Đánh giá hiệu năng một số giao thức Proactive của công nghệ mạng Ad-Hoc

Các hệ thống mạng tế bào không dây đã được đưa vào sử dụng từ những th ậpkỷ 80

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 6

CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD-HOC 8

1.1 T ổNG QUAN Về MạNG A D -H OC 8

1.2 Đ ặC ĐIểM CủA MạNG A D -H OC 10

1.3 C ÁC ứNG DụNG CủA MạNG A D -H OC 13

1.3.1 Ứng dụng trong quân đội 13

1.3.2 Các ứng dụng trong cuộc sống 14

1.4 V ấN Đề AN NINH 16

CHƯƠNG II : HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC GIAO THỨC PROACTIVE TRONG MẠNG AD-HOC 17

2.1 T ổNG QUAN Về ĐịNH TUYếN 17

2.2 G IAO THứC ĐịNH TUYếN VECTOR KHOảNG CÁCH THEO YÊU CầU AODV 19

2.2.1 Tìm đường 19

2.2.2 Thiết lập đường đảo chiều 20

2.2.3 Thiết lập đường chuyển tiếp 20

2.2.4 Quản lý bảng định tuyến 21

2.2.5 Duy trì tuyến 22

2.2.6 Xử lý lỗi, hết hạn và xóa bỏ tuyến 23

2.2.7 Quản lý kết nối nội vùng 25

2.2.8 Sửa chữa nội vùng 26

2.3 C LUSTERHEAD G ATEWAY R OUTING S WITCH (CGSR) 28

2.3.1 Tổng quan về giao thức CGSR 28

2.3.2 Kiến trúc của giao thức CGSR 28

2.4 G IAO THứC OLSR (O PTIMIZED L INK S TATE R OUTING ) 30

2.4.1 Khái quát giao thức OLSR 30

2.4.2 Chuyển tiếp đa điểm 31

2.4.3 Nguyên tắc trao đổi bản tin 33

2.4.4 Khả năng áp dụng 35

2.5 G IAO THứC ĐịNH TUYếN KHÔNG DÂY ( WRP ) 35

2.6 Định tuyến nguồn động (DSR) 36

2.7 G IAO THứC ĐịNH TUYếN TUầN Tự TạM THờI TORA 38

2.7.1 Chức năng giao thức 40

2.7.2 Tạo đường trong TORA 41

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM NS2 VÀ ỨNG DỤNG XÂY DỰNG CÁC KỊCH BẢN MÔ PHỎNG GIAO THỨC MẠNG 43

3.1 T ổNG QUAN 43

3.2 Đ ạI CƯƠNG Về NS 44

3.2.1 Các chức năng của NS 44

3.2.2 Các thành phần của NS 45

3.2.3 Kiến trúc của NS 45

3.3 S ử DụNG PHầN MềM NS-2 Để MÔ PHỏNG MạNG 50

3.3.1 Cơ bản về Tcl 50

3.3.2 Cơ bản về OTcl 52

3.3.3 Các bước cơ bản của một kịch bản mô phỏng NS-2 53

3.3.4 Thực hiện mô phỏng mạng không dây trong NS 56

CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN PROACTIVE TRONG AD-HOC 62

4.1 M ộT Số Độ ĐO ĐÁNH GIÁ HIệU NĂNG 62

4.1.1 Các độ đo định tính 62

4.1.2 Các độ đo định lượng 64

4.2 Đ ÁNH GIÁ HIệU NĂNG DựA TRÊN CÁC THÔNG Số 66

4.3 Đ ÁNH GIÁ HIệU NĂNG DựA TRÊN KếT QUả MÔ PHỏNG 70

4.3.1 Mô hình hóa các kịch bản mô phỏng 70

4.3.2 Khảo sát và phân tích kết quả 71

4.3.2.1 Tỷ lệ chuyển tiếp gói tin 71

4.3.2.2 Khả năng truyền gói tin 73

4.3.2.3 Độ tối ưu về đường đi 73

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

LỜI NÓI ĐẦU

Các hệ thống mạng tế bào không dây đã được đưa vào sử dụng từ những thập kỷ 80 Các hệ thống không dây hoạt động với sự trợ giúp của một cấu trúc

hỗ trợ tập trung như một AP( Access Point) Các AP này giúp người dùng duy trì

sự kết nối với hệ thống không dây khi họ di chuyển từ địa điểm này tới địa điểm khác Sự có mặt của cấu trúc hỗ trợ cố định giới hạn khả năng thích nghi của các

hệ thống không dây Nói cách khác hệ thống không thể làm việc hiệu quả ở những nơi không có cơ sở hạ tầng cố định Các hệ thống không dây trong tương lai sẽ yêu cầu sự triển khai dễ dàng và nhanh chóng của các mạng không dây Sự triển khai mạng nhanh chóng này không thể thực hiện được với kiến trúc hiện tại của các hệ thống không dây Sự cải tiến gần đây như Bluetooth đã đưa ra một loại mới của các hệ thống không dây gọi là các mạng Ad-Hoc (Mobile Ad-hoc Network)

Ad-Hoc có một số đặc trưng, những lợi thế riêng của nó so với các mạng

vô tuyến truyền thống Trong mô hình mạng này, tất cả các thành phần tham gia đều có khả năng di động, chúng truyền thông tin với nhau theo các đường truyền

đa bước Để thực hiện được yêu cầu truyền thông này, tất cả các nút thạm gia trong mạng đều đóng vai trò như một router thực thụ Các “router” này có khả năng đảm bảo tất cả các chức năng như định tuyến, quảng bá đường đi, sửa lỗi liên kết… Để có được ưu thế về tính linh động, loại mạng này đã phải đánh đổi với nhiều khó khăn khác nhau cần giải quyết Khi các thành phần mạng di động, việc cấp phát nguồn cho chúng trở nên khó khăn hơn Nếu công suất của một nút trong mạng giảm xuống mức nhất định thì nút đó không thể thực hiện các chức năng đầy đủ của một router thực sự Vì vậy, việc thiết kế các giao thức cho nó phải đát ứng được yêu cầu về công suất tiêu tốn khi hoạt động để đáp ứng được chất lượng dịch vụ của người dùng

Trong tương lai, việc triển khai Ad-Hoc có thành công hay không phụ thuộc vào các ứng dụng internet hiện tại và tương lai mà nó có thể hỗ trợ cũng như các giao thức có khả năng cải thiện hiệu năng của nó Một số yếu tố có thể

ảnh hưởng đến hiệu năng của bất cứ hoạt động của giao thức nào trong Ad-Hoc

Ví dụ như sự di chuyển của các nút gây ra hiện tượng đứt liên kết, tác động tiêu cực đến khả năng định tuyến và QoS của mạng Kích thước mạng, chi phí điều khiển và cường độ lưu lượng sẽ được xem xét trong khả năng ổn định của mạng Các yếu tố này kèm theo các thuộc tính không đồng nhất có thể gây ra các thay đổi khả năng cải thiện hiệu năng mạng Có thể chỉ ra năm yếu tố tác động đến hiệu năng của Ad-Hoc đó là tốc độ, thời gian tạm dừng của nút, kích thước mạng, số lượng nguồn lưu lượng và giao thức định tuyến Các thông số khác nhau có thể được sử dụng để đánh giá hiệu năng của mạng

Với những kiến thức thu thập được em đã chọn đề tài “ Đánh giá hiệu

năng một số giao thức Proactive của công nghệ mạng Ad-Hoc” làm đồ án tốt

nghiệp của mình

Nội dung của đồ án được bố cục như sau:

Chương 1: Tổng quan về mạng Ad-Hoc

Chương này trình bày một cách tổng quan nhất về mạng Ad-Hoc như: Khái niệm về mạng Ad-Hoc, lịch sử hình thành và phát triển, công nghệ sử dụng trong mạng Ad-Hoc, đặc điểm của mạng Ad-Hoc, các ứng dụng trong mạng Ad-Hoc và vấn đề an ninh trong mạng Ad-Hoc

Chương 2 : Hoạt động của các giao thức Proactive trong mạng Ad-Hoc

Chương này đề cập một cách tổng quát nhất đến vấn đề định tuyến trong mạng Ad-Hoc, sự phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad-Hoc và giới thiệu một số giao thức định tuyến Proactive trong mạng Ad-Hoc

Chương 3: Giới thiệu phần mềm NS2 và ứng dụng xây dựng các kịch bản mô phỏng giao thức mạng

Chương này đi sâu nghiên cứu hoạt động của phần mềm NS và từng bước ứng dụng NS để mô phỏng hoạt động của mạng Ad-Hoc

Chương 4: Đánh giá hiệu năng các giao thức định tuyến Proactive trong mạng

Ad-Hoc

Chương này khảo sát ảnh hưởng của các giao thức định tuyến đối với hiệu năng mạng thông qua các mô hình hóa, mô phỏng và đưa ra các kết quả mô phỏng Trên cơ sở đó phân tích và đánh giá các điều kiện tối ưu đối với cấu hình mạng và giao thức định tuyến

Để hoàn thành đồ án này em xin chân thành cảm ơn thầy giáo - Ths Đỗ Đình Cường, giảng viên khoa CNTT-ĐHTN đã chỉ bảo tận tình và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án

Trong quá trình làm do điều kiện thời gian và trình độ có hạn, bên cạnh

đó đây còn là một công nghệ còn khá mới ở Việt Nam nên ít có điều kiện tiếp xúc với thực tế do đó không thể tránh khỏi những sai sót Vì vậy em rất mong nhận được những ý kiến chỉ bảo quý báu của các thày cô, các ý kiến đóng góp của bạn bè để em có thể kịp thời bổ sung, sửa chữa những thiếu sót của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2010 Sinh viên

Lê Thị Hương

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AODV Ad-hoc on-demand distance vector

DCF Distributed Coordination Function Chức năng phối hợp phân tán

DSR Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động

ETT Expected Transmission Time Thời gian truyền dẫn mong đợi ETX Expected Transmission Count Dự báo số truyền dẫn mong đợi

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền dẫn file

HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền dẫn siêu văn bản

ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức điều khiển truyền tin trên

mạng LLACKS link-layer acknowledgments Báo nhận lớp liên kết

LSA Link-state advertisement Quảng bá trạng thái lien kết

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MANET Mobile Ad-hoc Network Mạng tùy biến di động

MIC Metric of Interference and

Channel-switching

Tham số nhiễu và chuyển mạch kênh

MID multiple interface declaration Công bố đa giao diện

NAV Network Allocation Vector Véc tơ định vị mạng

OLSR Optimized Link State Routing

Protocol

Giao thức định tuyến trạng thái lien kết tối ưu

RREP Route Reply Hồi đáp tuyến

RREP- ACK Route Reply Acknowledgment Báo nhận hồi đáp tuyến

RREQ ID Route Request Identification Nhận dạng yêu cầu tuyến

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận TORA Temporally-Ordered Routing

Algorithm

Thuật toán định tuyến tuần tự tạm thời

UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người dùng WCETT Weighted Cumulative ETT Thời gian truyền dẫn mong đợi tích

lũy tải WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây

WMAN Wireless Metropolitan Area

Network

Mạng không dây đô thị

WMN Wireless Mesh Network Mạng mắt lưới không dây

WPAN Wireless Personnal Area Network Mạng không dây cá nhân

WWAN Wireless Wide Area Network Mạng không dây diện rộng

CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD-HOC

Chương này đề cập đến các vấn đề :

+ Tổng quan về mạng Ad-Hoc + Đặc điểm của mạng Ad-Hoc + Các ứng dụng của mạng Ad-Hoc + Vấn đề an ninh mạng Ad-Hoc

Khi di động trên phạm vi của một trạm cơ sở và vào trong phạm vi khác, chuyển giao xảy ra từ trạm cơ sở cũ đến trạm cơ sở mới và là điện thoại di động

có thể tiếp tục liên lạc liên tục trong suốt mạng Ứng dụng điển hình của kiểu mạng này bao gồm các là mạng không dây cục bộ WLAN (Wireless Local Area Network )

Loại thứ hai của mạng di động không dây là mạng di động không có cơ

sở hạ tầng, thường được gọi là mạng tùy biến Mạng không có cơ sở hạ tầng là mạng không định tuyến; tất cả các nút có khả năng chuyển động và có thể được kết nối một cách ngẫu nhiên Các nút của các mạng này có chức năng như router

mà nó phát hiện ra và duy trì các router đến các nút khác trong mạng

Với tiến bộ gần đây về lĩnh vực máy tính và công nghệ truyền thông, ứng dụng của công nghệ di động không dây sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi, nhiều trong số đó sẽ liên quan đến việc sủ dụng bộ giao thức mạng ( IP ) Khả năng của mạng di động tùy biến không dây là để hỗ trợ mạnh mẽ các hoạt động

có hiệu quả trong mạng di động không dây bằng cách kết hợp các chức năng

định tuyến vào các nút di động Mạng này được nhận định có nhiều khả năng phát triển, đôi khi có thể thay đổi nhanh chóng, ngẫu nhiên

Trong Internet, hiện nay giao thức định tuyến hỗ trợ cho máy chủ trở thành công nghệ “IP di động ” Đây là công nghệ hỗ trợ máy chủ lưu động, nơi máy chủ di chuyển có thê kết nối tới Internet thông qua các phương tiện khác ngoài địa chỉ cố đinh tên miền không gian của nó Máy chủ có thể kết nối trực tiếp với mạng cố định trên một subnet ngoài hoặc có thể kết nối thông qua đường dẫn không dây, dòng địa chỉ v.v…Hỗ trợ dưới hình thức máy chủ di động ( di chuyển ) yêu cầu quản lý địa chỉ Giao thức cải tiến khả năng tương tác và thích nghi, nhưng các chương trình cốt lõi của mạng như định tuyến hop-by-hop hiện giờ vẫn dựa vào các giao thức định tuyến hoạt động trong mạng cố định Ngược lại, mục tiêu của Ad-Hoc là mở rộng tính di động vào các lĩnh vực độc lập, di động, lĩnh vực không dây, nơi cài đặt các nút - nơi có thể kêt hợp routers và máy

chủ tự tạo thành mạng lưới cơ sở hạ tầng trong mạng tùy biến không dây

Trong thế hệ tiếp theo của hệ thống truyền thông không dây ,sự triển khai nhanh chóng độc lập với người dùng di động thực sự cần thiết Những ví dụ quan trọng bao gồm thiết lập sự tồn tại ,hiệu quả, truyền thông linh động đói với các hoạt động khẩn cấp ,các nỗ lực cứu nguy các thảm họa và các mạng quân đội Hầu hết các kịch bản mạng không thể dựa trên kết nối đã được sắp xếp và kiểm soát điều này có thể tưởng tượng như các ứng dụng của mạng Ad-Hoc

Các mạng Ad-Hoc (Mobile ad-hoc network) hay các mạng “tồn tại ngắn

” hoạt động mà không cần cơ sở hạ tầng cố định Chúng cung cấp sự triển khai nhanh chóng và dễ dàng cho mạng trong những tình huống không thể thực hiện theo cách nào khác

Ad-Hoc là một từ latinh có nghĩa là “dành cho” hoặc “chỉ dành cho” Ad-Hoc là một hệ tự quản bao gồm một tập các người dùng di động truyền thông với nhau qua băng thông được ràng buộc bởi các liên kết không dây Khi các nút (máy tính hoặc thiết bị tham gia vào mạng) mạng di chuyển, hình trạng mạng (topo) có thể thay đổi một cách nhanh chóng và không thể đoán trước được Mạng bị phân chuyển trong tất cả phạm vi hoạt động bao gồm việc tìm ra hình

trạng mạng và nhận các thông điệp phải được thực hiện bởi chính các nút mạng Chức năng định tuyến sẽ được kết hợp chặt chẽ với các nút di động

Hình 1-1 Một mạng AD-HOC gồm 7 nút

Hình tròn biểu diễn phạm vi hoạt động của mỗi nút

Các nút trong mạng Ad-Hoc tự do di chuyển và tự tổ chức theo một cách tùy tiện.Mỗi người dùng tự do di chuyển trong khi truyền thông với những người khác Đường truyền giữa mỗi cặp sử dụng có thể có nhiều liên kết và song radio giữa chúng có thể không đồng nhất ,điều này cho phép một sự kết hợp của nhiều liên kết khác nhau

Các mạng Ad-Hoc có thể hoạt động một cách độc lập hoặc có thể được kết nối với một mạng lớn hơn như Internet

1.2 Đặc điểm của mạng Ad-Hoc

Mạng Ad-Hoc gồm những nền tảng di động ( ví dụ một router với nhiều máy chủ và thiết bị liên lạc không dây) ở đây gọi là các nút mà chúng có thể tự

do di chuyển Các nút có thể ở trong hoặc trên máy bay, tàu, xe tải, xe hơi, thậm chí trên người hoặc những thiết bị rất nhỏ, và có thể có nhiều máy chủ trên mỗi router Mạng Ad-Hoc là một hệ thống tự động của các nút di động Hệ thống có thể hoạt động độc lập hoặc có thể có cổng vào ra và giao diện với một mạng cố định Trong chế độ hoạt động sau, nó được hình dung như một cái mạng gốc kết nối với một mạng cố định

Các nút trong mạng Ad-Hoc được trang bị truyền thông không dây và thu nhận sử dụng ăng-ten có thể phát sóng theo mọi hướng, hướng cao (điểm tới điểm), hay một số sự kết hợp Tại một điểm được đưa ra trong một thời gian, tùy thuộc vào vị trí của các nút truyền và nhận an toàn Topo trong mạng Ad-Hoc có thể thay đổi theo thời gian như các nút di chuyển hoặc điều chỉnh sự truyền dẫn

và tiếp nhận các thông số của chúng

Một số dặc điểm nổi bật của Ad-Hocs:

1 Chức năng của topo: Các nút di chuyển tự do, do đó các topo mạng thường là multihop có thể thay đổi ngẫu nhiên và nhanh chóng vào các thời điểm không thể đoán trước, có thể bao gồm các liên kết hai chiều và theo đường dẫn duy nhất

2 Băng thông hạn chế, khả năng thay đổi liên kết: Liên kết không dây sẽ tiếp tục

có công suất thấp hơn các loại khác Ngoài ra, thông qua việc thực hiện các giao tiếp không dây sau khi đã tính toán ảnh hưởng của người truy cập, sự nhiễu sóng, tiếng ồn và sự can thiệp có điều kiện v.v thường nhỏ hơn rất nhiều so với khả năng truyền tối đa của sóng vô tuyến

Một trong những ảnh hưởng tương đối thấp đến khả năng liên kết trung bình đó là tình trạng tắc nghẽn chuẩn chứ không phải là ngoại lệ, đó là tổng hợp các ứng dụng có khả năng tiếp cận vượt quá công suất mạng thường xuyên Khi các mạng di động thường chỉ đơn giản là một phần mở rộng của

cơ sở hạ tầng mạng cố định, mạng di động tùy biến của người dùng sẽ yêu cầu các dich vụ tương tự Những yêu cầu này sẽ tiếp tục tăng lên như máy tính đa phương tiện và các ứng dụng mạng cũng gia tăng

3 Hạn chế năng lượng hoạt động: Một vài hoặc tất cả các nút trong mạng HOC có thể dựa vào năng lượng yếu hoặc cạn kiệt Đối với các nút, qua trọng nhất khi thiết kế hệ thống là tiêu chí tối ưu hóa có thể bảo tồn được năng lượng

AD-4 Giới hạn an ninh vật lý: Mạng di động không dây thường dễ bị đe dọa về an ninh vật lý hơn là cáp cố định Khả năng nghe trộm, giả mạo và từ chối các cuộc truy nhập của dịch vụ nên được xem xét cẩn thận Kỹ thuật liên kết bảo

mật thường được áp dụng giữa các mạng không dây để giảm thiểu tối đa đe dọa về an ninh mạng Như là một lợi ích, sự phân cấp kiểm soát trong mạng Ad-Hoc cung cấp mạnh mẽ các bổ sung chống lại điểm lỗi duy nhất hơn là phương pháp tập trung

Đặc điểm chính của mạng Ad-Hoc đó là: Sử dụng phân quyền cho các nút mạng Các nút mạng tự nó sắp xếp tuyến và tự nó triển khai tuyến, mạng Ad-Hoc là một mạng có cấu trúc mạng động Mạng Ad-Hoc không có đường truyền chuyên dụng (specialized routers), Ngoài ra nó không dùng các đường truyền cố định (fixed routers ) hay các đường truyền vật lý (dây dẫn)

Mạng Ad-Hoc có cấu trúc và biến đổi cấu trúc một cách thường xuyên, cấu trúc mạng có tính chất tạm thời, các nút liên kết với nhau theo kiểu mạng ngang hàng, các nút có vai trò như nhau và có chức năng tìm kiếm, duy trì và định tuyến

Mạng Ad-Hoc dùng một số kỹ thuật liên quan đến các vấn đề kỹ thuật dùng

để truyền thông vô tuyến và nó có những đặc tính:

- Tính không đồng nhất giữa các thiết bị

- Đặc trưng lưu lượng mạng

- Di chuyển của các nút trong một tuyến

Ưu điểm của mạng Ad-Hoc

Trong mạng cơ bản thì cơ sở hạ tầng, các trạm trung gian, thu phát sóng là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng của mạng, còn trong mạng Ad-Hoc các nút mạng kết nối thông qua các nút mạng ( không cần đến các trạm thu phát), các nút mạng có thể di chuyển tự do trong cấu trúc mạng do đó nó có tính chất cơ động cao và do đó làm giảm bớt sự phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng, làm cho mạng

dễ phát triển dễ dàng, tốc độ phát triển của mạng nhanh

Những thách thức đối với mạng Ad-Hoc:

- Chi phí cho việc sử dụng phổ tần số

- Việc định tuyến

- Hiệu quả sử dụng nguồn điện

- Giao thức điều khiển truyền

- Định vị cung cấp và truy nhập dịch vụ

1.3 Các ứng dụng của mạng Ad-Hoc

Các công nghệ của mạng không dây kiểu không cấu trúc đem lại rất nhiều lợi ích so với các mạng truyền thống (cả không dây và có dây) trong những ngữ cảnh khó có thể triển khai được một cơ sở hạ tầng mạng cố định hoặc việc triển khai là không khả thi do những lý do về mặt thực hành (địa hình,…) hoặc do những lý do về kinh tế (chi phí cáp trong một không gian lớn, chi phí thiết lập nhiều điểm truy cập)

Công nghệ của mạng Ad-Hoc giống như một gói mạng phát sóng di động Mạng lưới di động( một thuật ngữ xuất hiện trong tác phẩm ECONOMIST về cấu trúc của các mang trong tương lai) và di động, Multihop, mạng không dây (

có lẽ là thuật ngữ chính xác nhất mặc dù hơi rườm rà )

Đó là hiện tại và tương lai cho mạng Ad-Hoc Một lĩnh vực mới nổi của máy tính và điện thoại di động với tính nhấn mạnh hiện thời về IP di động, dần dần sẽ mở rộng và đòi hỏi công nghệ mạng di động cao để quản lý hiệu quả Multihop, mạng tùy biến không dây có thể hoạt động tự động hoặc hơn thế được kèm theo ở một số điểm tới mạng cố định

Một số ứng dụng của công nghệ mạng Ad-Hoc có thể bao gồm các ứng dụng công nghiệp và thương mại liên quan đến trao đổi dữ liệu trên điện thoại di động Ngoài ra, dựa trên mạng lưới điện thoại di động có thể hoạt động mạnh

mẽ, thay thế các phương pháp rẻ tiền hoặc cải tiến các thiết bị dựa trên cơ sở hạ tầng mạng

Phần dưới đây sẽ giới thiệu các ứng dụng của mạng Ad-Hoc

1.3.1 Ứng dụng trong quân đội

Những thành tựu mới của công nghệ thông tin thường được áp dụng trong quân sự đầu tiên, và mạng không dây kiểu không cấu trúc cũng không phải là một ngoại lệ Nhiều năm nay, quân đội đã sử dụng các mạng “packet radios” – một nguyên mẫu đầu tiên của mạng chuyển mạch gói không dây ngày nay

Hình 1-2: Mô hình di động của mạng Ad-Hoc thuần túy và giải pháp dùng trong

là theo nhóm (group mobility)

Do đó, nếu đưa ra được một mô hình chuyển động theo nhóm, các vấn đề của mạng Ad-Hoc sẽ trở nên cụ thể hơn (ví dụ: định tuyến, sử dụng các ứng dụng thời gian thực như tiếng nói, video,…), cho phép phát triển một giải pháp tối ưu

1.3.2 Các ứng dụng trong cuộc sống

Mạng Ad-Hoc là rất lý tưởng trong các trường hợp không có sẵn một cơ sở

hạ tầng thông tin, tuy nhiên lại cần phải thành lập một mạng tạm thời nhằm trao đổi thông tin và hợp tác cùng làm việc

Cứu hộ

Tại các vùng bị thiên tai, thảm họa, khó có thể có được một cơ sở hạ tầng

về thông tin vững chắc Hệ thống có trước đó rất có thể bị hỏng hoặc bị phá hủy hoàn toàn

Mạng Ad-Hoc thuần túy Mạng Ad-Hoc dùng cho quân

Tại vùng có thảm họa, tất cả các phương tiện và hệ thống truyền thông đều

bị phá hủy hoàn toàn Mỗi chiếc xe của cảnh sát, cứu hỏa, cứu thương,… đều được trang bị như một thiết bị đầu cuối di động – là một phần của mạng ad-hoc Mỗi nhân viên cũng mang theo một thiết bị đầu cuối di động Các thiết bị đầu cuối này đều liên kết với nhau, hình thành nên một mạng tạm thời nhằm trao đổi thông tin Cấu hình mạng thay đổi theo những thời điểm khác nhau Ngoài ra, các thiết bị đầu cuối di động không chỉ cung cấp chức năng gửi và nhận thông tin

mà còn có thể chuyển tiếp thông tin – đóng vai trò như router trên Internet

Hội thảo

Khác với cách làm truyền thống khi những người tham gia hội thảo muốn chia sẻ tài liệu cho nhau là gửi file đính kèm qua email hoặc sao chép qua các thiết bị lưu trữ thứ cấp có khả năng di động, tất cả những người tham dự hội thảo đều có thể sử dụng thiết bị di động để tạo thành một mạng ad-hoc trong suốt thời gian đó Các thiết bị có thể truyền thông với nhau, truyền/nhận các tài liệu được

sử dụng trong hội thảo Khi hội thảo kết thúc, các thiết bị được tắt nguồn, mạng

em cũng có thể tham gia vào trò chơi nếu muốn, ngay trên máy của em

Hình vẽ 1-3: Mạng ad-hoc thuần túy (môi trường trên xe buýt)

Môi trường mạng ở đây là một mạng không dây kiểu không cấu trúc thuần túy, tức là không có cơ sở hạ tầng về cáp, các thiết bị đầu cuối tự cấu hình để thành lập mạng, mà không có sự quản lý tập trung Mạng này có thể tự chia nhỏ thành các mạng con: một mạng riêng giữa em học sinh và bạn của em, một mạng

“chung” được khởi tạo bởi người muốn chia sẻ các chương trình trò chơi điện tử trên máy của anh ta Hai mạng này được trộn lẫn vào nhau một cách động

1.4 Vấn đề an ninh

Mạng di động không dây nói chung đều dễ bị đe dọa về an ninh hơn mạng

cố định Một số cấp độ bảo mật thường đươc áp dụng giữa các mạng không dây

để giảm bớt các mối đe dọa Không có liên kết mã hóa tại các tầng mạng,vấn đề bức xúc nhất là một trong các route các thực trước khi trao đổi điều khiển thông tin mạng Một số cấp độ xác thực khác nhau, từ không có an ninh và chia sẻ những phương pháp tiếp cận đơn giản và đầy đủ Để hỗ trợ các phương thức làm việc nhóm, một số chế độ xác thực tùy chọn được chuẩn hóa để sử dụng trong Ad-Hocs

Tổng kết chương I

Chương này đã đề cập đến những vấn dề tổng quát nhất trong mạng Hoc từ lịch sử hình thành ,khái niệm Đặc biệt trong chương này đã đề cập và giới thiệu một số công nghệ được sử dụng trong mạng Ad-Hoc từ công nghệ phổ biến là Bluetooth đến các công nghệ đã và sẽ được triển khai trong tương lai như UWB,FSO hứa hẹn sẽ đem lại một tương lai tươi sáng nhất cho mạng không dây nói chung và mạng Ad-Hoc nói riêng

Ad-CHƯƠNG II : HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC GIAO THỨC PROACTIVE

TRONG MẠNG AD-HOC

Chương này đề cập đến các chủ đề

+ Tổng quan về định tuyến trong mạng Ad-Hoc

+ Vấn đề định tuyến và sự phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Ad-Hoc

+ Hoạt động của một số giao thức định tuyến Proactive trong

mạng Ad-Hoc

2.1 Tổng quan về định tuyến

Vấn đề định tuyến về cơ bản chính là vấn đề tìm đường đi ngắn nhất cho một gói tin được gửi từ một nút mạng tới nút đích của nó Mỗi gói tin chứa ID của nút đích trong header của nó Khi một nút nhận một gói tin nó sẽ kiểm tra ID trong header của gói tin nếu không phải là gửi cho nó nó sẽ chuyển tiếp gói tin tới nút kế tiếp gần nó nhất Quá trình chuyển tiếp gói tin tiếp diễn cho đến khi nó tới được nút đích Vì lý do này các phương pháp định tuyến được đưa ra với một mục tiêu chung là định ra cho mỗi gói tin được truyền đi một đường đi tối ưu

Vấn đề định tuyến trong mạng Ad-Hoc là một thách thức do các nút mạng luôn có xu hướng tự do chuyển động Các liên kết có thể bị phá vỡ hoặc khôi phục bất cứ lúc nào và có những đặc điểm khác hẳn với những lý do khác Ngoài

ra, dải thông trong mạng không dây là thấp, các nút bị hạn chế bởi nguồn nuôi nên tổng lưu lượng dành cho định tuyến cần phải nhỏ

Từ khi xuất hện gói DARPA của mạng Radio vào đầu những năm 1970, nhiều giao thức được phát triển cho mạng Ad-Hoc Các giao thức phải đối mặt với nhiều hạn chế của mạng này, trong đó bao gồm cả thiêu thụ công suất cao, đường truyền thấp và tỉ lệ lỗi cao Như trong hình 1, giao thức định tuyến được phân loại thành: (a) điều khiển theo bảng và (b) Phương pháp định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn Đường nét liền trong hình này mô tả trực tiếp các lớp con Mặc dù được thiết kế cho các mạng cùng loại ở lớp dưới, nhưng đặc

trưng của mỗi giao thức thức này khá rõ ràng Những phần sau mô tả đặc điểm của các giao thức và phân loại theo đặc điểm của chúng

Hình 2-1 : Các dạng định tuyến trong mạng Ad-Hoc

Các giao thức định tuyến điều khiển theo bảng ( Proactive) cố gắng duy trì thông tin định tuyến cập nhật liên tục từ mỗi nút đến mọi nút khác trong mạng Các giao thức này yêu cầu mỗi nút duy trì một hoặc nhiều bảng ghi để lưu trữ thông tin định tuyến, và chúng đáp ứng những thay đổi trong topo mạng bằng cách phát quảng bá rộng rải các thông tin cập nhật tuyến qua mạng để duy trì tầm kiểm soát mạng một cách liên tục Những vùng nào khác nhau về số các bảng ghi liên quan đến định tuyến cần thiết và các phương thức thay đổi cấu trúc mạng sẽ được phát quảng bá để cho tất cả mọi nút đều có thể biết được

Các giao thức định tuyến proactive sử dụng phương pháp tràn lụt (Floading) để quảng bá thông tin tới các thiết bị Phương pháp này cho phép thời gian thiết lập đường nhanh dựa trên các tham số gửi tới thiết bị sẵn sàng cho kết nối Tuy nhiên, việc lưu lượng thông tin tiêu đề tăng lên chính là nhược điểm của phương pháp này Giao thức định tuyến trạng thái liên kết tối ưu OLSR (Optimized Link State Routing) [RFC 3626], giao thức định tuyến vector khoảng cách tuần tự đích DSDV (Dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector Routing) [IBM,1996], giao thức Clusterhead Gateway Routing Switch (CGSR), giao thức Wireless Routing Protocol ( WRP ) là một số ví dụ của giao thức định tuyến proactive

2.2 Giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu AODV

AODV là một giao thức định tuyến phản ứng được phát triển đặc biệt cho Ad-Hoc Trong AODV khi một nút cần gửi dữ liệu cho nút khác mà đường đi chưa được xác định trước, nó sẽ cố tìm một đường đi mới bằng cách sử dụng bản tin yêu cầu tìm đường RREQ, bản tin RREQ này được quảng bá trong mạng, chứa địa chỉ IP của nút nguồn và nút đích mà nó cần tìm Bản tin RREQ sẽ được broadcast trên toàn mạng cho đến khi nào có một nút biết được đường tới nút đích hoặc chính nút đích đáp ứng lại với bản tin phản hồi RREP Bản tin RREP được gửi trở lại nút nguồn và nút nguồn sẽ sử dụng thông tin đường đi của bản tin này để thiết lập đường liên kết end to end từ nút khởi đầu đến nút đích Giao thức định tuyến AODV sẽ thực hiện một số quá trình xử lý như sau

2.2.1 Tìm đường

Quá trình tìm đường được khởi tạo bất cứ khi nào một nút cần truyền thông tin với nút khác mà đường liên kết giữa chúng không được tìm thấy trong bảng định tuyến Mỗi nút duy trì hai bộ đếm riêng biệt: một số thứ tự nút và một

ID quảng bá Nút nguồn bắt đầu tìm đường bằng việc quảng bá một gói tin yêu cầu đường RREQ (Route REQuest) tới các nút lân cận của nó

Gói tin RREQ chứa một số trường sau:

<source_addr source sequence# Broadcast ID dest_addr dest_sequence# hop cnt>

<địa chỉ nguồn, thứ tự nguồn#, ID quảng bá, địa chỉ đích, thứ tự đích#, hop count>

Cặp <source_addr, broadcast_id> xác định đơn nhất một RREQ,

broadcast_id được tăng lên mỗi khi nguồn phát ra một gói tin RREQ mới Mỗi

nút lân cận sẽ gửi lại một bản tin trả lời RREP (Route REPly) nếu thỏa mãn yêu cầu của gói RREQ hoặc sẽ quảng bá gói tin RREQ sau khi tăng giá trị của

trường hop_cnt Một nút có thể nhận nhiều bản sao của cùng một gói tin RREQ

từ các nút khác nhau Khi một nút trung gian nhân nhận được một RREQ, nếu nó

đã nhận được một RREQ với cùng broadcast_id và địa chỉ đích, nó sẽ loại bỏ

gói tin RREQ đến sau Nếu một nút không thỏa mãn RREQ, nó giữ lại các thông

tin cần thiết để thiết lập đường chuyển tiếp đảo chiều cho gói tin RREP, các thông tin này bao gồm:

2.2.2 Thiết lập đường đảo chiều

Có hai số thứ tự (ngoại trừ số thứ tự của broadcast_id) trong một RREQ

đó là: Số thứ tự nguồn và số thứ tự đích mới nhất Số thứ tự nguồn được sử dụng

để duy trì thông tin về “độ mới” của tuyến đường đảo chiều đến nguồn, số thứ tự đích chỉ rõ tuyến đường tới đích phải “mới” như thế nào mới được nút nguồn chấp nhận RREQ đi từ một nguồn đến nhiều đích khác nhau, các đường đảo chiều về nút nguồn sẽ được thiết lập tự động tại tất cả các nút mà nó đi qua Để thiết lập đường đảo chiều, một nút ghi lại địa chỉ của nút lân cận từ bản sao RREQ đầu tiên mà nó nhận được Tuyến đường đảo chiều này được duy trì trong khoảng thời gian ít nhất đủ cho gói tin RREQ đi qua mạng và tạo được một phản hồi về cho bên gửi

2.2.3 Thiết lập đường chuyển tiếp

Khi một nút trung gian nhận được bản tin RREQ, nếu nó có chứa tuyến đường đến đích mong muốn trong bảng định tuyến, nó sẽ kiểm tra tính khả dụng của tuyến đường đó bằng cách so sánh số thứ tự đích tương ứng với tuyến đường

có trong bảng định tuyến của nó với số thứ tự đích trong gói tin RREQ mà nó nhận được Nếu số thứ tự đích của RREQ lớn hơn số thứ tự đích được lưu giữ bởi nút trung gian thì nút đó không được sử dụng thông tin về tuyến đường đến đích trong bảng định tuyến để trả lời cho gói tin RREQ Thay vào đó nó sẽ phải tiếp tục quảng bá gói tin RREQ Nút trung gian chỉ có thể phản hồi khi nó có một tuyến đường đến đích với số thứ tự đích tương ứng lớn hơn hoặc bằng số thứ tự đích chứa trong RREQ Khi nút trung gian có một tuyến đến đích khả

dụng và gói tin RREQ chưa được xử lý trước đó, thì nó sẽ trả lời bằng một gói tin RREP theo đường truyền đơn hướng ngược lại nút mà nó đã nhận RREQ trước đó

Một RREP chứa các thông tin sau:

<source_addr, dest_addr, dest_sequence#, hop_cnt, lifetime>

<địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, số thứ tự đích, hop count, thời gian sống> Khi RREQ được quảng bá đến một nút có thể cung cấp tuyến đường đến đích mong muốn, một đường đảo chiều tới nút nguồn của RREQ sẽ được thiết lập Mỗi nút dọc theo tuyến đảo chiều mà RREP quay lại nguồn sẽ đóng vai trò

là một nút chuyển tiếp, các nút này sẽ cập nhật lại toàn bộ thông tin về tuyến đường giữa nguồn và đích đồng thời ghi lại số thứ tự đích gần nhất của nút đích Tuyến đường mà RREP quay lại nguồn được gọi là đường chuyển tiếp Các nút không nằm trên tuyến chuyển tiếp sẽ xóa các tuyến ngược chiều mà chúng đã thiết lập trước đó khi khoảng thời gian ACTIVE_ROUTE_TIMEOUT kết thúc (3000 mili giây)

Một nút sẽ truyền gói tin RREP đầu tiên về nguồn ngay khi nó nhận được Nếu nó nhận nhiều gói tin RREP, cập nhật thông tin định tuyến và truyền bản tin RREP chỉ được thực hiện khi RREP chứa số thứ tự đích lớn hơn so với giá trị số thứ tự đích trong RREP trước đó hoặc bằng nhưng tuyến đường mới có số hop-count nhỏ hơn Việc tăng số lượng RREP gửi về nguồn đảm bảo thông tin được cập nhật nhanh và nhiều nhất Nút nguồn có thể thực hiện truyền dữ liệu sớm nhất có thể khi nó hoàn thành quá trình cập nhật thông tin từ RREP đầu tiên mà

nó nhận được và có thể tiếp tục cập nhật thông tin định tuyến nếu nó học được một tuyến đường tốt hơn

2.2.4 Quản lý bảng định tuyến

Ngoài các số thứ tự nguồn và đích, có thông tin hữu dụng khác cũng được lưu trong các mục của bảng định tuyến gọi là “trạng thái mềm” và được liên kết với các mục Liên kết với các mục định tuyến đường đảo chiều là một bộ đếm thời gian được gọi là “bộ đếm thời gian giới hạn yêu cầu đường” Với các nút không nằm trên tuyến đường từ nguồn đến đích, thông tin về các đường đảo

chiều sẽ được xóa khi thời gian giới hạn kết thúc Thời gian giới hạn này phụ thuộc vào độ lớn của mạng Một tham số quan trọng khác liên quan đến các mục định tuyến là giới hạn thời gian lưu trữ cho các tuyến đường, sau khoảng thời gian này tuyến đường đó được xem như không hợp lệ Trong mỗi mục của bảng địch tuyến, địa chỉ hoạt động của các lân cận thông qua các gói tin định tuyến cũng được duy trì Một nút lân cận được xem là liên kết với nguồn nếu nó khởi tạo hoặc chuyển tiếp ít nhất một gói tin cho nguồn đó trong ACTIVE_ROUTE_TIMEOUT gần nhất Thông tin định tuyến này được duy trì

để tất cả các nút nguồn hoạt động có thể được thông báo khi một liên kết dọc theo đường tới đích bị phá vỡ Một mục tuyến đường được xem là hiệu dụng nếu

nó được sử dụng bởi bất kỳ nút lân cận nào Giống với DSDV, tất cả các tuyến trong bảng định tuyến được xác định với các số thứ tự đích để đảm bảo không xẩy ra hiện tượng lặp vòng trong quá trình định tuyến Một nút có thể duy trì mục bảng định tuyến cho mỗi nguồn quan tâm Mỗi mục bảng định tuyến chứa các thông tin sau:

 Đích

 Next hop

 Số hop (giá hay chi phí của tuyến đường)

 Các nút lân cận hiệu dụng cho tuyến đường

 Thời gian giới hạn cho bảng mục tuyến đường

Trong khoảng thời gian hiệu dụng, tuyến đường sẽ được sử dụng cho truyền dữ liệu từ nguồn đến đích, thời điểm hết hạn sẽ được cập nhật lại bằng cách cộng thời điểm thực hiện truyền dẫn với khoảng thời gian giới hạn Nếu một tuyến mới được yêu cầu cho một nút, nó sẽ so sánh số thứ tự đích của tuyến đường mới với số thứ tự đích của tuyến đường hiện tại Tuyến đường với số thứ

tự đích lớn hơn sẽ được chọn Nếu các số thứ tự là như nhau, tuyến mới chỉ được chọn khi nó có chi phí nhỏ hơn (số hop-cont nhỏ hơn) để đến đích

2.2.5 Duy trì tuyến

Di chuyển của các nút không nằm trên tuyến đường nguồn - đích thì

không ảnh hưởng đến hoạt động liên kết giữa hai nút này Nếu nút nguồn di

chuyển, nó có thể khởi tạo lại thủ tục tìm đường để thiết lập một tuyến đường mới tới đích Khi đích hoặc một số nút trung gian di chuyển, một gói tin RREP đặc biệt sẽ được gửi từ các nút chịu ảnh hưởng Các bản tin Hello (hello periodic) theo chu kỳ có thể được sử dụng để đảm bảo các liên kết đối xứng, cũng như hưỡng lỗi liên kết Theo cách khác, lỗi có thể được phát hiện bằng sử dụng các báo nhận lớp liên kết LLACK (Link-Layer-ACKnowleddgments) Một tuyến lỗi cũng được chỉ ra nếu nỗ lực chuyển tiếp một gói tin đến nút kế tiếp thất bại

Khi một nút không thể vươn tới nút kế tiếp, nó sẽ truyền ngược lại một gói tin RREP không liên kết với số thứ tự mới lớn hơn số thứ tự đã được biết trước đó và hop-count của của tất cả các nút lân cận hoạt động ngược chiều Các nút này tiếp tục chuyển tiếp gói tin cho đến khi nào tất cả các nút nguồn hoạt động được thông báo Nó sẽ kết thúc do AODV chỉ duy trì các tuyến đường không lặp và chỉ có một số lượng nút hưu hạn trong mạng

Khi nhận các thông báo về một liên kết bị phá vỡ nút nguồn có thể khởi động lại quá trình tìm đường nếu nó vẫn yêu cầu một tuyến đường đến đích Để xác định một tuyến đường như vậy trước tiên nó kiểm tra xem có tuyến đường nào được sử dụng gần đấy hay không, cũng như kiểm tra các khối điều khiển giao thức lớp trên để biết được có kết nối nào đang hoạt động với đích hay không Khi một nút quyết định cần xây dựng lại tuyến đường đến đích, nó sẽ gửi một gói tin RREQ với một số thứ tự đích lớn hơn số thứ tự đích được biết trước

đó đảm bảo tuyến đường đang xây dựng là hoàn toàn mới, và sẽ không có nút nào trả lời nếu chúng vẫn xem tuyến đường trước đó là hợp lệ

2.2.6 Xử lý lỗi, hết hạn và xóa bỏ tuyến

Thông thường, việc xử lý RERR và liên kết gãy cần đến các bước sau đây:

 Làm mất hiệu lực các tuyến hiện tại

 Liệt kê các đích bị ảnh hưởng

 Xác định rõ nếu có bất kì nút lân cận nào có thể bị ảnh hưởng

 Thực hiện một RERR tới các nút lân cận

Một bản tin RERR có thể là broadcast, unicast hay multicast Ngay cả khi bản tin RERR là một unicast lặp lại tới một số chặng trước, nó được xem là một bản tin điều khiển đơn Với cách hiểu đó, một nút không nên khởi tạo nhiều hơn một lượng RERR_RATELIMIT bản tin RERR trên một giây

Một nút bắt đầu xử lý cho một RERR trong ba hoàn cảnh sau:

i Nếu nó phát hiện một liên kết gãy cho chặng tới của một tuyến hoạt động trong bảng định tuyến của nó trong khi truyền dữ liệu

ii Nếu có được một gói dữ liệu đi đến một nút mà nó không có một tuyến hoạt động và không được sửa chữa

iii Nếu nó nhận một RERR từ một nút lân cận cho một hoặc nhiều tuyến hoạt động

Đối với trường hợp (i), đầu tiên nút tạo một danh sách các nút không tới được chứa các nút lân cận không tới được và bổ sung bất kỉ đích nào trong bảng định tuyến nội vùng cái mà sử dụng các nút lân cận không thể tới được như các chặng tiếp theo Trong trường hợp này, nếu một tuyến mạng con được tìm thấy

là khổng thể tới được, một đỉa chỉ IP đích cho mạng con này được thiết lập bằng việc chèn các số 0 vào tiền tố mạng con như được chỉ ra trong mục bảng định tuyến

Đối với trường hợp (ii), chỉ có một đích không thể tới được, cái mà là đích của gói dữ liệu mà không thể được phân phát Trong trường hợp (iii), danh sách nên bao gồm các đích này trong RERR

Một vài đích không tới được trong danh sách có thể được sử dụng bởi các nút nút lân cận, và vì thế nó có thể cần thiết cho việc gửi một RERR RERR nên chứa các đích đó là một phần danh sách được tạo ra của các đích khồng đến được và có một danh sách cách chặng trước không trống rỗng

Các nút láng giềng mà có thể nhận RERR là tất cả các nút thuộc về một danh sách chặng trước của ít nhất một đích không thể tới được trong RERR mới được tạo Trong trường hợp có duy nhất một nút lân cận mà cần nhận RERR, RERR nên được truyền unicast theo hướng nút lân cận đó Nếu không RERR được gửi quảng bá các địa chỉ nội vùng ( IP đích là 255.255.255.255 và TTL =1)

với các đích không thể đến được, và chỉ số thứ tự đích tương ứng của các đích

đó, được chứa trong gói tin Trường DestCount của gói RER xác định số lượng các đích không tới được đã bao gồm tron gói tin

Ngay trước khi truyền RERR, những cập nhật đã chắc chắn được tạo trên bảng định tuyến mà có thể ảnh hưởng tới chỉ số thứ tự cho các đích không thể đến được Đối với mỗi một đích này, các mục bảng định tuyến tương ứng được cập nhật như sau:

 Chỉ số thứ tự đích của mục định tuyến này, nếu hiện tại nó là hợp lệ, được tăng trong các trường hợp (i) và (ii) ở trên, và được sao chép từ RERR đến trong trường hợp (iii) ở trên

 Mục được cho là không hợp lệ bởi sự đánh dấu của mục tuyến khi không hợp lệ

 Trường Lifetime được cập nhật bằng thời gian hiện tại cộng với thời gian DELETE_PERIOD Trước thời gian này, mục không nên được xóa

Trường Lifetime trong bảng định tuyến đóng hai vai trò: đối với một tuyến hoạt động nó là thời gian hết hạn, và đối với một tuyến không hợp lệ nó là thời gian xóa Nếu một gói dữ liệu được nhận một tuyến không hợp lệ, trường Lifetime được cập nhật bằng thời gian hiện tại cộng với thời gian DELETE_PERIOD

2.2.7 Quản lý kết nối nội vùng

Các nút có thể học thông tin từ nút lân cận của chúng bằng một hoặc nhiều cách khác nhau Bất cứ khi nào một nút nhận được quảng bá từ một nút lân cận, nó cập nhật thông tin kết nối nội bộ để đảm bảo đang liên kết với nút lân cận này Khi một nút chưa gửi gói tin nào cho các nút lân cận trong khoảng thời gian Hello, nó quảng bá tới các nút lân cận một bản tin Hello, một bản tin RREP đặc biệt chứa nhận dạng và số thứ tự của nó Số thứ tự của nút không được thay đổi khi truyền dẫn bản tin Hello Bản tin Hello này không được quảng bá ra ngoài vùng lân cận do giá trị thời gian sống Time-To-Live (TTL) là 1 Các nút lân cận nhận gói tin này sẽ cập nhật thông tin kết nối nội bộ chứa trong gói tin Nhận một quảng bá hoặc một bản tin Hello từ một nút lân cận mới hoặc mất liên

tục các gói tin Hello từ một nút lân cận trước đó trong vùng lân cận được ngầm hiểu là kết nối nội bộ đã bị thay đổi Nếu các bản tin Hello không được nhận từ nút kế tiếp dọc theo tuyến đường hiệu dụng, các nút lân cận hoạt động sẽ dựa vào nút kế tiếp đó để gửi thông báo lỗi kết nối Số lần mất Hello cho phép lý tưởng là hai Quản lý kết nối nội bộ với các bản tin Hello có thể được sử dụng để đảm bảo chỉ các nút có kết nối song hướng mới được xem là lân cận của nhau Với mục đích này, mỗi Hello được gửi bởi một nút liệt kê danh sách các nút mà

nó nghe được Mỗi nút kiểm tra để đảm bảo nó chỉ sử dụng các tuyến đường đến các nút lân cận mà nó nghe được qua bản tin Hello

2.2.8 Sửa chữa nội vùng

Khi đứt liên kết xẩy ra các nút trong mạng sẽ cố gắng sửa chữa nội bộ liên kết nếu đường tới đích không dài hơn số bước nhảy đã được chỉ rõ Để sửa liên kết các nút tăng số thứ tự đích và quảng bá bản tin RREQ tới các nút khác TTL cho tiêu đề IP phải được tính sao cho quá trình sửa nội vùng không trải rộng ra mạng Trường TTL của RREQ nên được thiết lập ban đầu bằng giá trị như sau: TTL = max (MIN_REPAIR_TTL, 0.5 x #hops) + LOCAL_ADD_TTL Với

#hops là số lượng các chặng tới nút khởi đầu của gói tin không phân phát được hiện tại Như vậy, sửa chữa nội vùng cố gắng sẽ thường xuyên ẩn tới nút khởi đầu và sẽ luôn có TTL >= MIN_REPAIR_TTL + LOCAL_ADD_TTL Nút khởi đầu sửa chữa sau đó đợi trong khoảng thời gian khám phá để nhận các RREP hồi đáp tới RREQ Trong suốt thời gian sửa chữa nội vùng, các gói dữ liêuk nên được nhớ đệm Nếu, tại thời điểm cuối cùng của một thời gian khám phá, nút sửa chữa không nhận được một RREP cho đích đó, nó sẽ gửi một bản tin RERR đối với đích đó

Mặt khác, nếu nút nhận một hay nhiều RREP trong suốt thời gian khám phá, đầu tiên nó sẽ so sánh giá trị hop count của tuyến mới với giá trị trong trường hop count của mục bảng định tuyến không hợp lệ cho đích đó Nếu giá trị hop count của tuyến được xác định mới nhất tới đích lơn hơn hop count của tuyến được biết trước đó, nút nên phát ra một bản tin RERR cho đích với bit N được thiết lập Sau nó đõ cập nhận mục bảng định tuyến cho đích đó

Một nút nhận bản tin RERR với cờ N được thiết lập không được xóa bỏ tuyến tới đích đó Chỉ nên thực hiện hành động truyền lại gói tin, nếu RERR được nhận từ chặng tiếp theo dọc tuyến đó, và nếu có một hoặc nhiều các nút chặng trước cho tuyến đó tới đích Khi nút khởi đầu nhận một RERR với cờ N được thiết lập, nếu bản tin này đến từ chặng tiếp theo của nó dọc them tuyến của

nó tới đích thì nút khởi đầu nên chọn khởi đầu lại khám phá tuyến

Sửa chữa nội cùng của các liên kết gãy trong các tuyến đôi khi cho kết quả là tăng độ dài tuyến tới các đích đó Sự sửa chữa liên kết nội vùng có khả năng tăng số lượng các gói dữ liệu mà có thể được phân phát tới các đích, vì các gói sẽ không bị hủy bỏ khi RERR di chuyển tới nút khởi đầu Việc gửi một RERR tới nút khởi đầu sau khi sửa chữa nội vùng liên kết gãy có thể cho phép nút khởi đầu tìm được một tuyến mới tới đích mà tốt hơn dựa trên vị trí nút hiện tại Tuy nhiên, nó không yêu cầu nút khởi đầu xây dựng lại tuyến

Khi một liên kết gãy dọc một tuyến hoạt động, thường xuyên có nhiều đích

mà trở nên không tới được Nút mà là luồng lên của liên kết bị mất lập tức thử một sửa chữa nội vùng cho chỉ một đích theo hường mà gói dữ liệu được di chuyển Các tuyến khác sử dụng cùng liên kết phải được đánh dấu là không hợp

lệ, nhưng nút điều khiển sửa chữa nội vùng phải báo hiệu mỗi tuyến mất mới nhất khi sửa chữa nội vùng; cờ sửa chữa nội vùng này trong bảng định tuyến phải được đặt lại khi tuyến hết hạn Trước khi thời gian hết hạn xảy ra, các tuyến khác này sẽ được sửa chữa khi cần thiết khi các gói đến các đích khác Do đó, các tuyến này được sửa chữa khi cần; nếu một gói dữ liệu không đến tuyến nào, thì tuyến đó sẽ không được sửa chữa Ngoài ra, tùy thuộc vào sự tắc nghẽn nội vùng, nút có thể bắt đầu xử lý thiết lập các sửa chữa nội vùng cho các tuyến khác, mà không đợi gói tin mới đến Bằng việc sửa chữa tiên phong các tuyến

mà đã gãy do mất liên kết, các gói dữ liệu đến cho các tuyến đó sẽ phải chịu sự trì hoãn sửa chữa tuyến và có thể ngay lập tức được chuyển tiếp

Tuy nhiên việc sửa chữa tuyến đường trước khi một gói dữ liệu được nhận có thể gặp phải rủi ro về việc các đường sửa chữa không còn tồn tại nữa Vì vậy tùy thuộc vào lưu lượng nội vùng trong mạng và sự tắc nghẽn đang được trải

qua, nút có thể quyết định sửa chữa tiên phong các tuyến hay không trước khi một gói dữ liệu được nhận; nếu không, nó có thể đợi cho đến khi một gói dữ liệu được nhận, và sau đó bắt đầu sửa chữa tuyến

2.3 Clusterhead Gateway Routing Switch (CGSR)

2.3.1 Tổng quan về giao thức CGSR

Clusterhead Gateway Routing Switch (CGSR) là một giao thức khác từ các giao thức trước đó trong các loại địa chỉ và mạng lưới làm việc Thay thế một tầng mạng, CGSR là một nhóm các bước nhảy của mạng di động không dây với chương trình cài đặt định tuyến dựa trên thuật toán Heuristic [4] Một nhóm tác giả cho rằng bằng việc có một cluster head kiểm soát một nhóm của nút Ad-hoc, một khung cho sự tách mã, truy cập tần số, tuyến đường và phân bố băng thông có thể đạt được Môt cluster head chọn một giải thuật cho nút như cluster head sử dụng thuật toán phân phối bên trong cluster Hạn chế của việc có một cluster head là thay đổi cluster head thường xuyên có thể ảnh hưởng đến giao thức đinh tuyến từ nút đang bận trong cluster head được chọn hơn là gói chuyển tiếp CGSR sử dụng một a Least Cluster Change (LCC) Một sự thay đổi clusterhead chỉ xảy ra khi hai clusterheads đi vào một nhóm hay một trong các nút di chuyển ra khỏi phạm vi của tất cả các clusterheads

2.3.2 Kiến trúc của giao thức CGSR

Hình 2-2: CGSR: Định tuyến từ node 1 đến node 12

CGSR sử dụng DSDV như hệ thống định tuyến bên dưới và từ đây có nhiều DSDV giống như ban đầu Tuy nhiên, nó thay đổi DSDV bằng cách sử

dụng một cluster head có sự sắp xếp đến định tuyến gateway từ nguồn đến đích Nút Gateway là những nút mà bên trong phạm vi truyền của hai hay nhiều cluster heads Nếu có một nút để định tuyến một gói tin, nó tìm thấy các clusterhead gần nhất dọc theo tuyến đường đến đích theo bảng thành viên nhóm

và bảng định tuyến này Sau đó, nó sẽ tham khảo bảng định tuyến của nó để tìm bước kế tiếp để tiếp cận các clusterhead chọn ở trên và truyền các gói dữ liệu đến nút đó Hình 2 là một ví dụ về định tuyến này

Tất cả các nút trong phạm vi giao tiếp của các clusterhead thuộc nhóm của nó Một nút đó là trong phạm vi giao tiếp của hai hay nhiều clusterheads được gọi là gateway Sử dụng phương pháp này, mỗi nút phải giữ một “ nhóm cluster heads ” , ở đâu đó sẽ lưu trữ đích đến của các cluster heads cho mỗi nút mạng khác nhau Bảng thành viên cluster này được phát sóng theo định kì bởi mỗi nút sử dụng giải thuật DSDV Những nút này sẽ cập nhật các mục trong bảng thành viên cluster heads của chúng trên một bảng mới từ một láng giềng

Nếu có một nút để định tuyến một gói tin, nó tìm thấy các clusterhead gần nhất dọc theo tuyến đường đến đích theo bảng thành viên nhóm và bảng định tuyến này Sau đó, nó sẽ tham khảo bảng định tuyến của nó để tìm bước kế tiếp

để tiếp cận các clusterhead chọn ở trên và truyền các gói dữ liệu đến nút đó

Vì vậy, nguyên tắc định tuyến trông như sau:

1 Tra cứu của clusterhead của nút đích

2 Tra cứu của hop kế tiếp

3 Gói gửi đến đích

4 Điểm đến clusterhead cung cấp gói

Trước tiên, nguồn có để truyền các gói dữ liệu để clusterhead của nó Sau đó, clusterhead này sẽ gửi gói sang nút cổng kết nối này clusterhead và clusterhead

kế tiếp dọc theo tuyến đường đến đích đến Gateway sẽ gửi gói đến clusterhead tiếp theo Điều này sẽ đi vào cho đến khi clusterhead đích là đạt Các clusterhead đích sau đó truyền tải các gói dữ liệu đến nút đích

2.4 Giao thức OLSR (Optimized Link State Routing)

2.4.1 Khái quát giao thức OLSR

Như đã được giới thiệu, OLSR là một giao thức định tuyến khởi tạo theo chu kỳ được tối ưu các mạng tùy biến Giao thức này thừa kế tính ổn định của

thuật toán trạng thái liên kết và luôn sẵn sàng các tuyến đường khi cần thiết Với

mục đích giảm thiểu chi phí cho công việc tràn lụt lưu lượng điều khiển OLSR chỉ sử dụng các nút MPR được chọn để truyền dẫn các bản tin này Kỹ thuật này làm giảm đáng kể số lượng yêu cầu truyền lại để tràn lụt một bản tin tới tất cả các nút trong mạng OLSR chỉ sử dụng một phần thông tin trạng thái liên kết được tràn lụt để lựa chọn tuyến đường ngắn nhất Có một yêu cầu cho tất cả MPR là phải thông báo các liên kết tới các nút đã lựa chọn chúng Ngoài ra thông tin cấu hình mạng có thể được sử dụng cho mục đích dự phòng

OLSR có thể tối ưu các phản ứng khi cấu hình mạng thay đổi bằng cách giảm thời gian giữa hai lần truyền bản tin điều khiển Hơn thế nữa, nó luôn duy trì các tuyến đến tất cả các đích trong mạng Vì thế OLSR rất phù hợp cho truyền thông giữa các tập hợp nhiều nút mạng với nhau hoặc cho các cặp nguồn - đích thay đổi theo thời gian Giao thức này đặc biệt phù hợp với các mạng lớn và giày đặc Các lợi thế này được mang lại nhờ sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp đa điểm cũng như các lợi thế của định tuyến khởi tạo theo chu kỳ

OLSR được thiết kế để làm việc trong các mạng phân tán và không phụ thuộc vào bất kỳ một thực thể trung tâm nào Giao thức này không yêu cầu truyền dẫn tin cậy cho các bản tin điều khiển Mỗi nút gửi các bản tin điều khiển theo chu

kỳ và có thể duy trì một tỉ lệ mất gói hợp lý Hiện tượng mất gói này xẩy ra thường xuyên trong mạng vô tuyến do xung đột hoặc các vấn đề về truyền dẫn OLSR không yêu cầu chuyển tiếp tuần tự các bản tin Mỗi bản tin điều khiển chứa một số thứ tự và được đặt tăng dần cho mỗi bản tin Vì vậy bên nhận sẽ dễ dàng xác định được bản tin nào mới hơn thậm chí đối với các bản tin đã được sắp xếp lại trong quá trình truyền dẫn Hơn thế OLSR còn có các hỗ trợ hổ xung như hoạt động trong chế độ ngủ và định tuyến đa phương (multicast) Các hỗ trợ xung này hoàn toàn tương thích với các phiên bản khác nhau của giao thức

OLSR không yêu cầu bất kỳ thay đổi nào về khuôn dạng của gói tin IP vì thế nó hoàn toàn phù hợp với chồng giao thức IP hiện tại

2.4.2 Chuyển tiếp đa điểm

Ý tưởng của những chuyển tiếp đa điểm sẽ tối thiểu hóa thủ tục bổ sung của việc bao phủ những thông tin trong mạng bằng việc giảm sự truyền lại không cần thiết trong cùng miền Mỗi một nút mạng lựa chọn một tập hợp những nút trong 1-hop láng giềng đối xứng, cái có thể truyền lại thông tin của nó Bộ những nút làng giềng được chọn được gọi là bộ MPR của nút đó Những nút láng giềng của nút N không có trong bộ MPR nhận và xử lý những thông tin phát sóng nhưng không truyền lại những thông tin được nhận từ nút N

Mỗi nút lựa chọn bộ MPR của nó từ trong số những 1-hop láng giềng đối xứng của nó Bộ này được lựa chọn như nó bao gồm (kì hạn của trạm phát sóng ) tất cả các nút 2-hop đối xứng Bộ MPR của nút N được kí hiệu như MPR{N}, sau đó một tập hợp tùy ý của 1-hop lân cận đối xứng của N đã thỏa mãn điều kiện tiếp theo: mỗi nút trong 2-hop lân cận đối xứng của N phải có một liên kết đối xứng hướng về MPR{N} Một bộ MPR nhỏ hơn, kết quả thông tin bổ sung ít lưu lượng điều kiện từ giao thức định tuyến [2] một ví dụ và phân tích thuật toán lựa chọn MPR

Mỗi một nút duy trì thông tin về tập hợp những nút láng giềng đã lựa chọn nó như MPR Bộ này được gọi là chuyển tiếp đa điểm của một nút Một nút chứa những thông tin này từ những thông tin HELLO định kì nhận được từ các nút láng giềng

Thông tin phát sóng có mục đích truyền vào toàn bộ mạng, nó đến từ bất

kỳ bộ chọn MPR của nút N được truyền lại bởi nút N nếu N vẫn chưa nhận được Bộ cài đặt có thể thay đổi theo thời gian ( ví dụ như khi một nút lựa chọn một bộ cài đặt MPR khác) và được chỉ ra bởi những nút được lựa chọn trong bản tin HELLO của chúng

OLSR được phát triển cho mạng AD-HOC Nó hoạt động như một bảng điều khiển, loại giao thức proactive đó là trao đổi thông tin poto với các nút khác của mạng theo quy tắc Mỗi một nút sẽ lựa chọn những nút láng giềng của nó

như “ chuyển tiếp đa điểm ” ( MPR ) Trong OLSR chỉ những nút được chọn như MPR sẽ chịu trách nhiệm cho việc tăng cường kiểm soát lưu thông, dùng cho việc khuyếch tán vào toàn bộ mạng MPR cung cấp một chơ chế hiệu quả cho việc kiểm soát lưu thông bằng việc giảm số lượng cần truyền

Những nút được chọn như MPR cũng có trách nhiệm đặc biệt khi khai báo thông tin trạng thái liên kết trong mạng Như vậy, chỉ một yêu cầu cho OLSR cung cấp những đường truyền nhắn nhất tới tất cả các điểm đích là những nút MPR do khai báo thông tin trạng thái liên kết cho bộ chọn MPR của chúng Thêm vào đó thông tin trạng thái liên kết có sẵn có thể được dùng cho trạng thái

dư thừa

Những nút được chọn như MPR bởi vài nút láng giềng sẽ thông báo thông tin này theo chu kỳ trong thông tin điều khiển của chúng Vì vậy một nút thông báo đến mạng thì đó là nó có thể đến với những nút đã lựa chọn nó như một MPR Theo sự hoạch định đường truyền, những MPR được sử dụng để tạo lên đường truyền từ một nút đã định tới bất kỳ điểm đích nào trong mạng Hơn nữa, giao thức sử dụng MPR để làm tăng hiệu quả của thông tin điều khiển trong mạng

Một nút được lựa chọn những MPR từ một trong số các nút láng giềng của nó với "symetric" như hai chiều, sự liên kết Do đó, việc lựa chọn đường truyền thông qua MPR tự động tránh những vấn đề kết hợp với gói dữ liệu dịch chuyển qua sự liên kết một chiều ( như vấn đề của việc không thừa nhận lớp liên kết cho những gí dữ liệu tại mỗi hop, với những tầng liên kết áp dụng công nghệ này cho lưu lượng unicast

OLSR được phát triển để làm việc độc lập từ những giao thưc khác Cũng như vậy, OLSR không tạo ra những giả thiết vầ tầng liên kết cơ bản OLSR thừa hưởng khái niệm của việc vận chuyển và việc chuyển tiếp từ HIPERLAN ( một giao thức tầng MAC ) được tiêu chuẩn hóa bởi ETSI [3] Giao thức được phát triển trong dự án IPANEMA ( một phần của chương trình Euclid ) và trong dự

án PRIMA ( một phần của chương trình RNRT )

2.4.3 Nguyên tắc trao đổi bản tin

Trong các giao thức định tuyến trạng thái đường liên kết, các nút truyền danh sách quảng bá đường định tuyến cho các nút lân cận trực tiếp với nó Các bản tin quảng bá này được gọi là quảng bá trạng thái liên kết (LSA), nó được broadcast trên toàn mạng Khi các mạng Ad-Hoc bị giới hạn bởi băng thông đường truyền OLSR kết hợp một khái niệm gửi tràn lụt các bản tin định tuyến qua mạng dựa trên nguyên tắc chuyển tiếp đa điểm (MPRs)

Mục đích của MPR là tối ưu hóa trong việc gửi tràn lụt các bản tin cập nhật trạng thái Mỗi nút sẽ nhận các bản tin tràn lụt từ tất cả các hướng (từ bất cứ nút nào nằm trong giải truyền dẫn) Hình 2.6 mô tả một nút A khởi tạo và gửi tràn lụt các gói tin qua mạng

A

Hình 2.3: Các gói tin định tuyến tràn lụt trong mạng

Cơ chế gửi tràn lụt không mấy hiệu quả do các nút khác nhau có thể nhận cùng một bản tin ở các thời gian khác nhau Trong OLSR, một cơ chế nhiều hiệu quả hơn được sử dụng cho quá trình truyền dẫn thông tin định tuyến đó là mỗi nút chỉ có nhiệm vụ truyền thông tin trạng thái liên kết LSA của nó cho một số các nút lân cận đối xứng một bước (one-hop) của nó Các nút đặc biệt này được chọn sao cho các bản tin quảng bá trạng thái đường liên kết LSA sẽ tới được tất

cả các nút lân cận hai bước (two-hop) của nó Các nút này được chọn để chuyển tiếp các bản tin quảng bá trạng thái đường liên kết được gọi là MPRs Hình 2.7

mô tả quá trình một nút A truyền một bản tin cập nhật định tuyến, nó sẽ broadcast bản tin này Tất cả các nút trong giải truyền phát đều nhận và xử lý bản tin này nhưng chỉ có các nút là MPRs của A mới tiếp tục gửi bản tin này

Với cơ chế này OLSR có thể giảm được băng thông tiêu tốn cho việc quảng bá trạng thái đường liên kết

Trong OLSR, mỗi nút truyền các bản tin ‘Hello’ theo chu kỳ trên các giao diện của nút với mục đích duy trì liên kết với các nút lân cận trực tiếp (one-hop) của nó Các bản tin ‘Hello’chỉ broadcast tới các nút lân cận một bước (one-hop) với nội dung chứa tên của nút khởi tạo, của các nút lân cận một bước đã được chọn từ trước Các nút khởi tạo có thể chọn các MPRs cho nó Một nút lắng nghe bản tin ‘hello’ và kiểm tra xem bản tin nào được phát ra từ một nút lân cận mới hay không, nếu có nút sẽ cập nhật vào danh sách nút lân cận một bước của nó Đồng thời sẽ kiểm tra xem nó có được nút lân cận đó chọn làm MPR hay không Nếu được chọn nó tiếp tục gửi tràn lụt thông tin cập nhật định tuyến và chỉ các nút lân cận là MRP của nó mới tiếp tục chuyển tiếp thông tin cập nhật định tuyến này Các nút đều có thể tìm ra được các nút lân cận hai bước (two-hop) của nó thông qua danh sách các nút lân cận một bước trong các bản tin ‘Hello’ mà nó nhận được từ các nút lân cận một bước (one-hop) Mỗi nút chọn các MRPs dựa trên khu vực lân cận nút lân cận hai bước do đó đường tới các nút lân cận hai bước có thể đi qua các MPR

Hình 2.4: Trao đổi thông tin trong OLSR

Cập nhật trạng thái đường liên kết được truyền qua mạng thông qua một bản tin được gọi là bản tin điều khiển topo mạng (TC-topology control message) Các bản tin TC được tràn lụt qua mạng và tất cả các nút đều có thể tính toán lại bảng định tuyến của nó thông qua thông tin chứa trong bản tin này Quá trình tràn lụt được thực hiện bởi các MRPs được mô tả như trong hình 2.7 OLSR

không yêu cầu một nút phải quảng bá cho tất cả các nút lân cận của nó mà chỉ cho các nút được chọn làm MPR của nó

OLSR cũng bao gồm hai loại bản tin: Các bản tin liên kết host và mạng được các tuyên bố đa giao diện (MID-multiple interface declaration) chỉ được dùng bởi các nút có nhiều giao diện sử dụng OLSR, do đó các nút khác có thể liên kết với các giao diện khác nhau trên cùng một nút

2.4.4 Khả năng áp dụng

OLSR là một giao thức định tuyến tiên phong cho mạng AD-HOCs[1][2]

Nó khá phù hợp với những mạng di động lớn và dày đặc cũng như sự tối ưu hóa

đã hoàn thành việc dùng MPR làm việc ăn ý trong hình thưc này Với mạng lớn

và dày đặc hơn hì sự tối ưu hóa hơn có thể được hoàn thành cũng như so sánh được với thuật toán trạng thái liên kết điển hình OLSR dùng định tuyến hop-by-hop, ví dụ như mỗi nút sử dụng thông tin của nó tới các gói định tuyến

OLSR khá phù hợp với mạng mà lưu lượng là ngẫu nhiên và bất đinh giữa một tập hợp những nút lớn hơn và gần như trở thành duy nhất giữa một tập hợp những nút đặc biệt Cũng như một giao thức tiên phong, OLSR cũng phù hợp cho những kịch bản nối những cáp truyền thông thay đổi qua thời gian: thêm vào

đó, lưu lượng không điều khiển được tạo thành trong hoàn cảnh này từ khi những định tuyến được sửa chữa cho tất cả những điểm đich tại cùng một thời điểm

2.5 Giao thức định tuyến không dây ( WRP )

The Wireless Routing Protocol ( WRP ) thuộc lớp thuật toán tìm đường dẫn Để tránh bài toán phải tính đến vô cùng phải cưỡng bức mỗi nút thực hiện định tuyến liên tục kiểm tra thông tin trước đó được tất cả các nút lân cận báo cáo về Điều này loại bỏ việc lặp lại không xác định và cho độ hội tụ tuyến nhanh hơn khi xảy ra sự cố trên đường thông

Trong WRP, các nút cần biết về sự tồn tại của các nút lân cận từ một số bản tin đặc biệt Nếu một nút không phải đang gởi gói, nó phải gửi một bản tin HELLO trong một khoảng thời gian xác định để đảm bảo thông tin kết nối được

phản ánh một cách chính xác Ngược lại, việc thiếu thiếu các bản tin từ nút có thể xác định sự cố đường thông vô tuyến và gây nên cảnh báo sai Khi một nút thu được bản tin HELLO từ một nút mới, thông tin nút mới đó được thêm vào bảng định tuyến của nó, và nó sẽ gởi đến nút mới một bản sao thông tin bảng định tuyến của nó

WRP phải duy trì 4 bảng, đó là: Bảng cự ly, Bảng định tuyến, Bảng chi phí đường truyền, và Bảng ghi danh sách phát lại bản tin (MRL) Bảng ghi cự ly cho biết số chặng giữa một nút và nút đích của nó Bảng ghi định tuyến cho biết nút ở chặng kế tiếp Bảng ghi chi phí đường thông phản ánh độ trễ theo từng đường thông cụ thể MRL chứa số thứ tự của bản tin cập nhật, bộ đếm số bản tin truyền lại, việc nhận biết vector cờ cần thiết, và danh sách thông tin cập nhật được gởi trong bản tin cập nhật Các bản tin MRL cập nhật bản tin cần được phát lại và các nút lân cận phải biết về điều này

Để đảm bảo rằng thông tin định tuyến chính xác, các nút phải gởi bản tin cập nhật định kỳ đến các nút lân cận của nó Bản tin cập nhật chứa thông tin cập nhật (danh sách nút đích, khoảng cách đến đích, các nút trước nút đích) cũng như danh sách các đáp ứng mà nút xác định được phải nhận biết để cập nhật Một nút gửi các bản tin cập nhật sau khi xử lý thông tin cập nhật từ các nút lân cận hay khi phát hiện có sự thay đổi đường truyền Khi sự cố đường thông xảy ra, các nút phát hiện sự cố sẽ gởi các bản tin cập nhật đến các nút lân cận của chúng, và các nút này sẽ hiệu chỉnh các thực thể trong Bảng ghi cự ly, đồng thời kiểm tra các đường dẫn mới khả thi thông qua các nút khác

2.6 Định tuyến nguồn động (DSR)

Giao thức DSR (Dynamic Source Routing) là một giao thức định tuyến theo yêu cầu từ nút nguồn Trong đó, các nút di động cần duy trì bộ nhớ đệm về tuyến chứa các tuyến nguồn mà nút di động nhận biết được Các thực thể trong

bộ nhớ đệm tuyến được cập nhật liên tục

Hình 2-5: Định tuyến nguồn động DSR

Giao thức này bao gồm 2 giai đoạn chính: a) Khám phá tuyến, b) Duy trì tuyến (Hình 3) Khi một nút di động gởi một gói đến một nút đích nào đó, trước hết nó phải tham vấn bộ nhớ đệm tuyến để xác định là nó đã có một tuyến để đến đích chưa Nếu nó có một tuyến chưa hết hiệu lực để đến đích, nó sẽ sử dụng tuyến này để gởi gói đi Trái lại, nếu không có một tuyến như thế, nó phải khởi đầu một quá trình khám phá tuyến bằng cách phát quảng bá một gói yêu cầu tuyến Bản tin yêu cầu này chứa địa chỉ đích, cùng với địa chỉ nút nguồn và số nhận dạng duy nhất Mỗi nút nhận được gói này sẽ tiến hành kiểm tra là nó có biết một tuyến nào để đến đích không Nếu không, nó thêm địa chỉ của nó vào Bảng ghi định tuyến của gói và sau đó chuyển tiếp gói trên các đường truyền ngõ

ra Để giới hạn số yêu cầu tuyến phát trên các đường truyền ngõ ra của nút, một nút chỉ chuyển tiếp yêu cầu tuyến nếu nó chưa biết yêu cầu đó và nếu địa chỉ của nút di động chưa xuất hiện trong Bảng ghi tuyến Một đáp ứng tuyến được tạo ra khi hoặc là yêu cầu tuyến đạt đến đích hoặc là khi nó đạt đến một nút trung gian chứa trong bộ nhớ đệm tuyến của nó một tuyến đến đích chưa hết hiệu lực Đến lúc gói có thể đạt đến đích hay đến một nút trung gian như thế, nó chứa một Bảng ghi tuyến cho biết số tuần tự chặng đã trải qua

Nếu nút tạo ra đáp ứng tuyến là đích thì nó đặt Bảng ghi tuyến chứa trong yêu cầu tuyến vào đáp ứng tuyến Nếu nút tương ứng là một nút trung gian, nó gắn thêm tuyến trong bộ nhớ đệm của nó vào Bảng ghi tuyến và sau đó tạo ra một đáp ứng tuyến Để trả về đáp ứng tuyến, nút tương ứng phải có một tuyến để khởi đầu Nếu nó có một tuyến để khởi đầu trong bộ nhớ đệm tuyến của nó, nó

có thể sử dụng tuyến đó Trái lại, nếu các đường truyền đối xứng được hỗ trợ, nút có thể khởi đầu một quá trình khám phá tuyến của nó và tiếp tục gởi đi đáp ứng tuyến trên một yêu cầu tuyến mới

Việc duy trì tuyến được hoàn thành thông qua sử dụng các gói lỗi tuyến

và các bản tin xác nhận Các gói lỗi tuyến được tạo ra ở một nút khi lớp liên kết

dữ liệu gặp sự cố đường truyền Nút nguồn luôn luôn bị dừng khi một tuyến bị cắt xén Khi nhận được một gói lỗi tuyến, chặng bị lỗi sẽ bị loại bỏ khỏi bộ nhớ đệm tuyến của nút và tất cả các tuyến chứa chặng này đều bị cắt ở điểm đó Ngoài các bản tin lỗi tuyến, các bản tin xác nhận được sử dụng để xác minh sự hoạt động chính xác của các đường thông tuyến Các bản tin xác nhận như thế bao gồm cả xác nhận thụ động (khi nút di động có thể nghe việc chuyển tiếp gói

ở chặng kế tiếp trên tuyến)

2.7 Giao thức định tuyến tuần tự tạm thời TORA

TORA là giao thức định tuyến được phát triển cho các mạng vô tuyến di động đa bước, nó sử dụng khuôn dạng gói tin IP trong một hệ thống tự trị TORA không hoàn toàn là một loại giao thức định tuyến vector khoảng cách mà cũng không phải là một giao thức trạng thái đường liên kết mà nod là một bộ các thuật toán theo kiểu thuật toán “đảo ngược liên kết - link-reveral” Phản ứng của giao thức được thực hiện như một thứ tự sắp xếp tạm thời các tính toán quá trình lan truyền Mỗi tính toán bao gồm thứ tự của các đảo ngược liên kết trực tiếp Giao thức này có khả năng tương thích cao và ổn định với các mạng di động lớn

và mật độ cao Trong các mạng này, phản ứng của giao thức đối với lỗi liên kết chỉ liên quan đến một “thông qua đơn - single pass” nội bộ của thuật toán phân tán Thực thi mong muốn có thể đạt được thông qua việc sử dụng một đồng hồ logic hoặc vật lý để thiết lập “thứ tự tạm thời” của sự kiện thay đổi cấu hình mạng Hoạt động của TORA phù hợp trong các điều kiện này nhờ các đặc điểm sau:

 Thực thi phân tán

 Mục đích cung cấp các đường truyền không lặp

 Cung cấp nhiều đường truyền nhằm mục đích giảm tần số phản ứng các thay đổi mạng hoặc khả năng nghẽn và xung đột

 Thiết lập đường truyền nhanh chóng

 Giảm thiểu chi phí định tuyến bằng cách sử dụng thuật toán định vị khi đối với các trường hợp thay đổi cấu hình trong điều kiện có thể Việc này

có thể tiết kiệm băng thông và tăng độ ổn định của giao thức

Đối với TORA, xác định đường đi ngắn nhất là không quan trong và nó cũng không cần thiết phai duy trì các tuyến đường giữa mọi cặp nguồn đích tại tất cả các thời điểm (giống như OLSR) Chi phí phát sinh để thiết lập một tuyến giữa một cặp nguồn - đích sẽ là lẵng phí nếu nguồn không yêu TORA được thiết

kể để giảm thiểu phản ứng đối với các thay đổi của cấu hình mạng Các bản tin điều khiển được trao đổi trong một bộ rất nhỏ gần nhau và mang tính nội bộ mà không tập trung đến một chức năng cụ thể nào TORA bao gồm cơ chế thứ hai cho phép lan truyền các bản tin điều khiển có tác động sâu rộng trong một số ít trường hợp nhằm tối ưu hóa tuyến đường và xác nhận các trạng thái mềm Lan truyền này diễn ra theo chu kỳ với tỷ lệ rất ít phụ thuộc vào độ linh động của cấu hình mạng

TORA chỉ yêu cầu các nút duy trì thông tin về các nút lân cận một bước

Nó đảm bảo tất cả các tuyến là không lặp và cung cấp khả năng duy trì nhiều tuyến đường giữa các cặp nguồn - đích bất kỳ có yêu cầu liên kết cho truyền thông của chúng TORA là một giao thức kiểu khởi tạo nguồn và nhanh chóng thiết lập được các tuyến đường khi có yêu cầu Khi có thay đổi cấu hình mạng giao thức nhanh chóng thiết lập lại các tuyến đường Khả năng khởi tạo và phản ứng với thay đổi trong mạng là không thường xuyên nhằm giảm chi phí định tuyến của giao thức Khi giao thức phát hiện có sự cố trong một phần mạng nó sẽ xóa tất cả các tuyến đường lỗi