NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG GIAO THỨC AODV TRÊN CÔNG CỤ NS2

Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Công nghệ thông tin Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 UBND TỈNH QUẢNG NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ---------- PHẠM THỊ PHƯƠNG THÙY NGHIÊN VÀ CỨU MÔ PHỎNG GIAO THỨC AODV TRÊN CÔNG CỤ NS2 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Quảng Nam, tháng 04 năm 2017 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 UBND TỈNH QUẢNG NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ---------- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tên đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG GIAO THỨC AODV TRÊN CÔNG CỤ NS2 Sinh viên thực hiện Phạm Thị Phương Thùy MSSV: 2113011031 CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KHÓA : 2013 – 2017. Cán bộ hướng dẫn TS. NGUYỄN HÀ HUY CƯỜNG Quảng Nam, tháng 04 năm 2017 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 MỤC LỤC Phần 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 1.1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................................... 1 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 2 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 2 1.3.2.Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................ 2 1.4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 2 1.5. Cấu trúc đề tài ........................................................................................................... 2 Phần 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................................................................. 3 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN VÀ GIAO THỨC AODV ............................................................................................ 3 1.1. Giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây ................................................. 3 1.2. Khái quát về giao thức AODV ................................................................................. 8 1.2.1. Giới thiệu về giao thức AODV .............................................................................. 8 1.2.2. Tổng quan về giao thức AODV ........................................................................... 12 1.3. Chức năng và ứng dụng của mạng cảm biến không dây ........................................ 14 1.3.1. Chức năng của mạng cảm biến không dây .......................................................... 14 1.3.2. Ứng dụng của mạng cảm biến không dây ........................................................... 15 1.4. Cơ chế duy trì thông tin định tuyến của giao thức AODV ..................................... 17 1.4.1. Cơ chế tạo thông tin định tuyến của giao thức AODV........................................ 17 1.4.2. Cơ chế duy trì thông tin định tuyến của giao thức AODV .................................. 20 1.4.3. Quản lý bảng định tuyến của giao thức AODV................................................... 21 CHƯƠNG II. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VỀ GIAO THỨC AODV ................................ 23 2.1. Các thuật toán sử dụng trong mạng không dây ...................................................... 23 2.1.1. Thuật toán Vectơ khoảng cách (Distance Vector Algorithm) ............................. 23 2.1.2. Thuật toán trạng thái liên kết (Link State Algorithm) ......................................... 24 2.2. Thuật toán AODV................................................................................................... 25 2.2.1. Ý tưởng của thuật toán AODV ............................................................................ 25 2.2.2. Lưu đồ thuật toán AODV .................................................................................... 27 2.2.3. Mô tả thuật toán AODV ...................................................................................... 27 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 2.3. Thuật ngữ AODV ................................................................................................... 29 2.4. Hoạt động của AODV ............................................................................................ 31 2.4.1. Duy trì số trình tự................................................................................................. 31 2.4.2. Các mục của bảng định tuyến và danh sách chặn trước ...................................... 32 2.4.3. Khởi tạo các yêu cầu của Router ......................................................................... 33 2.4.4. Điều khiển sự phân phát các bản tin yêu cầu của Router .................................... 35 2.4.5. Xử lý và chuyển tiếp các yêu cầu của Router...................................................... 36 2.4.6. Duy trì kết nối cục bộ .......................................................................................... 37 2.4.7. Khởi tạo các yêu cầu của router........................................................................... 39 2.4.8. Các Interface ........................................................................................................ 41 CHƯƠNG III. MÔ PHỎNG GIAO THỨC AODV TRÊN CÔNG CỤ NS2 ..... 42 3.1. Giới thiệu về môi trường mô phỏng NS-2.............................................................. 42 3.1.1. Tổng quan về NS-2 .............................................................................................. 42 3.1.2. Các đặc điểm của NS-2 ....................................................................................... 42 3.1.3. Giới thiệu phần mềm Nam dùng kết hợp với NS-2............................................. 43 3.2. Cài đặt Cygwin ....................................................................................................... 43 3.3. Mô phỏng giao thức AODV ................................................................................... 49 3.4. Thời gian di chuyển của các nút ............................................................................. 53 Phần 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 54 1. Kết luận......................................................................................................................54 2. Kiến nghị.................................................................................................................... 55 Phần 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 56 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AODV Ad-hoc On Demand Distance Vector Định tuyến cự ly vectơ theo yêu cầu tùy biến RREQ Router Request Yêu cầu Router DSDV Destination-Sequenced Distace Vector routing Định tuyến vectơ khoảng cách tuần tự đến đích RREP Router Reply Phản hồi của Router MANET Mobile Ad Hoc Network Mạng di động tùy biến không dây RRER Router error Lỗi Router NS-2 Network Simulator Mô phỏng mạng WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài “Nghiên cứu mô phỏ ng giao thức AODV trên công cụ NS2 ”, cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân và rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ từ thầy cô, gia đình và bạn bè, đề tài cơ bản đã hoàn thành. Tôi xin bày tỏ lòng chân thành biết ơn tới các Thầy Cô giáo trường Đại Học Quảng Nam nói chung và các Thầy Cô giáo khoa Công nghệ thông tin nói riêng. Trong suốt 4 năm qua đã tận tình truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức vô cùng quý báu và động viên tôi trong học tập cũng như trong cuộc sống. Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Nguyễn Hà Huy Cường đã tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành đề tài và sửa chữa những sai sót trong quá trình tôi thực hiện đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn các anh chị, bạn bè trong khoa đã giúp đỡ tôi về tài liệu cũng như động viên, đóng góp ý kiến trong quá trình tôi thực hiện và nghiên cứu. Cuối cùng, tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn chân thành, lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè... những người luôn bên cạnh, động viên, giúp đỡ tôi trong học tập và cuộc sống. Đề tài có một số kết quả nhất định, tuy nhiên không thể tránh khỏi những sai sót và hạn chế, kính mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của Thầy Cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 1 Phần 1. MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, các hệ thống mạng ngày càng phức tạp, đòi hỏi phải đáp ứng được với nhiều loại dịch vụ khác nhau, với tốc độ dịch vụ khác nhau, lưu lượng các gói tin trên đường truyền không ngừng tăng lên, nhiều lúc dẫn đến tắc nghẽn. Vì vậy, việc sử dụng các phương pháp giải thích ngày càng trở nên phức tạp trong tính toán các đối tượng ngẫu nhiên, đồng thời khó có những mô hình thực tế để đo thử nghiệm nên việc sử dụng các hệ thống mô phỏng máy tính trở nên thuận lợi nhiều hơn. Phương pháp mô phỏng là sử dụng chương trình phần mềm xây dựng các đối tượng trong mạng dựa trên Topology đã được thiết kế. Hiện tại có rất nhiều phần mềm mô phỏng. Một trong số đó là NS2 một sản phẩm phần mềm lớn, chuyên dụng cho việc mô phỏng. Xu hướng phát triển chung mạng vô tuyến đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống bởi lợi ích mà nó mang lại. Số lượng các thiết bị dùng cho mạng vô tuyến sẽ nhanh chóng vượt qua số lượng các thiết bị dùng cho mạng hữu tuyến, điều này cũng đồng nghĩa với sự nghiên cứu, tìm hiểu về mạng vô tuyến cũng tăng trưởng tương tự. Nội dung nghiên cứu em xin được trình bày về đề tài “Nghiên cứu và mô phỏng giao thức AODV trên công cụ NS2 ”. Trong nội dung khóa luận này em làm rõ hơn về giao thức định tuyến AODV. Được sự gợi ý của Thầy TS. Nguyễn Hà Huy Cường em chọn đề tài “ Nghiên cứu và mô phỏng giao thức AODV trên công cụ NS2 ” để làm báo cáo khóa luận tốt nghiệp. 1.2. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu về mạng cảm biến không dây Giới thiệu về giao thức AODV, tìm hiểu cơ chế hoạt động của giao thức Đi sâu nghiên cứu giao thức AODV Mô phỏng giao thức AODV trên công cụ NS2 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu Giới thiệu về các khái niệm cơ bản về giao thức Tập trung nghiên cứu giao thức AODV Sử dụng chương trình mô phỏng NS2 để mô phỏng quá trình định tuyến trong mạng. 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu mô phỏng giao thức AODV trên công cụ NS2 1.4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết về mạng cảm biến không dây, giao thức AODV, công cụ mô phỏng NS2 Mô phỏng và đánh giá giao thức AODV trong mạng cảm biến không dây. Thực nghiệm bằng công cụ mô phỏng NS2 Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài Thảo luận, lựa chọn phương hướng giải quyết vấn đề. Triển khai xây dựng chương trình mô phỏng 1.5. Cấu trúc đề tài Đề tài gồm có ba chương: Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN và giao thức AODV Chương 2: Cơ sở nghiên cứu về giao thức AODV Chương 3: Mô phỏng giao thứcAODV trên công cụ NS2 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 3 Phần 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN VÀ GIAO THỨC AODV 1.1. Giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây Với sự phát triển của công nghệ thông tin đã mang lại nhiều hiệu quả đối với khoa học cũng như trong các hoạt động thực tế, trong đó mạng máy tính là một lĩnh vực đem lại hiệu quả thiết thực cho con người. Thông qua mạng máy tính chúng ta có thể chia sẻ thông tin ở bất kỳ nơi nào trên mạng, tìm kiếm thông tin một cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả. Mặc dù mạng máy tı́nh đã xuất hiện từ nhiều thập niên nhưng cho đến những năm gần đây, cùng với sự ra đời các thiết bị di động thì nhu cầu nghiên cứu và phát triển các hệ thống mạng không dây ngày càng trở nên cấp thiết. Nhiều công nghệ, phần cứng, các giao thức, chuẩn giao tiếp mạng lần lượt ra đời và đang được tiếp tục nghiên cứu để nâng cao hiệu năng làm việc 1. “Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network )” bao gồm một tập hợp các thiết bị cảm biến sử dụng các liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại hoặc quang học) để phối hợp thực hiện nhiệm vụ thu thập thông tin dữ liệu phân tán với quy mô lớn trong bất kỳ điều kiện và ở bất kỳ vùng địa lý nào. Mạng cảm biến không dây có thể liên kết trực tiếp với nút quản lý giám sát trực tiếp hay gián tiếp thông qua một điểm thu phát (Sink) và môi trường mạng công cộng như Internet hay vệ tinh 2. Các nút cảm biến không dây có thể được triển khai cho các mục đích chuyên dụng như điều khiển giám sát và an ninh; kiểm tra môi trường; tạo ra không gian sống thông minh; khảo sát đánh giá chính xác trong nông nghiệp; trong lĩnh vực y tế; ... Lợi thế chủ yếu của chúng là khả năng triển khai hầu như trong bất kì loại hình địa lý nào kể cả các môi trường nguy hiểm không thể sử dụng mạng cảm biến có dây truyền thống 1 2. “Mạng cảm biến không dây” là một trong những công nghệ thông tin mới phát triển nhanh chóng nhất, với nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Mạng cảm biến không dây WSN là mạng liên kết các nút với nhau nhờ sóng radio. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 4 Nhưng trong đó, mỗi nút mạng bao gồm đầy đủ các chức năng để cảm nhận, thu thập, xử lý và truyền dữ liệu. Các nút mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp ,…và có số lượng lớn, được phân bố không có hệ thống trên phạm vi rộng, sử dụng nguồn năng lượng (pin) hạn chế thời gian hoạt động lâu dài 19. Hình 1.1. Mô hình mạng cảm biến không dây thông thường 1.1.1. Cấu trúc của mạng cảm biến không dây Một mạng cảm biến không dây bao gồm số lượng lớn các nút được triển khai dày đặc bên trong hoặc ở rất gần đối tượng cần thăm dò, thu thập thông tin dữ liệu. Vị trí các cảm biến không cần định trước vì vậy nó cho phép triển khai ngẫu nhiên trong các vùng không thể tiếp cận hoặc các khu vực nguy hiểm. Khả năng tự tổ chức mạng và cộng tác làm việc của các cảm biến không dây là những đặc trưng rất cơ bản của mạng này. Với số lượng lớn các cảm biến không dây được triển khai gần nhau thì truyền thông đa liên kết được lựa chọn để công Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 5 suất tiêu thụ là nhỏ nhất (so với truyền thông đơn liên kết) và mang lại hiệu quả truyền tín hiệu tốt hơn so với truyền khoảng cách xa 10. Hình 1.2.Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không dây được thể hiện trên hình 1.2. Các nút cảm biến được triển khai trong một trường cảm biến (sensor field). Mỗi nút cảm biến được phát tán trong mạng có khả năng thu thập thông số liệu, định tuyến số liệu về bộ thu nhận (Sink) để chuyển tới người dùng và định tuyến các bản tin mang theo yêu cầu từ nút Sink đến các nút cảm biến. Số liệu được định tuyến về phía bộ thu nhận theo cấu trúc đa liên kết không có cơ sở hạ tầng nền tảng (Multibước Infrastructureless Architecture), tức là không có các trạm thu phát gốc hay các trung tâm điều khiển. Bộ thu nhận có thể liên lạc trực tiếp với trạm điều hành (Task Manager ) của người dùng hoặc gián tiếp thông qua Internet hay vệ tinh (Satellite) 11. Mỗi nút cảm biến bao gồm bốn thành phần cơ bản là: bộ cảm biến, bộ xử lý, bộ thu phát không dây và nguồn điện. Tuỳ theo ứng dụng cụ thể, nút cảm biến còn có thể có các thành phần bổ sung như hệ thống tìm vị trí, bộ sinh năng lượng và thiết bị di động. Các thành phần trong một nút cảm biến được thể hiện trên hình 1.3. Bộ cảm biến thường gồm hai đơn vị thành phần là đầu đo cảm biến và bộ chuyển đổi tương tựsố (ADC). Các tín hiệu tương tự được thu nhận từ đầu đo, sau đó được chuyển sang tín hiệu số bằng bộ chuyển đổi ADC, rồi mới được đưa tới bộ xử lý. Bộ xử lý, thường kết hợp với một bộ nhớ nhỏ, phân Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 6 tích thông tin cảm biến và quản lý các thủ tục cộng tác với các nút khác để phối hợp thực hiện nhiệm vụ 10 11. Bộ thu phát đảm bảo thông tin giữa nút cảm biến và mạng bằng kết nối không dây, có thể là vô tuyến, hồng ngoại hoặc bằng tín hiệu quang. Một thành phần quan trọng của nút cảm biến là bộ nguồn. Bộ nguồn, có thể là pin hoặc ắcquy, cung cấp năng lượng cho nút cảm biến và không thay thế được nên nguồn năng lượng của nút thường là giới hạn. Bộ nguồn có thể được hỗ trợ bởi các thiết bị sinh điện, ví dụ như các tấm pin mặt trời nhỏ 12. Hầu hết các công nghệ định tuyến trong mạng cảm biến và các nhiệm vụ cảm biến yêu cầu phải có sự nhận biết về vị trí với độ chính xác cao. Do đó, các nút cảm biến thường phải có hệ thống tìm vị trí. Các thiết bị di động đôi khi cũng cần thiết để di chuyển các nút cảm biến theo yêu cầu để đảm bảo các nhiệm vụ được phân công 13. Các mạng vô tuyến khác bao gồm mạng cellular, mạng WLAN ( Wireless Local Area Network ), và mạng phạm vi ở nhà. Các gói chuyển từ mạng này qua mạng khác sẽ được hỗ trợ internet không dây. Mạng cellular đích đến là tại những người sử dụng với tính di động cao. Tốc độ dữ liệu cho tính di động tại mức này bị giới hạn do dịch tần Doppler. Mặt khác, WLAN có tốc độ dữ liệu cao. Bluetooth và Home RF đích đến là tại nhà, tốc độ dữ liệu mong muốn có dải radio thấp hơn và ngắn hơn nhiều, tính di động cũng thấp.WSN khác với các mạng trên nó có một số lượng lớn các nút, khoảng cách giữa các nút láng giềng là ngắn hơn so với các mạng trên. Do WSN hoàn toàn chỉ là các nút, chi phí cho mỗi nút là ít. Mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn nhiều, bởi vì việc thay thế pin của mỗi nút thậm chí một tháng một lần sẽ rất vất vả. Tốc độ dữ liệu và tính di động trong WSN cũng thấp hơn 12 13 19. 1.1.2. Đặc điểm của mạng cảm biến không dây Hoạt động chính của các thiết bị trong mạng cảm biến là đo lường và vận chuyển các dòng thông tin với khối lượng xử lý thấp, gồm các hoạt động nhận lệnh, dừng, phân tích và đáp ứng. Vì dung lượng bộ nhớ trong nhỏ nên cần tính toán rất kỹ về khối lượng công việc cần xử lý và các sự kiện mức thấp xen vào Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 7 hoạt động xử lý mức cao. Một số hoạt động xử lý mức cao sẽ khá lâu và khó đáp ứng tính năng thời gian thực. Do đó, các nút mạng phải thực hiện nhiều công việc đồng thời và cần phải có sự tập trung xử lý cao độ 1. Tính năng điều khiển ở các nút cảm biến không dây cũng như sự tinh vi của liên kết xử lý lưu trữ chuyển mạch trong mạng cảm biến không dây thấp hơn nhiều trong các hệ thống thông thường. Điển hình, bộ cảm biến hay bộ chấp hành (actuator) cung cấp một giao diện đơn giản trực tiếp tới một bộ vi điều khiển chip đơn (đảm bảo tiêu thụ điện thấp nhất) 1 19. Ngược lại, các hệ thống thông thường, với các hoạt động xử lý phân tán, đồng thời kết hợp với một loạt các thiết bị trên nhiều mức điều khiển được liên hệ bởi một cấu trúc bus phức tạp. Các thiết bị cảm biến được nối mạng có khuynh hướng dành riêng cho ứng dụng cụ thể, tức là mỗi loại phần cứng chỉ hỗ trợ riêng cho ứng dụng của nó. Vì có một phạm vi ứng dụng cảm biến rất rộng nên cũng có thể có rất nhiều kiểu thiết bị vật lý khác nhau. Với mỗi thiết bị riêng, điều quan trọng là phải dễ dàng tập hợp phần mềm để có được ứng dụng từ phần cứng. Như vậy, các loại thiết bị này cần một sự điều chỉnh phần mềm ở một mức độ nào đó để có được hiệu quả sử dụng phần cứng cao. Môi trường phát triển chung là cần thiết để cho phép các ứng dụng riêng có thể xây dựng trên một tập các thiết bị mà không cần giao diện phức tạp. Ngoài ra, cũng có thể chuyển đổi giữa phạm vi phần cứng với phần mềm trong khả năng công nghệ 1 2 10. Các thiết bị có số lượng lớn, được triển khai trong phạm vi rộng với một ứng dụng cụ thể. Việc áp dụng các kỹ thuật mã hóa sửa lỗi truyền thống nhằm tăng độ tin cậy của các đơn vị riêng lẻ bị giới hạn bởi kích thước cảm biến và công suất. Việc tăng độ tin cậy của các thiết bị lẻ là điều cốt yếu. Thêm vào đó, chúng ta có thể tăng độ tin cậy của ứng dụng bằng khả năng chấp nhận và khắc phục được sự hỏng hóc của thiết bị đơn lẻ. Như vậy, hệ thống hoạt động trên từng nút đơn không những mạnh mẽ mà còn dễ dàng phát triển các ứng dụng phân tán tin cậy. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 8 Hình 1.3 : Các thành phần của nút cảm biến Khác với hệ thống có dây, việc định tuyến tìm đường đi tối ưu để truyền dữ liệu trong các hệ thống mạng không dây là khá phức tạp, đòi hỏi phải có các cơ chế điều khiển phù hợp với từng mô hình cụ thể. Đây là một trong những hạn chế lớn nhất của mạng không dây làm ảnh hường đến tốc độ truyền dữ liệu. Bên cạnh đó khả năng gây nhiễu và mất gói tin trong quá trình truyền dữ liệu của mạng không dây là khá cao 2. Hiện nay những hạn chế trên đang dần được khắc phục thông qua các nghiên cứu về mạng không dây được đề xuất thử nghiệm trên các mô hình thực tế nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng của hệ thống mạng, hứa hẹn những bước phát triển mới trong tương lai về lĩnh vực mạng máy tính. 1.2. Khái quát về giao thức AODV 1.2.1. Giới thiệu về giao thức AODV Giao thức AODV (Ad hoc On Demand Distance Vectơr ): AODV cho phép định tuyến nhiều bước giữa các nút mạng để thiết lập và duy trì mạng Ad hoc. Thuật toán định tuyến này dựa trên thuật toán vectơ khoảng cách nhưng thuộc loại định tuyến theo yêu cầu, nó chỉ yêu cầu đường định tuyến khi cần thiết 3. Thuật toán định tuyến AODV khá phù hợp cho cấu hình mạng động. AODV đưa ra các tuyến không bị lặp ngay cả khi nó đang sửa các liên kết lỗi. Bởi vì giao thức này không yêu cầu quảng bá tuyến định kỳ trên toàn mạng, nên yêu Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 9 cầu toàn bộ băng thông có sẵn cho một nút di động thực chất là thấp hơn so với các giao thức khác, những giao thức yêu cầu quảng bá. AODV sử dụng liên kết đối xứng giữa các nút hàng xóm. Gói tin không đi theo tuyến đường giữa các nút khi một trong những nút đó không nghe được từ nút khác. Những nút không nằm trên các tuyến đường hoạt động; chúng sẽ không duy trì bất cứ thông tin định tuyến nào cũng như không tham gia vào bất kỳ sự trao đổi bảng định tuyến định kỳ nào 4. Hơn nữa, một nút không phải khám phá và duy trì một tuyến tới nút khác cho tới khi hai nút cần giao tiếp với nhau, trừ khi nút đó đóng vai trò như một trạm chuyển tiếp trung gian để duy trì kết nối giữa hai nút khác. Khi một kết nối cục bộ của nút di động được thiết lập, mỗi nút có thể nhận thấy các nút khác trong vùng lân cận của nó bằng một vài kĩ thuật, bao gồm quảng bá cục bộ các bản tin Hello. Bảng định tuyến của các nút trong vùng lân cận được tạo ra để tối ưu thời gian đáp ứng tới với sự di chuyển cục bộ và cung cấp thời gian đáp ứng nhanh cho các yêu cầu thiết lập tuyến mới 3 4. Giao thức AODV sử dụng một cách tiếp cận hoàn toàn mới so với các phương pháp truyền thống để xây dựng các đường đi trong mạng. Khi một nút mạng muốn gửi một gói tin tới một nút nào đó, nó sẽ khởi tạo tiến trình xử lý discovery để định vị nút đích. Nếu không có một đường đi nào được tìm thấy trong một khoảng thời gian xác định, nút khởi tạo sẽ cho rằng không tồn tại đường đi tới nút đích. Tiến trình xử lý discovery sẽ kết thúc đồng thời các gói tin tương ứng sẽ hủy bỏ. Ngược lại nếu nút khởi tạo tìm được một đường đi phù hợp, nó sẽ cập nhật đường đi này vào bảng định tuyến của nó như một đầu vào (entry) tương ứng với nút đích 6. Khi một đầu vào mới được tạo ra, tiến trình xử lý cũng đồng thời được kích hoạt để giám sát tình trạng của đường đi vừa được tạo ra, nếu sau một khoảng thời gian đủ lớn mà đường đi không được sử dụng, nút mạng sẽ xóa đường đi này ra khỏi bảng định tuyến. Nếu có lỗi xuất hiện trên một đường đi có trạng thái tích cực, nút mạng sẽ lập tức thông báo ngược lại cho các bước truyền trước đó bằng một gói tin điều khiển cụ thể 5. Trong trường hợp nhận được gói thông báo trên, các nút mạng chịu ảnh hưởng sẽ khởi động lại tiến trình khám phá để tìm đường đi thay thế nếu cần Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 10 thiết, AODV quản lý các thông tin về đường đi theo kiểu phân tán. Điều này có nghĩa là mỗi nút trên đường đi sẽ có một thành phần trong bảng định tuyến tương ứng với nút đích của đường đi đó. Cách quản lý này hoàn toàn trái ngược với ngược với phương pháp source routing ( tìm đường từ nút nguồn) trong đó chỉ có nút nguồn mới biết đường đi đầy đủ tới nút gốc 3 4 5. AODV cũng cho phép mỗi nút chỉ duy trì một và chỉ một đường đi ứng với mỗi nút đích. Tuy nhiên có một số giao thức tìm đường khác cho phép tìm nhiều đường ứng với mỗi nút đích. Trong trường hợp, đường đi ban đầu bị lỗi, đường đi thay thế sẽ được sử dụng. Các thành phần của bảng định tuyến trong giao thức AODV được định dạng bao gồm các trường < địa chỉ nút đích, địa chỉ bước truyền tiếp theo, số thứ tự, khoảng cách, danh sách các nút trước đó, ngày hết hạn >. Trường số thứ tự được sử dụng để ngăn chặn sự hình thành các vòng lặp và thể hiện mức độ cập nhật của các đường đi. Khoảng cách là số các bước truyền. Khi một đường đi mất hiệu lực, số thứ tự của nó sẽ tăng lên một và khoảng cách sẽ được đặt là vô cùng. Danh sách tiền thân chứa tập hợp các nút lân cận, sử dụng thành phần này để chuyển tiếp các gói dữ liệu. Ngày hết hạn được sử dụng để xác định thời gian tồn tại tối đa của thành phần, sau đó nó sẽ xóa bỏ khỏi bảng định tuyến. Tất nhiên giá trị của trường hợp này sẽ được mở rộng mỗi lần thành phần này được sử dụng. Trong AODV, các tuyến được duy trì điều kiện như sau: Nếu một nút nguồn chuyển động, nó phải khởi động lại giao thức khám phá tuyến để tìm ra một tuyến mới đến đích. Nếu một nút trên tuyến chuyển động, nút lân cận luồng lên của nó chú ý đến chuyển động đó và truyền một bản tin “Khai báo sự cố đường thông” (một RREP không xác định) đến mỗi nút lân cận tích cực luồng lên để thông báo cho các nút này xoá phần tuyến đó. Các nút này thực chất truyền một “Thông báo sự cố đường thông” đến các nút lân cận luồng lên. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi đạt đến nút nguồn. Nút nguồn sau đó có thể chọn khởi động lại một quá trình khám phá tuyến cho đích đó nếu một tuyến vẫn cần thiết 6. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 11 Giao thức định tuyến AODV là một trong những giao thức định tuyến theo cơ chế phản ứng. Tương tự như giao thức DSR, AODV cũng phát gói tin broadcast để yêu cầu tìm đường đi khi có nhu cầu. Tuy nhiên điểm khác biệt cơ bản đối với giao thức DSR là AODV sử dụng nhiều cơ chế khác nhau để duy trì thông tin bảng định tuyến, chẳng hạn như nó sử dụng bảng định tuyến truyền thống để lưu trữ thông tin định tuyến với mỗi entry cho một địa chỉ đích 2 4. Không sử dụng cơ chế định tuyến nguồn và cũng không cần biết thông tin về các nút láng giềng của nó, AODV dựa trên các entry của bảng định tuyến để lấy gói tin RREP về nút nguồn và nút nguồn dùng thông tin đó để gửi dữ liệu đến đích. Thuật toán này cho phép năng động, tự phát, đa bước nhảy định tuyến giữa điện thoại di động tham gia nút nhu cầu thiết lập và duy trì một mạng ad hoc. AODV cho phép các nút di động để có được các tuyến đường nhanh chóng cho các điểm đến mới, và không cần nút để duy trì các tuyến đường đến điểm đến mà không phải trong giao tiếp tích cực. AODV cho phép các nút di động để đáp ứng nhanh chóng liên kết bị vỡ và những thay đổi trong cấu trúc liên kết mạng. Các hoạt động của AODV bằng cách tránh các Bellman-Ford `` Đếm đến vô cùng '''''''' vấn đề cung cấp sự hội tụ nhanh chóng khi các quảng cáo hoc topo mạng thay đổi (thông thường, khi một động thái nút trong mạng). Khi liên kết phá vỡ, AODV gây ra các thiết lập ảnh hưởng của các nút để được thông báo để họ có thể làm mất hiệu lực các tuyến đường bằng cách sử dụng liên kết bị hỏng 1 2 4. Một tính năng khác biệt của AODV là việc sử dụng của một điểm đến số thứ tự cho mỗi mục tuyến đường. Các chuỗi điểm đến số được tạo ra bởi các điểm đến cho bất kỳ thông tin đường nó gửi đến yêu cầu các nút. Sử dụng số thứ tự điểm đến đảm bảo tự do vòng lặp và đơn giản là để chương trình. Cho sự lựa chọn giữa hai tới điểm đến, một nút yêu cầu luôn luôn chọn một với số thứ tự lớn nhất. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 12 1.2.2. Tổng quan về giao thức AODV Các yêu cầu Route (RREQs), Route Trả lời (RREPs), và lỗi Route(RERRs) là loại tin nhắn được định nghĩa bởi AODV. Những tin loại đang nhận được tại cổng 654, UDP, và tiêu đề IP bình thường chế biến được áp dụng. Vì vậy, ví dụ, các nút yêu cầu là dự kiến sẽ sử dụng địa chỉ IP của nó như là địa chỉ IP nguồn cho tin nhắn. Đối với tin nhắn quảng bá, các IP hạn chế phát sóng địa chỉ (255.255.255.255) được sử dụng. Điều này có nghĩa rằng những thông điệp đó là không mù quáng chuyển tiếp. Tuy nhiên, hoạt động AODV không yêu cầu thông điệp nhất định (ví dụ, RREQ) đã được phổ biến rộng rãi, có lẽ suốt mạng ad hoc 3. Phạm vi của các phổ biến của RREQs ngập như được chỉ ra bởi TTL trong IP header. Sự phân mảnh được thường không cần thiết miễn là các thiết bị đầu cuối của một kết nối truyền thông có hiệu lực các tuyến đường với nhau, AODV không đóng bất kỳ vai trò. Khi một con đường để một điểm đến mới là cần thiết, các nút sử dụng một RREQ phát sóng để tìm một tuyến đường đến đích. Một tuyến đường có thể được xác định khi RREQ đạt một trong hai điểm đến chính nó, hoặc một nút trung gian có một tuyến đường đến đích. Một con đường tươi đủ là một mục tuyến đường chưa hết hạn cho các điểm đến có liên quan số thứ tự là ít nhất là tuyệt vời như chứa trong RREQ 2 3. Các tuyến đường được làm sẵn có của unicasting, một RREP trở về nguồn của RREQ. Mỗi nút nhận được yêu cầu lưu trữ một lộ trình trở khởi của các yêu cầu, vì vậy mà trên RREP có thể được unicast từ điểm đến dọc theo một con đường để khởi đó, hoặc tương tự như vậy từ bất kỳ nút trung gian mà có thể đáp ứng các yêu cầu. Các nút theo dõi tình trạng liên kết bước nhảy tiếp theo trong các tuyến đường hoạt động. Khi nào nghỉ liên kết trong một lộ trình hoạt động được phát hiện, một tin nhắn RERR được sử dụng thông báo cho các nút khác cho rằng sự mất liên kết đó đã xảy ra. Các RERR nhắm chỉ có khu hiện nay không thể truy cập do sự mất mát của các liên kết. Để kích hoạt chế độ báo cáo này, mỗi nút giữ một danh sách tiền thân, có chứa địa chỉ IP cho mỗi người hàng xóm của mình có khả năng sử dụng nó như là một bước kế tiếp đối với điểm đến mà bây giờ không thể truy cập 3 5. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 13 Các thông tin trong danh sách tiền thân là dễ dàng nhất thu được trong quá trình xử lý cho thế hệ của một thông điệp RREP, mà theo định nghĩa đã được gửi đến một nút trong danh sách tiền thân. Một RREQ cũng có thể nhận được cho một địa chỉ IP multicast. Trong này tài liệu, xử lý đầy đủ cho tin nhắn như vậy không được xác định. Vì ví dụ, nguồn gốc của một RREQ như vậy cho một địa chỉ IP multicast có thể phải tuân theo quy tắc đặc biệt. Tuy nhiên, điều quan trọng là để cho phép hoạt động multicast chính xác bằng các nút trung gian mà không phải là kích hoạt như nguồn hoặc đích hạch cho các địa chỉ IP multicast, và tương tự như vậy không được trang bị cho bất kỳ giao thức multicast đặc biệt chế biến. Đối với các nút multicast không biết như vậy, chế biến cho một địa chỉ IP multicast là một địa chỉ IP đích phải được thực hiện trong cùng một cách như đối với bất kỳ địa chỉ IP đích khác AODV là một giao thức định tuyến, và nó đề với quản lý bảng định tuyến. Thông tin bảng định tuyến phải được lưu giữ ngay cả đối với các tuyến đường phù du, chẳng hạn như được tạo ra để tạm thời lưu trữ đường dẫn ngược lại đối với các nút RREQs nguồn gốc 6 7. . Quản lý các số thứ tự là rất quan trọng để tránh các vòng lặp định tuyến, ngay cả khi liên kết phá vỡ và một nút là không còn có thể truy cập để cung cấp thông tin riêng của mình về số thứ tự của nó. Một điểm đến trở nên không thể truy cập khi bị vỡ liên kết hoặc ngừng hoạt động. Khi những điều kiện xảy ra, nút phát hiện tình trạng các gia số số thứ tự của điểm đến và các số liệu trong các entry bảng định tuyến được gán cho là vô hạn 4 8. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 14 1.3. Chức năng và ứng dụng của mạng cảm biến không dây 1.3.1. Chức năng của mạng cảm biến không dây STT Thành phần Giải thích ý nghĩa 1 Định tuyến và phổ biến dữ liệu Giao thức định tuyến cho WSNs rơi vào 3 nhóm: dữ liệu trung tâm, kiến trúc mạng, và căn cứ vào vị trí. Các quy ước về tập hợp dữ liệu đến từ các nguồn khác nhau qua đường truyền. Điều này cho phép hạn chế sự dư thừa trong mạng, làm giảm số đường truyền, giảm năng lượng tiêu thụ. Vấn đề quan tâm trong xử lý nội mạng, ngay khi dữ liệu đang được truyền nhằm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng của toàn hệ thống. Băng thông bị giới hạn, khả năng cung cấp công suất các nút bị hạn chế hay giá thành cao. Để giải quyết vấn đề này, cần có quá trình xử lý tại nguồn trước khi chuyển qua các nút lân cận, chỉ truyền thông tin tóm tắt, ngắn gọn, tổng hợp nhất. 2 Sắp xếp mạng và theo dõi Các vấn đề liên quan đến sự sắp xếp mạng và theo giỏi giám sát bao gồm quản lý nhóm các cảm biến, khả năng tự phân chia nhóm, xây dựng phiên làm việc. 3 Tập hợp dữ liệu Tính toán liên quan đến tập hợp dữ liệu, dung hợp, phân tích, tính toán cấu trúc và xử lí tín hiệu. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 15 4 Bảo mật Bảo mật là một phần quan trọng trong WSNs, sự chắc chắn, nhất quán và sự sẵn sàng của thông tin. 5 Quản lý dữ liệu Quản lý dữ liệu phụ thuộc vào kiến trúc dữ liệu, quản lý cơ sở dữ liệu, kĩ thuật truy vấn và lưu trữ dữ liệu. Trong môi trường mạng truyền thống, dữ liệu được thu thập đến trung tâm để lưu trữ khi có yêu cầu được gửi đi. Trong các mạng phức tạp hơn, các yêu cầu theo thời gian thực, cần có các kĩ thuật được xây dựng dùng cho các mô hình lưu trữ dữ liệu phân bố. Dữ liệu cần được đánh chỉ số cho việc kiểm tra (theo không gian và thời gian) hiệu quả hơn. 1.3.2. Ứng dụng của mạng cảm biến không dây  Giám sát và điều khiển công nghiệp Đặc thù của giám sát và điều khiển công nghiệp là môi trường nhiễu lớn, không đòi hỏi lượng lớn dữ liệu thông tin được truyền tải nhưng yêu cầu rất cao về độ tin cậy và đáp ứng thời gian thực. Mạng cảm biến không dây được ứng dụng trong lĩnh vực này chủ yếu phục vụ việc thu thập thông tin, giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống, như trạng thái các van, trạng thái thiết bị, nhiệt độ và áp suất của nguyên liệu được lưu trữ, … Ngoài ra, trong một số ứng dụng điều khiển trên diện rộng thì mạng cảm biến không dây cũng thể hiện nhiều tính năng vượt trội. Đó là hệ thống điều khiển không dây ánh sáng quảng cáo 10. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 16  Tự động hoá gia đình và điện dân dụng Gia đình là không gian ứng dụng rất lớn cho mạng cảm biến không dây. SmartHome là thuật ngữ để chỉ một ngôi nhà thông minh với sự ứng dụng toàn diện của các thiết bị cảm biến không dây. Một ứng dụng được điều khiển chung từ xa, một PDA có thể điều khiển TV, máy nghe DVD, dàn âm thanh nổi và các thiết bị điện tử gia đình khác hay các bóng đèn, các cánh cửa, và các ổ khoá cũng được trang bị với kết nối mạng cảm biến không dây. Với bộ điều khiển chung từ xa, một bộ có thể điều khiển ngôi nhà từ tiện ích trên ghế 11.  Triển vọng của mạng cảm biến không dây trong quân sự Các mạng cảm biến không dây là một phần không thể thiếu trong các ứng dụng quân sự ngày nay với các hệ thống mệnh lệnh, điều khiển, thu thập tin tức tình báo truyền thông, tính toán, theo dõi kẻ tình nghi, trinh sát và tìm mục tiêu. Các đặc tính triển khai nhanh chóng, tự tổ chức và khả năng chịu đựng lỗi của các mạng cảm biến cho thấy đây là một công nghệ đầy triển vọng trong lĩnh vực quân sự 12.  Mạng cảm biến không dây trong y tế và giám sát sức khoẻ Một số ứng dụng trong y tế của mạng cảm biến không dây là cung cấp khả năng giao tiếp cho người khuyết tật; kiểm tra tình trạng của bệnh nhân; chẩn đoán; quản lý dược phẩm trong bệnh viện; kiểm tra sự di chuyển và các cơ chế sinh học bên trong của côn trùng và các loài sinh vật nhỏ khác; kiểm tra từ xa các số liệu về sinh lý con người; giám sát, kiểm tra các bác sĩ và bệnh nhân bên trong bệnh viện 10 11.  Mạng cảm biến không dây với môi trường và ngành nông nghiệp Một số các ứng dụng về môi trường của mạng cảm biến không dây bao gồm theo dõi sự di chuyển của các loài chim, loài thú nhỏ, côn trùng; kiểm tra các điều kiện môi trường ảnh hưởng tới mùa màng và vật nuôi; tình trạng nước tưới; các công cụ vĩ mô cho việc giám sát mặt đất ở phạm vi rộng và thám hiểm các hành tinh; phát hiện hóa học, sinh học; tính toán trong nông nghiệp; kiểm tra Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 17 môi trường không khí, đất trồng, biển; phát hiện cháy rừng; nghiên cứu khí tượng và địa lý; phát hiện lũ lụt; vẽ bản đồ sinh học phức tạp của môi trường và nghiên cứu ô nhiễm môi trường 11 12. 1.4. Cơ chế duy trì thông tin định tuyến của giao thức AODV Quá trình định tuyến của AODV cũng bao gồm 2 cơ chế chính: cơ chế tạo thông tin định tuyến và cơ chế duy trì thông tin định tuyến 1.4.1. Cơ chế tạo thông tin định tuyến của giao thức AODV Cơ chế tạo thông tin định tuyến sẽ được thiêt lập khi một nút nguồn có nhu cầu trao đổi thông tin với một nút khác trong hệ thống mạng. Trong hệ thống mạng MANET hoạt động theo giao thức AODV, mỗi nút trong hệ thống mạng luôn duy trì 2 bộ đếm: Bộ đếm Sequence Number và Bộ đếm REQID. Cặp thông tin< Sequence Number, REQID > là định danh duy nhất cho một gói tin RREQ 4. Cơ chế tạo thông tin định tuyến, cặp thông tin này sẽ bị thay đổi giá trị khi: - Đối với Sequence Number: - Trước khi một nút khởi động tiến trình router discovery, điều này nhằm chống sự xung đột với các gói tin RREP trước đó. - Khi nhận được một gói tin RREP 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 REQID: Khi có một sự thay đổi trong toàn bộ nút lân cận của nó dẫn đến sẽ có một số tuyến đường trong bảng định tuyến sẽ không còn hiệu lực. Số REQID sẽ được tăng lên khi nút khởi động một tiến trình khám phá router mới. Tiến trình Router Discovery được khởi động khi nào một nút muốn trao đổi dữ liệu với một nút khác mà trong bảng định tuyến của nó không có thông tin định tuyến nút đích đó. Khi tiến đó tiến trình sẽ phát broadcast một gói RREQ cho các nút láng giềng của nó. Thông tin trong RREQ ngoài địa chỉ đích, địa chỉ nguồn, số bước-count (được khởi tạo giá trị ban đầu là 0),.. còn có các trường: Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 18 số thứ tự của nút nguồn, số broadcast ID, giá trị số thứ tự được biết lần cuối cùng của nút đích 4 5. Khi các nút láng giềng nhận được gói RREQ, nó 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 chuyển qua bước 2. Bước 2 : Nếu trong bảng định tuyến của nó chứa đường đi đến đích, thì sẽ kiểm tra giá trị Destination Sequence number trong entry chứa thông tin về đường đi với số Destination Sequence number trong gói RREQ, nếu số Destination Sequence number trong RREQ lớn hơn số Destination Sequence number trong entry thì nó sẽ không sử dụng thông tin trong entry của bảng định tuyến để trả lời cho nút nguồn mà nó sẽ tiếp tục phát Broadcast gói RREQ đó đến cho các nút láng giềng của nó. Ngược lại, nó sẽ phát Unicast cho gói RREP ngược trở lại cho nút láng giềng của nó để báo đã nhận gói RREQ. Gói RREP ngoài các thông tin như: địa chỉ nguồn, địa chỉ đích..... còn chứa các thông tin: Destination Sequence number, bước-count, TTL. Ngược lại thì qua bước 3. Bước 3 : Nếu trong bảng định tuyến của nó không có đường đi đến đích thì nó sẽ tăng số Bước-count lên1, 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 láng giềng mà nó nhận gói RREQ lần đầu tiên. Entry chứa đường đi ngược này sẽ được tồn tại trong một khoảng thời gian đủ để gói RREQ tìm đường đi đến đích và gói RREP phản hồi cho nút nguồn, sau đó entry 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 thể nhận cùng lúc nhiều gói RREP, khi đó nó sẽ chỉ xử lý gói RREP có số Destination Sequence number lớn nhất, hoặc nếu cùng số Destination Sequence number thì nó sẽ chọn gói RREP có số Bước-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 2 4 6. AODV chỉ tạo ra các tuyến đường khi được yêu cầu. Điều này giúp nó tối thiểu hóa được việc phát quảng bá trong mạng. Mỗi nút mạng trong mạng sẽ duy Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 19 trì một bảng ghi định tuyến chứa thông tin về đường đi (như các nút mạng hàng xóm, thông tin ghi nhận các yêu cầu đã được xử lý) mà nút mạng giao tiếp.Với những nút mạng không nằm trên đường đi đến đích thì không cần phải duy trì thông tin định tuyến hoặc tham gia vào việc trao đổi các bảng định tuyến. Để phát hiện và duy trì liên kết, AODV sử dụng các thông điệp khác nhau là Route REQuest (RREQ) và HELLO. Khi nút mạng nguồn muốn gửi một gói tin đến nút mạng đích mà tuyến đường chưa được xác lập, nó sẽ gửi thông điệp yêu cầu tuyến đường RREQ đến tất cả các nút mạng hàng xóm.Tại các nút mạng đã đi qua, RREQ cũng lưu định danh các nút mạng để tạo đường quay trở về nguồn tạm thời. Đồng thời, các nút mạng cũng lưu định danh của các RREQ đã nhận để loại bỏ các RREQ được gửi lại. Hình 1.4 : Quá trình truyền của RREQ Quá trình truyền của RREQ, khi RREQ tới được đích hoặc nút mạng có đường tới được đích, gói tin trả lời Route REPly (RREP) được khởi tạo và được chuyển về nút mạng nguồn theo tuyến đường tạm thời mà gói RREQ thiết lập. Trong quá trình đó, RREP thiết lập đường hướng đến đích tại các nút mạng chuyển tiếp. Khi RREP đến được nút mạng nguồn cũng là lúc tuyến đường từ nguồn tới đích được thiết lập. Nếu nút mạng nguồn không nhận được gói tin RREP, nút mạng sẽ gửi lại thông điệp RREQ hoặc giả thiết không có đường tới đích. Mặt khác, do RREP được chuyển tiếp dọc theo các tuyến đường được Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 20 RREQ thiết lập nên AODV chỉ có thế hỗ trợ tìm đường đi qua các liên kết đối xứng. Hình 1.5. Đường đi của gói tin RREP trở về nguồn Đường đi của gói tin RREP trở về nguồn Để cảm nhận và duy trì các liên kết, AODV sử dụng thông điệp HELLO phát quảng bá định tuyến đến các hàng xóm. Thông điệp này cho biết sự tồn tại của nút mạng và liên kết tới nút mạng đó vẫn hoạt động. Khi thông điệp HELLO không đến được nút mạng hàng xóm nào đó, điều đó chứng tỏ liên kết bị hỏng. Nút mạng gửi HELLO sẽ đánh dấu liên kết đến hàng xóm đó là hỏng và gửi thông điệp Route ERR or (RERR) báo lỗi tới tất cả các nút mạng liên quan. Việc phát hiện lỗi này là do lớp vật lý và lớp liên kết thực hiện 4 6 8. 1.4.2. Cơ chế duy trì thông tin định tuyến của giao thức AODV Cơ chế hoạt động của AODV là không cần phải biết thông tin về các nút láng giềng, chỉ cần dựa vào các entry trong bảng định tuyến. Vì vậy, khi một nút nhận thấy rằng chặng kế tiếp của nó không thể tìm thấy, thì nó sẽ phát một gói RRER (Route Error) khẩn cấp với số Sequence number bằng số Sequence number trước đó cộng thêm 1, Bước count bằng ∞ và gởi đến tất cả các nút láng giềng đang ở trạng thái active, những nút đó sẽ tiếp tục chuyển gói tin đến các nút láng giềng của nó,… và cứ như vậy cho đến khi tất cả các nút trong mạng ở trạng thái active nhận gói tin này 7 8. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Hà Huy Cườ ng Phạm Thị Phương Thùy-DT13CTT01 21 Sau khi nhận thông báo này, các nút sẽ xóa tất cả các đường đi có chứa nút hỏng, đồng thời có thể sẽ khởi động lại tiến trình Route discovery nếu nó có nhu cầu định tuyến dữ liệu đến nút bị hỏng đó bằng gởi một gói tin RREQ (với số Sequence number bằng số Sequence number mà nó biết trước đó cộng thêm 1) đến các nút láng giềng để tìm đến địa chỉ đích 9. 1.4.3. Quản lý bảng định tuyến của giao thức AODV Ngoài nguồn và số thứ tự đích , thông tin hữu ích khác cũng được lưu giữ trong các mục bảng định tuyến. Liên kết với đường dẫn ngược lại mục định tuyến là một bộ đếm thời gian, được gọi là yêu cầu tuyến đường bộ đếm thời gian hết hạn. Mục đích của bộ đếm thời gian này là để tẩy các mục con đường định tuyến đảo ngược từ những nút không nằm trên con đường từ nguồn đến đích. Thời gian hết hạn phụ thuộc vào kích thước của mạng ad-hoc. Một thông số quan trọng khác liên quan đến mục định tuyến là các tuyến đường bộ nhớ đệm, hoặc thời gian sau đó, tuyến đường được coi là không hợp lệ. Trong mỗi mục nhập bảng định tuyến, địa chỉ của các nút láng giềng hoạt động mà qua đó các gói tin cho các điểm đến nhất định nhận được cũng được duy trì. Hàng xóm được coi là hoạt động (cho điểm đến đó) nếu nó bắt nguồn hoặc chuyển tiếp ít nhất một gói tin cho rằng điểm đến trong khoảng thời gian hoạt động thời gian chờ gần đây nhất. Thông tin được duy trì để tất cả các nút nguồn hoạt động có thể được thông báo khi một liên kết dọc theo một con đường để phá vỡ đích. Một mục nhập tuyến đường được gọi là hoạt động nếu nó được sử dụng bởi bất kỳ nút hàng xóm hoạt động. Các đường dẫn từ một nguồn tới một điểm đến, tiếp theo là các gói dữ liệu dọc theo mục tuyến đường hoạt động, được gọi là một đường dẫn hoạt động. Lưu ý rằng, với DSDV, tất cả các tuyến trong bảng định tuyến được gắn thẻ với số thứ tự đích, đảm bảo rằng không có vòng lặp định tuyến có thể hình thành, ngay cả dưới điều kiện khắc nghiệt của cung cấp gói out-of-trật tự và tính di động nút cao. Một nút di động duy trì một mục bảng định tuyến cho mỗi điểm đến quan tâm. Mỗ...

Định dạng
Số trang	65
Dung lượng	1,69 MB