Đánh giá hiệu năng giao thức định tuyến AODV trong mạng không dây

 Phân loại dựa trên cơ sở hạ tầng- Kiểu Ad-hoc: Mỗi máy tính trong mạng giao tiếp trực tiếp với nhau thông quathiết bị card mạng không dây mà không dùng đến các thiết bị định tuyến hayt

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

LỜI CẢM ƠN 3

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7

DANH MỤC BẢNG 8

LỜI NÓI ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUANVỀ MẠNG AD-HOC 10

1.1 Khái quát về mạng không dây 10 1.1.1 Giới thiệu chung 10

1.1.2 Phân loại mạng không dây 11

1.1.3 Các chuẩn trong mạng không dây 13

1.1.3.1 Chuẩn IEEE 802.11 13

1.1.3.2 Một số chuẩn khác 16

1.2 Nguyên lý hoạt động của mạng không dây WLAN 17 1.3 Cấu trúc của các giao thức được sử dụng trong mạng không dây WLAN 18 1.4 Mạng Ad-hoc 18 1.4.1 Tổng quan về mạng Ad-hoc 18

1.4.2 Đặc điểm và yêu cầu của mạng Ad-hoc 19

1.4.3 Ứng dụng của mạng Ad-Hoc 21

1.3.4 Một số vấn đề cần quan tâm trong mạng Ad-hoc 22

CHƯƠNG 2 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD-HOC 24

2.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống 24 2.1.1 Giải thuật Link state 25

2.1.2 Giải thuật Distance Vector 26

2.2 Yêu cầu đối với giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc 27 2.3 Phân loại giao thức định tuyến 28 2.3.1 Định tuyến điều khiển theo bảng ghi 28

2.3.1.1 Giao thức DSDV 29

2.3.1.2 Giao thức OLSR 34

2.3.2 Định tuyến điều khiển theo yêu cầu 36

2.3.2.2 Giao thức DSR 36

2.3.2.1 Giao thức AODV 38

2.3.2.3 Giao thức TORA 47

2.3.3 Phương pháp định tuyến lai 48

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC AODV TRÊN PHẦN MỀM MÔ PHỎNG NS2 51

3.1 Tổng quan 51 3.2 Giới thiệu phần mềm mô phỏng NS-2 52 3.2.1 Giới thiệu chung 52

3.2.2 Kiến trúc NS-2 53

3.2.3 Một số phần mềm dùng kết hợp với NS-2 54

3.2.3.1 NAM 54

3.2.3.2 Nscript 55

3.2.3.3 Topology Generator 55

3.2.3.4 Trace Data Analyzers 55

3.3 Giới thiệu một số công cụ phân tích đánh giá hiệu năng 57

3.4 Xây dựng kịch bản mô phỏng 58 3.4.1 Mô hình kịch bản 58

3.4.2 Thông số kịch bản 60

3.5 Đánh giá hiệu năng dựa trên kết quả mô phỏng 61 3.5.1 Các độ đo đánh giá hiệu năng 61

3.5.1.1 Các độ đo định tính 61

3.5.1.2 Các độ đo định lượng 63

3.5.2 Các tham số đánh giá hiệu năng 64

3.5.2.1 Thông lượng trung bình 64

3.5.2.2 Tỷ lệ truyền thành công 65

3.5.2.3 Độ trễ trung bình đầu cuối-đầu cuối 65

3.5.3 Kết quả đánh giá 65

3.5.3.1 Đánh giá thông lượng trung bình 65

3.5.3.2 Trễ trung bình từ đầu cuối đến đầu cuối 66

3.5.3.3 Tỷ lệ chuyển tiếp gói tin 66

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Phân loại mạng không dây 12

Hình 1.2 Dải tần 5Ghz của IEEE 802.11a 14

Hình 1.3 Mô hình phân lớp mạng Wlan theo 802.11 18

Hình 1.4 Mô hình đơn giản của mạng Ad-hoc 19

Hình 2.1 Mô hình minh họa thuật toán Bell-man-Ford 30

Hình 2.2 Sơ đồ liên kết 33

Hình 2.3 Quá trình phát tràn lan bản tin quảng bá 34

Hình 2.4 Bầu chọn MPR 35

Hình 2.5 Quá trình gửi yêu cầu khám phá đường 39

Hình 2.6 Cấu trúc bản tin RREQ 40

Hình 2.7 Định dạng gói tin RREP 41

Hình 2.8 Thiết lập tuyến đường ngược 42

Hình 2.9 Thiết lập tuyến đường thuận 43

Hình 2.10 ZRP bán kính vùng 49

Hình 2.11 Ví dụ khám phá đường đi ZRP 49

Hình 3 1 Các phần mềm mô phỏng mạng hiện nay 52

Hình 3.2 Kiến trúc NS-2 53

Hình 3.3 Sự đối ngẫu C++ và OTcl 54

Hình 3.4 Mô hình kịch bản 1 59

Hình 3.5 Mô hình kịch bản 2 60

Hình 3.6 Đánh giá thông lượng của giao thức AODV 7node và 10node 65

Hình 3.7 Trễ trung bình đầu cuối đến đầu cuối 66

Hình 3.8 Tỉ lệ chuyển tiếp gói tin 67

Hình 3.9 Sử dụng ngôn ngữ Perl 67

Hình 3.10 Sử dụng ngôn ngữ AWK 67

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn các nhóm mạng 12

Bảng 2.1 Các loại giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc 28

Bảng 2.2 Định tuyến sử dụng thuật toán Bell-man-Ford 31

Bảng 2.3 Bảng định tuyến của node A 33

Bảng 3.1 Cấu hình kịch bản 1 59

Bảng 3.2 Cấu hình kịch bản 2 60

LỜI NÓI ĐẦU

Bước sang thế kỉ 21, thế kỉ của nền khoa học kỹ thuật đang phát triển với tốc độnhanh chóng Đất nước ta ngày càng hoà nhập hơn vào xu thế tiến bộ đó của thế giới.Với sự phát triển nhanh chóng của xã hội đã đặt ra các vấn đề về truyền thôngngày càng lớn để phục vụ cho các ngành kinh tế cũng như các nhu cầu giải trí của conngười Mạng không dây ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của mạng có dâytruyền thống không có được và là xu thế của mạng truyền thông hiện đại

Trong số các mạng không dây, mạng Ad-hoc được quan tâm một cách đặc biệt.Không giống như mạng có dây truyền thống hay mạng không dây có sơ sở hạ tầng, vớitính linh động cao, dễ dàng thiết lập nên mạng Ad-hoc đang được ứng dụng trongnhiều lĩnh vực của xã hội Trong đó, vấn đề định tuyến trong mạng Ad-hoc là mộttrong những vấn đề quan trọng, đang được nghiên cứu rất nhiều vì nó ảnh hưởng rấtlớn đến hiệu suất của mạng

Với mục đích tìm hiểu, củng cố và phát triển kiến thức đã lĩnh hội được trong quátrình học tập và nghiên cứu tại trường đại học Công Nghệ Thông Tin Và TruyềnThông em đã chọn đồ án tốt nghiệp của mình là: “Đánh giá hiệu năng giao thức định

tuyến AODV trong mạng không dây”.

Bố cục đồ án gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về mạng Ad-hoc

Chương 2: Định tuyến trong mạng Ad-hoc

Chương 3: Đánh giá hiệu năng giao thức AODV trên phần mềm mô phỏng NS2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUANVỀ MẠNG AD-HOC1.1 Khái quát về mạng không dây

1.1.1 Giới thiệu chung

Mạng không dây (Wireless Lan) là mạng sử dụng công nghệ cho phép hai haynhiều thiết bị kết nối với nhau bằng cách sử dụng một giao thức chuẩn mà không cầnnhững kết nối bằng dây mạng (Cable) Trong gần 10 năm qua mạng vô tuyến (khôngdây) đã phát triển với tốc độ chóng mặt Có rất nhiều loại hình mạng, nhiều công nghệ,nhiều chuẩn vô tuyến đã và đang được chuẩn hóa

Ưu điểm

- Giá thành giảm nhiều đối với nhiều thành phần người sử dụng

- Công nghệ không dây đã được tích hợp rộng rãi trong nhiều thiết bị di động dovậy tất cả người sử dụng đều có sẵn tính năng kết nối mạng không dây

- Tính linh động: Tạo ra sự thoải mái trong việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết

bị có hỗ trợ mà không có sự ràng buộc về khoảng cách và không gian như mạng

có dây thông thường người dùng có thể kết nối với mạng trong khi di chuyểnbất cứ nơi nào trong phạm vi phủ sóng của thiết bị tập trung

- Mạng WLAN sử dụng sóng hồng ngoại và sóng radio để truyền nhận dữ liệuthay vì dùng các loại cáp do đó tiết kiệm được chi phí lắp đặt mạng

- Trong mạng cố định truyền thống thì tín hiệu truyền trên dây dẫn do đó được antoàn hơn Còn trong mạng không dây thì việc “đánh rơi” rất dễ dàng bởi vìmạng không dây sử dụng sóng radio có thể bắt được bởi bất kì thiết bị nhận nàonằm trong phạm vi cho phép, ngoài ra mạng không dây có danh giới không rõràng nên rất khó quản lý

1.1.2 Phân loại mạng không dây

Có nhiều cách phân loại mạng không dây nhưng trên thực tế người ta thường phânloại theo 3 cách như ở dưới đây:

 Phân loại theo phạm vi phủ sóng

WPAN: Mạng vô tuyến cá nhân, nhóm này bao gồm các công nghệ vô tuyến cótầm phủ nhỏ từ vài mét đến hàng trục mét tối đa Các công nghệ này phục vụ cho mụcđích kết nối các thiết bị ngoại vi như máy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng, USB, đồng hồvới điện thoại di động, máy tính Các công nghệ trong nhóm này bao gồm Bluetooth,Wibree, Zigbee, UWB, Wireless USB,…Đa phần các công nghệ này được chuẩn hóabởi IEEE Do vậy các chuẩn còn được biết đến với tên IEEE 802.15.3 hay IEEE802.15.4 và một số loại khác

WLAN: Mạng vô tuyến cục bộ, nhóm này bao gồm các công nghệ có vùng phủsóng tầm vài trăm mét Nổi bật là công nghệ WIFI với nhiều chuẩn mở rộng khác nhauthuộc gia đình 802.11 a/b/g/h/i… Công nghệ WIFI đã gặt hái được nhiều thành côngtrong những năm qua, bên cạnh đó còn một số công nghệ như HIPERLAN,HIPERLAN2, đối thủ cạnh tranh của WIFI được chuẩn hóa bởi ETSI

WMAN: Mạng vô tuyên đô thị, đại diện tiêu biểu của nhóm này chính là WIMAX.Băng tần sử dụng từ 2Ghz tới 11 Ghz Băng thông 40Mbps cho kết nối tầm nhìn thẳng(line of sight) cố định và 15 Mbps cho kết nối không theo tầm nhìn thẳng, di động.Mạng WMAN thích hợp cho các vùng địa lý hiểm trở, hoang vắng, vì không phải triểnkhai hạ tầng cáp tốn kém.Ngoài ra, còn hệ thống băng rộng BWMA 802.20 Vùng phủsóng khoảng vài kilomet

WWAN: Mạng vô tuyến diện rộng, nhóm này bao gồm các công nghệ thông tin diđộng như GSM, UMTS, CDMA, HSPA, LTE Mạng vô tuyến diện rộng WWAN cóvùng phủ sóng tầm vài đến vài chục kilomet

Ngoài ra, ta còn có thể kể đến nhóm mạng WRAN là mạng vô tuyến trong mộtkhu vực Chúng sử dụng các công nghệ mạng như UMTS/GSM/CDMA2000 có vùngphủ sóng rộng lớn từ 40-100km mục đích là mang công nghệ truyền thông đến cácvùng xa xôi hẻo lánh, khó triển khai các công nghệ khác

Hình 1.1 Phân loại mạng không dây Bảng 1.1 Tiêu chuẩn các nhóm mạng

Phạm vi

phủ sóng

Trên 30 feet(công nghệUWB/Bluetooth)

Trên 300 feet(WiFi)

Phạm vi nhỏtrong khuvực

4-5 dặm (đối vớiGSM/EDGE/RPR)

Ứng dụng Peer-to-peer,

device-to-device

Public, Soho,Home

Last mileaccess

Mobile

 Phân loại dựa trên giao thức báo hiệu

- Mạng có sử dụng giao thức báo hiệu được cung cấp bởi người quản lý mạngviễn thông cho hệ thống thông tin di động như mạng 3G

- Mạng không sử dụng giao thức báo hiệu như Internet, Ethernet

 Phân loại dựa trên cơ sở hạ tầng

- Kiểu Ad-hoc: Mỗi máy tính trong mạng giao tiếp trực tiếp với nhau thông quathiết bị card mạng không dây mà không dùng đến các thiết bị định tuyến haythu phát không dây

- Kiểu Infrastructure: Các máy tính trong hệ thống mạng sử dụng một hoặc nhiềuthiết bị định tuyến

 Ngoài ra còn có một số cách phân loại khác như: Phân loại dựa trên chức năngcủa mạng ta có thể chia thành mạng dùng trong quân sự, dân sự…

Trong phần sau của đồ án chúng ta sẽ đi tìm hiểu về 802.11 trong WLAN, đây làchuẩn phổ biến nhất sử dụng trong lĩnh vực truyền thông không dây gồm rất nhiềuphiên bản khác nhau

1.1.3 Các chuẩn trong mạng không dây

1.1.3.1 Chuẩn IEEE 802.11

IEEE 802.11

Ra đời vào năm 1997 Đây là chuẩn sơ khai của mạng không dây, mô tả cáchtruyền thông trong mạng không dây sử dụng các phương thức như: DSSS, FHSS,infrared (hồng ngoại) Tốc độ tối đa là 2Mbps, hoạt động trong băng tần 2.4Ghz ISM.Hiện nay, chuẩn này rất ít được sử dụng trong các sản phầm thương mại

IEEE 802.11b

Kiến trúc, đặc trưng và các dịch vụ cung cấp cơ bản của 802.11b giống với chuẩnban đầu 802.11 Nó chỉ khác so với chuẩn ban đầu ở tầng vật lý Tiêu chuẩn 802.11bcung cấp khả năng trao đổi dữ liệu cao hơn và kết nối hiệu quả hơn Sự khác biệt chính

là 801.11b đạt đến hai tốc độ truyền dữ liệu mới là 5.5 Mbps và 11MBps so với 2Mbps của chuẩn đầu tiên.Một trong những nhược điểm của IEEE 802.11b là bằng tần

dễ bị nghẽn và hệ thống dễ bị nhiễu bởi các hệ thống mạng khác, lò vi ba, các loại điệnthoại hoạt động ở tần số 2.4 GHz và các mạng BlueTooth Đồng thời,chuẩn IEEE802.11b cũng có những hạn chế như: Thiếu khả năng kết nối giữa các thiết bị truyềngiọng nói, không cung cấp dịch vụ QoS (Quality of Service) cho các phương tiệntruyền thông Mặc dù vẫn còn một vài hạn chế và nhược điểm nhưng chuẩnIEEE802.11b (thường gọi là Wifi) là chuẩn thông dụng nhất hiện nay bởi sự phù hợpcủa nó trong các môi trường sử dụng mạng không dây

IEEE 802.11a

Chuẩn IEEE 802.11a có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn chuẩn 802.11b và sốkênh tối đa hoạt động đồng thời có thể đạt tới 8 kênh Tốc độ truyền dữ liệu đạt54Mbps và hoạt động tại băng tần 5GHz Tiêu chuẩn 802.11a sử dụng trải phổ trựcgiao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) tại lớp vật lý Tốc độ caonày thực hiện được bởi việc kết hợp nhiều kênh có tốc độ thấp thành một kênh có tốc

độ cao Chuẩn 802.11a sử dụng OFDM định nghĩa tổng cộng 8 kênh không trùng lặp

có độ rộng 20MHz thông qua 2 băng thấp Mỗi một kênh được chia thành 52 kênhmang thông tin, với độ rộng xấp xỉ 300KHz Mỗi một kênh được truyền song song.Việc chỉnh sửa lỗi phía trước FEC (Forward Error Correction) cũng được sử dụngtrong 802.11a (không có trong 802.11) để có thể đạt được tốc độ cao hơn

Tất cả các băng tần dùng cho Wireless LAN là không cần đăng ký, vì thế nó dễdàng dẫn đến sự xung đột và nhiễu Để tránh sự xung đột này, cả 801.11a và 802.11bđều có sự điều chỉnh để giảm các mức của tốc độ truyền dữ liệu Trong khi chuẩn802.11b có các tốc độ truyền dữ liệu là 5.5, 2 và 1Mbps thì chuẩn 802.11a có bảy mức

là 48, 36, 24, 18, 12, 9, và 6Mbps

Hiện nay, có tới 23 quốc gia phê duyệt cho phép sử dụng các sản phẩm 802.11a,trong đó châu Âu chiếm tới 14 quốc gia, bao gồm: Mỹ, Úc, Áo, Đan Mạch, Pháp,

Thụy Điển, New Zealand, Ireland, Nhật Bản, Bỉ, Hà Lan, Phần Lan, Ba Lan, Thụy Sĩ

Thứ nhất, chuẩn 802.11.g sử dụng kỹ thuật trải phổ OFDM (OrthogonalFrequency Division Multiplexing) để có thể cung cấp các dịch vụ có tốc độ lên tới54Mbps Trước đây, FCC (Federal Communication Commission USA) có cấm sửdụng OFDM tại 2,4GHz Nhưng hiện nay FCC đã cho phép sử dụng OFDM tại cả haibăng tần 2,4GHz và 5GHz

Thứ hai, tương thích với các hệ thống 802.11b tồn tại trước Do đó, 802.11g cũng

có hỗ trợ CCK và thiết bị 802.11g cũng có thể giao tiếp với thiết bị 802.11b có sẵn.Một thuận lợi rõ ràng của 802.11g là tương thích với 802.11b (được sử dụng rất rộngrãi) và có được tốc độ truyền cao như 802.11a Tuy nhiên số kênh tối đa mà 802.11gđạt được vẫn là như 802.11b Bên cạnh đó, do hoạt động ở tần số 2,4 GHz như802.11b, hệ thống sử dụng 802.11g cũng dễ bị nhiễu như 802.11b

IEEE 802.11i

Là chuẩn bổ sung cho các chuẩn 802.11a, 802.11b, 802.11g về vấn đề bảo mật, nó

mô tả cách mã hóa dữ liệu truyền giữa các hệ thống sử dụng các chuẩn này Chuẩn802.11i định nghĩa một phương thức mã hoá mạnh mẽ gồm Temporal Key IntegrityProtocol (TKIP) và Advanced Encryption Standard (AES)

Các chuẩn khác của IEEE 802.11

- IEEE 802.11h: Hướng tới việc cải tiến công suất phát và lựa chọn kênh củachuẩn IEEE 802.11a, nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn của thị trường châu Âu

- IEEE 802.11j: Sự hợp nhất trong việc đưa ra phiên bản tiêu chuẩn chung củahai tổ chức tiêu chuẩn IEEE và ETSI (European Telecommunications StandardsInstitute) trên nền IEEE 802.11a và HiperLAN/2

- IEEE 802.11k: Cung cấp khả năng đo lường mạng và sóng vô tuyến thíchhợpcho các lớp cao hơn

1.1.3.2 Một số chuẩn khác

HomeRF

HomeRF là chuẩn hoạt động tại phạm vi băng tần 2.4 GHz, cung cấp băng thông1.6 MHz với thông lượng sử dụng là 659 Kb/s Khoảng cách phục vụ tối đa củaHomeRF là 45m HomeRF cũng sử dụng cơ chế trải phổ FHSS tại tầng vật lý.HomeRF cũng tổ chức các thiết bị đầu cuối thành mạng ad–hoc (các máy trao đổi trựctiếp với nhau) hoặc liên hệ qua một điểm kết nối trung gian như Bluetooth.Điểm khácbiệt giữa Bluetooth và HomeRF hướng tới một mục tiêu duy nhất là thị trường phục vụcác mạng gia đình Tổ chức tiêu chuẩn giao thức truy cập vô tuyến SWAP củaHomeRF thành lập ra nhằm nâng cao hiệu quả khả năng các ứng dụng đa phương tiệncủa HomeRF SWAP kết hợp các đặc tính ưu việt của 802.11 là giao thức tránh xungđột CSMA/CA với đặc tính QoS của giao thức DECT (Digital Enhanced CordlessTelecommunications) để cung cấp một kỹ thuật mạng hoàn chỉnh cho các hộ gia đình Phiên bản SWAP 1.0 (Shared Wireless Access Protocol) cung cấp khả năng hỗ trợ

4 máy trong một mạng Ad-hoc, và cung cấp cơ chế bảo mật là mã hóa 40 bit tại lớpMAC Phiên bản SWAP 2.0 mở rộng băng thông lên tới 10Mbps, cung cấp khả năngroaming trong truy cập công cộng Nó cũng hỗ trợ 8 máy trong một mạng Ad-hoc Đặc

tính QoS cũng được nâng cấp bởi việc thêm vào 8 luồng ưu tiên hỗ trợ cho các ứngdụng đa phương tiện như video SWAP 2.0 cũng có cơ chế bảo mật như SWAP 1.0nhưng có mã hóa 128 bit

OpenAir

OpenAir là sản phẩm độc quyền của Proxim Proxim là một trong những công tysản xuất thiết bị vô tuyến lớn nhất thế giới Proxim đang cố gắng để OpenAir cạnhtranh với 802.11 thông qua WLIF (Wireless LAN Interoperability Forum) Proximnắm giữ hết các thông tin chi tiết về OpenAir, tất cả các sản phẩm OpenAir đều dựatrên các module của chính Proxim.OpenAir là một giao thức trước 802.11, sử dụng kỹthuật nhảy tần (2FSK và 4FSK), có tốc độ 1,6Mbps OpenAir MAC dựa trênCSMA/CA và RTS/CTS như 802.11 Tuy nhiên OpenAir không thực hiện việc mã hóatại lớp MAC, nhưng lại có ID mạng dựa trên mật khẩu OpenAir cũng không cung cấpchức năng tiết kiệm công suất

Bluetooth

Bluetooth là tên của một chuẩn sử dụng kết nối bằng sóng radio tần số ngắn nhằmmục đích thay thế việc kết nối các thiết bị điện tử bằng cáp Điểm đặc trưng của côngnghệ này là sự thiết thực, đơn giản, năng lượng nhỏ và chi phí thấp Công nghệ nàycũng cho phép kết nối không dây với mạng LAN, mạng điện thoại di động, và vớimạng Internet

Infrared (IR)

Là một công nghệ truyền thông dựa trên ánh sáng chứ không phải là công nghệtrải phổ Các thiết bị IR có thể đạt tốc độ tối đa là 4Mbps, và tốc độ thường thấy là115Kbps đủ cho việc trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị cầm tay Đặc biệt không gâynhiễu với mạng trải phổ RF

1.2 Nguyên lý hoạt động của mạng không dây WLAN

Mạng WLAN kết nối hai hay nhiều máy tính qua nhiều tín hiệu sóng radio, khi lắpđặt mỗi thiết bị đầu cuối trong mạng được trang bị một thiết bị thu phát tín hiệu radio

từ các máy tính khác trong một mạng hay gọi là card mạng WLAN Tương tự EthernetWLAN truyền tín hiệu theo dạng gói, mỗi adapter có một số ID địa chỉ duy nhất Mỗigói chứa dữ liệu cùng địa chỉ của adapter nhận và adapter gửi Card mạng có khả năng

kiểm tra đường truyền trước khi gửi dữ liệu lên mạng Nếu đường truyền rỗi việc gửi

dữ liệu sẽ được thực hiện Ngược lại, Card mạng sẽ tạm nghỉ và kiểm tra đường truyềnsau một thời gian nhất định

Tốc độ truyền dữ liệu và tần số sử dụng khác nhau, phụ thuộc và các chuẩn nhưIEEE802.11, OperAir, HomeRF…Các adapter sử dụng một trong hai giao thức điềuchế là: Trải phổ nhảy tần FHSS (Frequence Hopping Spread Spectrum) và trải phổphân đoạn trực tiếp DSSS (Direct-Sequency Spread Spectrum) để tăng hiệu quả và bảomật tốt

Mạng cho phép người sử dụng chia sẻ các tập tin hay truy cập Internet một cách dễdàng, chia sẻ kết nối từ nhiều thiết bị khác nhau, tính ổn định cao nên phù hợp với giađình hay công sở

1.3 Cấu trúc của các giao thức được sử dụng trong mạng không dây WLAN

Về kiến trúc, chuẩn 802.11 được chia làm 2 lớp là lớp vật lý và lớp điều khiển truycập môi trường truyền MAC Trong đó, tầng MAC có nhiệm vụ là thực hiện cơ chếđiều khiển truy nhập môi trường truyền, phân mảnh dữ liệu của ứng dụng người dùng

và mã hóa Tầng vật lý được chia làm hai tầng con (sublayer) với hai chức năng khácnhau Đầu tiên là tầng giao thức hội tụ vật lý (Physical Layer Convergence Protocol -PLCP) có nhiệm vụ cảm nhận sóng mang và cung cấp điểm truy cập dịch vụ vật lýchung Thứ hai là tầng phụ thuộc môi trường truyền (Physical Medium Dependent -PMD) có nhiệm vụ quản lý việc điều chế (mudulation) tín hiệu

Hình 1.3 Mô hình phân lớp mạng Wlan trên chuẩn 802.11

1.4 Mạng Ad-hoc

1.4.1 Tổng quan về mạng Ad-hoc

Ad-hoc thuộc loại mạng di động không dây không có cơ sở hạ tầng, thường gọi làmạng tùy biến Với sự tiến bộ về lĩnh vực máy tính và công nghệ truyền thông, côngnghệ không dây ngày càng được sử dụng rộng rãi, nhiều trong số đó sẽ liên quan đếnviệc sử 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 bằngcách kết hợp chức năng định tuyến vào các nút di động Mạng này được nhận định cókhả năng phát triển nhanh chóng trong tương lai do tính tiện lợi cũng như tính cơ độngcủa nó Mục tiêu của Ad-hoc là mở rộng tính di động vào các lĩnh vực độc lập, lĩnhvực không dây, nơi cài đặt các nút-nơi có thể kết hợp router và máy chủ tạo thànhmạng lưới cơ sở hạ tầng trong mạng tùy biến không dây Dưới đây là mô hình mộtmạng Ad-hoc đơn giản gồm ba máy tính kết nối vô tuyến với nhau, chúng có vai tròtương đương nhau giống với mô hình peer-to-peer của mạng không dây và có khoảngcách liên lạc từ 30 đến 100 mét

Cách thiết lập cấu hình cho ba thiết bị này như sau: Thiết lập 3 phần cho các thiết

bị card không dây, driver và tiện ích, cấu hình cho chúng với các station có cùng kênh,cùng tốc độ truyền.Hình 1.4 thể hiện một mô hình mạng Ad-hoc không dây gồm 3thiết bị kết nối với nhau qua PC card và USB adapter

Hình 1.4 Mô hình đơn giản của mạng Ad-hoc

1.4.2 Đặc điểm và yêu cầu của mạng Ad-hoc

Khác với các mạng hữu tuyến và vô tuyến truyền thống mạng Ad-hoc được kìvọng sẽ hoạt động tốt trong môi trường mạng trong đó có một số hoặc tất cả các nútmạng có thể di động Khi các nút mạng di chuyển hình trạng (topo) mạng có thể thayđổi một cách nhanh chóng và không thể đoán trước được Các nút có thể biến mấthoặc xuất hiện trong mạng một cách đột ngột Mỗi người dùng có thể di chuyển tự dotrong mạng trong khi đang truyền thông với người dùng khác.Tuy nhiên, nói chungviệc kết nối và phân phối lưu lượng giữa những người sử dụng giống với các yêu cầu

cơ bản được áp dụng cho các mạng truyền thống như các yêu cầu đối với các nút mạng

về năng lượng, tính mềm dẻo, bảo mật, kích thước và chi phí

- Các nút mạng phải duy trì năng lượng để hoạt động trong thời gian dài đòi hỏi

nó phải có mức tiêu thụ năng lượng thấp Việc tiêu thụ năng lượng thấp chỉ cóthể đạt được bằng cách sử dụng phần cứng tiêu thụ năng lượng thấp và chutrình hoạt động ngắn

- Các nút mạng phải có khả năng thích nghi cao đối với các ngữ cảnh khác nhau

- Các nút mạng riêng lẻ cần có khả năng thực hiện mã hóa phức tạp và thuật toánxác thực

- Một chỉ tiêu để đánh giá cho bất kì mạng Ad-hoc nào là tốc độ truyền, nănglượng tiêu thụ và khoảng cách giữa các nút mạng Ngoài ra chi phí cho nútmạng cũng ảnh hưởng tới việc triển khai mạng Ad-hoc.

Ad-hoc được hình thành bởi các nút di động có khả năng phát hiện ra sự có mặtcủa các nút khác và tự định dạng để tạo nên mạng Ví dụ như một nút yêu cầu truyềntới một mạng ở xa nó thì trong mạng có thể thiết lập liên lạc qua những nút trung gian,các gói được chuyển tiếp tới nút nguồn, đích nhờ những nút trung gian Trong mạngAd-hoc không tồn tại khái niệm quản lý tập trung, nó đảm bảo mạng sẽ không bị sậptrong trường hợp nút mạng di chuyển ra ngoài khoảng truyền dẫn của nút mạng khác

vì nó trao đổi thông tin bằng phương pháp truyền gói tin qua nhiều bước (multi-hop),đồng thời mạng sẽ tự cấu hình lại Ví dụ: Nếu nút mạng rời khỏi mạng sẽ gây ra sự cốmất liên kết, nút mạng bị ảnh hưởng có thể yêu cầu đường định tuyến mới và vấn đề sẽđược giải quyết Điều này chỉ gây trễ trên mạng mà không ảnh hưởng đến người sửdụng vì mạng Ad-hoc vẫn hoạt động bình thường

Dưới đây là những đặc điểm chính đối với mạng Ad-hoc

- Các nút mạng di chuyển tự do, ngẫu nhiên không đoán trước được do đó topomạng thay đổi liên tục theo thời gian

- Các nút di động sử dụng nguồn năng lượng PIN có hạn do vậy cần phải cảithiện vấn đề năng lượng trong mạng Ad-hoc

- Băng thông hạn chế

- Không đồng nhất giữa các thiết bị: Các thiết bị trên mạng là không đồng nhất,các thiết bị khác nhau có thể cùng tham gia vào mạng như laptop, điện thoại diđộng và một số thiết bị khác

- Chất lượng kênh luôn thay đổi.

- Không thể hoạt động lâu dài do vấn đề về năng lượng

1.4.3 Ứng dụng của mạng Ad-Hoc

Mạng Ad-hoc ngày càng phát huy được giá trị của nó trong đời sống xã hội, dođặc tính mềm dẻo và cơ động của nó mà có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đờisống hay trong quân sự Nó cũng được sử dụng để triển khai tại những nơi có cơ sở hạ

tầng mạng khó khăn Ví dụ người dùng có thể chia sẻ tài nguyên ở những nơi côngcộng như trạm đỗ xe, nhà ga, sân bay…khi các máy tính di động thiết lập giao diệnmạng LAN vô tuyến, thì nhóm các máy tính có thể hình thành mạng Ad-hoc và có thểtruy nhập Internet và các tài nguyên mạng khác như máy in, máy scan…Hơn thế nữamạng Ad-hoc rất cần thiết khi các mạng viễn thông diện rộng còn chưa phủ sóng được

ở những nơi có địa hình hiểm trở, cách xa khu vực trung tâm Tại những nơi vùng sâuvùng xa dân cư thưa thớt, việc thiết lập cơ sở hạ tầng, hệ thống mạng là rất khó khăn

và tốn kém Do đó, ngoài việc dùng thông tin vệ tinh người ta còn sử dụng mạngAd-hoc là một trong những giải pháp tối ưu của vấn đề

Mạng Ad-hoc đặc biệt rất hữu ích trong trường hợp xảy ra các sự cố khẩn cấp, nhưxảy ra thiên tai tàn phá cơ sở hạ tầng mạng viễn thông thì việc thiết lập một mạng Ad-hoc là rất cần thiết Trong lĩnh vực quân sự: Hoạt động phi tập trung của mạng Ad-hoc và không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng là một yếu tố thiết yếu đối với lĩnhvực quân sự, nhất là trong các trường hợp chiến đấu khốc liệt, các cơ sở hạ tầng mạng

bị phá hủy Lúc này mạng Ad-hoc là lựa chọn số một để các thiết bị truyền thông liênlạc với nhau một cách nhanh chóng Các nút mạng được phân nhóm theo bản chất tựnhiên thay vì việc tuân theo một mô hình điểm ngẫu nhiên trong mạng thuần túy nhằmđưa ra một giải pháp tối ưu Ngoài ra mạng Ad-hoc còn được sử dụng trong các hộinghị, trong hệ thống nhúng, trong mạng xe cộ hay trong các loại mạng cảm biến…

1.3.4 Một số vấn đề cần quan tâm trong mạng Ad-hoc

- Chi phí cho việc sử dụng phổ tần số: Việc sử dụng phổ tần số chịu sự giám sátcủa cơ quan nhà nước chuyên trách về truyền thông (Bộ Thông Tin Và TruyềnThông) Để ngăn ngừa nhiễu sóng cơ quan này phải đưa ra quy định về dải phổ

cụ thể cho từng mạng hoạt động, trong đó có cả mạng Ad-hoc Các dải phổđược cấp phát và quản lý một cách chặt chẽ, đồng thời cũng phải trả phí tổn

- Giải pháp truy nhập: Không giống như mạng không dây có cơ sở hạ tầng đượcđiều khiển bởi trạm gốc, mạng Ad-hoc thiếu sự điều khiển tập trung và đồng bộtoàn cục Điều này một mặt tạo cho người dùng khả năng di động và kết nốikhông giới hạn nhưng mặt khác lại làm cho cấu trúc của nút mạng trở lên phứctạp hơn Việc các nút mạng truy nhập liên tục cũng làm cho đường truyền phátsinh lỗi, kết nối giữa các nút mạng có thể bị đứt đột ngột Do đó, các phương

pháp điều khiển truy nhập môi trường truyền thông dụng như TDMA, FDMAđều không thể thích hợp Ngoài ra nhiều giao thức điều khiển truy cập môitrường (MAC protocol) không giải quyêt được sự di động của máy chủ Mặtkhác do môi trường truyền được chia sẽ bởi nhiều nút mạng tùy biến nên việctruy nhập kênh truyền chung phải được thực hiện theo kiểu phân tán thông quagiao thức MAC Giao thức MAC phải chứa đựng cơ chế điều khiển việc truynhập kênh truyền, đồng thời phải tránh được sự xung đột với các nút mạng lâncận Sự có mặt của tính di động, hiện tượng các “trạm cuối ẩn”, “trạm cuốilộ”… phải được tính đến khi thiết kế giao thức MAC cho mạng Ad-hoc.

- Vấn đề định tuyến trong mạng Ad-hoc: Do đặc điểm chính của mạng Ad-hoc làtopo động, các nút mạng có thể di chuyển liên tục nên khả năng gãy đứt xảy ra

là lớn Khi đó, các thuật toán định tuyến của mạng có dây như trạng thái liênkết (Link state) hay vector khoảng cách (distance vector) đều không phù hợpvới mạng Ad-hoc Vì thế vấn đề định tuyến trong mạng Ad-hoc trở nên đặc biệtquan trọng vì nó liên quan đến khả năng hoạt động và hiệu suất của toàn mạng

- Ta biết rằng, TCP là giao thức được thiết kế để thực hiện việc truyền tin cậy từ

“đầu cuối” đến “đầu cuối”, có thể thực hiện các cơ chế điều khiển tắc nghẽn vàđiều khiển lưu lượng trong mạng TCP là giao thức hướng kết nối, có nghĩa làkết nối được duy trì trong khi truyền dữ liệu và nó sẽ bị hủy bỏ khi quá trìnhtruyền dữ liệu hoàn thành TCP giả thiết đối với các nút mạng tĩnh và chỉ điềukhiển tắc nghẽn ở các nút mạng đầu và nút mạng cuối

- Vấn đề năng lượng cho các nút mạng: Hầu hết các giao thức mạng hiện nay đềukhông quan tâm đến vấn đề tiêu tốn năng lượng do các máy chủ và bộ địnhtuyến đều được giả thiết là tĩnh và được cung cấp từ nguồn điện lưới Trong khi

đó với mạng Ad-hoc thì khác Các nút mạng chủ yếu là các thiết bị di động,năng lượng được cung cấp từ PIN Vì thế, thời gian hoạt động của các thiết bị là

ít Sự giới hạn thời gian đòi hỏi phải sử dụng tiết kiệm và bảo trì tốt nguồn điện

- Bảo mật trong mạng Ad-hoc: Cũng như đối với mạng không dây nói chungmạng Ad-hoc được bảo mật không cao Do đó, các kỹ thuật bảo mật cần đượctriển khai trên nhiều tằng giao thưc nhằm giảm nguy cơ bị tấn công bên ngoài

CHƯƠNG 2 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD-HOC

Trong mạng máy tính để định đường đi trong quá trình truyền dữ liệu người tathường sử dụng các bộ định tuyến Hay định tuyến là cách thức mà các bộ định tuyến,các máy tính hoặc các thiết bị mạng sử dụng để tìm đường trong việc phát các gói tintới địa chỉ đích trên mạng, đảm bảo tìm đường đi tốt nhất từ lớp mạng này sang lớpmạng khác để đưa dữ liệu được đến đích như mong muốn Thông thường tiến trìnhđịnh tuyến chỉ hướng đi dựa vào bảng định tuyến được tổ chức trong bộ nhớ của mỗinút mạng, đó là bảng chỉ những con đường tốt nhất đến các đích khác nhau trongmạng Vì vậy việc xây dựng bảng định tuyến trở nên rất quan trọng trong việc địnhtuyến trên các hệ thống mạng Để thực hiện việc chuyển gói dữ liệu đến mạng đíchmột cách chính xác các nút phải nhớ thông tin về đường đi tới các mạng khác Nếu nútchạy định tuyến động thì nút tự động nhớ các thông tin này từ các nút khác, còn nếunút chạy định tuyến tĩnh thì người quản trị mạng phải tự cấu hình các thông tin đến cácmạng khác cho nút

2.1 Các thuật toán định tuyến truyền thống

Hiện nay, các giao thức định tuyến đưa ra với Ad-hoc đều dựa trên nền tảng giaothức định tuyến cổ điển làm thuật toán cơ bản Do đó, việc tìm hiểu nghiên cứu cáchoạt động cơ bản của giao thức này là hết sức cần thiết

Các giao thức định tuyến truyền thống thường sử dụng hai giải thuật: Định tuyếntheo vector khoảng cách, định tuyến theo trạng thái liên kết đã được sử dụng từ rất lâu

và đã trở nên quen thuộc Tuy nhiên, các giao thức này chỉ thích hợp với các cấu trúcmạng tĩnh, hoạt động ở mạng Ad-hoc có tốc độ di chuyển thấp, cấu trúc mạng ít thayđổi Ngoài ra, các giao thức này hoạt động phụ thuộc vào bản tin điều khiển địnhtuyến, nên với số lượng nút mạng tăng, yêu cầu trao đổi giữa các nút mạng tăng lên,thông tin cập nhật định tuyến lớn, chúng sẽ tiêu tốn băng thông, năng lượng và CPU.Bởi vì hai loại giao thức định tuyến trên duy trì định tuyến đến tất cả các nút mạng, nókhông quan tâm nút mạng có tham gia vào truyền thông tin trong mạng tại mọi thờiđiểm hay không Hơn nữa, các giao thức định tuyến cổ điển ràng buộc liên kết phải là

2 chiều, nên cần có những cải thiện nhất định cho thông tin vô tuyến nói chung vàmạng Ad-hoc nói riêng

Distance vector và Link State đều là các giao thức định tuyến động (DynamicRouting Protocol) cấu hình trên các thiết bị layer 3 nói chung và router Cisco nóiriêng Chúng đều là các Interior Gateway Routing Protocol (IGP), được triển khaitrong một khu vực đặc biệt gọi là Autonomos System (As, khu vực dung chung tàinguyên và chịu chung một sự quản lý kỹ thuật duy nhất).

2.1.1 Giải thuật Link state

Link state sử dụng multicast trong khi Distance vector sử dụng Broadcast.Multicast thực ra là gửi Broadcast đến một nhóm các hot (router/node) Các loại giaothức phổ biến sử dụng giải thuật link state như OSPF, IS-IS (đối với mạng có dây),DSR, AODV (đối với mạng không dây)

Nguyên tắc hoạt động: Các router không gửi bảng định tuyến của mình mà chỉ gửitình trạng của các đường liên kết trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết(linkstatedatabase) của mình đi cho các router khác, các router sẽ áp dụng giải thuậtSPF (shortest path first ), để tự xây dựng bảng định tuyến riêng cho mình Khi mạng

đã hội tụ, các giao thức Link state sẽ không gửi cập nhật định kỳ mà chỉ gửi khi nào có

sự thay đổi trong mạng (1 đường bị down , cần sử dụng đường dự phòng)

Ưu điểm

Có thể thích nghi được với đa số hệ thống, cho phép người thiết kế có thể thiết kếmạng linh hoạt, phản ứng nhanh với tình huống xảy ra Do không gửi cập nhật định kỳnhư Distance Vector, nên giải thuật Link State bảo đảm được băng thông cho cácđường mạng

Nhược điểm

- Do router phải xử lý nhiều, nên chiếm nhiều bộ nhớ, tốc độ CPU chậm hơn nêntăng độ trễ Việc sử dụng các giao thức định tuyến truyền thống trong mạngAd-hoc sẽ dẫn đến rất nhiều vấn đề trở ngại cần giải quyết

- Tiêu tốn năng lượng nguồn nuôi cho các cập nhập định kỳ như trong giao thứcđịnh tuyến Distance Vector

- Làm quá tải bộ vi xử lý của thiết bị: Khi các thông tin cập nhật, số nút mạngtăng lên

- Tạo ra nhiều đường đi dư thừa

Các giải pháp khắc phục

- Giảm tần số cập nhật

- Mục tiêu hóa các thay đổi của Link state cho quá trình Multicast

- Cấu hình các vùng một cách có hệ thống

- Trao đổi các bản tóm lược tại các vùng biên

- Sử dụng đánh số cho bản tin update

- Quản lý các vùng dựa trên hệ thống cấu hình của các vùng

2.1.2 Giải thuật Distance Vector

Nguyên tắc hoạt động: Phương pháp này định tuyến dựa trên vector khoảng cách,

có cải tiến hơn so với phương pháp dựa trên trạng thái liên kết, mỗi nút mạng chỉ giámsát giá của liên kết xuất phát từ nó, và không quảng bá thông tin đến tất cả nút mạng,

nó gửi quảng bá đều đặn đến các nút mạng liền kề thông tin về khoảng cách ngắn nhấttới các nút khác trong mạng Nút mạng khác khi nhận được thông tin này sẽ tính toánlại bảng định tuyến thông qua thuật toán tìm đường đi ngắn nhất

Giải pháp khắc phục hiện tượng vòng lặp

Hiện tượng gói tin di chuyên loanh quanh giữa các router do những thông tin dưthừa hoặc sai lệch được chuyển giữa các router, một phương pháp được đặt ra để khắcphục là định nghĩa một con số(hop-count) Distance vector(RIP) chỉ quản lý được 15hop, do vậy hiện tượng vòng lập xảy ra gói tin sẽ chạy quanh mạng cho tới khi hopcount của nó đạt 15 và khi nó chạy tới router kế tiếp nó sẽ bị xóa Hoặc chúng ta có thể

sử dụng biện pháp sử dụng bản tin hồi đáp, theo đó khi A gửi cho B thông tin cập nhật,

B sẽ gửi lại thông tin đã được cập nhật mà nó vừa nhận được từ A Ngoài ra còn một

số phương pháp khắc phục hiện tượng này như Router poisoning, Hold-down timers…

2.2 Yêu cầu đối với giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc

- Hoạt động phân tán: Giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc phải là giao thứcphân tán yêu cầu độ tin cậy cao Do các nút là di động nên giao thức định tuyếntập trung là không phù hợp Mỗi nút mạng phải đủ thông minh để tạo ra cácquyết định định tuyến sử dụng các nút lân cận

- Không lặp vòng: Để nâng cao chất lượng hoạt động, giao thức định tuyến cầnđảm bảo đường định tuyến không bị vòng lặp, điều này sẽ làm giảm lãng phíbăng thông và công suất tiêu hao của CPU

- Sử dụng các siêu nút: Tất cả các giao thức hiện có đều giả định rằng các nút diđộng đều có cùng đặc tính dựa trên bản chất của mạng tự tổ chức là tập hợp củacác nút ngang hàng Mặc dù điều này có thể đúng trong một số trường hợp, tuynhiên, có trường hợp mà ở đó mạng có các nút có băng thông cao, nguồn nuôi

ổn định, liên kết không dây có tốc độ cao hơn so với các nút khác, các nút nhưvậy được gọi là các siêu nút

- Hoạt động dựa trên yêu cầu: Tối thiểu hóa phần thông tin điều khiển trongmạng, giao thức định tuyến thuộc nhóm định tuyến theo yêu cầu, có thể đápứng được điều này nó chỉ tìm đường khi cần thiết và không quảng bá thông tinđiều khiển liên tục

- Tính tiên phong: Trong một số trường hợp trễ lớn do hoạt động dựa trên yêucầu là không chấp nhận được Do đó, phải sử dụng các đặc tính tiên phong nếutài nguyên của mạng nằm trong khoảng cho phép

- Hỗ trợ các liên kết 1 chiều: Môi trường vô tuyến có thể là nguyên nhân hìnhthành các liên kết theo một hướng Sử dụng kiểu liên kết này là liên kết 2 chiều

sẽ nâng cao hiệu năng của giao thức định tuyến

- Bảo mật: Môi trường vô tuyến rất dễ bị tấn công, khai thác thông tin Do đó, mãhóa và chứng thực là cách bảo mật thông thường nhất được ứng dụng hiện nay

- Bảo toàn năng lượng: Do năng lượng của các nút mạng được cung cấp bởinguồn PIN.Do đó, năng lượng bị hạn chế Do vậy, cần có chế độ chờ để tiếtkiệm năng lượng.

- Nhiều đường định tuyến: nhằm giảm số lần tác động do sự thay đổi về cấu trúcmạng và khi nhiều đường định tuyến bị nghẽn Nếu như một đường định tuyếnkhông sử dụng được nữa thì đường định tuyến khác có thể thay thế Như vậygiao thức không cần khởi tạo lại thủ tục tìm đường

- Hỗ trợ QoS: Có nhiều loại QoS cần được sự hỗ trợ của giao thức định tuyến, nóphụ thuộc vào mục đích của mạng, chẳng hạn hỗ trợ lưu lượng thời gian thực

2.3 Phân loại giao thức định tuyến

Việc phân loại các giao thức định tuyến cho mạng Ad-hoc nhằm tìm ra một cáchthức phù hợp áp dụng đối với từng khu vực mạng có tính chất khác nhau Tùy theotính chất của mạng Ad-hoc mà người ta có thể sử dụng các loại giao thức khác nhaunhưng nhìn chung có 3 loại giao thức được sử dụng cho mạng Ad-hoc được trình bàytrong bảng 2.1 dưới đây

Bảng 2.1 Các loại giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc

2.3.1 Định tuyến điều khiển theo bảng ghi

Giao thức định tuyến điều khiển theo bảng ghi còn được gọi là giao thức chủ ứngtheo giao thức này bất kì một nút trong mạng đều luôn duy trì trong bảng định tuyến

của nó thông tin định tuyến đến tất cả các nút trong mạng Thông tin định tuyến đượcphát broadcast trên mạng theo một khoảng thời gian quy định để giúp cho bảng địnhtuyến luôn cập nhật những thông tin mới nhất Chính vì vậy một nút có thể lấy thôngtin ngay lập tức khi cần thiết Tuy nhiên, đối với những mạng di chuyển hoặc các liênkết giữa các nút bị đứt cần phải có cơ chế tìm kiếm sửa đổi thông tin của nút bị đứttrong bảng định tuyến, nhưng nếu các liên kết đó không sử dụng thì sẽ trở nên lãng phítài nguyên, ảnh hưởng đến băng thông của mạng Chính vì thế các giao thức địnhtuyến theo các bảng ghi chỉ áp dụng cho các mô hình mạng Ad-hoc.

Phương pháp định tuyến theo bảng ghi được thực hiện theo mô hình next-hop tức

là mỗi nút sẽ lưu trữ những thông tin tốt nhất của next-hop được sử dụng cho tất cả cácnút trong mạng Về cơ bản có 2 loại bảng điều khiển định tuyến cho next-hop là cácthuật toán trạng thái kết nối (Link state) và thuật toán vector khoảng cách (Distance-vector) như đã trình bày ở phần trên Một số loại giao thức loại định tuyến điều khiểntheo bảng ghi như DSDV, OLSR…

2.3.1.1 Giao thức DSDV

DSDV dựa trên ý tưởng của thuật toán kinh điển Bell-man-Ford với một chút cảitiến Thuật toán Bell-man-Ford được hiểu như sau:

Thuật toán gồm các bước

- Tính khoảng cách giữa nó và tất cả các nút khác trong hệ thống tự chủ và lưutrữ thông tin này trong một bảng

- Mỗi node gửi thông tin của mình cho tất cả các node lân cận

- Khi node nhận được các bảng thông tin từ các node lân cận nó tính quãngđường ngắn nhất tới tất cả các node và cập nhật bảng thông tin của chính mình

Ưu điểm

- Tìm đường đi ngắn nhất nhằm tiết kiệm chi phí cho người sử dụng

- Thông tin định tuyến có sẵn trong bảng định tuyến

Nhược điểm

- Không nhân rộng tốt.Các thay đổi của tô-pô mạng không được ghi nhận nhanh

do các cập nhật được lan truyền theo từng nút một

- Đếm dần đến vô cùng (nếu liên kết hỏng hoặc nút mạng hỏng làm cho một nút

bị tách khỏi một tập các nút khác, các nút này vẫn sẽ tiếp tục ước tính khoảngcách tới nút đó và tăng dần giá trị tính được, trong khi đó còn có thể xảy ra việcđịnh tuyến thành vòng tròn)

Mô hình thuật toán

Để có cái nhìn cụ thể hơn về thuật toán ta đi xem xét mô hình dưới đây: Mô hìnhgồm 5 node mạng và các tuyến đường với các chi phí khác nhau, ta sử dụng thuật toán

để tìm được con đường đi tối ưu nhất Thuật toán chỉ kết thúc cho đến khi nút nguồntìm được đường đi đến đích mà có chi phí thấp nhất hoặc khi ta không thể tìm ra đượctuyến đường sau nhiều bước thực hiện thì kết luận không có tuyến đường ngắn nhất.Trong trường hợp này đường ngắn nhất được tìm ra là A-C-D-E có chi phí thấp nhấtbằng 3.5 Phần dưới sẽ đi cụ thể vào từng bước xây dựng bảng định tuyến sử dụngthuật toán Bell-Man-Ford

Hình 2.1 Mô hình minh họa thuật toán Bell-man-Ford

- Bước 0: Ta đánh dấu đỉnh xuất phát (tại A) bằng 0 các đỉnh còn lại bằng ∞

- Bước 1: Tại đỉnh B có đầu vào là A có chi phí hiện tại (2) nhỏ hơn chi phí trước

đó (∞), tại đỉnh D có đầu vào là A có chi phí là 4 nhỏ hơn chi phí hiện tại (∞),tại đỉnh C có chi phí hiện tại là 1.5 nhỏ hơn chi phí ban đầu (∞)

- Bước 2: Tại đỉnh D có đầu vào là C có chi phí hiện tại (2.5) nhỏ hơn chi phítrước đó (∞)

- Bước 3: Tại đỉnh E có đầu vào là D có chi phí hiện tại (3.5) nhỏ hơn chi phítrước đó (∞).

- Bước 4: Tương tự như bước 3 Bước 4 giống với bước 3 nên thuật toán dừng lại

ở bước 3, nếu bước 4 không giống bước 3 ta kết luận không có đường đi ngắnnhất từ A đến E

Bảng 2.2 Định tuyến sử dụng thuật toán Bell-man-Ford

Để duy trì tính nhất quán trong mạng, DSDV yêu cầu các nút mạng phát quảng bá định

kỳ các cập nhật định tuyến tới các nút mạng hàng xóm và phát ngay các cập nhật khi

có những thay đổi quan trọng xảy ra trong mạng Ngoài để tránh việc các thông tinđịnh tuyến được phát quảng bá quá nhiều khi topo mạng có những thay đổi nhanh,DSDV sử dụng một cơ chế hãm các cập nhật tức thời khi có các thay đổi quá nhanhxảy ra trong mạng Với cơ chế này, DSDV sử dụng hai loại thông điệp cập nhật: Cậpnhật đầy đủ chứa tất cả thông tin định tuyến hiện có và cập nhật thông tin bổ sungmang những thông tin về những thay đổi từ lần cập nhật đầy đủ gần nhất Để làm đượcđiều này, DSDV sử dụng hai bảng ghi khác nhau, một để chuyển tiếp các gói tin, một

để phát các gói tin cập nhật bổ sung Thực tế, nếu những thay đổi trong mạng khôngxảy ra một cách thường xuyên thì những thông điệp cập nhật đầy đủ sẽ ít được sửdụng Thay vào đó là những gói tin cập nhật bổ sung Do đó, các nút mạng di độngcũng phải sử dụng một bảng ghi để nhớ những thông tin của các gói cập nhật bổ sung

này Ngoài ra để tránh lặp tuyến, DSDV còn sử dụng số thứ tự gắn với mỗi đường Sốthứ tự này xác định độ mới của tuyến đường, cho phép các nút mạng di động có thểphân biệt được các tuyến đường mới và các tuyến đường cũ Số thứ tự của tuyếnđường được tăng lên 1 mỗi khi có một tuyến đường mới được phát quảng bá Đường

có số thứ tự cao hơn được xem là tốt hơn Nếu hai đường có cùng số thứ tự, đường nào

có số chặng ít hơn sẽ được sử dụng Khi có một liên kết hỏng (nút mạng không nhậnđược các quảng bá định kì), trong lần quảng bá sau, nút mạng phát hiện ra liên kếthỏng sẽ phát quảng bá đường tới đích có số chặng là vô cùng và tăng thứ tự đường

- Số sequence number của node đích

Để đảm bảo cho bảng định tuyến luôn phù hợp với những thay đổi trong mạng thìcác node phải thường xuyên cập nhật bảng định tuyến theo một khoảng thời gian nhấtđịnh hoặc khi mạng có sự thay đổi Do đó, các node phải quảng bá thông tin địnhtuyến của nó cho các node khác trong mạng bằng cách phát broadcast những thay đổitrong bảng định tuyến của nó Khi một node nhận gói tin cập nhật bảng định tuyến, nó

sẽ kiểm tra số sequence number của gói tin cập nhật, nếu số sequence number tronggói tin cập nhật lớn hơn hoặc bằng với số sequence number trong bảng định tuyến và

có số hop-count nhỏ hơn thì node đó sẽ cập nhật thông tin đó vào bảng định tuyến

lưu lượng truyền trên mạng Trong khi đó, full-dump sẽ được sử dụng trongmạng ít có sự ổn định.

Quản lý sự thay đổi của Topology

Khi một node di chuyển từ nơi này đến nơi khác thì các liên kết của nó với cácnode láng giềng có thể không còn hiệu lực Khi node phát hiện rằng liên kết đến nexthop của nó không còn tồn tại, thì đường đi thông qua next hop đó lập tức sẽ cóhopcount là ∞ và số sequence number được tăng lên 1 Sau đó node sẽ phát broadcastthông tin đó cho tất cả các node trong mạng và các node sẽ cập nhật lại bảng địnhtuyến của mình

Hình 2.2 Sơ đồ liên kết Bảng 2.3 Bảng định tuyến của node A

hops

Sequencenumber

- Nếu S(A) > S(B), thì A sẽ bỏ qua những thông tin định tuyến nhận được từ B

- Nếu S(A) =S(B), thì chi phí để qua B nhỏ hơn so với các tuyến đường đến A,như vậy B sẽ đi thẳng tới C

- Nếu S(A) < S(B), S(A) sẽ cập nhật số thứ tự sao cho bằng với số thứ tự củaS(B) và đi đến C

2.3.1.2 Giao thức OLSR

OLSR là giao thức định tuyến theo bảng và là một sự tối ưu của giao thức trạngthái liên kết cổ điển, hoàn toàn thích hợp cho mạng di động Ad-hoc OLSR tối thiểuhóa tiêu đề định tuyến bằng cách chỉ sử dụng các nút được chọn để phát tràn lan lưulượng điều khiển gọi là chuyển tiếp đa điểm MPR(Multipoint Relay) Kỹ thuật nàygiảm đáng kể số lượng yêu cầu truyền lại để tràn lan một bản tin với tất cả các núttrong mạng

Bầu chọn MPR

MPR là để tối thiểu hóa overhead khi phát bản tin trong mạng bằng cách giảm sốlần truyền lại trong cùng một vùng Mỗi nút trong mạng lựa chọn một tập hợp các núthàng xóm trực tiếp của nó để làm MPR Hàng xóm của nút A mà không nằm trong tậphợp MPR của A có thể nhận và xử lý các bản tin quảng bá nhưng không thể truyền bảntin quảng bá nhận được từ A.Mỗi nút lựa chọn tập MPR từ những hàng xóm trực tiếpcủa nó Tập hợp MPR của nút A, kí hiệu MPR(A), là tập con của tập hợp hàng xómtrực tiếp của A, phải thỏa mãn những điều kiện như: Mỗi nút hàng xóm hai bước(two-hop) của A phải có một liên kết trực tiếp đến MPR(A) Tập hợp MPR càng nhỏ thì tiêu

đề lưu lượng điều khiển của giao thức càng nhỏ Mỗi nút phải duy trì thông tin về tậphợp hàng xóm mà chúng chọn làm MPR Tập hợp này gọi là “MPR selector set” củamột nút

Hình 2.3 Quá trình phát tràn lan bản tin quảng bá

Trong OLSR, mỗi nút truyền bản tin Hello theo định kì trên mỗi giao diện của nút.Mục đích của bản Hello cho phép mỗi nút có thể khám phá tuyến trực tiếp tới hàng

xóm của nó Bản tin Hello quảng bá từng chặng một (hop-by-hop) và không đượctruyền trước đó Bản tin Hello bao gồm tên của nút khởi tạo, hàng xóm trực tiếp mànút khởi tạo truyền bản tin khám phá và các nút mà nút khởi tạo chọn làm MPRs Khimột nút nghe thấy bản tin Hello, nó kiểm tra xem liệu bản tin có phải được phát sinh từhàng xóm mới hay không, và nếu đúng nút sẽ trực tiếp cập nhật vào danh sách hàngxóm của nút Bản tin Hello rất quan trọng trong việc hỗ trợ khái niệm MPR Mỗi nútkiểm tra bản tin Hello nhận được từ hàng xóm của nó xem liệu nó có được lựa chọnlàm MPR của bất kì hàng xóm nào không Nếu vậy, nút sẽ phát tràn lan các cập nhậtđịnh tuyến phát sinh từ các hàng xóm mà chọn nó là MPR Mỗi nút cũng có thể khámphá liệu các nút có là hàng xóm hai bước từ bản tin Hello, bởi vì danh sách hàng xómhai bước đã được liệt kê trong bản tin Hello của nút hàng xóm trực tiếp của nó Mỗinút lựa chọn MPR trên cơ sở hàng xóm hai bước, do vậy mỗi hàng xóm hai bước phảinhận được bản tin MPR

Hình 2.4 Bầu chọn MPR

Truyền bá bản tin điều khiển topo

Bản tin điều khiển topo truyền đi với mục đích cung cấp cho mỗi nút trong mạngcác thông tin liên kết trạng thái đầy đủ để cho phép tính toán được tuyến đường

Tính toán tuyến

Thông tin trạng thái liên kết đưa ra được thực hiện thông qua trao đổi định kỳ cácbản tin, cũng giống như cấu hình giao diện của nút, bảng định tuyến của mỗi nút có thểđược tính toán

2.3.2 Định tuyến điều khiển theo yêu cầu