Phân tích và đánh giá hoạt động của một số giao thức định tuyến trong mạng MANET

Một số giao thức thuộc loại này là: Greedy forwarding gửi gói tin đến node gần đích nhất, face routing, GPSR,… 1.6 Những khó khăn đối với mạng MANET 1.6.1 Giao diện bán quảng bá SBI Với

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH 2

DANH MỤC BẢNG 2

LỜI MỞ ĐẦU 2

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 2

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG AD-HOC (MANET) 2

1.1 Mạng không dây di động ad-hoc 2

1.2 Ứng dụng của MANET 2

1.3 Các đặc điểm của mạng MANET 2

1.4 Phân loại mạng MANET 2

1.4.1 Định tuyến Single-hop 2

1.4.2 Định tuyến Multi-hop 2

1.4.3 Mạng Manet phân cấp (Hierarchical) 2

1.4.4 Mạng Manet kết hợp (Aggregate) 2

1.5 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET 2

1.5.1 Định tuyến dựa vào topo mạng 2

1.5.2 Định tuyến dựa vào vị trí 2

1.6 Những khó khăn đối với mạng MANET 2

1.6.1 Giao diện bán quảng bá SBI 2

1.6.2 Mối liên hệ giữa các router MANET cạnh nhau và vùng lân cận mở rộng của các router 2

1.6.3 Thành phần của mạng MANET 2

CHƯƠNG II : GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET 2

2.1 Giao thức định tuyến vector cự ly theo yêu cầu tuỳ biến (AODV) 2

2.1.1 Giới thiệu 2

2.1.2 Định dạng gói tin của giao thức AODV 2

2.1.2 Hoạt động của giao thức định tuyến AODV 2

2.1.3 Cơ chế khám phá tuyến và duy trì tuyến trong giao thức AODV 2

2.1.4 Đặc điểm của giao thức AODV 2

2.1.5 Ưu điểm và nhược điểm của giao thức AODV 2

2.2 Giao thức định tuyến nguồn động DSR 2

2.2.1 Giới thiệu 2

2.2.2 Định dạng các gói tin của giao thức DSR 2

2.2.3 Cơ chế khám phá tuyến và duy trì tuyến trong giao thức DSR 2

2.3 Giao thức định tuyến theo vector khoảng cách tuần tự đích DSDV 2

2.3.1 Giới thiệu 2

2.3.2 Cơ chế hoạt động 2

2.4 Giao thức định tuyến theo thứ tự tạm thời TORA 2

2.4.1 Giới thiệu 2

2.4.2 Cách thức hoạt động 2

2.5 Giao thức định tuyến vùng ZRP 2

2.6 Giao thức định tuyến trạng thái tối ưu liên kết OLSR 2

2.7 Giao thức định tuyến không dây WRP 2

2.8 So sánh các giao thức định tuyến trong mạng MANET 2

2.8.1 So sánh hai kiểu giao thức định tuyến Proactive và Reactive 2

2.8.2 So sánh các giao thức trong từng kiểu định tuyến 2

2.9 Thông số đánh giá chất lượng các giao thức trong mạng MANET 2

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG KỊCH BẢN VÀ PHÂN TÍCH MỘT SỐ GIAO THỨC TRONG MẠNG MANET DỰA VÀO PHẦN MỀM MÔ PHỎNG NS-2 2

3.1 Giới thiệu bộ mô phỏng NS-2 2

3.2 Các thông số hiệu suất được đánh giá 2

3.2 Xây dựng kịch bản chương trình 2

3.2.1 Thiết lập topo mạng 2

3.2.2 Mô phỏng di chuyển trong mạng kịch bản 1 2

3.2.3 Mô phỏng tải trong mạng kịch bản 2: 2

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 2

TÀI LIỆU THAM KHẢO 2

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Chế độ cơ sở hạ tầng trong MANET 2

Hình 2: Chế độ IEEE Ad-hoc trong MANET 1

Hình 3: Định tuyến Single-hop 2

Hình 4: Định tuyến Multi-hop 2

Hình 5: Mô hình mạng phân cấp 2

Hình 6: Mô hình mạng Aggregate ad-hoc 2

Hình 7: Phân loại giao thức định tuyến 1

Hình 8:Các Router lân cận giao diện SBI 1

Hình 9: Mạng MANET 1

Hình 10: Quá trình gửi yêu cầu khám phá tuyến 1

Hình 11: Quá trình xử lý duy trì tuyến 1

Hình 12: Node nguồn A thực hiện xác định tuyến tới đích E 1

Hình 13: Node C không thể chuyển tiếp gói tin từ A đến E do liên kết bị gãy 1

Hình 14: Cấu trúc của NS-2 2

Hình 15: Diện tích mạng mô phỏng và vị trí các node mạng 2

Hình 16: Đồ thị biểu diễn tỷ lệ phát gói tin thành công kịch bản 1 2

Hình 17: Đồ thị biểu diễn thông lượng kịch bản 1 2

Hình 18: So sánh tải định tuyến giữa hai giao thức 2

Hình 19: Đồ thị biểu diễn tỷ lệ phát gói tin thành công của giao thức AODV kịch bản 2 2

Hình 20: Đồ thị biểu diễn tỷ lệ phát gói tin thành công của giao thức DSDV-kịch bản 2 2

Hình 21: Đồ thị biểu diễn thông lượng khi tốc độ 5packet/s 2

Hình 22: Đồ thị biểu diễn thông lượng khi tốc độ 10 packet/s 2

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Định dạng gói tin Route Request 2

Bảng 2: Định dạng gói tin Route Reply 2

Bảng 3: Định dạng gói tin Route Error 2

Bảng 4: Định dạng lựa chọn Route Request DSR 2

Bảng 5: Định dạng lựa chọn Route Reply DSR 2

Bảng 6: Định dạng lựa chọn Route Error DSR 2

Bảng 7: Định dạng lựa chọn Acknowledgment 2

Bảng 8: Định dạng lựa chọn tuyến nguồn DSR 2

Bảng 9: So sánh hai kiểu giao thức định tuyến Proactive và Reactive 2

Bảng 10: Thông số cấu hình kịch bản 1 cho hai giao thức AODV và DSDV 2

Bảng 11: Tỷ lệ phát gói tin thành công kịch bản 1 2

Bảng 12: Thông lượng của hai giao thức tại kịch bản 1 2

Bảng 13: Tải định tuyến-kịch bản 1 2

Bảng 14: Thông số cấu hình kịch bản mô phỏng 2 cho hai giao thức AODV và DSDV. .2

Bảng 15: Tỷ lệ phát gói tin thành công trong giao thức AODV 2

Bảng 16: Tỷ lệ phát gói tin thành công của giao thức DSDV 2

Bảng 17: Thông lượng của giao thức AODV-kịch bản 2 2

Bảng 18: Thông lượng của giao thức DSDV-kịch bản 2 2

LỜI MỞ ĐẦUTrong những năm qua, các thiết bị không dây di động đang được phát triểnkhông ngừng và có một vai trò quan trọng trong cuộc sống con người, như sử dụng cácthiết bị không dây để trao đổi dữ liệu tại các hội nghị hoặc bất kỳ nơi nào…Do đó,mạng không dây di động, đặc biệt là mạng không dây di động ad-hoc ngày càng pháttriển mạnh mẽ và trở thành một vấn đề nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực mạngmáy tính Kết nối mạng adhoc di động được thực hiện để cung cấp hoạt động và hiệuquả trong thông tin di động vô tuyến bằng cách kết hợp các chức năng định tuyến vàocác node di động Mạng không dây di động ad-hoc – MANET là một trong nhữngcông nghệ vượt trội đáp ứng nhu cầu kết nối đó nhờ khả năng hoạt động không phụthuộc vào cơ sở hạ tầng mạng cố định, với chi phí hoạt động thấp, triển khai nhanh và

có tính di động cao Tuy nhiên, hiện nay mạng MANET vẫn chưa được ứng dụng rộngrãi và đang được thúc đẩy nghiên cứu nhằm cải tiến hơn nữa các giao thức định tuyến

để mạng đạt được hiệu quả hoạt động tốt hơn Trong đề tài này sẽ nắm rõ hơn về cácgiao thức trong mạng MANET và bằng các mô phỏng để đánh giá ảnh hưởng của tảitrong mạng khi thay đổi kích thước gói tin

Đồ án tốt nghiệp của em là “Phân tích và đánh giá hoạt động của một số giao thức trong mạng MANET” Với mục tiêu là nghiên cứu một số giao thức trong mạng

MANET và xây dựng mô phỏng đánh giá hoạt động các giao thức định tuyến

Nội dung của đồ án gồm có 3 chương

Chương I : Tổng quan về mạng MANET

Chương II : Các giao thức trong mạng MANET

Chương III : Xây dựng mô phỏng đánh giá hoạt động của một số giao thức trong mạng MANET dựa trên phần mềm mô phỏng NS-2

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

MANET Mobile Adhoc NETwork Mạng không dây di động

ad-hocIEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Distance Vector routing

Giao thức vector cự ly theoyêu cầu tùy biến

Routing

Giao thức định tuyến theotrạng thái đường liên kếttối ưu

không dây

DDR distributed dynamic routing Thuật toán định tuyến phân

phối động

Link State routing

Giao thức định tuyến trạngthái liên kết dựa trên vùng

RD Route Discovery Khám phá tuyến

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY DI ĐỘNG AD-HOC (MANET)

1.1 Mạng không dây di động ad-hoc

Mạng không dây di động ad-hoc là sự tập hợp của hai hay nhiều thiết bị đượctrang bị khả năng nối mạng và truyền thông không dây Các thiết bị như thế có thểgiao tiếp với các node khác ngay lập tức trong dải vô tuyến hay một thiết bị vô tuyếnkhác ngoài dải vô tuyến của chúng Trong trường hợp cần có node trung gian đểchuyển tiếp hay hướng gói đi từ nguồn đến đích Một mạng không dây di động ad-hoctuỳ biến có khả năng tự thiết lập và thích nghi Nghĩa là, một mạng đã hình thành cóthể bị phá vỡ mà không cần bất cứ sự quản trị hệ thống nào Khái niệm “tuỳ biến”hàm ý là “có nhiều dạng khác nhau” và “có thể di chuyển, đứng độc lập, hay nốimạng” Các node hay các thiết bị tuỳ biến có thể phát hiện sự có mặt của các thiết bịkhác và thực hiện cái bắt tay cần thiết để cho phép truyền thông, chia sẻ thông tin vàdịch vụ Thiết bị không dây tuỳ biến có thể có nhiều dạng khác nhau (laptop, điệnthoại WAP…) nên khả năng tính toán, lưu trữ và truyền thông của chúng sẽ thay đổirất khác thường Các thiết bị tuỳ biến không chỉ phát hiện khả năng kết nối của cácthiết bị/node lân cận mà còn xác định được loại thiết bị và các thuộc tính tương ứngcủa chúng Mặt khác, mạng không dây tuỳ biến không dựa vào thực thể mạng cốđịnh nào nên mạng là phi cấu trúc, với trạm gốc, bộ định tuyến cố định là không cốđịnh Tuy nhiên, chính sự hiện hữu của tính di động đòi hỏi thông tin định tuyến phảirất mềm dẻo để đảm bảo khả năng kết nối linh hoạt của mạng

Vậy MANET (mobile ad hoc network) là một tập hợp của những node mạng không dây, những node này có thể được thiết lập tại bất kỳ thời điểm và tại bất cứ nơi nào Mạng MANET không dùng bất kỳ cơ sở hạ tầng nào Nó là một hệ thống tự trị mà máy chủ di động được kết nối bằng đường vô tuyến và có thể di chuyển tự do, thường được hoạt động như một router

MANET có hai chế độ hoạt động chính là chế độ cở sở hạ tầng based Network) và chế độ IEEE Ad- hoc.

Hình 1: Chế độ cơ sở hạ tầng trong MANET

Chế độ cơ sở hạ tầng: chế độ này thì mạng bao gồm các điểm truy cập AP cốđịnh và các node di động tham gia vào mạng, thực hiện truyền thông qua các điểmtruy cập Trong chế độ này thì các liên kết có thể thực hiện qua nhiều chặng

Chế độ IEEE Ad-hoc: chế độ này thì các node di động truyền thông trực tiếp với nhau mà không cần tới một cơ sở hạ tầng nào cả Trong chế độ này thì các liên kết không thể thực hiện qua nhiều chặng

1.2 Ứng dụng của MANET

Công nghệ mạng adhoc di động tương tự như mạng vô tuyến gói di động(Mobile Packet Radio Networking), mạng lưới di động (Mobile Mesh Networking) vàkết nối mạng vô tuyến, nhiều chặng, di động (Mobile, Multihop, WirelessNetworking) Vấn đề nổi trội của kết nối mạng di động với sự nhấn mạnh về hoạt độngcủa giao thức IP di động sẽ được mở rộng dần và yêu cầu công nghệ kết nối di động

có khả năng tương thích cao để có thể quản lý hiệu quả các nhóm mạng ad hoc nhiềuchặng, trong đó các nhóm mạng có thể hoạt động độc lập hoặc cũng có thể kêt nối vớimột số điểm Internet cố định

Các ứng dụng của công nghệ MANET có thể bao gồm các ứng dụng côngnghiệp và thương mại liên quan đến trao đổi dữ liệu di động có tính chất cộng tác lẫncác máy Việc kết nối mạng trong quân đội cũng yêu cầu các dịch vụ dữ liệu IP trongcác mạng truyền thông di động vô tuyến, nhiều mạng trong số này bao gồm các phầnvới cấu hình mạng tự trị với tính động cao Bên cạnh đó, sự phát triển của các côngnghệ tính toán và truyền thông có thể cung cấp các ứng dụng cho các mạng MANET.Khi được kết hợp một cách hợp lý với truyền thông vệ tinh, mạng MANET có thểcung cấp các phương thức cực kỳ linh hoạt trong việc thiết lập truyền thông cho hoạtđộng cứu hỏa, cứu thương, khắc phục sự cố tai nạn hoặc các trường hợp cần triển khaimạng thật nhanh chóng để phục vụ tức thì

Ứng dụng trong lĩnh vực quân sự: Trang thiết bị quân sự hiện nay thường chứa

một số loại thiết bị máy tính Manet mạng lưới sẽ cho phép quân đội để tận dụng lợithế của công nghệ mạng phổ biến để duy trì một thông tin mạng lưới giữa nhữngngười lính, xe cộ, và thông tin từ bộ chỉ huy Các kỹ thuật cơ bản của mạng ad hoc đến

từ lĩnh vực này

Ứng dụng trong lĩnh vực thương mại: MANET có thể sử dụng trong cứu hộ

nhằm nỗ lưc cứu trợ những thiên tai Ví dụ: hỏa hoạn, lũ lụt, động đất… Lĩnh vực cứu

hộ làm việc trong môi trường khắc nhiệt và nguy hiểm cho hạ tầng thông tin và tốc độtriên khai hệ thống nhanh thì cần thiết Thông tin được chuyển tiếp với các thành viêntrong nhóm cứu hộ với nhau bằng một thiết bị nhỏ cầm tay

Ứng dụng nội bộ: Mạng manet có thể chủ động liên kết một mạng lưới đa

phương tiện tức thời và tạm thời nhờ sử dụng máy tính xách tay để truyền bá và chia

sẻ thông tin giữa các đại biểu tham dự như một hội nghị, lớp học Một cách sử dụngkhác của loại mạng này là sử dụng trong gia đình để trao đổi trực tiếp thông tin vớinhau Tương tự như vậy trong các lĩnh vực khác như taxi dân sự, thể thao, sân vậnđộng, thuyền và máy bay nhỏ…

Ứng dụng cho personal area network (PAN): MANET tầm ngắn có thể đơn

giản hóa việc truyền thông giữa các thiết bị di động ( PDA, laptop, cellphone) Nhữngdây cáp được thay thế bằng việc kết nối vô tuyến Mang manet cũng có thể mở rộngchức năng truy cập Internet như các mạng khác ví dụ như WLAN, GPRS, và USTM

PAN là một lĩnh vực có tiềm năng ứng dụng đầy hứa hẹn của Manet phổ biến trongtương lai.

1.3 Các đặc điểm của mạng MANET

Một mạng MANET bao gồm các hạ tầng di động (ví dụ một router với nhiều host và thiết bị truyền thông vô tuyến), được gọi là các node di chuyển tự do

Mạng MANET có một số đặc điểm nổi bật sau :

Cấu hình động: các node di chuyển tự do, do vậy cấu hình mạng gồm nhiều

chặng có thể thay đổi ngẫu nhiên và liên tục tại bất kì thời điểm nào, và có thể bao gồm cả liên kết song hướng và một hướng

Phân chia hoạt động (Distributed operation): Vì không có hệ thống mạng nền

tảng cho trung tâm kiểm soát hoạt động của mạng, nên việc kiểm sát và quản lý hoạt động của mạng được chia cho các thiết bị đầu cuối Các node trong MANET đòi hỏi phải có sự phối hợp với nhau Khi cần thiết các node hoạt động như một relay để thực hiện chức năng của mình Ví dụ: như bảo mật và định tuyến

Tối ưu hóa cho thiết bị đầu cuối (light-weight terminals): Trong hầu hết các

trường hợp các node trong mạng MANET là thiết bị với tốc độ xử lý của CPU thấp, bộnhớ ít và lưu trữ điện năng ít Vì vậy cần phải tối ưu hóa các thuật toán và cơ chế

Các liên kết với dung lượng thay đổi-băng tần hạn chế: Các liên kết vô tuyến

có dung lượng thấp hơn nhiều so với các liên kết hữu tuyến tương ứng Ngoài ra, thông lượng thực của liên kết vô tuyến sau khi tính toán ảnh hưởng của đa truy nhập, pha định, tạp âm và nhiễu Thường nhỏ hơn nhiều so với tốc độ truyền dẫn tối đa Một ảnh hưởng của dung lượng thấp là tắc nghẽn, nghĩa là lưu lượng tổng thường vượt quá dung lượng của mạng Do mạng di động thường là một mở rộng của mạng cốđịnh, người dùng mạng adhoc di động thường yêu cầu các dịch vụ tương tự Nhu cầu này sẽ tiếp tục tăng do các ứng dụng kết nối mạng hợp tác và truyền thông đa phương tiện gia tăng

Bảo mật vật lý hạn chế: Các mạng di động vô tuyến thường thiên về bảo mật

lớp vật lý hơn so với các mạng hữu tuyến Khả năng bị nghe trộm, giả mạo và tấn công

từ chối dịch vụ (denial-of-service) cần được xem xét cẩn thận

1.4 Phân loại mạng MANET

1.4.1 Định tuyến Single-hop

Định tuyến Single-hop là loại mô hình mạng mà tất cả các node có thể kết nối trực tiếp với các node khác mà không cần quan node trung gian Với mô hình này các node có thể di chuyển tự do nhưng phải trong phạm vi nhất định đủ để các node này cóthể liên lạc trực tiếp với các node khác trong mạng

Hình 2: Định tuyến Single-hop

1.4.2 Định tuyến Multi-hop

Đây là mô hình phổ biến nhất trong mạng MANET, các node có thể kết nối với các node khác mà không cần phải kết nối trực tiếp với nhau Các node có thể định tuyến với các node khác thông qua các node trung gian trong mạng

Hình 3 : Định tuyến Multi-hop 1.4.3 Mạng Manet phân cấp (Hierarchical)

Trong mô hình này thì mạng chia thành các domain, trong mỗi domain bao gồmmột hoặc nhiều cluster mỗi cluster chia thành nhiều node Có hai loại node là master node và nomal node

- Master node là node quản trị một router có nhiệm vụ chuyển dữ liệu của cácnode trong cluster đến các node trong cluster khác và ngược lại

- Normal node là các node nằm trong cùng một cluster Nó có thể kết nối với các node trongcluster hoặc kết nối với các cluster khác thông qua master node

Hình 4 : Mô hình mạng phân cấp

1.4.4 Mạng Manet kết hợp (Aggregate)

Hình 5 : Mô hình mạng Aggregate ad-hoc

Mạng phân thành các Zone và các node được chia vào các Zone, nên mỗi node bao gồm hai mức topo (topology): topo mức thấp (node level ) và topo mức cao (Zone level) Mỗi node còn đặc trưng bởi hai số ID: node ID và Zone ID

1.5 Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng MANET

Ta có thể phân loại các giao thức định tuyến như sau:

1.5.1 Định tuyến dựa vào topo mạng

Trong bất kỳ mạng nào, nhiệm vụ của định tuyến là phát hiện đường đi (route discovery) và duy trì đường đi (route maintenance) Tùy thuộc vào việc phát hiện tuyến và duy trì tuyến có thể được chia giao thức định tuyến thành các loại sau:

Reactive, Proactive và Hybrid

Giao thức định tuyếnMultihop ad-hoc

Các giao thức định

tuyến reactive

Các giao thức định tuyến proactive

Các giao thức định tuyến hybrid

Hình 7: Phân loại giao thức định tuyến

Các giao thức định tuyến kiểu Reactive là các giao thức thức được xây dựng dựa vào việc tách riêng phát hiện tuyến (route discovery), duy trì tuyến (route

maintenance) và không cần cập nhật các đường theo chu kỳ Trong loại giao thức này, các con đường đi sẽ chỉ được tạo ra nếu có nhu cầu Khi một node muốn gửi dữ liệu đi

đến một node đích, nó sẽ khởi động quá trình route discovery để tìm kiếm con đường

đi tới đích Sau khi một đường đi đã được xác lập, nó sẽ duy trì thông tin đó bằng tiến

trình route maintenance cho đến khi hoặc node đích không thể truy cập hoặc con

đường đi đó không còn hiệu lực Với cơ chế đó, giao thức định tuyến kiểu Reactive không phát broadcast các thay đổi của bảng định tuyến theo thời gian, nên tiết kiệm được tài nguyên mạng Vì vậy, loại giao thức này có thể sử dụng trong các mạng lớn, các node di chuyển nhiều

Các giao thức định tuyến kiểu Reactive:

- Định tuyến nguồn động DSR

- Giao thức vector cự ly theo yêu cầu tùy biến AODV

- Giao thức định tuyến theo thứ tự tạm thời TORA

Các giao thức định tuyến kiểu Proactive là các giao thức kết hợp việc phát hiện tuyến đi và duy trì tuyến đi bằng cách gửi các gói cập nhật định tuyến Trong kiểu địnhtuyến này, một node luôn luôn duy trì thông tin định tuyến đến tất cả các node khác trong mạng Thông tin định tuyến được phát broashcast trên mạng theo một khoảng thời gian quy định để giúp cho bảng định tuyến luôn luôn cập nhật những thông tin mới nhất Tuy nhiên, với những mạng mà các node di chuyển nhiều, hoặc các liên kết

bị đứt thì giao thức định tuyến theo kiểu Proactive sẽ phải tìm kiếm hoặc sửa chữa các liên kết bị đứt Nhưng nếu các node này không sử dụng đến thì sẽ trở lên lãng phí tài nguyên, ảnh hưởng đến băng thông của mạng Nên các giao thức định tuyến này chỉ ápdụng cho mô hình mạng MANET mà các node di chuyển ít

Các giao thức định tuyến theo kiểu Proactive:

- Giao thức định tuyến theo vector khoảng cách tuần tự đích DSDV

- Giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết tối ưu OLSR

- Giao thức định tuyến không dây WRP

Các giao thức định tuyến Hybrid được tạo ra để cố gắng kết hợp các ưu điểm của hai loại giao thức trên: sử dụng phương pháp định tuyến Proactive với các node gần hoặc cần dùng thường xuyên; sử dụng giao thức Reactive với các node ở xa hoặc

ít khi cần truyền thông tin đến Trong kiểu định tuyến này, mạng được chia thành các zone Mỗi node duy trì cả thông tin về kiến trúc mạng trong zone của nó và thông tin

về các zone lân cận Có nghĩa là giao thức định tuyến kiểu Hybrid sử dụng giao thức định tuyến Proactive trong zone của nó và Reactive giữa các zone Do đó, đường đi đến mỗi node trong cùng một zone được xác lập mà không cần phải định tuyến ra

ngoài zone, trong khí đó các tiến trình route discovery và route maintenance thì được

sử dụng để tìm kiếm, duy trì đường đi giữa các node của các zone với nhau

Các giao thức định tuyến kiểu Hybrid:

- Giao thức định tuyến vùng ZRP

- Thuật toán định tuyến phân phối động DDR

- Giao thức định tuyến trạng thái liên kết dựa trên vùng ZHLS

1.5.2 Định tuyến dựa vào vị trí

Các gói được chuyển đi dựa vào vị trí địa lý của các node chuyển tiếp, các nodelân cận của chúng và đích đến Phương pháp này yêu cầu mỗi node phải biết vị trí địa

lý của mình Vị trí node đích do dịch vụ định vị (location service) cung cấp Một số giao thức thuộc loại này là: Greedy forwarding (gửi gói tin đến node gần đích nhất), face routing, GPSR,…

1.6 Những khó khăn đối với mạng MANET

1.6.1 Giao diện bán quảng bá SBI

Với một giao diện SBI có khả năng tiếp cận không đối xứng thay đổi theo thời gian và các router MANET phân bố rời rạc trong không gian, mỗi router có thể có tầm nhìn khác nhau đối với mạng MANET Nghĩa là mỗi node có thể nhìn thấy nhóm các router MANET lân cận khác nhau

Việc chuyển tiếp các gói tin qua cùng giao diện mà các router nhận các gói tin tới cũng dẫn dến nhân đôi số lượng gói tin IP mà các router nhận đuợc với nhiều hơn một router lân cận trong khi đang chuyển sang tiếp cận nhóm các router lân cận mới

Do vậy, việc phát hiện gói tin đuợc nhân đôi cũng là một phần luôn có trong vấn đề thiết kế giao thức MANET

1.6.2 Mối liên hệ giữa các router MANET cạnh nhau và vùng lân cận mở rộng của các router

Hai node bất kì có thể là node lân cận hoặc không phải node lân cận và một số

cơ chế đơn giản đuợc sử dụng để xác định mối quan hệ node lân cận như: chỉ nhận gói đơn, tỉ lệ mất gói chấp nhận được, và bắt tay đơn giản RFC2461 thực hiện trao đổi bản tin ban đầu để xác định mối quan hệ lân cận hoặc sự vắng mặt Trong mạng với giao diện MANET các loại mối quan hệ node lân cận cũng như các cơ chế phát hiện vàduy trì trạng thái của các mối liên hệ sẽ mở rộng hơn.Các giao diện mạng vô tuyến có thể thực hiện truyền thông đơn hướng Các mạng vô tuyến động cũng có thể thực hiệnphân phối các gói thay đổi lớn theo thời gian giữa các cặp giao diện mạng, do vậy tỉ

lệ mất gói có thể không đủ để xác định mối quan hệ node lân cận Tương tự như vậy, khi các node di chuyển tương đối với nhau, tỉ lệ mất gói cũ có thể không ảnh hưởng đến khả năng truyền thông trong tương lai

Trong mạng MANET với giao diện SBI, các router MANET trong cùng một vùng không gian nhỏ thường được kết nối với các router ở gần với mật độ dày đặc Các router này tạo thành một tập các mối quan hệ node lân cận mở rộng Tập các router này được gọi là một quần thể MANET (MANET neighborhood) Một quần thể MANET thường bao gồm một vài router MANET, với mỗi router lại được kết nối dày đặc với các router khác

để thông báo giữa các vùng định tuyến liên quan đến nhau Router biên cũng cho thấy các router có thể tiếp cận được thông qua nó

MN

R1

MNR2

MNR3

MNR7

MNR5

MNR1

MNR2

MNR3

MNR7

MANET

MN

MANET

Hình 9: Mạng MANET

CHƯƠNG II : GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG

( không phải toàn hệ thống) được biết đến như các bản tin Hello Bảng định tuyến của các node lân cận được tổ chức tối ưu hóa thời gian để đáp ứng nội vùng và cung cấp cho các yêu cầu thành lập tuyến mới

2.1.2 Định dạng gói tin của giao thức AODV

a) Định dạng gói tin Route Request

RREQ ID

Destination IP Address

Destination Sequence Number

Originator IP Address

Originator Sequence Number

Bảng 1: Định dạng gói tin Route Request

Các trường trong định dạng gói tin Route Request

Type : 1

J : Join Flat Được dành riêng cho Multicast.

R : Repair Flat Được dành riêng cho Multicast

G: Gratuitous RREP flag Chỉ định một Gratuitous RREP có nên được truyền tải

unicast hay không tới node đã được chỉ định trong trường địa chỉ IP đích

D: Destination only flag Xác định rõ là chỉ có một đích hồi đáp RREQ này

U: Unknow sequence number Xác định rõ là chỉ số thứ tự đích không được biết Hop count: Chỉ số chặng Khi một node trung gian quảng bá tiếp bản tin RREQ đến

các node lân cận, nó sẽ tăng chỉ số hop count lên 1 khi gửi

RREQ ID: Chỉ số RREQ ID được quyết định bởi node khởi tạo RREQ Mỗi khi nó

khởi tạo một RREQ mới thì chỉ số broadcast id được tăng thêm 1

Destination IP Address: Địa chỉ của node đích mà cần tìm đường để thực hiện truyền

tin từ node nguồn tới node đích

Destination Sequence Number: Chỉ số thứ tự đích Là chỉ số cuối cùng được nhận

bởi nguồn từ bất kì tuyến nào theo hướng tới đích

Originator IP Address: Địa chỉ của node nguồn phát động bản tin RREQ.

Originator Sequence Number: Chỉ số thứ tự hiện tại được sử dụng trong mục tuyến

trỏ theo hướng nguồn của RREQ

b) Định dạng gói Route Reply

Prefix Size: Kích thước tiền tố Nếu khác không, 5 bit kích thước tiền tố xác định rằng

các chỉ báo chặng tiếp theo có thể được sử dụng cho bất kì tuyến nào với cùng một tiền

tố định tuyến như đích được yêu cầu

Hop count: Chỉ số chặng Khi một node trung gian quảng bá tiếp bản tin RREQ đến

các node lân cận, nó sẽ tăng chỉ số hop count lên 1 khi gửi

Destination IP Address: Địa chỉ của node đích mà cần tìm đường để thực hiện truyền

tin từ node nguồn tới node đích

Destination Sequence Number: Chỉ số thứ tự đích Là chỉ số cuối cùng được biết đến

của đích được yêu cầu

Orginator IP Address: Địa chỉ IP của node khởi đầu RREQ.

Lifetime: Thời gian tồn tại của gói tin sau khi được gửi.

c) Định dạng gói tin Route Error (RERR)

Unreachable Destination IP Address

Unreachable Destination Sequence Number

Additional Unreachable Destination IP Addresses

Additional Unreachable Destination Sequence Numbers (if needed)

Bảng 3: Định dạng gói tin Route ErrorType: 3

N: No delete flag Được thiết lập khi một node thực hiện sửa chữa một liên kết nội

vùng và các node đường không nên xóa các tuyến

Destination Count: Số lượng các đích không thể đến được trong bản tin Phải ít nhất

là 1

Unreachable Destination IP Address: Địa chỉ IP của đích mà không thể đến được do

liên kết gãy

Unreachable Destination Sequence Number: Chỉ số thứ tự trong mục bảng định

tuyến cho đích được liệt kê trong trường Unreachable Destination IP Address trước.Bản tin RERR được gửi mỗi khi một liên kết bị gãy làm cho một hay nhiều đích khôngthể đến được từ một vài node lân cận

d) Định dạng gói tin ROUTE REPLY ACKNOWLEGMENT

Gói tin Route Reply Acknowledgment (RREP-ACK) phải được gửi kèm trong gói tin RREP với bit A được thiết lập Điều này thường được thực hiện khi có nguy cơ các liên kết đơn hướng ngăn chặn sự hoàn thành một quá trình khám phá tuyến

Type: 4

Reserved: Được dùng để dự phòng.

2.1.2 Hoạt động của giao thức định tuyến AODV

Mô tả các tính huống mà trong đó các node khởi tạo các bản tin RREQ, RREP, RERR cho truyền thông unicast về phía đích Tất cả các gói tin AODV được gửi đi sử dụng giao thức UDP

a) Duy trì các chỉ số thứ tự

Mọi mục của của bảng định tuyến tại mọi node phải chứa những thông tin mới nhất có hiệu lực về chỉ số thứ tự đối với địa chỉ IP của node đích mà ở đó mục của bảng định tuyến được duy trì Chỉ số thứ tự này được gọi là “chỉ số thứ tự đích” Nó được cập nhận mỗi khi một node nhận được thông tin mới về chỉ số thứ tự từ các bản tin RREQ, RREP, RERR mà có thể nhận được sự liên quan tới đích đó Một node đíchtăng chỉ số thứ tự của nó trong hai tình huống sau:

- Ngay trước khi một node phát động một khám phá tuyến, nó phải tăng chỉ sốthứ tự của nó Điều này ngăn chặn sự xung đột với các tuyến ngược được thiếtlập trước đó theo hướng node khởi đầu của một RREQ

- Ngay trước khi một node đích khởi tạo một RREP để hồi đáp tới một RREQ, nó phải cập nhậtchỉ số thứ tự của nó với giá trị chỉ số thứ tự lớn nhất hiện tại và chỉ số thứ tự đích trong góiRREQ

Để có thể biết chắc rằng thông tin về đích đến là không cũ, node sẽ so sánh giá trị hiện tại của dãy số của nó với giá trị mà nó thu được từ thông điệp AODV đi tới Sự

so sánh này bắt buộc phải được thực hiện bằng các số 32-bit đã đánh dấu, đây là điều cần thiết để hoàn thành việc đảo ngược dãy số Nếu kết quả của việc trừ đi dãy số đanglưu trữ từ giá trị của dãy số đang tới là nhỏ hơn 0 thì thông tin liên quan đến đích đến

đó trong thông điệp AODV bắt buộc phải bị bỏ đi, do thông tin đó đã cũ so với các thông tin hiện có của node

Trường hợp khác duy nhất mà một node có thể thay đổi dãy số đích đến trong một trong số các mục bảng định tuyển của nó, là trong sự phản hồi tới một liên kết đã

cũ hay quá hạn tới chặng tiếp theo hướng đến đích Node sẽ xác định đích nào sử dụngmột chặng đặc biệt tiếp theo bằng cách hỏi ý kiến bảng định tuyển Trong trường hợp này, đối với mỗi đích sử dụng chặng tiếp theo, node gia tăng dãy số và đánh dấu tuyến

như là không có hiệu lực Mỗi khi có một thông tin định tuyến nào đủ mới (chứa một dãy số ít nhất là cân bằng với dãy số đã ghi nhận) cho đích đến bị ảnh hưởng được tiếpnhận bởi một node mà đã đánh dấu mục bảng định tuyển đó là không có hiệu lực, node

sẽ phải cập nhật thông tin bảng định tuyển dựa theo thông tin chứa trong phần cập nhật

Một node có thể thay đổi dãy số trong mục bảng định tuyển của một đích đến chỉ khi: Bản thân nó là node đích đến, và nó cung cấp một tuyến mới cho chính nó, hoặc nó tiếp nhận một thông điệp AODV với các thông tin mới về dãy số cho node đích đến, hoặc

b) Khởi tạo các Route Request

Một node phổ biến một RREQ khi nó xác định rằng nó cần một tuyến tới một đích và chưa có tuyến nào sẵn sàng Điều này có thể xảy ra nếu đích là một node không biết trước, hoặc nếu một tuyến hợn lệ trước đó tới đích hết hạn hoặc bị đánh dấu

là không hợp lệ Chỉ số thứ tự nguồn trong bản tin RREQ là chỉ số thứ tự của chính node đó, cái mà được tăng trước khi được gài vào một RREQ Trường RREQ ID được tăng từ một giá trị RREQ ID cuối cùng được sử dụng bởi node hiện tại Mỗi node chỉ duy trì một RREQ ID Trường Hop Count được thiết lập là 0

Một node khởi đầu thường mong đợi có các đường truyền song hướng với nodeđích Trong những trường hợp như vậy, nó không phải là đủ cho node khởi đầu để có một tuyến tới đích cũng phải có một tuyến quay lại node nguồn Để cho việc này diễn

ra hiệu quả có thể, bất cứ sự khởi đầu RREP bởi một node trung gian để hồi đáp tới node nguồn nên được thêm vào bằng một vài hoạt động mà báo tin cho đích về một tuyến quay lại node khởi đầu Node khởi đầu chọn chế độ hoạt động này trong các node trung gian băng việc thiết lập cờ G

c) Xử lý và chuyển tiếp các Route Request

Khi một node nhận một RREQ, đầu tiên nó tạo hoặc cập nhật một tuyến tới các chặng trước không có một chỉ số thứ tự hợp lệ sau đó kiểm tra để xác định nó có phải

đã nhận một RREQ với cùng địa chỉ IP nguồn và RREQ ID trong vòng ít nhất thời gian PATH_DISCOVERY_TIME cuối cùng hay không Nếu như một gói tin RREQ

đã được nhận, node sẽ hủy bỏ RREQ được nhận mới nhất này Phần tiếp theo sẽ mô tả các hành động đối với các RREQ mà được cho rằng không phải hủy bỏ

Đầu tiên, nó tăng giá trị hop count trong RREQ thêm 1, để tính toán cho chặng mới qua node trung gian Sau đó nó tìm một tuyến ngược tới node nguồn, nếu cần thiết, một tuyến được tạo, hoặc được cập nhật sử dụng chỉ số thứ tự nguồn từ RREQ trong bảng định tuyến của nó Tuyến ngược này sẽ được cần đến nếu node nhận một RREP quay lại node mà đã khởi đầu RREQ Khi tuyến ngược được tạo hoặc cập nhật, các hành động sau cũng được thực hiện:

Chỉ số thứ tự nguồn từ RREQ được so sánh với chỉ số thứ tự đích tương ứng trong mục bảng định tuyến và được sao chép nếu lớn hơn giá trị trước đó Trường chỉ

số thứ tự hợp lệ được thiết lập là true

Chặng tiếp theo trong bảng định tuyến trở thành node mà từ đó RREQ được nhận (nó được thu được từ địa chỉ IP nguồn trong IP và thường xuyên không bằng trường địa chỉ IP nguồn tring bản tin RREQ) Chỉ số hop count được sao chép từ trường Hop count trong bản tin RREQ

Tuy nhiên, node chuyển tiếp không được sửa đổi giá trị được duy trì của nó chochỉ số thứ tự đích, mặc dù nếu giá trị được nhận trong RREQ đến lớn hơn giá trị hiện tại được duy trì bởi node chuyển tiếp.

Mặt khác, nếu một node khởi tạo một RREP, thì node hủy bỏ RREQ Chú ý rằng, nếu các node trung gian hồi đáp mọi sự truyền của các RREQ cho một đích cụ thể, nó phải chỉ ra rằng đích không nhận bất kì bản tin khám phá nào Trong hoàn cảnhnày, đích không học được tuyến tới node khởi đầu từ các bản tin RREQ Điều này có thể là nguyên nhân dẫn đến đích khởi tạo một khám phá tuyến Để mà đích học được các tuyến tới node khởi đầu, node khởi đầu nên thiết lập bit cờ G trong RREQ nếu với bất kì lý do nào đích cần một tuyến tới node khởi đầu Nếu, trong hồi đáp RREQ với bit G được thiết lập, một node trung gian hồi đáp một RREP, nó cũng phải truyền unicast tới node đích

d) Khởi tạo các Route Reply

Một node khởi tạo một RREP nếu hoặc:

- Node đó chính là đích

- Node đó có một tuyến hoạt đông tới đích, chỉ số thứ tự đích trong bảng định tuyến hiện tại của node cho đích này là hợp lệ và lớn hơn hoặc bằng chỉ số thứ tự đích trong RREQ, và cờ D không được thiết lập

Khi khởi tạo một bản tin RREP, một node sao chép địa chỉ IP đích và chỉ số thứ

tự nguồn từ bản tin RREQ vào các trường tương ứng trong bản tin RREP Việc xử lý khác nhau là không đáng kể tùy thuộc vào node chính là đích hay là một node trung gian với một tuyển đủ mới tới đích

Chỉ một lần được tạo, RREP là unicast tới chặng tiếp theo theo hướng tới node nguồn của RREQ như được chỉ ra bởi mục bảng định tuyến cho node nguồn đó Khi RREP được chuyển tiếp quay lại theo hướng node khởi đầu bản tin RREQ, trường Hop Count sẽ được tăng qua mỗi chặng

i) Khởi tạo RREP bởi đích

Nếu node khở tạo là đích, nó phải tăng chỉ số thứ tự của chính nó thêm 1 nếu chỉ số thứ tự trong gói RREQ bằng với giá trị được tăng đó Nếu không, đích không thay đổi chỉ số thứ tự của nó trước khi khởi tạo bản tin RREP Node đích đặt chỉ số thứ

tự của nó vào trường Destination Sequence Number của RREP, và điền giá trị 0 vào trường Hop count của RREP

ii) Khởi tạo RREP bởi một node trung gian

Nếu như node khởi tạo RREP không là node đích, nhưng để thay thế thì một node trung gian dọc theo tuyến từ nguồn tới đích sao chép chỉ số thứ tự nó biết cho đích này vào trường chỉ số thứ tự đích trong bản tin RREP.Node trung gian cập nhật mục tuyến chuyển tiếp bằng cách thay thế node chặng cuối vào danh sách chặng trước cho mục chuyển tiếp Node trung gian cũng cập nhận mục bảng định tuyến của nó cho node khởi đầu RREQ bằng cáh thay thế chặng tiếp theo theo hướng đích trong danh sách chặng trước cho mục tuyến ngược Node trung gian đặt khoảng cách của nó trongcác chặng từ nó tới đích vào trường Hop Count của RREP Trường Lifetime của RREPđược tính toán bằng phép trừ thời gian hiện tại từ thời hạn kết thúc trong mục bảng định tuyến của nó

d) Nhận và chuyển tiếp các Route Reply

Khi một node nhận bản tin RREP, nó sẽ tìm kiếm tìm kiếm một tuyến tới chặngtrước Nếu cần, một tuyến được tạo cho chặng trước, nhưng không có chỉ số thứ tự

hợp lệ Tiếp theo, node tăng giá trị hop count trong RREP thêm 1, để tính toán cho chặng mới qua node trung gian Sau đó, tuyến chuyển tiếp cho đích này được tạo nếu

nó không có trước đó Nếu không, node so sánh chỉ số thứ tự đích trong bản tin với chỉ

số thứ tự được lưu bởi nó cho địa chỉ IP đích trong bản tin RREP Nhờ vào sự so sánh, mục hiện tại được cập nhật chỉ trong các hoàn cảnh sau:

- Chỉ số thứ tự trong bảng định tuyến được đánh dấu như là không hợp lệ

- Chỉ số thứ tự đích trong RREP lớn hơn bản sao chỉ số thứ tự đích của node và giá trị đượcbiết là hợp lệ

- Chỉ số thứ tự là như nhau, nhưng tuyến được đánh dấu không hoạt động

- Chỉ số thứ tự là như nhau, nhưng giá trị hop count mới nhỏ hơn chỉ số hop count trong mụcbảng định tuyến

Nếu mục bảng định tuyến tới đích được tạo hoặc cập nhật, thì các hoạt động sau xảy ra:

- Tuyến được đánh dấu là hoạt động

- Chỉ số thứ tự đích được đánh dấu là hợp lệ

- Chặng tiếp theo trong mục tuyến được chỉ định từ node mà từ đó RREP được nhận, được xácđịnh bởi trừong địa chỉ IP nguồn trong phần đầu IP

- Giá trị hop count được thiết lập là giá trị hop count mới

- Thời gian hết hạn được thiết lập bằng thời gian hiện tại cộng với giá trị của Lifetime trong bảntin RREP

- Và chỉ số thứ tự đích là chỉ số thứ tự đích trong bản tin RREP

Sau đó, node hiện nay có thể sử dụng tuyến này để chuyển tiếp các gói dữ liệu tới đích Nếu node hiện tại không phải node được xác định bởi địa chỉ IP nguồn trong bản tin RREP và một tuyến chuyển tiếp đã được tạo hoặc cập nhật như mô tả ở trên, node tra cứu mục bảng định tuyến của nó cho node khởi đầu để xác định chặng tiếp theo cho gói RREP, và chuyển tiếp RREP theo hướng nguồn sử dụng thông tin trong mục bảng định tuyến Nếu một node chuyển tiếp một RREP qua một liên kết như là cólỗi hay là đơn hướng, node nên thiết lập cờ A để yêu cầu nhận một báo nhận RREP của RREP bằng cách gửi một bản tin RREP- ACK quay lại

Khi bất kì node nào truyền RREP, danh sách chặng trước cho đích tương ứng được cập nhật bằng cách thêm vào nó node chặng tiếp theo mà ở đó RREP được chuyển tiếp Cuối cùng, danh sách chặng trước cho chặng tiếp theo theo hướng đích được cập nhật để chứa chặng tiếp theo theo hướng nguồn

2.1.3 Cơ chế khám phá tuyến và duy trì tuyến trong giao thức AODV

a) Khám phá tuyến

Quá trình khám phá tuyến được phát động mỗi khi một node nguồn cần truyền thông với một node khác khi mà nó không có thông tin định tuyến về node này trong bảng của nó Node nguồn phát động khám phá tuyến bằng việc quảng bá gói Route Request (RREQ) tới các lân cận của nó

Khi một node cần xác định tuyến tới một node đích Node khởi đầu này quảng

bá một bản tin RREQ tới tất cả các node lân cận, các node này lại tiếp tục quảng bá bản tin tới các lân cận của nó, và cứ như vậy Để ngăn chặn sự quay vòng chu kì, mỗi node nhớ việc chuyển tiếp tuyến yêu cầu mới nhất trong một bộ nhớ đệm tuyến yêu cầu (route request buffer) Khi các yêu cầu này trải rộng trong mạng, các node trung gian lưu giữ các tuyến ngược quay lại node nguồn Khi một node trung gian có nhiều tuyến ngược, nó luôn luôn chọn các tuyến với giá trị hop count nhỏ nhất

Khi một node nhận được yêu cầu của một node khác hoặc nó biết một tuyến đủ mới tới đích, hoặc bản thân nó chính là đích, node này sẽ phát động một bản tin RREP,

và gửi bản tin này dọc theo tuyến ngược quay trở lại node nguồn Khi bản tin RREP vượt qua các node trung gian, các node này sẽ cập nhật bản định tuyến của nó, để mà trong tương lai, các bản tin có thể được gửi theo tuyến này tới đích Node khởi đầu RREQ có thể nhận được bản tin RREP từ nhiều hơn một node

Mỗi node lân cận khi nhận được RREQ hoặc gửi bản tin Route Reply (RREP) quay trở lại node nguồn hoặc quảng bá tiếp gói tin RREQ tới các lân cận khác của nó sau khi đã tăng chỉ số hop count lên 1

b) Duy trì tuyến

Mỗi node lưu giữ một danh sách chặng trước và danh sách cổng ra Một danh sách chặng trước là một thiết lập các node mà tuyến xuyên suốt qua node giữ danh sách Danh sách cổng ra là thiết lập các chặng tiếp theo mà node gửi qua Trong các mạng nơi mà tất cả các tuyến là song hướng, các danh sách này về cơ bản là như nhau

Mỗi node gửi định kì các bản tin Hello tới các chặng trước của nó Một node quyết định gửi một bản tin Hello tới một chặng trước xác định chỉ khi nếu không có bản tin nào được gửi gần đây tới chặng trước đó Do đó, mỗi node mong đợi nhận định

kì các bản tin (không giới hạn các bản tin Hello) từ mỗi node trong danh sách cổng ra của node Nếu một node không nhận được bản tin nào từ một vài node cổng ra trong một khoảng thời gian dài, khi đó node được cho là không còn có thể tới được

Quá trình gửi yêu cầu

tuyến có sẵn sàng?

Chuyển tiếp bản tin

Lưu bản tin vào hàng đợi phát