Định tuyến có đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng Manet

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THÀNH TRUNG ĐỊNH TUYẾN CÓ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG MANET LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH TRUYỀN DỮ LIỆU MẠNG MÁY TÍNH HÀ NỘI - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THÀNH TRUNG ĐỊNH TUYẾN CÓ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG MANET Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu mạng máy tính Mã số: 604815 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH TRUYỀN DỮ LIỆU MẠNG MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Đình Việt HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo Trường Đại học Công nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội, tận tình bảo suốt khóa học; cảm ơn tập thể lớp K19-MMT, tập thể lớp K19 chuyên ngành Mạng Truyền thông máy tính, cảm ơn thành viên nhóm nghiên cứu với ý kiến góp ý quý báu trình thực đề tài Đặc biệt chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Đình Việt, người tận tình hướng dẫn, bảo học tập nghiên cứu Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân bạn bè tôi, người bên động viên khích lệ suốt khóa học Do thời gian điều kiện có hạn nên luận văn không tránh khỏi có thiếu sót, mong nhận góp ý từ bạn bè, thầy cô người quan tâm đến đề tài LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố công trình khác Học viên Nguyễn Thành Trung MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG .10 1.1 Mạng MANET 10 1.1.1 Sự phát triển ứng dụng mạng MANET 10 1.1.2 Các đặc điểm mạng MANET Error! Bookmark not defined 1.2 Các vấn đề cần giải Error! Bookmark not defined 1.2.1 Định tuyến mạng MANET Error! Bookmark not defined 1.2.2 Vấn đề tiết kiệm lượng Error! Bookmark not defined 1.2.3 Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ Error! Bookmark not defined 1.2.3.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 1.2.3.2 Tham số đặc trưng QoS Error! Bookmark not defined 1.3 Mục tiêu nghiên cứu luận văn Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET Error! Bookmark not defined 2.1 2.2 Giao thức DSDV (Destination – Sequenced Distance – Vector) Error! Bookmark not defined Giao thức AODV Error! Bookmark not defined 2.2.1 Tổng quan giao thức AODV Error! Bookmark not defined 2.2.2 Cơ chế hoạt động Error! Bookmark not defined 2.2.2.1 Tiến trình Discovery Error! Bookmark not defined 2.2.2.2 Tạo Route Request: Error! Bookmark not defined 2.2.2.3 Chuyển tiếp Route Request Error! Bookmark not defined 2.2.2.4 Tạo Route Reply Error! Bookmark not defined 2.2.2.5 Chuyển tiếp Route Relay Error! Bookmark not defined 2.2.3 Quản lý cục Error! Bookmark not defined 2.2.4 Duy trì đường Error! Bookmark not defined T h i g i a n h ế t h n v v i ệ c h ủ y b ỏ m ộ t đ n g đ i Error! Bookmark not defined 2.3 Phân tích giao thức AODV Error! Bookmark not defined 2.3.1 Modified AODV (MAODV) Error! Bookmark not defined 2.3.1.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 2.3.1.2 Giao thức MAODV (Modified AODV) Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: BỘ MÔ PHỎNG MẠNG NS-2 VÀ MỘT SỐ CÔNG CỤ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU MÔ PHỎNG Error! Bookmark not defined 3.1 3.2 Tổng quan NS-2 Error! Bookmark not defined Đại cương NS-2 Error! Bookmark not defined 3.2.1 Các chức mô NS-2 Error! Bookmark not defined 3.2.2 Các thành phần NS Error! Bookmark not defined 3.2.3 Kiến trúc NS-2 Error! Bookmark not defined 3.2.4 Các thành phần mạng Error! Bookmark not defined Các mô hình chuyển động nút mạng NS-2 hỗ trợ Error! Bookmark not defined 3.3.1 Mô hình Random Waypoint Error! Bookmark not defined 3.3.2 Mô hình Random Walk Error! Bookmark not defined 3.4 Công cụ để phân tích biểu diễn kết mô Error! Bookmark not defined 3.4.1 Perl Error! Bookmark not defined 3.4.2 GNUPLOT Error! Bookmark not defined 3.5 Thiết lập mạng mô MANET Error! Bookmark not defined 3.5.1 Thiết lập tô-pô mạng Error! Bookmark not defined 3.5.2 Thiết lập tham số mô hình chuyển động nút mạng thời gian mô Error! Bookmark not defined 3.5.3 Thiết lập nguồn sinh lưu lượng đưa vào mạng Error! Bookmark not defined 3.5.4 Lựa chọn thời gian mô Error! Bookmark not defined 3.3 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG Error! Bookmark not defined 4.1 4.2 Các độ đo hiệu dùng luận văn Error! Bookmark not defined Thực nghiệm mô Error! Bookmark not defined 4.2.1 Thiết lập giá trị cho thông số mô Error! Bookmark not defined 4.2.2 Xây dựng thi hành chương trình mô phỏng: Error! Bookmark not defined 4.3 Phân tích số liệumô đánh giá, so sánh giao thức định tuyến AODV, DSDV Error! Bookmark not defined 4.3.1 Kết thực Error! Bookmark not defined 4.3.1.1 Đánh giá, so sánh tỷ lệ phân phát gói tin thành công theo tốc độ chuyển động tăng dần nút mạng Error! Bookmark not defined 4.3.1.2 Đánh giá, so sánh trễ đầu cuối trung bìnhtheo tốc độ chuyển động tăng dần nút mạng Error! Bookmark not defined 4.3.1.3 Đánh giá, so sánh thông lượng đầu cuốitheo tốc độ chuyển động tăng dần nút mạng Error! Bookmark not defined 4.3.1.4 Đánh giá, so sánh tải định tuyến chuẩn hóa theo tốc độ chuyển động tăng dần nút mạng Error! Bookmark not defined 4.3.2 Đánh giá hiệu hai giao thức AODV, DSDV Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined Kết đạt luận văn Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined Chương trình mô mạng Adhoc Error! Bookmark not defined Đoạn mã Perl để phân tích tệp vết, tính thời gian trễ end-to-end trung bình Error! Bookmark not defined Đoạn mã Perl để phân tích tệp vết, tính chi phí định tuyến chuẩn hóa Error! Bookmark not defined Đoạn mã Perl để phân tích tệp vết, tính tỉ lệ phân phát gói tin thành công Error! Bookmark not defined Đoạn mã Perl để phân tích tệp vết, tính thông lượng trung bình Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AODV Adhoc On-Demand Distance Vector RREQ Route Request RREP Route Reply RERR Route Error MANET Mobile Adhoc Network QoS Quality of Sevice MAODV Modified AODV IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineer DARPA Defense Advanced Research Projects Agency DSDV Destination-Sequenced Distance-Vector Routing DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3-1: Bảng mẫu liệu để vẽ gnuplot Error! Bookmark not defined Bảng 3-2: Thiết lập định dạng cho vẽ thực vẽ đồ thị: Error! Bookmark not defined Bảng 3-3: Cấu hình mạng mô Error! Bookmark not defined Bảng 4-1: Bảng liệu tỷ lệ phân phát gói tin thành công với mô hình RandomWaypoint Error! Bookmark not defined Bảng 4-2: Bảng liệu tỷ lệ phân phát gói tin thành công với mô hình RandomWalk Error! Bookmark not defined Bảng 4-3: Bảng liệu độ trễ đầu cuối trung bình với mô hình Random Waypoint Error! Bookmark not defined Bảng 4-4: Bảng liệu độ trễ đầu cuối trung bình với mô hình Random Walk Error! Bookmark not defined Bảng 4-5: Bảng liệu thông lượng với mô hình Random Waypoint Error! Bookmark not defined Bảng 4-6: : Bảng liệu thông lượng với mô hình Random Walk Error! Bookmark not defined Bảng 4-7: Bảng liệu tải định tuyến chuẩn hoá với mô hình Random Waypoint Error! Bookmark not defined Bảng 4-8: Bảng liệu tải định tuyến chuẩn hoá với mô hình Random Walk Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2-1 Ví dụ định tuyến DSDV Error! Bookmark not defined Hình 2-2: Quá trình lan truyền gói tín RREQ Error! Bookmark not defined Hình 2-3 Đường ngược tạo RREQ lan truyền môi trường Error! Bookmark not defined Hình 2-4: Đường từ nút nguồn nút đích hình thành Error! Bookmark not defined Hình 2-5: Lan truyền gói tin RERR Error! Bookmark not defined Hình 2-6: Khám phá tuyến MAODV Error! Bookmark not defined Hình 2-7: Minh họa việc gửi gói tin RREP nút nguồn Error! Bookmark not defined Hình 3-1: Mức độ phổ biến Error! Bookmark not defined Hình 3-2: Đơn gian hóa cách nhìn người sử dụng Error! Bookmark not defined Hình 3-3: Tính đối ngẫu C++ Otcl Error! Bookmark not defined Hình 3-4: Kiến trúc chung NS-2 Error! Bookmark not defined Hình 3-5 Sự phân cấp lớp đối tượng Otcl Error! Bookmark not defined Hình 3-6: Nút Unicast Multicast Error! Bookmark not defined Hình 3-7 Liên kết Error! Bookmark not defined Hình 3-8 Chèn đối tượng Trace Error! Bookmark not defined Hình 3-9 Giám sát hàng đợi Error! Bookmark not defined Hình 3-10: Di chuyển nút theo mô hình Random Waypoint .Error! Bookmark not defined Hình 3-11: Di chuyển nút theo mô hình Random Walk .Error! Bookmark not defined Hình 3-12:Diện tích mạng mô nút mạng Error! Bookmark not defined Hình 4-1: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công với mô hình Random WayPoint Error! Bookmark not defined Hình 4-2: Tỷ lệ phân phát thành công với mô hình Random Walk Error! Bookmark not defined Hình 4-3: Độ trễ trung bình đầu cuối gói liệu Error! Bookmark not defined Hình 4-4: Độ trễ trung bình đầu cuối với mô hình Random Walk.Error! Bookmark not defined Hình 4-5: Thông lương đầu cuối với mô hình Random Waypoint Error! Bookmark not defined Hình 4-6: Thông lượng đầu cuối với mô hình Random Walk Error! Bookmark not defined Hình 4-7: Tải định tuyến chuẩn hóa với mô hình Random Waypoint Error! Bookmark not defined Hình 4-8: Tải định tuyến đầu cuối với mô hình Random Walk .Error! Bookmark not defined 10 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Mạng MANET 1.1.1 Sự phát triển ứng dụng mạng MANET Mạng di động đặc biệt MANET (Mobile Adhoc Netwowk) mạng tự cấu hình nút di động kết nối với thông qua liên kết không dây tạo nên mạng độc lập không phụ thuộc vào sở hạ tầng mạng Các thiết bị mạng di chuyển cách tự theo hướng, liên kết với thiết bị khác thay đổi cách thường xuyên Nguyên lý làm việc mạng Adhoc bắt nguồn từ nguyên lý làm việc mạng ALOHA, đời từ năm 1968 Trong mạng ALOHA, trạm làm việc cố định giao thức ALOHA thực việc quản lý truy cập kênh truyền dạng phân tán, sở lý thuyết để phát triển kỹ thuật truy cập kênh phân tán vào mạng Adhoc Năm 1973 tổ chức DARPA bắt đầu làm việc mạng vô tuyến gói tin PRnet Đây mạng vô tuyến gói tin đa chặng Trong nút mạng hợp tác với để gửi liệu tới nút nằm xa khu vực kết nối thông qua nút khác Nó cung cấp chế cho việc quản lý hoạt động sở tập trung phân tán Sau năm 1983 mạng SURAN (Surviable Radio Network) đề xuất để có quy mô mạng lớn Ngày mạng MANET tổ chức IEEE quy chuẩn 802.11 Ứng dụng: Quân sự: Hoạt động phi tập trung mạng Adhoc không phụ thuộc vào sở hạ tầng mạng yếu tố thiết yếu lĩnh vực quân sự, trường hợp chiến đấu khốc liệt, sở hạ tầng mạng bị phá hủy Lúc mạng Adhoc lựa chọn số để thiết bị truyền thông liên lạc với cách nhanh chóng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] PGS.TS Nguyễn Đình Việt, Bài giảng đánh giá hiệu mạng máy tính, 2012 11 [2]Hoàng Trọng Minh Định tuyến mạng kết nối hình lưới WLAN Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông Tháng 10 năm 2008 [3] Nguyễn Thị Minh Nguyệt Đánh giá hiệu suất mô thuật toán định tuyến mạng đặc biệt di động MANET Luận văn cao học Hà Nội, 2005 [4] Hà Minh Toản Nguyên cứu số giao thức truy cập môi trường truyền mạng LAN 802.11 Khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, 2005 Tài liệu tiếng Anh [5] S Corson, J Macker (1999), “MANET: Routing Protocol Performance Issues and Evaluation considerations”, RFC 2501, IETF Network Working Group January 1999 [6] Goldsmith AJ and Wicker SB, “Design challenges for energy-constrained Adhoc wireless networks”, IEEE Wireless Communications 2002, Vol 9, Issue 4, PP 8–27 [7] V Kauadia and P.R Kumar, "Power Control and clustering in Adhoc networks", IEEE INFOCOM 2003 [8] Charles E Perkins, Pravin Bhagwat (1994), “Highly dynamic DestinationSequenced Distance Vector routing (DSDV) for mobile computers”, ACM SIGCOMM Computer Comm Rev., 4(24), pp 234-244, 1994 [9] The SECAN-Lab of the University of Luxembourg.http://wiki.uni.lu/secanlab/Adhoc+Protocols.html [10] http://monarch.cs.rice.edu/~santa/research/mobility/ 12