Nghiên cứu và cài đặt mô phỏng hoạt động của dịch vụ HLS trong mạng MANET

LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn thầy (cô) giáo môn Mạng & Truyền Thông thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông, người dạy dỗ, trang bị cho em kíến thức bổ ích thời gian em học tập nghiên cứu trường Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo ThS Lê Khánh Dương người tận tình hướng dẫn, gợi ý bảo cho em suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua để em hoàn thành đồ án cách tốt Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, người thân cổ vũ, động viên tiếp thêm cho em nghị lực để em hoàn thành báo cáo thực tập tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, tháng 06 năm 2012 Sinh viên Phạm Sĩ Thức   LỜI CAM ĐOAN Trong kỳ làm đồ án tốt nghiệp để hoàn thành nội dung đồ án thân em tự tìm hiểu, nghiên cứu dựa tạp chí, sách báo nguồn tài liệu internet, cộng với giúp đỡ nhiệt tình ThS Lê Khánh Dương tham khảo cách thức trình bày từ đồ án từ khóa trước Kết em hoàn thành đồ án với đề tài “Nghiên cứu cài đặt mô hoạt động dịch vụ HLS mạng MANET” Em xin cam đoan nội dung đồ án không chép từ đồ án trước Nếu có điều sai sót em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Thái Nguyên, tháng năm 2012 Sinh Viên Phạm Sĩ Thức MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH 11 Hình 1-1 Mạng MANET với node mạng 11 16 Hình 1-2 Đi đến cực điểm cục 16 17 Hình 1-3 Định tuyến GPSR 17 19 Hình 1-4 Giao thức LAR 19 23 Hình 1-5 Hiệu ứng khoảng cách 23 24 Hình 1-6 Phân phát gói tin DREAM 24 26 Hình 1-7 Cây tứ phân server định vị 26 27 Hình 1-8 Truy vấn vị trí GLS 27 29 Hình 1-9 Tổng quan NS góc độ người dùng 29 33 Hình 1-10 Kiến trúc thư mục ns-allinone-2.xx môi trường Linux 33 33 Hình 1-11 Luồng kiện cho file Tcl chạy NS .33 38 Hình 2-1 Nhóm cell tạo thành region 38 40 Hình 2-2 Candidate tree phân cấp cấp .40 41 Hình 2-3 Ví dụ reponsible cell node .41 42 Hình 2-4 Giải pháp cập nhật trực tiếp 42 43 Hình 2-5 Giải pháp cập nhật gián tiếp .43 46 46 47 Hình 2-6 Các yêu cầu định vị 47 49 Hình 2-7 Cơ chế mở rộng diện tích 49 53 Hình 2-8 Che giấu với proxy cell .53 65 Hình 3-1 Hình ảnh mô dịch vụ với số node 40 65 66 Hình 3-2 Hình ảnh mô dịch vụ với số node 80 66 66 Hình 3-3 Hình ảnh mô dịch vụ với số node 120 .66 67 Hình 3-4 Hình ảnh mô dịch vụ với số node 40 67 68 Hình 3-5 Biểu đồ thể tỷ lệ gói tin REPLY gói tin REQUEST 68 68 Hình 3-6 Biểu đồ thể gói tin Update nhận gửi 68 70 Hình 3-7 Thông lượng tiêu thụ mạng .70 72 Hình 3-8 Biểu đồ thể thời gian gói tin request di chuyển mạng 72 73 Hình 3-9 Hoạt động mạng với vận tốc node trung bình 10m/s 73 73 Hình 3-10 Hoạt động mạng với vận tốc node trung bình 30m/s 73 74 Hình 3-11 Hoạt động mạng với vận tốc node trung bình 50m/s 74 74 Hình 3-12 Hoạt động mạng với vận tốc node trung bình 70m/s 74 75 Hình 3-13 Biểu đồ thể tỷ lệ gói tin REP gói tin REQ 75 76 Hình 3-14 Biểu đồ thể tỷ lệ gói tin Update nhận gửi 76 77 Hình 3-15 Thông lượng tiêu thụ mạng 77 79 Hình 3-16 Biểu đồ thể thời gian gói tin di chuyển mạng .79 DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 Sự so sánh dịch vụ định vị……………………………… ……23 Bảng 3-1 Cấu trúc dòng kiện HLS gửi yêu cầu…………………………….62 Bảng 3-2 Cấu trúc dòng kiện HLS nhận phản hổi………………………….63 Bảng 3-3 Cấu trúc dòng kiện HLS khởi tạo truy vấn vị trí node node…………………………………………………………………………………64 Bảng 3-4 Cấu trúc dòng kiện gói tin gửi, nhận, forward drop 65 BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt MANET WLAN DSDV OLSR DSR AODV ZRP TORA GPS GLONASS GALILEO SPA Tên đầy đủ Mobile Ad hoc Network Wireless Local Area Network Destination Sequenced Distance Vector Optimized Link State Routing Dynamic Source Routing Ad-Hoc On-Demand Distance Vector Zone Routing Protocol Temporally Ordered Routing Algorithm Global Positioning System Global Navigation Satellite System European Global Satellite Navigation System Self Positioning Algorithm GPSR AGPF TLR LAR DREAM RLS GLS HLS GRSS RC Perl Greedy Perimeter Stateless Routing Anchored Geodesic Packet Forwarding Terminode Local Routing Location Aided Routing Distance Routing Effect Algorithm For Mobility Reactive Location Service Grid Location Service Hierarchical Location Service Geographical Region Summary Service Responsible Cell Practical Extraction and Report Language MỞ ĐẦU Công nghệ thông tin lĩnh vực thiếu sống người Sự phát triển công nghệ thông tin thước đo để đánh giá trình độ phát triển quốc gia Công nghệ thông tin đóng góp lớn vào đời sống sản xuất người Và lĩnh vực công nghệ thông tin không nhắc tới phát triển hệ thống mạng như: Mạng di động, mạng internet, wireless network… Truyền thông không dây phát triển mạnh mẽ thời gian gần Những công nghệ tính toán đại hóa nhanh, ngày có nhiều loại máy tính tiện dụng, nhỏ, nhẹ xuất thị tường Những thiết bị làm cho việc tính toán truyền thông thực đâu thời gian Vì hướng đầy tiềm cấu trúc mạng không dây truyền thông đâu thời gian kiểu mạng tùy biến không dây di động (Mobile Ad hoc network - MANET) Một mạng MANET chứa tập hợp thiết bị di động mà không cần hỗ trợ trạm sở Nó triển khai hoạt động với nguồi lượng pin “Nghiên cứu cài đặt mô hoạt động dịch vụ HLS mạng MANET” tên đề tài mà em giới thiệu báo cáo đồ án tốt nghiệp Mục đích đề tài nhằm nghiên cứu dịch vụ định vị mạng MANET cụ thể dịch vụ HLS (Hierarchical Location Service) mô dịch vụ phần mềm mô Network Simulator CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG MOBILE AD HOC 1.1 Giới thiệu tổng quan mạng Mobile Ad-hoc Với hàng loạt ưu điểm công nghệ truyền thông không dây, mạng di động không dây phát triển mạnh thời gian gần Dựa tính phụ thuộc vào thiết bị hạ tầng cố định, mạng không dây chia thành hai loại sau: - Mạng hạ tầng (Infrastructure-based Network) - Mạng Ad-hoc (Mobile Adhoc Network- MANET) Trong mạng hạ tầng node di động (mobile node) có điểm truy cập (Access Point) cố định bên phạm vi truyền Các Access Point cấu thành nên xương sống cho mạng hạ tầng Ví dụ mạng WLAN (Wireless Local Area Network – mạng không dây nội bộ) thuộc dạng Ngược lại, mạng không dây phi cấu trúc (MANET – Mobile Ad-hoc NETwork) định nghĩa sau: Là mạng hình thành tập node (máy/thiết bị) không dây, di động mà trợ giúp trạm quản lý tập trung, sở hạ tầng truyền thông có trước can thiệp người dùng Việc truyền thông node thực hai node đủ gần để trao đổi gói tin Có thể hình dung mạng MANET đồ thị, node mạng biểu diễn đỉnh đồ thị Nếu hai node truyền thông trực tiếp với nhau, liên kết biểu diễn đường nối hai node Đồ thị biểu diễn đồ thị tùy ý, thay đổi hình dạng thời điểm 10 Hình 3-4 Hình ảnh mô dịch vụ với số node 40 Với kịch ta chủ yếu tập chung vào việc đánh giá hiệu dựa với tham số thay đổi mật độ node Với mật độ node 10 node/km 2, 20 node/km2, 30 node/km2, 40 node/km2 Dưới yếu tố bị ảnh hưởng a, Tỷ lệ gói tin HLS Reply nhận so với gói tin HLS request gửi Dựa vào biểu đồ Hình 3-5 ta thấy mật độ node mạng cao tỷ lệ nhận thành công gói tin REPLY nhận so với gói tin REQUEST gửi cao Kịch 160 node có tỷ lệ 68.89%, kịch 40 node có 5.49% số gói tin dược nhận thành công Khi số node tăng từ 40 node lên 80 node tỷ lệ tăng nhanh từ 5.49% đến 38.95% Điều thể dịch vụ HLS thích hợp với mạng có số lượng node lớn 67 Hình 3-5 Biểu đồ thể tỷ lệ gói tin REPLY gói tin REQUEST b, Tỷ lệ gói tin Update nhận gói tin gửi Hình 3-6 Biểu đồ thể gói tin Update nhận gửi 68 Dựa vào biểu đồ trên, ta thấy tỷ lệ gói tin Update nhận so với gói tin gửi có xu hướng tăng dần với mật độ node Tỷ lệ cao 52.49% với kịch có 160 node, thấp nhấp 7.14% với kịch có 40 node Sự tăng mạnh mẽ kịch có 80 node kịch 120 node từ 20.40% đến 41.24% Và điểu lần khẳng định dịch vụ HLS hoạt động tốt với mạng có nhiều số node (Hình 3-6) c, Thông lượng tiêu thụ mạng Kịch 40 node: Bandwidth tiêu thụ(kbps): MAC : 162.57 kbps RTR : 35.20 kbps Tổng thông lượng tiêu thụ : 162.57+35.20=197.77(kbps) Kịch 80 node: Bandwidth Tiêu thụ(kbps): MAC : 422.67 kbps RTR : 89.64 kbps Tổng thông lượng tiêu thụ : 422.67+89.64=512.31(kbps) Kịch 120 node: Bandwidth Tiêu thụ(kbps): MAC : 550.54 kbps RTR : 106.31 kbps Tổng thông lượng tiêu thụ là: 550.54+106.31=656.85(kbps) Kịch 160 node: Bandwidth Tiêu thụ(kbps): MAC : 611.00 kbps RTR : 104.16 kbps Tổng thông lượng tiêu thụ là: 611.00+ 104.16=715.16(kbps) 69 Hình 3-7 Thông lượng tiêu thụ mạng Nhìn vào biểu đồ ta nhận thấy, số node mạng lớn thông lượng tiêu thụ (kbps) mạng tất nhiên tăng Tuy nhiên mật độ node cao tăng thông lượng có tốc độ tăng chậm dần (Hình 3-7) Ở kịch 40 node kịch 80 node thể rõ tăng băng thông từ 197.77 kbps đến 512.31 kbps d, Thời gian request phải di chuyển mạng Kịch 40 node: Thời gian request mạng : s: 100 % Thời gian trung bình là: ≈ 0(s) Kịch 80 node: Thời gian request mạng : s: 56.76 % 0.25 s: 37.84 % 70 0.5 s: 2.70 % 0.75 s: 2.70 % Thời gian trung bình là: 0.12835 (s) Kịch 120 node: Thời gian request mạng : s: 46.43 % 0.25 s: 33.93 % 0.5 s: 12.50 % 0.75 s: 1.79 % 1.75 s: 1.79 % 11.25 s: 1.79 % 2.25 s: 1.79 % Thời gian trung bình là: 0.26185 (s) Kịch 160 node: Thời gian request mạng : s: 35.48 % 0.25 s: 40.32 % 0.5 s: 16.13 % 0.75 s: 3.23 % s: 1.61 % 1.5 s: 1.61 % 2.75 s: 1.61 % Thời gian trung bình là: 0.2902 (s) 71 Hình 3-8 Biểu đồ thể thời gian gói tin request di chuyển mạng Qua số liệu thống kê biểu đồ Hình 3-8, ta thấy rằng, với mật độ node cao thời gian mà gói tin request cần để tới node mục tiêu lâu hơn, ví dụ, với kịch 160 node 0.2902(s), vời kịch 40 node có thời gian trung bình 0(s) Sự tăng rõ rệt thể kịch với số node 40 80 node Điều giải thích gói tin kịch có mật độ node thấp kịch 40 node thường hay bị drop sớm thời gian tồn ngắn Với kịch có 120 node 160 node tăng khoảng thời gian request có tốc độ tăng chậm, kịch kiến trúc mạng bắt đầu dần ổn định gói tin xảy với tỷ lệ 3.2.3 Mô đánh giá hiệu với tốc độ node trung bình khác Tiếp theo kịch với vận tốc TB tương ứng là: 10m/s, 30m/s, 50m/s, 70m/s Kết hiển thị mô phỏng: Kịch 5: 72 Hình 3-9 Hoạt động mạng với vận tốc node trung bình 10m/s Kịch 6: Hình 3-10 Hoạt động mạng với vận tốc node trung bình 30m/s 73 Kịch 7: Hình 3-11 Hoạt động mạng với vận tốc node trung bình 50m/s Kịch 8: Hình 3-12 Hoạt động mạng với vận tốc node trung bình 70m/s Đánh giá mô 74 a, Tỷ lệ gói tin Rep nhận Request gửi Hình 3-13 Biểu đồ thể tỷ lệ gói tin REP gói tin REQ Hình 3-13 biểu đồ thể tỷ lệ gói tin REPLY nhận so với gói tin REQUEST gửi node Dựa vào biểu đồ ta thấy tốc độ trung bình node cao tỷ lệ gói tin RELPY nhận giảm đi, ví dụ, với kịch có vận tốc TB 10m/s có tỷ lệ 76.84%, với kịch có vận tốc TB 70m/s, tỷ lệ 44.71% Vì tốc độ di chuyển node tăng làm cho hiệu hoạt động dịch vụ HLS giảm Vì sử dụng dịch vụ ta cần ý lựa chọn vận tốc node di chuyển cho phù hợp, để không làm ảnh hưởng xấu tới chất lượng dịch vụ HLS b, Tỷ lệ gói tin Update nhận gói tin gửi Dựa vào biểu đồ hình 3-14 cho ta thấy, tốc độ node cao tỷ lệ gói tin Update nhận so với gửi có xu hướng giảm dần Tuy nhiên giảm có tốc độ chậm so với tỷ lệ REP/REQ Vì thiết kế mạng MANET ta cần ý ảnh hưởng để tạo cho mạng có hiệu tốt 75 Hình 3-14 Biểu đồ thể tỷ lệ gói tin Update nhận gửi c, Thông lượng tiêu thụ mạng Qua biểu đồ Hình 3-15 ta nhận xét rằng, thông lượng tiêu thụ mạng có xu hướng tăng dần với tăng vận tốc trung bình node Sự tăng mạnh thể kịch có vận tốc trung bình 10m/s với kịch 30m/s, từ 667.09 kbps đến 767.57 kbps Từ kịch có vận tốc trung bình 30m/s trở lên thông lượng tiêu thụ tăng nhẹ ổn định Thông lượng cao làm cho thiết bị phải hoạt động nhiều hơn, tiêu tốn tài nguyên mạng Vì cần chọn vận tốc trung bình phù hợp cho node mạng để hài hòa với tài nguyên mạng, tránh để mạng bị tải 76 Hình 3-15 Thông lượng tiêu thụ mạng d, Thời gian request mạng Kịch 10m/s: Thời gian request mạng : s: 41.10 % 0.25 s: 41.10 % 0.5 s: 12.33 % 0.75 s: 2.74 % s: 1.37 % 7.5 s: 1.37 % Thời gian trung bình là: 0.3425 s Kịch 30m/s: Thời gian request mạng : s: 47.17 % 0.25 s: 28.30 % 77 0.5 s: 13.21 % 0.75 s: 9.43 % s: 1.89 % Thời gian trung bình là: 0.226425 s Kịch 50m/s: Thời gian request mạng : s: 50.00 % 0.25 s: 30.00 % 0.5 s: 8.00 % 0.75 s: 10.00 % s: 2.00 % Thời gian trung bình là: 0.21 s Kịch 70m/s: Thời gian request mạng : s: 39.47 % 0.25 s: 36.84 % 0.5 s: 13.16 % 0.75 s: 2.63 % s: 2.63 % 1.75 s: 2.63 % s: 2.63 % Thời gian trung bình là: 0.35515 s Dựa vào biểu đồ Hình 3-16 ta thấy rằng, thời gian gói tin request di chuyển mạng có ổn định kịch có vận tốc trung bình 30m/s 50m/s với giá trị 0.226425 s 0.21 s Với kịch có vận tốc 10m/s 70m/s lượng thời gian gói tin mạng lại nhiều Vì tốc độ node thấp cao ảnh hưởng không tốt đến hiệu mạng 78 Hình 3-16 Biểu đồ thể thời gian gói tin di chuyển mạng Từ đánh giá ta đưa số nhận xét sau: - Hiệu dịch vụ định vị HLS phụ thuộc chặt chẽ vào mật độ node mạng MANET, HLS hoạt động tốt phù hợp với hoạt cảnh mạng có mật độ node cao, triển khai dịch vụ HLS ta nê áp dụng cho mạng MANET có mật độ node từ khoảng 30node/km trở lên - Vận tốc trung bình node vấn đề ảnh hưởng đến hiệu dịch vụ Dựa vào phân tích vận tốc node mà phù hợp triển khai dịch vụ HLS nhỏ 50m/s Do dựa vào tốc độ node mạng mà ta lựa chọn dịch vụ định vị hiệu hoạt động mạng cao 79 KẾT LUẬN Trong khoảng thời gian làm đồ án em đạt số kết sau: Nghiên cứu tìm hiểu sơ qua mạng Mobile Ad hoc, giao thức định tuyến có mạng Mobile Ad hoc lý thuyết dịch vụ hỗ trợ định tuyến mạng Mobile Ad hoc HLS, GLS, LAR, DREAM… Nghiên cứu hiểu rõ chế hoạt động dịch vụ hỗ trợ định tuyến HLS (Hierarchical Location Service) mạng Mobile Ad hoc Nắm bắt cách sử dụng phần mềm mô mạng NS2 hệ điều hành UBUNTU Cùng với việc sử dụng ngôn ngữ Perl việc đánh giá hiệu dịch vụ Triển khai việc mô đánh giá hiệu dịch vụ HLS mạng Mobile Ad hoc So sánh hiệu dịch vụ kịch khác thông số mật độ node vận tốc di chuyển node Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ thân hạn chế nên có vài vấn đề mà em chưa thể hoàn thành, vấn đề hướng nghiên cứu tương lai: - Triển khai so sánh hiệu mạng MANET có sử dụng dịch vụ không sử dụng dịch vụ - Triển khai, đánh giá, so sánh dịch vụ HLS với dịch vụ có khác - Vấn đề tiết kiệm lượng cho thiết bị sử dụng dịch vụ - Vấn đề bảo mật cho dịch vụ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Wolfgang Kieß, Holger Füßler, Jörg Widmer, Martin Mauve, Hierarchical Location Service for Mobile Ad-HocNetwork, Lehrstuhl für Rechnernetze,University of Düsseldorf Germany; Lehrstuhl für Praktische Informatik IV University of Mannheim Germany; Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Switzerland, 2003 [2] Wolfgang Kieß, Lehrstuhl f ¨ ur Praktische Informatik IV,Prof Dr Wolfgang Effelsberg Universtiat Mannheim, Hierarchical Location Service for Mobile Ad-hoc Network, 2003 [3] Brad Karp - Harvard University / ACIRI, H T Kung-Harvard University, GPSR: Greedy Perimeter Stateless Routing for Wireless Networks, 2000 [4] The cmu monarch wireless and mobility extensions to ns-2 http://-www.monarch.cs.cmu.edu/cmu-ns.html [5] ANSI/IEEE International Standard ISO/IEC 8802-11, 1999 edition, 1999 http://www.ieee802.org/11/ [6] Michael K¨ asemann Beaconless position-based routing for mobile ad-hoc networks Master’s thesis, Universit¨ at Mannheim, 2003 [7] Young-Bae Ko and Nitin H Vaidya Location-Aided Routing (LAR) in Mobile Ad Hoc Networks In Proceedings of the fourth annual ACM/IEEE International Conference on Mobile computing and networking (MobiCom ’98), pages 66–75, Dallas, Texas, October 1998 81 ... khai hoạt động với nguồi lượng pin Nghiên cứu cài đặt mô hoạt động dịch vụ HLS mạng MANET tên đề tài mà em giới thiệu báo cáo đồ án tốt nghiệp Mục đích đề tài nhằm nghiên cứu dịch vụ định vị mạng. .. thức trình bày từ đồ án từ khóa trước Kết em hoàn thành đồ án với đề tài Nghiên cứu cài đặt mô hoạt động dịch vụ HLS mạng MANET Em xin cam đoan nội dung đồ án không chép từ đồ án trước Nếu có... 10 Hình 1-1 mạng MANET gồm node Hình tròn biểu diễn phạm vi hoạt động node Các node nằm phạm vi hoạt động truyền thông trực tiếp với Hình 1-1 Mạng MANET với node mạng Mạng MANET mạng độc lập,