Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các nút mạng đến các giao thức trong mạng manet

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng nút mạng đến giao thức mạng Manet” với mục đích nghiên cứu vấn đề sau:  Đặc điểm, kiểu kết nối chế hoạt động  Các giao thức dịnh tuyến Manet  Mô phỏng, đánh giá ảnh hưởng nút mạng đến giao thức Manet dùng phần mềm NS2  LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan toàn nội dung báo cáo em tự tìm hiểu nghiên cứu định hướng cô giáo hướng dẫn Nội dụng báo cáo không chép vi phạm quyền từ công trình nghiên cứu Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc rõ ràng trích dẫn hợp pháp Nếu lời cam đoan không đúng, em xin chịu trách nhiệm Thái Nguyên, tháng năm 2016 Sinh viên thực Lương Thị Nhàng LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo Trịnh Thị Diệp, cô tận tình giúp đỡ em suốt trình làm khóa luận người hướng dẫn em giai đoạn chuẩn bị nhận đề tài Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy, cô trường Đại học Công Nghệ Thông Tin Truyền Thông_ĐH Thái Nguyên Thầy, cô dìu dắt, truyền lại cho em kiến thức chuyên ngành mà dạy bảo em đạo làm người, rèn luyện cho em nghị lực, cố gắng vươn lên, phát huy khả tư sáng tạo lĩnh vực Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân yêu Mọi người bên cạnh em, động viên, khuyến khích em vươn lên sống Thái Nguyên, tháng năm 2016 Sinh viên thực Lương Thị Nhàng MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii LỜI NÓI ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET 1.1 Giới thiệu mạng Manet 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Một số khái niệm 1.1.3 Đặc tính mạng không dây di động ad-hoc 1.1.4 Cấu trúc mạng Manet 1.1.5 Các đặc điểm giao diện Manet 1.1.6 Lịch sử phát triển 11 1.1.7 Các ứng dụng Manet 11 1.2 Đặc điểm Manet 12 1.3 Kiểu kết nối chế hoạt động 15 1.3.1 Các kiểu kết nối topo mạng 15 1.3.2 Chế độ hoạt động 16 1.4 Phân loại Manet 16 1.4.1 Theo giao thức 16 1.4.2 Theo chức 18 1.5 Kết luận chương 19 Chương ĐỊNH TUYẾN TRONG MANET 20 2.1 Khái niệm định tuyến 20 2.2 Một số yêu cầu định tuyến 20 2.3 Những loại định tuyến 20 2.3.1 Ðịnh tuyến Bellman-Ford 21 2.3.2 Định tuyến tìm đường 21 2.3.3 Định tuyến on-demand 21 2.3.4 Định tuyến vùng 22 2.4 Các giao thức định tuyến 22 2.4.1 Phân loại giao thức định tuyến 22 2.4.2 Các giao thức định tuyến 24 2.5 Giao thức định tuyến lai ghép 27 2.6 So sánh định tuyến Manet 28 2.6.1 So sánh giao thức định tuyến kiểu 28 2.6.2 So sánh giao thức định tuyến khác kiểu 30 2.7 Kết luận chương 31 Chương MÔ PHỎNG SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NÚT MẠNG ĐẾN GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MANET 32 3.1 Phân tích lựa chọn phương pháp mô để đánh giá 32 3.2 Xác định tham số cần đánh giá 33 3.3 Thiết lập mô mạng Manet NS2 34 3.3.1 Mô hình không dây NS2 34 3.3.2 Phân tích kết mô NS-2 44 3.4 Mô đánh giá ảnh hưởng nút chuyển động đến hiệu suất mạng Manet 49 3.4.1 Ngữ cảnh mô 49 3.4.2 Các bước thực xây dựng kịch 50 3.4.3 Kết mô 53 3.4.4 Đánh giá ảnh hưởng chuyển động nút mạng đến hiệu suất giao thức định tuyến 58 3.5 Kết luận chương 61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 64 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình mạng Manet đơn giản Hình 1.2 Minh họa mạng Manet Hình 1.3 Biểu đồ mạng Manet Hình 1.4 Các thành phần mạng Manet Hình 1.5 Ứng dụng PAN 12 Hình 1.6 Mạng máy chủ di động 15 Hình 1.7 Hình minh hoạ mạng có thiết bị di động không đồng 15 Hình 1.8 Chế độ IEEE-ad hoc 16 Hình 1.9 Chế độ sở hạ tầng 16 Hình 1.10 Singal-hop 17 Hình 1.11 Multi-hop 17 Hình 1.12 Mô hình mạng phân cấp 18 Hình 1.13 Mô hình mạng Aggregate 19 Hình 3.1 Nút mạng di đông mô NS2 35 Hình 3.2 Các mô hình truyền thông NS2 40 Hình 3.3 Di chuyển nút theo mô hình Random Waypoint 42 Hình 3.4 Di chuyển nút theo mô hình Random Walk 43 Hình 3.5 Mô hình tổng quát trình mô dùng NS2 43 Hình 3.6 Ví dụ minh họa gnuplot 47 Hình 3.7 Diện tích mạng mô nút mạng 49 Hình 3.8 Cấu trúc tệp vết mô giao thức AODV với 53 Hình 3.9 Đồ thị tỷ lệ truyền gói thành công thay đổi thời gian mô 54 Hình 3.10 Đồ thị tỷ lệ truyền gói thành công thay đổi số nút tham gia mô 55 Hình 3.11 Đồ thị thông lượng thay đổi thời gian mô 56 Hình 3.12 Đồ thị thông lượng thay đổi số nút tham gia mô 57 Hình 3.13 Đồ thị trễ trung bình từ đầu cuối đến đầu cuối thay đổi thời gian mô 57 Hình 3.14 Đồ thị trễ trung bình từ đầu cuối đến đầu cuối thay đổi số nút tham gia mô 58 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Cấu trúc tệp vết 44 Bảng 3.2 Các trường thêm vào cấu trúc tệp vết phụ thuộc vào kiểu gói tin 45 Bảng 3.3 Cấu hình mạng mô 50 Bảng 3.4 Tỷ lệ phân phát gói tin thành công thay đổi thời gian mô phỏngRandom Waypoint 54 Bảng 3.5 Tỷ lệ phân phát gói tin thành công thay đổi số nút tham gia mô phỏng- Random Waypoint 55 Bảng 3.6 Thông lượng thay đổi thời gian mô - Random Waypoint 56 Bảng 3.7 Thông lượng thay đổi thời gian mô - Random Waypoint 56 Bảng 3.8 Trễ trung bình từ đầu cuối đến đầu cuối thay đổi thời gian mô 57 Bảng 3.9 Trễ trung bình từ đầu cuối đến đầu cuối thay đổi số nút tham gia mô 58 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết Thuật ngữ tiếng anh Thuật ngữ tiếng việt tắt MANET Mobile Adhoc Network Mạng di động tùy biến không dây MAN.E Metro Area Network- Ethernet Mạng đô thị sử dụng công nghệ Ethernet BTS Base Transfer Station Trạm thu phát gốc ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển mạch không đồng IP Internet Potocol Giao thức internet SFP Small Form Factor Modul quang SFP IPTV Internet Protocol TV Giao thức truyền hình kết hợp mạng viễn thông DSDV Destination Sequence Distance Vector Biến thể giao thức định tuyến DSLAM  Digital Subscriber Line Bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê bao số tập trung Access Multiplexer SDH Synchronous Digital Hierachy Hệ thống phân cấp số đồng AODV Adhoc On-demand Distance Vector Giao thức định tuyến AODV DSDV Destination-Sequenced Distance Giao thức định tuyến DSDV Vector DSR Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động NS-2 Network Simulator Mô mạng NS2 OLSR Optimized Link State Ruoting Định tuyến tối ưu hoá MAC Media Access Control Điều khiển truy cập LỜI NÓI ĐẦU Mạng di động đặc biệt Manet (Mobile Ad – hoc Network) công nghệ vượt trội đáp ứng nhu cầu kết nối thiết bị di động cá nhân nhờ khả hoạt động không phụ thuộc vào sở hạ tầng mạng cố định, với chi phí hoạt động thấp, triển khai nhanh có tính di động cao Hiện mạng Manet chưa ứng dụng rộng rãi thúc đẩy nghiên cứu nhằm cải tiến giao thức định tuyến để mạng đạt hiệu hoạt động tốt Xuất phát từ lý đó, với định hướng cô giáo Trịnh Thị Diệp em chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng nút mạng đến giao thức mạng Manet”, với mục đích tìm hiểu về:  Tổng quan mạng Manet  Định tuyến mạng Manet  Mô ảnh hưởng nút mạng Manet Do kiến thức chuyên ngành có phần hạn chế, nên chắn đồ án không tránh khỏi nhũng thiếu sót Vì em mong nhận góp ý thầy cô bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET 1.1 Giới thiệu mạng Manet Mạng tùy biến di động Manet (Mobile Adhoc Network) cấu trúc từ node mạng không dây có đặc tính tự cấu hình truyền thông đa bước, với nhiều đặc tính riêng biệt kiến trúc 1.1.1 Giới thiệu Với hàng loạt ưu điểm công nghệ truyền thông không dây, mạng di động không dây phát triển mạnh thời gian gần Mạng di động không dây chia thành hai kiểu mạng: Mạng hạ tầng mạng không hạ tầng Trong mạng hạ tầng, truyền thông phần tử mạng phụ thuộc vào hỗ trợ hạ tầng mạng, thiết bị đầu cuối di động truyền thông đơn bước không dây qua điểm truy nhập (các trạm sở) để tới hạ tầng mạng cố định Kiểu mạng không phụ thuộc hạ tầng gọi chung mạng tùy biến di động Bên cạnh ưu điểm, Manet phải đối mặt với loạt thách thức cấu trúc mạng tạo ví dụ như: Tính tự trị node, điều hành phân tán, định tuyến đa bước, cấu hình mạng động, công suất tiêu thụ không ổn định môi trường, liên kết không dây, v v Để vượt qua thách thức hoàn thiện giải pháp cho mạng Manet, nhiều nhà nghiên cứu đề xuất phương pháp nhằm cải thiện vấn đề tồn Manet loạt khía cạnh, ví dụ như: Điều khiển truy nhập phương tiện, định tuyến, quản lý tài nguyên, điều khiển công suất bảo mật, v v Trong hướng đó, vấn đề cải thiện kỹ thuật định tuyến đặt hàng đầu, kỹ thuật định tuyến coi yếu tố then chốt ảnh hưởng tới hiệu mạng truyền thông nói chung mạng Manet nói riêng Thêm vào đó, tính phức tạp đặc tính truyền thông đa bước môi trường truyền dẫn không dây nên hàng loạt vấn đề phức tạp liên quan tới kỹ thuật định tuyến 10 PHỤ LỤC  Mã nguồn Mô mạng Manet dùng giao thức AODV # Define options set val(chan) Channel/WirelessChannel ;# channel type set val(prop) Propagation/TwoRayGround ;# radio-propagation model set val(netif) Phy/WirelessPhy set val(mac) set val(ifq) ;# network interface type Mac/802_11 ;# MAC type Queue/DropTail/PriQueue set val(ll) LL set val(ant) ;# link layer type Antenna/OmniAntenna set val(ifqlen) 50 set val(nn) 10 set val(rp) AODV set val(x) 1100 set val(y) 600 set val(stop) 500 ;# interface queue type ;# antenna model ;# max packet in ifq ;# number of mobilenodes ;# routing protocol ;# X dimension of topography ;# Y dimension of topography ;# time of simulation endset ns [new Simulator] set ns [new Simulator] set tracefd [open aodv101.tr w] set windowVsTime2 [open aodv101.tr w] set namtrace [open aodv101.nam w] $ns trace-all $tracefd $ns namtrace-all-wireless $namtrace $val(x) $val(y) 84 # set up topography object set topo [new Topography] $topo load_flatgrid $val(x) $val(y) create-god $val(nn) # configure the nodes $ns node-config -adhocRouting $val(rp) \ -llType $val(ll) \ -macType $val(mac) \ -ifqType $val(ifq) \ -ifqLen $val(ifqlen) \ -antType $val(ant) \ -propType $val(prop) \ -phyType $val(netif) \ -channelType $val(chan) \ -topoInstance $topo \ -agentTrace ON \ -routerTrace ON \ -macTrace OFF \ -movementTrace ON for {set i 0} {$i < $val(nn) } { incr i } { set node_($i) [$ns node] } $node_(0) set X_ 150.0 $node_(0) set Y_ 200.0 85 $node_(0) set Z_ 0.0 $node_(1) set X_ 300.0 $node_(1) set Y_ 200.0 $node_(1) set Z_ 0.0 $node_(2) set X_ 450.0 $node_(2) set Y_ 200.0 $node_(2) set Z_ 0.0 $node_(3) set X_ 600.0 $node_(3) set Y_ 200.0 $node_(3) set Z_ 0.0 $node_(4) set X_ 750.0 $node_(4) set Y_ 200.0 $node_(4) set Z_ 0.0 $node_(5) set X_ 150.0 $node_(5) set Y_ 400.0 $node_(5) set Z_ 0.0 $node_(6) set X_ 300.0 $node_(6) set Y_ 400.0 $node_(6) set Z_ 0.0 $node_(7) set X_ 450.0 $node_(7) set Y_ 400.0 86 $node_(7) set Z_ 0.0 $node_(8) set X_ 600.0 $node_(8) set Y_ 400.0 $node_(8) set Z_ 0.0 $node_(9) set X_ 750.0 $node_(9) set Y_ 400.0 $node_(9) set Z_ 0.0 # Set a TCP connection between node_(0) and node_(1) set tcp [new Agent/TCP/Newreno] $tcp set class_ set sink [new Agent/TCPSink] $ns attach-agent $node_(0) $tcp $ns attach-agent $node_(1) $sink $ns connect $tcp $sink set ftp [new Application/FTP] $ftp attach-agent $tcp $ns at 10.0 "$ftp start" # Set a TCP connection between node_(3) and node_(4) set tcp1 [new Agent/TCP/Newreno] $tcp1 set class_ set sink1 [new Agent/TCPSink] $ns attach-agent $node_(3) $tcp1 $ns attach-agent $node_(4) $sink1 $ns connect $tcp1 $sink1 87 set ftp1 [new Application/FTP] $ftp1 attach-agent $tcp1 $ns at 10.0 "$ftp1 start" # Set a TCP connection between node_(5) and node_(6) set tcp2 [new Agent/TCP/Newreno] $tcp2 set class_ set sink2 [new Agent/TCPSink] $ns attach-agent $node_(5) $tcp2 $ns attach-agent $node_(6) $sink2 $ns connect $tcp2 $sink2 set ftp2 [new Application/FTP] $ftp2 attach-agent $tcp2 $ns at 10.0 "$ftp2 start" # Set a TCP connection between node_(7) and node_(8) set tcp3 [new Agent/TCP/Newreno] $tcp3 set class_ set sink3 [new Agent/TCPSink] $ns attach-agent $node_(7) $tcp3 $ns attach-agent $node_(9) $sink3 $ns connect $tcp3 $sink3 set ftp3 [new Application/FTP] $ftp3 attach-agent $tcp3 $ns at 10.0 "$ftp3 start" # Set a TCP connection between node_(9) and node_(6) set tcp4 [new Agent/TCP/Newreno] 88 $tcp4 set class_ set sink4 [new Agent/TCPSink] $ns attach-agent $node_(9) $tcp4 $ns attach-agent $node_(6) $sink4 $ns connect $tcp4 $sink4 set ftp4 [new Application/FTP] $ftp4 attach-agent $tcp4 $ns at 10.0 "$ftp4 start" # Printing the window size proc plotWindow {tcpSource file} { global ns set time 0.01 set now [$ns now] set cwnd [$tcpSource set cwnd_] puts $file "$now $cwnd" $ns at [expr $now+$time] "plotWindow $tcpSource $file" } $ns at 10.1 "plotWindow $tcp $windowVsTime2" # Define node initial position in nam for {set i 0} {$i < $val(nn)} { incr i } { # 30 defines the node size for nam $ns initial_node_pos $node_($i) 30 } # Telling nodes when the simulation ends for {set i 0} {$i < $val(nn) } { incr i } { $ns at $val(stop) "$node_($i) reset"; 89 } # ending nam and the simulation $ns at $val(stop) "$ns nam-end-wireless $val(stop)" $ns at $val(stop) "stop" $ns at 500.01 "puts \"end simulation\" ; $ns halt" proc stop {} { global ns tracefd namtrace $ns flush-trace close $tracefd close $namtrace } $ns run  Mã nguồn đánh giá tỷ lệ truyền gói thành công #!/usr/bin/perl $tracefile=$ARGV[0]; $granularity=$ARGV[1]; $ofile="simulation_result.csv"; open OUT, ">$ofile" or die "$0 cannot open output file $ofile: $!"; open (DR,STDIN); $gclock=0; #Data Packet Information $dataSent = 0; $dataRecv = 0; 90 $routerDrop = 0; #AODV Packet Information $aodvSent = 0; $aodvRecv = 0; $aodvSentRequest = 0; $aodvRecvRequest = 0; $aodvDropRequest = 0; $aodvSentReply = 0; $aodvRecvReply = 0; $aodvDropReply = 0; if ($granularity==0) {$granularity=30;} while(){ chomp; if (/^s/){ if (/^s.*message/) { $aodvSent++; if (/^s.*REQUEST/) { $aodvSendRequest++; } elsif (/^s.*REPLY/) { $aodvSendReply++; } } 91 elsif (/^s.*AGT/) { $dataSent++; } } elsif (/^r/){ if (/^r.*message/) { $aodvRecv++; if (/^r.*REQUEST/) { $aodvRecvRequest++; } elsif (/^r.*REPLY/) { $aodvRecvReply++; } } elsif (/^r.*AGT/) { $dataRecv++; } ############################################################# ########################################################### } elsif (/^D/) { 92 if (/^D.*message/) { if (/^D.*REQUEST/) { $aodvDropRequest++; } elsif (/^D.*REPLY/) { $aodvDropReply++; } } if (/^D.*RTR/) { $routerDrop++; } } } close DR; $delivery_ratio = 100*$dataRecv/$dataSent; print "DSDV Sent : $aodvSent\n"; print "DSDV Recv : $aodvRecv\n"; print "Data Sent : $dataSent\n"; print "Data Recv : $dataRecv\n"; print "Router Drop : $routerDrop\n"; #print "Energy Drop : $routerDrop\n"; print "Delivery Ratio : $delivery_ratio \n"; 93 print OUT "Messages Sent,$dataSent\n"; print OUT "Messages Recieved,$dataRecv\n"; print OUT "Messages Dropped,$routerDrop\n"; print OUT "Delivery Rate,$delivery_ratio\n"; close OUT;  Mã nguồn tính thông lượng # Type: perl avg_throughput_during_sim_time.pl $infile=$ARGV[0]; #$flow_id=$ARGV[1]; #$tonode=$ARGV[2]; $start_time=0; $end_time=0; $sum=0; open (DATA,"