Trong chương này, Chúng tôi nguyên cứu giao thức định tuyến AODV Ad-hoc ondemand distance vector routing, van dé chon kénh của giao thức AODV trong mạng MANET đa kênh, giao thức định tuy
Trang 1BO GIAO DUC VA DAO TAO
DAI HOC HUE
TRUONG DAI HOC KHOA HOC
NGUYEN NGOC AN
SO SANH GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV VA DSR TRONG MANG MANET
DA KENH
CHUYEN NGANH: KHOA HOC MAY TINH MA SO: 8 48 01 01
LUAN VAN THAC SI KHOA HOC DINH HUONG NGHIEN CUU
Trang 2théng mang Trong mang MANET da kénh, van dé dinh tuyến càng quan trọng hơn
vì ngoài việc tìm đường, thuật toán định tuyến còn phải xem xét đến việc chọn
kênh phù hợp để nâng cao hiệu năng mạng Định tuyến điều khiến theo bảng ghi là một trong những phương thức định tuyến cơ bản trong hệ thống mạng không dây,
đặc biệt là hệ thống mạng MANET Vì vậy, mục đích của dé tai: “So sanh giao
thức định tuyến AODV và DSR trong mạng MANET đa kênh'' nhằm đánh giá hiệu năng hai giao thức định tuyến AODV và DSR trên mạng MANET đa kênh
Nội dung luận văn gồm 3 chương:
Chương 1 TÔNG QUAN VỀ MẠNG MANET Trong chương này, Chúng
tôi nguyên cứu tổng quan về mạng MANET, nguyên lý hoạt động mang MANET
đa kênh, Giao thức định tuyến và vấn đề đa kênh, Ứng dụng mạng MANET
Chuong 2 VAN DE GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG
MANET ĐA KÊNH Trong chương này, Chúng tôi nguyên cứu giao thức
định tuyến AODV (Ad-hoc ondemand distance vector routing), van dé chon kénh
của giao thức AODV trong mạng MANET đa kênh, giao thức định tuyến DSR (Dynamic Soure Routing), vấn để chọn kênh của giao thức AODV trong mạng MANET đa kênh
Chương 3 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG
Sau khi nguyên cứu các giao thức định tuyến AODV và DSR trong mạng MANET đa kênh ở chương 2, chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp mô phỏng bằng phần mềm OMNeT++ cho môi trường mạng MANET đề mô phòng, đánh giá hiệu năng 2 giao thức AODV và DSR để tìm ra kết quả tốt nhất
Cuối cùng là kết luận và đề xuất một số hướng nghiên cứu tiếp tục trong tương lai Trong quá trình nghiên cứu, đo còn nhiều hạn chế về khả năng và thời gian thực hiện nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự chỉ bảo của quý Thầy, Cô giáo, các nhận xét và góp ý của bạn bè, đồng
Trang 3LOI CAM ON
xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy PGS.TS Võ Thanh Tú đã tận
tình hướng đân và đưa ra những góp ý rất quý báu cho luận văn Những nên tảng kiến thức vững vàng cùng với sự quan tâm giúp đỡ, sự chỉ bảo và tận tỉnh hướng dan cia Thay đã giúp tơi hồn thành luận văn này
Trân trọng cảm ơn quý Thấy, Cô trong khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Khoa học - Đại Học Huế cùng quý Thầy, Cô tham gia giảng dạy lớp cao học
Khoa học máy tính 2018-2020 tại Phú Yên, cảm ơn vì kiến thức mà quý Thây, Cô
đã truyền đạt cho lớp chúng em trong suốt quá trình học tập
Xin được cảm ơn trường Đại học Khoa học — Đại Học Huế và trường Đại học Phú Yên đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi được tham gia và hồn thành khóa học
Ci cùng, tôi xin gửi lời cám ơn đên cơ quan và gia đình, chính vì có sự hỗ trợ từ phía cơ quan và gia đình mà tôi yên tâm học tập tốt và hoàn thành khoá học
Xin chan thành cảm ơn!
Trang 4định tuyến), kỹ thuật này dùng để nhận ra các đường đi nào không còn giá trị trong quá trình cập nhật bảng định tuyến để loại bỏ ra khỏi bảng định tuyến Mỗi nút sẽ có một bộ tăng số Sequence Number riêng cho nút [1,2]
Tương tự như cơ chế hoạt động của DSR, quá trình định tuyến của AODV
cũng bao gồm 2 cơ chế chính: Cơ chế khám phá tuyến (Route Discovery) và bảo trì
tuyến (Route Maintanance)
2.2.1 Cơ chế khám phá tuyến
Cơ chế khám phá tuyến sẽ được thiết lập khi một nút nguồn có nhu cầu truyền thông tin tới một nút khác trong hệ thống mạng
'Bãt đầu tiễn trình kham pha
tuyên tại nút nguän Thịt RREQ lên các nút lần cin Trước ñã nủt đã nhận RREGQ? <Sousce, Broadcast_id>
Thém <Source, Raquest_ID> waa Route cache oe nut
Nut dangxét 13 mt dich?
(Ga đường trang Rante cache?
Hoặc
Cũ đường nhưng DŠN củaR.auta
cache nhd hon DSN củaRREQ Két thúc tiên trình xử lý gủi KEO ññ nhấn Bunz Phin hoi RREP về nzudn
Thiết lập duong din newge vénitphit RREQ
Trang 52.2.4 Vấn đề chọn kênh của giao thức AODV trong mạng MANET đa kênh
bon Ngoc can na 34
2.3.2 Cơ chế khám phá tuyến (Route DiscoVery) -s sccccccecsserseeseersee 35
2.3.3 Cơ chế bảo trì tuyến (Route Maintanance) -s-ss©ssecssersszxsersee 40 2.3.4 Ưu nhược điểm của giao thức DSIR - ng ng rree 41
2.3.5 Vấn đề chọn kênh của giao thức DSR trong mạng MANET đa kênh 42 2A TIKG, KET CHU ONG 2 wssescsccessvscovesaaniscicnasinvsenearsnsemrannaaveertnesansarencneeses 47 Chương 3 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG -©-s<©7ssccssee 48 3.1 OMNeT ++ LÀ GÌ? se HH HH 011108111071101111111111A.anrrkee 48 3.2 CÁC THÀNH PHẢN CHÍNH CỦA OMNKET ++ ccsc5ccccevrveerrresrrrs 48 km c0 c — 49 3.4 MƠ HÌNH TRONG OMNeT ++ -52S< 2222221111111 49 3.5 THIET KE KICH BAN MO PHONG GIAO THUC AODV VA DSR TRONG MANG MANET 0 n0 .) 49 3.5.1 Phan tích mô phỏng 3.5.2 Trường hợp so sánh giao thức AODV và DSR với số kênh là 1
Trang 6Bang 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
Ví dụ về bảng thông tin PREQ 552222 22122212221222222222 e6 31
Thông tin lưu trữ trong Route cache tại thời điểm 1 - 37
Thông tin lưu trữ trongRoute cache tại thời điểm 2 - 38
Thông tin lưu trữ trong Route cache tại thời điểm 3 - 39
Thông tin lưu trữ trong Route cache tại thời điểm 4 - 39 Thông số chung 2: 22 2222212221121112111211121112111211211221222 xe 50 Thông số nhận và tranh chấp giao thức AODV và giao thức DSR `) 51 Thông số nhận và tranh chấp giao thức AODV số kênh 5 và giao thức DSR với số kênh 5 00 112g 58 Thông số nhận và tranh chấp giao thức AODV với số kênh 5 và giao thức M0 80.) 55
Thông số nhận và tranh chấp giao thức AODV với số kênh 1 và giao thức
Trang 7DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1 Hình minh họa mạng MANET - c2: 2S SE hnhHyrerrree 4
Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động mạng MANET St sehhkererreree 6
Hình 1.3 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad-Hoe 8
Hinh 1.4 Phân loại giao thức định tuyến trong mạng MANET - 10
Hình 1.5 Quá trình tìm đường trong AOlDV c chen Here 12 Hình 1.6 Nút A là nút nguồn, nút E là nút đích 222222 22222212221222122222 e6 15 Hình 1.7 Nút C không thê chuyên tiếp gói tin từ nút A đến nút E do liên kết giữa C Wa: DD" Di On 8 teers: cee eren cence cnc meen ures cere re nee emcemere cen erence erence 16 Hình 2.1 Chế độ IEEE Ad-Hoc -222 222221 222122211122111221122112111221211 e6 19 Hình 2.2 Cơ chế xử lý khám phá tuyến tại nút AODV 522 22222222226 22 Hình 2.3 Quá trình chuyên gói RREP -22222 222 22212221211222.22222 xe 24 Hình 2.4 Quá trình trả lời gói RREP -. 22-22222222 221122112211221 22122 cee 25 Hình 2.5 Vấn đề cấu trúc của AODV khi sử dụng ST-PREQ . - 30
Hình 2.6 Định đạng tuyến đường trong giao thức AODV .22c 222cc 34 Hình 2.7 Sơ đồ quá trình khám phá tuyến tại node của DSR [1] - 36
Hình 2.8 Mô hình mạng MANET gồm 12 nút ©22222222212221222122122122 e6 37 Hình 2.9 Nut S phat goi tin RREQ đến các nút lân cận A,E„E c.cc se 37 Hình 2.10 Nút A, F phát gói tin RREQ đến các nút F, B, A, K, G 38
Hình 2.11 Nut B, K, G phát gói tin RREQ đến các nút C, G, H, K 38
Hình 2.12 Nút H, C phát gói tin RREQ đến các nút láng giềng I, D, 1 39
Hình 2.13 Nút D phát gói tin RREP về nút S theo tuyến đường đã khám phá 40
Hình 2.14 Minh họa cơ chế bảo trì tuyến []] -55222222222221222222.222 e6 Al Hình 2.15 Quá trình khám phá tuyến đường cee ese cece cesses ees ceteteteeeeeeees 44 Hình 2.16 Truyền dữ liệu trong MMR 2252222 2212221221222212222 e6 46 Hình 3.1 Giao diện mô phỏng với số nút 10 - 2 2222222212221221222122 22.6 51 Hinh 3.2 Biéu dé nút nhận và nút tranh chấp AODV và DSR với số kênh l 51
Hình 3.3 Giao diện mô phỏng với số nut 50 sé kénh AODV 5 ooo 52 Hình 3.4 Biểu đồ nút nhận và số nút tranh chấp AODV và DSR với số kênh 5 .53
Trang 8Hình 3.5 Giao diện mô phỏng với số nút 60 số kênh DSR kênh 1 54
Hình 3.6 Biểu đồ nút nhận và nút tranh chấp giao thức AODV với số kênh 5 và
giao thức DSR với số kênh Ì - 22 2222251221121112111211221211 2e 55 Hình 3.7 Giao diện mô phỏng với số nút 50 số kênh AODV kênh L 56
Hình 3.8 Biểu đồ nút nhận và số nút tranh chấp giao thức AODV số kênh l và giao
thức D§SR với số kênh 5 22222 2222223122112211221122212211 c2 e2 57
Trang 9DANH MUC CAC CHU VIET TAT
AODV i Ad-Hoc On-Demand DRS : Dynamic Source Routing LAN i Local Area Network LAR : Location Aided Routing MAC : Media Access Control MANET ; Mobile Ad-Hoc Network MDC : Multiple Description Coded
MIMC : Multi-interface multichannel MMR i Multi-path Multi-channel Routing Prnet : Packet Radio Network
NAM i Network Animator NS : Network Simulation
OMNeT : Objective Modular Network Testbed in C++ Prnet ị Packet Radio Network
RERR : Route Error
RREP i Route Reply
RREQ : Route Request
SMR : Split multi-path routing ST-PREQ : Single-target Route Request SURAN : Survivable Radio Network
TTL : Time-To-Live
WMNS ! Wireless mesh networks
Trang 10MO DAU
Ngày nay, với sự phát triển của ngành công nghệ thông tin thì việc phát triển các công nghệ là rất đa dạng Ngành công nghệ thông tin đã mang lại những bước đột phá bởi sự phát triển của nó không chỉ mang lại giá trị to lớn mà kéo theo hàng
loạt sự bùng nỗ của các ngành khoa học khác Nhu cầu kết nối các thiết bị, truyền
dẫn đữ liệu và các dịch vụ dữ liệu ngày càng tăng cao Có internet con người như
gần nhau hơn, văn hóa từ đó cũng được cải thiện hơn, có thể chia sẻ, tìm kiếm
thông tin nhanh và chính xác
Việc nghiên cứu kết hợp giao thức truyền tin với giao thức định tuyến trên mạng MANET góp phần giải quyết bài toán thực tiễn hiện nay và trong tương lai, khi mà số lượng người sử dụng ngày càng tăng trên phạm vi rộng, cùng với nhu cầu dịch vụ mới đã góp phần thúc đây phát triển ứng dụng công nghệ thông tin trong những môi trường mà mạng có dây hoạt động còn hạn chế
Trong thời đại của internet vạt vật [oT (Internet of Things), mạng tùy biết di
động MANET (Mobile Adhoc Netwok) đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Vì vậy, nhu cầu tăng băng thông trên mạng MANET là hết sức cần thiết Để đáp ứng nhu cầu tăng băng thông trên mạng MANET, công nghệ
mang MANET da kénh (Multi-channels MANET) đã ra đời [3, 4, 5, 6,7,8,9] Với
công nghệ này, các kết nối không đây giữa các nút sử dụng nhiều kênh để truyền dữ liệu thay vì chỉ sử dụng một kênh như mạng MANET truyền thống Điều này cho phép tăng dung lượng trên mỗi kết nối giữa các nút mạng
Trang 11théng mang Trong mang MANET da kénh, van dé dinh tuyến càng quan trọng hơn
vì ngoài việc tìm đường, thuật toán định tuyến còn phải xem xét đến việc chọn
kênh phù hợp để nâng cao hiệu năng mạng Định tuyến điều khiến theo bảng ghi là một trong những phương thức định tuyến cơ bản trong hệ thống mạng không dây,
đặc biệt là hệ thống mạng MANET Vì vậy, mục đích của dé tai: “So sanh giao
thức định tuyến AODV và DSR trong mạng MANET đa kênh'' nhằm đánh giá hiệu năng hai giao thức định tuyến AODV và DSR trên mạng MANET đa kênh
Nội dung luận văn gồm 3 chương:
Chương 1 TÔNG QUAN VỀ MẠNG MANET Trong chương này, Chúng
tôi nguyên cứu tổng quan về mạng MANET, nguyên lý hoạt động mang MANET
đa kênh, Giao thức định tuyến và vấn đề đa kênh, Ứng dụng mạng MANET
Chuong 2 VAN DE GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG
MANET ĐA KÊNH Trong chương này, Chúng tôi nguyên cứu giao thức
định tuyến AODV (Ad-hoc ondemand distance vector routing), van dé chon kénh
của giao thức AODV trong mạng MANET đa kênh, giao thức định tuyến DSR (Dynamic Soure Routing), vấn để chọn kênh của giao thức AODV trong mạng MANET đa kênh
Chương 3 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG
Sau khi nguyên cứu các giao thức định tuyến AODV và DSR trong mạng MANET đa kênh ở chương 2, chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp mô phỏng bằng phần mềm OMNeT++ cho môi trường mạng MANET đề mô phòng, đánh giá hiệu năng 2 giao thức AODV và DSR để tìm ra kết quả tốt nhất
Cuối cùng là kết luận và đề xuất một số hướng nghiên cứu tiếp tục trong tương lai Trong quá trình nghiên cứu, đo còn nhiều hạn chế về khả năng và thời gian thực hiện nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự chỉ bảo của quý Thầy, Cô giáo, các nhận xét và góp ý của bạn bè, đồng
Trang 12PHAN NOI DUNG
Chwong 1 TONG QUAN VE MANG MANET
Với sự phát triển nhanh của khoa học, công nghệ, viễn thông và công nghệ thông tin, ngày nay các thiết bị di động công nghệ cao như máy tính xách tay, máy tính bảng, điện thoại di động thông minh không còn xa lạ và ngày cảng được sử dụng rộng rãi trong những năm gần đây Do nhu cầu phát triển truyền thông một cách dễ dàng và tự phát giữa các thiết bị này, dẫn đến sự phát triển của các mạng di động không đây Trong các mạng không dây hiện nay có mạng MANET, là một kiểu mạng
không dây hoạt động rất linh hoạt Mang MANET tap hop hai hay nhiễu thiết bị được
trang bị khả năng nối mạng và truyền thông không dây Các thiết bị này có thể giao tiếp với tất cả thiết bị mạng khác ngay lập tức trong môi trường vô tuyến, người sử dụng có thể duy trì các kết nối mạng trong phạm vi phủ sóng tại các điểm tham gia
mạng Các thiết bị hỗ trợ cho mạng MANET khá đa dạng và được sử dụng phô biến
như laptop, máy tính bảng, Ipad, điện thoại di động thông minh Internet 1.1 MƠ HÌNH MẠNG MANET
Các thiết bị di động như: máy tính xách tay, máy tính bảng, điện thoại di động
có đặc trưng là công suất CPU lớn, bộ nhớ dung lượng lớn hàng trăm Gigabyte, có khả năng về âm thanh đa phương tiện và màn hình màu đã trở nên phổ biến trong công việc và đời sống hàng ngày Đông thời, việc kết nỗi mạng đề sử dụng cho thiết bị di động gia tăng đáng kể, bao gồm việc hỗ trợ cho các sản phẩm mạng vô tuyến hoặc hồng ngoại ngày càng nhiều, với các kiêu thiết bị điện toán di động này thì việc chia sẻ thông tin giữa những người sử dụng ngày càng được nâng cao
Với nhiều 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 di động không dây có thể được chia thành hai kiểu mạng: mạng có hạ tầng và mạng không phụ thuộc hạ tầng Trong mạng có hạ tầng, việc truyền thông giữa các phần tử
mạng phụ thuộc vào sự hỗ trợ của cơ sở hạ tầng mạng, các thiết bị di động đầu cuối
truyền thông không dây với nhau thông qua các điểm truy nhập (các trạm cơ sở) đề
Trang 13là mạng tùy biến di động không dây MANET (Mobile adhoc network) day 1a mét
hệ thống tự trị, các nút di động được liên kết không dây với nhau; mỗi nút hoạt
động như là một hệ thống đầu cuối và cũng là một bộ định tuyến để chuyển tiếp các gói tin Các nút này được thiết đặt tại bất kỳ nơi nào, thời điểm nào và chúng đi chuyển tự do
Mạng tùy biến di động không dây MANET (Mobile Adhoe Netwowk) là mạng tự cấu hình do các nút di động kết nối với nhau thông qua các liên kết không
dây tạo nên và tự tổ chức thành một mạng độc lập không phụ thuộc vào cơ sở hạ
tầng mạng Các nút trong mạng có thể di chuyên một cách tự do theo mọi hướng và thường xuyên thay đổi vị trí, do đó liên kết của nó tới các nút khác cũng thay đổi một cách thường xuyên và không thê lường trước được [1,2]
: Mobile Pak ais meses
Hinh 1.1 Hinh minh hoa mang MANET
1.2 LICH SU PHAT TRIEN CUA MANG MANET
Năm 1971, tai Dai hoc Hawaii cac công nghệ mạng và truyền thông vô tuyến đã được kết hợp lần đầu tiên trong dự án Alohanet Mục tiêu của mạng này là kết nối các cơ sở giáo dục ở Hawali Mặc dù các trạm làm việc là cố định
nhưng giao thức ALOHA thực hiện việc quản lý truy cập kênh truyền đưới dạng phân tán, do đó cung cấp cơ sở cho sự phát triển về sau của các lược đồ truy cập kênh phân tán cho phép hoạt động của mang Ad Hoc
Mang MANET c6 khoi nguén tir mang PRNet (Packet Radio Network) và dự án SURAN (Survivable Radio Network) cia t6 chire DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) thuédc chinh phi My
Trang 14truyền thông cho các nút ở xa nằm ngồi dải truyền thơng của một nút khác PRnef cung cấp cơ chế để quản lý hoạt động trên cơ sở tập trung cũng như phân tán PRuet cũng là mạng đầu tiên sử dụng trạm điều khiến tập trung, sử dụng những công nghệ sau này là tiền đề để cấu thành một mạng MANET:
- Phát triển kiến trúc phân tán
- Là mạng sử dụng sóng vô tuyến quảng bá - Tối thiểu hóa quản lý tập trung
- Sử dụng định tuyến nhớ và chuyển tiếp đa chặng (sử dụng Aloha /CSMA, phô trải rộng trong thập kỷ 80 của thế ky 20)
1.3 SO DO MANG MANET
Mang tuy bién di động (Mobile AdHoc Networks-MANET) là một loại
mạng không đây trong đó các nút mạng có thê di chuyển tự do và không lệ thuộc vào bất kỳ nút mạng hay thiết bị mạng nào Môi trường mạng này có thể thiết lập dễ dàng ở bất kỳ nơi nào và không tốn nhiều chi phi
Trong môi trường mạng không dây Ad-Hoc, hai nút mạng có thể liên lạc trực tiếp với nhau nếu như chúng nằm trong vùng phủ sóng của nhau
Nếu hai nút mạng xa nhau muốn trao đổi dữ liệu với nhau thì chúng cần sự
hỗ trợ của các nút mạng lân cận để chuyền tiếp thông tin
Mạng không dây di động Ad-Hoc không phụ thuộc vào bất kỳ một cấu trúc mạng nảo sẵn có cũng như sự quản lý tập trung tại bất kỳ một nút mạng nào Các nút mạng có vai trò ngang nhau và hoạt động độc lập nhau Các nút mạng phải tự
thiết lập các thông tin cần thiết cho chính mình (địa chỉ mạng, thông tin định
tuyến, ) khi gia nhập vào mạng cũng như tự điều chỉnh thông tin khi mạng thay đổi Do đó, giao thức định tuyến trong môi trường mạng này phải hỗ trợ cơ chế tự thiết lập, cập nhật và quản lý các thông tin cần thiết cho các nút mạng
So với các mạng không dây khác MANET là một tập của các nút không dây có thê tự thiết lập cấu hình động để trao đổi thông tin mà không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng cố định hay chịu sự quản lý tập trung nào, các kết nối truyền thông trong MANET được thiết lập qua các liên kết không dây, các nút tự do di chuyên
Trang 15tùy biến nên MANET có thể 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, các ứng dụng tính toán nhúng và
phân tán, các dịch vụ theo khu vực và mạng cảm biến
Bên cạnh các ưu điểm, MANET phải đối mặt với một loạt các thách thức do chính cấu trúc mạng tạo ra ví dụ như: tính tự trị của các nút, điều hành phân tán, định tuyến đa đường, cấu hình mạng động, công suất tiêu thụ và sự không ổn định
của môi trường, liên kết không đây, v v Dé vượt qua các thách thức và hoàn thiện các giải pháp cho mạng MANET, rất nhiều nhà nghiên cứu đã dé xuất các phương
pháp mới nhằm cải thiện các vấn để còn tổn tại của MANET trên một loạt các khía
cạnh, ví dụ 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, vấn để cải thiện kỹ
thuật định tuyến luôn được đặt ra hàng đầu, do kỹ thuật định tuyến luôn được coi là
yếu tố then chốt ảnh hưởng tới hiệu năng mạng truyền thông nói chung và mạng MANET nói riêng Thêm vào đó, đo tính phức tạp và đặc tính truyền thông đa đường trong môi trường truyền dẫn không dây nên hàng loạt các vấn để phức tạp liên quan tới kỹ thuật định tuyến vẫn chưa được giải quyết triệt để và đang được
tiếp tục cải thiện
Trong mạng MANET mỗi nút di động đều có những đặc điểm về nguồn năng lượng bộ phận thu phát sóng khác nhau Chúng có thể di chuyển với tốc độ khác nhau về mọi hướng [Hình1.2]
Trang 16
1.4 PHAN LOAI CAC GIAO THUC DINH TUYEN TRONG MANG MANET
Mang MANET (Mobile Ad hoc Network) là mạng không dây đặc biệt gồm tập hợp các thiết bị đi động, giao tiếp không dây, có khả năng truyền thông trực tiếp với nhau hoặc thông qua các nút trung gian làm nhiệm vụ chuyền tiếp Các nút mạng vừa đóng vai trò như thiết bị truyền thông vừa đóng vai trò như thiết bị định tuyến Với nguyên tắc hoạt động như vậy, nó không bị phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng
mạng cố định nên có tính linh động cao, đơn giản trong việc lắp dat, chi phi trién
khai thực hiện và bảo trì thấp
Như vậy, khi sử dụng các giao thức định tuyến thông thường đựa trên các
giải thuật Distance-Vector hoặc Link-State trong mạng Ad Hoc sẽ dẫn đến một số
van dé phát sinh
- Tiêu tốn băng thông mạng và năng lượng nguồn nuôi cho các cập nhật định kỳ: Hầu hết các thiết bi di động trong mạng Ad Hoc sẽ hoạt động dựa trên nguỗn pin, việc truyền hoặc nhận gói tin sẽ tiêu tốn đáng kê đến nguồn năng lượng này Ở các mạng thông thường, việc kết nối các bộ định tuyến nhìn chung là không thay đổi về vị trí, chính vì thế ít xảy ra việc thay đổi cầu hình tôpô mạng nên việc
hội tụ mạng là ít xảy ra.Tuy nhiên, trong mạng Ad Hoc, 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 Để thực hiện được việc này, các giao thức định tuyến phải liên tục gửi cập nhật định tuyến, dẫn đến việc tiêu tốn khá
nhiều băng thông và năng lượng
- Các đường đi dư thừa được tích lũy một cách không cần thiết: Trong môi trường mang Ad Hoe, cé rat 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 (thiết bị di động), dẫn đến việc dư thừa đường đi trong bảng định tuyến
Trang 17
Hình 1.3 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad-Hoc
Giao thức định tuyến theo bảng ghi (Table-Driven Routing Protocol): Giao thức định tuyến theo bảng ghi còn được gọi là giao thức chủ ứng (Proactive) Theo giao thức này, 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 dinh tuyén duoc phat broadcast trên mạng theo một khoảng thời gian quy định để giúp cho bảng định tuyến luôn cập nhật những thông tin mới nhất Chính vì vậy, một nút nguồn có thê lấy thông tin định tuyến ngay lập tức khi cần thiết
Trang 18thức định tuyến theo bảng ghi chỉ áp dụng trong các mô hình mạng MANET mà các nút ít di chuyên
Các giao thức hoạt động theo kiểu giao thức định tuyến theo bảng ghi như: Giao thức DSDV (Destination Sequenced Distance Vector), Giao thức WRP (Wireless Routing Protocol), Giao thức GSR (Global State Routing)
Giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu (On-Demand Routing
Protocol):
Một phương pháp khác với phương pháp định tuyến điều khiển theo bảng ghi đó là định tuyến điều khiển theo yêu cầu còn được gọi là giao thức phản ứng (Reactive) Theo phương pháp này, các con đường đi sẽ được †ạo 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 (Route Discovery) Quá trình này chỉ hoàn tất khi đã tìm ra một tuyến sẵn sàng hoặc tất cả các tuyến khả thi đều đã được kiểm tra
Khi một tuyến đã được khám phá và thiết lập, nó được duy trì thông số định tuyến (route maintenance) bởi một số dạng thủ tục cho đến khi hoặc là tuyến đó
không thể truy nhập được từ nút nguồn hoặc là không cần thiết đến nó nữa
Với các cơ chế đó, các giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu không phát broadcast đến các nút lân cân về các thay đổi của bảng định tuyến theo thời gian, nên tiết kiệm được tài nguyên mạng Vì vậy, loại giao thức này có thể sử dụng trong các mạng MANET phức tạp, các node di chuyên nhiều
Một số giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu tiêu biểu như: Giao thứ CBRP (Cluster Based Routing Protocol), Giao thức AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector), Giao thức DSR (Dynamic Source Routing), Giao thức TORA (Temporally Ordered Routing Algorihm)
Giao thu dinh tuyén két hop (Hybrid Routing Protocol):
Trong giao thức định tuyến này có kết hợp cả hai co chế giao thức định tuyến chi tng (Proactive) và giao thức định tuyến phản ứng (Reactive) Giao thức này phù hợp với những mạng quy mô, kích thước lớn, mật độ các nút mạng dày đặc
Trang 19ving lang giéng Déu dé cé nghia la giao thite Hybrid str dung giao thire định tuyến phan tng (Reactive) gitta cac zone và giao thức định tuyén chu tng (Proactive) cho các nođe mạng trong cùng zone Do đó, đường đi đến nỗi node trong cùng một zone được lập mà không cần phải định tuyến ra ngoài zone, trong khi đó các tiến trình khám phá đường và duy trì đường thì được sử dụng để tìm kiếm và duy trì đường đi giữa các Zone với nhau
Các giao thức định tuyến tiêu biêu sử dụng kiểu Hybrid: Giao thức Z.PR (Zone Routing Protocol), Giao thức ZHLS (Zone-based Hierarchical Link State Routing Protocol)
1.5 CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET
Với các kỹ thuật định tuyến được trình bày, có thể có nhiều cách phân loại
các giao thức định tuyến mạng MANET như dựa trên cấu trúc (phẳng hay phân cấp), thông tin trạng thái (toàn cục, phi tập trung hay phân tán), sự lập lịch tính toán đường (chủ ứng hay phản ứng) [1,2]
GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN MANET
Giao thức chủ Giao thức lai
dong (proactive (Hybrid protoclos) protoclos) Giao thức phản ứng (Reactive protoclos AODV DSR ABR DSDV WRP CGSR TORA ZRP HECTOR Hình 1.4 Phân loại giao thức định tuyến trong mạng MANET 1.5.1 Giao thức định tuyến DSDV
Giao thức DSDV là giao thức định tuyến dựa trên véc tơ khoảng cách theo chặng Mỗi nút trong mạng duy trì một bảng định tuyến có chứa chặng tiếp theo và
Trang 20số chặng tới mỗi đích trong mạng Để giữ cho các bảng định tuyến được cập nhật, DSDV yêu cầu mỗi nút phát quảng bá định kỳ các cập nhật định tuyến tới các hàng xóm và phát ngay các cập nhật khi có các thay đổi quan trọng xảy ra trong mạng
Để tránh lặp định tuyến, DSDV sử dụng số thứ tự gắn với mỗi đường Số thứ
tự cho thấy độ mới của đường Đường có số thứ tự cao hơn được xem là tốt hơn
Tuy nhiên, hai đường có cùng số thứ tự nhưng đường nào có độ đo tốt hơn thì sẽ tốt hơn Số thứ tự này được khởi tạo ban đầu bởi nút đích Mỗi nút trong mạng quảng
cáo bằng việc tăng đều đặn số thứ tự chẵn của mình Số thứ tự được tăng lên một
khi một nút phát hiện đường tới đích có liên kết hỏng khi không nhận được các cập nhật định kỳ Trong lần quảng cáo đường sau, nút phát hiện liên kết hỏng sẽ quảng cáo đường tới đích có số chặng vô hạn và tăng thứ tự đường
Ngoài ra, để tránh sự bùng nỗ các cập nhật định tuyến tại các thời điểm cấu
hình mạng thay đổi nhanh, DSDV cũng áp dụng cơ chế hãm các cập nhật tức thời khi có các thay đổi xảy ra trong mạng Bằng việc ghi nhận các quảng thời gian xảy ra những thay đổi về đường, DSDV làm trễ các cập nhật tức thời theo thời gian đó
Nhằm làm giảm hơn nữa lượng thông tin trong các gói tin cập nhật, DSDV sử dụng hai loại thông điệp cập nhật là: cập nhật đầy đủ (full dump) va c4p nhat bé sung (incremental dump) Cap nhat day da mang tat ca thông tin định tuyến có trong nút và cập nhật bỗ sung chỉ mang các thông tin về những thay đổi từ lần cập nhật đầy đủ gần nhất Để làm được điều này, DSDV lưu trữ hai bảng khác nhau, một đùng đề chuyên tiếp các gói tin, một để phát các gói tin cập nhật bổ sung Cập nhật đầy đủ được truyền tương đối ít thường xuyên khi ít có sự di chuyển của các nút mạng Khi có các thay đổi trong mạng nút thông thường chỉ phát cập nhật bồ sung
1.5.2 Giao thức định tuyến AODV
Giao thức AODV là giao thức dựa trên thuật toán vector khoảng cách Giao thức AODV tối thiểu hoá số bản tin quảng bá cần thiết bằng cách tạo ra các tuyến trên cơ sở theo yêu câu
Trang 21Nữt ngắn m— Nữt sguần
ho Nic dich ee Nat dic
Hỗ
B ” EY
oY ý ‹ ä) Yêu cấu tuyển (E) Đắp Ứng tryển
Hình 1.5 Quá trình tìm đường trong AODV
Quá trình tìm đường được khởi tạo bất cứ khi nào có một nút cần truyền tin
với một nút khác trong mạng mà không tìm thấy tuyến đường liên kết tới đích trong bảng định tuyến Nó phát quảng bá một gói yêu cầu tìm đường (RREQ) đến các nút lân cận Các nút lân cận này sau đó sẽ chuyên tiếp gói yêu cầu đến nút lân cận khác của chúng Quá trình cứ tiếp tục như thế cho đến khi có một nút trung
gian nào đó xác định được một tuyến “đủ tươi” để đạt đến đích hoặc gói tin tìm
đường được tìm đến đích AODV sử dụng số thứ tự dich dé dam bao rang tat cả các tuyến không bị lặp và chứa hầu hết thông tin tuyến hiện tại Mỗi nút duy trì số tuần tự của nó cùng với ID quảng bá ID quảng bá được tăng lên mỗi khi nút khởi đầu
một RREQ và cùng với địa chỉ IP của nút, xác định duy nhất một RREQ Cùng với
số tuần tự và ID quảng bá, nút nguồn bao gém trong RREQ hau hét số tuần tự hiện tại của đích mà nó có Các nút trung gian trả lời RREQ chỉ khi chúng có một tuyến
đến đích mà số tuần tự đích lớn hơn hoặc bằng số tuần tự chứa trong RREQ
Trong quá trình chuyển tiếp RREQ, các nút trung gian ghi vào bảng định
tuyến của chúng địa chỉ của các nút lân cận khi nhận được bản sao đầu tiên của gói
quảng bá, từ đó thiết lập được một đường dẫn theo thời gian Nếu các bản sao của
cùng một RREQ được nhận sau đó tại một nút, các gói tin này sẽ bị huỷ Khi
RREQ đã đạt đến đích hay một nút trung gian với tuyến “đủ tươi”, nút đích (hoặc nút trung gian) đáp ứng lại yêu cầu RREQ bằng cách phát unicast một gói tin trả lời
(RREP) ngược trở về nút lân cận mà từ đó nó nhận được RREQ Khi RREP được
định tuyến ngược theo đường dẫn, các nút trên đường dẫn đó thiết lập các thực thể
Trang 22tuyến chuyển tiếp trong Bảng định tuyến của chỉ nút mà nó nhận được RREP Các thực thể tuyến chuyển tiếp này chỉ thị tuyến chuyển tiếp Cùng với mỗi thực thê
tuyến là một bộ định thời tuyến có nhiệm vụ xoá các thực thể nếu nó không được
sử dụng trong một thời hạn xác định.Trong giao thức AODV, các tuyến được duy
trì với điều kiện như sau:
Nếu nút nguồn di chuyển, nó có thê khởi tạo lại giao thức phát hiện tuyến để tim ra tuyến mới tới đích Nếu nút đọc theo tuyến di chuyển, hàng xóm ở hướng nút nguồn sẽ thông báo về di chuyên và truyền đi thông điệp thông báo lỗi liên kết tới mỗi hàng xóm mà hướng về nút nguồn để xóa khỏi phần của tuyến, công việc này được tiếp diễn cho tới khi tới được nút nguồn Nút nguồn sau đó có thể chọn đề khởi
tạo lại việc phát hiện tuyến cho mỗi đích nếu tuyến vẫn còn được yêu cầu sử dụng
Giao thức AODV sử dụng các thông điệp HELLO được quảng bá định kỳ tới các hàng xóm Thông điệp HELLO cho biết về sự tổn tại của nút và liên kết với nút vẫn hoạt động Khi thông điệp HELLO không đến từ một hàng xóm trước đó, nút đánh dấu liên kết tới hàng xóm đó là hỏng và thông báo cho các nút bị ảnh hưởng bằng việc gửi thông báo lỗi đường Route ERRor (RERR)
Giao thức AODV không hỗ trợ bất kỳ cơ chế an ninh nào để chống lại các cuộc tấn công Điểm yếu chính của giao thức AODV là: Kẻ tấn công có thể đóng giả một nút nguồn S bằng cách phát quảng bá gói RREQ với dia chi IP như là địa chỉ của nút nguồn S
Kê tấn công có thể giả làm nút đích D bằng cách phát quảng bá gói RREP
với địa chỉ như là địa chỉ của nút đích D
Kê tấn công có thể giảm giá trị trường hop count trong RREQ va RREP dé các nút nguôn cho rằng nó có tuyến đường đi ngắn nhất tới đích
Kê tấn công có thể tăng giá trị trường sequence number trong RREQ và RREP làm các nút nguồn cho rằng nó có tuyến đường đi mới nhất đi tới đích
Kê tấn công có thé phat ra gói tin thông báo tuyến đường bị lỗi làm sai lệch thông tin bảng định tuyến trong mạng
1.5.3 Giao thức định tuyến DSR
Trang 23Giao thức DSR là một giao thức định tuyến đơn giản và hiệu quả được thiết kế riêng cho việc sử dụng trong các mạng ad hoc không đây đa chặng với các nút di
động Sử dụng DSR, mạng hoàn toàn tự tổ chức và tự cấu hình, không cần cơ sở hạ
tầng mạng sẵn có hoặc quản trị trung tâm Các nút mạng hợp tác để chuyền tiếp các gói tin cho nhau từ đó cho phép giao tiếp qua nhiều “chặng” giữa những nút không trực tiếp nằm trong phạm vi truyền dẫn không dây của nút khác Khi các nút trong mạng lưới di chuyên xung quanh hoặc gia nhập hoặc rời khỏi mạng, hoặc các điều kiện truyền dẫn không dây như các nguồn nhiễu thay đổi, thì tất cả định tuyến được tự động xác định và duy trì bởi các giao thức định tuyến DSR Vì số lượng các chặng trung gian cần để đến được đích đến bất kỳ có thể thay đổi bất cứ khi nào, nên tô-pô mạng có thê được thay đổi khá đa đạng và nhanh chóng
Giao thức DSR là giao thức phản ứng dựa trên định tuyến nguồn xuất phát từ nút nguồn, nó cho phép các nút tìm kiếm tự động một tuyến đường từ nguồn qua nhiều chặng đến đích bất kỳ trong mạng ad hoc Mỗi gói tin đữ liệu gửi đi mang trong tiêu đề của nó danh sách được xếp thứ tự đầy đủ các nút mà nó phải đi qua, cho phép định tuyến gói tin ở các nút trung gian có thể thực hiện nhanh chóng không có vòng lặp và tránh yêu cầu phải cập nhật thông tin định tuyến tại các nút trung gian mà các gói tin được chuyển tiếp Bằng cách thêm tuyến đường nguồn trong header của mỗi gói dữ liệu, các nút đang chuyên tiếp hoặc đang nghe bất kỳ gói tin nào trong các gói tin đó có thê dễ dàng lưu giữ thông tin định tuyến để sử dụng trong tương lai
Giao thức định tuyến DSR gồm có hai cơ chế làm việc cùng nhau cho phép tìm kiếm và duy trì các tuyến đường nguồn trong mạng ad hoc:
+ Khám pha tuyén (Route discovery): Là cơ chế mà theo đó một nút nguồn S có nhu cầu gửi một gói tin đến một nút đích D có được một tuyến đường từ nguồn đến nút đích D Khám phá tuyến được sử đụng chỉ khi S cố gắng gửi một gói tin đến D mà không thực sự biết một tuyến đường đến D
Khám phá tuyến hoạt động như sau: Mỗi nút duy trì một bộ nhớ được gọi là
route cache, c6 chứa các tuyến đường đi đã biết Khi tuyến đường được cần đến không có trong route cache, Khám phá tuyến được khởi tạo bằng việc phát gói tin
Trang 24yêu cầu đường Route Request Khi một nút nhận được gói tin yêu cầu đường, nút tìm trong route cache đường tới đích được yêu cầu Nếu trong route cache không tìm thấy đường, nút chuyên tiếp gói tin yêu cầu đường cho các hàng xóm sau khi bổ sung địa chỉ vào thứ tự các chặng được lưu trong gói tin yêu cầu đường Gói tin yêu cầu đường được truyền qua mạng cho tới khi đến đích hoặc nút có đường đi tới đích Nếu đường được tìm thấy, gói tin trả lời (Route Reply) có chứa thứ tự các chặng tới đích được gửi trở lại nguồn NỈ Tự tv ly ho AB A,BC| IN Tu f B C D E Id =2 ¬ Id =2| JT TAT TC Hinh 1.6 Route discovery (nut A la nut nguén, nút E là nút đích)+ Route
maintenance (Cơ chế duy trì tuyến đường)
+ Cơ chế duy trì tuyến đường (Route maintenance): Là cơ chế mà theo đó nút S có thể phát hiện ra hiện tượng một tuyến đường mà nó đã biết không còn sử dụng được để sửa lại Tức là trong khi sử dụng một tuyến đường từ nguồn S đến đích D, nếu tô-pô mạng thay đổi khiến S có thể không sử đụng được tuyến đường của nó đến D vì một liên kết trên tuyến đường không còn hoạt động Khi đó cơ chế duy trì tuyến đường cho biết một tuyến đường nguôn bị đứt liên kết, S có thể cố gắng sử dụng tuyến đường khác bất kỳ có trong bộ nhớ route cache của nó để đến D, hoặc có thê gọi cơ chế đuy trì tuyến đường một lần nữa đề tìm kiếm một tuyến đường mới Cơ chế duy trì tuyến đường bao gồm việc thực hiện các biên nhận theo chặng hoặc đầu cuối, kèm theo đó là phát các gói tin Route Error dé thông báo về hiện tượng đứt liên kết DSR có thể sử dụng lớp MAC để thông báo về hiện tượng đứt liên kết Trong trường hợp có hiện tượng đứt liên kết, gói tin Route Error được gửi lại cho nút nguồn Nút nguồn sau đó sẽ xoá bỏ liên kết bị hỏng ra khỏi route cache và tất cả các đường có chứa chặng này được cắt tại điểm có liên kết hỏng
Trang 25Ngoài ra, các nút trung gian chuyên tiếp gói tin Route Error có thể cập nhật route cache theo cách tương tự Hình 1.7 Route maintenance (Nút C không thể chuyển tiếp gói tin từ nút A đến nút E do liên kết giữa C và D bị hỏng)
Đặc biệt, không giống như các giao thức khác, DSR không yêu cầu phát các gói tin định tuyến định ky trong bất kỳ trường hợp nào, tại bất kỳ tầng nào trong
mạng Ví dụ, DSR không sử dụng quảng bá định tuyến định kỳ, cảm nhận trạng
thái liên kết, hoặc các gói tin tìm kiếm nút hàng xóm và không dựa vào các chức năng từ bất kỳ giao thức cơ bản trong mạng Các thông tin điều khiến của Route discovery va Route maintenance trong DSR được thiết kế để cho phép các liên kết một chiều và các tuyến đường bất đối xứng được hỗ trợ một cách dễ dàng Như ta đã biết, trong các mạng không dây có thể xảy ra trường hợp một liên kết giữa hai nút có thể không làm việc tốt như nhau theo cả hai hướng, do khác biệt về ăng ten hoặc các mô hình lan truyền hoặc các nguồn nhiễu DSR cho phép liên kết một chiều sẽ được sử dụng khi cần thiết, điều này nâng cao hiệu năng tổng thể và tính liên kết mạng trong hệ thống
1.6 ỨNG DỤNG MẠNG MANET
Quân sự: Hoạt động phi tập trung của mạng Ad-Hoe và không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng là một yếu tố thiết yếu đối với lĩnh vực quân sự, nhất là trong các trường hợp chiến đấu khốc liệt, các cơ sở hạ tầng mạng bị phá hủy Lúc này
mạng Ad-Hoc là lựa chọn số một để các thiết bị truyền thông liên lạc với nhau một
cách nhanh chóng
Lĩnh vực thương mại: MANET có thể sử dụng trong cứu hộ nhằm nỗ lực cứu trợ những thiên tai Ví dụ: hỏa hoạn, lũ lụt, động đất, Lĩnh vực cứu hộ làm
việc trong môi trường khắc nghiệt, nguy hiểm cho hạ tầng thông tin và tốc độ triển
Trang 26khai hệ thống nhanh thì cần thiết Thông tin được chuyển tiếp với các thành viên trong nhóm cứu hộ với nhau bằng một thiết bị nhỏ cầm tay
Trường học: Chúng ta cũng có thể thiết lập các mạng Ad-Hoc trong trường
học, lớp học, thư viện, sân trường, để kết nối các thiết bị di động (laptop,
smartphone) lại với nhau, giúp sinh viên, thầy cô giáo có thể trao đổi bài một cách nhanh chóng thông qua mạng Ad-Hoc vừa tạo
Gia đình: Tại nhà bạn có thể tạo nhanh mang Ad-Hoc để kết nối các thiết bi dị động của bạn với nhau, nhờ đó ta có thể di chuyển tự do mà vẫn đảm bảo kết nối
truyền tải dữ liệu
Kết nối các thiết bị điện tử với nhau: Trong những năm tới khi mà các thiết bị điện tử đều được gắn các giao tiếp không dây, giúp chúng có thể trao đôi giao tiếp với nhau thì mạng MANET sẽ rất phù hợp đề tạo nên một hệ thống thông minh có khả năng liên kết với nhau
1.7 TIEU KET CHUONG 1
Trong chương I, trình bày tổng quan về mạng MANET, lịch sử phát triển,
các giao thức AODV, DSR, DSDV, phân loại định tuyến và các nhóm định tuyến
trên mạng MANET Với những ưu điểm triên khai nhanh chóng, tự cấu hình và đáp ứng các đặc điểm đi động mạng MANET hứa hẹn mang đến sự phổ biến rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, tuy nhiên vẫn còn nhiều khó khăn và thách thức về mặt công nghệ Xét thấy vấn đề định tuyến trong mạng MANET đa kênh là vấn đề rất đáng quan tâm vì nó quyết định đến hiệu năng của mạng, vấn đề đó làm định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo của tôi
Trang 27Chương 2 VÁN ĐÈ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG
MANET ĐA KÊNH
Chúng ta biết rằng do các thay đổi của các nút (node) là thường xuyên và khơng thể đự đốn được trong cấu trúc mạng làm cho mạng MANET có tính di động cao khiến việc định tuyến giữa các nút di động trong mạng thêm khó khăn và phức tạp Những thách thức này cùng với tầm quan trọng đặc biệt của các giao thức định tuyến trong việc thiết lập định tuyến giữa các nút di động khiến cho lĩnh vực
định tuyến trở thành một lĩnh vực nghiên cứu tích cực nhất trong mạng MANET đa
kênh Trong các giao thức định tuyến của mạng MANET có giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu là một trong những phương thức định tuyến cơ bản trong hệ thống mạng MANET Theo phương thức này, việc định tuyến chỉ xảy ra khi hệ thống có nhu cầu truyền đữ liệu Có rất nhiều giao thức định tuyến sử dụng theo phương thức này, tuy nhiên trong chương này luận văn trình bày, phân tích các giao thức định tuyến theo yêu cầu AODV và DSR trong mạng MANET
2.1 NGUYEN LY HOAT DONG CUA MANG MANET DA KENH 2.1.1 Đặc điểm mang MANET da kénh
Mỗi nút di động khác nhau trong mạng MANET đều có những đặc điểm về nguồn năng lượng, bộ phận thu phát sóng khác nhau Chúng có thể di chuyển về
mọi hướng theo các tốc độ khác nhau, do đó ta có thể nhận thấy rõ một số đặc điểm
chính của mạng MANET như sau:
Cấu hình mạng động: Cấu hình mạng luôn biến đổi theo các mức độ di
chuyển của nút mạng
Khoảng cách sóng ngắn: Khoảng cách sóng của các thiết bị di động là rất
hạn chế
Năng lượng hạn chế: Tất cả các thiết bị di động đều sử dụng pin nên khi tham gia vào mạng MANET chúng bị hạn chế về năng lượng, khả năng xử lý của
CPU và kích thước bộ nhớ
Băng thông hạn chế: Các liên kết không dây có băng thông thấp hơn so với đường truyền cáp và chúng còn chịu ảnh hưởng của sự nhiễu, suy giảm tín
Trang 28hiệu, các điều kiện giao thoa vì thế mà thường nhỏ hơn tốc độ truyền lớn nhất
của sóng vô tuyến
Bảo mật yếu: Đặc điểm của mạng MANET là truyền sóng qua môi trường không khí, khiến cho cơ chế bảo mật kém hơn so vơi môi trường truyền cáp vì nó tiềm ân nhiều nguy cơ bị tấn công, nghe lén đường truyền
Chế độ hoạt động chính của MANET là chế độ IEEE Ad-hoc và chế độ cơ sở
ha tang [1]:
Chế độ IEEE Ad- hoc: Ở chế độ này các node di động truyền trực tiếp với nhau mà không cần tới một cơ sở hạ tầng nào cả Trong chế độ này các liên kết không thể thực hiện qua nhiều chặng
Hình 2.1 Chế độ IEEE Ad-Hoc
Chế độ cơ sở hạ tầng: Chế độ này thì mạng bao gồm các điểm truy cập AP cố định và các node di động tham gia vào mạng, chúng thực hiện truyền thông qua các điểm truy cập, trong chế độ này thì các liên kết có thể thực hiện qua nhiều chặng
2.1.2 Giao thức định tuyến vấn đề đa kênh trong mạng MANET
Mang ad hoc dị động (MANET) được hình thành bởi một cụm các máy chủ dị
động mà không có cơ sở hạ tầng Hai máy chủ có thể liên lạc với nhau một cách gián tiếp qua các kênh Vì không yêu cầu có cơ sở hạ tầng, một trong những lợi thế chính
của nó là có thể được triển khai nhanh chóng, thuận tiện Các ứng dụng của MANET
xuất hiện ở những nơi mà ta triển khai trước cơ sở hạ tầng mạng những khó khăn
hoặc không có sẵn cơ sở vật chất phù hợp (ví dụ: các đội tàu trong đại dương, quân đội diễu hành, tự nhiên thảm họa, chiến trường, sân bãi lễ hội và di tích lịch sử )
Giao thức MAC kiểm soát truy cập chịu trách nhiệm giải quyết sự tranh chấp và xung đột của các máy chủ Nhiều giao thức MAC đã được đề xuất cho cho mạng
Trang 29không dây, ta giả sử một kênh chung được chia sẻ bởi các máy chủ di động, như vậy giao thức giao thức MAC kênh đơn Chuẩn 802.11 được sử dụng rộng rãi Một vấn đề phổ biến với các giao thức như vậy sẽ làm hiệu suất mạng xuống cấp nhanh chóng khi số lượng máy chủ di động tăng lên, do sự tranh chấp, va chạm cao hơn
Để giải quyết vấn đề tranh chấp, va chạm trên thì chúng ta nên sử dụng đa kênh khi thực hiện truyền các gói tin Các ý tưởng sử dụng đa kênh dữ liệu và điều
khiển riêng biệt được cho là rất khả thi Như vậy định nghĩa một giao thức MAC đa
kênh là một giao thức cho phép các máy chủ di động truy cập đồng thời nhiều hơn một kênh trong môi trường MANET Sử dụng nhiều kênh ta thấy có rất nhiều lợi thế như sau:
Thứ nhất, trong khi thông lượng tối đa của giao thức MAC một kênh sẽ bị giới hạn bởi băng thông của kênh, thông lượng có thể tăng ngay lập tức nếu máy chủ được phép sử dụng nhiều kênh
Thứ hai, sử dụng đa kênh độ trễ ít hơn so với đơn kênh, trong đó độ trễ lan
truyền được xác định là tỷ lệ của thời gian truyền gói tin Do đó, điều này làm giảm xác suất va chạm, tranh chấp trong thời gian truyền
Thứ ba, định tuyến QoS cd thể được hỗ trợ sử dụng “kênh theo mức độ logic Về mặt vật lý, một kênh có thể là một dải tần số (theo FDMA) hoặc mã trực giao
(theo CDMA) Làm thế nào đề truy cập nhiều kênh phụ thuộc vào công nghệ
Một giao thức được gọi là giao thức đa kênh được hiểu như sau: Giả sử có n
kênh Giao thức bắt buộc mỗi máy chủ di động phải có n máy thu đồng thời nhận biết được trên tất cả n kênh Ngoài ra, chỉ có một máy phát sẽ nhảy từ kênh này sang kênh
khác nếu cân, sẽ gửi bat ky kénh nhan rỗi nào phát hiện được Một lần nữa ta thấy,
giao thức này tốn chi phí phần cứng rất cao Hơn nữa, vì không có RTS/CTS được sử
dụng Một giao thức MAC đặt trước hop dựa trên sự nhảy tan rất thấp được để xuất
[9] Phân công kênh của nó sử dụng đối thoại RTS/CTS để đặt trước một kênh Giao
thức cũng độc lập với mức độ nhưng yêu cầu đồng bộ hóa giữa tất cả các máy chủ di
động, điều này rất khó khăn khi mạng bị phân tán trong một khu vực rộng lớn
Thời gian gần đây ta thấy có một để xuất giao thức mới, được gọi là phân bổ kênh động (DCA), có các yếu tố như sau:
Trang 30định tuyến), kỹ thuật này dùng để nhận ra các đường đi nào không còn giá trị trong quá trình cập nhật bảng định tuyến để loại bỏ ra khỏi bảng định tuyến Mỗi nút sẽ có một bộ tăng số Sequence Number riêng cho nút [1,2]
Tương tự như cơ chế hoạt động của DSR, quá trình định tuyến của AODV
cũng bao gồm 2 cơ chế chính: Cơ chế khám phá tuyến (Route Discovery) và bảo trì
tuyến (Route Maintanance)
2.2.1 Cơ chế khám phá tuyến
Cơ chế khám phá tuyến sẽ được thiết lập khi một nút nguồn có nhu cầu truyền thông tin tới một nút khác trong hệ thống mạng
'Bãt đầu tiễn trình kham pha
tuyên tại nút nguän Thịt RREQ lên các nút lần cin Trước ñã nủt đã nhận RREGQ? <Sousce, Broadcast_id>
Thém <Source, Raquest_ID> waa Route cache oe nut
Nut dangxét 13 mt dich?
(Ga đường trang Rante cache?
Hoặc
Cũ đường nhưng DŠN củaR.auta
cache nhd hon DSN củaRREQ Két thúc tiên trình xử lý gủi KEO ññ nhấn Bunz Phin hoi RREP về nzudn
Thiết lập duong din newge vénitphit RREQ
Trang 31Trong mang MANET hệ thống hoạt động theo giao thức định tuyến AODV, mỗi nút trong hệ thống mạng luôn duy trì 2 bộ đếm: Bộ đếm Sequence Number và Bộ đếm REQ ID Cặp thông tin <Sequence Number, REQ ID> là định danh duy nhất cho một gói tin RREQ Giá trị của cập thông tin này sẽ được thay đổi như sau:
* Đối với Sequence Number:
- Trước khi một nút khởi động tiến trình khám phá tuyến, điều này nhằm tránh xung đột với các gói tin RREP trước đó
- Khi nhận được một gói tin RREP được gửi từ nút đích để trả lời gói tin RREQ,
nó sẽ cập nhật lại giá trị Sequence number lớn nhất của một trong 2 giá trị: Sequence number hiện hành mà nó lưu giữ đối với Sequence number trong gói RREQ
* Đối với REQ ID:
- Khi có một sự thay đổi trong toàn bộ các nút lân cận của nó, thì sẽ dẫn đến
có một số đường đi trong bảng định tuyến không còn hiệu lực Số REQ_ID sẽ được tăng lên khi nút khởi động lại một tiến trình khám phá tuyến mới
Tiến trình khám phá tuyến được khởi động khi nào có một nút muốn truyền dữ liệu tới một nút khác mà trong bảng định tuyến của nó không có thông tin định tuyến đến nút đích Khi đó tiến trình sẽ phát broadcast một gói RREQ cho các nút
lân cận của nó Thơng tin trong RREQ ngồi địa chi dich, địa chỉ nguồn, số
hop_count (được khởi tạo giá trị ban đầu là 0), còn có các trường: số Sequence
number của nút nguồn, s6 broadcast ID, gia tri Sequence number duoc biết lần cuối cùng của nút đích Khi các nút lân cận nhận được gói RREQ, nó sẽ kiểm tra tuần tự
theo các bước:
Bước 1: Xem các gói RREQ đã được xử lý chưa? Nếu đã được xử lý thì nó sẽ loại bỏ gói tin đó và không xử lý thêm Ngược lại chuyên qua bước 2
Bước 2: Nếu trong bảng định tuyến của nó chứa tuyến đường đi đến đích, thì sẽ kiểm tra giá trị Destination sequence number trong entry chứa thông tin đường đi với số Destination sequence number (DSN) trong gói RREQ, nếu số DSN trong RREQ lớn hơn số D$N ở ngõ vào thì nó sẽ không sử dụng thông tin ở ngõ vào của bảng định tuyến để trả lời cho nút nguồn, mà nó sẽ tiếp tục phát broadcast gói RREQ đó đến cho các nút lân cận của nó Ngược lại nó sẽ phát unicast (đơn hướng)
Trang 32cho gói RREP ngược trở lại cho nut lân cận của nó để báo đã nhận gói RREQ
Trong gói tin RREP, ngồi các thơng tin như: địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, còn chứa cac thong tin: DSN, Hop count, Time-To-Live (TTL) Nguoc lai thi qua budc 3
Bước 3: Nếu trong bảng định tuyến của nó không có đường đi đến đích thì nó sẽ tăng số Hop count lên 1, đồng thời nó sẽ tự động thiết lập một đường đi ngược (Reverse path) từ nó đến nút nguồn bằng cách ghi nhận lại địa chỉ của nút lân cận mà nó nhận gói RREQ ở lần đầu tiên Nút định tuyến chứa đường đi ngược này sẽ được tồn tại trong một khoảng thời gian đủ đề gói RREQ tìm đường đi đến đích và gói RREP phân hồi cho nút nguồn, sau đó thông tin định tuyến này sẽ được xóa đi
Quá trình kiểm tra này sẽ lặp tuần tự cho đến khi gặp nút đích hoặc một nút
trung gian mà có các điều kiện thỏa bước 2 Trong quá trình trả về gói RREP, một
nút có thê nhận cùng lúc nhiều gói RREP, khi đó nó sẽ chỉ xử lý gói RREP có số
Destination sequence number lớn nhất, hoặc nếu có cùng số Destination sequence number thì nó sẽ chọn gói RREP có số Hop count nhỏ nhất Sau đó nó sẽ cập nhật các thông tin cần thiết vào trong bảng định tuyến của nó và chuyển gói RREP đi
Ví dụ: Trong suốt quá trình khám phá tuyến đường từ nút A đến H nếu các nút trung gian đáp lại mà nút đích không nhận được một bản sao RREQ nào thì đích
sẽ không cần có tuyến đường truyền tới nguồn B E a nh Na 7 _— F FT Naud i A
Hinh 2.3 Qua trinh chuyén goi RREP
Với Hình 2.3 minh họa cơ chế khám phá tuyến từ nút A đến H Khi nút A
muốn gởi dữ liệu đến nút H, trước tiên nó kiểm tra trong bảng định tuyến của nó xem có một tuyến hợp lệ đến đích hay không Nếu không nó sẽ thực hiện
Trang 33quá trình tìm đường từ nguồn đến đích Nút nguồn A sé phat quảng bá đến các nút
lân cận Khi nút kế cận nhận được RREQ, trước tiên nó sẽ tăng hop count trong
RREQ lên 1, và lưu hai tuyến vào bảng định tuyến của nó, một đi ngược về phía nút
nguồn A, một đi về phía nút lân cận mà nó nhận RREQ Tại nút H khi nhận được
gói RREQ, nó kiểm tra và thấy rằng nó là đích đến nên nút H chuyển ngược gói RREP về nút E sau khi đã cập nhật tuyến đường đi ngược về nguồn "Ăn N`NG Pin, = G C F Dich
Hình 2.4 Quá trình trả lời gói RREP
Với Hình 2.4 minh họa việc phản hồi từ đích về nguồn Ở đây khi nút H thấy rằng nó là đích đến nên nó chuyển ngược gói tin trả lời RREP trở về nút nguồn A thông qua các nút E và B, sau khi nút nguồn A nhận được thông gói RREP nó sẽ cập nhật thông tin đường đi mới khám phá vào trong bảng định tuyến (là tiến trình A-B-E-H)
2.2.2 Cơ chế bảo trì tuyến
Như đã nhận xét ở trên, cơ chế hoạt dong cua AODV là chỉ cần dựa vào các
thông tin định tuyến của nút trong bảng định tuyến, mà không cần biết đến thông tin về các nút lân cận Vì vậy, khi một nút nhận thấy rằng Next hop (chặng kế tiếp) của nó không thể tìm thấy, thì nó sẽ phát một gói RERR (route error) khẩn cấp với số Sequence number bằng số Sequence number trước đó cộng thêm 1, Hop count = œ và gửi đến tất cả các nút lân cận đang ở trạng thái hoạt động, những nút này sẽ tiếp tục chuyên gói tin đến các nút lân cận của nó, và cứ như vậy cho đến khi tất cả các nút trong mạng đang ở trạng thái hoạt động đều nhận được gói tin này
Trang 34Sau khi đã nhận thông báo, các nút sẽ xóa tất cả các đường đi có chứa nút hỏng, đồng thời có thể sẽ khởi động lại tiến trình khám phá tuyến nếu nó có nhu cầu định tuyến dữ liệu đến nút bị hỏng đó, bằng cách gửi một gói tin RREQ (với số Sequence number bằng số Sequence number mà nó biết trước đó cộng thêm 1) đến
các nút lân cận đề tìm đến địa chỉ đích
2.2.3 Ưu nhược điểm của giao thức AODV * Ưu điểm:
- Ưu thế chủ yếu là khả năng thích ứng của nó để mạng hoạt động tốt và giảm định tuyến trên đầu Tính năng chính của AODV là đáp ứng nhanh để tuyến
hoạt động khi các kết nối bị phá vỡ [1.2]
- Giao thức AODV giúp cho việc định tuyến ít bị tắt nghẽn nhất thay vì tìm đường đi ngắn nhất thì nó hỗ trợ vừa truyền thông đơn, vừa truyền thông đa gói tin
thậm chí cho các nút di chuyển liên tục
- Trong quá trình gởi gói tin phản hồi, giao thức AODV lựa chọn đường đi ngắn nhất
- AODV không đặt mọi chi phí quản lý vào gói dữ liệu, vì nó không sử dụng đường dẫn trực tiếp từ nguồn gửi AODV cũng đáp lại rất nhanh chóng các thay đổi tô pô mạng làm ảnh hưởng hoạt động tuyến
- Đặc điểm quan trọng của AODV sử dụng các số thứ tự để đảm bảo sự mới
của các tuyến đường [ 1,2]
* Nhược điểm:
- Nó đòi hỏi cập nhật định kỳ Điểm nhận dạng là sử dụng số chuỗi đích,
trong khi số chuỗi nguồn là rất cũ từ đó dẫn đến tuyến không nhất quán
- Do không cần thiết tiêu thụ băng thông dẫn đến việc xảy ra phản ứng đèn hiệu định kỳ
- Chậm trễ thiết lập các kết nối và đò tìm tuyến mới tới đích - Giao thức AODV không duy trì thông tin của các node lân cận
Trang 352.2.4 Vẫn dé chọn kênh của giao thie AODV trong mang MANET
da kénh
Định tuyến Vectơ khoảng cách theo yêu cầu Ad hoc (AODV) giao thức được định nghĩa trong chuân IEEE 802.11s được phổ biến rộng rãi trong các mang Ad hoc và WMNs bởi các tính năng cơ bản của AODV sử dụng cho sơ đồ định tuyến theo yêu cầu như sau: Đầu tiên, nút nguồn muốn tạo mới đường dẫn thì yêu cầu (PREQ) bao gồm thông tin của nút đích Tất cả các nút nhận được rằng khung
(MGMT) tạo ra một đường dẫn ngược về phía nút nguỗn Nếu nút nhận là mục tiêu
của PREQ, nó sẽ gửi khung trả lời đường dẫn (PREP) đến nút nguồn, mặt khác PREQ chỉ đơn giản là phát sóng lại PREP được gửi từ nút đích đến nút nguồn và
đường dẫn được tạo khi nút nguồn nhận được PREP Ngoài ra, nút nguồn sẽ thực
hiện cập nhật đường dẫn bằng cách gửi PREQ định kỳ để tìm một đường đi với một phương pháp tốt hơn [9]
Như đã đề cập ở trên, WMN§s đã được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực Đề
tăng cường cho WMN&s, không chỉ phải cải thiện năng lực mà còn phải có hiệu quả và độ tin cậy cao Một trong những cách tốt nhất để tăng cường WMN&s là dùng lợi thế của kỹ thuật MIMC và ăng ten định hướng Trong WMNs áp dụng kỹ thuật MIMC và định hướng ăng ten (MIMC WMNS), yêu cầu kỹ thuật bổ sung cho giao thức định tuyến nâng cao hiệu quả và độ tin cậy Lưu lượng băng thông thực tế cũng được xem xét, nhưng hầu hết giao thức định tuyến chỉ xem xét lưu lượng giữa cổng thông tin và các bộ định tuyến Nếu quy mô mạng mở rộng hoặc một ứng
dụng cụ thể tạo ra rất nhiều lưu lượng truy cập mạng nội bộ thi lưu lượng có thể
không hướng đến cổng thông tin Trong trường hợp này quá trình cập nhật đường dẫn sẽ tăng lên rất nhiều, vì vậy nó cần phải xử lý bởi giao thức định tuyến đa kênh
Cần xác định các van dé xảy ra một khi AODV được sử dụng trong MIMC
WMNs và ta nhận thấy có một giao thức định tuyến mới giúp cải thiện hiệu quả định tuyến và độ tin cậy của mạng Các vấn để hiện tại và đang nghiên cứu đóng góp cho MIMC WMNs như sau:
(@) Giao thức AODV ban đầu sử dung PREQ với mục tiêu đơn (ST-PREQ), một vấn dé cấu trúc tồn tại trong đó khung PREQ không thê chuyên được qua bình
Trang 36thường Bởi vì điều này, đường dẫn sẽ thay đổi vô ý Giao thức AODV dựa trên (A-AODV) có thể giải quyết vấn để này bằng cách sử dụng PREQ đa mục tiêu
(MT- PRE), là khung MGMT thực hiện một đường dẫn cập nhật với nhiều mục
tiêu cùng một lúc
(1) Khi nhận được PREQ thông qua nhiều giao diện, thứ tự nhận ngẫu nhiên của
PREQ cho thấy mối trơng quan giữa số liệu định tuyến và PREQ nhận được thấp
(ili) Néu quy mô mạng được mở rộng và mạng nội bộ tăng đường dẫn, hiệu
quả định tuyến sẽ giảm do tăng các khung MGMT cho việc định tuyến Mặt khác,
IA-AODV có thể tối đa hóa hiệu quả định tuyến bằng cách sử dụng MT-PREQ và
một kế hoạch PRE, xử lý đặc biệt các tình huống như mắt PREQ
(v) Quy tắc đơn giản của PREQ lam giảm hiệu quả của giao thức định tuyến, nhưng IA-AODV cải thiện hiệu quả định tuyến bằng cách sử dụng gói tin gửi PREQ
WMN:s được trình bày sử đụng ăng-ten định hướng, vì vậy chất lượng liên
kết hầu hết trong MIMC, WMNs duoc dam bao cao; do đó, két quả của việc cập nhật quá trình tìm một con đường tốt hơn sẽ bị giảm bớt Vì vậy, khi giao thức định
tuyến AODV cũ được sử dụng trong MIMC WMN, có nhiều điểm cần phải xem xét, không giống như giao điện WMN đơn kênh (SISC)
Thứ nhất, định tuyến là quá trình cập nhật một yếu tổ thiết yếu dé tim ra con đường tốt nhất trong thông tin liên lạc, nhưng nếu thông tin kênh không dây không thường xuyên thay đổi thì sau đó số lượng khung MGMT truyền trong quá trình cập nhật sẽ rất tốn chi phí Do đó, cần phải giảm thiểu các khung MGMT trong mỗi
giai đoạn cập nhật là bắt buộc
Thứ hai, định tuyến xảy ra thường xuyên do thứ tự nhận ngẫu nhiên của các PREQ và mất PREQ vì vậy bố sung các kỹ thuật là cần thiết dé giải quyết van dé này MT- PREQ giúp giảm số lượng Các khung PREQ và đã được trình bày trong
các chuẩn 802.11 Nếu WMNs đánh mắt lợi thế của MT-PREQ, sau đó là mục tiêu
của khám phá đường dẫn hoặc cập nhật đường dẫn với nhiều nút sẽ đạt được một
PREQ Trong chuẩn 802.11s, các trường cho MT-PREQ là số lượng mục tiêu và số lượng mục tiêu, bao gồm thông tin về từng mục tiêu, chẳng hạn như 1 byte, 6 byte
Trang 37cho điều khiến truy cập trung bình (MAC) địa chỉ và 4 byte cho số thứ tự Kỹ thuật chính của [A-AONDV là dựa trên MT-PREQ
Hiện nay ta thấy có rất nhiều nghiên cứu về định tuyến hoặc chương trình phát sóng cho các mạng ad hoc và WMNs đã được tiến hành Mục tiêu chính của các công trình này là tránh nhiễu, tránh tranh chấp trong mạng, tăng khả năng nhận các gói tin, cải thiện tỷ lệ phân phối gói và tăng băng tầng cho đầu cuối Từ những thông tin trên ta thấy giao thức AODV đa kênh phục hồi nhanh và thực hiện IEEE đa kênh 802.11n đã được nghiên cứu đề tăng liên kết băng thông [9] Giao thức định tuyến nhận biết tải kênh, chọn đường dẫn đa kênh hiệu quả nhất thông qua việc sử dụng kênh trong đường dẫn giữa nút nguồn và đích nút, giao thức định
tuyến AODV đa kênh tìm kiếm một đường dẫn thay thế khi đường dẫn ban đầu bị
hỏng Một hiệu quả nữa về giao thức định tuyến này là tập trung tối đa hóa định tuyến, hiệu quả và độ tin cậy của mạng trong đó sẽ giảm thiêu chi phí trong quá trình triển khai
Ta nhận thấy hiện nay có số nghiên cứu về các giao thức định tuyến đã được
thực hiện để cải thiện hiệu suất của mang ad hoc di động (MANET) và WMNs [9] Thực hiện AODV ở dạng WMNs sớm nhất và định tuyến giao thức sử dụng bộ đệm
dé ting tỷ lệ phân phối gói trong một mạng ad hoc có tính đi động cao đã được đưa
ra [9] Và đề xuất một giao thức định tuyến AODV đa kênh cải thiện độ tin cậy của
mạng bằng cách ngăn chặn nút tập trung tiết kiệm điện mà không cung cấp dữ liệu trong một MANET Kết quả là, nó đạt được yêu cầu và đảm bảo và tỷ lệ phân phối gói được cải thiện và được xác minh thông qua mô phỏng số lượng các gói còn lại trong bộ đệm Như đã trình bày ở trên một giao thức định tuyến đảm bảo hiệu quả
hoạt động của bộ đệm cho mạng lưới hoạt động liên tục Giao thức định tuyến này hoạt động theo trạng thái hiện tại của kết nối và bộ đệm Nó làm tăng tỷ lệ phân
phối gói và độ tin cậy, nhưng nó cũng làm giảm số lượng tin nhắn định tuyến Mô
hình hệ thống của MIMC WMNs là một nút lưới trong MIMC WMNs có thể có
nhiều giao diện được thực hiện thông qua các kênh khác nhau Ngoài ra, nó còn sử dụng một ăng ten định hướng, mỗi giao diện chịu trách nhiệm kết nối không chỉ với một nút lân cận với nó
Trang 38PREQ 5N 10 PREQ 5N 11 PREQ 5N 12 > > > MuctiuD MuctiêuB Mục tiêu D [>] LÔ a x 5 : siẽ Đường dẫn từ A-D a2 alo sim ol 3 az sx n, aS 5 2 Fa (2) Dwong dan A_C_D sé dwgc thay đổi bởi kh 5| 5 3 BYE: = (1) đường dẫn A-B-D sẽ được thay đổi bởi khung này ¬ AS s|E 38 eve 2la c | | PREQ SN10 PREQSNII PREQSN12 | ( dD | —————* > >
Mục tiéu D MuctiétuB Muc tiéu D
Hình 2.5 Vẫn đề cầu trúc của AODV khi st dung ST-PREQ
Một liên kết lưới được tạo ra giữa hai giao diện, vì vậy liên kết đa kênh bao
gồm số lượng giao điện Về việc thay đổi đường dẫn sẽ được cập nhật thông trong cơ chế định tuyến và sự khác biệt đáng kê trong MIMC và SISC
IA-AODV dựa trên MT-PREQ trong các chuẩn 802.11 Cơ bản hoạt động như sau: Khi nút nhận được PREQ, no kiểm tra danh sách mục tiêu Nếu danh sách đích chứa địa chỉ của nút nhận PREQ, sau đó sẽ gửi một nút PREP đến nút nguồn và xóa địa chỉ của chính nó ra khỏi danh sách mục tiêu, nếu có bắt kỳ địa chỉ nào
van con trong danh sách mục tiêu thì PREQ sẽ được phát lại Ngoài ra, nó có trách
nhiệm truyền PREQ có thể tiến hành một bản cập nhật đường dẫn cho tất cả các mục tiêu trong việc truyền một MT- PREQ
Hoạt động cơ bản của PREQ Trong giao thức AODV sử dụng MT-PREQ, việc sử dụng một phương pháp đơn giản như đã đề cập ở trên là không hiệu
Trang 39quả trong MIMC WMN Trong MIMC WMN chỉ có một nút được kết nối bởi
một giao diện, do đó không cần truyền PREQ qua giao diện đã nhận được một
PREQ khác tốt hơn số liệu cùng một nút nguồn Ngoài ra, nó có thê đề truyền tải
một PREQ có chứa thông tin tích hợp đã nhận được PREQ từ các giao diện khác
Đề xuất Sơ đồ dự đoán PREQ cho MT-PREQ, cùng với các khái niệm trên, có các
tính năng sau đây:
() Khi giao diện ban đầu được gán vai trò và được chỉ định là nhận hoặc
truyền PREQ sau đó số lượng khung PREQ có thể được giảm thông qua vai trò
này Vai trò nhận PREQ duoc goi la (IN); mặt khác, nó là một giao diện OUT (ii) TẤt cả các giao dién OUT duoc cấu hình để gửi danh sách các mục tiêu
cần thiết và kết hợp với thông tin trong của danh sách mục tiêu từ mỗi giao điện IN (ii) Trong quá trình cập nhật đường dẫn, PREQ có thê sẽ được truyền qua tất cả các giao diện OUT, ngay khi PREQ không được nhận tất cả các giao diện IN Trong này cách này, PREQ được truyền nhanh chóng và vấn để PREQ nhận ngẫu nhiên có thê được giải quyết
(iv) Voi giao diện IN do định tuyến, giao thức có thê xử lý ngay sự thay đổi
của thông tin định tuyến hoặc khi mắt PREQ va sẽ được cải thiện hiệu quả và độ tin cậy của mạng Bảng 2.1 Ví dụ về bảng thông tin PREQ Giao điện Huong Mục tiểu SN Met Thoi gian 0 IN F.G.L II 468 300 ms 1 OUT F.L II 612 301 ms 2 OUT FL II 612 301 ms 3 IN EEL II 407 320 ms
AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector) don thuan chỉ là thuật toán tìm đường theo yêu cầu trong mạng ad hoc Có thể hiểu như sau, những nốt mạng không nằm trong tuyến đường truyền tin thì không duy trì thông tin nào về tuyến đường truyền và cũng không tham gia vào quá trình định tuyến theo chu kỳ Có thể hiểu
Trang 40một nốt mạng không có chức năng tự định tuyến và lưu trữ tới một nốt mạng khác cho đến khi cả hai nốt mạng trên liên lạc được với nhau, trừ trường hợp những nốt
mạng cũ đề nghị như là một trạm chuyên tiếp để giữ liên lạc giữa hai nốt mạng khác Mục đích của thuật toán là chỉ quảng bá các gói tin dò đường khi cần thiết
hoặc khi có yêu cầu, việc này là để phân biệt giữa việc quản lý liên lạc cục bộ với
việc bảo quản giao thức liên lạc chung để quảng bá thông tin về sự thay đổi trong
liên kết cục bộ tới những nốt di động lân cận Khi một nốt nguồn cần kết nối tới nốt
khác, mà nốt nguồn không chứa thông tin về thông tin tuyến đường tới nốt đó, như vậy một quá trình tìm đường được thiết lập
Đề thiết lập quá trình tìm đường này thì mỗi nốt mạng đều lưu hai bộ đếm độc lập Để bắt đầu quá trình tìm đường, nốt nguồn sẽ khởi tạo một gói tin tìm
đường (RREQ) và phát gói tin này tới tất cả các nốt mạng lân cận, gói tin RREQ
này chứa các thông tin về địa chỉ nguồn (source addr), số chuỗi nguồn (source sequence number), số id quảng ba (broadcast id), địa chỉ đích (dest addr), số chuỗi dich (dest sequence number), bước truyền (hop cnt) Mỗi khi nốt mạng nguồn phát ra một gói tin RREQ mới thì số ¡d quảng bá sẽ tăng lên, nên trong mỗi gói tin RREQ thi cap địa chỉ nguồn và số ¡d quảng bá luôn luôn là đuy nhất Khi nốt mạng
trung gian nhận được một gói tin RREQ mới, nó sẽ đem so sánh địa chỉ nguồn và
số iđ quảng bá với gói tin RREQ trước đó, nếu nốt mạng có thông tin giống nhau thì tới bước trung gian sẽ tự động xóa RREQ dư thừa và dừng việc phát gói tin này lại Nhưng nếu so sánh thấy khác nhau thì nốt mạng này sẽ tự động tăng số bước truyền (hop cnf) lên và tiếp tục phát quảng bá gói tin RREQ này tới các nốt lân cận để tiếp tục quá trình tìm đường Trong mỗi một nốt mạng đều lưu trữ các thông tin về địa chỉ IP đích, địa chỉ IP nguồn, số id quảng bá, số chuỗi nốt nguồn và thời gian thời gian cho phép gói tin mang thông tin xác nhận được gửi trả lại nơi phát, khi gói tin RREQ được truyền trên mạng từ nguồn tới đích, nó sẽ tự động thiết lập con đường ngược lại từ các nốt mạng này quay trở lại nốt nguồn Đề thiết lập tuyến đường ngược chiều, mỗi nốt phải lưu giữ bảng địa chỉ của các nốt bên cạnh mà nó sao chép được trong gói tin RREQ đầu tiên Tuyến đường ngược chiều được lưu