol), Giao thức DDR (Distributed Dynamic Routing algorihm)

Trang 21

1.3 VAN DE DIEU KHIEN LUU THONG TREN MANET

Giao thức điều khiển truyền tin (TCP) là một giao thức hướng kết nối, nó

được thiết kế đặc biệt cho mạng có dây Khi TCP được áp dụng cho các mạng

không dây, nó sẽ dẫn đến hiệu năng giảm xuống và không tối ưu Vì phát hiện mất gói tin đo tắt nghẽn mạng, TCP sẽ giảm tốc độ phát dữ liệu Việc mất gói tin trong MANET có thê liên quan đến môi trường giao tiếp không dây, tức là ảnh hưởng của

Sự Suy giảm về tín hiệu, độ nhiễu, định tuyến đa đường, hoặc tính chất động của các mạng đó Giao thức TCP thực hiện một cơ chế kiểm soát lưu lượng dựa trên cửa SỐ

Các nhà nghiên cứu đã nhận thấy rằng 90% lưu lượng truy cập trên Internet là đựa

trên TCP, kiến trúc TCP/IP da duoc chon dé tuong thich voi Internet, nhung kién

trúc này cũng chưa phải là tốt nhất cho MANET [5]

1.3.1 Cơ chế hoạt động của TCP

Giao thức TCP cung cấp một phương thức truyền dữ liệu tin cậy, cơ chế điều khiển truyền thông linh hoạt, kiểm soát lưu thông và tránh tắt nghẽn TCP đã được

sử dụng rộng rãi trên Internet và mô tả khuôn dạng dữ liệu như sau (nh 1.5)[2]: 0 3 7 15 31 Source Port Destination Port 1 Sequence Number 2 = Acknowledgment Number 3 = & | Offset | Reserved Flags Window 4/4

Checksum Urgent Pointer 5 Options Padding | 6

Data

Hình 1.5 Khuôn dạng dữ liệu của TCP - Source Port: chỉ số hiệu công của trạm nguồn;

- Destination Port: chỉ số hiệu công của trạm đích;

- Sequence Number: cờ SYN;

Trang 22

- Offset: chỉ số độ đài của phần đầu (Header);

- Reserved: dành cho tương lai, hiện tại được thiết lập là 0;

- Flags: các cờ điều khiên;

- Window: cơ chế cửa số;

- Checksum: mã kiểm soát lỗi cho toàn bộ Segment;

- Urgent Pointer: tryong con tro;

- Options: khai báo độ dài tối đa của trường dữ liệu trong Segment; - Padding: phần chèn thêm vào Header;

- Data: chứa đữ liệu của tầng trên

Hoạt động của giao thức TCP: Giao thức TCP là giao thức hướng kết nối, nó

đòi hỏi phải kết nối trước khi truyền đữ liệu và kết thúc kết nối khi việc gửi đữ liệu

Trang 23

Trong ba pha của TCP nêu trên, có một số tiến trình thực hiện nghiêm ngặt để hoàn thành việc truyền dữ liệu một cách tin cậy của minh

Thiết lập kết nỗi: Máy phục vụ dịch vụ (Server) trên mạng phải đăng ký một cổng và mở công đó cho các kết nối, đây gọi là mở bị động Khi mở bị động đã

được thiết lập thì máy sử dụng dịch vu (Client) co thể bắt đầu mở chủ động, quy

trình bắt tay ba bước diễn ra để thiết lập kết nối TCP như sau:

- Bước I: Khi cờ SYN được bật (SYN = 1) cho Server thì Client mo chu

động bằng cách gửi một Segment,

- Bước 2: Khi cờ SYN và cờ ACK được bật thì Server nhận được Segment

nói trên và trả lời bang 1 Segment,

- Bước 3: Khi Client nhận được Segment của Server nó trả lời bằng một

Segment ACK hồi đáp cho Server

Ở hai bước đầu tiên trong ba bước bắt tay, hai máy tính trao đổi một số thứ tự Segment ban đầu (Initial Sequence Number - ISN) Số này có thể chọn ngẫu nhiên, sau đó các Segment tiếp theo được gửi đi thì số này được tăng lên 1, do đó tại nơi nhận sẽ sắp xếp chúng lại theo đúng thứ tự ban đầu cho dù chúng có thể đến từ nhiều đường khác nhau Như vậy, qua ba bước trên cả Client và Server đã nhận được Segment hồi đáp ACK về kết nối, trong đó chứa những thông tin cần thiết cho việc truyền dữ liệu Trong các Segment được gửi trong quá trình thực hiện quy trình bắt tay ba bước trên thì các Segment không chứa phần dữ liệu mà chỉ có các thông tin ở phần đầu (Header) của các Segment

Truyền dữ liệu: Sau pha kết nối thành công thì quá trình truyền dữ liệu bắt

đầu thực hiện Với việc nhận được hay không nhận được Segment hồi đáp ACK sẽ

là tín hiệu về đường truyền giữa 2 máy tính Từ đó hai bên có thê thay đổi tốc độ

truyền nhận dữ liệu một cách phù hợp với điều kiện hiện tại của mạng

Kết thúc kết nỗi: Thực hiện quá trình bắt tay gồm bốn bước và chiều của kết

Trang 24

gửi lại một Segment ACK hồi đáp Trong quá trình kết thúc có thể tồn tại dạng một

bên đã kết thúc việc gửi chỉ còn nhận Segment Vì vậy, một quá trình kết thúc kết

nối sẽ có 2 cặp Segment được trao đôi giữa 2 máy tính với nhau

1.3.2 Các thách thức ảnh hưởng đến hiệu năng TCP trong MANET

Ngoài các vấn để truyền thống của mạng không dây thì môi trường tuỳ biến

nhiều điểm di động mang đến nhiều thách thức đối với TCP Dưới đây là một số

thách thức ảnh hướng đến hiệu năng của TCP trong MANET như sau [8]:

- Kiểm soát truy cập phương tiện (ÀA4“AC): việc sử dụng phương tiện truyền phát và chia sẻ truyền đẫn đưa ra xác suất không đáng kế về va chạm gói tin và tranh chấp phương tiện

- Hạn chế về năng lượng: do pin được mang theo mỗi nút di động có công

suất giới hạn, nên khả năng xử lý bị hạn chế, do đó sẽ giới hạn các dịch vụ và ứng dụng có thể được hỗ trợ bởi mỗi nút

- Tính di động: MANET trải nghiệm những thay đổi động trong cấu trúc liên kết mạng do tính di động không hạn chế của các nút trong mạng

- Chiều dài tuyến đường: người ta thấy rằng thông lượng TCP suy giảm nhanh chóng với sự gia tăng chiều dài tuyến đường trong các MANET cấu trúc liên kết chuỗi (chuỗi tuyến tính)

- Giải thích sai về cửa số tắt nghẽn: TCP coi cửa số tắt nghẽn là thước đo tốc độ truyền có thê chấp nhận được đối với mạng và máy thu Trong MANET, cơ chế kiểm soát tắt nghẽn được gọi khi mạng được phân vùng hoặc khi xảy ra sự cố đường dẫn

- Hành vi liên kết không đối xứng: liên kết không dây giữa trạm gốc và thiết

bị đầu cuối đi động có bản chất không đối xứng Sự bất đối xứng có thể biểu hiện

dưới một số hình thức như băng thông, sự bất cân xứng về tỷ lệ mất và sự bất đối

xứng của tuyến đường

Trang 25

- Tuyển đường không định hướng: mọi gói TCP, ACK đều yêu cầu trao đôi trong trường hợp IEEE 802.11 được sử dụng làm giao thức MAC cơ bản Điều này có thể dẫn đến một chi phi bổ sung nếu không có truyền lại

- Định tuyến đa đường: nguyên nhân chính gây ra lỗi tuyến là do tính di động của nút do các nút có thé di chuyền tùy ý

- Phân vùng mạng: các nút di chuyên ngẫu nhiên trong MANET có thể dẫn đến phân vùng mạng

- Việc sử đụng truyền tin dựa trên cửa sồ trượt: TCP sử dụng cửa số trượt để

điều khiển luồng Việc truyền các gói được quyết định bởi kích thước của cửa số và khi ACK đến từ đích, các gói tiếp theo được truyền đi

1.3.3 Một số giải pháp để cải tiến hiệu năng của TCP trong MANET

Trong giao thức TCP đã có những cơ chế điều khiển luồng cũng như kiểm sốt lỗi, nhưng trong mơi trường mạng bất đối xứng TCP tỏ ra kém hiệu quả Vì vậy, các nhà nghiên cứu Internet đã để nghị những cơ chế để cải tiến TCP như sau:

- Tăng kích thước cửa số với một tốc độ không phụ thuộc RTT: Tức là cần

phải tính toán sao cho RTT nhỏ Tuy nhiên, điều này không đễ dàng khi chọn tốc độ tăng kích thước cửa số để mạng hoạt động tốt trên phạm vi rộng của RTT Nếu tốc

độ tăng là nhỏ hơn so với tốc độ hiện tại thì các liên kết sẽ chậm, nếu tốc độ là quá

nhanh thì số gói tin mất sẽ lớn khi có nhiều liên kết đang hoạt động và RTT sẽ lớn - Điều chỉnh kích thước cửa sổ theo độ trễ lúc không có lỗi: Tập trung vào

việc so sánh RTT với RTT cực tiểu dựa trên số gói tin chuyển đi được Ý tưởng ở

đây là tăng độ đo RTT theo kích thước hàng đợi trong bộ định tuyến Khó khăn trên

thực tế là việc ước lượng RTT theo thời gian đợi tại thời điểm bắt đầu của một kết

Trang 26

hiệu cho trạm nguồn hạ thấp kích thước cửa số và thực hiện việc truyền lại các gói

tin hỏng

- Cải tiến bộ định tuyến: Bằng chương trình hỗ trợ cho việc thông báo rõ tốc

độ truyền tin xác định, nên bộ định tuyến phức tạp hơn Một để xuất là đánh dấu

nhãn gói tin nếu nó có khả năng gây ra lỗi mất gói tin trong tương lai Điều đó có

nghĩa là, khi các gói tin đến, bộ định tuyến phải dự báo về gói tin này, hoặc là sẽ bị

rơi hoặc là gói tin đó sẽ đến sau Sự quyết định phải dựa trên tải hiện hành của bộ

định tuyến

- Xây dựng cơ chế điều khiển lỗi cho những liên kết nhiều lôi

Đây là 5 để xuất chính để cải thiện lưu thông trên mạng Tuy nhiên, mỗi phương pháp có những ưu và khuyết điểm riêng dựa trên mô hình cài đặt Vì vậy, có những giải pháp tác động mạnh trong điều khiển tất nghẽn, đặc biệt là các phương pháp tránh tắt nghẽn hữu dụng trong môi trường bất đối xứng về băng

thông, tỷ lệ gói tin được truyền và độ trễ, cụ thể như sau:

- Xử lý nhanh các gói tin đến tại nút mạng, dựa trên chiến lược quản lý hàng đợi thích hợp và cải tiến giao thức ở đầu cuối cho các mô hình mạng đáp ứng

với hiệu suât cao

- Có thể tăng, giảm thời gian trả lời ACK để điều chỉnh lưu lượng gói tin

đến Đo các tham số mạng liên quan và theo dõi quá trình thực hiện dựa trên mô

hình kết nối yêu cầu - trả lời (request - response), dat tang quan sat tai may tram dé theo dõi chu kỳ của các quá trình thực hiện trén mang Dung timer dé biết được gói

tin cần bao lâu để được báo nhận của RTT khi bắt đầu yêu cầu gói tin đến, cho đến lúc nhận được đáp ứng trả lời Đồng thời, ghi lại biến cố xảy ra (dựa vào trình tự

ACK) như là hiện tượng mất gói tin

- Thiét kế hệ thống phải đảm bảo lưu lượng truyền tối đa nhưng không dẫn

đến tắt nghẽn, không để xảy ra hiện tượng thắt nút do sự chênh lệch tốc độ trong

thiết kế mạng

Trang 27

1.4 TIEU KET CHUONG 1

Trong Chương 1, tôi đã tìm hiểu một số kiến thức cơ bản về mang MANET

là tập hợp tất cả các điểm di động tập hợp các thiết bị định tuyến di động được kết

nối bởi các liên kết không dây, sự kết hợp này tạo thành một cấu trúc liên kết ngẫu nhiên Ưu điểm của MANET là cấu hình thấp và triển khai nhanh chóng, phù hợp với các tình huống khẩn cấp như: các tỉnh huống khẩn cấp trong y tế, thiên tai, thảm họa, xảy ra các xung đột về quân sự Tính chất thường xuyên thay đổi của mạng MANET đã đặt ra các giới hạn khắc khe về giao thức định tuyến phải thiết kế đặc biệt cho chúng, đo đó việc thúc đây nghiên cứu giao thức sao cho phù hợp

nhằm mục đích đạt được ổn định trong định tuyến Giao thức định tuyến gồm có

ba loại như: giao thức theo bảng ghi, giao thức điều theo yêu cầu và giao thức định tuyến kết hợp

Bên cạnh đó việc nghiên cứu giao thức điều khiển truyền tin TCP phù hợp với mạng này cũng là một thách thức khơng nhỏ Ngồi các vấn đề truyền thống của mạng không dây thì môi trường tuỳ biến nhiều điểm đi động mang đến nhiêu thách thức đối với TCP trong MANET Chính vì vậy, đã có một số nghiên cứu các giải pháp đề cải thiện hiệu năng của TCP trong MANET như: tăng kích thước cửa số với

một tốc độ không phụ thuộc RTT, điều chỉnh kích thước cửa số theo độ trễ lúc không có lỗi, đánh dấu các gói tin ở bộ định tuyến, cải tiễn bộ định tuyến, xây dựng

Trang 28

Chương 2 SỰ KÉT HỢP GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN

VỚI GIAO THỨC CẢI TIỀN TCP SACK VÀ TCP VEGAS

Trong chương này sẽ nghiên cứu tìm hiểu hoạt động của giao thức định vùng, giao thức định tuyến lai khi kết hợp với giao thức truyền tin cải tiến như TCP Sack, Vegas góp phần nâng cao hiệu năng trên mạng MANET Sự kết hợp giữa giao thức định tuyến trên mạng MANET với giao thức truyền tin cải tiến TCP phù hợp sẽ góp phần cải thiện hiệu năng sử dụng và giảm chỉ phí truyền thông Chính vì vậy, cũng đã có nhiều nghiên cứu nhằm cải tiến và phát triển các giao thức định tuyến cũng như giao thức truyền tin và nghiên cứu sự kết hợp giữa các giao thức này để góp phần nâng cao hiệu năng trên MANET

2.1 HOAT DONG CUA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN VÙNG (ZRP)

Giao thức định tuyến vùng (ZRP) là giao thức định tuyến dựa trên kết hợp sử dụng cả giao thức định tuyến chủ động và phản ứng khi chuyển tiếp đữ liệu qua mạng Hoạt động giao thức định tuyến cho mạng tùy biến đi động phải đối mặt với những thách thức của việc thường xuyên thay đổi cấu trúc liên kết, năng lượng cho việc truyền tải thấp và các liên kết bất đối xứng ZRP đã được đề xuất đề tăng tốc độ phân phối và giảm chỉ phí xử lý bằng cách chọn loại giao thức có khả năng nhất dé sử dụng trong suốt tuyến

Trong phương pháp này, các gói đến đích trong cùng khu vực với vùng khởi tạo được gửi ngay lập tức bằng cách sử đụng bảng định tuyến được lưu trữ Các gói được truyền đến các nút bên ngoài vùng gửi tránh việc kiểm tra các bảng định tuyến dọc theo đường dẫn bằng cách sử dụng giao thức phản ứng để xác nhận xem mỗi vùng gặp phải có giữ nút đích hay không Do đó, ZRP giảm chỉ phí kiểm soát cho các tuyến dài hơn sẽ là bắt buộc nếu sử dụng các giao thức định tuyến chủ động

trong toàn bộ tuyến, đồng thời loại bỏ sự chậm trễ để định tuyến trong một khu vực

sẽ được lý giải bởi các thủ tục khám phá tuyến của các giao thức định tuyến theo yêu cầu Trong trường hợp khi đích đến của gói nằm trong cùng khu vực với nguồn gốc, giao thức chủ động được sử dụng đề phân phối gói ngay lập tức Nếu tuyến

Trang 29

đường mở rộng ra ngoài vùng khởi tạo của gói, thì một giao thức phản ứng sẽ tiến hành kiểm tra từng vùng liên tiếp trên tuyến để quan sát xem đích có nằm trong vùng đó hay không Điều này làm giảm chỉ phí xử lý cho các tuyến đường đó Khi

một vùng được xác nhận là có nút đích, giao thức chủ động hoặc bảng liệt kê tuyến

được lưu trữ được sử dụng đề phân phối gói [5]

Giao thức định tuyến phân cấp phụ thuộc vào sự phân công chiến lược của các công hay địa điểm để mỗi nút có thể truy cập tất cả các cấp độ, đặc biệt ở cấp cao nhất Mặc dù sử đụng theo vùng, ZRP có một quan điểm phẳng trên mạng, bằng cách này, phần trên liên quan đến giao thức phân cấp có thể tránh được Các nút thuộc mạng con khác nhau phải gửi thông điệp liên lạc của chúng đến các mạng con để phổ biến cho cả hai các nút Điều này có thể gây tắt nghẽn các bộ phận của mạng ZRP có thể được phân loại như là giao thức phẳng vì các vùng chồng chéo

nhau Do đó, các tuyến tối ưu có thể được phát hiện và việc tắt nghẽn mạng có thể

được giảm

2.1.1 Giới hạn phạm vỉ vùng của ZRP

Giao thức định tuyến vùng, nó được dựa trên khái niệm vùng Một vùng định

tuyến được định nghĩa cho mỗi nút riêng biệt và vùng của nút láng giềng chồng lên nhau Vùng định tuyến có bán kính P được thể hiện trong các điểm Vùng này bao gồm các nút có khoảng cách từ nút đến điểm P Ví đụ vùng định tuyến được chỉ ra trong (hinh 2.1) [12], ở đó vùng định tuyến của S bao gồm các nút từ A đến ], nhưng không có K Trong hình này bán kính được đánh đấu là một đường tròn xung quanh nút Tuy nhiên, vùng này được định nghĩa tại các điểm không phải là khoảng cách vật lý

Hình 2.1 Ví dụ về vùng định tuyến với P=2

Trang 30

Các nút của một vùng được chia thành các nút ngoại và các nút nội Các nút

ngoại là các nút có khoảng cách tối thiểu đến nút trung tâm chính xác bằng bán kính vùng Các nút có khoảng cách tối thiếu ít hơn là các nút nội Trong hình một, nút A- F là các nút nội, các nút G, J là các nút ngoại và nút K là nút ngoài vùng Lưu ý rằng

nút H có thể đạt được hai đường, một với chiều dài bằng 2 và một với chiều đài

bằng ba điểm Tuy nhiên, nút này là trong vùng vì nó có đường ngắn nhất ít hơn hoặc bằng bán kính vùng

Số lượng các nút trong vùng định tuyến có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh điện năng truyền tải của các nút Với điện năng thấp nó làm giảm số lượng các nút nằm gần trực tiếp và ngược lại Số lượng các nút láng giềng nên đủ để cung cấp đầy đủ khả năng tiếp cận và dự phòng Mặt khác, kết quả phủ sóng quá lớn trong nhiều vùng và lưu lượng cập nhật sẽ gây nên quá tải Hơn nữa, phạm vi tuyển tải lớn làm tăng khả năng cạnh tranh cục bộ

2.1.2 Cầu trúc của ZRP

Giao thức định tuyến vùng dựa vào giao thức khám phá láng giềng (NDP) được cung cấp bởi lớp MAC để phát hiện các nút láng giềng mới và liên kết thất

bại NDP truyền thông điệp HELLO cảnh báo đều đặn khi tiếp nhận một tín hiệu thì

bảng láng giềng được cập nhật Các láng giềng không nhận được tín hiệu trong một thời gian nhất định nó sẽ được loại bỏ khỏi bảng Nếu tầng MAC chưa có BRP thì tính năng này sẽ phải được cung cấp bởi IARP

Khi cập nhật tuyến được khởi động bởi NDP nó thông báo cho IARP khi bảng láng giềng được cập nhật, IERP sử dụng bảng định tuyến của IARP dé dap ứng các truy vấn tuyến IERP chuyền tiếp truy vấn cho BRP sir dung bảng định tuyến của IARP để hướng dẫn truy vấn tuyến đi từ nguồn truy vấn, mối quan hệ giữa các thanh phan duge minh hoa trong (hinh 2.2) [12]

Trang 31

ZRP

ete} TARP [eecccecd >| IERP

! = Lưu lượng gói I k | | | [ mg = Ị L ->] Giao tiép tuong tac \ | x \ \ Ỷ Ỷ Ỷ \ Network layer \ Ệ 1 | MAC layer NDP Hình 2.2 Cấu trúc mối quan giữa các thành phần của ZRP 2.1.3 Định tuyến của ZRP

Một nút có một gói tin để gửi kiểm tra đầu tiên cho dù các đích nằm trong vùng cục bộ sử dụng thông tin được cung cấp bởi IARP Trong trường hợp đó, các gói có thê có được tuyến một cách chủ động Định tuyến phản ứng được sử dụng nếu điểm đến ở ngoài vùng

Quá trình định tuyến phản ứng được chia thành 2 giai đoạn: giai đoạn yêu cầu tuyến và giai đoạn hồi đáp tuyến Trong yêu cầu tuyến, nút nguồn gửi một gói yêu cầu tuyến đến nút ngoại vi của nó bằng cách sử đụng BRP Nếu nơi nhận của một gói yêu cầu tuyến biết đích, nó hồi đáp bằng cách gửi một trả lời tuyến đến nguồn, nếu không, nó tiếp tục xử lý bằng gói bordercasting Bằng cách này yêu cầu tuyến lan truyền trên toàn mạng Nếu một nút nhận nhiều bản sao của yêu cầu tuyến

giống nhau, chúng được xem là dư thừa và sẽ bị loại bỏ

Trang 32

của địa chỉ được đảo ngược và sao chép vào các gói trả lời tuyến Trình tự này được sử dụng để chuyển tiếp trả lời lại về nguồn Trong trường hợp hai, các nút chuyển tiếp ghi lại thông tin định tuyến như địa chỉ điểm kế tiếp, mà chúng được sử dụng khi trả lời về lại nguồn Cách tiếp cận này có thể tiết kiệm tài nguyên truyền tải, như các gói trả lời và yêu cầu tuyến nhỏ hơn

Các nguồn có thể nhận lại tuyến nguồn hoàn chỉnh đến đích Ngoài ra các nút đọc theo đường đến đích ghi lại địa chỉ điểm kế tiếp trong bảng định tuyến của chúng

Trong quá trình bordercasting, các nút bordercasting gửi một gói yêu cầu truyến đến mỗi nút ngoại vi của nó Loại truyền vận này từ một đến nhiều có thể được thực hiện đa hướng để giảm sử dụng tài nguyên Một cách tiếp cận là để cho nguồn tính toán cây đa hướng và gắn chỉ dẫn định tuyến đến gói tin này Điều này

được gọi là Root-Directed Bordercasting (RDB) Một cách khác là để tái tạo cây tại

mỗi nút, trong khi các chỉ dẫn định tuyến có thể được bỏ qua Yêu cầu này là để các nút bên trong biết cấu trúc liên kết nhìn thay bordercasting Vì vậy, các nút phải duy trì một vùng định tuyến mở rộng với bán kính 2p-l điểm Lưu ý rằng trong trường hợp này các nút ngoại vi gửi yêu cầu gửi vẫn còn có một khoảng cách p Cách tiếp cận này được gọi là Distributed Bordercasting (DB)

Bán kính vùng là sở hữu quan trọng đối với hiệu năng của ZRP Nếu bán kính vùng của một điểm được sử dụng thì giao thức định tuyến là hoàn toàn phản ứng và bordereasting suy giảm đi vào việc tìm kiếm tràn Nếu bán kính tiến tới vô dùng thì định tuyến là phản ứng Việc lựa chọn bán kính là một sự cân bằng giữa hiệu quả của định tuyến chủ ứng và thông lượng tăng lên cho việc duy trì quan điểm của vùng

2.1.4 Việc bảo trì tuyến của ZRP

Bảo trì tuyến đặc biệt quan trọng trong mạng tùy biến, nơi các liên kết bị phá vỡ và thiết lập bằng các nút đi chuyển tương đối với nhau trong phạm vi phủ sóng được giới hạn Trong giao thức định tuyến phản ứng hoàn toàn, khi các tuyến chứa

Trang 33

liên kết bị hỏng thì I khám phá tuyến mới hoặc sửa chữa tuyến phải được thực hiện Các gói tin được giảm hoặc trì hoãn cho đến khi tuyến mới được sẵn sảng

Trong ZRP, việc biết được cấu trúc liên kết cục bộ có thể được sử dụng để

bảo trì tuyến Liên kết thất bại và phân đoạn tuyến tối ưu trong một vùng có thê được bỏ qua Các gói tin đến có thể được chỉ dẫn xung quan liên kết bị hỏng thông

qua một đường nhiều điểm hoạt động Tương tự như vậy, cấu trúc liên kết có thể

được sử dụng đề rút ngắn các tuyến, ví dụ: khi hai nút phải di chuyển trong phạm vi phủ sóng của nút khác Với các gói tin tuyến nguồn, một nút chuyên tiếp có thê xác định tuyến gần nhất với đích cũng là một nút láng giềng Đôi khi, một đoạn nhiều điểm có thể được thay thế bằng một điểm đơn Nếu điểm kế tiếp chuyên tiếp được

sử dụng, các nút có thể đưa ra quyết định tối ưu cục bộ bằng cách lựa chọn một

đường ngắn hơn

2.2 HOAT DONG CUA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN LAI TUY BIEN HARP

Giao thức định tuyến lai tùy biến HARP [7] là một sơ đồ định tuyến lai, khai

thác cấu trúc mạng phân cấp dựa trên vùng hai cấp Các cách tiếp cận định tuyến khác nhau được sử dụng ở hai cấp độ, tương ứng cho định tuyến trong khu vực và

định tuyến giữa các khu vực Thuật toán định tuyến phân tán động (DDR) được

HARP khai thác để cung cấp các hỗ trợ cơ bản Trong DDR, các nút định kỳ trao đổi thông điệp cấu trúc liên kết với hàng xóm của chúng

Trang 34

HARP là một cách tiếp cận lai ghép dựa trên khái niệm vùng Khác với giao thức định tuyến lai ZRP và ZHLS, giao thức định tuyến HARP chỉ liên quan đến

viéc tim và duy trì một đường đi giữa nút nguồn và nút đích, và để việc tạo ra kiến

Trang 35

2.2.1 Giới hạn phạm vỉ vùng của HARP

Trong HARP, mỗi nút chỉ duy trì định tuyến thông tin của các nút nằm

trong vùng của nó và các vùng lân cận Việc định tuyến được thực hiện theo hai cấp độ: nội vùng và liên khu vực, tùy thuộc vảo việc đích đến có thuộc cùng một

khu vực với nút đự phòng hay không Định tuyến nội vùng phụ thuộc vào cơ chế chủ động hiện có và HARP bao gồm cơ chế phản ứng cho định tuyến giữa các vùng Tạo vùng và hành vi chủ động liên quan đến các thuộc tính mạng được cung

cấp bởi định tuyến động phân tán DDR Mặt khác, HARP chịu trách nhiệm khám

phá và duy trì các tuyến đường để đáp ứng các yêu cầu của ứng dụng HARP tạo và chọn tuyến đường theo khái niệm ổn định cấp vùng, là phần mở rộng của độ ôn

định cấp nút được sử dụng trước đây Độ ổn định cấp vùng được xác định bởi độ

ôn định kết nối của vùng liên quan đến vùng lân cận HARP áp dụng bảo trì tuyến

sớm về mức độ ổn định của khu vực Đó là, HARP tránh sự chậm trễ thêm do lỗi

đường truyền trong quá trình truyền dữ liệu và làm mới tuyến đường trước thời gian không ôn định [11]

2.2.2 Cầu trúc của HARP

HARP tìm và duy trì một tuyến đường liên quan đến các yêu cầu ứng dụng, trong khi DDR tạo ra cấu trúc logic liên quan đến các thuộc tính mạng Các yêu cầu

ứng dụng bao gồm độ trễ, tỷ lệ mất, độ ổn định Các thuộc tính mạng là số lượng

nút trong mang, tinh tu do của kết nối đầu cuối (nghĩa là số lượng giao dịch) và tần suất thay đổi cấu trúc liên kết DDR được thiết kế để cung cấp một cơ sở hạ tầng

linh hoạt, theo đó một số giao thức định tuyến có thể được xác định tùy theo nhu

cầu ứng dụng cụ thể Người †a có ý tưởng đề sử dụng các loại giao thức định tuyến khác nhau phù hợp với các yêu cầu ứng dụng cụ thê trên đỉnh của cùng một cấu trúc liên kết mạng do DDR cung cấp Đề đáp ứng cả hai yêu cầu ứng dụng và thuộc tính mạng, HARP và DDR phải kết hợp với nhau Hình 2.4 cho thấy một khung nhìn

Trang 36

( Application \ Routing HARP Ø Protocol DDR \ Network ) Hình 2.4 Khung nhìn nhiều lớp của HARP va DDR

2.2.3 Định tuyến của HARP

Cơ chế định tuyến trong HARP được thực hiện theo hai cấp độ: nội vùng và

liên vùng, tùy thuộc vào việc đích có thuộc cùng một vùng với nút chuyển tiếp hay không Định tuyến trong khu vực chỉ liên quan đến chuyền tiếp vì HARP áp dụng phương pháp chủ động trong một khu vực (được kế thừa từ DDR), có nghĩa là việc

tạo và lựa chọn tuyến đường được thực hiện trong giai đoạn phân cụm nội bộ của DDR Do đó, nhiệm vụ duy nhất của một nút trong một vùng là chuyển tiếp dữ liệu

dọc theo tuyến đường được tính toán trước Định tuyến giữa các vùng ngụ ý định tuyén vi HARP sir dụng cách tiếp cận phản ứng giữa các vùng để tạo tuyến và chọn tuyến ổn định nhất đến đích Định tuyến liên vùng bao gồm: các giai đoạn phát hiện tuyến đường, bảo trì tuyến đường để khám phá và duy trì tuyến đường Giai đoạn phân tích tuyến đường bao gồm hai phần: tuyến đường yêu cầu PREP và tuyến đường trả lời PREP Yêu cầu tuyến đường lan truyền từ vùng này sang vùng khác thông qua các nút cổng nhờ vào cả bảng nội vùng và bảng liên vùng, trong khi phản hỗồi tuyến đường được gửi lại từ đích đến nguồn

Giả sử chúng ta có cấu trúc liên kết mạng ban đầu như hình 2.5 gồm có

19 nút [11]

Trang 37

à xế iC G) (2) Ly ee Ỷ z N () a Ns NE SƠN VỤ ị @) (e) - Ác

Hình 2.5 Cầu trúc liên kết mạng ban đầu

Trong HARP, mạng được chia thành các vùng không chồng lấp một cách linh hoạt bởi DDR thông qua ánh xạ cấu trúc liên kết mạng đến một vùng Đối với

mỗi nút trong HARP, kiến thức cấu trúc liên kết cho các nút lân cận là cần thiết và độ ổn định cấp vùng được sử dụng làm tham số QoS để chọn tuyến ổn định hơn

Trong DDR, các nút định kỳ trao đổi thông điệp cấu trúc liên kết với hàng xóm của

chúng, được minh họa (hừnh 2.6) như sau:

Trang 38

Bảng 2.1 Bảng nội vùng của nút k và f NID Learned_PN NID Learned_PN f a,b, s, y, t,x y x,t c - k c,d d - b,a,s -

Trong đó: + NID: trường tên nút;

+ Learned_PN: trường láng giềng ưa thích đã được học Bảng 2.2 Bảng liên vùng của nút d

NID NZID Z_ Stability

g 71s ++

Trong đó: + NID: trường tên nút; +NZID: trường tên vùng:

+Z Stability: trường độ ổn định của vùng 2.2.4 Việc bảo trì tuyến đường của HARP

Thuật toán bảo trì tuyến đường gồm làm mới tuyến đường, thời gian chờ tuyến đường, lỗi tuyến đường và các pha xử lý tuyến đường mới

Giai đoạn làm mới tuyến đường xây dựng một tuyến đường mới trước một khoảng thời gian được gọi là thời gian cập nhật của tuyến đường, sau đó chuyển lưu lượng truy cập sang tuyến đường mới này vào đầu thời gian cập nhật

Thời gian cập nhật tuyến đường này được ước tính dựa trên độ ổn định của

tuyến đường được phát hiện Mặc dù nguồn có thể tiếp tục giao tiếp với đích sau

thời gian cập nhật, nhưng nó có thể phải đối mặt với xác suất thất bại liên kết cao

Do đó, nút nguồn sẽ làm mới giai đoạn khám phá tuyến đường nếu nó tiến gần đến thời gian cập nhật khám phá tuyến đường Nếu xảy ra lỗi liên kết trong thời gian đó, nút tương ứng sẽ giữ lưu lượng trong một khoảng thời gian chờ đợi để nhận được

Trang 39

một số thông tin định tuyến tương ứng với nút cổng đích của nó, đồng thời nó sẽ gửi lỗi tuyến đường trở lại nguồn Lý do căn bản cho thời gian chờ đợi là HARP áp

dụng cách tiếp cận chủ động trong một khu vực và có cơ hội nhận thông tin định

tuyến mới được nhúng trong đèn hiệu định kỳ Hơn nữa, nút nguồn được hưởng lợi

từ sự ổn định tuyến đường được phát hiện để có được sự ổn định thực tế của mọi

vùng trong quá trình truyền đữ liệu Lưu ý rằng sự ôn định là một chức năng lõm

Với mục đích này, nút nguồn đặt độ ổn định được phát hiện trong các gói dữ

liệu để mỗi nút ngoài cổng có thể xác minh xem độ ôn định này có thỏa mãn tính én định thực tế của vùng tiếp theo hay không Nếu không, nút cổng ra này sẽ gửi lại lỗi tuyến đường với độ ổn định thực tế cho nút nguồn để nguôồn có thể cập nhật thời gian cập nhật khám phá tuyến đường tương ứng Lỗi tuyến đường không được quay

lại nguồn nếu tuyến đường trả lại vẫn tổn tại; mặt khác, nó được phát lên mạng với

Trang 40

oc TN Fd Z2 ` “ ` + — ` ti Ñ # (By) “ (c) 5 4 EDN ụ AC NA \ \ Noa A ` N ( C8) ®⁄ = “Ẳ ` ⁄ Hình 2.8 Chuyên tiếp liên vùng 2.2.5 Độ phúc tạp của ZHLS, ZRP và DDR Giao thức Cấu trúc liên kết ZHLS N?/M+NM ZRP Np? DRR N?/M Trong đó: N: số nút; M: số vùng: p: bán kính vùng định tuyến; p”: lượng lưu thông nội vùng

Hao phi truyền thông (CO) được tạo đề thực hiện khám phá đường đi (PD) hoạt động của HARP là: COpp=P*(N+Y)

Trong đó: N: số nút, M: số vùng; p=l-1/M; Y: nút bị ảnh hưởng bởi trả lời của đường đi

2.3 SỰ GIÓNG VÀ KHÁC NHAU GIỮA HAI GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN

HARP VÀ ZRP

Là các giao thức định tuyến mạng tùy biến đựa trên vùng, ZRP và HARP sử dụng các phương pháp xây dựng vùng khác nhau, có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu năng của chúng Trong ZRP, mạng được chia thành các vùng chồng lấp theo

cấu trúc liên kết cho các nút lân cận của mỗi nút Trong HARP, mạng được chia

thành các vùng không chồng lắp một cách linh hoạt bởi DDR thông qua ánh xạ cấu