BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
TRAN DANG KHOA
TÌM HIỂU GIAO THỨC OLSR
CÓ XÉT CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TREN MANG MANET
CHUYEN NGANH: KHOA HOC MAY TINH MA SO: 60.48.01.01
LUAN VAN THAC SI KHOA HOC CONG NGHE THONG TIN
Trang 2bảo cân bằng tải tốt hơn bằng cách phân bố lưu lượng trên các tuyến đường khác nhau với các lưu lượng có yêu cầu về QoS khác nhau
Xuất phát từ thực tế trên tôi chọn để tài “Tìm hiểu giao thức OLSR có xét
chất lượng dịch vụ trên mạng MANET” để nghiên cứu
v Mục tiêu nghiên cứu
Tìm hiểu định tuyến trong mạng MANET và các vấn để đảm bảo chất lượng
dịch vụ trên giao thức OLSR
Đánh giá hiệu năng của giao thức OLSR có xét đến chất lượng dịch vụ
Mô phỏng giao thức OLSR có xét chất lương dịch vụ với phần mềm mô phỏng OMNeT++
v Đối tượng nghiên cứu
Các giao thức định tuyến QoS trong mạng MANET là đối tượng nghiên cứu với phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong giao thức OLSR_ và thuật toán MPR
v Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: tiến hành nghiên cứu và thu thập các tài liệu liên quan đến QoS trên mạng MANET
Phương pháp thực nghiệm: sử dụng phần mềm OMNet++ mô phỏng một số mô
hình đã tìm hiểu
v Phương pháp nghiên cứu
Trong khuôn khô giới hạn điều kiện và thời gian nghiên cứu, luận văn này lựa chọn các giao thức định tuyến trong mạng MANET là đối tượng nghiên cứu với phạm
vi nghiên cứu là giao thức định tuyến có xét đến chất lượng dịch vụ Bên cạnh đó luận
văn cũng nghiên cứu đánh giá hiệu năng định tuyến của giao thức OLSR trong mạng
MANET có tính đến QoS dựa trên thuật toán MPR
Nội dung nghiên cứu
v Bồ cục luận văn Mở đầu
- Tinh cap thiết của đề tài
-_ Mục tiêu của luận văn
Trang 3LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Võ Thanh Tú
Thay đã tận tâm hướng dẫn, định hướng và có những nhận xét đúng đắn, kịp thời cho tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận này
Xin chan thành cảm ơn sự giúp đỡ về mọi mặt của Ban Giám hiệu, Phòng Quản lý sau đại học, Khoa Công nghệ Thông tin - Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế
cùng quý Thầy Cô đã tham gia giảng dạy trong suốt quá trình học tập
Xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu, quý Thầy Cô giáo trong Khoa Công nghệ
Thông tin - Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế đã quan tâm, động viên và tạo mọi
điều kiện đề tơi hồn thành luận văn
Mặc dù tôi đã cố gắng hết sức trong quá trình thực hiện luận văn này nhưng chắc chắc sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý thầy cô và các bạn tận tình góp ý, chỉ bảo
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn hỗ trợ, động
viên, chia sẻ và giúp tôi có thêm quyết tâm và động lực vượt qua những khó khăn để quyết tâm hoàn thành luận văn này
Xin tran trong cam on !
Hoc vién
Trang 4MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN
MỤC LỤC
DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH MUC CAC BANG DANH SACH TU VIET TAT
h9 Nn, Ô 1 Chương 1: TƠNG QUAN VỀ MẠNG MANET -5-©55c5ccccxccxeerrerrreerrcee 4 1.1 GIỚI THIỆỆU ©-2- 222 22122211221122112211211121112112112112112112212222 ae 4 1.2 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA MẠNG MANET -©22222222212221222122.22e 5
1.3 PHÂN LOẠI MẠNG MANET 22:22222222222112221122212211 21121 tre 6
1.3.1 Phân loại theo giao thỨc: - St St HH HH HhH Hee 6 1.3.2: Phan loai theo chive man @ screen weer exrenenemneeeR ERE ie
1.4 CÁC KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN CUA MẠNG MANET -52-scs¿ 9
1.4.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống ©52222222222cze 10
1.4.2 Định tuyến chủ động . 22 2222212212221 rre 12
1.4.3 Định tuyến theo yêu cầu 22 2 2212212212222112122122 re 12
1.4.4 Định tuyến lai cece 22 222122122122121211211211211221212112rye 14 1.5 VẤN ĐÈ LIÊN KẾT LỚP 22222 22122212221121112111211121112112212212 e6 14 1.6 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 17
1.6.1 Đặc tính của mạng MANET ảnh hướng đến QoS -5¿ 17
1.6.2 Các tham số QoS - 1 121 E2111121211212221021211211 21g rg ru re 18
1.6.3 Mục tiêu của định tuyến có xét đến QoS -©2222222222222cze 20 1.7 ỨNG DỰNG CỦA MẠNG MANET 222222122211221122112122122122 e6 21 1.7.1 Dịch vụ khẩn cấp - 22-221 222122112211221122122222222 re 21
1.7.2 Hội nghị - 22-2222 2211 2211222122211122111211122111221112121 2 re 21
1.7.3 Hệ thống nhúng (embeded system) 2-7222 22222121122121222Ecye 21 1.7.4 Mạng cảm biến(sensor networFk) - 2-25 5221 21222122121121212.eye 22
Trang 5Chương 2: HOẠT ĐỌNG CỦA GIAO THỨC OLSR VÀ VẤN DE CHAT
I0091©5ie:04007 7 23
2.1 TÔNG QUAN VỀ GIAO THỨC OLSR - 1.522 2112211121121 crk, 23
2.1.1 Giao thức OLSR 2- 55-2221 21211211122112212222.22222errre 23
2.1.2 Cấu trúc và luồng đữ liệu -222222222212221221221121.2222 xe 30 2.2 ĐỊNH TUYẾN ĐẢM BẢO CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ - 2-5252 36 2.2.1 Tổng quan 22- 222 2212221221221211211211211212212222222222 22a aree 36
2.2.2 Đảm bảo chất lượng địch vụ trong giao thức OL,SR 2 22z-s2 37
2.3 LỰA CHỌN ĐA ĐIỂM MPR 222 221121211211122111221112212222 2e 39
2.4 GIAO THỨC OLSR KHI CÓ XÉT CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ 45 TIỂU KÉT CHƯƠNG 2 2222222222122111211121112111211121112121211212222 re 48
Chuong 3: THIET KE MO HINH MƠ PHỎNG 2-©225c©ccsccseecrs 49
3.1 CÀI ĐẶT GIAO THỨC OLSR VÀ OLSR có xét Qo8 ccccccce 49
3.1.1 Giới thiệu công cụ mô phỏng .-.- St 2S SE srrrtrrrrrerrrrrre 49
3.1.2 Triển khai thử nghiệm 2 22222222122211221122112111211211211212 e0 49 3.2 DANH GIA KET QUẢ MÔ PHỎNG - :- c2 2211221121102 raeg 51 TIEU KET CHƯƠNG 3 -©2222222212221121112111211122122111211212222222 xe 53 KET LUẬN VA HƯỚNG PHÁT TRIỂN . -55+©5S+ccsecrxeerxeerxerrsecree 54
Trang 6Hình 1 Hình 1 Hình 1 Hình 1 Hình 1 Hình 1 Hình 1 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 2 Hình 3 Hình 3 Hình 3 DANH SÁCH HÌNH VẼ 1 Mạng di động MANET S2 nhe 4 2 Định tuyến đơn chặng - 22222 22112212212211211211211221121222222 ae 7 3 Định tuyến đa chặng 552225222 12212212212112112112122222222 re 7 4 Mô hình mạng phân cẤp -2- 222 222221222121112112112112222222 ae 8 5 Mô hình mạng kết hợp - 222222 222222112211221121112111211121121121122 e0 9 6 Một số giao thức định tuyến trong mạng MANET -52-s2sszsce2 10 7 Thiết kế liên lớp với thông tin trao đôi giữa các lớp khác nhau 16 1 OLSR ngăn chặn vòng lặp bằng việc sử đụng MPR để chuyển phát gói tin 26 2 Chuyển tiếp gói tin sử dụng MPR - 52 2222221222122212122122122 e6 27
3 Cấu trúc giao thức OL,SR -©2222222251221122112111211121112212112222 2e 31
4 Định dạng bản tin HELLO 2 22222121212 EnrrnhrryrrHrereere 32 5 Đinh dang bản tin MI]Hss:ezsssersirseesirtsdtiitidtotytRGSSHSVESERHHD(ASEAtStirRĐSinaa 33 6/Đinh:danp:bắn tin TỔ sssessesenooteelsoitDDSOHIGEIGOIESINDIEEEDNHEIVHEIINEHSSIAASNS 33 7 Định dạng bản tin HNA c2 2: 211211111112 HH Hà Hà HH He 34
§ Chuyển tiếp gói tin trong giao thức OLSR -2- 22s 2222221222122 222 x2 36 9 Truyền video có hỗ trợ QoS -©2s2222222122312211211121121121121222 xe 37
10 Mô hình định tuyến có sử đụng QoS§ 22- 22 222221221112111211221 2e 39
TẾ 6273 220620./70v(/273)/7290/ 0D 00 nu 77.7 „NA 40 12 Sơ đồ lưa chọn MPR trong giao thức OL.SR ©222222222222222222222-e2 43
13 Sơ đỗ lựa chon MPR có xét QoŠ - c2 t1 trai 46
14 Rang buộc băng thông với MPR - c2: 2S hy re 45 1 'Tô:pŠ mồ PHỮNteezssetnieiseefisiSitfitBBSIESIEBIEEIGGBISEEIGDNBIEISDIEEESDNIRESESĐASSAgBRI 51
2 Kết quả mô phỏng PDR 22 222222 225222112111211121112111211121122112121 e0 52
Trang 7DANH MỤC CÁC BẢNG
Bang 1 1: So sánh giao thức định tuyến chủ động Error! Bookmark not defined Bang 1 2 So sánh các giao thức định tuyến theo yêu cầu Error! Bookmark not defined
Bảng 1 3 So sánh giao thức định tuyến lai Error! Bookmark not defined
Trang 8DANH SÁCH TỪ VIET TAT
STT| Từ viết tat Viết đầy đủ Nghĩa tiếng Việt
Ad hoc On-demand Distance Véc tơ khoảng cách theo
1 AODV `
Vector yêu câu 2 AP Access Point Diém truy cap
Chê độ chuyên giao 3 ATM Asynchronous Transfer Mode š
không đông bộ
4 DoS Denial of Service Từ chôi dịch vụ
Destination Sequence Distance | Vec tơ khoảng cách chuỗi 5 DSDV
Vector dich
6 DSR Dynamic Source Routing Dinh tuyén nguén déng ; ; Dinh tuyén trang thai 7 FSR Fishey State Routing
Fishey
8 ID Identification Nhận dạng
9 IETF Internet Engineering Task Force | Nhóm làm việc về Internet 10 IP Internet Protocol Giao thire internet
International Standard Hệ thống tiêu chuẩn quốc
11 ISO a ,
Organization té
12 LAN Local Area Network Mạng nội bộ
Điêu khiên truy nhập môi 13 MAC Medium Access Control
trường
14 MANET Mobile Ad hoc Network Mang Ad hoc di dong " ; ; Dinh tuyén trang thai lién 15 OLSR Optimized Link State Routing Lg
kết tôi ưu 16 PDR Packet Dropped Rate Tỉ lệ mât gói
17 QoS Quality of Service Chât lượng dịch vụ
18 RDP Route Discovery Packet Goi kham pha tuyén
19 | RERR (ERR) Route Error Lỗi tuyên
20 | RREP(REP) Route Reply Trả lời tuyến
2I | RREQ (REQ) Route Request Yêu cầu tuyến
Trang 9
22 RSVP Reservation Protocol Giao thức đặt trước
Giao thức điêu khiên 23 TCP Transport Control Protocol
truyền tải
Đa truy nhập phân chia 24 TDMA Time Division Multiple Access a
theo thoi gian Temporally Ordered Routing Giao thức định tuyên
25 TORA ; ;
Algorithm duoc dat tam thoi
26 TTL TimeTo Live Thời gian sông Mạng ad hoc cho phương 27 VANET Vehicular Ad hoc NETwork a
tiện giao thông
28 WAN Wide Area Network Mang dién rong
29 Wi-Fi Wireless Fidelity Độ trung thực vô tuyến Hệ thông tương thích toàn 30 WiMAX Wireless Local Area Network cầu cho truy nhập vô
tuyến
31 WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biên vô tuyên
; Giao thức định tuyên dựa
32 ZRP Zone-based Routing Protocol
theo vùng 33 MPR Multi-Point Relay Chuyén tiép da diém
Truyén ban bản tin điêu 34 TC Topology Control khién topo
Trang 10MỞ ĐẦU
v Lý do chọn đề tài
Ngày nay, mạng truyền thông đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống, kinh tế, xã hội của con người Nhu cầu truyền thông trên một hệ thống mang da dữ liệu, tích hợp các loại mạng có dây và không dây khác nhau với hệ thống mạng lõi
Internet, hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện ở tốc độ cao cho nhiều loại đữ liệu khác nhau, hỗ trợ khả năng di chuyển của các thiết bị di động thông minh một cách nhanh chóng, thuận lợi, linh hoạt trên phạm vi toàn cầu đã và đang là xu hướng phát triển của
hệ thống mạng truyền thông hiện đại
Với hàng loạt các ưu điểm của công nghệ truyền thông không dây, các mạng di động không dây đã được phát triển rất mạnh trong thời gian gần đây Mạng không phụ
thuộc hạ tầng còn được gọi là các mạng tùy biến di động MANET, MANET là một tập
của các node không dây có thể tự thiết lập cấu hình động để trao đổi thông tin mà không phụ thuộc vào hạ tầng cố định, các kết nối truyền thông trong MANET được thiết lập qua các liên kết không dây đa bước Do đặc tính tùy biến nên MANET có thê
cung cấp một miễn rộng các ứng dụng dịch vụ cho các vùng mạng cục bộ và đô thị
như: Mạng cộng đồng, mạng hỗ trợ khẩn cấp, các điểm truy nhập công cộng, các ứng dụng cho quân đội
Bên cạnh các ưu điểm mạng MANET phải đối mặt với một loạt các thách thức
do chính cấu trúc mạng tạo ra Đề vượt qua các thách thức và hoàn thiện các giải pháp cho mạng MANET, rất nhiều nghiên cứu đã đề xuất các phương pháp mới nhằm cải
thiện các vấn để còn tổn tại của MANET trên một loạt các khía cạnh như: Điều khiển
truy nhập phương tiện, định tuyến, quản lý tài nguyên, điều khiển công suất và bảo
mật, v v Trong các hướng đó, chất luong dich vu (Quality of Service - QoS) là một
lĩnh vực quan trọng với mục tiêu gia tăng hiệu năng của mạng không dây
Trang 11bảo cân bằng tải tốt hơn bằng cách phân bố lưu lượng trên các tuyến đường khác nhau với các lưu lượng có yêu cầu về QoS khác nhau
Xuất phát từ thực tế trên tôi chọn để tài “Tìm hiểu giao thức OLSR có xét
chất lượng dịch vụ trên mạng MANET” để nghiên cứu
v Mục tiêu nghiên cứu
Tìm hiểu định tuyến trong mạng MANET và các vấn để đảm bảo chất lượng
dịch vụ trên giao thức OLSR
Đánh giá hiệu năng của giao thức OLSR có xét đến chất lượng dịch vụ
Mô phỏng giao thức OLSR có xét chất lương dịch vụ với phần mềm mô phỏng OMNeT++
v Đối tượng nghiên cứu
Các giao thức định tuyến QoS trong mạng MANET là đối tượng nghiên cứu với phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong giao thức OLSR_ và thuật toán MPR
v Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: tiến hành nghiên cứu và thu thập các tài liệu liên quan đến QoS trên mạng MANET
Phương pháp thực nghiệm: sử dụng phần mềm OMNet++ mô phỏng một số mô
hình đã tìm hiểu
v Phương pháp nghiên cứu
Trong khuôn khô giới hạn điều kiện và thời gian nghiên cứu, luận văn này lựa chọn các giao thức định tuyến trong mạng MANET là đối tượng nghiên cứu với phạm
vi nghiên cứu là giao thức định tuyến có xét đến chất lượng dịch vụ Bên cạnh đó luận
văn cũng nghiên cứu đánh giá hiệu năng định tuyến của giao thức OLSR trong mạng
MANET có tính đến QoS dựa trên thuật toán MPR
Nội dung nghiên cứu
v Bồ cục luận văn Mở đầu
- Tinh cap thiết của đề tài
-_ Mục tiêu của luận văn
Trang 12Chương I: Tổng quan về mạng MANET — Téng quan ve MANET
— Các kỹ thuật định tuyến của mạng MANET
— Vấn để chất lượng dịch vụ trên các giao thức định tuyến
Chương 2 Hoạt động của giao thức QLSR và các van dé chat lượng dịch vụ
— Giao thức OLSR
— Định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ — Thuật toán lực chọn đa điểm
— So sánh đánh giá OLSR khi có xét QoS
Chương 3 Cài đặt mô phỏng định tuyển đảm bảo chất lượng dịch vụ — Thiết kế mô hình mô phỏng trên OMNeT++
Trang 13Chuong 1: TONG QUAN VE MANG MANET 1.1 GIGI THIEU
Mot mang MANET la mot tap các thiét bi di động không dây tạo thành một
mạng tạm thời, và mạng này không cần sử dụng bất kì hạ tầng mạng hay hệ thống quan lý tập trung nào Các nút có thê tự đo di chuyển ngẫu nhiên và có khả năng tự tổ chức Điều này làm cho topo không dây của mạng MANET có thể thay đổi nhanh chóng và khơng thê đốn trước được Mạng MANET là mạng có thể hoạt động trong
một mô hình độc lập hoặc có thể được kết nối với tới mạng Internet Tính đa chặng, tính di động và việc kích thước mạng lớn kết hợp với sự không đồng nhất về mặt thiết
bị, băng thông và năng lượng pin khiến cho việc thiết kế một giao thức định tuyến đầy
đủ cho mạng MANET là một thử thách không hề nhỏ Hình 1.1 cho ta một ví dụ về hai
nút mong muốn trao đổi các gói đữ liệu với nhau, việc trao đổi thông tin này có thê không được thực hiện trực tiếp mà phải thông qua những nút trung gian
Internet
Hình 1 1 Mạng di động MANET
Những người dùng di động sẽ muốn truyền thông trong các tình huống mà
trong đó không hạ tầng mạng có dây cố định nào là có sẵn Ví dụ, một nhóm các nhà
Trang 14dây có thể tạo thành một mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp của bất kỳ hạ tầng được thiết lập hay quản lý tập trung nào Ý tưởng hình thành một mạng giữa các nhà nghiên cứu, giữa sinh viên hay giữa các thành viên của một đội cứu hộ, những người
mà có thể dễ dang duoc trang bi với các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, là khả
thị
1.2 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA MẠNG MANET
- Thiết bi tự trị đầu cuối (Autonomous terminal): Trong MANET, mỗi thiết
bị di động đầu cuối là một node tự trị Nó có thể mang chức năng của host va router
Bên cạnh khả năng xử lý cơ bản của một host, các node di động này có thê chuyên đổi chức năng như một router Vì vậy, thiết bị đầu cuối và chuyên mạch là không thể phân
biệt được trong mạng MANET
- Hoạt động phân tán (Distributed operation): Vì không có hệ thống mạng nên tảng cho trung tâm kiểm soát hoạt động của mạng nên việc kiểm soát và quản lý
hoạt động của mạng được chia cho các thiết bị đầu cuối Các node trong MANET đòi hỏi phải có sự phối hợp với nhau Khi cần thiết các node hoạt động như một thiết bị
chuyển tiếp để thực hiện chức năng của mình như bảo mật và định tuyến
- Định tuyến đa đường (Multihop routing): Thuật tốn định tuyến khơng dây
cơ bản có thể định tuyến một chặng và nhiều chặng dựa vào các thuộc tính liên kết
khác nhau và giao thức định tuyến Định tuyến đơn đường trong MANET đơn giản hơn định tuyến đa đường ở vấn để cấu trúc và thực hiện với chỉ phí thấp và ít ứng dụng Khi truyền các gói đữ liệu từ một nguồn của nó đến điểm trong phạm vi truyền tải trực tiếp không dây, các gói dữ liệu sẽ được chuyền tiếp qua một hoặc nhiễu trung gian các nút
Trang 15chỉ hoạt động trong mạng lưới di động đặc biệt, mà còn có thể yêu cầu truy cập vào một mạng cố định công cộng như Internet
- Dao động về dung lượng lién két (Fluctuating link capacity): Ban chat tỷ lệ bit lỗi cao và thường xuyên biến động của kết nối không dây cần được quan tâm trong mạng MANET Đường đi từ đầu cuối này đến đầu cuối kia có thể được chia sẻ qua một vài chặng Kênh giao tiếp ở đầu cuối chịu ảnh hưởng của nhiễu, hiệu ứng đa đường, sự giao thoa và băng thông của nó ít hơn so với mạng có dây Trong một vài tình huống, truy cập của hai người đùng có thể qua nhiều liên kết không đây và các liên kết này có thê không đồng nhất
- Các thiết bị đầu cuối thường có khả năng chịu tải nhẹ (Light-weight
terminals): Trong hầu hết các trường hợp các node trong mạng MANET là thiết bị với tốc độ xử lý của CPU thấp, bộ nhớ ít và lưu trữ điện năng ít Vì vậy cần phải tối ưu
hoá các thuật toán và cơ chế
Có thê thấy những đặc điểm này là các yếu tố ảnh hưởng nhiều đến hiệu năng
của mạng MANET Đề có thể triển khai được mang MANET trong thực tế, thiết kế
mạng MANET phải giải quyết được những thách thức sinh ra do những đặc điểm đã nêu trên của mạng MANET Những thách thức này gồm các vấn đề kỹ thuật như khả năng truyền dữ liệu và định tuyến hiệu quả khi kích thước mạng thay đổi; đảm bảo chất lượng dịch vụ (Qo8) cho các chương trình ứng dụng: cơ chế chuyên đổi một số
dịch vụ từ mô hình client-server; tiết kiệm năng lượng pin để kéo dài thời gian hoạt
động của các nút mạng riêng lẻ và của toàn mạng; đảm bảo an ninh mạng: khả năng hợp tác giữa các nút mạng và khả năng tự tô chức của mạng
1.3 PHÂN LOẠI MẠNG MANET 1.3.1 Phân loại theo giao thức:
+ Don chang:
Trang 16= \/ “
a 7
Hinh 1 2 Dinh tuyén don ching
+ Da chang:
Đây là mô hình phô biến nhất trong mạng MANET, nó khác với mô hình trước là các node có thê kết nối với các node khác trong mạng mà có thê không cần kết nối trực tiếp với nhau Các nođe có thê định tuyến với các node khác thông qua các node trung gian trong mạng Để mô hình này hoạt động một cách hoàn hảo thì cần phải có giao thức định tuyến phù hợp với mô hình mạng MANET _] MNB | as [ma | MNS |” Xử [ma sẽ Hình 1 3 Định tuyến đa chặng + Mobile Mutihop:
Mô hình này cũng tương tự với mô hình thứ hai nhưng sự khác biệt ở đây là mô hình này tập trung vào các ứng dụng có tính chất thời gian thực như audio, video
1.3.2 Phân loại theo chức năng + Déng cp (Flat)
Trong kiến trúc này tất ca cdc node cé vai tro ngang hang véi nhau (peer- to- peer) và các nođe đóng vai trò như các router định tuyến gói dữ liệu trên mạng Trong những mạng lớn thì cấu trúc Flat không tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên băng thông
Trang 17của mạng vì những thông tin điều khiển phải truyền trên toàn bộ mạng Tuy nhiên nó thích hợp trong những tô-pô có các nođe di chuyển nhiều
+ Phân cấp (Hierarchical)
Đây là mô hình sử dụng pho biến nhất Trong mô hình này thì mạng chia thành
các miễn (domain), trong mỗi domain bao gồm một hoặc nhiều cụm (cluster), mỗi
cluster bao gồm nhiều nút (node) Có hai loại nút là nút chủ hay còn được gọi là nút cụm trưởng (master node) và nút bình thường (nomal node)
- Master node: Là node quản trị một router có nhiệm vụ chuyển dữ liệu của các
node trong cluster đến các node trong cluster khác và ngược lại Nói cách khác nó có
nhiệm vụ như một gateway
- Normal node: La cdc node nam trong cing một cluster Nó có thể kết nối với các node trong cluster hoặc kết nối với các cluster khdc théng qua master node Cluster 1 * —_ Se,
_— a” M : Master node
"da No: Normal node
Hình 1 4 Mô hình mạng phân cấp
Với các cơ chế trên mạng sử đụng tài nguyên băng thông hiệu quả hơn vì các thông báo điều khiến chỉ phải truyền trong phạm vi một cluster Tuy nhiên việc quản lý tính chuyên động của các nođe trở nên phức tạp hơn Kiến trúc mạng phân cấp thích hợp cho các mạng có tính chuyển động thấp
Trang 18Trong kiến trúc mạng này, mạng phân thành các vùng (zone) và các nút được chia vào trong các vùng Mỗi nút bao gồm hai mức tô-pô: tô-pô mức nút mạng (node level) và tô-pô mức vung (zone level; high level topology) Network topology Ageregate ad hoe network
Hinh 1 5 M6 hinh mang két hop
1.4 CAC KY THUAT DINH TUYEN CUA MANG MANET
Trên thực tế trước khi một gói tin đến được đích, nó có thể phải được truyền
qua nhiều chặng, như vậy cần có một giao thức định tuyến để tìm đường đi từ nguồn
tới đích qua hệ thống mạng Giao thức định tuyến có hai chức năng chính, lựa chọn
các tuyến đường cho các cặp nguồn-đích và phân phối các gói tin đến đích chính xác
Sự vắng mặt của cơ sở hạ tầng cố định trong mot MANET dat ra một s6 loai thach
thức Thách thức lớn nhất trong số họ là định tuyến Định tuyến là quá trình chọn các đường dẫn trong một mạng đọc theo đó để gửi các gói dữ liệu Một giao thức định
tuyến đặc biệt là một quy ước, hoặc chuẩn, kiểm soát các nút quyết định cách nào để
định tuyến các gói đến đích của nó bằng cách sử dụng đường dẫn hiệu quả nhất giữa các thiết bị tính trong mạng di động ad hoc Hiệu quả của con đường được đo bằng các
số liệu khác nhau như số lượng bước nhảy, tải giao thông, sự truyền tải dữ dội, băng
thông, v.v
Tùy thuộc vào cơ sở hạ tầng cố định, các mạng di động có thể được phân chia
thành mạng có cơ sở hạ tầng và mạng MANET Trong mạng di động có cơ sở hạ tầng, các nút di động có các điểm truy nhập có dây (hoặc các trạm gốc) trong cự ly truyền dẫn của chúng Những điểm truy nhập này tạo nên đường trục (backbone) cho mạng
hạ tầng Trái lại, các mạng MANET là các mạng tự tổ chức mà không cần hỗ trợ hạ
Trang 19tình trạng rất nhanh chóng và khó đốn trước Ngồi ra vì nút trong các mạng MANET di động thường có cự ly truyền dẫn giới hạn nên một số nút không thể truyền thông trực tiếp với nhau Vì vậy các đường định tuyến trong mạng MANET có thể có nhiều
chặng và mỗi nút trong mang MANET di dong co thể làm việc như một bộ định tuyến
Trong mạng có đây có hai giải thuật định tuyến chính được sử dụng là trạng thái liên kết và vector khoảng cách Việc cập nhật thường xuyên và định kỳ của hai giải thuật này khiến nó khó có thể mở rộng trong mạng MANET lớn vì nó tiêu tốn một phần đáng kê băng thông, làm tăng việc cạnh tranh kênh truyền và tiêu hao nhiều năng lượng Đề khắc phục vấn để này có rất nhiều giao thức định tuyến cho mạng MANET đã được đưa ra, có nhiều phương pháp để phân biệt các giao thức định tuyến này như dựa vào cách trao đổi thông tin định tuyến giữa các nút di động (dựa trên sự phản
ung); dua vao vi tri dia ly; dua vào tỉnh trạng mạng (phang hay phan cap); dua vao năng lượng; dựa vào sự thích nghi; dựa vào sự an toàn hay dựa vào cách truyền
multicast Một trong những phương pháp phân loại phổ biến nhất là đựa vào cách trao đổi thông tin định tuyến giữa các nút di động, thông qua phương pháp này, có ba nhóm giao thức chính Các giao thức định tuyến trong MANET | | ==] me LÍ L TT] [ 9v | | sa | WRP | | sooy | | DSR | | Tons | | nà | xe ZRP |
Hình 1 6 Một số giao thức định tuyén trong mang MANET
1.4.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống
Để tìm đường đi cho các gói tin qua hệ thống các router trong mạng, các giao thức định tuyến truyền thống thường sử dụng giải thuật véc tơ khoảng cách (Distance Vector Routing - DV) hoặc trạng thai lién két (Link State Routing - LS) Thuat toan
Trang 20ARPANET lúc mới ra đời và được sử dụng trong mạng Internet với tên gọi là RIP (Routing Information Protocol) Thuật toán Link State duoc sử dụng trong giao thức OSPF (Open Shortest Path First) cua Internet
Trong giải thuật Distance Vector, mỗi router quảng bá một cách định kỳ tới các hàng xóm thông tin khoảng cách từ nó tới tất cả các router khác Các router đựa trên thông tin nhận được này tính toán đường đi tốt nhất tới các router khác Bằng việc so sánh các khoảng cách từ mỗi hàng xóm tới một đích nào đó, router có thể quyết định hàng xóm nào sẽ là chặng tiếp theo trong đường đi tới đích để đường đi là tối ưu nhất Bảng định tuyến tại các router đo đó lưu trữ các thông tin về các đích trong mạng (các router khác trong mạng), chặng tiếp theo và khoảng cách tới đích Vấn để với Distance
Vector là khả năng hội tụ chậm, và sự hình thành các vòng lặp định tuyến
Trong giải thuật Link State, méi router duy trì một thông tin đầy đủ về cấu hình của toàn bộ mạng Đề làm được điều này, mỗi router quảng bá định kỳ các gói tin LSP (Link State Packet) có chứa thông tin về các hàng xóm và giá tới mỗi hàng xóm Các thông tin này sẽ được truyền tới tất cả các router trong mang Tw thông tin về giá của các liên kết trong toàn bộ mạng, các roufer có thê tính toán đường đi ngắn nhất tới các
đích có thể
Việc sử dụng các giao thức định tuyến truyền thống trong mạng MANET với
việc xem mỗi nút như các router dẫn tới một loạt các vấn đề:
+ Tiêu tốn băng thông mạng và năng lượng nguồn nuôi cho các cập nhật định kỳ + Các nút bị phá vỡ chế độ tiết kiệm năng lượng do liên tục phải nhận và gửi thông tin + Mạng có thê bị quá tải với các thông tin cập nhật khi số nút trong mạng tăng, do đó làm giảm tính khả mở của mạng
+ Các đường đi dư thừa được tích luỹ một cách không cân thiết
+ Hệ thống khó có thể phản hồi đủ nhanh với các thay đổi thường xuyên trong cấu hình mạng
Trang 211.4.2 Định tuyến chủ động
Đặc tính của giao thức chủ động (Proactive) có thể được thể hiện thông qua ưu điểm và nhược điểm của giao thức như sau
Ưu điểm:
+ Mạng hội tụ nhanh Khi topo mạng có sự thay đổi thì gần như ngay lập tức các nút trong mạng sẽ cập nhật thay đổi topo mạng của mình
+ Độ trễ tuyến thấp Mỗi nút có đầy đủ thông tin về topo mạng nên khi cần trao đổi thông tin thì nút nguồn có thể ngay lập tức tìm thấy tuyến đường đi tới đích Đặc tính này rất phù hợp với việc truyền thông tin yêu cầu thời gian thực
Nhược điểm:
+ Tiêu tốn nhiều băng thông mạng đo các bản tin điều khiển gửi đi một cách đều đặn theo phương thức bản tin quảng bá (broadcast)
Một số giao thức đỉnh tuyến chủ đông:
+ Giao thức định tuyến DSDV (Destination Sequenced Distance Vector Routing Protocol)
+ Giao thức định tuyến OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) + Giao thức dinh tuyén FSR (Fisheye State Routing Protocol)
+ Giao thire dinh tuyén HSR (Hierarchical State Routing Protocol), giao thức định tuyến WRP (Wireless Routing Protocol),
1.4.3 Định tuyến theo yêu cầu
Giao thức định tuyến theo yêu cầu (Reactive), còn gọi là giao thức định tuyến theo yêu cầu, chi tim ra các tuyến đường khi có yêu cầu từ các nút cần trao đổi thông tin Dạng giao thức này hoạt động theo hai chức năng chính là khám phá tuyến và đuy trì tuyến
+ Khám phá tuyến: Chức năng này đáp ứng cho việc dò tìm tuyến mới Khi một nút cần trao đổi thông tin với nút khác, nó sẽ phát bản tin yêu cầu tìm tuyến đường tới đích Quá trình này hoàn thành khi tìm thấy
được một tuyến đường hoặc tất cả các tuyến khả thi đều đã được kiểm
tra
Trang 22+ Duy trì tuyến: Chức năng này đáp ứng cho việc cảm nhận đường liên kết và duy trì những tuyến đang tồn tại Khi một tuyến được thiết lập, nó được đâm bảo bởi một phương thức đuy trì tuyến cho đến khi đích đó không thể truy nhập trên tất cả các đường từ nguồn đó hoặc cho đến khi tuyến đường không được yêu cầu nữa
Đặc tính:
Đặc tính của giao thức định tuyến theo yêu cầu có thể được thể hiện
thông qua ưu điểm và nhược điểm của giao thức như sau Ưu điểm:
+_ Với việc sử dụng phương thức dò tìm tuyến, giao thức Reactive có ưu điểm là ít chiếm dụng băng thông
+ Giao thức Reactive chỉ dò tìm tuyến khi có yêu cầu chứ không gửi bản tin cập nhật trên mạng một cách tuần tự nên không gây ra lãng phí tài nguyên mạng
Nhược điểm:
Việc dò tìm tuyến khi có nhu cầu gây ra tình trạng trễ trên mạng vì phải chờ đợi tìm tuyến xong mới gửi bản tin đi
+ Khó có thể sử dụng trong việc truyền thời gian thực
Một số giao thức đỉnh tuyến chủ đông:
+ Giao thtre AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector Routing) + Giao thtre DSR (Dynamic Source Routing)
+ Giao thire TORA (Temporally Ordered Routing Algorithm) + Giao thức CBRP (Cluster-Based Routing Protocol), giao thức LAR (Location- Aided Routing), giao thức ARA (Ant Colony-Based Routing Algorithms)
Trang 231.4.4 Định tuyến lai
Phương pháp lai ghép là sự kết hợp các đặc tính của cả hai dạng giao thức định tuyến chủ động và định tuyến theo yêu cầu để tạo ra giao thức định tuyến tối ưu Tư tưởng của phương pháp là thực hiện phân chia mạng thành từng vùng, mỗi vùng sẽ được quan tâm bởi nút trung tâm và nút biên (nút ngoại vi) Mỗi vùng được đánh số theo bán kính vùng, việc định tuyến được chia ra làm hai phương pháp Định tuyến trong vùng sẽ sử dụng phương pháp định tuyến Proactive, định tuyến ngoài vùng sẽ sử dụng phương pháp định tuyến Reactive Nhờ vậy có thể giảm tối đa thời gian khám phá tuyến và thuận lợi khi topo mang thay déi
Tuy nhiên øiao thức Hybrid cũng có môt số nhược điểm sau:
+ Khó khăn trong việc tổ chức mạng theo các thông số của nó
+_ Nút có thông tin về topo mạng ở mức cao phải duy trì nhiều thông tin định tuyến, dẫn đến tiêu tốn nhiều bộ nhớ và tài nguyên mạng
Mội số giao thức Hybrid bao gồm:
+ Giao thức ZRP (Zone Routing Protocol)
+ Giao thire HSLS (Hazy Sighted Link State Routing Protocol)
+ Giao thc HRPLS (Hybrid Routing Protocol for Large Scale Mobile Ad Hoc Network with Mobile Backbones)
1.5 VAN DE LIEN KET LOP
Khi các mạng truyền thông không dây đang dần nhanh chóng đóng một vai trò trung tâm trong các hoạt động nghiên cứu và phát triển, thì sự phù hợp của một trong những nền tảng của mạng - kiến trúc giao thức phân lớp - với các mạng này, được xem xét một cách kỹ lưỡng Vẫn tồn tại nhiều những tranh cãi rằng mặc dù các kiến trúc phân lớp hỗ trợ rất tốt cho các mạng có đây, nhưng nó không phù hợp với các mạng không dây Và để mô tả quan điểm này, các nhà nghiên cứu thường trình bày một kỹ
thuật mà họ gọi là thiết kế liên lớp
Do thiếu sự liên kết giữa các lớp, việc thực hiện kiến trúc phân lớp đặt ra những thử thách đặc biệt cho MANET Để khắc phục những hạn chế của kiến trúc phân lớp,
thiết kế liên lớp được đề xuất, ý tưởng ở đây là để duy trì các chức năng vốn có của các lớp nhưng cho phép phối hợp, tương tác và tối ưu hóa các giao thức liên lớp So
Trang 24sánh với kiến trúc phân lớp, hiệu năng của kiến trúc liên lớp là tốt hơn với việc thiết kế
giao thức được thực hiện bởi sự hợp tác giữa các lớp
Mô hình OSI là một kiến trúc phân lớp được khuyến nghị bởi ISO Nó chia toàn
bộ các chức năng mạng vào các lớp và các dịch vụ được cung cấp bởi các lớp khác nhau Mỗi lớp được kết hợp với một tập các giao thức cung cấp truyền thông giữa các lớp tương ứng từ các máy tính và không cho phép truyền thông trực tiếp giữa các lớp không kế cận Trong kiến trúc phân lớp, các giao thức được thiết kế với sự tuân thủ các quy tắc, điều này có nghĩa là giao thức lớp cao hơn chỉ có thê tận dụng các dịch vụ lớp thấp hơn và không liên quan đến việc các dịch vụ đó được cung cấp như thế nào Thay vì tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc của OSI như vậy, các giao thức có thể vi phạm chúng bằng cách cho phép truyền thông trực tiếp giữa các giao thức tại các lớp không kế cận, hay còn gọi là thiết kế liên lớp
Bản chất động của các mạng không đây như MANET khiến cho kiến trúc phân lớp tỏ ra không linh hoạt trong môi trường này vì mỗi lớp không có thông tin đầy đủ về mạng Nó không cho phép chia sẻ thông tin giữa các lớp một cách tự động Điều này thúc đây các thiết kế liên lớp trong MANET
Sự hiện diện của các liên kết không dây thúc đây các nhà thiết kế vi phạm các nguyên tắc của kiến trúc phân lớp vì các vấn đề đặc biệt của các mạng không dây Tiếp đó, một môi trường không dây cần một số yêu cầu cho truyền thông mà cơ sở vật chất của chúng không được hỗ trợ bởi kiến trúc phân lớp Cụ thể, việc tiếp nhận gói tin
được thực hiện bởi lớp vật lý tại cùng một thời điểm
Trang 25Lớp ứng dụng Đóng gói và mã hóa an toan
Thời hạn gói tin
or sanssie Thông lượng Tỷ lệ méo Lập lịch tối ưu méo do tắc nghẽn Các luồng 8 x Lop mang lưu lượng Định tuyên tối ưu tắc nghẽn Lớp MAC Phần bố dung lượng Dung lượng liên kết Lớp liên kết đữ liễu Điều chế thích ứng
Hình 1 7 Thiết kế liên lớp với thông tin trao đổi giữa các lớp khác nhau
Một sơ đồ của thiết kế liên lớp mới với thông tin được trao đổi giữa các lớp
khác nhau được thể hiện như hình 1.7 Tại lớp liên kết dữ liệu, điều chế thích ứng
được sử dụng để tối đa tốc độ kết nói với các điều kiện kênh khác nhau Điều này mở
rộng vùng dung lượng có thể đạt được của mạng Mỗi điểm của vùng này xác định một phân định có thể của các dung lượng liên kết khác nhau
Dựa theo thông tin trạng thái đường link (dịch vụ), MAC chọn một điểm của
vùng dung lượng bằng cách ấn định các khe thời gian, mã và băng tần cho mỗi liên kết Lớp MAC hoạt động cùng với lớp mạng đề xác định tập các dòng dữ liệu tối thiểu tắc nghẽn Giải pháp cho các phân định dung lượng và dòng đữ liệu mạng được trao
đổi lặp lại giữa hai lớp lõi của khung thiết kế liên lớp (lớp mạng và MAC) Tại lớp
truyền tải, điều khiển tắc nghén va truyén lại của gói tin diễn ra Cuối cùng, lớp ứng
dụng xác định tỷ lệ mã hóa hiệu quả
Trang 261.6 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 1.6.1 Đặc tính của mạng MANET ảnh hưởng đến QoS
- _ Tự động thay đổi cấu trúc mạng: Vì các nút trong một mạng MANET quảng bá vô tuyến không có bất kỳ hạn chế nào về việc di động của các nút mạng Vì thế phiên QoS có thể bị ảnh hưởng xấu do đường truyền bị phá vỡ, do đó cần phải có nhiều phiên như vậy được tái lập trên con đường mới Sự chậm trễ phát sinh trong tái thiết lập một phiên QoS có thê gây ra việc một số gói tin không đạt được trễ/giới han mong muốn của chúng, đó là điều không thể chấp nhận được cho các ứng đụng có yêu cầu nghiêm ngặt QoS
- _ Thông tin trạng thái không chính xác: Trong hầu hết các trường hợp, các nút trong một mạng không dây ad hoc duy trì cả thông tin trạng thái liên kết cụ thể và thông tin trạng thái truyền cụ thể Các thông tin trạng thái liên kết cụ thể bao gồm băng
thông, độ trễ, chậm trễ jitter, ty 1é tốn thất, tỷ lệ lỗi, ổn định, chi phí, và các giá trị
khoảng cách cho mỗi liên kết Các thông tin lưu lượng cụ thể bao gồm xác định phiên, địa chỉ nguồn, địa chi dich, và các yêu cầu QoS của đường truyền (như yêu cầu băng
thông tối đa, yêu cầu băng thông tối thiểu, sự chậm trễ tối đa, và jitter cham trễ tối đa)
Các thông tin trạng thái vốn không chính xác do sự thay đổi năng động trong cấu trúc liên kết mạng lưới và đặc tính kênh Do đó, quyết định định tuyến có thể không chính
xác, dẫn đến một số các gói dữ liệu thời gian thực lỡ thời hạn của chúng
- _ Thiếu sự phối hợp trung tâm: Không giống như các mạng LAN không dây và các mạng tế bào, các mạng MANET không có bộ điều khiển trung tâm để điều phối hoạt động của các nút Điều này làm phức tạp thêm việc cung cấp QoS trong MANET
-_ Dễ bị lỗi kênh vô tuyến chia sẻ: Các kênh vô tuyến bản chất là một môi trường quảng bá Trong quá trình truyền thông qua các phương tiện không dây, sóng radio bị một số khiếm khuyết, chẳng hạn như sự suy giảm, truyền đa đường, và can nhiễu (từ các thiết bị không đây khác đang hoạt động trong vùng phụ cận)
- _ Vẫn đề thiết bị đầu cuối ân: Vấn đề thiết bị đầu có là vốn có trong MANET Vấn để này xây ra khi các gói đữ liệu có nguồn gốc từ hai hoặc nhiều nút gửi mà không nằm trong phạm vi truyền dẫn trực tiếp của nhau, gặp nhau tại cùng một nút nhận Điều này đòi hỏi phải truyền lại các gói đữ liệu, mà có thể không thể chấp nhận
Trang 27được đối với các đường truyền có yêu cầu nghiêm ngặt QoS Cơ chế trao đổi gói điều khiển RTS/CTS được thông qua trong các tiêu chuẩn IEEE 802.11” làm giảm các vấn
để thiết bị đầu cuối an chi đến một mức độ nhất định
- _ Hạn chế nguồn tại nguyên hiện có: Vì MANET có tài nguyên hạn chế như băng thông, thời lượng pin (battery life), không gian lưu trữ, và khả năng xử lý, chúng phải được sử dụng một cách rất hiệu quả Trong số này, băng thông và thời lượng pin được coi là nguôn lực rất quan trong, sự sẵn có của chúng ảnh hưởng đáng kề hiệu suất của cơ chế trích lập dự phòng Qo8 Do đó, cơ chế quản lý tài nguyên hiệu quả là cần thiết để sử dụng tối ưu các nguồn tài nguyên khan hiếm
-_ Môi trường kém bảo mật: Bảo mật trong một kênh vô tuyến được xem là rất là kém, do tính chất phát sóng của môi trường không dây Do đó, bảo mật là một vấn
đề quan trọng trong MANET, đặc biệt là cho các ứng dụng quân sự và chiến thuật MANET dễ bị tấn công như nghe trộm, giả mạo, từ chối dịch vụ, biến dang tin nhắn, và mạo danh Nếu không có cơ chế bảo mật phức tạp, nó là rất khó khăn để đảm bảo
cung cấp thông tin liên lạc an toàn
1.6.2 Các tham số QoS
Các thông số cơ bản của chất lượng dịch vụ là băng thông, độ trễ, Jitter, mat goi, tinh kha dung va bao mat
Tham sé QoS Cac gia tri vi du Bang thong (nho nhat) 64 kb/s, 1.5 Mb/s, 45 Mb/s Tré (Ion nhat) 50 ms, 150 ms ae x 10% của trê lớn nhât, 5 ms biên Jitter (bién động trễ) để lộng
1 trong 1000 gói chưa chuyê
Mắt thông tin (ảnh hưởng của lôi) ROE ees Bek Smeal giao Tính sẵn sàng (tin cậy) 99.99% Mã hoá và nhận thực trên tât cả các Bảo mật luồng lưu lượng
Bảng 1 1 Các tham sô QoS cơ bản
1 TEEE 802.11 là một tập các chuẩn của tổ chức IEEE (tiếng Anh: Institute of Electrical and Electronic Engineers) bao gồm các đặc tả kỹ thuật liên quan đến hệ thống mạng không dây
Trang 28- Bang thông luôn là thách thức đối với các nhà cung cấp dịch vụ Nếu băng thông có thể sử dụng thoải mái, không giới han, thi các nhà vận hành sẽ không phải lo đến các yếu tố nghẽn, trễ tuy nhiên đây là điều không thê xảy ra
- Trễ: liên quan chặt chẽ với băng thông khi nó là một thông số QoS Với các ứng dụng giới hạn băng thông thì băng thông càng lớn trễ sẽ càng nhỏ Trễ được định nghĩa là khoảng thời gian chênh lệch giữa hai thời điểm của cùng một bít khi đi vào mạng (thời điểm bít đầu tiên vào với bít đầu tiên ra) Với băng thông có nhiều cách tính, giá trị băng thông có thể thường xuyên thay đôi Nhưng thông thường giá trị băng thông được định nghĩa là số bit của một khung chia cho thời gian trôi qua kê từ khi bit đầu tiên rời khỏi mạng cho đến khi bit cuối cùng rời mạng
- Jitter (Biến động trễ) là sự khác biệt về độ trễ của các gói khác nhau trong cùng một dòng lưu lượng Biến động trễ có tần số cao được gọi là jitter với tần số thấp gọi là Wander Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng jitter đo sự sai khác trong thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp nhau trong một hàng gây ra Thơng số Qo§ jifter thiết lập giới hạn lên giá trị biến đổi của trễ mà một ứng dụng có thể gặp trên mạng Jitter khong dat một giới hạn nào cho giá trị tuyệt đối của trễ, nó có thể tương đối thấp
hoặc cao phụ thuộc vào giá trị của thông số trễ
- MẤt gói hay mất thông tin : Hiện tượng mất gói tin là kết quả của rất nhiều nguyên nhân : Quá tải lượng người truy nhập cùng lúc mà tài nguyên mạng còn hạn
chế Hiện tượng xung đột trên mạng Léi do các thiết bị vật lý và các liên kết truy nhập
mạng
- _ Tính sẵn sàng (Độ fin cậy): Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động đề cung cấp dich vụ Yếu tố này bất kỳ nhà cung cấp dịch vụ nào tối thiểu cũng phải có Tổn thất khi mạng bị ngưng trệ là rất lớn Tuy nhiên, để đảm bảo được tính sẵn sàng chúng ta cần
phải có một chiến lược đúng đắn, ví đụ như: định kỳ tạm thời tách các thiết bị ra khỏi
mạng để thực hiện các công việc bảo dưỡng, trong trường hợp mạng lỗi phải chẩn đoán trong một khoảng thời gian ngắn nhất có thê đề giảm thời gian ngừng hoạt động của mạng Tất nhiên, thậm chí với một biện pháp bảo dưỡng hoàn hảo nhất cũng không thể tránh được các lỗi không thê tiên đoán trước
Trang 29- Bảo mật: là một tham số mới trong danh sách QoS, nhưng lại là một tham số quan trọng Thực tế, trong một số trường hợp độ bảo mật có thể được xét ngay sau băng thông Gần đây, do sự đe doạ rộng rãi của các hacker và sự lan tràn của virus trên mạng Internet toàn cầu đã làm cho bảo mật trở thành vấn dé hàng đầu Bảo mật liên quan tới các vấn đề như tính riêng tư, sự tin cần và xác nhận khách và chủ Các vấn để
liên quan đến bảo mật thường được gắn với một vài hình thức của phương pháp mật mã, như mã hoá và giải mã Các phương pháp mật mã cũng được sử dụng trên mạng
cho việc
1.6.3 Mục tiêu của định tuyến có xét đến QoS
Cho tới nay, đa phần các giao thức định tuyến đều được để xuất cho mạng MANET không dây được tối ưu hóa chỉ sử dụng một metrie là bước nhảy khoảng cách (distance chặng), vì vậy tuyến đường ngắn nhất thường được lựa chọn Với lưu lượng dữ liệu đồ, tuyến đường định tuyến ngắn nhất có vẻ hiệu quả Tuy nhiên, liên kết trong mạng tự tô chức thường khan hiếm và biến động nên rất khó tận dụng tài nguyên hiệu qua và thực hiện ứng dụng thời gian thực Khi xem xét những vấn để này, việc cung cấp định tuyến QoS là cần thiết để hỗ trợ điều khiến hiệu quả tổng lưu lượng luỗng vào mạng Định tuyến QoS là một cơ cấu định tuyến mà theo đó tuyến đường được xác định dựa trên tài nguyên sẵn có trong mạng và đảm bảo yêu cầu QoS cho luỗng
Định tuyến QoS là việc chọn tuyến đường có đủ tài nguyên theo các tham số QoS yêu cầu Định tuyến QoS có 2 mục tiêu: một là đáp ứng các yêu cầu QoS cho mỗi
kết nối đã được chấp nhận; hai là đạt được hiệu quả tổng thể về việc sử dụng tài
nguyên
Do đó định tuyến QoS cần xem xét cùng lúc nhiều giới hạn và đảm bảo cân bằng tải tốt hơn bằng cách phân bố lưu lượng trên các tuyến đường khác nhau với các lưu lượng có yêu cầu về QoS khác nhau Ngược lại, các giao thức định tuyến hiện nay dường như ưu tiên cho định tuyến lưu lượng đựa trên tuyến đường ngắn nhất, đo đó
dẫn đến hiện tượng nghẽn cổ chai Trong mạng tự tổ chức, nhiều metric cần được xem
xét: tuyến đường tin cậy nhất, tuyến đường ổn định nhất, tuyến đường có tổng năng
lượng còn lại tốt nhất, tuyến đường có băng thông khả dụng lớn nhất Việc lựa chọn
Trang 30tuyến với chi phí nhỏ nhất đựa trên các metric nêu trên chứ không chỉ cung cấp tuyến đường ngắn nhất dựa trên khoảng cách bước nhảy
1.7 UNG DUNG CUA MANG MANET
1.7.1 Dịch vụ khẩn cấp
Bất kỳ đâu khi có trường hợp khẩn cấp xảy ra đều cần có sự kết hợp các nhân viên cứu hộ Giải pháp thông thường là dùng thiết bị vô tuyến Tuy nhiên, khi cơ sở hạ tầng bị hỏng hoặc không còn hoạt động thì giải pháp là gì? MANET chính là câu trả lời nhanh nhất và phù hợp nhất Điều này có thể không có ý nghĩa với khu vực tồn thất
nhỏ,tuy nhiên với thảm họa thiên nhiên có khu vực ảnh hưởng tàn phá rộng lớn, việc
liên lạc rất quan trọng nên MANET trở thành giải pháp hữu ích 1.7.2 Hội nghị
Trong hội nghị,hội thảo cần trao đổi thông tin giữa các đại biểu hoặc với hội
nghị khác Đây là một nhu cầu lớn trong thời đại phát triển nhanh về thông tin như hiện nay, khi mà giải pháp homenetwork chưa thật sự sẵn sàng Giải pháp hiện tại là
sử dụng các mạng có sẵn cho các đại biểu tham dự tuy nhiên nó có độ trễ lớn, ví dụ
giải pháp Mobile IP Và MANET là giải pháp chiếm ưu thế
1.7.3 Hệ thống nhúng (embeded system)
Ngày cảng có nhiều máy móc cần kết nối với những vật xung quanh kéo theo nhu cầu của MANET Nó có thể là đồ chơi có khả năng kết nối mạng, tương tác được
với home network để tìm kiếm dữ liệu trên internet hoặc có thể kết nối với điện thoại,
có thể điều chỉnh volume của TV khi có cuộc gọi đến đáp ứng nhiều nhu cầu của người sử dụng
VANET (Vehicular Ad Hoc Network)goi là mạng xe cộ MANET, là hệ thống
mạng không cần cơ sở hạ tầng được tạo thành từ các phương tiện xe cộ lưu thông trên
đường Chúng được trang bị thiết bị thu phát để có thể liên lạc, chia sẻ và trao đổi
thông tin lẫn nhau giống như một nút trong Ad hoc Thông tin trao đổi trong mạng
VANET bao gồm thông tin về lưu lượng xe cộ, tình trạng kẹt xe, tai nạn giao thông,
nguy hiểm cần tránh và cả những dịch vụ thông thường như dịch vụ đa phương tiện,
Internet
Trang 311.7.4 Mạng cảm biến(sensor network)
Mạng cảm biến không dây là một ứng dụng điển hình của MANET Hiện nay đã có những quan tâm đáng kế cho sự phát triển kiêu mạng này,chủ yếu là kỹ thuật số
trong quân sự, công an, tình báo, khảo cổ học, nghiên cứu địa lý Các bộ cảm biến
này có thể có kích thước nhỏ nhưng khả năng truyền thông và lưu trữ tương đối tốt Trong quân sự đã dùng những máy móc hiện đại nhưng kích cỡ gần như hạt bụi nên đối phương rất khó phát hiện và phá hủy chúng
Trong lĩnh vực y tế, các bộ cảm biến cho phép giám sát liên tục thông tin tiêu chuẩn về sự sống Trong công nghệ thực phâm, kỹ thuật nhịp cảm biến được áp dụng để giám sát chất lượng có thể giúp ngăn ngừa các sản phẩm không đạt yêu cầu nên tăng mức thỏa mãn cho khách hàng Trong nông nghiệp, các bộ cảm biến có thể giúp xác định chất lượng đất trồng và độ âm, chúng cũng có thể phát hiện các hợp chất khác Ngoài ra,các bộ cảm biến cũng được sử dụng rộng rãi trong thông tin thời tiết và môi trường
TIEU KET CHUONG 1
Trong Chương 1, luận văn đã làm rõ các thành phần cơ bản của mạng MANET, cũng như những đặc tính kỹ thuật theo cấu trúc phân lớp tương ứng với mô hình OSI, như lớp vật lý, lớp điều khiến truy nhập môi trường và lớp truyễn tải, các kỹ thuật định tuyến , phân loại các giao thức định tuyến và một số điểm quan trọng của chất lượng
dịch vụ trên mạng MANET
Từ đó, áp dụng các vấn đề được nghiên cứu giao thức định tuyến OLSR có xét đến chất lượng sẽ được sử dụng trong Chương 2
Trang 32Chương 2 : HOẠT ĐỘNG CUA GIAO THUC OLSR
VA VAN DE CHAT LUONG DICH VU 2.1 TONG QUAN VE GIAO THUC OLSR
2.1.1 Giao thức OLSR
OLSR (Optimized Link State Routing) là giao thức định tuyến theo bảng (định tuyến chủ động), nó thừa hưởng đặc tính ổn định của giao thức trạng thái liên kết cơ
điển, hồn tồn thích hop cho mang di déng Ad hoc OLSR t6i thiéu héa tiéu dé dinh tuyén bang cách chỉ sử dung các nút được chọn để phát tràn lụt lưu lượng điều khiển,
được gọi là Chuyển tiếp đa điểm - MPR (Multipoint Relay) Kỹ thuật này giảm đáng
kế số lượng yêu cầu truyền lại so với việc phát tràn lụt một bản tin tới tất cả các nút
trong mang
Bau chon Multipoint Relay: Y twong ding MPR la dé téi thiéu hoa tiéu dé (overhead) khi phát tràn lụt bản tin trong mạng bằng cách giảm số lần truyền dư thừa trong cùng một vùng Mỗi nút trong mạng lựa chọn một tập hợp nút trong các nút hàng xóm trực tiếp của nó để làm MPR Hàng xóm của nút A mà không nằm trong tập hợp MPR của A có thể nhận và xử lý các bản tin quảng bá nhưng không thể chuyển tiếp các bản tin quảng bá nhận được từ A (Hình 2.2)
Mỗi nút lựa chọn tập hợp MPR từ những hàng xóm trực tiếp (one-chặng) của
nó Tập hợp MPR của nút A, kí hiệu là MPR(A), là tập con của tập hợp các hàng xóm
trực tiếp cua A, phải thỏa mãn những điều kiện sau: mỗi nút trong hàng xóm hai bước
(two-chặng) của A phải có một liên kết trực tiếp đến MPR(A) Tập hợp MPR càng nhỏ
thi tiêu dé lưu lượng điều khiển của giao thức định tuyến càng nhỏ Mỗi nút phải đuy trì thông tin về tập hợp hàng xóm mà chúng chọn làm MPR Tập hợp này gọi là “MPR
selector set” của một nút
Trang 33
Hình 2.1: Quá trình phát tràn lụt bản tin quảng bá trong OLSR
Trong OLSR, mỗi nút truyền bản tin Hello định kỳ (ví đụ một giây một bản tin) trên mỗi giao diện của nút Mục đích chính của bản tin Hello là cho phép mỗi nút có thê khám phá tuyến trực tiếp tới hàng xóm của nó
Hình 2.2: Bình chọn MPR
Bản tin Hello được quảng bá từng chặng (chặng-by-chặng) và phải không được truyền trước đó Bản tin Hello chứa tên của nút khởi tạo, hàng xóm trực tiếp mà nút
khởi tạo truyền bản tin khám phá và các nút mà nút khởi tạo chọn làm MPR Khi một nút nhận bản tin Hello, nó kiểm tra liệu bản tin đó có phải được phát sinh từ hàng xóm
Trang 34mới hay không, và nếu đúng, nút sẽ cập nhật vào danh sách hàng xóm trực tiếp của nút Bản tin Hello rất quan trọng trong việc hỗ trợ MPR Mỗi nút kiểm tra bản tin
Hello nhận được từ hàng xóm của nó để xem nó liệu có được lựa chọn làm MPR của
bất kỳ hàng xóm nào không Nếu vậy, nút sẽ phát tràn lụt các cập nhật định tuyến được phát sinh từ các hàng xóm mà đã chọn nó là MPR Mỗi nút cũng có thể khám phá liệu các nút có là hàng xóm hai bước từ bản tin Hello, bởi vì danh sách các hàng xóm hai bước đã được liệt kê trong bản tin Hello của nút hàng xóm trực tiếp của nó
Mỗi nút lựa chọn MPR trên cơ sở hàng xóm hai bước, do vậy mỗi hàng xóm hai bước phải nhận được bản tin MPR
Truyền bá bản tin điều khiển topo (topology control): Ban tin điều khiển topo được truyền đi với mục đích là cung cấp cho mỗi nút trong mạng đủ thông tin trạng thái liên kết để cho phép tính toán được tuyến đường
Tỉnh tốn tuyến: Thơng qua việc trao đổi định kỳ các bản tin, các nút sẽ biết
được thông tin trạng thái liên kết và cầu hình giao diện của các nút, vì thế có thể tính
toán bảng định tuyến của mỗi nút
OLSRv2 hiện đang được phát triển bởi IETF Nó duy trì rất nhiều tính năng
chính của bản gốc bao gồm việc lựa chọn và phô biến MPR Sự khác biệt chính là tính linh hoạt và thiết kế mô-đun sử dụng các thành phần được chia sẻ: định dạng gói và
giao thức khám phá vùng lân cận (NHDP) Các thành phần này đang được thiết kế dé trở thành phổ biến trong cdc giao thtre IETF MANET thé hé tiếp theo Nó được chuẩn hóa độc lập và áp dụng cho các giao thức MANET khác Cũng trong OLSRVv2, việc xử
lý nhiễu nút địa chỉ và giao diện được kích hoạt khác với OLSRv] Bến điểm cần nhấn
mạnh trong giao thức OLSR
a Cảm biến lân cận: mỗi nút phát một thông điệp HELLO, chứa thông tin các nút láng giáng và trạng thái liên kết của chúng Mỗi nút phải phát hiện các nút lân cận của nó và có liên kết trực tiếp và liên kết hai chiều Nếu một nút tìm thấy địa chỉ riêng của nó trong một tin nhắn HELLO, nó sẽ xem xét liên kết đến nút gửi dưới dang hai
chiêu
Trang 35b Binh chon Multipoint Relay: 1a dé téi thiéu héa tiéu dé (overhead) khi phát tràn lụt bản tin trong mạng bằng cách giảm số lần truyền dư thừa trong cùng một vùng Mỗi nút trong mạng lựa chọn một tập hợp nút trong các nút hàng xóm trực tiếp của nó để làm MPR Hàng xóm của nút A mà không nằm trong tập hợp MPR của A có thể nhận và xử lý các bản tin quảng bá nhưng không thể chuyền tiếp các bản tin quảng bá
nhận được từ A
Trong Hình 2.1, mỗi nút phát sóng gói tin đến cho tất cả các nút lân cận khác Điều này dẫn đến một số lượng lớn các truyền lại không cân thiết dẫn đến số lượng tin nhắn cao và mất mát các gói đữ liệu do sự va chạm của các gói tin Nhưng, trong hình
bên cạnh, chỉ có các nút màu đen được chọn là MPR sẽ chịu trách nhiệm chuyển tiếp
các gói đến các nút lân cận Điều này sẽ làm giảm tràn lụt của các gói tin phát sóng cũng như chi phí của các mạng
Hình 2 3 OLSR ngăn chặn vòng lặp bằng việc sử đụng MPR để chuyền phát gói tin
Trong OLSR, mỗi nút truyền bản tin Hello định kỳ (ví dụ một giây một bản tin) trên mỗi giao diện của nút Mục đích chính của bản tin Hello là cho phép mỗi nút có thê khám phá tuyến trực tiếp tới hàng xóm của nó
Bản tin Hello được quảng bá từng chặng (chặng-by-chặng) và phải không được truyền trước đó Bản tin Hello chứa tên của nút khởi tạo, hàng xóm trực tiếp mà nút
khởi tạo truyền bản tin khám phá và các nút mà nút khởi tạo chọn làm MPR Khi một nút nhận bản tin Hello, nó kiểm tra liệu bản tin đó có phải được phát sinh từ hàng xóm
mới hay không, và nếu đúng, nút sẽ cập nhật vào danh sách hàng xóm trực tiếp của
Trang 36nút Bản tin Hello rất quan trọng trong việc hỗ trợ MPR Mỗi nút kiểm tra bản tin
Hello nhận được từ hàng xóm của nó để xem nó liệu có được lựa chọn làm MPR của
bất kỳ hàng xóm nào không Nếu vậy, nút sẽ phát tràn lụt các cập nhật định tuyến được phát sinh từ các hàng xóm mà đã chọn nó là MPR Mỗi nút cũng có thê khám phá liệu các nút có là hàng xóm hai bước từ bản tin Hello, bởi vì danh sách các hàng xóm hai bước đã được liệt kê trong bản tin Hello của nút hàng xóm trực tiếp của nó
Mỗi nút lựa chọn MPR trên cơ sở hàng xóm hai bước, do vậy mỗi hàng xóm hai bước phải nhận được bản tin MPR
c Thông báo điều khiến truyền (TC) được gửi định kỳ bởi mỗi nút trong mạng để khai báo bộ chọn MPR của nó, tức là thông báo chứa danh sách những người hàng xóm đã chọn nút người gửi làm tiếp điểm nhiều điểm Số thứ tự liên quan đến bộ chọn MPR này cũng được đính kèm vào danh sách Mỗi nút của mạng duy trì một bảng topo, trong đó nó ghi lại thông tin về cấu trúc liên kết của mạng thu được từ các tin nhắn TC
d Tính toán tuyến: Thông qua việc trao đổi định kỳ các bản tin, các nút sẽ biết
được thông tin trạng thái liên kết và cấu hình giao diện của các nút, vì thế có thể tính
toán bảng định tuyến của mỗi nút
Hình 2 4 Chuyển tiếp gói tin sir dung MPR
Các cuộc khảo sát về việc sử dụng giao thức định tuyến MANET cho rằng OLSR có độ trễ thấp hơn, tốt hơn cho tính đi động cao, cung cấp các tuyến tối ưu (về
Trang 37số bước nhảy) và khả năng mở rộng tốt So với các loại giao thức định tuyến khác, OLSR hoạt động tốt nhất trong các mạng dày đặc lớn và một trong những giao thức ứng cử viên tốt cho cải thiện QoS
Ví dụ: Xét mạng gồm 7 nút Sau khi các nút gửi gói tin Hello xác định láng giéng và trạng thái liên kết như sau R_dest R_next R_dist R if id Dia chi dich Nut tiép theo Số buécnhay | Giao diện cục bộ G) G}——@}——() - Các nút chọn trong các láng giềng một bước của mình các MPR: + Tập MPR của các nút: MPR(1) = {4} MPR(2) = {3} MPR(3) = {4} MPR(4) = {3, 6} MPR(5) = £3, 4, 6} MPR(6) = {4} MPR(7) = { 6} + Tập MS (tập hợp các nút chon nut lam MPR) cua cac nut: MS@) = {2, 4, 5} MS(4) = {1, 3, 5, 6} MS(6) = {4, 5, 7}
- Nút 4 tạo gói tin TC va quảng bá đến các nút trong tập MS(4) = {2, 3, 6}
- Nút 3 chuyên tiếp gói tin từ nút 4 đến các nút trong tập MS) = {1, 4, 5, 6} - Nút 5 chuyên tiếp gói tin từ nút 3 đến các nút trong tập MS(6) = {7}
Trang 38GY) G) TC(4) = <2, 3, 6>
- Nút 4 tạo gói tin TC và quảng bá đến các nút trong tap MS(4)
- Nút 3 và 6 chuyển tiếp gói tin TC từ nút 4 đến các nút trong tập MSG), MS(6) GE) G) TC(3) =<1, 4, 5, 6>
- Nút 6 tạo gói tin TC và quảng bá đến các nút trong tap MS(6)
- Nút 4 chuyên tiếp gói tin TC từ nút 6 đến các nút trong tap MS(4), MS(6) TC(S) =<3, 6, 7> G) OW) ©)
- Sau khi nút 3, nút 4, nút 6 tạo và gửi gói tin TC, tất cả các nút có được thông tin
trạng thái liên kết để định tuyến đến tất cả các nút trên mạng
- Với thông tin nhận được từ gói tin TC, các nút xây đựng bảng định tuyến
Trang 39TC()=<1, 4, 5, 6> TC(5)=<3, 6, 7> 1 3 5 TC(4)=<2, 3, 6> Dich Nut ké Chi phi 1 3 2 2 2 1 3 3 1 5 3(6) 2 6 6 1 7 3(6) 3
2.1.2 Cấu trúc và luồng dữ liệu
Cấu trúc cia OLSR truyền dữ liệu đầu vào là các quan hệ xử lý tin nhắn, tạo
thông điệp và các thành phần tính toán tuyến đường trong quá trình định tuyến Giao
thứ OLSR sử đụng ba loại thông điệp: Tin nhắn HELLO, điều khiển tô pô (TC) và tuyên bố đa giao diện (MID) Một tin nhắn HELLO được gửi định kỳ tới tất cả các nút
lân cận Nó chứa thông tin về các nút lân cận, các nút mà nó đã chọn làm MPR, và một
danh sách những người hàng xóm mà các liên kết hai chiều chưa được xác nhận Mỗi
nút định kỳ phát tràn bản tin, sử dụng cơ chế dựa trên đa điểm, mạng có thông điệp
TC Thông báo này chứa bộ chọn MPR của nút Thông báo MID được sử dụng để thông báo rằng một nút đang chạy OLSR trên nhiều giao diện Thông điệp MID bị tràn ngập trong toàn bộ mạng bởi các MPR
Trang 40Local Node OUTPUT TT TẢ eee 0Ô Ô Ô 2 Hop Neighbor Set Ỷ Multipoint Relay Set Forwarding OLSR Message |! Multipoint Relay Selector Set Topology Information Base Route Calculation Duplicate Set Multiple Interface Association Set eae eeeeneseaeesseeeneeeeenseneeessnenansnsemenenses?
Hình 2 5 Cấu trúc giao thức OLSR
2.1.2.1 Ban tin Hello
Để cung cấp các thông tin cần thiết cho cảm biến liên kết và (một và hai bước nhảy) phát hiện vùng lân cận, một nút định kỳ phát ra các tin nhắn HELLO Thông qua việc trao đổi các thông điệp này, tập hợp liên kết và thông tin trong nút lân cận được xây dựng Các thông điệp này được tạo ra và phát ra độc lập cho mỗi giao diện tham gia vào mạng Đối với mỗi sự kết hợp kiểu hàng xóm và liên kết khác nhau (mã liên
kết) một danh sách các địa chỉ có giao diện thuộc về liên kết nàymã được quảng cáo Thông báo HELLO có phạm vi cục bộ và được trao đổi định kỳ giữa các nút lân cận,
về cơ bản theo dõi trạng thái liên kết giữa các nút lân cận